黎城县漳北渠水电站增效扩容改造工程电气方案设计

2022-06-23张明晶

山西水利科技 2022年1期

张明晶

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司山西太原030024）

1 概况

黎城县漳北渠水电站为有坝引水式径流电站，由拦河坝、引水渠、压力管道及厂房组成，拦河坝为浆砌石重力坝，坝长80 m，最大坝高4 m。水电站现有上网方式是通过10 kV 升压站，将发电机出口6.3 kV 升高到10.5 kV 后，以一回10 kV 专线接入系统变电站——黎城110 kV 变电站10 kV 母线，专线长度11 km。该线路已运行三十多年，导线、金具锈蚀严重，绝缘子多有破损，存在安全隐患，并且由于机组设备老化，效率下降，根据工程实际情况，需对电站进行改造。

2 电气主接线方案比选

水电站现有发电机采用6.3 kV，设四台发电机组，单机功率450 kW，电气主接线采用单母线接线方式，通过两台容量为1 250 kVA 的升压变压器将发电机出口6.3 kV 升高到10.5 kV，再以10 kV 专线接入系统变电站。本次改造通过对发电机出口电压等级进行了0.4 kV、6.3 kV 和10.5 kV 的综合比较，确定将四台发电机改为10.5 kV 电压等级。

方案一：采用6.3 kV 发电机组（现状）

水电站现有发电机采用6.3kV，但上网线路是10kV，因此，电站设有两台2 000 kVA 升压变压器，将发电机出口电压6.3 kV 升高到10.5 kV 后再接入电力系统。水电站另设10/0.4 kV 站用变压器一台。

该方案的优点是：维持电站现有模式，电气设备更换简单，对设备基础改造很少，运行人员对改造后的电站会比较熟悉，便于操作维护。缺点是：发电机出口电压和上网电压的6.3 kV 和10.5 kV 均属于中压，中间需要增设2 台升压变压器，因此，增设了上网操作环节，也必然增加了故障点和设备检修维护费用。并且，该方案需设11 面6 kV 高压开关柜和5 面10 kV高压开关柜，所用电气设备较多，虽然土建工程量小，但总造价较高约为330 万元。

方案二：采用10.5 kV 发电机组（推荐方案）

水电站发电机组采用10.5kV，上网线路也是10kV。

该方案的优点是：电站仅设7 面10 kV 开关设备，接线简单，设备少，省去了升压变压器，上网简单，设备检修维护费用相对较少，也减低了损耗，增加了效率，并且发电机出口电压10.5 kV 也是现在的主流电压等级，相对于6.3 kV 电气设备，在未来的设备维护中也更容易采购到易损件，便于电站运行维护管理。另外，该方案所用电气设备相对较少，总造价约230万元，相对6.3 kV 方案较低。该方案的缺点是：需对发电机组基础进行少量修改，运行维护人员需要一个从6.3 kV到10.5 kV 电压等级的熟练过程。

方案三：采用0.4 kV 发电机组

本水电站改造项目的发电机装机容量小于800 kW，根据《农村水电增效扩容改造项目初步设计指导意见》，对发电机单机容量小于800 kW 的，宜采用低压发电机，以降低电气设备投资。

该方案需要配套4 面发电机一体化屏，配置2 台2 000 kVA 升压变压器，将发电机出口电压由0.4 kV升高到10.5 kV 后再接入电力系统。

该方案优点是：由于采用了低压发电机，电站设5面10 kV 开关设备，电气设备相对减少，操作简单，设备所占空间较小，自动化系统简单，总造价约200 万元。该方案的缺点是：因电站现有发电机为6.3 kV，如果改造为0.4 kV 机组，土建改造工程量大，相比较10 kV发电机方案，由于增加了2 台升压变压器，电站综合损耗比较大，电气环节多，故障点多。

随着国家铁路网建设与城市发展，穿越城区的部分铁路将通过外迁等方式重新发挥新的活力。与此同时原铁路走廊却逐步成为城市发展的一道“裂痕”。本文在对废弃铁路沿线问题剖析的基础上，结合铁路再利用模式提出了铁路沿线地区“面—线—点”的交通优化策略，并以南京宁芜铁路进行了实例分析，以期通过多种交通方式系统融合、沿线地区交通织补以及重要节点精细化设计与控制等策略方法，实现废弃铁路沿线地区交通系统的优化与提升。

方案比较主要参数见表1。

表1 电气主接线方案主要参数比较表

通过比较，采用0.4 kV 方案虽然投资较少，但10.5 kV 方案因其接线简单，损耗小，效率高，更适于本水电站实际情况，因此，推荐采用10.5 kV 发电机组方案。

本次改造后水电站的10 kV 母线仍采用单母线接线形式。单母线接线的优点是：接线简单清晰；所用电器设备少；造价低。单母线接线的缺点是：当母线发生故障时，所有发电机都不能运行；当检修母线时各回路必须停止工作，但是母线故障的几率很少，且检修母线可安排在枯水期进行。单母线分段接线方式与单母线接线相比提高了运行的可靠性和灵活性，运行费用低，检修方便；但投资稍高。因本水电站直接通过一回10 kV 线路上网，所以，10 kV 母线分段显得没有必要。改造后的10 kV 母线上共设7 面高压开关柜。

3 主要电气设备选择

1）短路电流计算

根据电站接入电力系统情况，以电站接入系统的短路容量取1 000 MVA 进行计算，选取基准容量100 MVA，以各种运行方式中短路故障最严重的情况对电站的短路电流进行了计算。经计算，水电站10.5kV 母线为短路点的K1 点短路电流计算结果见表2。

表2 短路电流计算结果

2）变压器选择

根据电气主接线方式，本次改造将采用10 kV 接线方式，不再需要升压变压器。原有旧变压器全部拆除。

水电站现有站用变压器为铝线绕制线圈的油浸变压器，为80年代产品，也属于已淘汰的机电产品，本次改造拟更换为S11-80/10.5，10.5/0.4 kV 系列产品，容量为80 kVA。本次改造除更换该站用变压器外，在电站10 kV 母线新增一台站用变压器，变压器型号为SCB10-80/10.5，10.5/0.4 kV，容量为80 kVA，采用在10 kV 高压开关柜内安装的方式。

水电站现有6 kV、10 kV 开关柜型号为GG-1A 型，内配油断路器，这些开关柜均为上世纪70～80年代时期产品，属于淘汰产品。电站现有的发电机出口的电压互感器、励磁变压器等均属于已淘汰电气产品，部分因零配件无法采购到而失去了使用功能，使机组的运行存在很大安全隐患。

根据运行安全可靠、管理方便等原则，结合电气主接线形式，水电站本次改造更换为10 kV 成套开关设备，选用满足“五防”要求的KYN28 型移开式金属封闭开关柜，所有断路器均采用ZN63 型真空断路器。发电机出口的电压互感器、励磁变压器等均采用统一组柜安装的方式，柜型为XGN2-12。

4）低压配电柜选择

水电站现有低压配电屏型号已淘汰，设备老化，且回路分配杂乱。根据运行安全可靠、管理方便等原则，本次改造低压配电屏采用成套装置，型号为GCK 型。