耿達(dá)水電站災(zāi)后重建中發(fā)電機(jī)電壓母線的選型設(shè)計

王福春 吳 勝

（1. 中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司 成都市 610072；2. 中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司 長沙市 410014）

1 概 述

1.1 工程概況

耿達(dá)電站位于四川省臥龍?zhí)貏e行政區(qū)耿達(dá)鄉(xiāng)境內(nèi)，座落在岷江上游支流漁子溪河上水界牌處，廠址位于漁子溪河左岸。電站為閘壩徑流引水式，共裝4臺40 MW 混流式水輪發(fā)電機(jī)組。

電站始建于1982年3月，1988年6月全部建成，2008年5月12日因地震停產(chǎn)，2011年12月全部恢復(fù)重建。

1.2 電氣主接線

電站電氣主接線采用兩組兩機(jī)一變的擴(kuò)大單元接線，發(fā)電機(jī)出口電壓為13.8 kV，接入系統(tǒng)電壓等級為220 kV。電站電氣主接線見圖1。

1.3 發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備布置

1.3.1 電站地震前發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備布置

耿達(dá)電站4 臺水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備布置在主廠房內(nèi)。發(fā)電機(jī)電壓母線采用槽型鋁母線，發(fā)電機(jī)電壓回路的所有配電設(shè)備采用敞開式布置在主廠房電纜層和水輪機(jī)層。發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備周圍相關(guān)通道設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)。2 臺主變壓器布置在廠房外的主變室內(nèi)。發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備采用敞開式布置，占用空間大、美觀性差，設(shè)備運(yùn)行可靠性差。

圖1 電站電氣主接線簡圖

1.3.2 電站地震災(zāi)后重建發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備布置

根據(jù)地震災(zāi)后重建規(guī)劃，耿達(dá)電站的主變壓器室、220 kV 開關(guān)站、副廠房等建筑物進(jìn)行了集中興建，主要電氣設(shè)備進(jìn)行了重新選型設(shè)計。

受災(zāi)后重建地形條件的限制，為提高電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性，改善電站運(yùn)行管理條件，適應(yīng)建設(shè)現(xiàn)代化、智能化發(fā)電廠的要求，結(jié)合電站主要電氣設(shè)備的選型設(shè)計，耿達(dá)電站災(zāi)后恢復(fù)重建工程的發(fā)電機(jī)電壓母線采用了全澆注式封閉母線。

2 發(fā)電機(jī)電壓母線選型設(shè)計

2.1 發(fā)電機(jī)電壓母線選型

2.1.1 槽型鋁母線

耿達(dá)電站發(fā)電機(jī)電壓母線原設(shè)計依據(jù)電站建設(shè)當(dāng)時的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平，選用的是槽型母線。槽型鋁母線造價低，但是開敞式槽型母線布置占地面積大，美觀性差，絕緣特性不好，每年都需要進(jìn)行清掃及連接接頭的緊固等大量維護(hù)工作，并需要較長的停電維修時間。在地下廠房遇地下滲水時，易引起母線接地故障。開敞式槽型鋁母線由于其設(shè)備安裝布置特性，其抗震性較差。

2.1.2 共箱母線

共箱母線是目前在中型電站中廣泛使用的母線品種。共箱母線有其合理的使用范圍，同時也因?yàn)槠渥陨泶嬖谝恍o法克服的弊病而使母線系統(tǒng)的運(yùn)行存在不少隱患，一旦這些隱患在運(yùn)行中顯現(xiàn)出來將會造成重大的損失。這些弊病主要反映在以下幾個方面：

（1）設(shè)備橫截面比較大，需要較大的空間。

（2）易受環(huán)境的影響，是在粉塵高、潮濕、氣溫變化大等惡劣的環(huán)境中使用，常會使母線因密封老化而造成局部受潮，或被污染，從而導(dǎo)致整個母線系統(tǒng)的絕緣下降，給安全生產(chǎn)帶來威脅。

2.1.3 全澆注式封閉母線

全澆注式母線因其絕緣特性極佳，具備抗腐蝕特色，且防護(hù)等級、耐撞擊特性、防火特性、防水特性優(yōu)秀。全澆注式母線在以下幾個方面優(yōu)點(diǎn)突出：

（1）全澆注式母線斷面尺寸較小，能節(jié)省較多空間，對地下廠房空間有限的環(huán)境非常適宜，設(shè)備安裝布置后，能極大地改善電站運(yùn)行環(huán)境。

（2）全澆注式母線一經(jīng)安裝完成，完全不受環(huán)境影響，能防水、防火、防腐、防潮等，可以做到零維護(hù)，節(jié)省用戶較多運(yùn)行維修費(fèi)用。

（3）全澆注式母線撓性大，抗震能力好。耿達(dá)電站位于地震帶，遇地震較多，采用此型母線具有很好的適應(yīng)性。

2.1.4 發(fā)電機(jī)電壓母線的選定

根據(jù)電站發(fā)電機(jī)電壓配電系統(tǒng)方案，發(fā)電機(jī)電壓母線分別采用敞開式槽型鋁母線、共箱母線、全澆筑式母線三個方案進(jìn)行比較（表1 和表2）。

表1 耿達(dá)水電站各母線方案經(jīng)濟(jì)比較表 萬元

表2 耿達(dá)水電站各母線方案技術(shù)比較表

耿達(dá)水電站災(zāi)后重建由于電站規(guī)劃用地、已有地下廠房空間的限制，以及用戶災(zāi)后重建的目標(biāo)要求，需要改造更換槽型鋁母線系統(tǒng)設(shè)備。且采用共箱母線也不能滿足設(shè)備布置的空間尺寸要求。因此，耿達(dá)水電站災(zāi)后重建基于電站廠房空間的限制條件、適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步，以及滿足用戶建設(shè)現(xiàn)代化、智能化發(fā)電廠的目標(biāo)要求，耿達(dá)電站災(zāi)后重建發(fā)電機(jī)電壓母線確定選擇了全澆注式母線。

2.2 全澆注母線結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

2.2.1 概 述

在歐美國家，全澆注式母線發(fā)展至今已超過50年，2000年左右開始引進(jìn)中國的石油化工、造船、發(fā)電廠等行業(yè)使用。

全澆注母線節(jié)省了較大空間，結(jié)合發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備的組柜，設(shè)備運(yùn)行安全性、可靠性有了較大的提高。同時改善可電站運(yùn)行環(huán)境，減輕電站運(yùn)行維護(hù)管理工作量，提高母線安全防護(hù)等級，提升設(shè)備長期安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

全澆注母線斷面尺寸小，與發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)柜接口方便，可以根據(jù)項目實(shí)際情況，專門設(shè)計母線與各設(shè)備的接口盤頭，便于工廠模具化制造。對于在地下廠房、空間狹小、潮濕的環(huán)境條件下應(yīng)用具有較大的優(yōu)勢。

2.2.2 母線的形成

全澆注式母線，采用一種特別配置的無機(jī)礦物質(zhì)及EPOXY 混合而成的絕緣材料，在工廠里用澆注的辦法將各相母線（導(dǎo)體）分別包裹起來，形成全澆注母線直線段（約4～6 m/段）、折線段以及各種成型的接頭部件等。

2.2.3 母線的連接

（1）這些母線段和各個部件根據(jù)用戶場地情況（根據(jù)設(shè)計要求）連接成一個用戶需要的完整的母線系統(tǒng)。

（2）各個母線段之間、母線段和各個部件之間的導(dǎo)體和導(dǎo)體之間用螺栓連接。

（3）連接部分的絕緣則在現(xiàn)場以抽真空澆注方法將無機(jī)礦物質(zhì)及EPOXY 混合而成的絕緣材料澆注到金屬材料的周圍，使之成為同母線一樣的澆注實(shí)體，成為一個完整的母線系統(tǒng)。

2.2.4 全澆注式封閉母線材質(zhì)特性

采用的“無機(jī)礦物質(zhì)及EPOXY 混合而成的絕緣材料” 其熱延展性為19×10-6mm/mm·℃與銅導(dǎo)體材料的熱展性17×10-6mm/mm·℃極為接近，從而保障了母線的散熱性能以及母線與絕緣材料之間的緊密結(jié)合，不會產(chǎn)生起泡、龜裂等現(xiàn)象。

2.2.5 母線的特點(diǎn)

（1）全澆注中壓母線IP 等級可以達(dá)到IP68/IP67，完全防塵、防水不受環(huán)境因素影響。

（2）絕緣特性： 出廠組件絕緣10 GΩ 以上，現(xiàn)場銜接后亦達(dá)500 MΩ 以上。

（3）具備超低溫（超高溫）-50℃～70℃安全運(yùn)轉(zhuǎn)認(rèn)證與運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)績。

（4）具備防火防爆特性。

（5）耐撞擊可達(dá)IK10。

（6）全澆注母線能實(shí)現(xiàn)零維護(hù)，估計壽命在30年以上。

2.3 耿達(dá)水電站發(fā)電機(jī)電壓母線技術(shù)參數(shù)

耿達(dá)水電站發(fā)電機(jī)電壓母線的選擇要滿足水力發(fā)電機(jī)組、主變壓器設(shè)備對電流、電壓、動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定等參數(shù)要求。全澆注封閉母線的基本技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 耿達(dá)電站13.8 kV 發(fā)電機(jī)電壓母線設(shè)備基本參數(shù)表

3 耿達(dá)電站發(fā)電機(jī)電壓母線布置

耿達(dá)電站4 臺發(fā)電機(jī)組，1#、2#發(fā)電機(jī)與1#變壓器及3#、4#發(fā)電機(jī)與2#變壓器組成兩組擴(kuò)大單元接線。發(fā)電機(jī)出口電壓為13.8 kV，1#、2#主變壓器容量為120 MVA 的雙繞組升壓變壓器。主要布置見圖2～圖5。

4 結(jié) 語

（1）水電站電壓配電開關(guān)設(shè)備布置一般要受限于電站廠房布置。耿達(dá)電站系20 世紀(jì)80年代建設(shè)的水電站，受當(dāng)時技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等條件的制約，發(fā)電機(jī)電壓母線采用槽型鋁母線，發(fā)電機(jī)電壓回路的所有配電設(shè)備采用敞開式布置在主廠房電纜層和水輪機(jī)層，占用廠房空間較大，電站運(yùn)行維護(hù)及檢修工作便利性較差。

發(fā)電機(jī)電壓母線采用全澆注式母線改造后，極大地改善了電站運(yùn)行環(huán)境，增強(qiáng)了設(shè)備絕緣性能，減輕了電站運(yùn)行維護(hù)管理工作量，提高了發(fā)電機(jī)電壓母線的安全防護(hù)等級和抗短路能力，提升了設(shè)備長期安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。有利于電站運(yùn)行單位按照“無人值班，少人值守” 建設(shè)現(xiàn)代化、智能化電廠。

圖2 1#、2#機(jī)母線及發(fā)電機(jī)電壓配電裝置平面布置圖

圖3 1#、2#機(jī)母線及發(fā)電機(jī)電壓配電裝置立面布置圖

圖4 發(fā)電機(jī)出口母線、開關(guān)柜及主母線布置圖

圖5 母線在廊道布置圖

（2）本文所述的中型水電站發(fā)電機(jī)電壓母線采用全澆注母線的方案，對類似老舊電站改造發(fā)電機(jī)電壓母線、新建地下廠房電站的濕熱環(huán)境條件下布置發(fā)電機(jī)電壓母線、貫流式機(jī)組豎井狹小和濕熱空間布置發(fā)電機(jī)電壓母線等工程具有一定借鑒意義。

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

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

[3] 孫樹忠. 6～10 kV 全澆注無機(jī)礦物質(zhì)封閉母線在大型發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電氣開關(guān)，2009，（3）：68-71.

[4] 王新. 全澆注母線在6 kV 廠用電系統(tǒng)中應(yīng)用[J]. 電力建設(shè)，2009, 30（7）: 76-78.

[5] 方燕飛,王崢. 6～10 kV 中壓全澆注封閉母線在熱電公司的應(yīng)用[J].陜西電力，2007，35（10）:57-59.

[6] GB/T 8349-2000.金屬封閉母線[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2004.

[7] JB/T 9639-1999.封閉母線[S]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[8] DL/T 5222-2005.導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計計算規(guī)定[S]. 北京:中國電力出版社, 2005.