新疆蓋孜水電站電氣一次設(shè)計

【摘要】介紹了新疆蓋孜水電站的電氣主接線、主要電氣設(shè)備參數(shù)選型及布置、過電壓保護及接地設(shè)計、照明設(shè)計和等電氣一次主要設(shè)計內(nèi)容；

【關(guān)鍵詞】電氣接線；照明；過電壓保護及接地；高海拔地區(qū)主要設(shè)備選擇

1、電站概況

新疆蓋孜水電站是蓋孜河流域梯級開發(fā)的第二級電站，電站位于新疆維吾爾區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜州阿克陶縣境內(nèi)，距阿克陶縣城約67km，距喀什市約120km。

電站為徑流式電站，采用引水式開發(fā)，裝機容量為116MW（3×38.7MW），保證出力38.3MW，年利用小時數(shù)3308h，年發(fā)電量3.83×108kW.h。工程開發(fā)任務(wù)是水力發(fā)電，在系統(tǒng)中主要承擔(dān)基荷，考慮到第一級電站（布侖口電站）上游已建成的水庫，蓋孜水電站可與布侖口水電站聯(lián)合調(diào)峰。

2、電氣主接線

根據(jù)電站的機組臺數(shù)、裝機容量以及在電力系統(tǒng)中的地位和作用，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟綜合比較，確定蓋孜水電站電氣主接線如下。

1）發(fā)電機電壓側(cè)接線

1臺發(fā)電機采用單元接線，另2臺發(fā)電機采用擴大單元接線。此方案投資最低，接線簡明、清晰，運行靈活可靠，完全滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性以及電力系統(tǒng)對電廠機組運行方式的要求。

2）220kV升高電壓側(cè)接線

電站位于高海拔（約2300m）、多震（地震基本烈度8°）、多風(fēng)沙、多泥石流山區(qū)，自然條件較差，通過對GIS副廠房戶內(nèi)布置方案和戶外升壓站布置方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較，最終選定GIS副廠房戶內(nèi)布置方案。220kV配電裝置2進2出，進出線回路較少，采用單母線接線方式，簡單清晰，配置靈活，有利于布侖口水電站電能從此母線上穿越送出，便于實現(xiàn)自動化，遠動化，繼電保護簡單。

3）廠、壩用電接線

廠用電采用機組自用電與全廠公用電混合供電方式，10kV、0.4kV兩級電壓供電。10kV母線與0.4kV母線均采用單母線分段接線。

全廠第一、二電源點引自1、2號主變低壓側(cè)，廠用電經(jīng)隔離變分別至10kV廠用電母線I段和II段，該電源點可由機組或220kV系統(tǒng)經(jīng)過主變壓器倒送供電。施工變電所按永久型變電所設(shè)計，經(jīng)一回10kV線路接入廠用電II段母線作為第三電源點。柴油發(fā)電機作為電站的保安電源。

壩區(qū)用電主要供電對象為布侖口退水尾水閘、發(fā)電引水洞的閘門及啟閉機等，負荷點位于上級布侖口電站尾水，距離蓋孜水電站約11km，壩區(qū)主要供電由布侖口0.4kV廠用電供電，并采用一臺200kW的柴油機組作為保安電源。調(diào)壓井位于蓋孜水電站上游側(cè)約800m，其主要用電設(shè)備為蝶閥用電，電源由廠房10kV饋電母線I段引入至箱式變壓器供電，并采用一臺100kW的柴油機組作為保安電源。

3、主要電氣設(shè)備選型

3.1發(fā)電機

水輪發(fā)電機由定子，轉(zhuǎn)子，上、下機架，上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、推力軸承、集電環(huán)炭刷裝置及其它輔助部分組成。發(fā)電機定子采用分兩瓣結(jié)構(gòu)，工廠內(nèi)疊片下線，工地現(xiàn)場組合并下合縫線。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)軸、磁軛、磁極和擋風(fēng)板等部件組成。機組由哈爾濱電機廠（昆明）有限責(zé)任公司總承包，轉(zhuǎn)輪制造由安德里茨（中國）有限公司分包。

發(fā)電機采用機械制動方式，冷卻采用全密閉自循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)，設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)；勵磁系統(tǒng)采用靜止可控硅勵磁系統(tǒng)，勵磁變壓器為ZLSCB9-400，Yd11。

3.2發(fā)電機電壓設(shè)備

發(fā)電機出口電壓設(shè)備柜采用鎧裝固定式金屬封閉開關(guān)柜，其中發(fā)電機出口采用西門子進口的專用真空型發(fā)電機斷路器，額定開斷電流為50kA（單元接線側(cè)）和63kA（擴大單元接線側(cè)），由華鵬集團有限公司成套供貨。因電站海拔較高，開關(guān)柜內(nèi)電氣裝置絕緣按海拔系數(shù)修正后的開關(guān)柜外形較投標(biāo)時變動較大，廠家無法保證在12kV開關(guān)柜柜體下產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，經(jīng)業(yè)主、廠家、設(shè)計三方協(xié)商后，改用35kV開關(guān)柜柜體。因35kV開關(guān)柜柜體尺寸增加較多，造成副廠房水輪機層設(shè)備布置困難，經(jīng)反復(fù)調(diào)整布置完成，。此情況需在所有高海拔工程招標(biāo)階段作為重點考慮，并應(yīng)對廠房布置留有適當(dāng)裕度。

廠用電分支進線柜采用高壓限流組合保護裝置，配置FUR-10.5-250-50kA快速開斷裝置，40kA/4s真空斷路器及配套的氧化性電阻和隔離開關(guān)，在短路電流上升過程中快速截斷短路電流。

3.3共箱封閉母線

發(fā)電機出口共箱封閉母線由江蘇瑞能電力設(shè)備有限公司供貨，海拔修正系數(shù)1.15，其參數(shù)見表3。

3.4升壓變壓器

根據(jù)潮流計算結(jié)果，夏大運行方式下，蓋孜水電站全部電力可送出，且全網(wǎng)均無線路出現(xiàn)過載現(xiàn)象，母線電壓便宜不超過規(guī)程規(guī)范允許值。蓋孜水電站升壓變壓器采用油浸式雙繞組無勵磁調(diào)壓升壓變壓器，由特變電工股份有限公司新疆變壓器廠供貨。變壓器低壓側(cè)經(jīng)油/空氣套管與共箱封閉母線相連，高壓側(cè)通過油/SF6套管與GIS相連，2臺主變一字型布置在副廠房上游側(cè)，主要參數(shù)見表4。

3.5 220kV升壓配電裝置

220kV GIS設(shè)備布置在副廠房頂層GIS開關(guān)室內(nèi)，共配置5個GIS間隔及相應(yīng)的SF6母線，由上海思源高壓開關(guān)有限公司供貨。設(shè)備整間隔運輸，由副廠房上游墻預(yù)留的啞巴洞運進開關(guān)室。GIS室內(nèi)設(shè)置1臺10t單梁吊，供設(shè)備安裝、檢修用。GIS主要技術(shù)參數(shù)見表5。

4、主要電氣設(shè)備布置

蓋孜電站主廠房長42.4m，寬度為19.30m；安裝間布置在主廠房左側(cè)，長度20.5m；副廠房布置在主廠房上游側(cè)，一次副廠房長41.7m，二次副廠房長21.15m，寬度12m。

電站主廠房共分為五層，由上至下分別為發(fā)電機層、水輪機夾層、水輪機層、球閥層、尾水管層；電氣設(shè)備主要布置在上兩層，其中：發(fā)電機層布置有機組勵磁柜、機組保護柜、機組LCU柜及機旁動力柜等；水輪機夾層主要布置有調(diào)速器控制屏、消弧線圈控制柜、共箱封閉母線、發(fā)電機端子箱等。

副廠房共分為四層，由上至下分別為GIS層、電纜層、發(fā)電機層、水輪機層；其中：GIS層布置有5個GIS間隔及相應(yīng)的SF6母線、匯控柜；電纜層一次副廠房布置有電纜橋架，二次副廠房布置有線路、保護及通信屏等；發(fā)電機層一次副廠房布置有廠用變壓器、10kV高壓開關(guān)柜、0.4kV低壓開關(guān)柜等，二次副廠房布置有中控室和繼電保護室；水輪機層布置有蓄電池室、發(fā)電機出口高壓設(shè)備柜及共箱封閉母線等。

GIS室屋頂為2回220kV線路的出線場，高程2274.43m。每回出線間隔裝有2只線路阻波器，3只電容式電壓互感器、3只氧化鋅避雷器。屋頂出線門形架高12m，門形架上有5m高立柱供避雷線用。

5、電站照明系統(tǒng)

廠房照明種類分為三部分：工作照明、事故照明、安全疏散照明。工作照明采用380/220V交流電源，由廠用0.4kV動力屏供電；事故照明由逆變裝置將直流電源逆變?yōu)榻涣麟娫垂╇姡浑娬緝?nèi)單獨設(shè)置一套消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，燈具采用36V直流電供電。電站工作照明燈具主要選擇金鹵燈、熒光燈及節(jié)能燈。

6、過電壓保護及接地

電站220kV母線及兩回出線上均配置氧化鋅避雷器。從220kV屋頂出線架開始，220kV線路全線架設(shè)避雷線，經(jīng)計算避雷線的保護范圍，出線架上方無需加裝避雷針。

為防止在主變壓器中性點不接地時發(fā)生單相接地故障，而發(fā)電機出口斷路器三相不同時動作所產(chǎn)生的操作過電壓或閃電電涌侵入造成的過電壓，在主變壓器110kV中性點側(cè)裝設(shè)有氧化鋅避雷器。主變壓器中性點采用經(jīng)隔離開關(guān)接地的方式，以便于運行調(diào)度靈活選擇接地點。

為防止閃電電涌侵入危害主變壓器的絕緣，同時防止雷電流通過主變對發(fā)電機出口配電裝置的損壞或閃電感應(yīng)過電壓、反擊過電壓對發(fā)電機絕緣的破壞，在發(fā)電機出口母線處（主變低壓側(cè)）均裝設(shè)有氧化鋅避雷器。

經(jīng)計算，發(fā)電機—變壓器接線采用擴大單元接線的2臺發(fā)電機中性點采用消弧線圈接地，單元接線的發(fā)電機中性點不接地。

電站不同電壓等級的電氣設(shè)備的工作接地、保護接地及防雷裝置接地共用一個接地系統(tǒng)。各部分接地裝置分為由人工接地體和自然接地體共同構(gòu)成，自然接地體包括閘門槽、引水壓力鋼管和蝸殼、水下建筑物內(nèi)的鋼構(gòu)件及鋼筋等，人工接地體采用-50×5熱鍍鋅扁鐵構(gòu)成。在接地設(shè)計中充分利用自然接地體，與人工鋪設(shè)的接地網(wǎng)連接，形成電站總的接地網(wǎng)，接地電阻要求不大于0.5Ω。經(jīng)電科院測試，接地電阻值為0.25歐姆，接地電阻滿足設(shè)計要求。在GIS室用銅排設(shè)置了不等間距的均壓接地網(wǎng)。根據(jù)規(guī)范和反事故措施要求，在所有二次盤柜下通過-40×3 mm2銅排連接成一個二次等電位接地，再通過不少于4根50mm2銅纜與主接地網(wǎng)一點連接。

7、結(jié)束語

本文對蓋孜水電站電氣一次設(shè)計進行了概述，在電站設(shè)計過程中，參照了上一級布侖口水電站（發(fā)電機層海拔高度2640.34m）中對高海拔地區(qū)電氣設(shè)備選擇過程中遇到的難題和積累的經(jīng)驗，設(shè)備選擇及布置較為順利，可供類似工程參考。

參考文獻：

[1]水電站機電設(shè)計手冊編寫組 《水電站機電設(shè)計手冊》電氣一次[M] 北京 水利電力出版社 1982年11月

作者簡介：汪棟，男，1987年3月出生，漢族，工程師，2008至今在新疆水利水電勘測設(shè)計研究院從事電氣專業(yè)設(shè)計。