大頂子山航電樞紐主要電氣設(shè)備選擇及布置

楊城回，霍東鵬，王樹生

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

大頂子山航電樞紐工程位于松花江干流哈爾濱下游46 km處，是一座以航運、發(fā)電、和改善哈爾濱水環(huán)境為主，同時具有交通、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用功能的低水頭航電樞紐工程。由船閘、泄洪閘及混凝土過渡壩段、河床式水電站、土壩及壩上公路等工程組成。水電站裝機6臺，單機容量11 MW，總裝機容量66 MW，多年平均發(fā)電量3.532×108kW·h，年利用小時數(shù)為 4 870 h，水庫為徑流無調(diào)節(jié)水庫。電站在電力系統(tǒng)中擔負基荷。電站以雙回66 kV線路接入220 kV巴彥變電所，線路亙長24.5 km。

1 電氣主接線

根據(jù)主接線方案比較，電氣主接線選用2臺三相雙線圈自然油循環(huán)風冷變壓器，單臺容量為40 MV·A；6.3 kV側(cè)采用發(fā)電機主變壓器組成三機—變擴大單元接線，66 kV側(cè)采用變壓器—線路組（帶備用斷路器）接線。

2 廠用電接線及壩區(qū)接線

2.1 廠用電接線

廠用電由兩組機—變擴大單元組合的發(fā)電機電壓匯流母線分別引接一回電源作為的工作電源，另從地區(qū)變電所（保留下的施工變電所）引接一回10 kV外來電源以作為廠用電的第二備用電源。廠用電采用0.4 kV一級電壓供電，全廠共設(shè)3臺 6.3（10）/0.4 kV、630 kV·A 廠用變壓器（其中 2臺高壓側(cè)為6.3 kV，1臺為10 kV）。其0.4 kV側(cè)分別接至由廠用配電主盤組成的3段廠用母線，3段母線之間設(shè)分段斷路器聯(lián)絡(luò)和備用電源自動投切裝置。

2.2 壩區(qū)接線

在電站廠房內(nèi)設(shè)1座6.3 kV壩區(qū)中心開閉所，另在船閘區(qū)、左壩區(qū)和廠房右端分別設(shè)1座6.3/0.4 kV配電所。在每個泄洪閘泵房內(nèi)均設(shè)置一面低壓盤，作為Ⅰ類負荷，以雙投開關(guān)與不同分段的主配電屏（布置在6.3/0.4 kV配電所內(nèi)）連接。在設(shè)計過程中，本著安全、可靠、經(jīng)濟的原則，采用了相鄰盤柜間相互備用的原則，即1號泵房低壓盤電源從配電所Ⅰ段母線引接，2號泵房低壓盤電源從配電所Ⅱ段母線引接，由于兩個泵房相鄰很近，相互之間再備用，既實現(xiàn)了以雙投開關(guān)與不同分段的主配電屏連接，同時也節(jié)約了成本。

3 主要電力設(shè)備選擇

3.1 三相短路電流計算

根據(jù)系統(tǒng)接入電力系統(tǒng)資料，“2015年系統(tǒng)阻抗歸算至大頂子山水電站66 kV母線正序等值電抗標幺值 X∑″=0.197 988（基準容量：Sj=100 MV·A，基準電壓：Uj=Up）?！奔斑x定的電氣主接線和可能出現(xiàn)的一回線路輸送5臺機容量的電站最大運行方式進行了三相短路電流計算。

三相短路電流計算成果見表1。

表1 三相短路電流計算成果表

3.2 主要電氣設(shè)備選擇

a）水輪發(fā)電機：型號為 SFWG—11—64/6320；額定功率為11 MW；額定轉(zhuǎn)速為93.8 r/min；額定電壓為6.3 kV；額定功率因數(shù)為0.92；額定頻率為 50 Hz。

b）主變壓器：型號為 SF9—40000/66；額定電壓為 66±2×2.5%/6.3 kV；接線組別為 YN，d11；冷卻方式為自然油循環(huán)風冷；阻抗電壓為9%。

c）66 kV六氟化硫全封閉組合電器：額定電壓為72.5 kV；額定電流為1 250 A；額定短路開斷電流為31.5 kA；額定短時耐受電流為 31.5 kA（4 s）；額定峰值耐受電流為 80 kA（峰值）。

d）高壓電纜：型式為單芯、銅導體、交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣；額定電壓為66 kV；標稱截面為1×300 m2。

e）高壓封閉母線：型式為三相共箱；額定電壓為6.3 kV；額定電流為4 000 A；額定頻率為50 Hz。

f）高壓開關(guān)柜：型號為KYN—10；額定電壓為10.5 kV；額定電流為1 250 A/4 000 A；斷路器開斷電流為 40 kA；額定頻率為 50 Hz。

4 主要電氣設(shè)備布置

4.1 發(fā)電機機端電壓設(shè)備

該電站采用燈泡貫流式機組，發(fā)電機電壓采用6.3 kV。發(fā)電機主引出線采用3根3×240交聯(lián)聚乙烯絕緣聚乙烯護套鋼帶鎧裝阻燃電力電纜，額定電壓6/10 kV，額定電流435 A。由發(fā)電機進人孔引出至2臺發(fā)電機之間的電纜溝內(nèi)，再引上至115.00 m高程下游電氣副廠房內(nèi)的發(fā)電機電壓成套配電裝置室，與發(fā)電機回路的電壓互感器柜相連。由6.3 kV成套高壓開關(guān)柜裝置組成的機—變擴大單元匯流母線至主變低壓側(cè)采用三相共箱封閉母線，自115.00 m高程的發(fā)電機電壓配電裝置室引出，經(jīng)電纜廊道（兼做母線廊道）引至布置在110.30 m高程安裝間下游側(cè)平臺的主變低壓側(cè)。

4.2 廠內(nèi)電氣設(shè)備布置

下游電氣副廠房共分兩層。勵磁變壓器、6.3 kV高壓開關(guān)柜、電壓互感器柜、廠用變壓器、0.4 kV低壓配電屏、消弧線圈柜等均布置在二層，即115.00 m高程。一層110.30 m高程布置有機旁動力盤、壩區(qū)中心配電所、電纜廊道等。

66 kV開關(guān)站采用SF6全封閉組合電器（即GIS），布置在110.30 m高程安裝間下游側(cè)的專用房間內(nèi)。

在主機間各機組段間及安裝間下設(shè)有電纜通道，在中控室下設(shè)有電纜夾層，并與下游副廠房的電纜廊道相連，形成貫穿全廠的電纜通道。

4.3 66 kV主變壓器布置

該工程樞紐由以下建筑物構(gòu)成：整個壩長約3.2 km，從右至左依次為船閘、10孔泄洪閘、電站廠房、28孔泄洪閘、重力壩段、土壩。河床式電站廠房采用封閉的壩內(nèi)式，其廠房頂蓋與壩面在同一高程。為使整個樞紐布置整齊、美觀，所有電氣設(shè)備均需布置于壩面以下的高程內(nèi)。因此，針對該工程樞紐布置的特點，將兩臺主變布置在110.30 m高程安裝間下游側(cè)的半封閉平臺上，主變位置對主變進廠及進安裝間檢修都非常方便。同時也與整個樞紐環(huán)境和旅游景觀要求相適應。

4.4 66 kV高壓電纜

GIS開關(guān)站出線回路選用66 kV交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣、銅導體、單芯電力電纜。導體截面1×300 mm2。開關(guān)站側(cè)為GIS終端，出線場側(cè)為空氣終端。2回路共6只GIS電纜終端，6只空氣電纜終端。電纜在靠GIS開關(guān)站和出線場側(cè)，兩端留有備用段。經(jīng)校驗滿足長期運行和短路工況的要求，電纜水平部分用支架明敷在電纜廊道（電纜溝）中，垂直部分明敷在電纜豎井中，電纜廊道（電纜溝）長700 m，高差18 m。每相電纜采用非磁性夾具將電纜固定在支架上。

4.5 66 kV開關(guān)站及出線場布置

66 kV開關(guān)站采用戶內(nèi)六氟化硫全封閉組合電器，即GIS開關(guān)站，布置在安裝間下游側(cè)110.30 m高程與主變壓器相鄰的封閉房間內(nèi)，開關(guān)站與主變之間直接采用GIS管道母線連接。此外，在左岸的重力壩段下游側(cè)平臺上設(shè)出線場，其間采用66 kV電力電纜經(jīng)位于左岸泄洪閘閘墩上設(shè)置的電纜廊道敷設(shè)連接。

4.6 壩區(qū)供電設(shè)備布置

在電站廠房內(nèi)布置1座6.3 kV壩區(qū)中心開閉所，另在船閘區(qū)、左壩區(qū)和廠房右端分別布置1座6.3/0.4 kV配電所。此外，在右壩區(qū)和左壩區(qū)還布置了第3個電源，即設(shè)置一臺320 kW的可移動拖車式柴油發(fā)電機組，作為壩區(qū)泄洪設(shè)施的保安備用電源，極限情況下，也可作為電站機組的黑啟動電源。

在每個泄洪閘泵房內(nèi)均布置一面低壓盤，作為Ⅰ類負荷，以雙投開關(guān)與不同分段的主配電屏（布置在6.3/0.4 kV配電所內(nèi)）連接。

5 結(jié)語

本工程的樞紐包括:船閘區(qū)、含10孔泄洪閘的右壩區(qū)、發(fā)電廠房壩段區(qū)、含28孔泄洪閘的左壩區(qū)、重力壩段區(qū)、土壩區(qū)等水工建筑物，全長3.2 km；機組臺數(shù)多，同時用電負荷數(shù)量多，分布范圍廣，性質(zhì)重要，供電距離長，對供電可靠性要求高。本文結(jié)合實際情況，對66 kV設(shè)備、主變壓器、發(fā)電機電壓設(shè)備、廠壩區(qū)供電設(shè)備的布置位置從技術(shù)和經(jīng)濟角度兩方面比較，確定了較合理的方案。所有設(shè)備的技術(shù)參數(shù)均完全滿足長期運行和三相短路工況的要求，而且均具有多年成功的運行經(jīng)驗，維護方便，可靠性好。

［1］水電站機電設(shè)計手冊（電氣一次）［M］.北京：水利電力出版社，1982.

［2］DL/T 5186-2004，水力發(fā)電廠機電設(shè)計規(guī)范［S］.