水电站电气主接线设计

百龙滩水电站为低水头径流式水电站，无调节能力，只能按上游来水情况发电，电站在系统的基荷和腰荷区运行。

根据电力系统的要求，百龙滩水电站以220 kV和110 kV两级电压接入广西电网，220 kV出线三回，两回就近“π”接入大化至恶滩220 kV线路，一回备用；110 kV出线一回至都安。

2 灯泡贯流式机组的特点

与常规机组相比，灯泡贯流式机组的最大特点是整个机组横卧在流道中，由于受水力条件的限制，发电机的外径比较小，因而具有以下特点：

(1)机组单机容量小、电站机组台数多。灯泡贯流式机组的单机容量较小，目前世界上单机容量最大的灯泡贯流式机组仅为65 MW。在电站总装机容量一定的条件下，机组单机容量越小，电站机组台数越多。

(2)机组转动惯量小。由于发电机的外径小，定子铁心内径受限制，转动惯量相应减少，因而机组在甩负荷后速率上升很快，容易发生飞逸，运行稳定性较差。

(3)发电机功率因数高。发电机转子直径小，转子空间有限，机组转速低，因而发电机转子极距小，磁极铁心的高宽比大，使得铁心漏磁大，发电机的功率因数比常规机组高。

(4)机组自用电负荷大，对供电可靠性要求高。由于发电机的外径小，转子铁芯长度较长，机组转速低，使得发电机的通风冷却比常规机组要困难得多，发电机冷却风机容量较大；另一方面为了防止调速装置失灵时机组发生飞逸，机组调速环的一侧悬挂有重约40 t的重锤，机组导叶的开启，需克服重锤的重力，使得发电机调速装置主电机容量较大。机组自用电负荷对供电可靠性要求较高，没有厂用电机组无法启动；机组润滑油泵供电中断时间大于5 s时，保护装置将动作停机。

3 电气主接线设计

3.1 发电机电压接线

发电机电压接线分别比较过单元接线、两机一变和三机一变的扩大单元接线方案。单元接线方案接线简明清晰，变压器故障或检修不影响其他发电机的运行，但由于电站机组台数多，若采用单元接线，电站的主变压器以及发电机电压母线竖井的数量较多，不利于厂房电气设备布置；三机一变扩大单元接线方案主变台数最少，可减少相应的高压出线回路数，但主变压器故障或检修，3台机组出力受阻，另一方面，发电机出口短路电流高达56.7 kA，发电机断路器选择困难；两机一变扩大单元接线方案主变容量大小适中，发电机出口短路电流较小(约36.9 kA)，所有发电机配电装置可选成套开关柜，大大简化电气设备布置，因而发电机电压接线采用两机一变的扩大单元接线方案。

3.2 220 kV侧接线

220 kV侧接线分别对单母线断路器分段和单母线断路器分段兼旁路两种不同的接线方案进行比较。由于本电站220 kV侧的穿越功率较大，如果不设旁路母线，一旦出线断路器故障或检修，将会影响大化电厂向恶滩方向送电。而增加旁路设施，开关站设备投资仅增加4.3%，占地面积增加27.7%，因此，根据本电站的实际情况，220 kV侧采用单母线断路器分段兼旁路接线。

3.3 110 kV侧接线

110 kV出线仅一回，故110 kV侧选用接线简明清晰、设备少、继电保护比较简单的变压器——线路组接线。

3.4 110 kV与220 kV两级电压之间的联络

110 kV与220 kV两级电压之间的联络有升压自耦变、联络自耦变和普通三卷变等3种方案可供选择。为了有利于限制短路电流，减少变压器重复容量，本电站110 kV与220 kV两级电压之间的联络采用普通三卷变方案。

百龙滩水电站的电气主接线见图1。

图1 电气主接线

3.5 针对灯泡贯流式机组的特点需考虑的因素

在主接线设计中，我们针对灯泡贯流式机组的特点，考虑了如下因素：

(1)发电机与主变压器的组合方式。灯泡贯流式机组单机容量小，电站机组台数多。针对这一特点，为了有利于厂房电气设备布置，有利于设备选择，百龙滩电站发电机与主变压器的组合方式采用两机一变的扩大单元接线。

(2)注重加强电站与系统的联系。鉴于灯泡贯流式机组转动惯量小，运行稳定性较差的特点，在主接线设计中，注重加强电站与系统的联系，通过两回220 kV 线路接入广西主电网，并要求在运行中尽量避免仅带一回线路的运行方式。

(3)无功功率的补偿。在发电机额定有功功率一定的条件下，发电机额定功率因数选取较低值，可增大无功功率输出，改善电网无功功率缺额较大、电压普遍偏低的状况。由于贯流机组本身结构的原因，机组的功率因数较高(百龙滩机组cosΦ=0.95)，向系统提供的无功功率相对较少。考虑到本电站送电距离和电气距离距负荷均较远，按照无功电源和负荷就地平衡的原则，电站提供的无功功

率除补偿主变压器、厂用变压器和机组励磁系统的无功损耗外，尚有部分无功功率外送；另一方面，电站厂房内设备布置场地有限，布置无功补偿设备有困难。故本电站不考虑设无功补偿装置，建议在线路对侧系统装设无功补偿装置，尽量减少电网有功损耗。

(4)厂用电源的引接。针对贯流机组自用电负荷大，对供电可靠性要求高的特点，本电站厂用电源分别取自3个发电机扩大单元母线和施工变电所，即使是全厂停机、1台主变检修的情况下，也保证至少有2个独立的厂用电源。所有机组自用电负荷均按Ⅰ类负荷进行配电。机组压油装置主油泵电动机容量较大(为149 kW)，为了防止机组突然甩负荷2台机组的主油泵同时启动，造成启动电压降过大，电动机启动困难，影响机组导叶的操作，将同一扩大单元接线的机组4台主油泵电动机，按启动的先后顺序，分别接于两段不同的厂用母线上，确保电动机顺利启动。

百龙滩水电站第1台机组于1996年2月投入运行，到1999年5月6台机组全部投产。经过3年多的安全运行，证明电站电气主接线的设计基本是合理的。