羅燁

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市410007）

1 電站概況及接入系統(tǒng)

湖南省資水株溪口水電站是湖南省資水干流梯級(jí)開發(fā)中的主要工程之一，是一個(gè)以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、通航等綜合利用的水電樞紐工程。該工程設(shè)計(jì)正常蓄水位87.50m，額定水頭6.1m，加權(quán)平均水頭7.44m，在電站安裝了4臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組的額定容量為18.5MW，發(fā)電機(jī)出口的額定電壓為10.5kV，額定功率因數(shù)為0.9，額定頻率為50Hz。電站年發(fā)電量為2.952億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為3989h。工程于2005年11月下河施工，于2008年機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。

電站采用110kV一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，110kV出線回路數(shù)三回，一回接至東坪電廠，線路的長(zhǎng)度約為17km。另兩回T接到松木塘110kV變電所，線路的長(zhǎng)度約為87 km。每回線路的導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-240。

2 電氣主接線

電氣主接線是根據(jù)本電站裝機(jī)容量、機(jī)組臺(tái)數(shù)、輸送電壓等級(jí)以及在電力系統(tǒng)中的地位、作用及運(yùn)行方式，按照接線簡(jiǎn)單清晰可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則，并結(jié)合業(yè)主的要求綜合考慮確定的。

2.1 發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線（兩機(jī)一變）

對(duì)發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線選擇了兩組單母線接線、單母線分段接線和兩組擴(kuò)大單元接線三種接線方案進(jìn)行比較。對(duì)于兩組單母線接線，其優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單清晰，運(yùn)行維護(hù)方便，繼電保護(hù)簡(jiǎn)單，投資較單母線分段接線節(jié)省。其缺點(diǎn)：任何一臺(tái)主變壓器故障或檢修，對(duì)應(yīng)機(jī)組的電能不能送出。對(duì)于單母線分段接線，其優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性和靈活性最高，任何一臺(tái)主變壓器及另一段母線所接機(jī)組故障或檢修只影響部分電能的送出。其缺點(diǎn)：增加兩面母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜，設(shè)備投資最高。又不利于布置，影響開關(guān)室整齊美觀，繼電保護(hù)不如兩組單母線接線簡(jiǎn)單靈活。對(duì)于兩組擴(kuò)大單元接線，其優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單清晰，投資最省。其缺點(diǎn)：運(yùn)行的靈活性不及其它方案，繼電保護(hù)不如其它兩個(gè)方案簡(jiǎn)單靈活。經(jīng)過綜合比較上述方案，采用兩組單母線接線為10.5kV發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線方案。

2.2 110kV升高電壓側(cè)接線

對(duì)110kV升高電壓側(cè)接線選擇了戶外常規(guī)設(shè)備方案與GIS設(shè)備方案兩種接線方案進(jìn)行比較，再結(jié)合水工樞紐布置進(jìn)行了詳細(xì)的方案比較。

根據(jù)水工樞紐布置，廠房廠區(qū)內(nèi)布置場(chǎng)地較狹窄，如要設(shè)計(jì)戶外開關(guān)站，主變場(chǎng)與戶外開關(guān)站地面高程相差41.5m，使主變至戶外開關(guān)站的出線不順暢，進(jìn)廠公路和上壩公路需穿越主變至戶外開關(guān)站的出線之間，采用戶內(nèi)GIS其設(shè)備投資較戶外常規(guī)高250萬元，而土建投資則省104.2萬元，線路投資省32萬元，一次性投資采用戶內(nèi)GIS方案比戶外開關(guān)站方案多145.8萬元，且如考慮以后的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)，則15年后戶外常規(guī)設(shè)備方案所需費(fèi)用比戶內(nèi)GIS要高175.5萬元，且采用戶內(nèi)GIS方案較戶外常規(guī)方案有占地小，布置緊湊，設(shè)備先進(jìn)可靠，運(yùn)行檢修維護(hù)簡(jiǎn)單方便且其費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以本電站采用戶內(nèi)GIS設(shè)備。

110kV電壓等級(jí)接線為兩進(jìn)三出，對(duì)110kV升高電壓側(cè)接線選擇了單母線接線和單母線分段接線兩種接線方案進(jìn)行比較。首先對(duì)于單母線接線，其優(yōu)點(diǎn)：繼電保護(hù)及運(yùn)行操作最簡(jiǎn)便，布置簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行維護(hù)工作量少，投資省，方案經(jīng)濟(jì)。其缺點(diǎn)：可靠性沒有單母線分段接線高，母線故障會(huì)影響全站的電能送出，但GIS裝置母線故障的機(jī)率非常小。對(duì)于單母線分段接線，其優(yōu)點(diǎn)：可靠性較單母線接線高，一段母線檢修或故障時(shí)，可以斷開分段斷路器，另一段母線可以繼續(xù)供電，只影響部分電能的送出，運(yùn)行較單母線接線靈活。其缺點(diǎn)：投資較單母線接線多約166萬。繼電保護(hù)和運(yùn)行操作及設(shè)備布置較單母線接線稍復(fù)雜。其次兩種方案：從布置場(chǎng)地上比較，GIS設(shè)備布置在主變的正上方，而兩臺(tái)主變壓器所需的面積（長(zhǎng)×寬）一定，兩種接線方案中GIS室的面積小于主變場(chǎng)的面積，所以兩種接線方案占地面積和土建費(fèi)用基本相當(dāng)。從靈活性可靠性比較，方案二高，當(dāng)其一段母線檢修或故障時(shí)，可跳開分段斷路器，由另一段母線繼續(xù)供電，只影響部分電能的送出。方案一存在當(dāng)母線檢修或故障及與母線相連的隔離開關(guān)故障時(shí)，電站的全部電能不能送出的缺點(diǎn)。但方案一設(shè)備投資省，接線簡(jiǎn)單清晰，且由于采用GIS設(shè)備，其母線故障的機(jī)率非常小，可靠性較差的缺點(diǎn)因?yàn)椴捎肎IS設(shè)備而變得不明顯，而其優(yōu)點(diǎn)變得更為突出。經(jīng)過綜合比較上述方案，采用單母線接線為110kV升高電壓側(cè)接線方案。

3 配電系統(tǒng)

3.1 近區(qū)配電

近區(qū)供電電源從Ⅰ段發(fā)電機(jī)母線取得，近區(qū)變壓器容量為1600kVA，近區(qū)饋電回路共4回，分別為船閘、大壩溢流閘門、生活區(qū)及株涼線（作為近區(qū)負(fù)荷的備用電源，從施工變電所接10kV電源）。近區(qū)供電接線采用單母線接線形式。

3.2 廠用配電

為了確保廠用電的安全可靠性，全廠設(shè)置兩臺(tái)SCB10-1250/10型降壓變壓器，其電源分別從兩段10.5kV發(fā)電機(jī)電壓母線上取得，同時(shí)設(shè)置1臺(tái)容量為300kW的柴油機(jī)組作保安電源。廠用電低壓母線分3段，均通過聯(lián)絡(luò)斷路器連接，兩臺(tái)廠變運(yùn)行方式為暗備用，正常情況下，兩臺(tái)工作，母聯(lián)斷路器斷開，任1臺(tái)廠變故障或檢修，1臺(tái)變壓器帶全廠負(fù)荷。當(dāng)機(jī)組不發(fā)電時(shí)，也可通過主變壓器從系統(tǒng)倒送廠用電。當(dāng)兩臺(tái)廠變故障時(shí)，由柴油發(fā)電機(jī)組帶廠區(qū)排水、消防、事故照明等一些重要負(fù)荷。

每臺(tái)機(jī)組機(jī)旁設(shè)立3塊動(dòng)力配電柜，每臺(tái)機(jī)組的自用電負(fù)荷電源從機(jī)旁動(dòng)力柜取得，機(jī)旁動(dòng)力配電柜設(shè)兩回進(jìn)線電源，分別從低壓配電主屏Ⅰ段和ⅠⅠⅠ段母線取得，兩回進(jìn)線通過自投裝置能互相切換。

全廠公用負(fù)荷分別由3段低壓母線供電。在一些負(fù)荷比較集中的場(chǎng)所，如油庫(kù)、安裝場(chǎng)、110kVGIS室及廊道層等場(chǎng)所設(shè)置了現(xiàn)地操作動(dòng)力配電箱。3段母線設(shè)立備用電源自投裝置，廠用母線電壓采用400/230V三相四線制系統(tǒng)，中性點(diǎn)直接接地。

3.3 壩區(qū)和船閘配電

在大壩和船閘交界處設(shè)立一個(gè)降壓配電間，配電間設(shè)置兩臺(tái)配電變壓器。壩區(qū)和船閘低壓母線分3段，均通過聯(lián)絡(luò)斷路器連接，兩臺(tái)閘壩變運(yùn)行方式為暗備用。兩回主進(jìn)線電源設(shè)置雙電源自投裝置，低壓配電采用400/230 V三相四線制系統(tǒng)。閘壩變壓器電源從近區(qū)11kV配電柜取得。為了確保汛期供電安全，同時(shí)考慮從廠房低壓配電母線取一回電源作為備用電源。

4 主要電氣設(shè)備選擇

主要電氣設(shè)備選型的原則是重點(diǎn)考慮設(shè)備的可靠性、安全性、先進(jìn)性和與工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)的經(jīng)濟(jì)合理性，同時(shí)盡量選用節(jié)能、對(duì)環(huán)保有利的和無油化的產(chǎn)品。

主變壓器選用兩臺(tái)低噪音、低損耗的高效節(jié)能油循環(huán)風(fēng)冷電力變壓器，其型號(hào)為SF10-50000/110，電壓變比為121±2×2.5%/10.5kV，阻抗電壓Ud%=10.5，接線組別為YN，d11。10kV發(fā)電機(jī)側(cè)開關(guān)設(shè)備選用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的KYN18C-12型鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜，發(fā)電機(jī)出口斷路器配發(fā)電機(jī)出口專用斷路器。110kV設(shè)備選用六氟化硫全封閉組合電器（GIS），其斷路器為電動(dòng)彈簧操作機(jī)構(gòu)；隔離開關(guān)為電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)；避雷器為SF6氣體絕緣避雷器，出線PT選用TYD110/-0.01型電容式電壓互感器。近區(qū)配電變壓器和兩臺(tái)廠用變壓器均選用低噪音、低損耗的環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器。廠用電低壓配電裝置選用MNS型低壓抽屜開關(guān)柜。

5 電氣設(shè)備的布置

5.1 主副廠房的布置

廠房電氣設(shè)備的布置結(jié)合樞紐布置及機(jī)組的特點(diǎn)，按照機(jī)電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方便和盡可能減小開挖及主副廠房電氣設(shè)備的布置與變壓器場(chǎng)、110kVGIS開關(guān)室及中控室等位置相對(duì)合理等原則進(jìn)行布置。就中控室的位置進(jìn)行了方案比較：方案一：中控室布置在安裝場(chǎng)上游側(cè)，方案二：中控室布置在安裝場(chǎng)下游側(cè)。方案一的主要生產(chǎn)副廠房包括繼電保護(hù)室、儀表室、會(huì)議室等場(chǎng)所布置在中控樓上層，其優(yōu)點(diǎn)是中控樓運(yùn)行環(huán)境較好，噪音小，主變場(chǎng)可靠近下游副廠房縮短封母長(zhǎng)度，下游副廠房可減少一層；其缺點(diǎn)是中控樓采光和通風(fēng)條件不好，控制電纜長(zhǎng)度需增加，電站整體布置不緊揍。方案二其優(yōu)點(diǎn)是中控樓采光和通風(fēng)條件好，中控室出入方便，電纜連接長(zhǎng)度較短，電站整體布置緊揍；其缺點(diǎn)是運(yùn)行條件稍差，下游副廠房頂部的公路橋，令中控室噪音較大，灰塵較多。但對(duì)于水工專業(yè)的土建開挖量和造價(jià)來說，方案一的開挖量和造價(jià)大于方案二。經(jīng)過綜合比較采用中控室布置在安裝場(chǎng)下游側(cè)。

整個(gè)主廠房長(zhǎng)109.9m，凈寬18m，布置有4臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。下游副廠房共分3層，在77.50m高程布置有水泵房、空壓機(jī)室、油罐室、油處理室等水機(jī)輔助設(shè)備和電纜室；在82.30m層布置有中央控制室、高壓試驗(yàn)室、工具間、高低壓開關(guān)室和廠用變、勵(lì)磁變及機(jī)旁屏等；在87.30m層布置有蓄電池室、計(jì)算機(jī)室、載波通信室、辦公室、會(huì)議室、資料室、自動(dòng)化試驗(yàn)室、儀器儀表室和電工修理間等房間。

5.2 主變場(chǎng)和110kVGIS室的布置

主變場(chǎng)布置在安裝場(chǎng)和中控室下游距離約5m處，場(chǎng)內(nèi)布置有兩臺(tái)升壓變壓器及其中性點(diǎn)設(shè)備，面積為29.18× 16.21=473.008m2。在主變壓器的正上方，布置有110kVGIS室和110kV出線平臺(tái)，GIS室中布置有6個(gè)間隔的設(shè)備。

6 結(jié)論

在布置場(chǎng)地緊張或開挖量較大的情況下，110kV配電裝置采用GIS設(shè)備，便于將來的運(yùn)行維護(hù)及管理，接線可以簡(jiǎn)化具有較高的可靠性，性價(jià)比較好，有利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。