大型提水泵站工程供电系统接入方案比选分析

郭 昌

(安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088)

大型提水泵站工程由于规模较大，供电可靠性要求较高，在供电系统接入方案研究论证中，首先应考虑供电可靠性以及地区电网规划供电线路路径开辟和实施难度，同时应尽量考虑供电系统接入方案的经济性。通过技术经济分析合理确定最优的供电系统接入方案。

1 工程概况

引江济淮工程由长江下游上段引水，向淮河中游地区补水，是一项以城乡供水和发展江淮航运为主，结合灌溉补水和改善巢湖及淮河水生态环境等综合利用的大型跨流域调水工程，是国务院确定的172项重大水利工程。

蜀山泵站枢纽位于引江济淮工程江淮沟通，是连接派河段输水河道与分水岭段输水渠的梯级泵站枢纽，负担将派河段来水输送至瓦埠湖。泵站设计流量290m3/s，设计净扬程12.7m，净扬程范围6.7～14.5m。泵站采用肘形流道进水，直管出水。选用8台立式混流泵，配8台套同步电动机，单机功率为7500kW，额定电压10kV，总装机功率60000kW。泵站内110kV变电站设3台主变，单台容量均为40MVA，2台工作，1台冷备用，110kV侧为单母线分段接线，10kV机压侧采用单母线分段接线(3段母线)，主变高、低压侧均设断路器。

本工程为蜀山泵站枢纽110kV变电站接入电力系统工程。

2 接入电压等级及供电要求

蜀山泵站站内安装8台泵机，每台泵配套同步电机容量为7500kW，泵站最大负荷为泵站8台电机全部运行，宜采用110kV电压等级供电系统。根据泵站运行特点，泵站启动时为电机按次序一台一台启动，最为严重的启动方式为已有七台泵机满载运行、第八台泵机启动。

蜀山泵站枢纽内包括提水泵站和船闸等，蜀山泵站为引江济淮工程八大枢纽之一，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大(1)型，其用电负荷等级为二级。

根据相关规程规范要求，“二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电”，蜀山泵站工程110kV变电站接入系统考虑以两回110kV线路接入电力系统合适站点，泵站正常运行方式下一回线路工作，一回线路备用。

3 周边电网情况

蜀山泵站配套110kV变电站站址位于合肥市高新区西部、蜀山区小庙镇东南部区域，附近接入点有220kV游乐变、220kV科学城、220kV小庙变(规划)、110kV湖光路变和110kV创新变，各接入点情况见表1。

本工程周边电网地理接线概况如图1所示。

根据本地区电网规划资料收集和实地调查分析，220kV游乐变、科学城变和小庙变110kV侧均有接入条件，本工程可考虑接入以上站点；湖光路变和创新变110kV侧均为内桥接线，出线2回，达到终期规模，没有空余间隔供本工程接入，本工程暂不考虑接入。

表1 蜀山泵站周边各接入点情况

图1 本工程周边电网概况

4 供电系统接入方案

根据合肥电网现状和近期发展规划，考虑本工程泵站的地理位置和供电要求，提出以下本变电站供电系统接入方案。

方案一：泵站建1座110kV变电站，该站以1回110kV线路接入220kV游乐变，线路长约7km(架空+电缆)；1回110kV线路接入220kV小庙变，线路长约10km(架空)。

方案二：泵站建1座110kV变电站，该站以1回110kV线路接入220kV科学城变，线路长约14km(架空+电缆)；1回110kV线路接入220kV小庙变，线路长约10km(架空)。

方案三：泵站建1座110kV变电站，该站以2回110kV线路接入220kV小庙变，线路长约10km(架空)。

各供电系统方案示意图如图2所示。

图2 蜀山泵站接入系统方案示意图

5 接入方案比选分析

5.1 技术比较

三个方案中接入系统变电站站内均有接入条件，扩建难度和投资有所不同；站外线路方面，由于本工程泵站位于高新区附近，线路路径较困难，尤其是方案一(游乐段)与方案二(科学城段)部分路段需使用电缆，以下对三个方案进行详细比较。

方案一：本工程1回线路接入游乐变，1回线路接入小庙变。游乐变现有主变180+240MVA，虽然近期游乐变负荷较重，但随着科学城变、小庙变的建设，游乐变将有部分负荷可转移至科学城变、小庙变，因此游乐变可以满足本工程供电需求。游乐变站内仍有1个110kV GIS出线间隔，且其110kV北侧还有扩建110kV间隔空间。

游乐变位于高新区示范区域，本工程至游乐变新建线路位于高新区内，线路路径需考虑已有路网和规划路网，实施较困难且造价较高。游乐变位于高新区创新大道与柏堰湾路交口西侧，本工程泵站位于游乐变西侧，鉴于方兴大道以东路网已形成，以及柏堰湾路已架设220kV、10kV线路，线路走廊非常紧张，综合考虑在方兴大道以东路段铺设电缆。

小庙变为规划的变电站，规划一期2台180MVA主变，可以满足本工程供电需求。

方案二：本工程1回线路接入科学城变，1回线路接入小庙变。科学城现有主变2×240MVA，可以满足本工程供电需求。科学城站内仍有110kV间隔空间，本工程可扩建接入。

科学城变同样位于高新区，路径开辟较为困难，建议绕至高新区边缘沿规划线路走架空线路，部分路段采用电缆(白莲岩路至科学城路段及十字路口)。本方案线路路径(至科学城变)实施难度同样很高，且路径长度几乎为方案一(至游乐变)的两倍。

方案三：本工程2回线均接入小庙变，小庙变规划“十三五”后期投运，有可能小庙变进度赶不上蜀山泵站110kV变电站投运，存在时间衔接问题。

按目前小庙变拟选站址，本工程路径大部分位于高新区外侧，路径开辟及实施难度相对于方案一(游乐段)、方案二(科学城段)要简单。

综上所述，三个接入点站内接入条件均较好，站外路径方案三综合最优，方案二路径综合最长；方案三虽然技术比较最优，但小庙变尚未投运，存在时间衔接的风险，相比之下方案一较为折中。

5.2 潮流分析

合理的电网潮流分布，是泵站安全平稳运行的重要基础，供电线路评估在泵站电气系统风险评估体系中所占权重较大。以2019年作为水平年，合肥电网最大负荷7592MW。在合肥电网正常高峰，泵站满载及空载两种运行方式下进行电网潮流分析，三个接入系统方案均可满足本工程泵站的供电需要，本工程周边电网潮流分布合理，接入站点电压水平较合适且比较稳定。

5.3 经济比较

各接入系统方案在技术上均具备条件，三个方案站内相同部分不计入比较，对110kV间隔及110kV线路部分投资作对比。泵站配套110kV变电站年最大负荷利用小时数取3500，功率因数取0.9，损耗小时数取2000h，损失电费按0.487元/(kW·h)计算，抵偿年限暂按7a计算。110kV间隔按100万元/个计，110kV户内GIS间隔按180万元/个计，110kV单回线路(LGJ-300mm2导线)按90万元/km计，110kV双回线路(LGJ-300mm2导线)按170万元/km计，110kV电缆按900万元/km计。各方案投资相对比见表2所示。

表2 方案投资相对比较表

由表2可知，三个方案一次性投资中，方案二投资最多，方案三最少，方案一居中；考虑相对线损后经济费用与上述结果一致。

5.4 推荐方案

综合上述经济技术比较和计算分析，蜀山泵站三个供电系统接入方案均能满足泵站所需电力要求。

三个方案综合对比情况见表3。

表3 蜀山泵站各供电系统接入方案综合对比表

综上比较，方案三虽然在技术经济上均最优，但存在投运时间不确定的问题，为保证蜀山泵站能按时供电，暂不推荐方案三；电能质量也是一项重要指标，三个方案接入变电站的110kV侧均接有轨道交通站或风电场，电能质量指标类似；方案一与方案二站外线路路径均有一定难度，但方案一相比之下，线路路径最短，投资较少，因此选择方案一为推荐方案，即本工程新建一回长约7km的110kV线路接入220kV游乐变和一回约10km的110kV线路接入220kV小庙变。

6 结语

大型提水泵站枢纽工程用电负荷等级一般为二级，应按两回路供电线路设计接入系统方案，保障泵站运行的安全可靠性。首先是研究论证当地电网规划和泵站建设投运时序，确定合适供电电源点，同时还应合理规划供电线路路径，便于后期施工和运行管理，满足技术性和经济性要求，合理确定最优的系统接入方案。目前，本工程方案已通过相关部门审查，供电系统接入方案已得到肯定，可为类似大型泵站工程的接入系统设计提供参考。