２０１０年第２期 （第３８卷） 黑龙江水利科技 Ｎｏ．２．２０１Ｏ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ （Ｔｏｄａｌ Ｎｏ．３８） 文章编号：１００７—７５９６（２０１０）０２—００８８—０２ 探索水电站厂用电的优化设计 孙淑芬 （韶关市机电技工学校教务科，广东韶关５１２０３１） 摘 要：厂用电设计的优劣关系到电站运行的可靠性，是整个电站设计中的重要组成部分。对于小型水电站来说，厂用电的可靠性 和性直接影响着整个电站的经济运行，在电站设计时不能忽视其重要性。文章概括分析水电站厂用电的特点、厂用电 源取得方式、厂用负荷分析、厂用电接线、厂用变压器高压侧出口保护等方面问题。 关键词：厂用电；接线；可靠性；运行 中图分类号：ＴＶ７２ 文献标识码：Ｂ 可靠性的要求等等。 中国水力资源无论理论蕴藏量、技术可开发量，还是经 济可开发量及已建和在建开发量，均居世界首位。大力开发 ２水电站厂用电源的确定 厂用电源数量的确定不仅与电站的装机容量有关，也与 电站的运行方式及其在电力系统中的地位与作用密切相关。 我国１９８６年颁布的《水力发电厂机电设计技术规范（试行）》 对厂用电源数量按电站装机容量等级和运行方式的不同做 了规定，对于中型水电站，全部机组运行时应不少于两个独 水电，是保障未来中国能源供应的重要举措之一。进入“十 五”，终于迎来了水电建设快速发展的时期。 一小型水电站在进行厂用电设计时一定要综合各方面因 素，既要节省投资、方便维护，又要确保电站运行的可靠。使 设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济和满发地 运行。 ｌ 水电站厂用电设计的一般要求 厂用电是水电站最重要的负荷，厂用电系统的任何故 障，都会影响电站的正常生产，甚至导致停产，直至危及设备 与人生安全。因此，保证厂用电的可靠性和不间断性，具有 十分重要的意义。厂用电设计是整个电站设计中的重要组 立厂用电源，但允许一个处于备用状态；全厂停机时，允许一 个厂用电源供电。 虽然也有一些小型水电站为了节约投资采用一个厂用 电源，但是经过分析比较，笔者认为优先采取两个厂用电源 的方案更为合理。可以是一个取自发电机端，一个引自外来 电源。由于装有发电机断路器，当机组停运时可从系统倒送 取得厂用电源。并引一回外来电源作为厂用备用电源，因 此，在任何运行方式下均可保证厂用电的不间断供电。例如 甘肃洮河吉利电站，厂用电供电方式，采用全厂公用电和机 组自用电共用变压器的混合供电方式。厂用电电压为３８０／ ２２０Ｖ，厂用变压器设置２台，容量分别为４００ ｋＶＡ。厂用电源 由两处取用，即两处分别取自发电机６．３ ｋＶ母线及３５ ｋＶ施工 电源。两台厂用变压器构成单母线分段接线，并设置备用电 源自动投入装置，这样就确保了厂用电的安全可靠。 成部分，其可靠性在很大程度上决定了整个电站运行的可靠 性。 １．１应力求简单、清晰 由于小型水电站在投产运行后，为了使经济效益最大 化，通常生产运行人员精简。日常运行工作的维护量不宜过 多。因此，设计中除保证厂用电的可靠性供电外，还应考虑 厂用电接线不要过于复杂，以减少电站运行管理的难度。 １．２满足自动化要求 随着科学技术的进步，水电站也越来越多应用计算机监 控方式，按无人值班（少人值守）设计，因此对厂用电设备自 动化性能也提出了相应的要求，厂用电源应当可靠而连续， 以实现远程控操作。例如比如甘肃洮河吉利电站，采用分层 分布式结构。分设负责全厂集中监控任务的电站级及完成 机组、开关站和公用设备等监控任务的现地控制级。为了形 象逼真地监视厂房、启闭机等设备运行状态，在厂房、启闭机 等处设置工业电视监控系统。即：机组ＬＣＵ监控屏、升压站 ＬＣＵ监控屏、公用ＬＣＵ监控屏、电站公用电度表屏、１１０ｋＶ线 路电度表屏、操作员工作站、通信工作站、ＧＰＳ卫星时钟系统 等。 ３厂用电接线 电站对厂用电接线的要求，除供电可靠、运行维护方便 灵活、接线尽量简单清楚外，还应经济上合理。只有这样，才 能保证电站的正常运行及事故后尽快恢复，达到最高效益。 中小型水电站厂用电母线一般选择采用单母线分段，一般只 分两段。２台厂用变压器以暗备用方式向两段母线供电。有 时根据具体情况，也可将厂用电母线分为３段，３台厂变供电 的方式，这时一般有１台外接电源变压器，以满足供电可靠 性的需要。将重要负荷按工作、备用分别接于各段母线上。 设计时根据水电站具体情况选择不同的接线。例如湖 １．３综合考虑厂用电负荷 水电站的厂用电范围己不再局限于发电厂房、泄洪闸、 大坝建筑物、副厂房、和开关站等。在设计方案时要充分考 虑各类负荷的特点和它们在总用电量中所占的比例，以及对 南怀化洪江水电站，是以发电为主，兼顾防洪、灌溉、航运等 综合利用的水利水电工程。电站具有周调水库，装设５台灯 泡贯流式水轮发电机组，最大水头２７．３ ｍ，最小水头８．４ ｉｎ， 额定水头２０．０ ｉｎ，单机容量４５ ＭＷ，总装机容量２２５ ＭＷ。厂 ［收稿日期］２０１０—０１—１４ ［作者简介］孙淑芬（１９６７一），女，山东莱州人，讲师，工学学士，从事电工技术理论教学。 一８８— 孙淑芬：探索水电站厂用电的优化设计 第２期 用电接线设计有如下特点： １）采用３８０／２２０Ｖ一级电压供电。 ２）厂用变压器分别由接入两组扩大单元和一组单元接 线机端的３台１０．５／０．４ ｋＶ，２ ５００ ｋＶＡ的隔离变压器供电。 ３）１０．５ ｋＶ母线为单母线分为２段，设３台１Ｏ．５／ ０．４ ｋＶ、１ ２５０ ｋＶＡ的厂用变压器。 ５厂用电变压器保护 厂用分支回路的特点是额定工作电流小，而短路容量却 很大，给厂用变压器高压侧出口保护设备的选择带来困难。 以湖南怀化洪江水电站为例，发电机主回路短路电流６３ ｋＡ， 厂用分支回路短路电流达７５ ｋＡ，而厂用分支回路额定电流 ４）接有一回外来电源作为厂用备用电源。 ５）可从系统倒送取得厂用电源。 每一台厂用变压器所接的母线均有２个电源， 仅２００ Ａ。通过几种方案的分析比较，来确定设备的选择。 ５．１装设发电机断路器 可解决短路电流大的问题，但短路电流与工作电流相差 悬殊，设备制造难度大。早期使用的ＳＮ４型少油断路器，因 １０．５ ｋＶ母线任一段上都有２个电源。该电站的电气主 接线特点，在正常运行时１Ｏ．５ ｋＶ母线以机组带厂用分支供 受结构，实际开断电流却很小，用在厂用分支作为保护 电为主要运行方式，这样每段母线均有一个电源点；同 时，由接有外来电源的厂用分支提供可靠备用。当机组失压 或该厂用分支无法运行时，由接有外来电源的厂用分支作为 主电源供电，再有故障时，相邻母线之间可互为备用。 由于厂用电从发电机电压母线取得，发电机电压回路装 设有断路器，因此，还可从系统倒送取得厂用电源。同时，全 厂停运时，还有一个外来电源可提供备用电源。 因此，整个电站厂用供电可靠性有足够的保证，并且运 行方式灵活。 ４厂用变压器选择 ４．１变压器型式选择 厂用电变压器的型式有油浸式及干式两种。由于厂用 电变压器布置在厂房内，且环境较潮湿，故宜选用环氧树脂 浇注干式变压器，它具有防尘耐潮性能好，散热性能好，体积 小，过载能力强等优点。现在新建水电站一般很少使用油浸 式变压器。 ４．２变压器容量选择 １）满足全厂厂用电最大负荷需要。互为备用的厂用电 变压器，当ｌ台厂用电变压器退出运行时，应能满足全厂重 要负荷或短时全厂最大负荷的需要。 ２）保证需要自起动的电动机能自起动。当水电站厂用 电变压器采用１台供电时，厂用电变压器容量必须满足厂用 电最大计算负荷的需要，不考虑过负荷运行。即： ＳＮＢ＝Ｓ佃 式中：ｓ 为厂用变压器的额定容量，ｋＶＡ；｜ｓ馏为厂用最大负荷 计算值，ｋＶＡ。 ４．３厂用电最大负荷的确定 １）经常连续及经常短时运行的负荷均应计算。 ２）经常断续运行负荷应适当计入。 ３）不经常连续及不经常短时运行负荷除在事故情况下 运行的负荷外，应按设备组合运行情况计算。 ４）不经常断续运行负荷，一般仅计人在机组检修时经常 使用的负荷。 ５）互为备用电动机、有可能由同一厂用电源供电时，只 计算参加运行的部分，由不同电源供电时，则应分别计人。 按负荷统计法计算厂用电最大负荷： Ｓｊｓ＝ ｌ（ｔＫ ｃ／ｃｏｓ鲫 式中： 为网络损失系数，一般取１．０５；Ｋｔ为同时系数，一般为 ０．７４～Ｑ ７６； 为负荷系数，一般为Ｑ ７１一【）．７３；ＸＰｃ为可能参加 同时运行的负荷总和，ｋＷ；ｒ／ｃｏｓ￣为厂用电最大负荷时负荷功率 因数与效率的乘积的综合平均值，取ｎ ７０～ｎ ７７。 不安全。而ＳＦ６断路器价格十分昂贵。可选用常规的真空 断路器作为保护设备。 ５．２装设负荷开关 可切合正常工作电流，但不能用于保护，厂用分支回路 发生短路故障时要动作发电机断路器和高压断路器，保护切 断时间长，短路电流大，影响设备寿命。 装设高压限流熔断器组合保护装置。这是近几年才发 展起来的，已在国内有很多水电站应用，具有开断能力强，开 断速度快等特点。该装置由限流熔断器、高能氧化锌电阻和 负荷开关组成，大的短路电流由熔断器在半周波内限流开 断，氧化锌电阻起限压消能作用，正常操作和开断额定工作 电流由负荷开关完成。 ５．３装设限流电抗器或隔离变压器 可短路电流，以便厂用分支回路选择常规的真空断 路器。 综合以上分析，几种方案的经济技术比较后，笔者建议 厂用电变压器一般采用无时限电流速断作为主保护，此保护 采用两相三继电器式不完全星形接线方式，能够正确地反映 各种相间短路，且接线简单，动作迅速、可靠、经济。后备保 护为定时限过电流保护，此保护采用两相不完全星形接线作 为主保护拒动时的近后备及高压侧母线故障时的远后备，保 护接线简单、可靠、灵敏性高。厂用电高压侧母线一般只设 后备保护即过电流保护。 例如湖南怀化洪江水电站，采用的是厂用分支回路装设 隔离变压器的方案，３个厂用分支回路各装设１台１０．５ ｋＶ， ２ ５００ ｋＶＡ的隔离变压器，当阻抗电压取６％时，厂用分支回 路三相短路电流不超过２．２ ｋＡ。其主保护设备选用常规的 真空断路器；仅在中性点装设消弧线圈，以节省机组中性点 自动补偿设备。 ６结束语 水电站的厂用电设计虽然在电站的总体设计中，工作量 和难度所占的比例并不大，但是，厂用电设计的优劣直接影 响着水电站运行的可靠性和经济效益。因此我们必须重视 厂用电设计，力求接线简单、清晰，厂用电容量计算准确，合 理选择厂用变压器高压侧出口保护以及自动化监控系统，确 保电站长期稳定可靠的运行，使投资效益最大化。 参考文献： ［１］ 水电水利规划设计总院．ＤＬ／Ｔ ５１８６—２００４水力发电厂机电设 计技术规范（试行）［Ｓ］．北京：中国水利水电出版社，２００４． ［２］ 周映理．中小型水电站厂用电设计中的一点体会［Ｊ］．甘肃水 利水电技术，１９９５（３）：６７—６８． 一８９—
