大頂子山航電樞紐主要電氣設備選擇及布置

楊城回，霍東鵬，王樹生

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

大頂子山航電樞紐工程位于松花江干流哈爾濱下游46 km處，是一座以航運、發電、和改善哈爾濱水環境為主，同時具有交通、水產養殖和旅游等綜合利用功能的低水頭航電樞紐工程。由船閘、泄洪閘及混凝土過渡壩段、河床式水電站、土壩及壩上公路等工程組成。水電站裝機6臺，單機容量11 MW，總裝機容量66 MW，多年平均發電量3.532×108kW·h，年利用小時數為 4 870 h，水庫為徑流無調節水庫。電站在電力系統中擔負基荷。電站以雙回66 kV線路接入220 kV巴彥變電所，線路亙長24.5 km。

1 電氣主接線

根據主接線方案比較，電氣主接線選用2臺三相雙線圈自然油循環風冷變壓器，單臺容量為40 MV·A；6.3 kV側采用發電機主變壓器組成三機—變擴大單元接線，66 kV側采用變壓器—線路組（帶備用斷路器）接線。

2 廠用電接線及壩區接線

2.1 廠用電接線

廠用電由兩組機—變擴大單元組合的發電機電壓匯流母線分別引接一回電源作為的工作電源，另從地區變電所（保留下的施工變電所）引接一回10 kV外來電源以作為廠用電的第二備用電源。廠用電采用0.4 kV一級電壓供電，全廠共設3臺 6.3（10）/0.4 kV、630 kV·A 廠用變壓器（其中 2臺高壓側為6.3 kV，1臺為10 kV）。其0.4 kV側分別接至由廠用配電主盤組成的3段廠用母線，3段母線之間設分段斷路器聯絡和備用電源自動投切裝置。

2.2 壩區接線

在電站廠房內設1座6.3 kV壩區中心開閉所，另在船閘區、左壩區和廠房右端分別設1座6.3/0.4 kV配電所。在每個泄洪閘泵房內均設置一面低壓盤，作為Ⅰ類負荷，以雙投開關與不同分段的主配電屏（布置在6.3/0.4 kV配電所內）連接。在設計過程中，本著安全、可靠、經濟的原則，采用了相鄰盤柜間相互備用的原則，即1號泵房低壓盤電源從配電所Ⅰ段母線引接，2號泵房低壓盤電源從配電所Ⅱ段母線引接，由于兩個泵房相鄰很近，相互之間再備用，既實現了以雙投開關與不同分段的主配電屏連接，同時也節約了成本。

3 主要電力設備選擇

3.1 三相短路電流計算

根據系統接入電力系統資料，“2015年系統阻抗歸算至大頂子山水電站66 kV母線正序等值電抗標幺值 X∑″=0.197 988（基準容量：Sj=100 MV·A，基準電壓：Uj=Up）。”及選定的電氣主接線和可能出現的一回線路輸送5臺機容量的電站最大運行方式進行了三相短路電流計算。

三相短路電流計算成果見表1。

表1 三相短路電流計算成果表

3.2 主要電氣設備選擇

a）水輪發電機：型號為 SFWG—11—64/6320；額定功率為11 MW；額定轉速為93.8 r/min；額定電壓為6.3 kV；額定功率因數為0.92；額定頻率為 50 Hz。

b）主變壓器：型號為 SF9—40000/66；額定電壓為 66±2×2.5%/6.3 kV；接線組別為 YN，d11；冷卻方式為自然油循環風冷；阻抗電壓為9%。

c）66 kV六氟化硫全封閉組合電器：額定電壓為72.5 kV；額定電流為1 250 A；額定短路開斷電流為31.5 kA；額定短時耐受電流為 31.5 kA（4 s）；額定峰值耐受電流為 80 kA（峰值）。

d）高壓電纜：型式為單芯、銅導體、交聯聚乙烯（XLPE）絕緣；額定電壓為66 kV；標稱截面為1×300 m2。

e）高壓封閉母線：型式為三相共箱；額定電壓為6.3 kV；額定電流為4 000 A；額定頻率為50 Hz。

f）高壓開關柜：型號為KYN—10；額定電壓為10.5 kV；額定電流為1 250 A/4 000 A；斷路器開斷電流為 40 kA；額定頻率為 50 Hz。

4 主要電氣設備布置

4.1 發電機機端電壓設備

該電站采用燈泡貫流式機組，發電機電壓采用6.3 kV。發電機主引出線采用3根3×240交聯聚乙烯絕緣聚乙烯護套鋼帶鎧裝阻燃電力電纜，額定電壓6/10 kV，額定電流435 A。由發電機進人孔引出至2臺發電機之間的電纜溝內，再引上至115.00 m高程下游電氣副廠房內的發電機電壓成套配電裝置室，與發電機回路的電壓互感器柜相連。由6.3 kV成套高壓開關柜裝置組成的機—變擴大單元匯流母線至主變低壓側采用三相共箱封閉母線，自115.00 m高程的發電機電壓配電裝置室引出，經電纜廊道（兼做母線廊道）引至布置在110.30 m高程安裝間下游側平臺的主變低壓側。

4.2 廠內電氣設備布置

下游電氣副廠房共分兩層。勵磁變壓器、6.3 kV高壓開關柜、電壓互感器柜、廠用變壓器、0.4 kV低壓配電屏、消弧線圈柜等均布置在二層，即115.00 m高程。一層110.30 m高程布置有機旁動力盤、壩區中心配電所、電纜廊道等。

66 kV開關站采用SF6全封閉組合電器（即GIS），布置在110.30 m高程安裝間下游側的專用房間內。

在主機間各機組段間及安裝間下設有電纜通道，在中控室下設有電纜夾層，并與下游副廠房的電纜廊道相連，形成貫穿全廠的電纜通道。

4.3 66 kV主變壓器布置

該工程樞紐由以下建筑物構成：整個壩長約3.2 km，從右至左依次為船閘、10孔泄洪閘、電站廠房、28孔泄洪閘、重力壩段、土壩。河床式電站廠房采用封閉的壩內式，其廠房頂蓋與壩面在同一高程。為使整個樞紐布置整齊、美觀，所有電氣設備均需布置于壩面以下的高程內。因此，針對該工程樞紐布置的特點，將兩臺主變布置在110.30 m高程安裝間下游側的半封閉平臺上，主變位置對主變進廠及進安裝間檢修都非常方便。同時也與整個樞紐環境和旅游景觀要求相適應。

4.4 66 kV高壓電纜

GIS開關站出線回路選用66 kV交聯聚乙烯（XLPE）絕緣、銅導體、單芯電力電纜。導體截面1×300 mm2。開關站側為GIS終端，出線場側為空氣終端。2回路共6只GIS電纜終端，6只空氣電纜終端。電纜在靠GIS開關站和出線場側，兩端留有備用段。經校驗滿足長期運行和短路工況的要求，電纜水平部分用支架明敷在電纜廊道（電纜溝）中，垂直部分明敷在電纜豎井中，電纜廊道（電纜溝）長700 m，高差18 m。每相電纜采用非磁性夾具將電纜固定在支架上。

4.5 66 kV開關站及出線場布置

66 kV開關站采用戶內六氟化硫全封閉組合電器，即GIS開關站，布置在安裝間下游側110.30 m高程與主變壓器相鄰的封閉房間內，開關站與主變之間直接采用GIS管道母線連接。此外，在左岸的重力壩段下游側平臺上設出線場，其間采用66 kV電力電纜經位于左岸泄洪閘閘墩上設置的電纜廊道敷設連接。

4.6 壩區供電設備布置

在電站廠房內布置1座6.3 kV壩區中心開閉所，另在船閘區、左壩區和廠房右端分別布置1座6.3/0.4 kV配電所。此外，在右壩區和左壩區還布置了第3個電源，即設置一臺320 kW的可移動拖車式柴油發電機組，作為壩區泄洪設施的保安備用電源，極限情況下，也可作為電站機組的黑啟動電源。

在每個泄洪閘泵房內均布置一面低壓盤，作為Ⅰ類負荷，以雙投開關與不同分段的主配電屏（布置在6.3/0.4 kV配電所內）連接。

5 結語

本工程的樞紐包括:船閘區、含10孔泄洪閘的右壩區、發電廠房壩段區、含28孔泄洪閘的左壩區、重力壩段區、土壩區等水工建筑物，全長3.2 km；機組臺數多，同時用電負荷數量多，分布范圍廣，性質重要，供電距離長，對供電可靠性要求高。本文結合實際情況，對66 kV設備、主變壓器、發電機電壓設備、廠壩區供電設備的布置位置從技術和經濟角度兩方面比較，確定了較合理的方案。所有設備的技術參數均完全滿足長期運行和三相短路工況的要求，而且均具有多年成功的運行經驗，維護方便，可靠性好。

［1］水電站機電設計手冊（電氣一次）［M］.北京：水利電力出版社，1982.

［2］DL/T 5186-2004，水力發電廠機電設計規范［S］.