越南莱州水电站电气一次设计研究

舒 适

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

越南莱州水电站位于越南莱州省芒岱县，距首都河内约640km，为越南第三大装机水电站，装机容量仅次于越南山萝、和平水电站，业主为越南电力公司下属的第一水电管理局。电站采用碾压混凝土重力坝及坝后式厂房，安装3台混流式水轮发电机组，单机容量为400MVA，总装机容量为1200MVA，电站设计年均发电量为46.7亿kW·h，项目建成后可以提高越南电网的供电容量，对保障当地电网稳定、促进经济发展具有重要的意义。确保将水能有效转换成电能并送至电力系统，同时保障全厂设备安全用电是电站电气一次设计的重要内容，其设计范围主要包括电气主接线设计、厂用电系统设计、照明及小动力设计、接地设计等方面，标准主要参照IEC规范。

1 电气主接线设计

水电站电气主接线主要受装机台数、容量及接入系统要求等条件约束。根据当地接入系统设计要求，莱州水电站以2回500kV出线送至山萝变电站，并在每回出线设置一组50MV的并联电抗器，以满足系统对无功要求。

电气主接线设计需满足以下要求：（1）可靠性高。（2）运行灵活、检修方便、开停机操作简单。（3）经济合理、技术先进。（4）继电保护和控制简单可靠[1]。

发电机与变压器组合通常有单元接线、扩大单元接线、联合单元接线，考虑电站的装机台数及规模，采用单元接线，即每台发电机各自和1台容量为467MVA的500kV三相主变相接。采用此种方式接线简单清晰，运行灵活，继电保护简单，主变故障或检修时仅本台机组容量受阻，影响范围小，可靠性高。

电站500kV高压侧3回进线，2回出线，可采用单母线接线、双母线接线、角形接线等方式，结合当地电网习惯，采用五角形接线，该接线在任一断路器故障时能确保全厂容量正常送出。任一出线故障不影响电站机组的正常运行，另一回出线可以送出全厂的全部容量，可靠性高。电站的正常运行操作由断路器进行，隔离开关只作为断路器或进出线回路检修隔离之用，结合电站布置，500kV设备采用GIS。

考虑电站机组容量及特性，发电机中性点采用经接地变压器的高电阻接地方式。发电机出口设置发电机出口断路器，考虑电站厂房布置较为紧凑，将电压互感器、避雷器等集成至发电机出口断路器中。

电站机组制动采用电气制动和机械制动相结合的方式，并设置专用电制动设备，加入电制动可以克服纯机械制动方式存在制动闸块磨损大、产生粉尘污染定子线圈和噪声大的弊端，改善机组自动系统运行条件，延长使用寿命，减少检修工作量和强度。当机组转速为50%的额定转速时，投入电气制动；当转速下降到额定转速的5%～10%时，投入机械制动至停机；当电气制动或发电机内部故障时采用机械制动。电站主要设备参数如表1所示，电气主接线图如图1所示。

表1 电站主要设备参数

图1 电气主接线图

2 厂用电系统设计

电站厂用电系统设计主要为电站所有用电负荷提供供电网络，以便各设备能可靠合理用电，设计范围主要包括厂用电源设置、厂用电电压选择、厂用电接线等[2]。

结合水电站相关设计要求，该电站厂用工作电源取自主变压器低压侧，以保证在机组停机时可从系统倒送厂用电，备用电源取自当地6.3kV电网，同时为提高电站运行的安全性和可靠性，电站设置柴油发电机组作为电站的保安电源。

该电站厂用电供电范围包括机组自用电、全厂公用电、进水口设备用电、溢洪道设备用电等。由于电站规模较大，各用电负荷又相对比较分散，若只采用0.4kV一级电压供电，将导致许多用电负荷在供电距离、电压升降等方面超出低压供电的允许范围，无法满足电站用电负荷的供电要求，结合当地用电习惯，电站采用6.3kV和0.4kV两级电压供电的方式。

结合当地设计习惯，电站设2台高压厂用变压器（18kV、6.3kV）作为厂用电工作电源，经负荷计算每台变压器容量设为4000kVA，分别从I号和II号主变压器的低压侧取电；设6.3kV外来电源2回，从当地电网终端塔经电缆接入电站6.3kV系统。设低压柴油发电机组两台变压器（0.4kV、6.3kV）升压后接入电站6.3kV系统；全厂6.3kV系统共设4段母线，主变低压侧电源分别接至I、II段母线，III段、IV段母线各接入1组柴油发电机、1组6.3kV外来电源。I段和II段、III段和IV段之间通过母联断路器连接，I段和II段母线主要连接全厂公用电系统，III段和IV段母线因接入柴油发电机及外来电源，供电可靠性大于I段和II段母线，因此大坝及溢洪道等关系到全厂安全的重要负荷接入该母线上，I段和III段、II段和IV段之间通过电缆连接以组成完整的6.3kV系统。正常运行时，I段和II段母线单独运行，III段和IV段分别由I段和II段母线供电；当I号和II号高压厂用变压器失电时，投入与之相连的外来电源给相应母线供电；若I段和II段母线全部失电时，I段和II段母线之间的母联断路器自动投入，一台高压厂用变压器带全厂负荷；当I段和II段母线全部失电时，I段和II段母联断路器跳闸后，两台柴油发电机组自动启动，提供保安电源。为了提高厂用电供电的安全性和可靠性，电站0.4kV系统采用机组自用电、公用电、大坝用电、泄洪用电分开供电方式。

3 照明及小动力系统设计

照明及小动力系统主要负责全厂正常照明、应急照明、小型设备用插座，系统覆盖全厂，设计范围大。良好的照明及小动力系统设计可以提升全厂的工作环境，给全厂运行维护创造良好的条件。全厂正常照明设置2段母线，每段母线2回进线，并通过ATS开关进行切换以提高正常照明供电可靠性；应急照明设置专门的紧急电源系统，其电源取自电站直流系统；考虑小型设备用插座无需过高的供电可靠性，插座电源取自全厂公用电系统；因厂房区域范围较大，为确保全厂各区域照明及小动力系统取电便利性，在全厂各区域设置相应的照明配电箱、插座配电箱，并根据各分支线路负荷选择合适截面进线，确保照明灯具、插座能正常工作。

灯具按相应照度要求进行布置，并尽量满足整齐美观要求，考虑水电站运行环境较为复杂，不同房间对灯具类型、光源有特定要求，因此应根据实际情况选择相应的灯具。在蜗壳层、水轮机层等处，由于湿度大，为提高照明可靠性，需采用防水性能好的灯具，如防水型荧光灯；对于发电机层，由于高度高、区域大、照度要求高，需采用光通量较大的金卤灯；中控室、办公室等房间大多进行了吊顶，且要求美观性，采用栅格灯等嵌入式灯具；在电缆廊道等照度要求不高的照明场所，采用功率较小的节能灯降低照明能耗；大坝、进厂道路等区域采用穿透性较好的灯具，如钠灯。因电站正常照明、事故照明灯具都取自交流电源，因此全厂灯具都可采用交流灯具，这样不仅确保了灯具的统一性，还降低了照明系统的运维难度。

4 接地系统设计

接地系统主要用于保证人身安全和电站安全可靠运行，接地系统有工作接地、保护接地等类型，工作接地主要包括变压器中性点接地，保护接地主要包含地下接地网、设备接地等。该电站地下主接地网区域包含大坝、溢洪道、厂房、尾水等区域，厂房区域采用铜接地体并分层进行敷设、其他区域主要采用镀锌钢材。根据电站入地短路电流和当地设计要求，全厂接地电阻按不大于0.5Ω进行设计。为确保各设备能可靠接地，主接地网引出至全厂各区域，并在合适位置预留接地铜板，各设备采用铜绞线和接地铜板进行连接从而接入全厂接地网。铜绞线截面根据设备类型进行选择，对于发电机、发电机电压配电装置、主变、厂用电系统等重要设备采用2根铜绞线作为接地连接体；其他用电负荷根据负荷类型、容量选择不同截面的铜绞线。为确保接地系统能稳固连接，接地连接线之间、接地连接线与接地铜板都采用放热焊进行连接。

5 设计编码

水电站设备多，系统复杂，对其进行统一的编码可以明确各级系统、设备和部件的相互关系，降低维护成本，改善运行维护效率。KKS编码自诞生以来，因其在电厂规划设计、工程建设和经营管理过程之中的优势，已成为世界范围内广泛运用的发电厂设备编码系统[3]。该电站电气一次设计过程中结合KKS编码原则，制订该电站的编码系统，以便对各系统进行快速识别，为电站的运行维护及信息化奠定基础。以电站6.3kV系统的工艺相关标识编码为例，根据编码规则，第I段母线的第一面柜子可编为20BBA01GH001，其余情况类似。

6 结束语

莱州水电站电气一次设计过程中，结合了相关规范和业主要求，并根据项目实际情况对各系统设计方案进行了确认，电站的安全性、可靠性、经济性、易维护性是该设计的基本出发点。目前电站已投产发电，各电气系统运行良好，且产生了良好的经济和社会效益。