四角形接線及擴大單元接線在銀盤水電站的應用

摘要：銀盤水電站的機組接線方式為擴大單元接線，由4臺機組和2臺主變組成，主變高壓側的電壓等級為220kV，采用的接線方式為四角形接線，2條出線送至重慶市張家壩變電站。采用四角形擴大單元接線既保證了電氣主接線的可靠性和靈活性，同時也降低了施工成本。

關鍵詞：四角形；接線；擴大單元；銀盤水電站

中圖分類號：TM645 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）35-0042-04

1 電站概況

銀盤水電站是日調節電站，地處重慶市武隆縣，是烏江干流第十一級水電站，上游接彭水水電站，下游為白馬水電站，是兼顧彭水水電站的反調節任務和渠化航道的樞紐工程。銀盤水電站的任務是以發電為主、航運為輔。

銀盤水電站主要由擋水建筑物、泄洪建筑物、電站廠房和通航建筑物等組成。大壩是混凝土重力壩，壩頂高程227.50m，最大壩高為78.5m，壩體總長600.1m。廠房布置在左岸，為河床式廠房。泄洪建筑物布置在中間，共10孔泄洪弧門。通航建筑物布置在右岸，為500t級單級船閘。

水庫正常蓄水位為215.00m，設計洪水位為218.6m，校核洪水位為225.4m，死水位為211.5m，防洪限制水位為210.5m，總庫容為3.2億m3，調節庫容為0.371億m3，多年平均流量為1380m3/s，電站最小下泄流量為345m3/s。

電站裝機容量為600MW，多年年均發電量為27.08億kW·h，由4臺150MW軸流轉槳式機組組成，采用“兩機一變”的擴大單元接線方式，220kV系統為四角形接線，并通過2條線路送至對側張家壩變電站。

2 13.8kV系統

2.1 選擇原則

銀盤水電站根據水輪機制造難度、航運基荷運行、檢修期機組運行、運行靈活性、設備造價5個方面考慮，采用了4臺單機容量為150MW的水輪發電機組。由于銀盤水電站投產運行時，重慶市電網通過500kV線路與四川省和華中四省電網形成了最大發電負荷約50000MW的聯合電力系統，銀盤水電站同時切2臺機組對系統影響較小，因此在考慮到設備造價和運行靈活性方面采用了擴大單元接線方式。

2.2 運行方式

銀盤水電站4臺發電機組均設置了出口斷路器，勵磁系統采用自并勵靜止可控硅勵磁方式，發電機組出口設置了3組電壓互感器，主變壓器低壓側設置了1組電壓互感器和避雷器，并連接1個廠高變，用于廠用電系統供電，該供電方式不受機組的運行方式影響。

圖1 銀盤水電站13.8kV主接線圖

2.3 發電機

發電機選用浙江富春江水電設備股份有限公司，發電機為立軸半傘式、由水輪機驅動的同步發電機，冷卻方式為密閉自循環空氣冷卻。發電機型號為SF150-72/14100，額定容量為166.67MVA，額定電壓為13.8kV，額定電流為6973A，額定轉速為83.3r/min，額定功率因數為0.9（滯后），中性點經接地變接地。

2.4 發電機斷路器（GCB）

GCB采用阿爾法（AREVA FKG1N），斷路器為全彈簧儲能三相機械聯動、SF6氣體滅弧，額定電壓為13.8kV，額定電流為10.8kA，額定對稱短路電流值為120kA，開斷時間為65±5ms，開斷額定電流順序為co-_3min-co，開斷額定短路順序為co-_30min-co，電機停電后額定操作順序o-co。

2.5 勵磁系統

勵磁系統采用的自并勵靜止可控硅勵磁，正常采用機組外部直流起勵，當機端電壓升至20%時，斷開外部直流電源。正常停機時采用逆變方式滅磁，機組事故時跳滅磁開關，投入滅磁電阻滅磁（同時封閉可控硅觸發脈沖60s）。為防止同單元的機組在并網運行過程中出現搶無功現場，因此對于擴大單元接線的機組勵磁調差系數一般整定為正值，銀盤水電站勵磁調差系數為+10%。

2.6 繼電保護裝置

發電機配置了2套RCS-985GW保護裝置，由于機組為擴大單元接線，因此未配置注入式定子一點接地保護。因為若配置注入式定子一點接地保護，當同單元的兩臺機組并網運行后會出現互相干擾，影響注入式保護的正確動作。由于未配置注入式定子一點接地保護，因此當機組在停機狀態時無法監測定子絕緣情況，為在開停機過程中能夠及時發現定子絕緣情況，發電機專門設置了啟停機保護。在機組開停機過程中，啟停機保護通過監測發電機零序電壓反應定子接地故障，通過監測發電機差流反應相間故障，由于機組在開停機過程中定子電壓頻率很低，通過監測低頻過流反映其他故障，并且該保護的算法不受頻率影響。

2.7 轉子絕緣監測裝置

發電機轉子一點接地保護采用的是雙端注入式，但由于RCS-985GW保護裝置無法顯示轉子絕緣變化趨勢，因此為保證能夠及時發現轉子絕緣下降趨勢，設置了轉子絕緣監測裝置。該裝置可以當轉子絕緣低于絕緣降低整定值（如200K）時，及時發出絕緣降低信號；當絕緣值繼續低于轉子接地整定值（如50K）時，發出接地報警信號，同時指出接地點的具體位置，記憶接地前后的絕緣變化過程，保持當前狀態，不再監測；然后由機組轉子接地保護根據其整定值是否發出接地報警信號。同時該裝置可以監測轉子匝間絕緣情況，在發電機定子中部通風孔中安裝轉子磁場傳感器，通過測量、比較各個磁極（或線棒）磁場大小來判斷轉子繞組是否發生匝間短路。通過轉子位置信號傳感器來判斷匝間短路的位置。

3 220kV系統

3.1 選擇原則

銀盤水電站利用小時數為4513h，屬于徑流式水電站，可調節庫容為0.371億m3，若發生故障跳閘停機，會造成大量棄水和電量損失，因此電站的主接線應安全可靠和運行靈活。四角形接線比雙母線略復雜，繼電保護也相對復雜，但運行可靠性很高；一回出線故障時，不影響機組及變壓器的運行，但需操作2臺斷路器；一回進線故障時，對另一回進線機組、變壓器及二回線路沒有任何影響，也需操作2臺斷路器；任一臺斷路器檢修，不影響運行，隔離開關只用于檢修，減少誤操作可能。并且四角形接線比雙母線接線少1臺斷路器，在工程造價上也減少了投資。

3.2 接入電網的方式

采用220kV一級電壓接入對側張家壩變電站，共有兩條出線，線路的型號：LGJ-2x630，每回線路的長度約22.29km。

3.3 組成結構

220kV系統的接線方式是4角形接線，采用GIS連接，絕緣介質為SF6，其中母線采用三相共筒式，分支采用分相式。由4臺斷路器、2臺主變壓器、2條出線、2條進線、4條母線、6組避雷器、14個隔離開關、16個接地刀閘、2個快速接地刀閘、4臺電壓互感器和10組電流互感器組成。

3.4 主變壓器

主變壓器采用的特變電工衡陽變壓器SFP10-340000/220，主變壓器高壓側采用油/SF6套管與GIS相連接，低壓側采用油/空氣套管與IPB連接，高壓側中性點采用油/空氣套管引出后經隔離開關接地，并聯放電間隙和避雷器。主變壓器采用無載調壓方式，分接開關在四檔運行。正常運行時，1號主變中性點接地刀閘合閘，2號主變中性點接地刀閘分閘。

圖2 銀盤水電站220kV主接線圖

3.5 斷路器

斷路器采用ABB，三相為電氣聯動，操作機構型式是彈簧液壓HMB-4.3，SF6氣壓為0.6MPa，額定電壓為252kV，額定電流為2500A，額定短路開斷電流為50kA，額定操作順序為o-0.3s-co-180s-co。

3.6 隔離開關、接地刀閘、快速接地刀閘

隔離開關、接地刀閘、快速接地刀閘均是采用三相機械聯動，額定電壓為252kV，額定電流為2500A，額定短時耐受電流為50kA，額定短路持續時間為4s，操作電壓為DC220V，隔離開關的合/分閘時間為6s，接地刀閘和快速接地刀閘的合/分閘時間為5s。

3.7 避雷器

避雷器主要用于防止雷擊過電壓和操作過電壓，銀盤220kV水電站避雷器布置方案為：（1）變壓器旁裝一組型號為Y10W-200/520的電站型金屬氧化鋅無間隙避雷器（MOA），兩臺變壓器三相共6臺；（2）母線PT處安裝一組型號為Y10W-200/520的電站型金屬氧化鋅無間隙避雷器（MOA），共6臺；（3）線路入口處各安裝一組金屬氧化鋅無間隙避雷器Y10W-216/562，共6臺。

通過計算一線一變和兩線一變兩種方式下的雷擊繞電過電壓，避雷器上出現最大放電電流為5.8kA，遠遠小于避雷器雷電配合電流10kA，滿足系統絕緣配合要求。

通過計算一線一變和兩線一變兩種方式下的雷擊反擊過電壓，避雷器上出現最大放電電流為6.5kA，小于避雷器雷電配合電流10kA，滿足系統絕緣配合要求。

GIS中隔離開關在操作過程中觸頭的運動速度較慢（cm/s數量級），當隔離開關在分或合的過程中會發生多次預、重擊穿。在電壓跳變處將產生波前很陡的階躍電壓（ns數量級），由于其上升很快，稱之為快速瞬態過電壓（VFTO）。

通過計算母線帶電，母線側隔離開關動作、變壓器帶電，變壓器側隔離開關動作、母線帶電，變壓器側隔離開關動作三種情況，發現在母線帶電的這兩種操作方式，#1BLQ（#3BLQ）、203BLQ（204BLQ）兩避雷器均未動作；在變壓器帶電的這一種操作方式下，兩避雷器均動作。通過對兩避雷器在VFTO作用下的電壓、電流和能量的關系，可知避雷器#1BLQ（#3BLQ）、203BLQ（204BLQ）對VFTO的限制作用并不明顯?？紤]累積效應盡可能避免變壓器帶電投切變壓器側隔離開關。

3.8 電壓互感器

銀盤電站220kV系統共設置4臺電壓互感器，其中2臺電磁式電壓互感器、2臺電容式電壓互感器，4臺電壓互感器均為五繞組互感器（4個繞組為星形接線，1個繞組為開口三角形接線）。

3.9 繼電保護配置

銀盤電站220kV系統配置的繼電保護有：銀張南線和銀張北線分別配置1套RCS-931GM型保護裝置和1套RCS-902G超高壓線路成套快速保護裝置。4個220kV斷路器均設置1個斷路器保護盤，每個盤內均配置1套RCS-921G斷路器失靈起動及自動重合閘裝置和2套RCS-922G短引線保護裝置。短引線保護裝置分別用于2回主變高壓側進線、2回220kV線路出線的T區保護。1號和2號主變壓器分別設置了2套獨立的RCS-985TM型保護裝置的電氣量保護和1套RCS-974AG2型保護裝置非電量保護。

在正常運行方式下，短引線保護不投入運行，當其對應的主變或線路檢修且四角形接線合環運行時，投入該T型區域的短引線保護。主變每套電氣量保護裝置中均設置有“高壓側接地零序保護”和“高壓側間隙零序保護”，正常運行方式下1號變壓器投入“高壓側接地零序保護”，2號變壓器投入“高壓側間隙零序保護”，斷開主變壓器中性點接地刀閘前，投入主變高壓側間隙零序保護。正常情況下RCS-931CS保護裝置和RCS-902G保護裝置跳位繼電器控制把手1QK置“正?！蔽唬?20kV線路電廠側1號開關檢修時置“開關1檢修”位，2號開關檢修時置“開關2檢修”位。

4 注意事項

合理安排機組運行方式。在兩臺機組發電時，盡量安排不同擴大單元的機組并網發電，防止當其中一臺主變故障時造成兩臺機組同時跳閘停機，造成較大的電量損失，同時也增加了棄水的風險。

合理分配機組無功。對于擴大單元接線的機組并列運行時，應保持機組間無功功率的一致，防止增大無功環流的可能性。

合理確定機組無功調節下限和勵磁欠勵動作值之間的關系。對于大部分發電機的無功調節下限與勵磁欠勵動作值相同或接近，對于擴大單元接線的機組，如果兩個值相同或接近時，當其中一臺機組并網運行同時無功已帶至調節下限，此時對于相同擴大單元的另一臺機組并網時可能會造成已并網且無功已帶至調節下限的機組的勵磁欠勵

動作。

合理設定220kV開關重合閘動作值。對于四角形接線而言，一條線路停電需要同時斷開兩個開關，對于線路發生單相接地故障時也需要同時跳開兩個開關。若兩個開關的重合閘動作的動作時間相同，當發生永久性故障時兩個開關同時合閘則對故障點造成更大的損壞，因此對于同線路的兩個開關的重合閘時間不相同，銀盤水電站的兩個開關的單相重合閘動作時間分別為1.0s和1.5s。

正確使用短引線保護。在正常運行方式下，短引線保護不投入運行，將其功能壓板和出口壓板均退出，由于短引線保護的投入是由功能壓板和對應T型區的隔離開關的位置控制（兩者呈“或”關系），為了防止接點因此短引線保護誤投入，將短引線保護的出口壓板退出。當其對應的主變或線路檢修且四角形接線合環運行時，投入該T型區域的短引線保護。

5 結語

銀盤水電站于2011年投產發電，作為重慶市主力調頻廠，四角形接線及擴大單元接線在實際應用過程中，主變和線路檢修時操作和繼電保護配置相對復雜，但整體穩定性較高。設備檢修期間，互相影響的設備較多，特別是繼電保護裝置的接線、保護壓板的投退、帶電部位的隔離，安全措施和危險點分析要對位，防止發生人身觸電。

參考文獻

[1] WL2CA-S型發電機轉子絕緣在線監測和接地定位裝置

使用說明書[S].

作者簡介：黃海洲（1988—），男，河南南陽人，重慶大唐國際武隆水電開發有限公司助理工程師，研究方向：水輪發電機組運行值班。