西宁水电站电气一次系统技改方案分析

李启文

【摘 要】西宁水电站自1989年投产以来,已为当地社会经济发展做出了较大的贡献.根据近期流域水电开发规划,同流域的中梁三级水电站与西宁水电站共用引水系统,发电厂房紧邻,但随着中梁三级水电站的兴建投产,西宁水电站设计引用流量及发电上网方式将发生大的变化,设备年利用率大大降低.在进行电站主要发电技术指标复核分析的基础上,提出技术可行、经济合理的西宁水电站电气一次系统技术改造方案.

【期刊名称】《中国水能及电气化》 【年(卷),期】2010(000)008 【总页数】7页(P60-66)

【关键词】西宁水电站;技改方案;探讨 【作 者】李启文

【作者单位】重庆市水利投资集团有限公司,重庆401147 【正文语种】中 文 【中图分类】TV736

1 电站工程概况

西宁水电站位于重庆市巫溪县西溪河流域，引水坝址控制流域面积690km2，坝址处多年平均流量23.8m3/s，径流式开发，厂房内安装四台HL220-WJ-71型水

轮机和四台TSW-143-61型发电机，水轮机单机设计流量3.9m3/s，总装机容量4×1250kW，电站多年平均发电量0.275亿kWh，作为巫溪早期骨干电站，自1989年投产以来，已为当地社会经济发展做出了较大的贡献。

根据2006年4月完成的《重庆市大宁河水电规划报告》及其批复，大宁河主支流西溪河上的骨干电站—中梁水电站的第三级 （即中梁三级水电站），与西宁水电站共用取水口、引水隧洞、引水明渠和压力前池，两电站取水口紧接中梁二级电站尾水，发电引水流量包括两部分，一部分为中梁二级电站发电尾水流量，另一部分为中梁二级电站取水坝址与西宁电站取水坝址之间的区间流量。中梁三级水电站发电厂房紧邻西宁水电站厂房 （如图1），两者相距仅100m，厂房内安装两台HLA551C-LJ-165型水轮机和两台SF11-16/3250型发电机，水轮机单机设计流量24.64 m3/s，总装机容量2×1.05万kW，多年平均发电量 0.552亿 kWh。 为顺利推进中梁水电站工程建设，中梁水电站项目业主已整体收购西宁水电站，但随着中梁三级水电站的兴建投产，西宁水电站设计引用流量及发电上网方式将发生大的变化，其电气一次系统需进行相应技改后才能满足上网要求。 2 西宁水电站发电引用流量及上网方式分析 2.1 发电引用流量发生变化

根据中梁水电站初步设计报告及其批复，中梁电站各级装机规模及发电指标见表1。 初设阶段经对中梁电站所在流域的岩溶发育、岩溶渗漏等方面的专题研究表明，在中梁一级库区支流龙潭河右岸二叠系地层中存在3条地表水渗漏通道。该二叠系地层岩溶水与二级坝址下游岩溶大泉或暗河具有良好的连通性，是一级坝址以上流域地表水渗漏的重要通道，且渗漏水量主要在二级坝址以下回归地表，故一、二级坝址实际径流比无渗漏情况下的径流小，三级坝址实际径流基本不受影响。鉴于此，二级坝址径流按一级坝址径流经面积修正而得，三级坝址径流采用下游3km处的宁桥水文站径流经面积修正计算而得。

图1 西宁水电站与中梁三级水电站位置示意图

表1 中梁水电站装机规模及发电指标表（初设成果）名 称 中梁一级电站 中梁二级电站 中梁三级电站（含西宁水电站） 备注坝址控制流域面积（km2）坝址处多年平均流量（m3/s）坝址处多年平均径流量（亿m3）年径流模数（m3/（s·km2））总库容/调节库容（万m3）设计引用流量（m3/s）额定水头（m）装机容量（万kW）多年平均发电量（亿kWh）年利用小时数525 17.2 5.42 0.03276 9859/6730 49.2 165 3×2.4 2.266 3146 620 20.3 6.4 0.03274 51.75 53 3×0.8 0.749 3121 690 23.8 7.5 0.03449 64.8 48.5 2×1.05+4×0.125 0.827 3180年调节

从表1中的径流结果分析，二级坝址与一级坝址区间流域面积为95km2，两坝址间多年平均流量相差3.1m3/s，两控制流域面积的年径流模数基本相当；三级坝址与二级坝址区间流域面积为70km2，两坝址间多年平均流量相差3.5m3/s，两流域面积的年径流模数差异较大，此结果基本符合上述岩溶渗漏对坝址径流与区间径流的影响推论。

在各级电站设计引用流量上，梯级间应相互衔接，其中一级为年调节水库电站，其设计引用流量经动能计算后取为49.2m3/s，二、三级电站（含西宁水电站）无新增调节水库，其设计引用流量包括上一级发电尾水流量和相应的区间引用流量，其区间引用流量属径流式性质。但从表1可知，一、二级电站间引用流量相差2.55 m3/s，较一、二级坝址间的多年平均流量差值少0.55m3/s。二、三级电站（含西宁水电站）间引用流量相差13.05m3/s，较二、三级坝址间的多年平均流量差值多9.55m3/s。显然，两者前后设计取值不具有一致性。

经对诸多类似无调节能力的径流式中小型水电站统计表明，其设计引用流量与引水坝址处多年平均流量之比值k一般在1.0～2.0之间，设计流量较小且引水线路较短时k取较大值，设计流量较大且引水线路较长时k取较小值。对于中梁二、三

级电站（含西宁水电站）所引用的相应区间流量，因区间流量较小且引水线路较长，故可取k=1.0，因此，中梁二级电站设计引用流量宜调增，可由原设计值51.75m3/s调增为52.3m3/s（但调整前后相差不大，可视为原设计取值基本合理），中梁三级电站（含西宁水电站）设计引用流量宜调减，可由原设计值64.8m3/s调减为55.8m3/s。

中梁三级电站（含西宁水电站）设计引用流量调减为55.8m3/s后，扣除中梁三级站两台机引用流量2×24.64m3/s，则西宁水电站设计引用流量为6.52m3/s，仅为原设计引用流量的41.8%（原设计引用流量为4×3.9m3/s=15.6m3/s），其发电条件发生了大的变化，设备利用小时数和发电量明显降低。通过上述设计引用流量复核和利用近几年中梁水电站施工期自动水情测报系统对西溪河水文情势的测验推算，中梁三级水电站投产发电后，西宁水电站发电设备利用小时数将降低为1300h左右，年均发电量将降低为650万kWh左右。 2.2 上网方式发生变化

目前，西宁水电站是通过一条35kV线路接入巫溪地方电网，但为了便于中梁水电站统一调度管理，电网主管部门审查中梁水电站接入电力系统方案时，要求中梁一、二、三级电站（含西宁水电站）作为一个整体集中上网，即要求通过一条220kV线路接入重庆统调电网，同时要求西宁水电站与地方电网解列。因此，西宁水电站上网方式发生了相应改变。

表2 西宁水电站设计引用流量及发电指标变化表名 称 变化前（即中梁三级电站投产前）变化后（即中梁三级电站投产后） 备 注设计引用流量（m3/s）装机容量（万kW）多年平均发电量（亿kWh）年利用小时数15.6 4×0.125 0.275 5500 6.52 4×0.125 0.065 1300减少58.2%减少76.4%减少76.4% 3 西宁水电站电气一次系统技改方案 3.1 电气主接线

如上所述，中梁一、二、三级电站投产后，将直接改变原西宁水电站的发电上网条件，其设备利用小时数将降低为1300h左右，与中梁三级电站投产前的设备年利用小时数5500h和初设成果3180h相差很大，发电量将降低为650万kWh左右。因此，在其电气主接线技改方案上，宜遵循接线简单、技术可行、经济节约的原则。 首先，由于原西宁水电站采用每两台发电机与一台变压器组成扩大单元电气主接线（见图2），发电机出口电压6.3kV，两台3150kVA主变并列运行，接入系统侧电压为35kV；中梁三级电站采用两机一变的扩大单元主接线形式，其发电机出口电压10.5kV，主变接入系统侧电压110kV，因此，西宁水电站通过中梁三级电站接入系统时有110kV、35kV和10.5kV三个接入方案可供选择。显然，若采用110kV接入方案，则西宁水电站需将原两台35kV主变更换为一台110kV主变，并需增加两侧110kV进出线间隔、110kV联络线路（长约300m）等，尽管其可靠性高，但投入费用高达175万元；若采用35kV方案，则需增加35kV联络线路（长约300m）和对侧35kV母线及进线间隔、对侧主变容量增大6300kVA（此时应为三卷变压器），该方案可靠性较高，但投入费用需90万元；若采用10.5kV方案，需将本侧原两台35kV主变更换为一台或两台10.5kV主变、增加两侧10.5kV进出线间隔及联络线路（长约 200m），对侧主变容量增大6300kVA（此时为两卷变压器），该方案可靠性仍较高，投入费用仅需70～85万元（一台主变方案时为70万元，两台方案时为85万元），且可回收两台3150kVA/35kV变压器残值45万元，简化中梁三级电站继电保护配置，但其变压器空载损耗略高，变电设备运行灵活性稍差。现根据西宁水电站发电条件变化情况经综合比较，其升压送出侧拟采用10.5kV方案，以线路—变压器单元形式接入紧邻的中梁三级电站10.5kV发电机母线，联络线路采用10.5kV高压电缆。 其次，在10.5kV接入系统方案上，由于西宁水电站发电条件发生大的变化，设备利用小时低，且主变压器属静止运行设备，其可靠性一般较高，因此，为节省投资，

可只选择一台主变与原四台水轮发电机组成扩大单元接线。技改后的西宁水电站电气主接线如图3所示。 3.2 高压开关设备选择 图2 技改前电气主接线图

原西宁水电站6.3kV电压等级开关设备均选用GG-1A型高压固定式开关柜，其中断路器选用SN10-10型（少油户内式），隔离开关选用GN8-10型，配CD10电动操作机构和CS6-1手动操作机构。经现场了解，西宁水电站自投产至今，各高压开关柜运行正常。因此，西宁水电站技改时，本侧各发电机出口的高压开关设备及6.3kV母线高压开关设备可维持不变，但由于技改后6.3kV母线不再分段，故可取消一组PT柜和一组避雷器柜，并将原6.3kV母线分段断路器柜改为主变低压侧进线柜使用，经复核，其断路器额定电流和短路电流满足技改后要求，但由于回路的额定电流增加一倍（即由287A增加为574A），需更换相应的LAJ1-10型电流互感器，更换前的变比为400/5A，更换后的变比为600/5A。 对于10.5kV对侧，为了和中梁三级电站10.5kV高压开关设备配套，拟选用KYN28A型中置式高压开关柜，内配ZN63A-12/1250A型真空断路器和LZZBJ9-10A型电流互感器，变比为400/5A。 3.3 厂用电接线

原西宁水电站设置两台厂用变回路，一回路接自本站发电机6.3kV母线，另一回路接自外来10kV线路。由于外来10.5kV线路系当地农网线路，其运行可靠性较差，电站汛期易受到西溪河洪水淹没厂房的威胁。现因西宁水电站紧邻中梁三级电站，厂用负荷较小，故其外来厂用电源可以400V电压等级直接取自中梁三级电站厂用电系统，其可靠性将大大提高。 图3 技改后电气主接线图 4 技改效果分析

技改后，西宁水电站采用四台发电机与一台主变压器组成扩大单元的电气主接线形式，以一台新购S10-6300kVA/10.5kV/6.3kV的主变压器代替原安装的两台3150kVA/35kV/6.3kV主变压器，并通过长约200m的10.5kV高压电缆与中梁三级电站10.5kV母线联络，从而实现就近上网。该主接线简单清晰，运行维护方便，由于中梁三级电站投产后，西宁水电站发电设备年利用小时数及年均发电量均减少76.4%，其设备运行可靠性及灵活性可得到保证；上网方面，以10.5kV联络，其联络线路短，中梁三级主变可只选用两卷形式，可简化主变差动、过流等保护配置，可提高西宁电站及中梁三级电站上网的可靠性。同时，经比较，该技改方案较其他可能的技改方案节省技改投资65万元，经济效果明显。

在高压开关设备选择上，拟以技改前的6.3kV母线分段断路器柜作为主变低压侧进线柜使用，经复核，其断路器额定电流和短路电流满足技改后要求。因此，基本不另行增加高压开关设备采购费用。厂用电接线上，从中梁三级电站厂用电系统引接一回400V低压电源，其可靠性将大大提高。

由此可见，本文所拟订技改方案不但技术可行，而且经济节约，既可满足西宁水电站发电运行可靠性要求，实现西宁水电站通过中梁三级电站接入电网系统，又可节省技改投资约65万元，同时提高厂用电供电可靠性。 5 结论

西宁水电站和中梁水电站同处西溪河流域，并与中梁三级电站共用引水系统、发电厂房紧邻，但随着中梁水电站的兴建投产，西宁水电站的发电引水流量将减少58.2%，发电设备年利用小时数和年均发电量将减少76.4%，据此提出西宁水电站电气一次系统技改方案。该技改方案技术可行，经济合理，既可实现西宁水电站通过中梁三级电站接入电网系统，满足电站发电运行可靠性要求，又可节省技改投资约65万元，同时提高厂用电供电可靠性。

【相关文献】

[1]李启文.重庆市中梁水电站220KV接入系统方案优化调整.中国水能及电气化.2010，6：42～45 [2]《重庆市大宁河水电规划报告》（2006.4）

[3]《重庆市大宁河中梁水电站工程初步设计报告》（2005.8） [4]《中梁水电站接入系统咨询报告》（一次部分）（2005.6）