水府廟水電站10 kV開關設備改造方案介紹

周艷輝

（湖南省水府廟水電站 湘潭市 411424）

1 概 述

水府廟水電站裝有4臺7.5 MW混流式水輪發電機組，10 kV單母線分段并帶有多條近區饋線，兩臺主變分別升壓至35 kV和110 kV與電網相連。電站建成運行至今已近50年，機電設備老化嚴重，無法滿足安全運行的要求。近年來電站多方籌集資金，逐步分批對機電設備進行更新改造。10kV開關設備的改造于2009年底著手方案的設計，2010年1～2月完成改造施工，通過實際運行檢驗，改造效果良好。

2 改造設計方案

水府廟水電站建于20世紀50年代末，當時的設計著重考慮節省資金，盡早實現投產發電，沒有設計專門的高壓開關室，開關設備為裝配式配電裝置。具體布置位置為：各機組PT設備分散裝設于相應水輪機層上游墻；Ⅰ段母線PT設備裝設于母線道下游墻；母線裝設于母線道下游墻上方；1號主變低壓側開關設備及2號主變低壓側隔離開關、CT裝設于母線道上游墻（2號主變低壓側原設計沒有斷路器，此次改造另行增加）；其余開關設備裝設于發電機層上游墻。這樣的設計布置凌亂，占地面積多，既影響機房的美觀，也不利于設備的安全運行。隨著電力技術的發展和對安全的要求不斷提高。當時的設計已無法滿足當今電力行業相關規程規范的要求。水府廟水電站電氣一次接線見圖1。

圖1 電氣一次主接線圖

2.1 配電設備組裝方式選擇

本次改造將設專門的高壓開關室，設計采用成套配電裝置。成套配電裝置的特點：①電氣設備布置在封閉的金屬外殼中，相間和對地距離可以縮小，結構緊湊，占地面積小。②所有電器元件已在工廠組裝成一整體，大大減少現場安裝工作量，有利于縮短施工周期。③運行可靠性高，維護方便。

高壓開關柜按結構形式可分為固定式和手車式兩種。由于受場地限制，新建高壓開關室并不現實?？捎米鞲邏洪_關室的場地只有一條母線道。母線道的尺寸為：18 670 mm×3 540 mm。最多只有16塊屏的安裝位置，且由于母線道寬度不夠，無法采用手車封閉式高壓開關柜。只能采用固定式高壓開關柜，靠母線道上游墻裝設，且需進行特殊設計。配電裝置室內各種通道的最小寬度（凈距），見附表。

附表 配電裝置室內各種通道最小寬度（凈距，m）

根據電站的實際對電氣一次系統配置進行優化設計，仍至少需要布置20塊主屏，兩塊副屏。其中主變進線柜背面加裝副柜，出線通過副柜從屏頂接出；將機組測量PT和勵磁PT分上下兩層裝于一塊PT柜中。勵磁變高壓側進線取消高壓熔斷器，并與勵磁PT共用一組隔離開關。取消勵磁變高壓側熔斷器的依據：可以將勵磁變視為發電機的一部分，當勵磁變出現短路事故時：發電機差動保護動作，迅速跳機組斷路器及滅磁開關并停機；在勵磁變高壓側裝設一組電流互感器，將其二次電流接至勵磁變保護裝置，通過勵磁變保護迅速跳機組斷路器及滅磁開關并停機，從而起到對機組及勵磁系統的保護。將10 kVⅠ段母線PT與防雷避雷器、電容器組共一組隔離開關，并與Ⅰ段母線至母聯柜的連接母排共一塊柜。具體一次系統配置見圖2。

2.2 高壓開關室屏柜布置設計

圖2 10 kV一次系統配置圖

經過反復研究方案，并對母線道四周墻體進行探測發現：墻體為框架磚砌式結構，厚度為550 mm。因此將發電機PT柜的尺寸設計為1 000 mm×750 mm×2 400 mm，分別鑲入各發電機開關柜對側的母線道下游墻體500 mm，屏柜背面用石棉板封堵裝飾；主變進線柜、母聯柜的尺寸設計為1 250 mm×1 200 mm×2 650 mm,其余屏柜的尺寸設計為1 100 mm×1 200 mm×2 650 mm。并將主變進線柜后面的墻體開洞裝設主變進線柜副屏，副屏尺寸設計為1250mm×400 mm×2 650 mm，副屏出線通過母排接至主變低壓側；考慮到10 kVⅠ母線PT+電容器柜至母聯屏之間的連接母排安裝、檢修方便，將其后面的墻體開洞，空洞的尺寸以能方便拆裝該屏柜背板及連接母排為宜。所有外墻洞口平時用不銹鋼板封堵。另外為了方便對主母線設備進行檢修維護，在兩側屏柜側面主母線位置的墻體開一小洞，檢修時拆裝的主母線從該洞口通過，平時同樣用裝飾材料對該洞口進行封堵。詳見圖3。通過如此設計，母線道能夠保證布置20塊主屏柜及四塊副屏，并能滿足附表對配電裝置室內各種通道最小寬度的要求。

圖3 10 kV高壓開關柜平面布置圖

2.3 電氣設備容量的復核

考慮到水府廟水電站下一步將對機組進行增效擴容改造。所有與機組增效擴容相關的10 kV開關設備容量必須滿足單機容量由7.5 MW擴容到9 MW的設計要求。故發電機開關柜和2號主變進線柜斷路器、隔離開關、電流互感器及母線的容量需要復核。經過計算，發電機開關柜斷路器選擇：ZN28-1 250 A 31.5 kA DC220 V，隔離開關選擇：GN30-10D/1 250 A 31.5 kA，電流互感器選擇：LZZBJ9-10Q 800/5 A 0.5/10P15；2號主變進線柜斷路器選擇：ZN28-12/3 150 A 31.5 kA DC 220V，隔離開關選擇：GN30-10D/3 150 A 31.5kA，電流互感器選擇：LZZBJ9-10Q 2000/5A 0.5/10P15（注：2號主變已更換，容量由31 500 kVA增加到40 000 kVA）；Ⅰ段母線選擇：TMY-100×10mm2銅排，Ⅱ段母線選擇：TMY-2×（100×10）mm2銅排。 具體一次系統配置見圖 2。

3 改造施工方案

水府廟水電站不僅作為發電企業向電網輸送電能，同時承擔著電網的轉供電，以及韶山灌區百萬畝良田的灌溉用水和下游城市生活用水。改造中需要盡量縮短設備停電時間、縮小停電范圍，并保證有機組正常運行向下游供水。為此，制定科學、周密的施工方案是非常重要的。

3.1 施工組織措施

該工程施工難度大、時間緊、施工過程中新老電氣設備帶電情況復雜，并且電氣操作頻繁。為確保工程安全順利完成，特成立由水府廟水電站站長任組長的改造領導小組，工程施工在領導小組的統一指揮下進行。技術、施工、運行、安監、綜合等部門相互配合，各部門實行崗位責任制，明確分工，各施其責，全力執行本次改造任務。

3.2 施工技術方案

根據水府廟水電站電氣一次主接線的特點和施工場地新老電氣設備復雜的帶電情況，同時需保證盡可能地發供電和縮小停電范圍、縮短停電時間的要求，制定以下詳細的施工方案。施工過程分四步：

第一步，騰出新屏安裝位置。

水府廟電站1號主變長期處于熱備用狀態，作為婁底電網的備用電源，經過與婁底電業局協商，同意將電站1號主變退出直至新屏柜投入運行，拆除1號主變低壓側開關設備及其聯接母線；2號主變原隔離開關及聯接母線位于母線道上游墻離地面高度為4.5 m，但其操作機構的位置影響新屏柜的安裝，經過與湘潭電業局協商，同意臨時拆除其操作機構，取消其隔離開關的操作功能。通過分別將Ⅰ、Ⅱ段母線短時停電完成上述拆除工作，并完成新2號主變低壓側開關柜處母線道上游墻開洞，騰出新屏安裝位置?；謴退碗姾罄^續完成母線道上游墻其余相關位置的開洞及新屏基礎施工；完成新屏柜的安裝及相關電氣試驗，新高壓開關柜母線設備具備帶電條件。母線道下游墻的開洞除新4號機PT柜，其余位置暫不能開洞，因其背面的發電機層上游墻安裝有老開關設備。此時新1、2、3號機PT柜未安裝，新2號主變低壓側開關柜至主變的母線沒有連接。

第二步，新、老母設備同時帶電。

分別將老Ⅰ、Ⅱ段母線短時停電，用臨時電纜將新屏Ⅰ段母線與老Ⅰ段母線并接，新屏Ⅱ段母線與老Ⅱ段母線并接，相當于將Ⅰ、Ⅱ段母線各自延長。并分別將老Ⅰ、Ⅱ段母線PT設備退出，其二次回路轉接至新Ⅰ、Ⅱ段母線PT柜。新、老母線設備同時帶電。

第三步，完成老Ⅰ段母線設備轉接，拆除老Ⅰ段母線設備。

分步將老Ⅰ段母線上的設備轉至新Ⅰ段母線對應屏柜。當老Ⅰ段母線上的設備僅剩1號發電機開關設備時，將1號發電機退出運行。將新、老Ⅰ段母線設備短時停電，拆除新、老Ⅰ段母線之間的臨時連接電纜。完成母聯柜轉接。老Ⅰ段母線設備全部退出運行并進行拆除。此后可進行新1號發電機PT柜安裝位置墻體開洞，并進行該屏柜安裝調試，完成新1號發電機開關設備的轉接與投運。

第四步，完成老Ⅱ段母線設備轉接，拆除老Ⅱ段母線設備。

分步將老Ⅱ段母線上的設備轉至新Ⅱ段母線。當老Ⅱ段母線上的設備僅剩2、3號發電機開關設備時，將2、3號發電機退出運行，新、老Ⅱ段母線設備短時停電，拆除新、老Ⅱ段母線之間的臨時連接電纜及2號主變低壓側至老Ⅱ段母線的連接母排、CT和隔離開關，進行新2號主變低壓側開關柜至主變低壓側之間的母排安裝，完成2號主變低壓側開關柜的轉接。老Ⅱ段母線設備全部退出運行并進行拆除。此后可進行新2、3號發電機PT柜安裝位置墻體開洞，并進行該屏柜安裝調試，完成新2、3號發電機開關設備的轉接與投運。至此10 kV開關設備已全部改造完成。

1 范錫普.發電廠電氣部分[M].北京：水利電力出版社，1993.

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