楓樹壩電廠220kV配電裝置改造設(shè)計(jì)

鄧志明

摘要：楓樹壩電廠位于河源龍川縣境內(nèi)，是以發(fā)電為主，兼具防洪和航運(yùn)灌溉補(bǔ)水的綜合利用工程。文章介紹了楓樹壩電廠主變洞原220kV GIS組合電器運(yùn)行中存在的問題、改造的背景以及現(xiàn)220kV配電裝置的改造設(shè)計(jì)和工程的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：220kV；配電裝置改造；GIS組合電器；楓樹壩電廠；電氣設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM642 文章編號(hào)：1009-2374（2016）16-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.018

1 概述

楓樹壩電廠位于東江上游干流，河源龍川縣境內(nèi)，它是以發(fā)電為主，兼具防洪和航運(yùn)灌溉補(bǔ)水的綜合利用工程。水庫(kù)集雨面積為5150km2，多年平均流量為128.9m3/s，總庫(kù)容為19.4億m3，有效庫(kù)容為12.5億m3，屬不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)。壩內(nèi)式廠房。主壩壩型為混凝土寬縫、空腹重力壩，壩頂長(zhǎng)為400m，最大壩高為95.3m，壩底最大寬度為87.1m，壩頂寬為6.5m，壩頂高程為173.3m，正常蓄水位為166m，發(fā)電消落水位為147m。電站原來(lái)裝機(jī)容量為2×80MW，立式混流機(jī)組，電站于2004年和2009年分別對(duì)1#、2#機(jī)進(jìn)行了增容改造，改造后裝機(jī)容量為2×100MW。

楓樹壩電廠的110kV及220kV配電裝置采用敞開式及部分GIS（220kV主變進(jìn)線）設(shè)計(jì)，配電裝置及主變布置在長(zhǎng)66m、寬11.5m、高12.5m的壩內(nèi)式變電洞內(nèi)，共有2臺(tái)150MVA主變（#1主變?yōu)槿嗳@組變壓器，#2主變?yōu)槿嚯p繞組變壓器）、2個(gè)220kV主變進(jìn)線間隔、2回220kV出線間隔、1回110kV出線間隔，投產(chǎn)至今已運(yùn)行超過40年，期間對(duì)220kV配電裝置進(jìn)行過改造，1989年將2個(gè)220kV主變進(jìn)線間隔改為GIS，將2回220kV出線間隔改為SF6開關(guān)，2005年更換220kV楓龍線開關(guān)，2007年更換220kV楓興線開關(guān)，雖歷經(jīng)多次改造，對(duì)于220kV母線、2回220kV及1回110kV出線仍保持原有敞開式設(shè)計(jì)，現(xiàn)2個(gè)220kV主變進(jìn)線間隔的GIS運(yùn)行已超過25年。

2 原有設(shè)備存在的問題

2.1 電氣一次存在的問題及原因分析

2.1.1 現(xiàn)有220kV配電裝置雖然間隔不多，但是設(shè)備布置分散凌亂，變電洞內(nèi)空間浪費(fèi)較多，遠(yuǎn)期要想在變電洞內(nèi)擴(kuò)建進(jìn)出線間隔十分困難。

2.1.2 #2主變安裝位置在220kV母線的正下方，2008年#2主變更換后220kV側(cè)采用了直套管，B相套管高度為7285mm，由于變電洞尺寸問題，其與母線的最小距離為1900mm（要求大于2550mm）。由于220kV母線與#2主變套管安全距離不足，#2主變停電檢修時(shí)無(wú)法進(jìn)行高壓試驗(yàn)，需要將220kV線路全停才能進(jìn)行主變的全部試驗(yàn)。

2.1.3 兩回220kV主變進(jìn)線間隔的GIS投運(yùn)已有25年，期間出現(xiàn)控制回路故障、開關(guān)拒分、刀閘無(wú)法電動(dòng)操作、PT氣室漏氣等情況，現(xiàn)#2主變變高GIS出現(xiàn)C相開關(guān)油泵啟動(dòng)頻繁、#1變高GIS刀閘電機(jī)出現(xiàn)絕緣下降情況。

2.1.4 220kV楓興線出線與220kV母線用一串瓷絕緣子隔開（16個(gè)絕緣子），兩線間距離約為2350mm（要求大于2550mm），由于受220kV母線的影響，線路高壓試驗(yàn)時(shí)會(huì)造成數(shù)值不準(zhǔn)。

2.1.5 #2主變中性點(diǎn)設(shè)備布置距離邊墻僅1600mm左右，其中性點(diǎn)刀閘由單接地的雙柱水平開啟式隔離開關(guān)改裝而成，主刀觸頭對(duì)地不到900mm，當(dāng)中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)，由于220kV中性點(diǎn)過電壓水平將達(dá)到110kV電壓等級(jí)，此時(shí)中性點(diǎn)刀閘觸頭對(duì)地距離不滿足安全凈距要求。

2.1.6 兩回220kV架空出線線路側(cè)均未配置避雷器，在雷擊跳閘期間重復(fù)落雷將造成已跳開的斷路器斷口擊穿。

2.2 電氣二次存在的問題及原因分析

2.2.1 主變變高GIS及母線PT使用年限過長(zhǎng)，存在老化及安全隱患。220kV PT及各間隔CT二次繞組數(shù)量、準(zhǔn)確級(jí)、額定二次容量等不滿足現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范要求。

2.2.2 微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)通訊互聯(lián)，將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)不能實(shí)時(shí)反映到五防主機(jī)，且在監(jiān)控系統(tǒng)工作站上對(duì)220kV配電裝置進(jìn)行遙控操作時(shí)將缺乏五防閉鎖軟件的實(shí)時(shí)閉鎖，如此有可能造成誤操作，留下事故隱患。

2.2.3 線路存在的問題及原因分析。由于220kV楓興線出線經(jīng)過兩個(gè)錐形泄洪洞的上方，長(zhǎng)期受水庫(kù)泄閘水蒸氣影響，導(dǎo)致出線檔導(dǎo)線、掛線金具發(fā)生腐蝕損壞現(xiàn)象，且用泄洪洞進(jìn)行泄洪時(shí)，水霧、泥霧也會(huì)對(duì)其安全運(yùn)行造成影響。

3 改造后系統(tǒng)原理說(shuō)明

3.1 220kV改造設(shè)計(jì)原則

鑒于楓樹壩電廠220kV配電裝置存在較多影響安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的問題。因此，為降低安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、保障電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高電廠發(fā)電可靠性，將對(duì)原220kV配電裝置改造，具體如下：

3.1.1 將楓樹壩電廠變電洞內(nèi)外220kV配電裝置整體改造為GIS設(shè)備，為遠(yuǎn)期擴(kuò)建220kV主變進(jìn)線間隔預(yù)留足夠的發(fā)展空間。

3.1.2 合理配置其PT及CT參數(shù)、優(yōu)化其布置、裝設(shè)進(jìn)出線避雷器、遷移#2主變中性點(diǎn)設(shè)備，并將220kV楓興線掛點(diǎn)改至123.2m高程變電洞外壩頂挑檐上。

3.1.3 拆除所有原220kV配電裝置后，在變電洞原位置沿變電洞縱向單列布置安裝5個(gè)GIS間隔（2個(gè)主變進(jìn)線間隔、1個(gè)母線設(shè)備間隔、2個(gè)出線間隔），進(jìn)出線均裝設(shè)敞開式避雷器。GIS到兩臺(tái)主變采用SF6管線經(jīng)GIS套管引出軟導(dǎo)線與主變相連。2回出線采用SF6管線引到2236平臺(tái)，經(jīng)GIS套管引出軟導(dǎo)線，分別接至楓龍線、楓興線架空線路。

3.1.4 將#2主變中性點(diǎn)設(shè)備拆除，并在原#1主變220kV母線側(cè)隔離開關(guān)A相支架上新建。

3.1.5 改造220kV楓興線掛點(diǎn)，將楓興線耐張絕緣子串掛點(diǎn)改至123.2m高程變電洞外壩頂挑檐上，并更換220kV楓興線楓樹壩電廠～2#塔段架空線路。

3.2 220kV配電裝置電氣接線

本期改造電氣主接線同前期，220kV配電裝置本期及遠(yuǎn)期接線形式為單母線接線。5個(gè)間隔，包括1個(gè)母線PT、2回主變進(jìn)線、2回出線接入220kV電網(wǎng)系統(tǒng)，分別為楓興線和楓龍線。進(jìn)出線均加裝避雷器，母線不設(shè)避雷器。主變進(jìn)線間隔主變側(cè)、出線間隔線路側(cè)及母線均配置快速接地刀閘。由于原出線阻波器及耦合電容器等電力載波設(shè)備已無(wú)使用功能，本次拆除后不再配置相關(guān)設(shè)備。主變壓器220kV中性點(diǎn)均采用經(jīng)單相接地隔離開關(guān)直接接地方式，變壓器中性點(diǎn)接地方式可以選擇不接地或直接接地，可滿足系統(tǒng)不同的運(yùn)行方式。主接線圖如圖1所示：

3.3 220kV配電裝置平面布置

本期在變電洞#9壩段位置安裝5個(gè)GIS間隔，2個(gè)主變進(jìn)線間隔、1個(gè)母線設(shè)備間隔、2個(gè)出線間隔，GIS采用沿變電洞縱向單列布置，進(jìn)出線避雷器均采用敞開式布置。

變電洞內(nèi)#1主變、#2主變進(jìn)線及兩回出線的GIS管線均采用在地面上立支架安裝。#1主變進(jìn)線GIS管線底部在#2主變側(cè)距地面3500mm，在#1主變側(cè)距地面2500mm；兩回出線的GIS管線底部距地面2500mm；#2主變進(jìn)線GIS管線底部距地面3500mm。#1主變進(jìn)線GIS管線經(jīng)過#2主變時(shí)，考慮不同時(shí)停電檢修帶電部分至接地部分之間的安全距離應(yīng)滿足B1值的要求，即GIS管線距220kV高壓套管不小于2550mm、距中性點(diǎn)套管不小于1600mm。220kV GIS平面布置示意圖如圖2所示：

4 施工中難點(diǎn)處理以及注意事項(xiàng)

4.1 施工工期及施工順序

由于施工期間需要保證電廠有一臺(tái)機(jī)組能正常發(fā)電（通過#1主變110kV側(cè)線路送出），另外也需要部分設(shè)備拆除空出場(chǎng)進(jìn)行基礎(chǔ)施工，因此對(duì)施工及停電順序有要求。先拆除220kV楓興線設(shè)備，臨時(shí)遷移220kV母線避雷器，楓興線線路設(shè)備拆除后，拆除楓興線的進(jìn)出刀閘、阻波器、耦合電容、PT及母線避雷器的混凝土支墩，空出場(chǎng)地進(jìn)行GIS安裝基礎(chǔ)及SF6管線基礎(chǔ)的開挖。由于電廠從10月16日開始進(jìn)行#2機(jī)A級(jí)檢修，機(jī)組A級(jí)檢修開工后，將無(wú)法將GIS設(shè)備儲(chǔ)放在廠房，因此需在10月16日前將GIS設(shè)備運(yùn)輸?shù)阶冸姸磧?nèi)的安裝位置上。

4.2 變電洞南端的屋面頂蓋上增設(shè)出線掛線點(diǎn)

本工程將220kV楓興線楓樹壩側(cè)掛點(diǎn)提高，掛至壩體原導(dǎo)線掛點(diǎn)上一層混凝土結(jié)構(gòu)。由于屋面頂蓋南側(cè)的框架梁原設(shè)計(jì)功能不是掛出線導(dǎo)線，若將出線導(dǎo)線的掛線點(diǎn)設(shè)置在該框架梁上。經(jīng)驗(yàn)算，將會(huì)大大增加框架柱正對(duì)出線方向的負(fù)荷，同時(shí)由于本工程未能收集到前期結(jié)構(gòu)施工圖，無(wú)法驗(yàn)算其結(jié)構(gòu)承載力，故不考慮將出線掛線點(diǎn)設(shè)置在屋面頂蓋南側(cè)的框架梁上。為此本期改造工程需要在框架梁上打孔穿上對(duì)孔螺栓，其兩端設(shè)置鋼板，再通過鋼拉桿將出線掛線荷載傳至屋面頂蓋北側(cè)鋼筋混凝土墻，鋼拉桿則利用化學(xué)錨栓固定在鋼筋混凝土墻上。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)220kV配電裝置改造后，徹底解決了主變洞內(nèi)歷史遺留的一些設(shè)計(jì)不規(guī)范的問題，現(xiàn)在220kV配電裝置及其進(jìn)出線全部采用SF6氣體絕緣金屬封閉設(shè)備，具有產(chǎn)品技術(shù)成熟、運(yùn)行工況好、可靠性高、維護(hù)工作少的特點(diǎn)，可顯著節(jié)省運(yùn)行維護(hù)成本。220kV配電裝置采用GIS設(shè)備，大大減少了高壓配電裝置的占地面積，本次工程改造后，GIS設(shè)備及其相關(guān)設(shè)施占地面積不到原有敞開式配電裝置占地面積的30%。采用GIS配電裝置，主回路設(shè)備及導(dǎo)體全部封閉在金屬殼體內(nèi)，可避免發(fā)生電暈及其產(chǎn)生的附加損耗，消除高壓帶電設(shè)備的無(wú)線電干擾。

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