越南某水電站項目的電氣一次設(shè)計過程

杜萍

【摘要】本文對越南某水電站項目的電氣設(shè)計過程，包括電氣主接線設(shè)計、主機(jī)與輔助設(shè)備之間的配合設(shè)計以及新建電站涉及的相關(guān)電氣一次計算、發(fā)電機(jī)出口斷路器設(shè)計、400V廠用電接線設(shè)計、電纜敷設(shè)、主變壓器接地方式、導(dǎo)線受力分析等系統(tǒng)的設(shè)計過程中，重點應(yīng)關(guān)注的問題進(jìn)行了總結(jié)闡述和分析。

【關(guān)鍵詞】越南；水電站；電氣一次設(shè)計；設(shè)計要點

1、工程概況

本電站位于越南奠邊府南木河上，新建項目，電站總裝機(jī)容量為2x22.1MW，裝有2臺混流式水輪機(jī)，水頭范圍為48.5-50.4-52.6m，額定轉(zhuǎn)速為214.3r/min，采用發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線。原合同工期為2年，但由于雨季造成電站建設(shè)周期嚴(yán)重滯后，但截止目前已完工發(fā)電。

2、電氣設(shè)計概述

2.1 電氣主接線圖設(shè)計

本電站采取發(fā)電機(jī)-變壓器組單元接線，發(fā)電機(jī)與主變壓器容量相同，接線清晰明了。發(fā)電機(jī)中性點采用高電阻接地方式，中性點引出線經(jīng)單相接地變壓器（二次側(cè)接電阻）接地。

2.2 主機(jī)與輔助設(shè)備（BOP）之間的配合設(shè)計以及電站相關(guān)計算

水輪發(fā)電機(jī)組和電站其他輔助設(shè)備（Balance of Plant，縮寫為BOP）之間的配合包括發(fā)電機(jī)主引線、發(fā)電機(jī)中性點引線方位、高程以及風(fēng)罩墻開孔大小確定，機(jī)組自身用電負(fù)荷容量計算、機(jī)坑內(nèi)外各油氣水管路埋管以及電氣電纜埋管的配合、發(fā)電機(jī)出口和發(fā)電機(jī)中性點CT應(yīng)考慮特性曲線一致等。

涉及到的相關(guān)計算有發(fā)電機(jī)中性點柜接地變?nèi)萘康挠嬎恪⒔拥仉娮璧挠嬎?，短路電流計算、發(fā)電機(jī)出口斷路器直流分量計算、廠用低壓短路電流計算、廠用變?nèi)萘啃：?、電纜壓降校核等。

2.3 發(fā)電機(jī)出口電壓斷路器設(shè)計

因為機(jī)組比較小，本次選擇了ABB公司的VD4G型GCB，并成套于UniGear ZS1-12鎧裝式金屬封閉中置開關(guān)設(shè)備中。VD4G真空滅弧室及操作機(jī)構(gòu)系德國ABB產(chǎn)品，按照國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE.C37.013進(jìn)行研發(fā)和設(shè)計，運到廈門ABB裝柜后供貨。與普通配電型斷路器相比，具有以下專門要求：具有較大的開斷短路電流直流分量能力的要求，較強(qiáng)的失步開斷和關(guān)合電流能力的要求以及較長的電氣和機(jī)械操作壽命的要求，為專門針對發(fā)電機(jī)出口回路的特殊技術(shù)要求而設(shè)計。本項目執(zhí)行過程中，有以下兩個注意點：

1） 當(dāng)斷路器安裝地點的短路電流直流分量不超過斷路器額定短路開斷電流幅值的20%時，額定短路開斷電流僅由交流分量來表征，不必校驗斷路器的直流分段能力。在本項目中，所供的發(fā)電機(jī)出口斷路器滿足額定短路開斷電流為40kA，直流分量61%，但是有關(guān)直流分量業(yè)主招標(biāo)文件中要求為75%。需校核設(shè)備的直流分量指是否滿足要求。經(jīng)過計算，發(fā)電機(jī)出口側(cè)短路電流最大不會超過25kA，當(dāng)機(jī)構(gòu)快速動作致使開斷電流中的直流分量達(dá)到75%時，直流分量值達(dá)到25x0.75x√2=18.75√2，以40kA核算其直流分量百分?jǐn)?shù)約為18.75√2/40√2=47%，因此ABB提供的設(shè)備參數(shù)滿足要求。

2） 12kV開關(guān)柜中負(fù)荷開關(guān)柜較其他柜子深，若綜合考慮性能和設(shè)備布置將負(fù)荷開關(guān)換成VD4真空斷路器，則此VD4真空斷路器存在直流分量不能滿足要求的情況。同時因為該斷路器較發(fā)電機(jī)出口斷路器直流分量小，動作時間快，即使換成直流分量能滿足要求的真空斷路器，也必須通過二次保護(hù)保證發(fā)電機(jī)出口斷路器VD4G先動作。操作麻煩、成本上升，因此此處不考慮更換。

2.4 400V廠用電接線

400V廠用電接線采用三相四線制，系統(tǒng)的中性點為直接接地，形式為單母線分段接線。運行方式為：正常運行時，由2臺廠用變各帶一段母線分列運行，兩臺廠用變互為暗備用，當(dāng)其中一臺廠用變故障或檢修時，母聯(lián)開關(guān)合上，另一臺廠用變帶全部負(fù)荷運行。另外還設(shè)一臺柴油機(jī)以及一路外來電源作為備用電源，當(dāng)兩臺廠用變?nèi)客＿\時，可由外來電源供電，在外來電源亦失去的情況下，由柴油機(jī)帶部分重要負(fù)荷運行。有關(guān)廠用變?nèi)萘康男：?，根?jù)規(guī)范對各用電負(fù)荷的容量大小、用途性質(zhì)、重要程度及運行方式等進(jìn)行分析分類統(tǒng)計，并采用綜合系數(shù)法進(jìn)行計算，變壓器容量按最大負(fù)荷進(jìn)行選擇。

同時根據(jù)規(guī)范，校驗變壓器自啟動容量，以及當(dāng)?shù)蛪弘妱訖C(jī)的功率（kW）大于或等于20%電源變壓器容量（kVA）時，驗算正常起動時電動機(jī)所連接母線的電壓水平。

2.5 電纜敷設(shè)

本項目按盡量大可能地減少埋管的原則，電纜敷設(shè)基本采用橋架以及明管敷設(shè)的方式。本項目因為副廠房設(shè)計分別在主廠房的上下游，部分電纜敷設(shè)需要繞，電纜比較長，需進(jìn)行電纜壓降計算。為了配合主機(jī)主引出線的高程，橋架上的電纜按電壓等級由高至低，由下而上的順序排列。橋架應(yīng)注意與暖通風(fēng)管、水機(jī)油氣水管、給排水各個專業(yè)配合，避免碰撞。

2.6 主變壓器接地方式

變壓器110kV側(cè)接地方式，采用分級絕緣。變壓器中性點裝設(shè)避雷器和放電間隙（為有效接地方式），可直接接地運行，也可不接地運行的方式。其中避雷器主要用于防止雷電過電壓破壞，間隙保護(hù)主要防止變壓器中性點絕緣遭受危險的工頻過電壓、操作過電壓及諧振過電壓損壞（同時對雷電過電壓也有一定的抑制作用），兩者有效配合對分級絕緣變壓器中性點過電壓進(jìn)行保護(hù)。

間隙的選擇應(yīng)滿足以下條件：首先，工頻電壓作用下，間隙耐受電壓應(yīng)大于電網(wǎng)單相接地而引起的中性點電位升高暫態(tài)值，其次，系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，當(dāng)有關(guān)中性點接地點跳閘后，而帶電源的中性點不接地變壓器仍保留在故障電網(wǎng)中，110kV變成一個不接地系統(tǒng)，電網(wǎng)零序電壓升高（故障點零序電壓最高可達(dá)到相電壓），在對變壓器絕緣有較大危害情況下，放電間隙應(yīng)能動作放電，降低對地電壓，防止變壓器絕艷破壞。

有關(guān)避雷器的選擇，根據(jù)規(guī)范，在相同的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓下，避雷器的額定電壓選的越高，在運行中通過避雷器的漏電流越小，對減輕避雷器的劣化有利，可以提高運行的可靠性，但另一方面，避雷器的額定電壓搞了，雷電沖擊殘壓也相應(yīng)增高了，在同樣的絕緣水平下，保護(hù)裕度會降低，這兩方面是矛盾的。一般考慮原則是：只要滿足保護(hù)絕緣的配合系數(shù)，避雷器的額定電壓可選的高一些。

2.7 導(dǎo)線受力分析

有關(guān)變電站出線門架的受力情況，我院采用博超軟件進(jìn)行計算，同時請外單位也進(jìn)行了計算。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中幾個受力情況，如三相上人、單相上人檢修的水平拉力的計算結(jié)果和外單位的計算結(jié)果相差比較大。博超軟件計算結(jié)果較大，而外單位計算的受力結(jié)果較小。為了分析原因查看了水電、火電一次設(shè)計手冊，并結(jié)合手冊中的計算實例，發(fā)現(xiàn)水電手冊中計算上人檢修的受力時，按檔距中間上人的最嚴(yán)重情況進(jìn)行計算；而在火電手冊上相關(guān)的說明為：當(dāng)帶電檢修或更換絕緣子串及耐張線夾時，絕緣子串要上人，但以靠近檔距中間的引下線處上人為最重。當(dāng)導(dǎo)線中部無引下線，因為沒有上導(dǎo)線作業(yè)項目，故不考慮導(dǎo)線上人到檔距中央檢修荷重。其計算的例子中，檢修上人的位置亦考慮為有引下線的位置，而不是檔距中間。按這樣定位檢修上人位置，并用博超軟件驗算了之前外單位計算的受力情況結(jié)果，兩者計算結(jié)果基本相符。但因此為水電站項目，最終結(jié)果按照水電設(shè)備手冊進(jìn)行校核計算。

3、小結(jié)

本水電站電氣主接線、廠用電接線、主要電氣設(shè)備的選擇、過電壓保護(hù)和接地等設(shè)計，滿足有關(guān)規(guī)程規(guī)范及合同要求，符合越南當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。自成功發(fā)電以來，電站各系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，說明電氣一次設(shè)計滿足工程要求，是安全可靠的。電站中提及的發(fā)電機(jī)出口斷路器直流分量的選擇、400V廠用電接線的設(shè)計、主變壓器接地方式的選擇以及導(dǎo)線受力情況分析等，都可以用于以后類似電站電氣一次的設(shè)計借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[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，1982.

[2] 宋梅芳.中性點放電間隙和避雷器配置探討-以110kV分級絕緣變壓器為例 [J].應(yīng)用科技，2008（19）.