浅谈浩口水电站电气主接线、设备选型、设备布置及相关部分的设计考虑

浅谈浩口水电站电气主接线、设备选型、设备布置及相关部分的设计考虑

陈继全

（重庆市水利电力建筑勘测设计研究院）

一、电气主接线

浩口水电站位于重庆武隆县南部的浩口乡浩口村附近的河段上，装机规模为2×62.5+1×10MW,总装机容量为135MW,发电机电压采用10.5kV，1G发电机与1T主变采用发电机-变压器组单元接线，主变压器容量为75MVA，升高电压为220kV；2G、3G发电机与2T主变采用发电机-变压器扩大单元接线，主变压器容量为90MVA,升高电压为220kV。角木塘水电站(2×35MW)通过110kV电压送入浩口水电站，经1台90MVA变压器升压为220kV，220kV采用单母线接线，浩口水电站和角木塘水电站共计205MW通过1回220kV线路接入220kV武隆变电站,见下图。

二、厂用电接线及营地供电方案

根据电气主接线方案、电站的厂用电负荷、电站与坝区用电负荷供电距离约400m的情况，选用二台厂用变分别接在发电机两段母线上，每台厂变容量为1000kVA，均采用干式变压器。厂用电供电负菏范围：电站自用电部分和坝区用电部分。另备用一台500kW的柴油发电机作为电站和大坝用电的备用电源。

营地用电采用10.5kVⅡ段母线出线1回进行供电，通过1km左右电缆接入营地配电装置，该Ⅱ段母线连接有两台发电机机组，且其中1台3G发电机机组（10MW）为生态发电机机组，提高了营地供电的可靠性。

三、电气设备的选择及相关设计的考虑

1、0.4kV配电装置、厂变、励磁变、10.5kV配电装置、110kV配电装置、220kV配电装置等均采用无油化设备和元件。

2、10.5kV配电装置柜型的选择采用XGN2-12型和KYN28-12型，XGN2-12用于大电流回路，如发电机进线开关柜（5000A）、主变进线开关柜（5000A、6000A）以及不便于采用KYN28-12型的柜体，其余的采用KYN28-12型以便于运行维护。对断路器的选型的考虑是：对发电机主回路采用发电机专用真空断路器；对其它需采用断路路的回路，如厂用变回路、供营地用电回路等，采用快熔加普通真空断路器的方式，用快熔来断开短路电流，用普通断路器来开断正常工作电流，这样可以达到正常运行时满足工作负荷的开断，短路时也能起到对设备的保护作用，节约了投资。

3、营地用电由10.5kVⅡ段母线出线1回进行供电，该出线为直馈线，电站10.5kVⅡ段母线配电装置连接有两台水轮发电机机组（62500kW+10000kW）。根据规范要求，60000kW以上的发电机机组是不应与架空线路直接连接，为了防止雷击电压对发电机机组的损害，设计采用全电缆供电给营地，并采取了相关接地措施。

4、保护发电机的避雷器采用交流无间隙金属氧化物避雷器MOA，其设计考虑：为了减少发电机内部发生单相接地故障对机组的损害，采用发电机内部发生单相接地故障时能瞬时切机，设计中采用发电机中性点高电阻接地方式，电阻器接在发电机中性点单相变压器二次绕组上；接地故障清除时间按不大于10s考虑，相对地MOA的额定电压按不低于发电机额定电压的1.05倍进行选择，即MOA的额定电压≥1.05×10.5kV=11.025kV，相对地MOA的持续运行电压不低于MOA额定电压的80%进行选择，即MOA的持续运行电压≥11.025kV×80%=8.82kV；如接地故障清除时间大于10s，相对地MOA的额定电压按不低于发电机额定电压的1.25倍进行选择，即MOA的额定电压≥1.25×10.5kV=13.125kV，相对地MOA的持续运行电压不低于MOA额定电压的80%进行选择，即MOA的持续运行电压≥13.125kV×80%=10.5kV；根据国内MOA厂家的生产情况，其MOA的额定电压（有效值）为：13.5kV，MOA持续运行电压（有效值）为：10.5kV，对应的MOA雷电冲击残压（峰值）不大于：31.0kV（对应于标称放电电流5kA等级）,以上选择满足接地故障清除时间的任何情况。

5、220kV、110kV配电装置在选择上主要受地形上的限制，采用户内220kVGIS和110kVGIS装置。

6、0.4kV低压配电装置设计方案为：对厂变集中进行配电的装置采用GCS型抽屉式低压配电柜；对坝区、厂房内机旁屏、GIS室等处分散布置的低压配电屏，考虑与周围屏柜或环境相协调等因素采用GGD型固定柜。

7、主变压器采用SFP11型、220kV三相、油浸、强迫油循环风冷、双绕组、铜线圈、带无励磁调压分接开关的升压电力变压器（含附属设备）；主变容量按与所连接的发电机容量进行配套选择；与1G发电机（62.5MW）配套的1T主变容量为75MVA，电压比为242±22.5%/10.5kV，连接组别为YN,d11；与2G（62.5MW）、3G（10MW）配套的2T主变容量为90MVA，电压比为242±22.5%/10.5kV，连接组别为YN,d11；与角木塘水电站（2×35MW，电压升高为121kV）配套的3T联络主变容量为90MVA，电压比为242±22.5%/110kV，考虑到110kV和220kV均为大接地系统，在设计中增加了一个Δ绕组（变压器平衡绕组，电压等级为10.5kV）,故连接组别为YN,yno,d11。

联络主变增加了一个Δ绕组，能满足在系统任何运行方式下均能为为三次谐波电流提供通路，避免了三次谐波磁通在相绕组里感应出电势对相绕组绝缘产生的严重威胁，其高/中/低的容量选择为90MVA/90MVA/30MVA，平衡绕组采用10.5kV电压等级，两只套管引出（这是目前通用的做法之一，在运行中应进行短接）。

8、由于发电机出线电流较大，故在设计中采用10.5kV的共箱母线，根据发电机、变压器的额定电流，并考虑共箱母线周围的运行环境，1G、2G发电机出线回路及1T主变压器低压侧回路采用的共箱母线额定电流为5000A，3G发电机采用的共箱母线额定电流为1000A，2T主变压器低压侧回路采用的共箱母线额定电流为6000A。共箱母线的热稳定电流/时间采用：50kA/4S，共箱母线的动稳定电流（峰值）采用：137kA。

共箱母线导体转弯处、以及与相关设备接口连接处设置有可向远方计算机监控系统传送信号的测温装置（开关量），且失电或断线时应能发出继电器接点报警信号（送计算机监控系统）。

为防止共箱母线内部发生结露导致母线绝缘水平的降低，共箱母线的每相外壳内设置有防结露装置。

9、浩口水电站高压一次电缆仅使用在发电机10.5kV电压等级，根据现行规程规范的要求，采用阻燃、铜芯、带铠装的交联聚乙烯绝缘电缆；根据《发电机运行规程》的要求，发电机运行电压的正常变动范围为额定值的±5%，最大允许变动范围不得超过额定值的±10%；其电力电缆导体间的相间额定电压U按不低于使用回路的工作线电压进行选择，即1.1×10.5kV=11.55kV，电力电缆导体与绝缘屏蔽层或金属层之间额定电压Uo按173%的使用回路工作相电压进行选择，即173%×1.1×10.5kV/=11.55kV；考虑到目前国内电缆厂家的生产情况，其Uo/U采用12/20kV。

四、电气设备布置及相关部分设计的考虑

由于受地形限制，浩口电站厂房及升压站布置在两面临水、两面临山的位置，其电站厂房为地下式，水轮机层的高层为301.05m，发机层的高层为308.85m，防洪墙的高程为328.50m，安装间的高程为328.70m。其主厂房、上游侧副厂房、下游侧副厂房、安装间、尾水闸门、主变、升压开关站、厂区内设备运输通道、消防车道、消防疏散通道、电梯等布置在87.39m*57.6m的范围内。电气设备主要布置在主厂房及上游侧副厂房中，防洪墙328.50m高程以下布置的主要电气设备有：0.4kV配电装置、10.5kV配电装置、机房屏、通信设备、通信电源等，328.50m高程及以上，主要布置的电气设备有：主变压器、110kVGIS、220kVGIS、出线构架、中控室、消防、网络及计算机室、继电保护室、直流蓄电池室等。由于厂房布置紧凑，需综合考虑主、副厂房、安装间、厂区内设备运输通道及消防车道、消防疏散通道、电梯以及运行维护方便等因素。其电气设备布置及相关部分有关设计考虑如下：

1、0.4kV集中配电装置布置在紧邻水轮机层的上游侧副厂房，其高程为303.20m，该位置处于厂用电主要用电负荷的中心。厂用变压器、励磁变压器均与0.4kV集中配电装置布置在同一房间。厂用变压器布置位置既便于与0.4kV集中配电装置连接，也便于与10.5kV开关柜连接；励磁变压器布置位置也是既便于与10.5kV开关柜连接，又便于与励磁装置之间的连接；该层电缆路径走向采用地面电缆沟方式，并通过电缆竖井或利用相邻主厂房的大柱之间的通道将电缆送至各电用设备或用电分屏。该层上面一层为与发电机层紧邻的10.5kV共箱母线转换层。

2、10.5kV配电装置室布置在10.5kV共箱母线转换层上面一层，其高程为313.35m。该配电装置的特点是3台发电机回路、2台主变回路额定电流较大，均采用共箱母线进线连接。该配电装置布置的设计考虑是：便于与各发电机组及主变器的连接，同时也兼顾与厂用变压器和励磁变压器的连接。

3、主变压器布置在上游侧副厂房地面层，高程为328.50m，以便于100吨以上的主变运输，为了节约用地以及便于主变卸货、运输等，将主机安装间与主变运输通道及消防通道了进行结合，在安装间内设主变运输通道和消防车通道。3台主变独立布置在单独的房间里，主变之间的防火隔墙的耐火极限按不低于2.00h进行设计。其布置位置的设计考虑是：便于与10.5kV配电装置进行连接，同时也便于与220kV、110kVGIS进行连接。在主变的上一层设置有220kV、110kVGIS转换层。

4、220kV、110kVGIS配电装置布置在220kV、110kVGIS转换层上面一层，其高程为344.10m，该配电装置的设计考虑是：便于通过220kV、110kVGIS转换层与主变进行连接，又便于与屋顶出线的构架进行连接。

5、屋顶出线构架设计考虑：根据现场情况确定了220kV、110kV出线构架的出线方向为上游侧副厂房向上游侧副厂房靠山方向，为了减少终端塔的高度，满足导线对地的安全距离，出线架构布置在上游侧副厂房远离山体一边，并利用主厂房的主柱向上的延伸作为出线构架。

6、共箱母线用于3台发电机出口主回路与10.5kV配电装置的连接、10.5kV配电装置与与2台主变回的主变压器进行的连接，在布置共箱母线的通道上的设计考虑是：根据发电机出线确定的高程作为共箱母线在水轮机层空中走向的高程；充分利用主厂房主柱之间的空间作为共箱母线竖向通道，将10.5kV配电装置与发电机、主变压器进行连接；利用10.5kV配电装置的转换层作为共箱母线竖向通道与10.5kV配电装置之间的连接转换。

7、电缆通道的设计考虑是：根据设备及屏、柜、箱的布置情况确定电缆走向的主通道和辅助通道；水轮机层基本按机组段设置主通道；连接0.4kV、10.5kV、110kV、220kV配电装置及监控、保护、通信等二次设备的竖向通道设置了电缆竖井，并部分利用了主厂房主柱之间的空间作为竖向通道的一部分；充分利用10.5kV配电装置的转换层、220kV、110kVGIS转换层兼作电缆夹层；对电缆集中的继电保护屏室的下一层设置了专用的电缆夹层；尽量减少电缆走向与10.5kV共箱母线，GIS转换层连接母线之间的交叉，如有交叉，10.5kV共箱母线设置在电缆通道（电缆桥架）上面，GIS转换层连接母线设置在电缆通道（电缆桥架）下面，以便于运行维护。同时，通过GIS转换兼电缆夹层的电缆通道与坝区至厂房电缆沟在空中构建了短距离的连接通道，缩短了厂房至坝区的电力电缆和控制电缆的长度，节约了投资。

8、监控、保护、通信、消防、直流等二次系统屏柜采用集中布置和分散布置相结合的方式，集中布置设有中控室、消防、网络及计算机室、继电保护室、通信室、直流蓄电池室、通信电源蓄电蓄室等。分散布置主要用于对主要设备配套的屏、柜、箱，以及根据功能要求需分散布置的地方，如无线微机“五防”前端装置。

9、浩口水电站直流供电系统包含电站监控、保护、事故照明等站内直流供电部分及通信专用直流供电部分，其蓄电池采用胶体密封免维护阀控式铅酸蓄电池，容量均为500Ah，由于其蓄电池容量均在300Ah及以上，设计中对每组蓄电池设专用的蓄电池室，并根据现行规程的要求进行了相应的设计，如：蓄电池室内采取了阳光不直射的措施，对有窗玻离采用毛玻璃；蓄电池采用非燃性建筑材料；蓄电池室内的照明灯具为防爆型；室内不装设开关和插座；蓄电池内设有空调，以保证室内有良好的通风，其通风电机为防爆式等。

五、结束语

通过对浩口水电站电气主接线、设备选型、设备布置等设计考虑的分析和总结，希望能在电站运行、维护等过程中起到一定的有益作用。