电气一次设计.pdf

2 0 0 9年 第2 8 卷 增刊 D WR HE 水利 水 电2 1 2 程 设计 3 9 戈兰滩水电站工程电气一次设计 邹颖博 郑伟 摘要简要介绍了戈兰滩水电站电气一次部分设计内容 本工程装机 3 1 5 0 M W 2 2 0 k V出线侧采用六氟化硫全 封闭组合电器 G I S 装置 主接线采用双母线接线方式 厂用电系统采用 1 O k V和 3 8 0 V两级供电电压 针对其多雷 暴 日的气候特点 合理地进行了直击雷过电压保护 高压配电装置的雷电侵入波过电压保护设计 关键词 接入系统 主接线 厂用电 电气一次 过电压保护 接地 戈兰滩水电站 中图分类号T V 7 3 4 2 文献标识码B 文章编号1 0 0 7 6 9 8 O 2 O O 9 增刊一 0 0 3 9 0 3 1 电站接人 电力系统方式 电站总装机容量 4 5 0 M W 电站的主要任务为发电 在 电力系统中主要担负峰荷 年利用小时数为 4 8 0 0 h 电站 出线电压等级采用 2 2 0 k V 为配合李仙江梯级电站送出 建设 1 座墨江 5 0 0 k V变电所 将李仙江各个梯级 电站的电 力汇集到新建的墨江变后接入电网 梯级电站的内部接线为 崖羊山以 1回2 2 0 k v线路接 入墨江 5 0 0 k V变电所 龙马 居甫渡电站各以 1回线路与 墨江 5 0 0 k V变电所连接 土卡河电站以 1回2 2 0 k V线路接 入戈兰滩电站 戈兰滩电站以 2回2 2 0 k V线路与墨江 5 0 0 k V变电所连接 李仙江梯级变与戈兰滩电站输电距离约 6 6 k m 土卡河 电站距戈兰滩电站输电距离约 3 0 k i n 2 电气主接线 戈兰滩电站输 出电力经梯级变 电站升压接人云南 5 0 0 k V电网 鉴于电站容量 占系统 比重不大 只要可靠性适 度 就能满足电厂安全经济运行和电力系统的要求 因此 推荐选用可靠性较高且经济性又较好的主接线及电气设备 是综合技术经济比较 合理确定主接线方案的前提 本电站在系统中担负峰荷 采用一机一变单元接线更 韧性 更好地防止裂纹发生 2 3 电气主接线 戈兰滩电站升高电压侧回路数为 3进 3出 且采用 G I S 开关站 据此 可以比较选用桥形 扩大桥形 单母线 或单母线分段等较为简单的接线 但考虑到本电站属于大 型工程 7 个梯级电站中装机规模最大 并有下游土卡 河电站全部电力 1 5 0 M w 转送电网 故有必要提高电气主 接线的可靠性 采用了双母线接线 2 4 组合式三相主变压器 本电站主变压器为 1 8 0 MV A 2 2 0 k V双绕组升压强迫导 向水冷变压器 由于戈兰滩水电站地处深山峡谷 交通运 输受限 经论证询价最终招标选定 采用西安变压器厂三 相组合式变压器 每相 1 个油箱 上部设置连接箱 单相 运至工地 在现场组合成三相变压器 2 5 防水 泥 雾设计 戈兰滩水电枢纽大坝距下游左岸厂房 3 0 0 m 汛期泄洪 形成的水 泥 雾对厂房 道路和敞露的机电设备等如不采 取有效措施 会产生一定影响 设计中必须予以考虑 除 水工泄洪消能及泄洪道结构采取措施外 机电设计主要在 变电站选型和出线场设计中采取了对策 主变和厂变等均 布置在室内 结合其他因素2 2 0k V开关站选用户内G I S 惟 一 敞露的高压电气设备是 2 2 0 k V出线场设备 对此 一方 面在选择出线场地位置时 远离水 泥 雾 区和考虑风向 另一方面是选用防污绝缘件 并适当加大空气间隙 经初 期发电和泄洪观察 水 泥 雾对机电设备安全运行没什么 影 响 2 6 系统调试 和启 动试运行 大多数水电站 尤其是水利系统建设的水电站 泵站 机电设备单体调整 试验与联合系统调试 启动和试运行 均是由安装承包商一家承担 戈兰滩水电站采取 了设备单 体 项 调试 由安装承包商负责完成 系统联合调试 启动 和试运行另行招标 选定专业检测调试单位承担 安装承 包商配合进行 有效地保证 了整个调试质量和安全可靠上 网运行 3 结语 戈兰滩水电站 3台机组分别于 2 0 0 8年 1 2月 2 1日 2 3 日和 2 4日完成了 7 2 h 试运行 现已并网正常运营 初期发 电以来表明 各机电设备运行安全稳定 各项设计考核优 良 电站的经济和社会效益 日益显现 一颗璀璨的明珠在 彩云之南熠熠生辉 作者简介 李学勤 男 教授级高级工程师 中水北方勘测设计研究 有限责任公司 天津3 0 0 2 2 2 收稿 日期2 O O 9 0 9 2 2 4 0 水 利水 电工程设 计D WR H E 2 O O 9 年 第2 8卷 增刊 能体现出接线简明清晰 运行可靠灵活的特点 同时从设 备布置及控制保护设置方面来看 都具有简单 清晰的优 点 最重要的一点是 本工程的大件运输问题非常突出 是选择组合方式的制约条件 从思茅至工地现场 的运输重 量限制在不超过 8 0 t 当采用单元接线时主变容量为 1 8 0 M V A 对于 1 8 0 M V A容量的普通三相式变压器 其充氮运 输重量不满足当地运输条件 因此只能采用组合式 1 8 0 M V A组合式三相变压器在运输方面不存在问题 按照电站的装机规模 戈兰滩电站 3台发电机出口均 引接厂用电分支回路 有系统倒送厂用电运行方式 并且 电站在系统中担任调峰任务 操作相对频繁 因此考虑在 3台发电机出口均装设发电机断路器 根据接入系统设计 戈兰滩 电站升高电压为一级 额 定电压为 2 2 0 k V 出线为 3回 按此 三进三出 的接线 情况 就电站高压侧的接线形式采用了双母线接线形式 双母线接线不但可靠性和灵活性高 且国内有成熟的 运行经验 它接线清晰 继电保护和控制回路简单 典型 它供电可靠性高 任 1 组母线或所连设备故障 不影响另 1 母线正常运行 1 条母线故障或检修 通过 2组母线隔离 开关的倒换操作 可将其所连回路切换到另 1 母线运行 它调度灵活 能灵活地适应系统 中各种运行方式调度和潮 流变化的需要 双母线接线的缺点是当母联断路器故障或 拒动时 会造成 2条母线停运 但 当采用 G I S设备后 由 于 G I S 设备的可靠性很高 发生母联断路器故障的几率极 低 从而使双母线接线的可靠性得到保证 本电站发电机引出线及其分支均采用离相封闭母线 且分支回路采用单相设备 按规程 电站厂用分支高压侧 可不装断路器 隔离开关等电器 但考虑一旦发生故障时 有保护切除故障 不影响机组运行 且便于高压厂变检修 维护 故装设了断路器加限流熔断器的组合保护装置 其 价格相对较低 且已有成熟设计运行经验 3 厂用电及坝区供电系统 本电站厂用电及厂坝区供电范围较大 除供给厂 内动 力 照明外 还供给距离较远的坝顶启闭机及厂外修配厂 与生活区用 电 为保证供电质量 厂用电系统采用 l 0 k V 和3 8 0 V两级供电电压 1 0 k V高压厂用母线采用三分段接 线 本电站单机容量较大 为保证机组安全可靠地运行 采用机组 自用变压器与公用变压器分开的供 电方式 照明 负荷正常时由厂用电照明变压器交流供电 事故时 自动切 换至厂内直流系统 坝上供电系统 不但远离主厂房 而且很分散 供电 可靠性要求又很高 因此 坝上设置一段 1 0 k V母线 电 源取自厂内 1 0 k V系统 另外从施工变电站 1 0 k v母线引 1 回备用电源接入坝上 1 0 k v母线 两回电源具有闭锁和备 自投功能 生活区以及厂外机修间等负荷均由厂内 1 O k v母线供 电 4 主要 电气设备 根据本电站的环境条件 枢纽布置 进出线方式 以及 设备制造情况等 通过对 2 2 0 k V敞开式配电装置和六氟化 硫全封闭组合电器 G I s 进行综合技术经济比较 初步选定 G I S 其理由如下所述 1 本电站位于云南热带雨林地区 电站地处深 山峡 谷 河床狭窄 2 2 0 k V敞开式配电装置布置的场地要完全 开山劈坡 且覆盖层很厚 边坡稳定 问题突出 致使土石 方开挖量及混凝土填筑量很大 2 户外式开关站距泄洪表孔及排沙洞出 口约 2 0 0 m 内 泄洪时所产生的水雾对高压电气设备影响较大 且本 地区属南亚热带山地湿润季风气候 年平均降水量 1 6 O O m i l l 因此水库泄洪频率较高 另外本地区风速为 1 m s 几乎属静风状态 不利于浓雾的散去 鉴于本电站所处环 境条件恶劣 不适合敞开式布置 而采用户 内 G I S配电装 置 则基本上解决了这一问题 3 G I S 设备本身可靠性高 检修周期又长 一般为 l 0 1 5 年一次 而敞开式电气设备 3年一次大修 且 日常 维护工作量大 因而采用 G I S 设备可适当简化主接线 并 能保证较高的运行可靠性 4 G I S设备布置在室内 占地极小 避免了大面积的 开山劈坡给周围的环境带来的不利影响 众所周知 从技术性能方面来看 G I S具有敞开式所 无法比拟的优势 制约 G I S使用的主要因素则是 G I S的投 资偏大 而本工程由于电站所处的地理位置特殊性 造成 G I S 方案与敞开式方案投资相差很有限 所以 2 2 0 k V配电 装置选用 G I S型式 根据 2 2 0 k V母线短路电流水平为 4 0 k A 依此经计算 发电机出口最大短路电流约为 4 3 k A 厂用分支最大短路电 流约为7 6 k A 本阶段据此短路电流值作为电气设备选择的 依据 主要电气设备及参数如下 1 发 电机 型式 立轴半伞式 型号 S F 1 5 0 4 2 1 0 8 0 0 额定容量 M W 1 5 0 2 主变压器 型号 S S P 1 0 1 8 0 0 0 0 2 2 0 组合式 额定容量 k V A 1 8 0 0 0 0 3 2 2 0 k V配电装置 型式 S F 6全封闭组合电器 额定 电压 k V 2 5 2 额定电流 主母线 A 2 0 0 0 4 发电机电压成套封闭母线设备 型式 离相封闭母线 额定电压 k V 1 8 额定 电流 A 8 0 0 0 邹颖博等 戈 兰 滩水 电站工程 电气 一次 设计 4 1 5 发电机断路器 型式 发电机专用断路器 额定 电流 A 8 0 0 0 额定短路开断电流 k A 5 0 6 高压厂用分支开关设备 型式 断路器与限流高压熔断器组合装置 额定电压 k V 1 5 7 5 限流高压熔断器额定电流 A 1 0 0 5 电气设备布置 主厂房全长 包括卸货平台 1 1 4 5 m 宽 2 4 7 m 机组 间距 2 2 m 主厂房从上至下依次为发电机层 发电机下层 母线层 水轮机层 蜗壳和尾水管层 在主厂房发电机 层各机组段 布置有该机组的机旁动力盘及控制盘 发电 机下层 母线层 布置发电机中性点设备及电缆等 上游副 厂房位于主厂房上游侧 与主厂房上游墙毗连 分 6层 各层高程分别为 3 6 5 9 0 3 7 4 2 9 3 8 3 7 0 3 9 4 1 0 4 0 4 1 0 4 0 8 1 0 1 11 高程 3 6 5 9 0 m层为电缆廊道 全厂控制和动力 电缆的集中通道 此外 3台机组的主引出线离相封闭母 线穿过 电缆廊道上 引至发 电机 机压设备母 线室 高程 3 7 4 2 9 1 13 层为发电机机压设备母线室 该层与主厂房发电 机层位于同一高程 发电机断路器 P I 柜 励磁变等均布 置在相应的机组段 3 8 0 V全厂公用变压器 3 8 0 V低压配 电盘 照明变以及照明配电盘也布置在该层的安装场一侧 高程 3 8 3 7 0 i n 层为高压厂用变室 此外 1 0 k V高压配电盘 机组 自用变也布置在该层 高程 3 9 4 1 0 m层为主变压器场 地 3台 1 8 0 M V A主变压器呈一字型布置在各机组段的位 置上 主变压器场地与卸货平台同高程 主变运输通道与 全厂消防通道共用 1 个通道 每台主变压器布置在单独 的 室内 四周设有防火墙及防火大门 每台主变压器下面均 设有贮油坑 高程 4 0 4 1 0 m层为 G I S管道层 高程 4 0 8 1 0 m层机组段一侧为 G I S 室 在 G I S室顶部厂房与山坡之问设 置一出线平台 高程为 4 1 7 加 m 2 2 0 k V出线设备包括避 雷器 阻波器 电容式电压互感器及耦合电容器等 布置 于此 6 过 电压保护及接地 主厂房顶 2 2 0 k V出线平台采用避雷线保护 高压配电 装置的雷电侵入波过电压保护采取如下措施 1 2 2 0 k V G I S母线及每回出线的人口处装设氧化锌避 雷器 2 本电站一期 2台及二期装的 1 台发电机出口均引接 厂用电分支 当从系统倒送厂用电时 为防止静电耦合过 电压危害主变压器低压线圈绝缘 在主变低压侧装设 1 组 氧化锌避雷器 主变压器中性点经隔离开关直接接地 主变压器在中 性点装设避雷器和棒型放电间隙 电站 2 2 0 k V系统为大电 流接地系统 对不同用途和不同电压的电气设备的接地均 使用一个统一的接地网 其总接地电阻值满足有关 的规范 要求 主接地 网由自然接地体和人工接地体两部分组成 自然接地体利用进水 口拦污栅 闸门槽 引水系统 的钢管 和钢筋 供排水管 尾水管钢筋 尾水门闸门槽等 人工 接地网为坝前水库接地网 1 5 0 m 1 0 0 13 1 尾水人工接地网 1 0 0 m 5 0 m组成 各接地网之间分别通过钢管 扁钢 钢 筋焊接连接 在主副厂房和坝顶等处 布置有各级 电压的 电气设备 均用暗敷成闭合回路的水平接地干线 各建筑 物层问接地网用多根垂直接地干线 或柱内钢筋 连成一体 并与主接地网连接 重要电气设备的工作和保护接地干线 的连接不少于两处 主 副厂房为钢筋混凝土结构 在结 构钢筋中沿厂房柱内 每隔 4 5 m距离选定 1 2根垂直 钢筋与房顶及地板内表层水平钢筋焊牢 从而形成一个屏 蔽网与接地干线连接使整个结构电位均衡 在进厂交通路 口及坝顶两端上坝公路人E l 处 1 5 2 0 m范围内设置有接地 网过渡段 或铺设高电阻率的沥青混凝土垫层 7 结语 戈兰滩水电站 3台机组现已并网发电 运行情况 良好