库尔乌泽克水电站电气主接线技术、经济方案的论证分析
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1 工程概况
大吉尔尕朗河位于新疆省伊犁哈萨克自治州，是巩留县和新源县的界河，河流左岸为巩留县区域，河流右岸为新源县区域，设计的库尔乌泽克电站位于大吉尔尕朗河右岸上，在新源县的马场乡和巩留县的莫合尔乡境内，距离巩留县66km，距离伊犁市186km。
库尔乌泽克电站是一座引水式电站，属中型水利水电工程，电站装机3×23.3MW，年均发电量2.647亿kW.h.，额定水头137.5m，装机容量23.3MW，单机供水，发电流量19.87m3/s，电站保证出力为22MW，年最大利用小时数3784小时，年发电量2.647亿kW.h。
1.1 水电站电气主接线设计时的条件
(1)本电站是坝后式水电站，总装机3×23.3MW为中型水电站;
(2)电站接入系统电压为110kV电压等级，110kV出线要求二回，即一回至用户，另一回至规划的水电站;
(3)发电机出口电压为10.5kV;
(4)电站电站作为基荷运行;
(5)需考虑给近区马场乡和莫合尔乡等处供电，要求电压为35kV;
(6)按近区有负荷考虑(电站前池、渠首等)，发电机电压母线需直配线;
(7)电站建成后需解决运行人员生活区供电和其他供电。
1.2 水电站电气主接线设计时的基本原则
(1)首先应满足电力系统对水电站供电稳定性、可靠性要求。即能够不间断地(或可用率很高地)向系统送出合格电能;
(2)应综合考虑水电站的水文气象、动能特性、建设规模、接入系统设计、枢纽总体布置、地形和运输条件、环境保护、设备特点等因素;
(3)电气主接线应简单、清晰，便于操作维护运行;
(4)电气主接线应具有一定的灵活性，适应性;
(5)电气主接线设计应便于实现自动化，工程造价经济、合理;
(6)满足电站初期发电及最终规模的运行要求，还应考虑便于分期过渡;
(7)在可行性研究、初步设计时根据电力系统连接的要求和水电站的装机台数，进行电气主接线方案比较和技术经济分析论证。
2 电气主接线的技术、经济方案论证
2.1 水电站发电机电压接线选择
根据动能特性，本电站总装机69.99MW为中型水电站，发电机电压接线给出以下三个方案进行比较。即单母线接线、单母线分段接线、单元接线。
(1)方案一
优点：发电机侧采用单母线接线，主变压器与发电机容量相同，只有一台主变;单母线接线，接线简单;设备用量少，电气设备投资小;直配线供电不受个别发电机组运行状态的影响。缺点：与单母线分段接线比较，主变、母线故障或检修，需全厂停电;厂用电需架设10kV线路，厂用电部分投资增大;与单母线分段接线比较，灵活性差。
方案一：主要设备投资约1104.4万元。
(2)方案二
优点：发电机侧采用单母线分段接线，简明清晰，运行维护方便;可靠性好;一段母线或所连元件故障检修，只需短时停机，待分段隔离开关拉开后，仍可保持另一段母线运行，与单母线接线比，灵活性好。缺点：与单母线接线比设备多，占地面积大，投资多。
方案二：主要设备投资约1242.4万元。
(3)方案三
优点：发电机侧采用单元接线，简明清晰，运行维护方便;故障停机影响面小，可靠性高;发电机电压设备最少，简化布置;可靠性好优于方案一、二;灵活性好优于方案一、二。缺点：与单母线分段接线比，主变高压侧出线多，使高压母线趋于复杂;主变数量多，运行维护费高;与单母线分段接线比，不易装设直配线。
方案三：主要设备投资约1299.4万元。
电站的发电机电压侧技术经济比较情况，比较详见表2-1。
发电机电压接线方案比较表
表2-1
(4)综合比较
通过分析，得出方案三投资最多，方案三使昂贵的110kV高压断路器倍增，也增加了升高电压接线的复杂性。
从选择设备的角度考虑，方案一增大母线的断路容量。一台主变可靠性有所降低。
综合比较，结合本电站的装机容量及单机功率，发电机电压母线初拟采用方案二，可靠性好，灵活性好，简明清晰，运行维护方便;即发电机侧采用单母线分段接线。
2.2 水电站升高电压接线选择
水电站升高电压接线可供选择的方案较多，初拟考虑较适合本电站情况的三个方案，即外桥接线方案、单母线方案和单母线分段方案进行比较。
(1)方案一
优点：外桥接线，简明清晰;断路器用量少;一台主变压器故障或检修，暂时切除一回出线，待主变压器隔离开关拉开后，可有二回出线送出电站一半功率。缺点：桥断路器故障，二回出线需解列运行，如有穿越功率通过将受影响;与单母线分段比，扩建不方便。
方案一：主要设备投资约565万元。
(2)方案二
优点：升高电压侧采用单母线接线，简明清晰;继电保护简单;进出线回路可不对应，配置灵活;扩建方便;升压站面积小。缺点：母线或与母线所连设备检修，全厂需停电。
方案二：主要设备投资约545万元。
(3)方案三
优点：升高电压侧采用单母线分段接线，简明清晰;继电保护简单;进出线回路可不对应，配置灵活;扩建方便;升压站面积较大。缺点：断路器检修，回路需停电;母线或与母线连接设备检修，短时全厂停电，分段后一台主变运行。
方案三：主要设备投资约686万元。
电站的升高电压侧技术经济比较情况，升高电压接线比较详见表2-2。
升高电压侧接线方案比较表
表2-2
(4)综合比较
综合比较，认为方案二单母线接线，简单清晰，可靠性亦较好，且占地面积小，造价低，结合电站在系统的位置，110kV送出工程一回至用户，另一回至规划的水电站，因此，初拟方案二。
2.3 水电站电气主接线的确定
根据上节对水电站接入电力系统研究，对水电站发电机电压接线和升高电压接线的分析，初拟库尔乌泽克水电站电气主接线：
电站共三台机组，总容量为3×23.3MW，发电机出口电压10.5kV，主变压器容量(1×31.5+1×63)MVA，电压为121/10.5kV和121/38.5/10.5kV;#1机组机组、#2机组、#3机组与主变压接成单母线分段接线，正常运行时发电机电压侧母线为分段运行。110kV侧二回出线与两台主变压器接成单母线接线，其中预留一回。电站厂用变分别取自发电机两段电压母线，初拟厂用变容量各为1250kVA，电压为10.5/0.4kV。
水电站主要电气设备选择及价格估算：详见表2-3。
主要电气设备选择及价格估算表
表2-3
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序号
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名 称
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型号和主要技术参数
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单位
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数量
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单 价 （万元）
|
估算价格 （万元）
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备 注
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一
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电气一次设备
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1
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户外设备
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1.1
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1TM主变压器
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SF11-63000，63000kVA，121±2×2.5%/10.5，Ud=10.5%，YNd11。
|
台
|
1
|
|
|
轨距：2000×1435
|
|
1.2
|
2TM主变压器
|
SFS11-31500，31500kVA，121±2×2.5%）/10.5，Ud13=10.5%，Ud12=17%，Ud23=6.5%，YNyn0d11。
|
台
|
1
|
|
|
轨距：2000×1435
|
|
1.3
|
主变中性点隔离开关
|
GW13-72.5(W)，额定电压 72.5kV；额定电流 630A。
|
组
|
2
|
1.5
|
3.0
|
每组单级
|
|
1.4
|
主变中性点避雷器
|
HY1.5WZ，额定电压 72/168kV。
|
只
|
2
|
0.6
|
1.2
|
附放电记录器
|
|
1.5
|
主变中性点放电间隙
|
BXJ-110，放电间隙电流互感器 600/5A。
|
只
|
2
|
1.2
|
2.4
|
|
|
2
|
户内设备
|
|
|
|
|
|
|
|
2.1
|
气体绝缘金属封闭开关设备
|
ZF-126型，110kV出线 GIS组合电器：额定电流1600A；TA 400～800/5A；QS 额定电流1600A；配套设备等。
|
单元
|
2
|
80
|
160
|
厂家成套
|
|
2.2
|
气体绝缘金属封闭开关设备
|
ZF-126型，110kV主变压器侧出线 GIS组合电器：额定电流1600A；TA 400～800/5A；QS 额定电流1600A。
|
单元
|
2
|
80
|
160
|
厂家成套
|
|
2.3
|
气体绝缘金属封闭开关设备
|
ZF-126型，110kV母线TV GIS组合电器：QS 额定电流1600A；TV (110／√3)／(0.1／√3)／(0.1／√3)／0.1kV。
|
单元
|
1
|
40
|
40
|
厂家成套
|
|
2.4
|
10kV高压开关柜
|
KYN18-12-24型，1#、2#、3#发电机出口：ZN65A-12T-40kA，额定电流2500A；LZZBJ9-10C3Q，2500/5A。
|
面
|
3
|
40
|
120
|
柜内设备厂家成套
|
|
2.5
|
10kV高压开关柜
|
KYN18-12-02型，厂用变压器柜：ZN65A-12-40kA，额定电流2500A；LZZBJ9-10C3Q，100/5A。
|
面
|
2
|
40
|
80
|
柜内设备厂家成套
|
|
2.8
|
10kV高压开关柜
|
KYN-12-48型，电压互感柜：JDZXF14-10，(10／√3)／(0.1／√3)／(0.1／√3)／0.1kV；12/42/75kV；RN2-10，0.5A；HY5WZ-17/45。
|
面
|
2
|
10
|
20
|
柜内设备厂家成套
|
|
2.9
|
10kV高压开关柜
|
KGN-12型，1TM主变低压侧：LMZBJ4-10，2500/5A；ZN65A-12-40kA，额定电流2500A；GN22-12/2500-40kA。
|
面
|
1
|
30
|
30
|
柜内设备厂家成套
|
|
2.10
|
10kV高压开关柜
|
KGN-12型，2TM主变低压侧：LMZBJ4-10，5000/5A；ZN65A-12-40kA，额定电流5000A；GN22-12/5000-40kA。
|
面
|
1
|
30
|
30
|
柜内设备厂家成套
|
|
2.11
|
厂用变压器柜
|
XGN2-10型（特制），干式变压器：容量1250kVA，10.5±2×2.5%/0.4，Ud=4.5%，Dy n11。
|
台
|
2
|
20
|
40
|
设备厂家成套特制
|
|
二
|
电气二次设备
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
微机综合自动化计算机
|
|
套
|
1
|
200
|
200
|
成套自
动化
|
|
三
|
发电机组部分
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
发电机组部分
|
SF23.3-16/4100型，23.3MW，10.5kV，COSФ=0.85。
|
台
|
3
|
1100
|
3300
|
水轮发
电机组
|
(1) 项目负责、专业负责人对工程设计应有计划，工作日程要形成文件化管理;
(2) 报告的文字表达应准确简明，逻辑严谨，通俗易懂。图纸应完整清晰;
(3) 理论联系实际，深入实际;
(4) 设计思路应开阔，考虑方案应周全;
(5) 多参观学习，提高设计人员的自身素质。
4 结束语
总之，在水电站电气主接线在设计时，对于新建、创新的项目应多参观、考察、总结，应该进行多方案技术、经济论证比较，应该多开方案讨论会，多听取合理化意见，要以现有的电气基础资料为依据，实事求是、认真的、细致的进行设计。
作者简历：
王卫峰，男，1968年9月，41岁，文化程度本科，从事电力设计工作23年，职称：高级工程师，技术职务：分院副总工。
王新峰，男，1972年5月，37岁，文化程度本科，从事电力设计工作12年，职称：工程师。
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