巴基斯坦卡洛特水电站厂用电系统设计

徐则诚 董晓宁 王树清 刘江

摘要：卡洛特水电站厂用电系统供电范围包括电站厂房、溢洪道、进水口及坝区，其用电负荷较为分散，对可靠性要求较高，因此其厂用电系统较一般水电站更为复杂。结合卡洛特水电站厂用电系统特点，对厂用电系统的电源引接、接线方式、以及厂用电系统运行方式等方面的问题进行阐述。结果表明：卡洛特水电站厂用电系统设计安全可靠、经济合理，能保护水电站的安全稳定运行。

关键词：厂用电系统;供电可靠性;卡洛特水电站;巴基斯坦

中图法分类号：TV734文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.11.019

文章编号：1006 - 0081（2021）11 - 0084 - 04

0 引 言

卡洛特（Karot）水电站为单一发电任务的水电枢纽，为吉拉姆（Jhelum）河规划的5个梯级电站的第4级，大坝位于巴基斯坦旁遮普省卡洛特桥上游1.75 km，距离下游的曼格拉大坝74 km，西距伊斯兰堡直线距离约55 km。卡洛特水电站枢纽为Ⅱ等大（2）型工程，主要由电站厂房、泄水建筑物、大坝、电站引水及尾水系统等组成。电站装机容量72万kW（720 MW），装机4台，单机容量为18万kW（180 MW），保证出力116.1 MW，多年平均年发电量为32.06亿kW·h，年利用小时数为4 452 h。

结合枢纽总布置，卡洛特水电站的供电范围主要包括电厂厂房及坝区。电站厂内供电包括机组自用电，厂内照明及油、水、气、空调和通风、检修、尾水等用电负荷。坝区供电包括电站进水口、溢洪道及坝区照明等用电负荷。卡洛特水电站建成后将成为巴基斯坦电网的重要电能来源，因此电站的安全、可靠、持续运行至关重要。卡洛特水电站厂用电具有用电负荷分布较广、供电范围较大等特点，与一般水电站相比更为复杂，因此厂用电方案设计成为重难点。

1 负荷分析及厂用电电压

巴基斯坦卡洛特水电站用电负荷包括厂内机组自用电和公用电（含检修用电）、厂内照明用电、溢洪道用电、进水口用电、业主营地用电和道路照明用电。在全部机组正常运行和1台机组检修、其他机组正常运行两种工况下，各用电部位计算负荷采用综合系数法计算[1-2]，计算负荷情况列于表1。

卡洛特水电站枢纽具有供电范围较大、各用电负荷比较分散的特点。卡洛特枢纽由大坝、泄水建筑物、电站引水及尾水系统、电站厂房等建筑物组成，一级电压不能满足电压质量的要求，因此必须采用二级电压供电。考虑到外来备用电源采用11 kV，而电站又需引接该电源作为厂用电源，将两者结合利于节省工程投资，综合考虑第一级电压和第二级电压分别采用11.0 kV和0.4 kV。

2 厂用电系统接线方案

2.1 厂用电源引接

卡洛特水电站发电机机端电压为15.75 kV，采用发电机-变压器单元接线。当机组停机时，发电机与变压器之间装设的发电机断路器断开。为了提高供电的连续性、可靠性和经济性，厂用电源受机组启停影响需尽可能小，故可从500 kV系统倒送厂用电源，从发电机电压母线上引接的厂用电源不受机组开停影响。卡洛特水电站在巴基斯坦国家电网中起着重要作用，因此厂用电需具备高可靠性、高灵活性和高稳定性[3-5]，厂用电工作电源引自电站单元接线的发电机电压母线，每个单元接线的发电机电压母线上引接1回厂用电源（共4回）。

原设计方案从邻近变电所不同母线引接2回电源作为电站的厂用备用电源，全电站只在溢洪道变电所内设置了1台容量为800 kW柴油发电机与变电所0.4 kV母线连接，该柴油发电机主要用于保证溢洪道汛期泄洪安全、作为电站的黑启动电源、作为厂房内渗漏排水泵的备用电源。经过实地查勘后了解到附近没有符合要求的外来电源，只有从施工现场的重油电站来获取施工用电，因此需要用另外的备用电源来替代外来电源。溢洪道供电系统与厂内供电系统之间通过11 kV电缆-架空线-电缆的连接方式解决了因溢洪道与电站厂房距离较远的问题，在发生全厂失电，需要黑启动的情况下，设置在溢洪道变电所的柴油发电机需要通过繁杂的操作环节向厂内机组倒送电。首先溢洪道变电所的变压器需要将电压从0.4 kV升压至11 kV，通过11 kV的架空线送至厂房，再通过厂房内的厂用变压器降压至0.4 kV最后才能向厂内机组倒送电，此操作流程十分耗时耗力，且降低了供电可靠性。因此很有必要在厂内增设一台柴油发电机作为机组黑启动电源和厂内紧急事故保安电源（如渗漏排水等）来保证在全厂失电、没有任何外来电源的情况下能及时启动单台机组，恢复厂用电供电。由于厂内增设了一台柴油发电机，原溢洪道變电所的柴油发电机仅需要负责溢洪道汛期泄洪闸门的应急供电，经计算，厂内新增柴油发电机的容量也可减小至600 kW。故取消从邻近变电所引接外来电源的计划，在厂内增设一台容量为600 kW的柴油发电机。

2.2 厂用电接线

（1）电厂厂用电11 kV接线。分别从4组发电机组机端引接4回电源引至电厂作为厂用电源，经4台高压厂用变压器降压后，4回厂用电源的电压降至4段11 kV母线。4段母线分为2组，两段母线为一组，各段母线间均设母联开关，为了保证运行段母线在分段运行或不分段运行时均只由一个电源供电，母联开关和外来电源均设有备用电源自动投入装置。

（2）电站11/0.4 kV厂用电。根据用电设备的运行方式、重要程度及其布置位置，电站低压0.4 kV厂用电系统设置6个供电点：1号和2号机组自用电供电点、3号和4号机组自用电供电点、1号公用电供电点、2号公用电供电点、进厂公路供电点和厂内照明供电点，其中进厂公路供电点由箱式变压器供电，采用单电源回路，其他供电点均采用双电源回路供电，双回路互为备用。

机组自用电：电厂设2个机组用电供电点（每两台机组共用一个机组自用电），每个机组用电供电点均设2台变压器互为备用，供电点的双回路电源分别引自不同的厂用电11 kV母线。每个供电点0.4 kV侧采用单母线分段接线，两段0.4 kV母线间设备自投母联断路器，互为备用供电。

电站公用电：电站公用电负荷主要包括电站除机组用电负荷外的辅助设施用电、暖通空调用电、检修用电等。公用电负荷容量大，且在厂房分布范围大，因而每个电厂设2组公用电供电点。每个供电点设2台变压器（互为备用），两回电源分别由不同的厂用电11 kV母线引接;0.4 kV接线为单母线分段，母联开关设置备用电源自投装置。

厂内照明供电：电厂厂内照明设备设置1个照明供电点，配有2台变压器，2台变压器互为备用。照明供电的双回路电源分别引自不同的厂用电11 kV母线，低压0.4 kV侧采用单母线分段接线方式，母联断路器设置备用电源自投装置。为保证厂内照明电压质量，照明供电采用两台有载调压变压器。为保证火灾事故情况下正常工作和人员疏散，配置应急照明和疏散指示标志照明。事故照明电源采用EPS应急电源系统。

进厂公路供电：进厂交通洞厂房侧设置了工作照明分电箱和事故照明分电箱，电源分别取自照明专用变压器和EPS应急电源;隧道灯在洞壁两侧交错布置，取其中等布置间距1/3数量交错布置灯具为事故照明灯具，以满足在应急状态下的基本照度要求。

（3）坝区建筑物供电。根据各个枢纽建筑物的布置和供电需求，从厂房11 kV厂用电母线引出两回电源至溢洪道11 kV配电装置，溢洪道和进水口分别设置1个11/0.4 kV变电所，每个变电所配置两台变压器，互为备用，变电所电源均引自溢洪道11 kV配电装置。业主营地电源引自溢洪道11 kV配电装置。

（4）柴油发电机供电。为了保证溢洪道泄洪设施的安全运行、1台机组启动及厂房内渗漏排水泵的供电要求，在泄水闸供电点附近设置了一台容量600 kW柴油发电机组，接至溢洪道变电站0.4 kV母线上。

厂内设1台600 kW柴油发电机接至1号和2号机组自用电供电点、3号和4号机组自用电供电点、1号公用电供电点的0.4 kV母线上，在500 kV系统发生故障、全厂停机的极端情况下作为电站的黑启动电源，同时也可作为厂内紧急事故保安电源（如渗漏排水等）。厂用电及坝区供电接线图如图1所示。

3 厂用电系统设备的选择

厂内15.75/11 kV高厂变按工程全部厂用电负荷计算值计及（包括厂内机组自用电、公用电、照明用电、溢洪道、进水口、业主营地及公路照明用电等）。4组（单相）高厂变对应4段11 kV母线，分两组运行，考虑负荷不平衡，每组两段母线承担60%～70%全枢纽总负荷，则任一（3台单相）高厂变容量取60%～70%全枢纽总负荷。计算1台单相高厂变所承担的最大负荷约为1 132.54 kVA，故厂内15.75/11kV高压厂用变压器选用12台2 000 kVA的单相干式变压器，可以满足全厂负荷用电需求。

厂内机组自用电最大计算负荷为1 335.5 kVA。由于电站内共设有两个自用电供电点，按照每个供电点承担一半负荷的原则进行分配，并考虑适当备用容量，1号自用电11/0.4 kV厂用变压器和2 号自用电11/0.4 kV厂用变压器分别选用两台1 000 kVA的厂用变压器。

厂内公用电最大计算负荷为2 396.5 kVA。由于电站内共设有两个电站公用电供电点，因此，对负荷按照一定原则进行分配，并考虑适当备用容量，1号公用电11/0.4 kV厂用变压器选用两台2 000 kVA的厂用变压器， 2 号公用电11/0.4 kV厂用变压器选用两台1 250 kVA的厂用变压器。

厂内照明计算负荷约为280 kVA，考慮适当备用容量，厂内照明11/0.4 kV变压器选用两台500 kVA的厂用变压器可以满足厂内照明用电负荷的用电需求。

溢洪道变电所最大计算负荷为1 363.65 kVA，考虑适当备用容量，溢洪道11/0.4 kV变压器选用两台1 600 kVA的厂用变压器。

进水口变电所最大计算负荷为339.3 kVA，考虑适当备用容量，进水口11/0.4 kV变压器选用两台630 kVA的厂用变压器。

道路照明的计算负荷约为70 kVA，考虑适当备用容量，11/0.4 kV箱式变压器暂按100 kVA选择。

4 厂用电运行方式

正常运行时厂内400 V 分段母线分开单独运行，连接柴油发电机回路的断路器断开，在任何情况下应避免同一段母线由两个电源同时供电的运行方式。当1台变压器故障或检修时，自动切除本台变压器，通过分段开关或联络线保持供电的连续性。在厂内两台变压器均故障的情况下，由柴油发电机供电。

进水口、溢洪道运行工况：正常运行时由厂内11 kV母线供电，故障工况下由溢洪道柴油发电机供电。

5 结 语

厂用电系统的可靠性直接关系到电厂的效益及溢洪道泄洪设施的安全运行，因此，厂用电设计在遵守相关规程规范的基础上，应追求安全可靠、技术先进、经济合理。在设计初须根据当地电网及工程的实际情况，合理选择适合于厂用电的供电电源点、供电电压等级，对引水式电站更应注意合理规划供电系统;在厂用电系统主要设备选择时，须先对厂用电负荷进行分析统计，确保各设备的选择满足不同工况下运行要求。本文通过对巴基斯坦卡洛特水电站的厂用电系统设计总结，可为类似工程提供借鉴。

参考文献：

[1] NB/T 35044-2014 水力发电厂厂用电设计规程[S].

[2] 水电站机电设计手册编写组. 水电站机电设计手册（电气一次） [M]. 北京： 水利电力出版社，1982.

[3] 杨杰，朱钊，李璇. 厄瓜多尔美纳斯水电站厂用电系统方案设计研究[J]. 人民长江，2021，52（6）：108-112.

[4] 李萍，卢万里. 引水式水电站厂用电设计研究[J]. 水电站机电技术，2021，44（1）：43-45.

[5] 王樹清，崔磊，曾江华，等. 巴基斯坦卡洛特水电站电气一次设计[J]. 水利水电快报，2020，41（3）：86-91.

（编辑：李 晗）

Design of auxiliary power system for Karot Hydropower Station

XU Zecheng，DONG Xiaoning，WANG Shuqing，LIU Jiang

（Changjiang Survey，Planning， Design and Research Co.，Ltd.， Wuhan 430010，China）

Abstract： The power supply range of the auxiliary power system of Karot Hydropower Station includes the powerhouse， spillway， water inlet and dam area， and the power load is relatively scattered， which requires higher reliability， so the auxiliary power system is more complex than the common hydropower station. Based on the characteristics of the power supply system of Karot hydropower station， this paper expounds the power supply lead， connection mode and operation mode of the power supply system. The results show that the design of Kalot hydropower plant power system is safe， reliable， economical and reasonable， which can protect the safe and stable operation of the hydropower plant.

Key words： auxiliary power system;  power supply reliability; Karot Hydropower Station; Pakistan