幾內亞蘇阿皮蒂水電站225 kV開關站及出線方案

劉加華，杜才明，張 俊

(中國水利電力對外有限公司，北京 100120)

蘇阿皮蒂水利樞紐項目是西非幾內亞共和國孔庫雷河梯級開發的第二級，距首都科納克里約135 km。本工程水庫正常蓄水位210對應庫容63.17億m3，裝機容量450 MW，工程等別為Ⅰ等，工程規模為大(1)型。主要建筑物有碾壓混凝土重力壩、壩后廠房、進場公路及橋梁等。

電站裝機4×112.5 MW=450 MW，發電機為單元接線，225 kV為雙母線接線，設計出線3回，本期2回，通過同塔雙回、雙分裂570 mm2線路接入附近的凱樂塔開關站。工程于2016年4月開工，計劃2020年9月首臺機投產發電，2021年1月工程竣工。

1 背景方案

該電站早期由西方國家進行規劃設計。1999年法國電力局的可行性研究，建議在距廠房2.2 km處的開闊地帶，建設一個敞開式的空氣絕緣開關設備(AIS)地面開關站。AIS主要以瓷套作為設備外殼, 設備分立布置，是傳統開關站，也是幾內亞最常見和習慣的設計形式。2013年中國設計的可行性研究，提出的是SF6氣體絕緣全金屬封閉組合式(GIS)開關站，室內布置，屋頂出線。咨詢方認為屋頂出線不夠安全，還有可能引起漏水進入廠房，即使采用GIS開關站也建議通過高壓電纜先接入地面出線場，再從地面出線場上225 kV高壓送出線路。

2 AIS與GIS比較

AIS是傳統敞開式分立元件開關站，母線、刀閘、開關、互感器等設備為瓷套外殼，主絕緣是空氣，同主變一起露天布置，占地面積較大，離發電廠房較遠，電力和控制電纜用量大，可靠性較低，運行維護工作量較大，但檢修維護難度較低。

GIS是現代高壓開關設備制造與技術進步的產物，以高可靠性為主要特征，含母線在內的所有電氣設備為SF6氣體絕緣，全金屬封閉組合式結構。在副廠房室內布置，結構緊湊占地面積小，維護工作量少，運行可靠性高，但價格昂貴，檢修難度也較高。目前在中國國內已是主流配置。

兩種方案的主要優缺點比較見表1。

表1 兩種方案的優缺點比較表

通過以上優缺點分析，并考慮當地的濕熱氣候環境，為提高設備可靠性，推廣先進技術和成熟設備在該電站的應用，并減少后期運維工作量，中方的可研與初步設計確定采用GIS新型開關站。

3 225 kV出線場位置

GIS為戶內全封閉設備，與外部高壓線路的連接，還需通過高壓電纜或SF6氣體絕緣全封閉式管線(GIB)，并且由于外部線路運行環境復雜，易受大氣與事故過電壓的侵害，線路電壓互感器與避雷器、通訊載波用阻波器還是需要戶外分立布置。為了線路檢修時有明確的斷開點和接地點，線路隔離刀閘及地刀也是戶外分立布置，并不能全部集成到GIS內。225 kV出線場這部分設備的位置選擇，考慮的有廠房屋頂和地面出線場兩種方案。

3.1 屋頂出線場

由于出線場需要布置的設備不多，GIS室位于上游副廠房的頂層，屋頂高程與線路之間落差較小，屋頂出線方式能大幅縮短出線場到GIS和線路之間的連接距離，提高可靠性，減少工程占地面積，降低工程布置難度。戶內外高壓設備的連接不需要高壓電纜，GIS到出線場通過少量GIB管線延伸即可，可節約工程成本。該方案因此得到了廣泛的應用。

但由于本站225 kV桿塔出線方向在廠房下游左岸，泄洪底孔與廠房距離較近，為了避免尾水平臺因發電振動、泄洪水霧對GIS、主變和出線的影響，GIS和主變應布置在上游副廠房，則屋頂出線需跨過主廠房，不夠安全；管線穿過樓頂，有漏水隱患；屋頂門型構架到第1基桿塔跨度大，雙分裂570導線重，要求廠房結構強度較高。咨詢方因此建議采用遠離廠房的地面出線場，通過225 kV高壓電纜與廠房連接。

3.2 地面出線場

由于地形地貌原因，地面出線場距廠房較遠，需要通過長距離的225 kV高壓電纜，并修建電纜隧道與廠房進行連接，工程造價高，而且高壓電纜一但故障，需要專門的檢修隊伍、檢修試驗器具才能檢修處理。如果電纜中間故障，一般需要更換整根電纜。這些本地都不具備條件，需要依賴幾內亞國外資源才能修復，若海運電纜及試驗設備，將長時間影響電站發電運行。該方案可靠性、經濟合理性均不能滿足要求。

4 最終方案

GIS+廠房屋頂出線場布置。此布置形式在蘇阿皮蒂下游的凱樂塔電站已成功應用，在國內絕大多數水電站，包括三峽電站也采用這種出線形式。通過以上分析，該方案的主要優點是接線簡短可靠，操作巡檢方便，省去了出線高壓電纜、電纜隧道和地面出線場。屋頂出線場布置在主廠房正中(凱樂塔布置在左側副廠房頂)，與GIS出線間隔垂直，GIB管道很短，相應的占用廠房建筑面積也更少，優點突出。見圖1、圖2。

圖1 凱樂塔電站225 kV屋頂出線場

為了解決出線跨主廠房、樓頂漏水、門架對廠房結構強度高等問題，利用廠房與大壩距離較近條件，最終采用在大壩上部設計錨固件作為0號桿塔，從高空引線至地面第1號桿塔，屋頂出線往上游方向在0-1號桿塔間T接進線方案。合適的壩頂錨固與地面桿塔配合，避開了出線跨主廠房頂部，消除了泄洪水霧對出線的影響。為防止屋頂漏水，采用坡度屋頂防止積水，出線孔地面設一圈上凸止水線，GIB管線外套領圈覆蓋止水線，可根本上消除漏水。因T接引線短，上引張力小，本方案對廠房屋頂出線場及門形構架的結構強度要求也不高。

經過認真分析論證，2016年10月初設報告審查會上本方案獲得了正式通過，并且采用的是廠房中間出線方案，大幅減少了GIB管線設備和廠房建筑面積。優化設計后的布置方案，設備先進可靠，接線布置緊湊，工程造價較低，發電運維操作管理便利。

圖2 Souapiti房頂出線示意圖

5 結 語

水力發電開關站形式與出線場位置的選擇，應結合工程特點和現場具體條件，采用先進成熟可靠設備，盡量簡化接線配置，縮短發電機電壓出線長度和送出線GIB管線長度，條件較差地區慎用110kV及以上高壓電力電纜。合理的設計方案可提高設備和系統的可靠性，方便運維操作管理，降低工程成本，減少電能損耗。