若羌河水库工程坝区供电设备的选择

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（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

若羌河水库工程位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州若羌县境内的若羌河上，是若羌河唯一的控制性工程，是一座以防洪、灌溉、工业供水为主，兼顾发电任务的枢纽工程。装机容量为2×1.0 MW+0.6 MW，年利用小时数为3 908 h，年平均发电量为1 016万kW·h。

2 电气主接线

本工程发电机—变压器侧接线方式采用扩大单元+单元接线，发电机出口电压为6.3 kV；两台主变高压侧接线方式为单母线接线，电压等级为35 kV，2回进线，1回出线。为保证坝区供电可靠性，在联合进水口处设一台箱式变电站，箱变电源分别取自厂房扩大单元和单元接线6.3 kV母线，在两段进线之间设置备自投装置；同时在箱变附近设置1台柴油发电机作为应急电源，接入箱变低压侧母线。

3 坝区用电负荷

根据金属结构专业及采暖通风专业提供资料，坝区用电负荷统计见表1。

其中，泄洪兼导流洞弧形工作闸门和灌溉引水发电洞进口平面事故闸门有同时动作的可能性。根据《水利水电工程钢闸门设计规范》3.1.4的要求“具有防洪功能的泄水和水闸系统工作闸门的启闭机应设置备用电源”，本工程表孔溢洪道弧形工作闸门及泄洪兼导流洞弧形工作闸门为具有防洪功能的工作闸门，需设置备用电源。

表1 坝区用电负荷表

4 箱式变电站的选择

4.1 计算过程

最大负荷为泄洪兼导流洞平面事故闸门（100 kW）与灌溉引水发电洞进口平面事故闸门（30 kW）同时运行,照明负荷取30 kW。变压器的计算容量为:

K1：动力负荷换算系数，同时率取1，K1取1.25；

∑P1：所有动力负荷之和（kW），取130 kW；

∑PZ：电热及照明负荷之和（kW），取30 kW；

最终计算得：S≥1.25×130＋30＝192.5

因此，变压器的容量初步选为200 kVA。

4.2 变压器校验

取最大一台电机，即泄洪兼导流洞平面事故闸门（100 kW），该电机为变频启动，启动电流倍数取2，功率因数取0.8。箱变至电机的电缆型号为ZRYJV-0.6/1-3×120+1×70。

（1）电动机启动时的母线电压为：

式中：Um*—启动时母线电压（标幺值）；

uZ—变压器阻抗电压；

Pnd—电动机的额定容量，kW；

Und—电动机的额定电压，kV；

Idb—电动机启动电流，A；

Snb—变压器的额定容量，kVA；

最终计算得：Um*=0.95，压降为5%，小于10%，满足要求。

（2）电动机启动时的端电压为：

式中：Ud*—电动机启动时端电压（标幺值）；

r1、x1—导线单位长度的电阻、电抗，mΩ/m；

L—导线长度，m；

最终计算得：Ud*=0.927，压降为7.3%，小于10%，满足要求。

综上所述，变压器容量为200 kVA，满足要求。变压器的型号确定为SC13-200/6.3，联接组别为Dyn11,变比为6.3±2×2.5%/0.4 kV。

5 柴油发电机的选择

根据负荷点位置及荷载分析，坝区设置1台柴油发电机组。

水利枢纽坝上泄洪闸门启闭机属于不经常断续负荷，启动时间较短，表孔溢洪道弧形工作闸门（50 kW）、泄洪兼导流洞弧形工作闸门（100 kW）两处起泄洪作用的工作闸门可根据泄洪要求顺序启动，不会存在同时运行的工况，故选择柴油发电机容量时可以分阶段统计，选取最大值进行计算。因此选取泄洪兼导流洞工作闸门运行时工况进行计算。

5.1 计算过程

泄洪兼导流洞工作闸门电动机功率为100 kW，并考虑一定的各闸门控制、照明及日常功率。泄洪兼导流洞工作闸门的电动机采用变频启动，启动电流取额定电流的2倍。

（1）柴油发电机组应具备长期连续带负荷运行的要求，即SG1≥SJC1。

式中：SJC1—计算负荷，kVA；

PΣ—可能同时运行的负荷，本工程计算时中孔泄洪洞负荷按100 kW，控制负荷按5 kW，照明及日常负荷按20 kW计；

ηΣ—计算负荷的效率，可取0.82；

cosφ—计算负荷的功率因数，可取0.80；

（2）由于电动机在启动过程中有较大的冲击电流，柴油发电机应具备在带负荷运行情况下，能够启动其他电机，因此按照启动容量最大的电动机工况计算：

式中：SG2—容量最大的电动机的启动条件计算发电机容量，kVA；

Pm—启动容量最大的电动机的额定功率，本工程为100 kW；

cosφm—电动机的启动功率因数，取0.40；

ηdcosφd—电动机的额定效率和额定功率因数乘积，简化计算时取0.80；

cosφG—发电机的功率因数，取0.80；

Kdq—电动机的启动电流倍数；

C—电动机启动方式系数，本工程为全压启动，取1.0；

（3）柴油发电机组在带负荷情况下启动容量最大的电动机时，应具备短时过负荷能力，即在热状态下承受1.5倍发电机额定容量的时间≥0.5 min，根据NB/T 35044-2014《水力发电厂厂用电设计规程》公式F2.3：

式中：SG3—发电机的额定容量，kVA；

K—换算系数，取0.8；

Pdm—启动容量最大的单台电动机的额定功率，kW；

Kdq—电动机的启动电流倍数。

为满足以上3种工况，从上述计算结果中选取最大值，即柴油发电机容量需大于240.36 kVA（考虑功率因数0.8，折合功率为192.29 kW）。柴油发电机容量初步选择SG1=250 kW。

5.2 柴油发电机组容量校验及复核

（1）柴油发电机空载启动容量最大的电动机时，母线侧电压会有所降低，但不应低于0.75倍额定电压，根据NB/T 35044-2014《水力发电厂厂用电设计规程》公式F3.1，发电机容量校验如下：

式中：SG4—发电机空载启动最大单容量电动机时，发电机母线允许电压降校验发电机容量，kVA；

Pdm—容量最大的电动机容量，kW；本工程为100 kW；

Kdq—电动机的启动电流倍数。—发电机的次暂态电抗，通常取0.25；

ΔE—母线允许的瞬时电压降，通常取0.25；

经校验，SG1≥SG4，因此250 kW柴油发电机满足要求。

（2）柴油发电机的实际输出还需根据使用地点的环境条件进行复核。本工程柴油发电机组布置在海拔高度为1 642 m的户外，自带箱体，箱体内设置有加热器来保证冬季环境温度。经过与厂家进行沟通，基本确定柴油发电机在环境温度45 ℃、相对湿度60%、海拔高度1 500～2 000 m时，发电机输出功率折损系数约为0.9。计算的250 kW柴油发电机组的输出功率为225 kW，大于192.29 kW（240.36 kVA），满足环境条件对其输出功率的影响。

综上所述，本工程坝区选取一台容量为250 kW的柴油发电机组可满足本工程坝区运行工况。

6 结语

对于变压器的选择来说，因坝区各设备距离较远，应当注意校验用电设备启动时的端电压是否满足电压降要求。对于柴油发电机的选择来说，应当考虑所选容量是否能在满足长期连续运行的前提条件下，同时能够带负荷启动最大单台容量电动机并具备短时过负荷能力，在校验时应注意空载启动最大单台容量电动机时的发电机母线电压降是否满足要求，还需注意使用环境对发电机输出功率的影响。本工程根据上述计算及校验，配置一台容量为200 kVA的箱式变电站与一套容量为250 kW的柴油发电机，即可满足坝区各设备的供电可靠性。