水府廟水電站10 kV開關(guān)設(shè)備改造方案介紹

周艷輝

（湖南省水府廟水電站 湘潭市 411424）

1 概 述

水府廟水電站裝有4臺(tái)7.5 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，10 kV單母線分段并帶有多條近區(qū)饋線，兩臺(tái)主變分別升壓至35 kV和110 kV與電網(wǎng)相連。電站建成運(yùn)行至今已近50年，機(jī)電設(shè)備老化嚴(yán)重，無(wú)法滿足安全運(yùn)行的要求。近年來(lái)電站多方籌集資金，逐步分批對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行更新改造。10kV開關(guān)設(shè)備的改造于2009年底著手方案的設(shè)計(jì)，2010年1～2月完成改造施工，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，改造效果良好。

2 改造設(shè)計(jì)方案

水府廟水電站建于20世紀(jì)50年代末，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)著重考慮節(jié)省資金，盡早實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)發(fā)電，沒(méi)有設(shè)計(jì)專門的高壓開關(guān)室，開關(guān)設(shè)備為裝配式配電裝置。具體布置位置為：各機(jī)組PT設(shè)備分散裝設(shè)于相應(yīng)水輪機(jī)層上游墻；Ⅰ段母線PT設(shè)備裝設(shè)于母線道下游墻；母線裝設(shè)于母線道下游墻上方；1號(hào)主變低壓側(cè)開關(guān)設(shè)備及2號(hào)主變低壓側(cè)隔離開關(guān)、CT裝設(shè)于母線道上游墻（2號(hào)主變低壓側(cè)原設(shè)計(jì)沒(méi)有斷路器，此次改造另行增加）；其余開關(guān)設(shè)備裝設(shè)于發(fā)電機(jī)層上游墻。這樣的設(shè)計(jì)布置凌亂，占地面積多，既影響機(jī)房的美觀，也不利于設(shè)備的安全運(yùn)行。隨著電力技術(shù)的發(fā)展和對(duì)安全的要求不斷提高。當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)已無(wú)法滿足當(dāng)今電力行業(yè)相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求。水府廟水電站電氣一次接線見圖1。

圖1 電氣一次主接線圖

2.1 配電設(shè)備組裝方式選擇

本次改造將設(shè)專門的高壓開關(guān)室，設(shè)計(jì)采用成套配電裝置。成套配電裝置的特點(diǎn)：①電氣設(shè)備布置在封閉的金屬外殼中，相間和對(duì)地距離可以縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。②所有電器元件已在工廠組裝成一整體，大大減少現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量，有利于縮短施工周期。③運(yùn)行可靠性高，維護(hù)方便。

高壓開關(guān)柜按結(jié)構(gòu)形式可分為固定式和手車式兩種。由于受場(chǎng)地限制，新建高壓開關(guān)室并不現(xiàn)實(shí)?？捎米鞲邏洪_關(guān)室的場(chǎng)地只有一條母線道。母線道的尺寸為：18 670 mm×3 540 mm。最多只有16塊屏的安裝位置，且由于母線道寬度不夠，無(wú)法采用手車封閉式高壓開關(guān)柜。只能采用固定式高壓開關(guān)柜，靠母線道上游墻裝設(shè)，且需進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。配電裝置室內(nèi)各種通道的最小寬度（凈距），見附表。

附表 配電裝置室內(nèi)各種通道最小寬度（凈距，m）

根據(jù)電站的實(shí)際對(duì)電氣一次系統(tǒng)配置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，仍至少需要布置20塊主屏，兩塊副屏。其中主變進(jìn)線柜背面加裝副柜，出線通過(guò)副柜從屏頂接出；將機(jī)組測(cè)量PT和勵(lì)磁PT分上下兩層裝于一塊PT柜中。勵(lì)磁變高壓側(cè)進(jìn)線取消高壓熔斷器，并與勵(lì)磁PT共用一組隔離開關(guān)。取消勵(lì)磁變高壓側(cè)熔斷器的依據(jù)：可以將勵(lì)磁變視為發(fā)電機(jī)的一部分，當(dāng)勵(lì)磁變出現(xiàn)短路事故時(shí)：發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，迅速跳機(jī)組斷路器及滅磁開關(guān)并停機(jī)；在勵(lì)磁變高壓側(cè)裝設(shè)一組電流互感器，將其二次電流接至勵(lì)磁變保護(hù)裝置，通過(guò)勵(lì)磁變保護(hù)迅速跳機(jī)組斷路器及滅磁開關(guān)并停機(jī)，從而起到對(duì)機(jī)組及勵(lì)磁系統(tǒng)的保護(hù)。將10 kVⅠ段母線PT與防雷避雷器、電容器組共一組隔離開關(guān)，并與Ⅰ段母線至母聯(lián)柜的連接母排共一塊柜。具體一次系統(tǒng)配置見圖2。

2.2 高壓開關(guān)室屏柜布置設(shè)計(jì)

圖2 10 kV一次系統(tǒng)配置圖

經(jīng)過(guò)反復(fù)研究方案，并對(duì)母線道四周墻體進(jìn)行探測(cè)發(fā)現(xiàn)：墻體為框架磚砌式結(jié)構(gòu)，厚度為550 mm。因此將發(fā)電機(jī)PT柜的尺寸設(shè)計(jì)為1 000 mm×750 mm×2 400 mm，分別鑲?cè)敫靼l(fā)電機(jī)開關(guān)柜對(duì)側(cè)的母線道下游墻體500 mm，屏柜背面用石棉板封堵裝飾；主變進(jìn)線柜、母聯(lián)柜的尺寸設(shè)計(jì)為1 250 mm×1 200 mm×2 650 mm,其余屏柜的尺寸設(shè)計(jì)為1 100 mm×1 200 mm×2 650 mm。并將主變進(jìn)線柜后面的墻體開洞裝設(shè)主變進(jìn)線柜副屏，副屏尺寸設(shè)計(jì)為1250mm×400 mm×2 650 mm，副屏出線通過(guò)母排接至主變低壓側(cè)；考慮到10 kVⅠ母線PT+電容器柜至母聯(lián)屏之間的連接母排安裝、檢修方便，將其后面的墻體開洞，空洞的尺寸以能方便拆裝該屏柜背板及連接母排為宜。所有外墻洞口平時(shí)用不銹鋼板封堵。另外為了方便對(duì)主母線設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)，在兩側(cè)屏柜側(cè)面主母線位置的墻體開一小洞，檢修時(shí)拆裝的主母線從該洞口通過(guò)，平時(shí)同樣用裝飾材料對(duì)該洞口進(jìn)行封堵。詳見圖3。通過(guò)如此設(shè)計(jì)，母線道能夠保證布置20塊主屏柜及四塊副屏，并能滿足附表對(duì)配電裝置室內(nèi)各種通道最小寬度的要求。

圖3 10 kV高壓開關(guān)柜平面布置圖

2.3 電氣設(shè)備容量的復(fù)核

考慮到水府廟水電站下一步將對(duì)機(jī)組進(jìn)行增效擴(kuò)容改造。所有與機(jī)組增效擴(kuò)容相關(guān)的10 kV開關(guān)設(shè)備容量必須滿足單機(jī)容量由7.5 MW擴(kuò)容到9 MW的設(shè)計(jì)要求。故發(fā)電機(jī)開關(guān)柜和2號(hào)主變進(jìn)線柜斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器及母線的容量需要復(fù)核。經(jīng)過(guò)計(jì)算，發(fā)電機(jī)開關(guān)柜斷路器選擇：ZN28-1 250 A 31.5 kA DC220 V，隔離開關(guān)選擇：GN30-10D/1 250 A 31.5 kA，電流互感器選擇：LZZBJ9-10Q 800/5 A 0.5/10P15；2號(hào)主變進(jìn)線柜斷路器選擇：ZN28-12/3 150 A 31.5 kA DC 220V，隔離開關(guān)選擇：GN30-10D/3 150 A 31.5kA，電流互感器選擇：LZZBJ9-10Q 2000/5A 0.5/10P15（注：2號(hào)主變已更換，容量由31 500 kVA增加到40 000 kVA）；Ⅰ段母線選擇：TMY-100×10mm2銅排，Ⅱ段母線選擇：TMY-2×（100×10）mm2銅排。 具體一次系統(tǒng)配置見圖 2。

3 改造施工方案

水府廟水電站不僅作為發(fā)電企業(yè)向電網(wǎng)輸送電能，同時(shí)承擔(dān)著電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供電，以及韶山灌區(qū)百萬(wàn)畝良田的灌溉用水和下游城市生活用水。改造中需要盡量縮短設(shè)備停電時(shí)間、縮小停電范圍，并保證有機(jī)組正常運(yùn)行向下游供水。為此，制定科學(xué)、周密的施工方案是非常重要的。

3.1 施工組織措施

該工程施工難度大、時(shí)間緊、施工過(guò)程中新老電氣設(shè)備帶電情況復(fù)雜，并且電氣操作頻繁。為確保工程安全順利完成，特成立由水府廟水電站站長(zhǎng)任組長(zhǎng)的改造領(lǐng)導(dǎo)小組，工程施工在領(lǐng)導(dǎo)小組的統(tǒng)一指揮下進(jìn)行。技術(shù)、施工、運(yùn)行、安監(jiān)、綜合等部門相互配合，各部門實(shí)行崗位責(zé)任制，明確分工，各施其責(zé)，全力執(zhí)行本次改造任務(wù)。

3.2 施工技術(shù)方案

根據(jù)水府廟水電站電氣一次主接線的特點(diǎn)和施工場(chǎng)地新老電氣設(shè)備復(fù)雜的帶電情況，同時(shí)需保證盡可能地發(fā)供電和縮小停電范圍、縮短停電時(shí)間的要求，制定以下詳細(xì)的施工方案。施工過(guò)程分四步：

第一步，騰出新屏安裝位置。

水府廟電站1號(hào)主變長(zhǎng)期處于熱備用狀態(tài)，作為婁底電網(wǎng)的備用電源，經(jīng)過(guò)與婁底電業(yè)局協(xié)商，同意將電站1號(hào)主變退出直至新屏柜投入運(yùn)行，拆除1號(hào)主變低壓側(cè)開關(guān)設(shè)備及其聯(lián)接母線；2號(hào)主變?cè)綦x開關(guān)及聯(lián)接母線位于母線道上游墻離地面高度為4.5 m，但其操作機(jī)構(gòu)的位置影響新屏柜的安裝，經(jīng)過(guò)與湘潭電業(yè)局協(xié)商，同意臨時(shí)拆除其操作機(jī)構(gòu)，取消其隔離開關(guān)的操作功能。通過(guò)分別將Ⅰ、Ⅱ段母線短時(shí)停電完成上述拆除工作，并完成新2號(hào)主變低壓側(cè)開關(guān)柜處母線道上游墻開洞，騰出新屏安裝位置?；謴?fù)送電后繼續(xù)完成母線道上游墻其余相關(guān)位置的開洞及新屏基礎(chǔ)施工；完成新屏柜的安裝及相關(guān)電氣試驗(yàn)，新高壓開關(guān)柜母線設(shè)備具備帶電條件。母線道下游墻的開洞除新4號(hào)機(jī)PT柜，其余位置暫不能開洞，因其背面的發(fā)電機(jī)層上游墻安裝有老開關(guān)設(shè)備。此時(shí)新1、2、3號(hào)機(jī)PT柜未安裝，新2號(hào)主變低壓側(cè)開關(guān)柜至主變的母線沒(méi)有連接。

第二步，新、老母設(shè)備同時(shí)帶電。

分別將老Ⅰ、Ⅱ段母線短時(shí)停電，用臨時(shí)電纜將新屏Ⅰ段母線與老Ⅰ段母線并接，新屏Ⅱ段母線與老Ⅱ段母線并接，相當(dāng)于將Ⅰ、Ⅱ段母線各自延長(zhǎng)。并分別將老Ⅰ、Ⅱ段母線PT設(shè)備退出，其二次回路轉(zhuǎn)接至新Ⅰ、Ⅱ段母線PT柜。新、老母線設(shè)備同時(shí)帶電。

第三步，完成老Ⅰ段母線設(shè)備轉(zhuǎn)接，拆除老Ⅰ段母線設(shè)備。

分步將老Ⅰ段母線上的設(shè)備轉(zhuǎn)至新Ⅰ段母線對(duì)應(yīng)屏柜。當(dāng)老Ⅰ段母線上的設(shè)備僅剩1號(hào)發(fā)電機(jī)開關(guān)設(shè)備時(shí)，將1號(hào)發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行。將新、老Ⅰ段母線設(shè)備短時(shí)停電，拆除新、老Ⅰ段母線之間的臨時(shí)連接電纜。完成母聯(lián)柜轉(zhuǎn)接。老Ⅰ段母線設(shè)備全部退出運(yùn)行并進(jìn)行拆除。此后可進(jìn)行新1號(hào)發(fā)電機(jī)PT柜安裝位置墻體開洞，并進(jìn)行該屏柜安裝調(diào)試，完成新1號(hào)發(fā)電機(jī)開關(guān)設(shè)備的轉(zhuǎn)接與投運(yùn)。

第四步，完成老Ⅱ段母線設(shè)備轉(zhuǎn)接，拆除老Ⅱ段母線設(shè)備。

分步將老Ⅱ段母線上的設(shè)備轉(zhuǎn)至新Ⅱ段母線。當(dāng)老Ⅱ段母線上的設(shè)備僅剩2、3號(hào)發(fā)電機(jī)開關(guān)設(shè)備時(shí)，將2、3號(hào)發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行，新、老Ⅱ段母線設(shè)備短時(shí)停電，拆除新、老Ⅱ段母線之間的臨時(shí)連接電纜及2號(hào)主變低壓側(cè)至老Ⅱ段母線的連接母排、CT和隔離開關(guān)，進(jìn)行新2號(hào)主變低壓側(cè)開關(guān)柜至主變低壓側(cè)之間的母排安裝，完成2號(hào)主變低壓側(cè)開關(guān)柜的轉(zhuǎn)接。老Ⅱ段母線設(shè)備全部退出運(yùn)行并進(jìn)行拆除。此后可進(jìn)行新2、3號(hào)發(fā)電機(jī)PT柜安裝位置墻體開洞，并進(jìn)行該屏柜安裝調(diào)試，完成新2、3號(hào)發(fā)電機(jī)開關(guān)設(shè)備的轉(zhuǎn)接與投運(yùn)。至此10 kV開關(guān)設(shè)備已全部改造完成。

1 范錫普.發(fā)電廠電氣部分[M].北京：水利電力出版社，1993.

2 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次）[M].北京：水利電力出版社,1982.