水力發(fā)電廠GIS改造工程研究

任洋

（國網(wǎng)新源控股有限公司白山發(fā)電廠，吉林 樺甸 132400）

1 工程簡介

白山廠一期220KV戶外開關(guān)站敞開布置，且處于棄水泄洪范圍內(nèi)。此開關(guān)是白山一期電站3臺(tái)30萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組送出的唯一通道。一旦開關(guān)站內(nèi)電氣設(shè)備受損停運(yùn)，直接造成3臺(tái)機(jī)組停運(yùn)，造成發(fā)電量減少，又會(huì)因機(jī)組停運(yùn)下泄量減少被迫增大泄洪閘門開度產(chǎn)生更大的霧化威脅，白山廠在2010年泄洪時(shí)出現(xiàn)了線路阻波器連接金具折斷、連接導(dǎo)線斷股的故障，對(duì)安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。為防止此類情況發(fā)生，白山廠一期電站進(jìn)行改造，把原一期電站戶外開關(guān)站220KV配電裝置，更換為河南平高東芝高壓開關(guān)有限公司生產(chǎn)的G1B252KV型氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（簡稱GIS）。主接線由原來的主路/旁路發(fā)變組單元接線改為單一斷路器的發(fā)變組單元接線，GIS設(shè)備安裝在一期地下廠房六氟化硫洞內(nèi)。此設(shè)計(jì)改造把原戶外開關(guān)站220KV設(shè)備整體移至一期地下廠房內(nèi)，避免因戶外天氣環(huán)境影響及開閘放流惡劣環(huán)境引起的高壓設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定的狀況。

2 白山廠GIS的主要組成部分

2.1 GSP-245EH型氣體斷路器

2.1.1 GIS斷路器

GSP-245EH型氣體斷路器是一種緊湊的和高性能的臥式斷路器，為應(yīng)用于氣體絕緣的封閉開關(guān)電器GIS而設(shè)計(jì)。采用單壓式（又叫噴氣式）滅弧原理，它利用了SF6氣體良好的絕緣性能和滅弧能力，GSP-245EH型氣體斷路器的滅弧室采用最佳設(shè)計(jì)。

2.1.2 斷路器控制回路

氣體斷路器的控制回路由一個(gè)包括防跳繼電器的合閘回路，雙重跳閘回路，一個(gè)相差檢測回路和一個(gè)在異常的氣體狀態(tài)及液體狀態(tài)（不正常的壓力降低）下用于報(bào)警和操作塊的保護(hù)回路所組成?？刂苹芈钒惭b在封閉電器的匯控柜內(nèi)，匯控柜通過電纜插接件與斷路器相連。在這個(gè)條件下，當(dāng)發(fā)出一個(gè)分閘指令，分閘線圈受電，即便在此時(shí)合閘指令不發(fā)出，分閘操作也會(huì)進(jìn)行機(jī)構(gòu)分閘步驟。

2.1.3 斷路器非全相保護(hù)裝置

對(duì)于異步保護(hù)裝置，就是如果三相在合閘操作中不同步進(jìn)行，那么三相在一定的時(shí)間延遲后分閘。在合閘操作中發(fā)生異步時(shí)，僅故障相的b觸點(diǎn)保持在閉合狀態(tài)，而正常相的a觸點(diǎn)都是閉合的。因而時(shí)間繼電器47T受電。在經(jīng)過一段延遲時(shí)間后，通過時(shí)間繼電器的作用，一個(gè)輔助繼電器47X受電并閉合它自身的a觸點(diǎn)。所有相的分閘線圈通過故障相的b觸點(diǎn)和47X的a觸點(diǎn)受電，這些觸點(diǎn)都是閉合的。然后所有相進(jìn)行分閘操作。

2.2 220kV GIS隔離開關(guān)和接地開關(guān)

平高東芝生產(chǎn)的GIS組合電器內(nèi)部設(shè)備，由由一個(gè)隔離開關(guān)和一個(gè)接地開關(guān)及一個(gè)快速接地開關(guān)組合而成后封裝在一個(gè)充有SF6氣體的接地殼體內(nèi)。通過裝在設(shè)備殼體旁邊的操作機(jī)構(gòu)，既可以進(jìn)行電動(dòng)操作，也可以進(jìn)行人力操作。用于變電站的隔離開關(guān)和接地開關(guān)有可信度高的荷蘭KEMA試驗(yàn)站的型式試驗(yàn)證書。

2.3 GIS電壓互感器、電流互感器

2.3.1 GIS電壓互感器

GIS選用的互感器是一種接地型、用SF6氣體絕緣的電壓互感器，其接線應(yīng)注意的問題：二次回路接線應(yīng)采用截面積不小于1.5mm2的絕緣銅線，排列應(yīng)當(dāng)整齊，連接必須良好，盤、柜內(nèi)的二次回路接線不應(yīng)有接頭。電壓互感器的外殼和二次回路的一點(diǎn)也應(yīng)良好接地，一、二次回路應(yīng)裝有熔斷器，避免超負(fù)荷運(yùn)行，電壓互感器的極性和相序必須正確。

2.3.2 GIS電流互感器

白山廠采用的電流互感器是環(huán)形鐵芯電流互感器（BCT）以下簡稱（CT），它是是電流互感器的一種，它的二次繞組分布在一個(gè)環(huán)形鐵芯上。CT可為操作儀器、儀表和保護(hù)繼電器提供一種便捷的二次電流供應(yīng)電源。CT必定有一個(gè)長的磁路，一次線圈僅一匝。CT通過GIS（或GCB）的接地罩或接地外殼與一次繞組完全隔離（insulated），而CT本身的絕緣通過不變的已裝配好的環(huán)形二次繞組來實(shí)現(xiàn)。

3 白山廠GIS改造二次回路設(shè)計(jì)思路

以1號(hào)機(jī)組為例，拆除一期開關(guān)站220KV線路主路開關(guān)、側(cè)路開關(guān)、二次回路控制電纜及相關(guān)二次回路；拆除一期開關(guān)站220KV主路及側(cè)路線路側(cè)、發(fā)電機(jī)出口側(cè)隔離開關(guān)二次回路電纜；拆除白東南線保護(hù)屏交流電壓、交流電流回路二次電纜；拆除1F發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)電流回路二次電纜。重新敷設(shè)電纜，完成一期六氟化硫洞內(nèi)GIS二次設(shè)備安裝、接線及調(diào)試工作，并對(duì)白東南線（1號(hào)機(jī)對(duì)應(yīng)的線路名稱）雙套保護(hù)跳閘出口回路、斷路器位置檢測回路進(jìn)行改造，按反措要求，實(shí)現(xiàn)雙重化保護(hù)與雙跳閘線圈斷路器回路配合要求，同時(shí)對(duì)1F機(jī)組雙套保護(hù)跳閘出口回路進(jìn)行改造，使之滿足反措要求。

3.1 GIS斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘控制回路形成

按照設(shè)計(jì)院提供的圖紙和電纜清冊(cè)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備，形成斷路器（GCB）、隔離開關(guān)（DS）、接地刀閘（ES）控制回路二次接線，包括GIS本體設(shè)備至匯控柜部分，及匯控柜引出到現(xiàn)場設(shè)備部分。本次改造為配合GIS斷路器控制回路形成，安裝許繼電氣生產(chǎn)的ZFZ-812A分相操作屏。斷路器控制電源為直流220V，合閘回路和分閘1回路與分閘2回路取自不同的直流電源開關(guān)。由負(fù)荷屏到操作屏，至GIS匯控柜。

3.2 GIS斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘信號(hào)回路形成

斷路器控制信號(hào)、三相位置信號(hào)送到機(jī)組PLC，隔離開關(guān)、接地刀閘位置信號(hào)、電壓互感器空開跳閘及斷路器分相位置信號(hào)送到公用PLC。

3.3 其他相關(guān)回路形成

機(jī)組發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)電流回路：取主變高壓側(cè)電流互感器二次電流量至發(fā)變組保護(hù)A盤，完成發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)用電流接入第一套發(fā)變組保護(hù)工作。機(jī)組微機(jī)型電調(diào)速器發(fā)電狀態(tài)：從GIS匯控柜到機(jī)旁電調(diào)控制盤，接入斷路器輔助接點(diǎn)引來的發(fā)電狀態(tài)控制。機(jī)組勵(lì)磁控制斷路器輔助接點(diǎn)引入：接入斷路器輔助接點(diǎn)，取斷路器常開接點(diǎn)兩對(duì)。斷路器位置送機(jī)組遠(yuǎn)傳RTU：接入RTU所需斷路器合閘位置。

結(jié)語

白山發(fā)電廠一期電站GIS改造在一次、二次整體設(shè)計(jì)思路完善的前提下，順利按期交工，并且一次試驗(yàn)成功，標(biāo)志著GIS設(shè)備首次在東北大型水電廠投運(yùn)成功，為白山廠形成"無人值班"（少人值守）推進(jìn)了步伐。經(jīng)過1年的投運(yùn)時(shí)間，白山一期GIS設(shè)備運(yùn)行可靠，未發(fā)生因GIS設(shè)備問題造成停運(yùn)等事故。大大減少了運(yùn)行值班人員的巡視檢查時(shí)間，同時(shí)減輕了檢修維護(hù)人員的工作量，為白山廠的智能化水電廠推進(jìn)做出了貢獻(xiàn)。

[1]《電氣工程師手冊(cè)》編輯委員會(huì).電氣工程師手冊(cè)[M].中國電力出版社.2008.

[2]周浩，王慧芳.電力工程[M].浙江大學(xué)出版社，2007.