新疆蓋孜水電站電氣一次設計

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

【關鍵詞】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，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)任務是水力發(fā)電，在系統(tǒng)中主要承擔基荷，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升高電壓側接線

電站位于高海拔（約2300m）、多震（地震基本烈度8°）、多風沙、多泥石流山區(qū)，自然條件較差，通過對GIS副廠房戶內布置方案和戶外升壓站布置方案進行技術經(jīng)濟比較，最終選定GIS副廠房戶內布置方案。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，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。調壓井位于蓋孜水電站上游側約800m，其主要用電設備為蝶閥用電，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、主要電氣設備選型

3.1發(fā)電機

水輪發(fā)電機由定子，轉子，上、下機架，上導軸承、下導軸承、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構，工廠內疊片下線，工地現(xiàn)場組合并下合縫線。轉子結構由轉軸、磁軛、磁極和擋風板等部件組成。機組由哈爾濱電機廠（昆明）有限責任公司總承包，轉輪制造由安德里茨（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)電機電壓設備

發(fā)電機出口電壓設備柜采用鎧裝固定式金屬封閉開關柜，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）和63kA（擴大單元接線側），由華鵬集團有限公司成套供貨。因電站海拔較高，開關柜內電氣裝置絕緣按海拔系數(shù)修正后的開關柜外形較投標時變動較大，廠家無法保證在12kV開關柜柜體下產品的可靠性和穩(wěn)定性，經(jīng)業(yè)主、廠家、設計三方協(xié)商后，改用35kV開關柜柜體。因35kV開關柜柜體尺寸增加較多，造成副廠房水輪機層設備布置困難，經(jīng)反復調整布置完成，。此情況需在所有高海拔工程招標階段作為重點考慮，并應對廠房布置留有適當裕度。

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，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。變壓器低壓側經(jīng)油/空氣套管與共箱封閉母線相連，高壓側通過油/SF6套管與GIS相連，2臺主變一字型布置在副廠房上游側，主要參數(shù)見表4。

3.5 220kV升壓配電裝置

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

4、主要電氣設備布置

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，長度20.5m；副廠房布置在主廠房上游側，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高壓開關柜、0.4kV低壓開關柜等，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╇?；電站內單獨設置一套消防應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中性點側裝設有氧化鋅避雷器。主變壓器中性點采用經(jīng)隔離開關接地的方式，以便于運行調度靈活選擇接地點。

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）均裝設有氧化鋅避雷器。

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、水下建筑物內的鋼構件及鋼筋等，人工接地體采用-50×5熱鍍鋅扁鐵構成。在接地設計中充分利用自然接地體，與人工鋪設的接地網(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，接地電阻滿足設計要求。在GIS室用銅排設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、結束語

本文對蓋孜水電站電氣一次設計進行了概述，在電站設計過程中，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)電氣設備選擇過程中遇到的難題和積累的經(jīng)驗，設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計研究院從事電氣專業(yè)設計。