桃源水电站主接线介绍及其运行方式分析

桃源水电站主接线介绍及其运行方式分析
严国章
（中国水电顾问集团桃源开发有限公司湖南桃源 415700）
摘要：本文介绍了桃源水电站主接线及其特点，对其运行方式进行了分析，并提出了改进措施，以便
于在相似电站设计时借鉴和思考。

关键词：主接线、运行方式、特点、改进措施
1、工程概况
桃源水电站位于湖南省常德市桃源县城附近的沅水干流上，是沅水干流最末一个水电开发梯级。

坝址多年平均流量2060m3/s，多年平均径流量650亿m3。

水库正常蓄水位39.50m，利用河段落差约7.50m，装机总容量为180MW，装设9台单机容量20MW的灯泡贯流式机组，电站多年平均年发电量7.93亿kW·h，装机年利用小时数4404h。

主体工程于2010年11月开工建设，首台机组于2013年10月30日并网发电。

2、主接线简介
桃源水电站水轮发电机组与变压器采用3机1变扩大单元接线，分别有9台容量为20MW的水轮发电机组，机端电压为10.5kV，经3台容量为70MVA的主变压器升压至220kV汇入220kV母线。

220kV采用单母线接线，共三回进线和一回出线，送至漳江变电站（220kV双漳线）。

厂用电系统采用10.5kV和400V两级电压供电方式.
厂用10.5kV母线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段分别由3个扩大单供电，另设一回10kV外来电源接至Ⅲ段母线,作为厂用备用电源。

厂用400V系统共3段母线,厂用400VⅠ、Ⅱ、Ⅲ段母线分别由厂用10.5kV母线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段供电，经厂用变压器41T、42T、43T降压至400V引入，另设一台1000kW柴油发电机作为400V母线Ⅲ段的备用电源，400VⅢ段也作为事故联络和备用母线。

厂用400V主要负荷分别为全厂机组用电、公用用电以及照明用电等。

坝顶400V系统共2段母线，坝顶400V母线Ⅰ、Ⅱ段分别由厂用10.5kV母线Ⅰ、Ⅱ段供电。

经坝顶变压器31T、32T降压至400V引入, 另设一台1000kW柴油发电机作为坝顶400V母线Ⅱ段的备用电源。

400VⅠ、Ⅱ段母线互为备用。

船闸400V系统共2段母线，船闸400V母线Ⅰ、Ⅱ段分别由厂用10.5kV母线Ⅰ、Ⅱ段供电。

经船闸变压器33T、34T降压至400V引入,400VⅠ、Ⅱ段母线互为备用。

图一：桃源水电站主接线图
3、厂用电运行方式
3.1 正常运行方式
桃源水电站正常运行时，厂用10.5kVⅠ、Ⅱ段母线分段运行，Ⅲ段母线热备用，10.5kVⅠ段由1号扩大单元供电，10.5kVⅡ段由3号扩大单元供电，10.5kVⅢ段由2号扩大单元供电, 10kV外来电源进线断路器360热备用。

厂用400VⅠ、Ⅱ段母线分段运行，Ⅲ段母线热备用，400VⅠ段由41T供电，400VⅡ段由42T供电，400VⅢ段由43T供电, 柴油发电机进线断路器132冷备用。

坝顶400VⅠ、Ⅱ段母线分段运行，400VⅠ段由31T供电，400VⅡ段由32T供电，柴油发电机进线断路器232冷备用。

船闸400VⅠ、Ⅱ段母线分段运行，400VⅠ段由33T供电，400VⅡ段由34T供电。

3.2 非正常运行方式
3.2.1 当各厂用10.5 kV母线所对应的扩大单元失电或进线断路器事故跳闸时通过备自投自动或现地手动倒换。

当厂用10.5kVⅠ段或Ⅱ段失电时，母联断路器302或304合闸，由厂用10.5kVⅢ段带Ⅰ段或Ⅱ段运行；当厂用10.5kVⅠ段和Ⅱ段均失电时，母联断路器302和304合闸，厂用10.5kVⅠ段、Ⅱ段、Ⅲ段联络运行；当厂用10.5kVⅠ段和Ⅲ段均失电时，由外来10kV供厂用10.5kVⅢ段，且10.5kVⅠ段、Ⅲ段联络运行；当厂用10.5kVⅡ段和Ⅲ段均失电时，由外来10kV供厂用10.5kVⅢ段，且厂用10.5kV Ⅱ段、Ⅲ段联络运行；当厂用10.5kVⅠ段、Ⅱ段、Ⅲ段均失电时，由外来10kV供10.5kVⅢ段，且10.5kVⅠ段、Ⅱ段、Ⅲ段联络运行。

3.2.2 当厂用变压器故障、进线断路器事故跳闸、10.5kV备自投未动作或动作不成功时通过备自投自动或现地手动倒换。

当厂用400VⅠ段或Ⅱ段失电时，母联断路器100或102合闸，由厂用400VⅢ段带Ⅰ段或Ⅱ段运行；当400VⅠ段和Ⅱ段均失电时，母联断路器100和102合闸，厂用400VⅠ段、Ⅱ段、Ⅲ段联络运行；当400VⅢ失电时，启动柴油发电机带400VⅢ运行。

坝顶400V非正常运行方式是当各坝顶变压器故障、进线断路器事故跳闸、10.5kV备自投未动作或动作不成功时通过备自投自动或现地手动倒换。

当坝顶400VⅠ段或Ⅱ段失电时，母联断路器200合闸，由坝顶400VⅠ段、Ⅱ段联络运行，当坝顶400VⅠ段或Ⅱ段均失电时，启动柴油发电机带坝顶400VⅡ段并联络Ⅰ段运行。

船闸400V非正常运行方式是当各船闸变压器故障、进线断路器事故跳闸、10.5kV备自投未动作或动作不成功时通过备自投自动或现地手动倒换。

当船闸400VⅠ段或Ⅱ段失电时，母联断路器200合闸，由坝顶400VⅠ段、Ⅱ段联络运行。

4、主接线特点
3机一变扩大单元接线简单清晰，减少了主变及主变高压侧配电设备数量，操作灵活方便，但当主变故障时会影响3台机组的正常发电，在一定程度上降低了发电可靠性，但实际运行经验表明，主变压器的故障率很少，水轮发电机组单机容量也较小，采用3机一变的接线形式是合理的。

220kV单母线接线结构简单清晰，设备少，操作检修方便。

仅有一条出线220kV双漳线，当220kV 双漳线或220kV母线故障时，可能会造成全厂失电。

220kV双漳线输送距离约14公里，系统扰动，对端设备故障，雷击等都有可能使220kV双漳线跳闸。

400V系统设有备自投装置，其动作方式和闭锁条件与10.5kV备自投一样，只是动作时间整定上的差异，400V备自投是当各厂用变压器故障、进线断路器事故跳闸、10.5kV备自投未动作或动作不成功时动作，为厂用电的可靠运行提供的又一个保障。

柴油发电机是当400V系统全部失电时，作为一路事故电源接入厂用400VⅢ段和坝顶400VⅡ段，是全厂厂用电系统的最后一个保障。

桃源水电站厂用电系统按电压等级分可分为10.5kV和400V系统，按用电区域分为厂区用电、坝顶用电及船闸用电，按电源可分为系统供电、地方10kV供电及柴油发电机供电，整个厂用电系统结构较为复杂，用电设备较多，但可靠性较高。

5、主接线改进措施
为了使厂用电系统更加安全可靠，避免全厂失电事故的发生，建议采取以下改进措施。

（1）、10.5kV备自投动作时，相关厂用变压器会瞬间充电，产生高频谐振电流和谐振过电压，可能会影响10.5kV备自投动作成功率甚至可能会烧毁变压器，如果在10.5kV各段母线上加装消谐装置会在一定程度上避免以上情况的发生。

（2）、400VⅠ段、Ⅱ段母线的备用电源仅仅来自于400VⅢ段母线，当400VⅢ段母线失电时，无有效电源为400VⅢ段母线供电，此时如果在发生400VⅠ段或Ⅱ段母线失电将会造成该段母线上所有负荷失电。

应更改备自投程序和断路器闭锁关系，将400VⅠ段、Ⅱ段母线设为互为备用关系，作为400V Ⅲ段母线失电后的第二备用电源。

6、运行建议
在运行时做到以下几点可以降低桃源水电站主变及厂用电的损耗，提高经济效益，长期运行节省的收益是可观的。

（1）、在保证系统安全稳定的情况下可以提高发电机功率因素运行，降低了变压器有功和无功损耗。

（2）、合理分配机组负荷，尽量保证机组在高效率区间运行。

（3）、合理分配主变及厂用变负荷，尽量使各主变及各厂用变负荷分配均衡。

（4）、合理安排机组负荷运行，桃源水电站主变压器负荷率在0.5-0.65之间为高效率区，根据来水情况，合理安排主变负载，降低主变负载损耗。

（5）、合理分配厂用电负荷运行，桃源水电站厂用变压器负荷率在0.5左右为高效率区，根据厂内辅助设备和公用设备的分配情况，合理设置自动装置的切换配合，使厂用变压器运行在高效率区。

7、结语
桃源水电站作为一中型水电站，主接线设计简单清晰、经济性好，较为合理。

厂用电系统结构较为复杂，用电设备较多，但可靠性较高。

在实际运行过程中若能合理分配负荷，可降低厂损，提高电站经济效益。

作者简介：严国章（1983-），男，湖北天门人，工程师，从事水电站运行工作。