抽水蓄能电站施工期供电系统永临结合方案探讨

李璟延，吴 强

（国网新源控股有限公司，北京市 100761）

1 概述

目前，抽水蓄能电站均存在建设规模大，厂用电负荷多，容量大，且布置分散的状况，供电距离最远达4～5kg，为了缩短低压配电距离、减少电压损失、提高供电可靠性，一般多按不同区域不同特性负荷性质分别设置低压配电系统[3-4]。针对抽水蓄能电站特点分别配置多个独立低压供电点，如厂自用、主厂房公用、主变洞公用、检修、排风竖井、保安、上库、继保楼、下库进出水口、下库大坝、业主营地、下库管理用房、上库管理用房、上下库连接公路等。

抽水蓄能电站施工工期长，多为70～80个月左右，施工设施布置较为分散，用电负荷大，场内外供电设施较为复杂，为确保工期顺利进展，必须对施工用电负荷、主要施工供电设施进行统一规划。考虑到有些施工负荷区将会成为永久的生产负荷区，因此有必要将两者结合起来统一设计规划，采取必要措施，减少重复投资，提高电站供电设施利用效率和建设经济效益。

2 厂用电系统设计

抽水蓄能电站厂房主要用电设备布置在地下洞室，厂房内通风空调、供排水、消防、照明等厂用电负荷较常规水电站大，按照设计常规其地面建筑如上库、下库、开关站、中控楼等生产用电均取自厂用电系统[5-7]。因此要求厂用电源有较高的供电可靠性和灵活性，以确保电站安全可靠运行。

根据规程规定[1-2]，厂用电源设置需满足：当全厂机组运行时，有3个厂用电源；当部分机组运行时，至少有2个厂用电源；当全厂停机时，保证有2个厂用电源；当第一台机组投运时，有2个厂用电源。目前抽水蓄能电站常规的电源有四种，分别是：从发电电动机出口引接一台厂用电变压器；从500kV系统倒送厂用电；从地区电网引接一回备用电源；此外，可设置柴油发电机或逆变电源装置做应急电源。

厂用电输送容量大，输送距离远，供电范围广。为保证安全、经济供电和提高电能质量，一般多采用二级厂用电压供电方式。根据电站用电负荷性质及输电距离，宜选用10kV和400V两级电压供电。

厂用电是永久性用电电源，高压厂用电分段接线；低压厂用电接线，应按不同地区不同负荷特性分别设置独立的低压配电系统。一般低压配电系统包括全厂供用电、机组自用电、主变洞、保安、检修、上库进出水口、开关站、下库进出水口、业主营地、中控楼、导流泄放洞、引水调压井等独立低压配电系统。

此外，厂用电系统需要根据厂用电负荷计算量来确定高压厂用变压器的容量和形式。柴油发电机是抽水蓄能电站应急电源，其容量需要结合电站应急负荷具体要求确定。

厂用电负荷按重要性可分为三类，Ⅰ类负荷停止供电，将使电站不能正常运行，允许中断供电的时间根据负荷性质为自动或人工切换电源时间；Ⅱ类负荷短时停止供电不会影响电站正常运行，允许中断供电的时间为人工切换操作或紧急修复时间；Ⅲ类负荷允许较长时间停电而不会影响电站正常运行。

厂用电最大负荷需按照各种运行方式分别进行分析和统计，如全部机组运行时，或部分机组大修，其余机组运行（包括调相时）时。厂用电最大负荷计算应考虑的因素包括：经常连续及经常短路运行的负荷；对于经常断续运行的负荷，计算式应考虑同时率；对不经常连续及不经常短时运行的负荷，计算式应考虑设备组合运行情况；对不经常连续运行的负荷，仅需计入机组检修时经常使用的负荷；对互为备用的电动机，只计算参加运行的部分；当由不同电源供电时，应分别计算该电源的最大负荷。

以某抽水蓄能电站厂用电最大负荷统计为例，如表1所示。

表1 厂用电最大负荷统计Tab.1 The maximum load statistics of plant power supplg

由表1得出各系统最大负荷总计为8243kW，根据厂用电系统分别按照负荷统计法和综合系数法进行计算，取最大值作为厂用变压器容量。

综合系数法计算：

其中K0为厂用电负荷综合系数，取值为0.75～0.78。

负荷统计法计算：

其中KV为厂用电系统网损率，取1.05；Kfg为全厂公用电负荷率，取0.72～0.74；Ktg为全厂公用电同时率，取0.73。

经两种方法计算，比较得厂用变压器最大容量为：Sjstotal=6182kVA。此时可选厂用高压变压器容量为6300kVA。

厂用电宜设置成与电源数量相匹配的分段母线，以某电站分段母线为例，四段母线间相互环形连接，确保每段母线有3个及以上供电电源，保证10kV母线供电可靠性，见图1。

图1 厂用电接线示意图Fig．1 The plant power supply diagram

3 施工供电设计

施工供电系统设计需要结合电站所属电网电源情况，以及工程枢纽布置、场内外交通和施工场地条件等综合考虑。为便于抽水蓄能电站施工期管理，施工工厂及临时设施布置一般多采用分区与相对集中相结合的布置方案，分成上库工程区和下库工程区两大施工区域进行综合规划。

工程供电规划设计需要密切跟踪施工进度安排开展，根据施工进度主关键线路节点，计算抽水蓄能电站工程年度高峰负荷和工程年度用电量，综合确定施工用电负荷。以某电站工程年高峰负荷和年度用电量估算为例，见图2。

图2 某电站年高峰负荷和年度用电量Fig．2 Annual peak load and annual electricity consumption of a power station

由图2可知，采用需要系数法估算高峰用电时，该抽水蓄能工程施工用电设备额定功率合计约25700kW；采用负荷曲线法计算，施工期高峰用电发生在第4年，工程年度高峰用电负荷约6300kW，工程总用电量约为9676.2万kWh。根据两种高峰用电负荷计算结果和工程实际情况，可以确定工程施工期高峰用电负荷为6500kW。该工程施工用电负荷主要集中在上库施工区、下库施工区以及地下工程区，其用电高峰负荷分别为：2500、3000、3500kW。

根据设计要求，抽水蓄能工程施工现场Ⅰ类负荷主要包括井、洞内照明、排水、通风及基坑内排水，汛期防洪、泄洪设施等。单一电源无法保证连续供电，因此，施工期负荷宜采用环形网或双回路供电布置。

施工供电电源选择应结合工程所在地区电网供应状况和工程施工特点，经技术经济比较后确定。详细调查工程所在地的供电条件，如果是35kV变电站，最好接两回线路供电，以保证供电可靠性。如果是从110kV变电站引接电源，由于供电可靠性随电压等级一同升高，条件有限时，可以引接一路电源进入施工变电站。

根据规程要求，对工地因停电可能造成人身伤亡或设备事故，引起国家财产严重损失的Ⅰ类负荷必须保证连续供电，需设置两个以上电源；若单电源供电，必须另设置备用电源。为保证抽水蓄能电站施工供电可靠，在各分区涉及重要负荷的有关变电站还需设置柴油发电机作为备用电源，以实现双电源供电。

施工供电容量的选择应满足施工生产、生活用电高峰负荷需要。当工程附近电网容量满足要求时，应优先利用电网供电；其次必须紧密结合施工年度高峰负荷估计量选取，确保所需变压器投资合理可靠。

场内供电施工变电站至各分区的施工供电线路宜采用辐射式出线。根据施工区域划分及划分后各分区的用电负荷确定输电线路回路数及线径。当单回线路上负荷小于2000kW时，同方向用户可在同线路上“T”接。当上/下库区施工范围较大或施工用电负荷较大时，可分别采用两回线路供电。地下厂房及地下输水系统等地下工程施工区应采用两回线路供电。当受电源条件限制无法满足两回线路供电时，宜采用自备电源，以确保供电安全。当施工工厂和施工营地集中布置时，宜分别供电。若混合供电，则应在400V侧的出线回路上分开配置。

当前，施工用电线路多采用架空线路。线路的路径、走向和施工变的位置应避开施工开挖危险区和永久建筑物，并满足地区防雷要求。场内外施工供电必须有合理的建设时序规划。场内线路规划区域广、线路长、线路路径常穿越山区地形。因此，为保证主体工程承包商进场后顺利开工，施工供电场内外的供电设施建设宜安排在筹建期内开工。各分区及其之后的供电设施均应在主体工程承包人进点后再施工。

4 永临结合方案

施工用电系统是阶段性供电系统，其规划建设与电站施工期的进展需求紧密相关，生命期随着电站建设完成转入运行而终止。抽水蓄能电站施工供电系统初始多是按照临时性设施建设的，本身耐用性、可靠性有限；再加上抽水蓄能电站建设周期长，到转运行时许多施工期供电电源和供电线路也已经到了使用寿命终点，没有继续保留的可能性，大多被拆除废弃。

电站运行中厂用电系统在用电负荷区域，输电线路、供电电源等许多方面与施工供电系统存在一定的重叠性。因此合理规划建设施工供电系统，使某些临时性的施工供电设置变成永久性建设，可以起到良好的经济效益。

4.1 施工供电电源及保安电源的永临设计

施工期供电系统永临结合设计建设需要考虑的第一个关键点，就是施工供电电源的永临设计。若当地电网可以作为电站永久备用电源时，施工电源容量宜结合永久备用电源负荷配置并建设。此时采购的施工变电站电压器容量须有一定的运行裕度。此时施工变电站的控制系统也应留有电站计算机监控系统数据采集接口，以便在条件成熟时，接入电站计算机监控系统。

以某抽水蓄能电站35kV施工变电站为例，当电站全部机组投运后，各施工点临时用电负荷已拆除，施工变电站不再需要为施工点提供电源。因此，厂用电备用电源可以从施工变电站变压器低压侧引接。施工变电站永临结合改造可以考虑：方案一：保留35kV进线电源，拆除所有35kV变电站设备；方案二：除10kV系统拆除外，其余设备全部保留；方案三：保留35kV变电站所有设备，并对施工变电站10kV开关设备进行改造。三种方案需要进行经济技术比较，最终接线简单、清晰、可靠和灵活的方案二具有优势。方案二中电站永久运行期厂用电10kV供电系统已考虑在施工变电站附近设置两段10kV母线，为业主营地综合办公楼供电，并在每段母线预留2～3个备用回路，满足后期电站远景发展负荷引接需要，保留变电站10kV母线意义不大。方案二较方案三拆除了10kV配电系统，后期运行维护工作量减少，开关站永久占地面积小；方案二相比方案一，保留了35kV变电设备，可节省设备投资约160万元。

柴油发电机常常被选作电站保安电源，运行期配置在开关站旁边，作为永久建筑建设柴油发电机房。某抽水蓄能电站因下库有泄洪安保要求，故需要在施工期采购柴油发电机做备用电源；其容量可以满足运行期保安负荷要求，则可放置在柴油发电机房，做运行期的事故保安电源使用。以某抽水蓄能电站为例，因为业主营地外接电源施工进度迟缓，故需单独购置满足保安负荷容量需要的柴油发电机，该柴油发电机在施工期用作业主营地建设电源，转运行后放置柴油发电机房，可用作电站地下厂房事故保安电源。这两个电站施工期在柴油发电机配置方面的考虑，为后续其他抽水蓄能电站施工期供电永临结合提供了有益参考。

4.2 施工期供电线路的永临设计

电网供电时，需从电网的发电厂或枢纽变电所架设10～110kV专用线路至工地，为抽水蓄能电站提供网测电源。当该专用线路的电压为10kV时，宜在工地兴建10kV开闭所，向工地生产、生活供电；当专用网源线的电压为35～110kV时，需在工地兴建35～110kV/10kV变电站，向生产、生活各用户供电。当电站施工期线路具备转运行后可以继续利用，则适宜做永久线路设计建设。

场内供电线路规划以招标阶段施工总布置分区为基础，分析主要供电分区，并结合各分区负荷情况及场内地形条件，对施工期场内供电线路进行规划。上、下库供电主要是为满足上库事故闸门用电、控制需要，上、下库10kV工作电源和控制信号传输宜配置两回相互独立的通道，两回电源互为备用，确保电源可靠安全。根据具体的线路走廊状况、永临结合可以考虑三种方案。方案一：两回10kV电缆线路；方案二：一回10kV电缆线路，一回10kV架空线路；方案三：两回架空线路。

以某抽水蓄能电站为例，采用方案一两回电缆供电方案，一次性设备投资最高，但考虑到架空线路20年的运行维护费用，两者投资差价有所降低。在电缆供电方案中，电缆布置在电缆沟内，受自然灾害影响小、供电可靠性高、维护工作量小、对施工用电干扰小，电缆沟采用地下暗敷，工程区美观整洁。综合考虑，最后选取两回10kV电缆，采用公路电缆沟与爬坡电缆架结合敷设。此方案较全程两回公路电缆沟敷设可节约100万元，且供电距离短，供电质量好。

4.3 施工变电站的永临设计

施工变电站永临结合设计建设时，土建、采暖通风、照明、消防、防雷等均应按照永久设施标准进行设计，其中消防系统设计宜与电站整体消防系统结合起来，在施工期留有与电站消防报警系统的接口。

施工变电站位置选择应根据施工组织设计要求，基于接近施工用电负荷中心或配电中心、便于各级电压线路引进和引出、减少施工干扰、避免地质灾害和洪水的影响、节约用地等的原则，按相关标准执行。

5 结束语

抽水蓄能电站厂用电系统与施工供电系统永临结合方案，主要应关注永久运行期上、下库供电线路引接方式选择，厂用电系统外来电源引接方式选择，业主营地供电方式选择等。在施工期供电工程招标前，需要对施工供电接线方案、线路配置等提出必要的设计要求，经综合比较论证，尽可能保证永临结合、节省投资，提高工程供电设施利用效率。同时为保证供电设备设施在永久运行时的安全可靠，电站建设期应重视永临结合设备的使用、运行、维护、保养和管理。

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