Santa Cruz 水電站電氣主接線選擇

四川省清源工程咨詢有限公司 向 敏

成都 610072

摘要：本文主要對厄瓜多爾共和國 Santa Cruz 水電站電氣主接線及主要電氣

設(shè)備形式的選擇進(jìn)行了分析，通過對技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的綜合比較，初步確定了滿足電站 運行可靠性以及厄瓜多爾電網(wǎng)要求的電氣主接線方式。

關(guān)鍵詞：厄瓜多爾 技術(shù)比較 經(jīng)濟(jì)比較

1、電站概述

Santa Cruz 水電站（以下簡稱 SC 水電站）位于厄瓜多爾共和國南部薩莫拉-欽 奇佩 (Zamora Chinchipe) 省東南部薩莫拉 (Zamora) 河 右 岸 一 級 支 流 瑪 齊 娜 薩 (Machinatza)河的中～下游河段，為無調(diào)節(jié)引水式電站。

SC 水電站為米拉多銅礦的自備電源、具備向電網(wǎng)送電的條件，電站開發(fā)任務(wù) 為水力發(fā)電，兼顧下游生態(tài)環(huán)境用水。電站不擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)，若有需要， 水庫消落水位至 1180.0m 或 1178.0m，可滿足約 0.5 小時的調(diào)峰要求。

SC 水電站采用下閘址、左岸引水線路及上廠址左岸地面廠房的樞紐布置方案。 電站采用引水式開發(fā)，引水隧洞長約 4.7km。電站裝設(shè) 3 臺混流式機組，總裝機容 量 129MW，多年平均年發(fā)電量為 7.662 億 kW·h，年利用小時為 5939h，保證出力 為 29.3MW。

2、電站接入電力系統(tǒng)方式

SC 水電站為米拉多銅礦的自備電廠，電站共安裝 3 臺水輪發(fā)電機組，單機容 量 43MW，總裝機容量為 3×43MW。

根據(jù)業(yè)主提供的電站接入系統(tǒng)初步資料，本階段電站接入系統(tǒng)方案暫定為：電 站高壓側(cè)采用 230kV 等級，出線一回接入米拉多礦區(qū)中心變電站，線路長約 11km。

3、電氣主接線

3.1、電氣主接線方案

本電站裝機 3 臺，單機容量 43MW，功率因數(shù) 0.875，發(fā)電機電壓 13.8kV。電

站為米拉多銅礦的自備電廠，年利用小時高。電站主接線設(shè)計時，首先應(yīng)滿足供電

可靠、運行靈活的要求，并力求經(jīng)濟(jì)和節(jié)約投資。

根據(jù)本電站裝機容量 3×43MW 和電站接入系統(tǒng)方案的要求以及動能特性參數(shù) 綜合分析，發(fā)電機與變壓器的連接擬定了如下三個方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：

方案一：三臺水輪發(fā)電機組分別與三臺主變壓器連接組成三個單元接線，每臺 主變壓器容量為 50MVA，230kV 高壓側(cè)設(shè)備進(jìn)線三回，出線一回，采用單母線接 線方式。

方案二：一臺水輪發(fā)電機組與一臺主變壓器連接組成單元接線，主變壓器容量 為 50MVA，另兩臺水輪發(fā)電機組與一臺主變壓器連接組成擴(kuò)大單元接線，主變壓 器容量為 100MVA；230kV 高壓側(cè)設(shè)備進(jìn)線兩回，出線一回，采用單母線接線方式。

方案三：三臺水輪發(fā)電機組分別與三臺主變壓器連接組成三個單元接線，每臺 主變壓器容量為 50MVA，230kV 高壓側(cè)設(shè)備進(jìn)線三回，出線一回，采用四角形接 線方式。

電氣主接線方案比較圖見插圖 1：

3.2、接線方案技術(shù)比較

(1) 發(fā)電機電壓側(cè)接線方案技術(shù)比較：

1) 單元接線方案：

(a) 接線對稱、簡明清晰、繼電保簡單、運行靈活，故障或檢修影響范圍小。

(b) 機組運行靈活、方便，從 1、3#機發(fā)電機組出口各引接一回廠用電源；廠

用分支回路高壓斷路器易選擇；

(c) 單元接線主變?nèi)萘繛?50MVA，采用三相式變壓器，充氮運輸重量較輕(約

60t)，有利于滿足電站公路運輸要求。

(d) 主變壓器臺數(shù)及高壓進(jìn)線間隔比擴(kuò)大單元接線方案多，增加布置場地和

230kV 設(shè)備投資。

2) 擴(kuò)大單元接線方案：

(a) 因電站距離電網(wǎng)樞紐變電站較遠(yuǎn)(約 135km)，經(jīng)估算擴(kuò)大單元發(fā)電機出口短 路電流周期分量小于 50kA，發(fā)電機電壓設(shè)備選型為常規(guī)設(shè)備。

(b) 擴(kuò)大單元廠用分支回路高壓斷路器短路電流較單元接線大，斷路器投資較 貴；

(c) 與單元接線方案比 230kV 側(cè)進(jìn)線間隔少 1 個，230kV 設(shè)備投資較少；

(d) 一旦擴(kuò)大單元主變故障或檢修，則造成電站 2/3 電量送出受阻；

(e) 擴(kuò)大單元接線主變?nèi)萘繛?100MVA，如采用三相式變壓器，充氮運輸重量 較重(約大于 80t) ，難以滿足電站公路運輸要求；若選擇三相組合式變壓器，易于 滿足電站公路運輸限制條件的要求，但現(xiàn)場電氣及機械連接工作較復(fù)雜，主變壓器 設(shè)備投資較大。

3) 方案選擇 根據(jù)以上比較，擴(kuò)大單元接線可靠性和靈活性比單元接線稍差，雖然單元接線

比擴(kuò)大單元接線綜合投資稍大，考慮到擴(kuò)大單元主變運輸重量大，現(xiàn)場運輸條件難 以滿足，而單元接線方式更靈活、能滿足礦區(qū)供電的可靠性及大件運輸要求。綜合 考慮電站電氣主接線的運行可靠性、靈活性、電站公路運輸條件以及廠用電供電可 靠性等因素，推薦單元接線為發(fā)電機-變壓器側(cè)接線較為適宜。

(2) 230kV 高壓側(cè)接線方式技術(shù)比較：

1) 單母線接線方案：單母線接線方式主要優(yōu)點是接線簡單，供電可靠，運行靈 活，繼電保護(hù)簡單，230kV 僅一組 P.T 間隔。缺點是當(dāng)母線故障會造成全廠停電， 考慮采用 SF6 全封閉組合電氣(GIS)設(shè)備，故障率極低，其可靠性完全能滿足電站運 行要求。

2) 四角形接線方案：四角形接線主要優(yōu)點是供電可靠性高，操作方便、靈活，

230kV 側(cè)任何一臺斷路器檢修，不影響電站連續(xù)供電。缺點是二次保護(hù)及布置相對復(fù)雜，當(dāng)任一臺斷路器檢修，都開環(huán)運行，從而又降低了接線可靠性，相對單母線

接線多一組 P.T 間隔。

3.3 經(jīng)濟(jì)比較

在方案經(jīng)濟(jì)比較中僅比較差值部分(230kV 側(cè)電氣設(shè)備)，電能損耗以 0.057 美元

/kW·h 計，設(shè)備折舊維修率以 8%計，各方案經(jīng)濟(jì)比較見表 1。

接線方案經(jīng)濟(jì)比較表

表 1

3.4 電氣主接線方案選擇

根據(jù)三個方案的經(jīng)濟(jì)及技術(shù)比較，方案三投資最高，年運行費最高，計算費用 最高；方案一各項費用略高于方案二，但運行更為靈活、方便、可靠。

綜上所述各方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，本階段電站電氣主接線推薦方案為：電站三 臺水輪發(fā)電機組與三臺主變壓器連接組成三個單元接線，主變壓器容量均為

50MVA；230kV 側(cè)采用單母線接線，主變壓器高壓側(cè)和出線回路上均裝設(shè)斷路器， 出線一回接入礦區(qū)中心變電站，另為了更靈活滿足電站接入/送出要求，230kV 預(yù)留 一回出線間隔，預(yù)留出線回路本階段暫不訂貨。下階段根據(jù)電站最終接入系統(tǒng)方案 和公路運輸限制條件的確定，再進(jìn)一步優(yōu)化電氣主接線方案。

電氣主接線簡圖見插圖 2：

4、230kV 高壓配電裝置形式選擇

230kV 高壓配電裝置考慮了常規(guī)敞開式電器和 SF6 全封閉組合電器(GIS)兩種 不同的布置方案。

GIS 布置方案：

GIS 室布置在地面主變壓器室之上，與主變室長度相同，GIS 室高 11.5m；GIS

設(shè)備與主變高壓側(cè)套管直接連接，230kV 出線設(shè)備布置在 GIS 室樓頂。 敞開式布置方案：

230kV 開關(guān)站布置在電站左端側(cè)(面向下游)，開關(guān)站尺寸為 70m×60m，對兩 種方案的經(jīng)濟(jì)比較見下表(相同部分不參加比較)：

GIS 方案與敞開式方案經(jīng)濟(jì)比較表

表 2

經(jīng)初步估算，GIS 方案設(shè)備投資比敞開式方案多 392.8 萬元，土建投資比敞開

式方案少近 243.39 萬元，但考慮到每年戶外敞開式設(shè)備的運行維護(hù)的費用，綜合投 資 GIS 方案比敞開式方案投資略高 19.44 萬元。綜合比較，雖然 GIS 方案綜合投資 略高，但 GIS 布置方案抗震性能高，不受環(huán)境影響；布置集中，占地面積小，便于 管理；且運行安全、維護(hù)工作量極小，檢修周期長；在運行可靠性方面，更是優(yōu)勢 突出，隨著國內(nèi)外技術(shù)水平的提高和制造成本的降低，GIS 設(shè)備已經(jīng)在水電站得到 廣泛應(yīng)用。由于本電站工程為礦山自用電，年利用小時數(shù)高，對設(shè)備運行可靠性要 求較高，因此本階段 230kV 高壓配電裝置暫定采用全封閉組合電器(GIS)。