水电站厂用电接线方式优化分析

张 豫

(中国三峡集团有限公司中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌443002)

某水电站是长江干流上修建的大型水电工程，它的厂用电系统包括枢纽生产用电、辅助生产用电、生活区用电及其他用电等。其中甲和乙区域枢纽生产用电、辅助生产用电、生活区用电及其他用电之间均有互联，而甲区域和乙区域均有多个电源点，且相互联络关系复杂，存在安全隐患，影响枢纽用电的可靠性和安全性，导致调度困难，不利于停电检修计划的制定。

本次优化设计针对水电厂厂用电系统存在的安全隐患，对其进行优化改造，涉及的范围为甲区域、乙区域变配电和二江电厂部分机组厂用电。甲区域优化以甲变电站为供电中心，其供电范围包括甲附近的工厂、生活区以及水厂等；乙区域优化以三峡办公大楼6 kV母线为供电中心，其供电范围包括三峡办公大楼、试验大楼、小学、宿舍楼等。

1 优化设计原则

本优化设计项目根据业主需求，结合水电厂现状和运行情况，依据水力发电厂相关设计规范，对厂用电接线方式进行详细比较分析，在此基础上提出优化设计方案。优化设计原则如下：

1)枢纽生产用电与辅助生产用电、生活用电及其他用电分开[1]；

2)甲区域、乙区域辅助生产用电、生活用电及其他用电不互联[1]；

3)大江电厂、二江电厂分别为甲区域、乙区域辅助生产用电、生活用电及其他用电各提供两路电源作主供电源；

4)大江电厂、二江电厂厂房6 kV系统分别为甲区域、乙区域辅助生产用电、生活用电及其他用电各提供两路电源作为应急电源；

5)甲区域辅助生产用电、生活用电及其他用电全部接入甲35 kV变电站内6 kV 39段、40段母线；

6)乙区域辅助生产用电、生活用电及其他用电全部接入三峡办公大楼6 kV 37段、38段母线。

7)大江开关站6 kV 11段、12段、13段母线原则上不再对外提供电源。

2 厂用电系统现状

厂用电电源分别来自大江、二江电站各4台主变的低压侧和自备电厂主变低压侧的1路电源，共9路电源。

水电站厂用电系统包括枢纽生产用电、辅助生产用电、生活区用电及其他用电等。枢纽生产用电包括发电生产用电、泄水设施用电、通航用电、水换流站用电等；辅助生产用电为水厂6 kV 31段与32段母线、三峡大楼6 kV 37段与38段母线；生活区用电为6 kV 33段、35段、36段、39段、40段母线以及甲35 kV两段母线；其他用电为武警、公安、自来水公司及甲各企业用电。这些厂用电系统存在的问题如下。

1)甲片区的三个区域之间的接线有互联，且比较复杂。甲片区的接线情况为：由25B、27B变压器的35 kV侧给甲变电站35 kV降压变提供电源；甲水厂和甲生活区电源分别来自由26B变压器供电的厂房6 kV母线8段、500 kV开关站6 kV母线12段和27B变压器的6 kV母线9段，三个区域之间有互联，接线比较复杂。

2)乙区域有些接线影响机组安全稳定运行，同时存在机组检修时供电容量不足。乙区域三峡办公大楼主供电源由发电机端取电的321B、324B变压器的6 kV母线37段、38段提供，应急电源由21B、24B变压器供电的6kV母线3段、6段提供；乙6号和9号楼的电源分别来自6段和3段母线，与三峡办公大楼应急电源来源一致。21B、321B变压器并列取自3F发电机机端，24B、324B变压器并列取自6F发电机机端，影响机组安全稳定运行，同时在机组停电检修时乙区域存在供电容量不足的现象。

3 厂用电接线优化设计

针对现有厂用电系统存在的问题，需要对厂用电系统接线进行优化设计。

尽管在甲和乙区域均设有变电站，但两者与电厂距离均较近，两个区域变电站的变配电系统属于电站厂用电系统的一部分。整个水电厂的厂用电只占装机容量的6%左右，而甲和乙区域变电站的容量则只占水电厂装机容量的1%左右，因此，甲和乙区域变电站的无功损耗对水电厂的功率因数的影响微乎其微。此外，发电机作为无功电源，也能向厂用电系统提供充足的无功容量。基于以上原因，本次厂用电接线优化不考虑在甲和乙区域变电站设置无功补偿装置。

3.1 甲区域优化设计

1)将甲35 kV变电站原6 kV J段、K段母线合并为新K段母线。将甲35 kV变电站35 kV开关柜由双列布置改为单列布置，为J段开关柜提供安装位置。改造后的J段和K段母线均预留备用柜。

2)将一分厂6 kV 8段母线至A段母线的电源回路改接至K段母线上，作为K段母线的应急电源；从大江6 kV 10段母线取一路电源接至J段母线上，作为J段母线的应急电源。

3)将大江电厂10段母线上至水换流站的电源回路转接至甲变电站J段母线上，将500 kV开关站6 kV 11段母线至水换流站的电源回路转接至甲变电站K段母线上。

4)取消甲6 kV A段、B段、C段母线，其负荷全部转移至J段、K段母线；将500 kV开关站6 kV 12段母线至B段母线的供电回路改接至B段母线上，作为与J段、K段母线的备用联络线。

5)供电厂警卫用电的配电室目前为单电源，根据使用情况，现增加一路电源变为双电源供电。其接线方式为：分别从甲35 kV变电站6 kV J段、K段母线上引接1回电源，同时取消从500 kV开关站6 kV 11段母线上的供电回路，并在警卫室供电变压器高压进线电缆端安装1台T接隔离刀闸，从而可实现双电源切换。

6)将原接至500 kV开关站12段母线上的新文湾负荷改接至J段母线上。

优化后，甲35 kV变电站6 kV回路负荷统计情况如表1。

根据以上负荷统计、计算，考虑一、二级负荷占总负荷的60%，目前甲变电站的2台35 kV、8 000 kVA变压器可以满足改造后的甲区域各用电负荷需要[2]。

甲变电站两段35 kV母线目前实际负荷分别为6 400、3 500 kVA，因此，通过调整负荷分布，可以使甲区域的负荷较均匀分配在两段35 kV母线上，即正常运行时，2台主变负荷基本均等[3]。

表1 甲变电站优化后6kV回路负荷统计表

注：①2台变压器互为备用时按1台计算[4]；② 同时系数和需要系数均取0.7[5]。

3.2 乙区域优化设计

1)对Q21B、Q24B变压器进行增容改造，其电压比由13.8 kV/6.3 kV改为35 kV/6.3 kV、容量分别由4 000 kVA(321B)和6 300 kVA(324B)增容为16 000 kVA。由21B、24B变压器的35 kV侧向Q21B、Q24B变压器供电，取消原从机端13.8 kV对Q21B、Q24B变压器的供电回路。

2)对6 kV G段、H段母线进行整体改造换型，将布置在高压开柜室内的蓄电池组移至其他房间，便于布置G段、H段开关柜。G段和H段均预留备用开关柜。

3)分别从6 kV 3段、6段母线上取一路电源作为6 kV G段、H段母线的应急电源。

4)乙生活用电6 kV E段、F段母线电源分别改接至G段、H段母线，将卫生院负荷改接至6 kV G段母线上。取消原二江电厂6 kV 6段母线至F段母线的电源连接线、3段母线至E段母线的电源连接线。

5)在H段母线上增加一路电源至乙水厂泵站，现3段母线至乙水厂泵站电源保留，作为其备用电源；取消防淤坝400 V 36P至乙水厂泵站的备用电源回路，在330B变压器高压侧增加T接隔离开关1台，可实现双电源切换。

6)取消3段母线至89B变压器、6段母线至90B变压器的电源回路，保留原从89B、90B变压器高压侧分别至G段、H段母线的联络回路作为车间89B、90B变压器的电源回路。

7)将原接至6段母线上的乙活动中心313B变压器电源回路改接至38段母线上。

包括三峡办公大楼在内的乙区域6 kV回路负荷统计情况如表2。

表2 三峡办公大楼优化后6 kV回路负荷统计表

注：①2台变压器互为备用时按1台计算[4]；②办公大楼主要为感性负载——照明和空调等，根据其负荷特性，同时系数和需要系数取正常范围0.7～0.8的上限[5]。

根据表2统计、计算和负荷实际使用情况，考虑Q21B、Q24B变压器其中1台故障或检修时另1台能够满足G段和H段母线全部负荷需求，则乙区域计算容量约为10 889 kVA。目前乙区域实际负荷约为10 876 kVA，考虑到需留有一定的富裕容量为后期发展提供电源，则Q21B、Q24B变压器的容量选择为16 000 kVA[2]。

4 结 语

通过对甲区域、乙区域两个区域的优化设计，增加厂用电变压器容量，改善接线线路，能够理清水电厂厂用电系统之间的关系，消除安全隐患，保障枢纽生产用电的安全可靠，提高生产效率，方便电力生产和员工生活。