小型水电站并网方案的设计与研究

小型水电站并网方案的设计与研究

摘要：近年来，随着国家经济建设的发展，人们越来越关注自然环境保护。水电是可再生能源，通常的大型水电属于传统能源，而小水电则属于新能源。小型水电站造成的环境影响较小，同时水电机组运行寿命长，坚固耐用，价格稳定，因此地区电网中接入了较多的小型水电站。但是，这些小容量机组的水电站不像电网主力电厂那样运行稳定、调峰调频能力强，它们兼具发电和防汛功能，出力靠水量决定，变化较大，停投频繁，干扰了主电网的潮流走向和频率稳定，影响了主电网的正常运行。因此，根据小型水电站的运行特点，对其进行科学调度，对于地区电网的稳定运行有着重要意义。本文以某小型水电站为例，根据该水电站在电力系统中的作用、送电方向、输电容量和输电距离，考虑到水电站装机规模和单机容量，提出包括水电站出线电压等级、出线回路数、导线截面积选择等的完整并网设计方案，以保证水电站电力安全可靠送出。

关键词：水电站；并网方案；方案比较；研究

引言

水电远不如火电运行稳定，出力受水量、季节、气候等因素影响较大，干扰了主电网的频率稳定，影响了潮流走向，因此其并网方案直接影响着主电网的安全运行。一般小型水电站接入电力系统的设计要求是水电站建成后能将电能安全、经济、合理地送往电力系统，充分发挥水电效益。某水电站位于乌都河中游河段，是全面开发乌都河水能资源，缓解附近地区工农业及村（居）民生活用电短缺的重要工程。同时，该水电站处于县城电网末端，对补充电网末端电能、改善供电质量、提高供电可靠性能都具有十分重要的意义。

1小型水电站并网运行的相关规定

为解决小型水电站与大电网并联后所带来的问题，原电力部颁发的《 3~110kV 电网继电保护装置运行整定规程》中有以下规定：

（1）地区电源带就地负荷，宜以单回线或双回线在一个变电所与主系统单点并网，并在并网线路的一侧或两侧断路器上装设适当的解列装置（如低电压、低频率、零序电压、零序电流、振荡解列、阻抗原理的解列装置，需要时，还可加装方向元件）；

（2）在与主网相连的有电源的地区电网中，应设置合适的解列点，以便采取有效的解列措施，确保主网的安全和地区电网重要用户供电；

（3）并网线路小电源侧的线路保护定值应按故障解列装置的要求整定，故障时将地区电源与主电网解列；

（4）在小电源侧应装设低频和低压解列装置。

2电站接入系统方案设计

2.1电压等级

根据该水电站在电力系统中的作用、送电方向、输电容量和输电距离，考虑到水电站装机规模和单机容量，为简化水电站主接线、方便布置、节省投资，水电站宜采用交流一级电

压接入系统，就近上网，就近供电，技术上是合理的。理论上，３５ｋＶ和１１０ｋＶ电压

等级接入系统均可。当输电距离小于２５０ｋｍ，输电功率小于６０ＭＷ时有：式中，Ｕ为电压，ｋＶ；Ｐ为输送功率，ｋＷ；ｌ为输电线路的长度，ｋｍ。根据式

（１），结合该水电站实际情况，用３５ｋＶ电压等级供电１回线路即可满足电站电力送出

要求，因此确定本工程采用３５ｋＶ电压等级就近接入电网。

2.2出线回路数

为满足水电站电力安全、可靠、经济送出，采用２条接入系统线路为宜。但考虑到水电

站的利用小时较低，水电站接入系统时也可不考虑满足“Ｎ－１”可靠性的要求。为了节省投资，水电站３５ｋＶ出线规划按１回线路考虑，设计按１回３５ｋＶ线路接入电网。

2.3导线截面积选择

2.3.1基本原则

水电站出线导线截面的选择应遵守《电力系统设计技术规程》等有关规定，电网的输电

能力必须满足各种正常和事故运行方式的输电要求，保证水电站满发时电力送出的需要。出

线导线截面按以下原则选择：正常运行方式下的最大输出电力（输电容量）应符合经济电流

密度要求，本工程经济电流密度为１．１５Ａ／ｍｍ２；根据本电站动能指标（如装机容量、年利用小时低等）和地理位置，出线尽量采用大截面少回路数方案，提高单位输电走廊的输

电能力。

2.3.2导线截面积计算和选择

（１）截面积计算。

式中，Ｕ为网络额定电压，３７ｋＶ；Ｓ为导线标准总截面积，（９５）１２０ｍｍ２；Ｉ为导线持续容许电流，Ａ；Ｋｔ为温度修正系数，１；ｃｏｓφ为输电功率因数，０．９；Ｊ为经济电流密度，１．１５Ａ／ｍｍ２。各型号导线输送容量计算结果见表２。根据表２

并综合考虑该水电站工程的场地、出线长度、线路路径地理条件、气候条件等情况，可得出

以下结论：若电站采用１回ＬＧＪ－９５ｍｍ２导线不能满足极限输送容量要求，则建议采

用１回ＬＧＪ－１２０ｍｍ２导线作为接入系统线路。

3水电站接入系统方案的拟定

3.1基本原则

（１）符合省电网统一规划、合理布局原则，适应性和灵活性强。

（２）能确保电站电力安全可靠、连续稳定送出和电网供电可靠。

（３）电站电力潮流流向合理，尽量避免造成电力潮流迂回和同级电压电网交叉。

（４）根据电站的地理位置、主供电范围和输电距离短的实际情况，建议就近上网、就

近供电。

（５）电站接入电网的电能需保证汇集分配方便、吞吐能力强，且适应电力系统的丰枯期及

大小方式，电能交换好。

3.2方案拟定

电站接入系统方案的拟定。方案一，水电站以３５ｋＶ一级电压接入电网，电站１×２．５ＭＷ、１×５ＭＷ机组通过１×３．１５ＭＶＡ、１×６．３ＭＷ三相双圈变升压至３５ｋＶ，３５ｋＶ出线１回接入离电站最近的３５ｋＶ变电站３５ｋＶ母线，线路导线型号为

ＬＧＪ－１２０ｍｍ２，长度约为５ｋｍ。方案二，水电站以１１０ｋＶ一级电压接入电网，电站１×２．５ＭＷ、１×５ＭＷ机组通过１×３．１５ＭＶＡ、１×６．３ＭＷ三相双圈变升

压至１１０ｋＶ，１１０ｋＶ出线１回接入离电站最近的１１０ｋＶ变电站１１０ｋＶ母线，线路导线型号为ＬＧＪ－３５ｍｍ２，长度约为５ｋｍ。

3.3方案技术经济比较

3.3.1技术比较

（１）方案一、二均可将水电站的电力安全送出。从线路长度看，两方案线路长度基本

相同。

（２）预计水电站所在县供电负荷将达到２０３．４２ＭＷ。由于该水电站属于小型水

电站，且处于县城电网末端，因此建成后将主要用于补充本县电网末端电能、改善供电质量、提高供电可靠性能，基本不考虑送入上级电网。根据以上情况，技术上方案一明显较好。

3.3.2经济比较

水电站接入系统方案经济比较见表３。由此可看出，方案二的总投资较方案一高出１０

００万元（还没有考虑年运行费用），因此从经济方面看方案一有较大优势。

4结语

综上分析，为保证水电站电力按时可靠送出，兼顾电网发展情况，该水电站接入系统方

案推荐如下：水电站自建３５ｋＶ升压站１座（主变１×３．１５ＭＶＡ＋１×６．３ＭＶＡ）；自建３５ｋＶ升压站最终以３５ｋＶ出线１回接入３５ｋＶ变电站３５ｋＶ母线与电

网相连，线路导线型号为ＬＧＪ－１２０ｍｍ２，长度约为５ｋｍ；３５ｋＶ变电站需扩建

３５ｋＶ出线间隔１个，以满足水电站接入系统要求。

参考文献：

[1]卢靖．广西电网优化电源接入系统方案的研究［Ｊ］．广西电力技术，2012（１）：

４５－５０．

[2]李坚编 . 电网运行及调度技术问答 [M]. 中国电力出版社，2007 年 3 月 .

[3]《继电保护和安全自动装置技术规程》 GB/T 14285 ——— 2006.