亭子口电站厂用电系统优化改造及可靠性分析

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

亭子口水利枢纽是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，枢纽是以防洪、灌溉、城乡供水及发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。电站装设4台单机额定为275MW的水轮发电机组，以500kV电压等级接入四川电网。亭子口电站是川东地区的重要电源点和蓄能水库，在电网中主要承担调峰任务，开停机比较频繁，对厂用电系统的可靠性要求较高。本文主要介绍电站专业人员对厂用电系统的优化改造：停用了原容量大、系统复杂的110kV施工变电站，就近接入地方电网容量较小的负荷作为应急保安电源，省下原备用电源使用维护产生的大量费用。同时结合厂房、大坝柴油发电机组系统优化改造，厂用电系统的可靠性大大加强。

1 原厂用电系统组成及正常运行方式

亭子口水利枢纽厂用电系统由15.75kV厂高变、10kV输配电设备以及400V输配电设备等构成。4台发电机出口15.75kV电源分别经由四台厂用高压变压器降压至10kV输入对应的厂内10kV Ⅰ段～Ⅳ段。大坝用电10kV Ⅰ、Ⅱ段母线电源取自厂内10kV Ⅱ、Ⅳ段母线；升船机用电10kV Ⅰ、Ⅱ段母线电源取自厂内10kV Ⅰ、Ⅲ段母线。110kV施工变电站有两回备用电源通过809、810开关送至厂用10kV Ⅰ段、Ⅳ段母线。正常运行方式下，厂用10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母线分段运行，各段母线电源取自相应机变单元厂高变。外来电源开关809、810作为备用电源。亭子口电站400V厂用电系统由19台厂用低压变压器、厂内柴油发电机、大坝柴油发电机及相应配电单元组成。一级配电中心11个：机组自用电、公用电、照明电、大坝用电、升船机用电、尾水箱式变、左右灌渠箱式变。正常方式下厂用400V系统分段运行，各备自投半自动方式。厂房柴油发电机可向机组1/2号机组自用电、Ⅰ组公用电、照明电供电，大坝柴油发电机只能向大坝400V母线供电，柴油发电机组的容量均为800kW。

2 存在问题及解决办法

原厂用电系统共有三路电源点，正常运行时通过主变低压侧经厂高变降压供厂用10kV运行，110kV施工变电站作为备用电源，厂内柴油发电机为事故备用。110kV施工变电站为亭子口电站基建施工而设立，设计施工高峰年供电量超3000万kW·h。施工期结束后，施工变电站绝大多数负荷已退出运行，仅剩下右岸鱼类增殖站、左岸办公营、水厂等几处较小负荷，2017年供电量不到200万kW·h。但110kV施工变电站及线路每年仅维护费用就超过300万元，而且需要运行人员长期值守；110kV变电站及线路等主要电气设备常年轻载甚至空载运行，产生大量的损耗，估计每年空载消耗约50万kW·h；施工变电站电源按工业用电计费，购电成本超过0.83元/kW·h，整个施工变电站2017年供电成本价超过2.5元/kW·h；备用电源仅在事故或者500kV主变停送电时短时使用，闲置率极高；原厂房、大坝柴油发电机分别供给厂用400V、大坝400V两个独立的系统，且厂房柴油发电机组只能向400V1/2号机组自用电供电。发生事故时如厂房柴油发电机组故障或1/2号机组故障不能开机，将无法实现电厂的黑启动，同理如遇极端天气或突发事件厂用电全停，大坝柴油发电机故障无法启动，将影响大坝泄洪设施的运行，直接危及大坝及厂房安全。综合上述情况，从节约资金成本、人力成本和增加供电可靠性考虑，决定在保证厂用电安全可靠的前提下对厂用电系统进行优化改造，引入新的备用电源，将左右岸零星负荷接入电厂厂用电系统，110kV施工变电站退出运行。

3 具体实施方案

3.1 外来电源改造实施方案

首先确认在施工变附近的10kV地方电网引入备用电源，新建10kV架空线路约300m，利用施工变电站至厂用10kV外来备用电源电缆将新的备用电源接入厂内。其次是备用容量选取，由于地方电网10kV供电容量较小，专业人员在核算备用容量时主要考虑机组黑启动所需负荷，同时也兼顾紧急情况下表、底孔泄洪闸门启闭和厂内渗漏排水泵运行。最终确定通过一台300kVA箱式变压器接入厂内柴油发电机组出口母排，利用厂内柴油发电机组出口母排至厂内400V各母线的电缆向厂内400V供电。

3.2 厂内、大坝柴油发电机供电优化

本次改造从厂内柴油发电机出口母排刀闸下端敷设一根电缆接入大坝400V柴油发电机进线开关下端。将厂内柴油发电机和大坝柴油发电机出口连接起来，形成外来安保电源、大坝和厂房柴油发电机互为备用的供电形式，同时新敷设厂房柴油发电机组至400V 3/4号机组自用电的电缆，事故情况下全厂所有机组均可以作为黑启动备用机组。

3.3 鱼类增殖站、水厂和办公区域等电源改造

利用原大坝用电系统至左、右灌渠变电所的10kV电缆，在左岸电气主干线新增四个分支负荷，第一分支负荷供电给大圆包增压站、大坝保安营地；第二分支负荷从新建架空线路至水厂I段、Ⅱ段及水泵房，中间新增加线路杆塔；第三分支负荷供给业主生活营地、川检项目部、七局金结项目部、永久机电仓库，将原有多余的架空线路拆除；第四分支负荷通过抽水泵房10kV架空线路在大门岗亭处“T”接至桥头路灯处。利用大坝至右灌渠的电缆并新敷设约200m延长线，将原由110kV施工变电站所带的负荷移至厂用电供电。

3.4 厂用电系统二次部分改造

取消了厂用10kV Ⅰ-Ⅳ段的两套备自投装置，对10kV外来电源进线开关、各10kV母线进线开关、母联开关的闭锁逻辑进行修改。解除10kV Ⅰ段进线开关801合闸、10kV Ⅰ-Ⅱ段母联开关12合闸闭锁10kV Ⅰ段外来电源进线开关809合闸控制逻辑；解除10kV Ⅰ段外来电源进线开关809合闸闭锁10kV Ⅰ段进线开关801合闸控制逻辑；解除10kV Ⅰ段外来电源进线开关809合闸闭锁10kV Ⅰ-Ⅱ段母联开关12合闸控制逻辑。新增设10kV高压双电源互投装置，在常用电源发生故障停电时，切换装置可以完成与备用电源的快速自动切换，保证厂用电的可靠性和安全性。

图1 外来保安电源改造(……部分为新增设备)

4 改造后的试验及可靠性评估

4.1 效果评估

结合2017～2018年度检修计划，上述改造方案已完成。经过试验验证，外来保安电源满足机组黑启动所需负荷，通过带负荷试验，外来保安电源满足厂内渗漏排水泵两台水泵运行，能够有效降低厂用电全停时厂房渗漏集水井水位上升造成的水淹厂房事故发生概率。厂房柴油发电机通过新敷设的联络电缆带大坝表孔泄洪闸门启闭门试验正常，厂房柴油发电机组带大坝21坝段、27坝段、表孔消力池和底孔消力池排水泵运行试验正常，同时大坝柴油发电机组倒送至厂内400V母线黑启动机组运行试验正常。电站左、右岸零星负荷全部接入到厂用电系统供电，110kV施工变电站主变及线路已全部停电并注销用户。

4.2 可靠性分析

原厂用电系统有三个电源点，分别是经厂高变降压的系统电源、110kV施工变电站电源、厂内柴油发电机电源。经过优化改造后的厂用电系统共四路电源点，一路是经厂高变降压的系统电源，为主用电源；二路为厂内柴油发电机供电，为事故电源；三路为大坝柴油发电机倒送至厂内400V供电，作为第二事故电源；四路为新接引的外来安保备用电源，作为紧急备用电源。相对于特殊情况下和极端天气下系统故障的不可预知性，厂房、大坝柴油发电机组电源能够提供更加可靠、可控的备用电源，改造后的厂用电系统的可靠性和稳定性得到大幅提升。

4.3 经济性分析

通过本次改造，以不到150万元的一次性投入，每年可减少300万元变电站及线路的维护费用。参照电站平均上网电价与工业用电购电价格约0.4元/kW·h的价差，使用自发电为厂区负荷供电每年可节约购电成本近百万元。施工变电站及线路停运后，还可以减少原变电站值守人员6人，减低了公司的人力成本。停运后施工变电站作为亭子口公司教育培训基地，将以另外的方式创造新的价值。

5 结语

亭子口电站厂用电系统优化改造方案的成功实施，有效提升了电站厂用电系统的可靠性，同时大幅降低了备用电源和左右岸负荷的购电成本，节约了公司人力成本，提升了设备的利用率，成为小改造创造大效益的典范。