喀麦隆雅温得市供水项目前期电气设计简介 沈培勇

喀麦隆雅温得市供水项目前期电气设计简介沈培勇
摘要：随着我国“走出去”战略的进一步落实，越来越多的工程企业开始承接海外
项目。

本文着眼于项目前期、结合具体的供水项目实例，从受电方案、压降及短
路计算、布置及设备选型等几个方面，浅谈了海外项目中用户侧电气设计的特点
和应注意的问题，以供参考。

关键词：供水工程；供配电；海外项目
1.项目背景
雅温得SANAGA饮用水处理厂项目设计规模300,000m3/d。

主要工程内容包
括NACHTIGAL取水工程、输水管线、SANAGA水处理厂、清水输水管道及沿途2
座加压泵站、NDINDAN山顶水池、配水管网。

配套有输变电工程，由SCADA系
统对各泵站实行中心控制。

NACHTIGAL取水泵站位于SANAGA河道N15公路轮渡码头附近，由SANAGA
河取水。

自SANAGA河的取水点NACHTIGAL在取水增压后，由管道输水至雅温得NDINDAN水池。

经SANAGA水厂处理后，由SANAGA水厂清水泵房、NKOMETOU
泵站和NYOM泵站等三级提升。

2.当地电网概况及受电方案
截至2012年，喀麦隆装机容量1092MW，其中水电为886MW、火电为
206MW，用户负荷为913.6MW。

根据喀麦隆政府2009年编制的《喀麦隆2035
年远景规划》，计划到2020年电力生产能力达到3000MW。

项目所在地除沿N1公路有一回30kV架空输电线路（线径为150mm2）外，
再无其它供电电源，该区域供电电网较为薄弱。

该输电线路的额定载流量约200A，而本工程30kV系统正常运行负载电流约在500A左右。

无论从载流量、线路压降
以及供电安全性等方面，工程所在地附近现有的电网容量均不能满足本项目的用
电负荷需求。

故考虑从雅温得市OYOMABANG 220kV变电站取电，该站目前是当地容量最
大的变电站，220kV侧与MOMGOMBE变电站连接，投运于2006年，目前站内装有两台105MVA三相三线圈主变压器，电压比为220/90/15kV，220kV、90kV系
统均为双母线接线。

90kV系统除由两台主变供电外，另接有两路90kV外供电源，一路接自EDEA电厂，容量为40MW；另一路由本站柴油自发电系统提供，容量
为12MW。

OYOMABANG变电站目前站内电气设备运行情况良好，供电可靠性较高。

该
站距新建NKOMETOU变电站输电距离约30km。

由喀麦隆水利能源部组织召开本
项目电源接入系统专题会，明确新建NKOMETOU 变电站供电电源由OYOMABANG 变电站90kV备用出线间隔提供，作为本项目的专用电源。

3.用电负荷及导线压降计算
本工程的主要用电设备为各厂站泵房内的6kV水泵机组，约占整个工程用电
量的94%。

根据工艺专业提供资料，各厂站电机均为6用1备。

大容量水泵机组
采用轴功率法进行负荷计算，其余小动力设备采用需要系数法。

根据生产能力30
万m3/d和40万m3/d（远期）分别计算各厂站负荷。

NKOMETOU变电站内设置两台90kV主变压器，单台容量为40MVA。

在30万m3/天设计能力下，运行方式为一用一备，负荷率约为63.4％。

在40万m3/天设
计能力下，运行方式为两常用，负荷率1#主变为46.6％、2#主变为44.3％。

由于当地供电公司不直接参与本项目，所以与国内情况不同，由总包方的设
计确定输电线路的形式和截面。

本工程90kV受电线路及各站间30kV配电线路的设计均为单回线路，无分裂要求。

各线路参数如下表：
经过初步计算分析，各段线路允许额定载流量均大于实际运行电流。

但在线路末端SANAGA水厂、NACHTIGAL泵站的压降均超过10%，不能满足运行要求。

因此，需采用必要、合理的降低线路压降的措施。

导线截面的扩大对线路单位电抗值的减小影响较小，进而在减少线路压降方面的效果并不特别显著，尤其在导线截面选择已经很大的情况下进一步通过扩大导线截面实现降低线路压降的效果更不明显。

故考虑设置无功补偿装置以提高功率因数，降低无功传输量，从而达到降低线路电压损失的目的。

本工程实施过程中，在各厂站6kV高压电机采用变频启动和软起动两种方式，变频启动时功率因数自身很高，软起动时均按需配有单机补偿（450kVar/台），使得功率因数可提高到需要的范围内，同时还在6kV母线和0.4kV母线设置集中补偿，6kV采用400kVar+600kVar的共补和分补方案。

综合上述措施，使本工程最大运行方式下运行时功率因数达到0.95。

同时考虑各厂站的主变按需通过调节分接头来提高末端的电压。

泵站、水厂内变电所的30/6.3kV变压器装设有载调压装置，调压范围为±10％，可以保证变压器低压侧输出电压6kV。

4.短路电流计算
GB/T15544系列规范除做了少量修改外与IEC60909系列等同，但国内仍习惯于采用DL/T5222中的实用方法计算短路电流。

IEC法考虑了各种不利因素，引人各相关的系数，计算结果偏于安全。

IEC法采用等效电压源法，对于远端和近端短路均可适用。

虽然IEC法在国际上广泛应用，认可度较高。

但是相较于实用方法，IEEE法涉及向量，计算繁琐，一般都需要借助如ETAP之类的计算软件。

由于供水项目厂内1kV以上的供电网络结构较为简单，实用方法足以满足计算精度要求，所以建议尽量说服业主工程师采用实用方法，以免增加不必要的工作量。

当地供电公司无法提供受点端的系统短路容量、单相接地短路电流等原始数据。

此时，一般以对侧变电站接入处母线的最大短路电流计算系统容量。

经与当地供电部门沟通，本项目中OYOMABANG变电站90kV母排上为31.5kA，忽略该母线短路时本项目的回馈电流，可得到系统等值正序阻抗。

由于电网主要由输电线路构成，其正序与负序阻抗基本相等，而零序阻抗一般比正序要大。

所以在不对称短路计算中，假定电网三序阻抗相等是合理并且是足够保守的。

短路点远离发电厂，短路电路的总电阻较小，总电抗较大（）时，有。

根据计算结果，各变电站90kV、30kV、6kV电气设备均按短时耐受电流25kA、峰值电流63kA选择设备，满足动热稳定要求。

5.变电站配电设备布置方案
以屋外普通中型配电装置的占地面积为基准，屋内型仅为其25%~30%，全封闭组合电气仅为其15%~30%。

从国内的情况来看，一般大、中城市中110kV变/配电站宜采用户内敞开型。

尤其市近年来随着设备选型、电气布置、建筑结构的改进和GIS设备的国产化，110kV屋内配电装置日渐普遍。

但是经过现场考察，发现当地33kV及以上仍习惯采用户外站的方式，同时以管型母线设计为主。

管型母线弧垂小，没有电动力和风力引起的摇摆，可以压缩相间和对地距离，相比110kV软母线配电装置，可节省用地约14%。

母线对构架不产生拉力荷载，可以简化土建结构，节省材料。

此外，管母线基本成一条线，
布置清晰，且能降低母线高度，方便巡视。

但是管型母线相间距离较小，无法进
行带电作业，抗震性也较差。

结合项目来看，本工程所在地征地成本不高，占地面积基本不是主要限制，
且管型母线设计本身就带有一定的节地效果。

总包方对工程造价比较敏感，且当
地污秽等级不高，采用户内甚至GIS的设计意义不大，且会增加大量投资。

此外，本工程NKOMETOU变电站为用户站并非系统站，所以一般不存在110kV带电作
业的工况。

同时当地的运行维护水平有限，而管型母线有巡检方便的优点。

所以NKOMETOU变电站90kV配电装置采用管母线户外常规设备布置，架空出线。

出
线和主变进线挂线点高10m，地线挂线点高12.5m，间隔宽度8m，相间距2m。

6.设备选型问题
海外项目的业主对如ABB、西门子、施耐德等国际知名制造商的认可度较高，尤其是元器件方面。

随着国内制造水平的日益提高，在本项目中也用到了大量中
国产品，但主要还是局限于成套设备。

在设计中应充分考虑业主的要求。

应尊重并了解当地习惯做法，如变压器的型式。

油浸式变压器有着较强的过
载能力，但就10kV以下来说，干式变压器在便利性、火灾危险性、环境适应性
及维护性上有着明显的优势。

不过喀麦隆及其他大部分非洲国家习惯于户外油浸
式变压器，本工程中6kV变压器都不允许采用干式变压器，同时需要在变压器周
围留有足够距离并设置围栏等保护措施。

在设计中应根据当地习惯选型设备，并
充分考虑由此引起的设计上的变化，切不可生搬硬套国内的常规做法。

7.结语
在国内常规的供水项目中电气为配套专业，主要为工艺及其辅助设备的用电
服务。

而在海外给水工程设计中，当地供电公司一般不负责外线设计，而是要求
由总包方承担提供方案并负责建造。

所以电气专业除了厂内供配电设计外，还需
要负责外线及对侧变电站的扩建设。

由于技术、管理水平地限制，当地供电公司
往往给不出如系统各运行方式下的短路电流、电能质量、保护配置、调度要求等
重要设计资料。

对于此类情况除现场调研、合理假设外，必要时应做专题研究。

参考文献：
[1]GB 50060-2008. 3~110kV高压配电装置设计规范[S], 北京：中国计划出版社, 2009.4
[2]GB/T 15544.1-2013, 三相交流系统短路电流计算第1部分：电流计算[S], 北京：中国标准出版社, 2014.6
[3]DL/T 5222-2005, 导体和电器选择设计技术规定[S], 北京：中国电力出版社, 2016.11
[4]中国电力工程顾问集团有限公司, 电力工程设计手册火力发电厂电气一次
设计[M], 北京：中国电力出版社, 2018.3。