Santa Cruz 水电站电气主接线选择

四川省清源工程咨询有限公司 向 敏

成都 610072

摘要：本文主要对厄瓜多尔共和国 Santa Cruz 水电站电气主接线及主要电气

设备形式的选择进行了分析，通过对技术、经济的综合比较，初步确定了满足电站 运行可靠性以及厄瓜多尔电网要求的电气主接线方式。

关键词：厄瓜多尔 技术比较 经济比较

1、电站概述

Santa Cruz 水电站（以下简称 SC 水电站）位于厄瓜多尔共和国南部萨莫拉-钦 奇佩 (Zamora Chinchipe) 省东南部萨莫拉 (Zamora) 河 右 岸 一 级 支 流 玛 齐 娜 萨 (Machinatza)河的中～下游河段，为无调节引水式电站。

SC 水电站为米拉多铜矿的自备电源、具备向电网送电的条件，电站开发任务 为水力发电，兼顾下游生态环境用水。电站不担任系统调峰、调频任务，若有需要， 水库消落水位至 1180.0m 或 1178.0m，可满足约 0.5 小时的调峰要求。

SC 水电站采用下闸址、左岸引水线路及上厂址左岸地面厂房的枢纽布置方案。 电站采用引水式开发，引水隧洞长约 4.7km。电站装设 3 台混流式机组，总装机容 量 129MW，多年平均年发电量为 7.662 亿 kW·h，年利用小时为 5939h，保证出力 为 29.3MW。

2、电站接入电力系统方式

SC 水电站为米拉多铜矿的自备电厂，电站共安装 3 台水轮发电机组，单机容 量 43MW，总装机容量为 3×43MW。

根据业主提供的电站接入系统初步资料，本阶段电站接入系统方案暂定为：电 站高压侧采用 230kV 等级，出线一回接入米拉多矿区中心变电站，线路长约 11km。

3、电气主接线

3.1、电气主接线方案

本电站装机 3 台，单机容量 43MW，功率因数 0.875，发电机电压 13.8kV。电

站为米拉多铜矿的自备电厂，年利用小时高。电站主接线设计时，首先应满足供电

可靠、运行灵活的要求，并力求经济和节约投资。

根据本电站装机容量 3×43MW 和电站接入系统方案的要求以及动能特性参数 综合分析，发电机与变压器的连接拟定了如下三个方案进行技术经济比较：

方案一：三台水轮发电机组分别与三台主变压器连接组成三个单元接线，每台 主变压器容量为 50MVA，230kV 高压侧设备进线三回，出线一回，采用单母线接 线方式。

方案二：一台水轮发电机组与一台主变压器连接组成单元接线，主变压器容量 为 50MVA，另两台水轮发电机组与一台主变压器连接组成扩大单元接线，主变压 器容量为 100MVA；230kV 高压侧设备进线两回，出线一回，采用单母线接线方式。

方案三：三台水轮发电机组分别与三台主变压器连接组成三个单元接线，每台 主变压器容量为 50MVA，230kV 高压侧设备进线三回，出线一回，采用四角形接 线方式。

电气主接线方案比较图见插图 1：

3.2、接线方案技术比较

(1) 发电机电压侧接线方案技术比较：

1) 单元接线方案：

(a) 接线对称、简明清晰、继电保简单、运行灵活，故障或检修影响范围小。

(b) 机组运行灵活、方便，从 1、3#机发电机组出口各引接一回厂用电源；厂

用分支回路高压断路器易选择；

(c) 单元接线主变容量为 50MVA，采用三相式变压器，充氮运输重量较轻(约

60t)，有利于满足电站公路运输要求。

(d) 主变压器台数及高压进线间隔比扩大单元接线方案多，增加布置场地和

230kV 设备投资。

2) 扩大单元接线方案：

(a) 因电站距离电网枢纽变电站较远(约 135km)，经估算扩大单元发电机出口短 路电流周期分量小于 50kA，发电机电压设备选型为常规设备。

(b) 扩大单元厂用分支回路高压断路器短路电流较单元接线大，断路器投资较 贵；

(c) 与单元接线方案比 230kV 侧进线间隔少 1 个，230kV 设备投资较少；

(d) 一旦扩大单元主变故障或检修，则造成电站 2/3 电量送出受阻；

(e) 扩大单元接线主变容量为 100MVA，如采用三相式变压器，充氮运输重量 较重(约大于 80t) ，难以满足电站公路运输要求；若选择三相组合式变压器，易于 满足电站公路运输限制条件的要求，但现场电气及机械连接工作较复杂，主变压器 设备投资较大。

3) 方案选择 根据以上比较，扩大单元接线可靠性和灵活性比单元接线稍差，虽然单元接线

比扩大单元接线综合投资稍大，考虑到扩大单元主变运输重量大，现场运输条件难 以满足，而单元接线方式更灵活、能满足矿区供电的可靠性及大件运输要求。综合 考虑电站电气主接线的运行可靠性、灵活性、电站公路运输条件以及厂用电供电可 靠性等因素，推荐单元接线为发电机-变压器侧接线较为适宜。

(2) 230kV 高压侧接线方式技术比较：

1) 单母线接线方案：单母线接线方式主要优点是接线简单，供电可靠，运行灵 活，继电保护简单，230kV 仅一组 P.T 间隔。缺点是当母线故障会造成全厂停电， 考虑采用 SF6 全封闭组合电气(GIS)设备，故障率极低，其可靠性完全能满足电站运 行要求。

2) 四角形接线方案：四角形接线主要优点是供电可靠性高，操作方便、灵活，

230kV 侧任何一台断路器检修，不影响电站连续供电。缺点是二次保护及布置相对复杂，当任一台断路器检修，都开环运行，从而又降低了接线可靠性，相对单母线

接线多一组 P.T 间隔。

3.3 经济比较

在方案经济比较中仅比较差值部分(230kV 侧电气设备)，电能损耗以 0.057 美元

/kW·h 计，设备折旧维修率以 8%计，各方案经济比较见表 1。

接线方案经济比较表

表 1

3.4 电气主接线方案选择

根据三个方案的经济及技术比较，方案三投资最高，年运行费最高，计算费用 最高；方案一各项费用略高于方案二，但运行更为灵活、方便、可靠。

综上所述各方案的技术经济比较，本阶段电站电气主接线推荐方案为：电站三 台水轮发电机组与三台主变压器连接组成三个单元接线，主变压器容量均为

50MVA；230kV 侧采用单母线接线，主变压器高压侧和出线回路上均装设断路器， 出线一回接入矿区中心变电站，另为了更灵活满足电站接入/送出要求，230kV 预留 一回出线间隔，预留出线回路本阶段暂不订货。下阶段根据电站最终接入系统方案 和公路运输限制条件的确定，再进一步优化电气主接线方案。

电气主接线简图见插图 2：

4、230kV 高压配电装置形式选择

230kV 高压配电装置考虑了常规敞开式电器和 SF6 全封闭组合电器(GIS)两种 不同的布置方案。

GIS 布置方案：

GIS 室布置在地面主变压器室之上，与主变室长度相同，GIS 室高 11.5m；GIS

设备与主变高压侧套管直接连接，230kV 出线设备布置在 GIS 室楼顶。 敞开式布置方案：

230kV 开关站布置在电站左端侧(面向下游)，开关站尺寸为 70m×60m，对两 种方案的经济比较见下表(相同部分不参加比较)：

GIS 方案与敞开式方案经济比较表

表 2

经初步估算，GIS 方案设备投资比敞开式方案多 392.8 万元，土建投资比敞开

式方案少近 243.39 万元，但考虑到每年户外敞开式设备的运行维护的费用，综合投 资 GIS 方案比敞开式方案投资略高 19.44 万元。综合比较，虽然 GIS 方案综合投资 略高，但 GIS 布置方案抗震性能高，不受环境影响；布置集中，占地面积小，便于 管理；且运行安全、维护工作量极小，检修周期长；在运行可靠性方面，更是优势 突出，随着国内外技术水平的提高和制造成本的降低，GIS 设备已经在水电站得到 广泛应用。由于本电站工程为矿山自用电，年利用小时数高，对设备运行可靠性要 求较高，因此本阶段 230kV 高压配电装置暂定采用全封闭组合电器(GIS)。