雷公滩水电站扩机工程电气设计方案

2021-09-03肖建伦张慧媛

黑龙江水利科技 2021年8期

王兵，肖建伦，张慧媛

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵阳 550002)

1 工程概况

雷公滩水电站位于蒙江干流下游贵州省黔南布依族苗族自治州罗甸县境内，水电站已于1997年建成发电，电站装机2×4.2MW，保证出力2240kW(P=90%)，年利用小时数6190h，年发电量5200kW·h。但其水量利用系数较低，每年均有大量弃水发生，资源浪费较为严重。随着上游双河口电站梯级的建成投产，这种弃水浪费资源的现象更为严重。扩机工程建成投产后，大大提高了蒙江水能资源的利用水平。因此在已建2×4.2MW电站的基础上进行扩机很有必要，对扩机容量进行技术经济论证，最后确定扩机容量为20 MW。

2 接入电力系统方式

已建雷公滩水电站装机2台，容量为2×4.2MW，电站35kV出线接至1.5KM处110kV雷公滩变电站35kV母线侧。雷公滩水电站扩机工程拟建厂区位于原电站的河对岸。

雷公滩水电站扩机工程的接入电力系统方式初步拟定为：电站扩机工程以一回110kV线路接入110kV雷公滩变电站(业主自建，已投入运行)110 kV母线上，导线采用LGJ-120。

3 电气主接线设计

3.1 主接线方案

根据雷公滩水电站原有装机规模(2×4.2MW)、扩机规模(1×20 MW)及初步拟定的接入系统方案，雷公滩水电站扩机方案的电气主接线为：发电机出口采用10.5kV电压等级，发电机出口采用为单母线接线方式，升压变选用一台容量25MVA的双线圈变压器,高压侧电压等级110kV，高压侧采用变压器-线路组接线方式。

3.2 厂用电系统方案

本电站扩机工程厂用电系统供电范围包括公用设备、厂内控制、检修、照明及取水口闸门等负荷用电。厂用电采用10/0.4KV一级电压配电,为保证供电质量，设计方案考虑了两回厂用电源，一回引自发电机出口10.5kV母线，另一回接至已建雷公滩电站一厂0.4KV厂用电侧，雷公滩电站一厂厂用变压器容量为315KVA,两回厂用电源互为明备用。电站扩机工程主要厂用电负荷见表1，根据下表厂用电用电负荷情况，厂用电计算负荷为254.67 KVA，故选用一台SCB11-315KVA户内干式降压变压器作为电站厂用变压器。

表1 厂区主要用电负荷统计表

4 主要电气设备选择

4.1 短路电流计算

根据扩机电站接入系统方式,此设计阶段以罗甸县变电站220kV母线侧为无穷大系统。电站系统网络阻抗图如下图1，计算结果见表2。

图1 雷公滩水电站扩机网络阻抗图

表2 短路电流计算结果

4.2 主要电气设备选择

根据短路电流计算结果以及本电站升压站高压配电装置的布置方式选择电气设备，并能满足正常运行、短路和过电压等各种工况的要求[1]。初选主要电气设备的参数如下：

1)水轮发电机：①型号：SF20-56/730；②额定出力：20MW；③额定电压：10.5 kV；④额定电流：1293.82A；⑤功率因数：0.85；⑥额定频率：50 Hz。

2)发电机电压母线(共箱自冷式封闭母线)：①母线型式:BGF-10KV/2000A；②额定电压:10.5KV；③额定电流:2000A；④冷却方式:自冷式。

3) 发电机专用断路器柜：①额定电压：12 kV；②额定电流：2000A；③额定开断电流：40kA；④直流分量百分比： ≥75%；⑤额定动稳定电流：80 kA。

4)12kV高压开关柜：①型号：KYN28-12；②台数：5台；③额定绝缘水平：42/75 kV；④防护等级： IP2X；⑤额定开断电流：40kA；⑥直流分量百分比： >40%；⑦4S热稳定电流：40kA；⑧额定动稳定电流：80 kA。

5)主变压器1台：①型式：SF11-25000/110；②额定容量：25000kVA；③电压：121±2×2.5%/10.5kV；④结线组别：YN,d11；⑤调压方式：无励磁；⑥阻抗电压：10.5%；⑦冷却方式：风冷。

6)厂用变：①型式：SCB11-315/10.5；②额定容量：315kVA；③电压：10.5±2×2.5%/0.4kV；④结线组别：YN,d11；⑤调压方式：无励磁；⑥阻抗电压：4%。

7)110KV断路器(1台)：①型式:LW46-126；②额定电压：126KV；③额定电流：1250A；④额定开断电流: 40KA。

8)110KV隔离开关-双接地(2组)：①型式:GW4D-126(ⅡDW)；②额定电压：126KV；③额定电流：630A；④额定开断电流: 31.5KA。

9)110KV电流互感器(1组)：① 型式:LGB-110；②额定电流比:2×150/1A；③准确级:5P20/5P20/5P20/0.2S。

5 过电压保护及接地

5.1 直击雷保护

扩建电站110KV电气设备采用独立避雷针作直击雷保护，保护主变压器和110kV出线设备，并在厂房顶沿墙敷设避雷带，以作厂房直击雷的保护。

5.2 过电压保护

根据相关规范要求，扩建电站在发电机出口、10.5kV母线以及主变的高压侧各装设一组避雷器。并在110kV线路侧配置一组氧化锌避雷器，110kV架空输电线路全线装设避雷线。

5.3 接地

扩建电站接地接入110kV系大电流接地系统。对不同用途和不同电压的电气设备的接地均使用一个统一的接地网，其总接地电阻值要求不大于2000/I欧。

1)主接地网

扩建电站由厂房接地网、尾水渠接地网、大坝及雷公滩电站原厂接地网构成主接地网，各接地网之间用50×6 mm的镀锌扁钢连接。扩建电站厂房各层均暗敷成闭合回路的水平接地干线，以便各级电压电气设备接地。接地干线采用50×6 mm的镀锌扁钢，设备与接地干线连接采用镀锌扁钢。建筑物层间用多根垂直接地干线连成一体，并与主接地网连接。

2)均衡电位接地

扩建电站厂房各层钢筋混凝土楼板以及侧墙，每隔4-5m利用结构钢筋焊接成不大于5m×5m的网孔，形成均压接地网。均压接地网与接地干线连接，整个厂房形成一个接地笼。对于110kV升压站，利用50mm×6 mm的镀锌扁钢焊接成不大于5m×5m的网孔，形成均压接地网，另在升压站设置多根3m深的垂直接地极，且在出线构架附近设置3个50m深孔接地极。水平接地带与尾水接地网连接，用以改善升压站的冲击接地电阻。

6 自动控制

为适应蒙江流域梯级电站系统调度的调控要求，确定雷公滩水电站扩机工程采用计算机监控系统。该系统能按照蒙江流域梯级调度要求，并根据电站设备状况及运行特征参数，完成对电站机电设备的自动监控，实现电站机电设备的最优运行。本电站计算机监控系统拟采用分层分布式结构，设置主控级和现地控制级，系统网络结构采用100Mbps单星形光纤以太网。

由于原雷公滩水电站二次设备仍然采用常规继电器方式，现阶段无法满足计算机监控系统的要求。在扩建电站计算机监控系统中设置对原雷公滩水电站及坝区设备的远方控制系统，待原雷公滩水电站二次设备技术改造完成后通过光纤以太网与新扩建雷公滩水电站计算机监控系统连接。

扩建电站自动监视控制设计范围包括：水轮发电机组及辅助系统设备监控、升压站设备监控、厂用电系统设备监控、全厂公用系统设备监控、取水口闸门的实时数据监控。计算机监控系统主控级设2台系统数据服务器兼操作员工作站、1台工程师工作站、1台调度通信工作站、时钟同步装置和语音报警等。按监控对象对扩建电站水轮发电机组设置1套机组LCU， 1套110kV升压站、公用设备LCU，共计2套现地控制单元。LCU直接监控被监控设备的生产过程，既可作为分布系统中的现地智能终端，又可作为独立装置单独运行[2]。