大龍?zhí)端娬倦姎庖淮卧O(shè)計(jì)

何鍇君，余位權(quán)，何 科

(1.貴州省水旱災(zāi)害防御中心，貴州？貴陽(yáng)，550002；2.貴州省水利投資集團(tuán)有限責(zé)任公司黔中分公司，貴州？貴陽(yáng)，550002；3.銅仁供電局，貴州？銅仁，554300)

1 工程概況

大龍?zhí)端娬竟こ涛挥谠颇鲜〕壑荽笠h趙家店鄉(xiāng)，主廠房位于瀑布下游約750 m的左岸坡腳(大龍?zhí)洞鍖?duì)岸坡腳)，該位置為“上陡下緩”地形，距趙家店鄉(xiāng)鄉(xiāng)政府下游大約2.5 km。大龍?zhí)端娬緸橐诫娬荆瑝沃放c廠房之間是大姚縣八大旅游景區(qū)之一——“三潭”瀑布。壩址位于廠房上游約2.3 km，趙家店鄉(xiāng)下游450 m。壩址正常蓄水位1 708.00 m，相應(yīng)庫(kù)容1.7萬(wàn)m3，校核洪水位1 713.54 m。電站采用引水地面式廠房，廠房?jī)?nèi)安裝2臺(tái)容量為6 000 kW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為12 000 kW；電站年利用小時(shí)數(shù)為4 510 h，功率因數(shù)為0.8。

根據(jù)電站裝機(jī)規(guī)模、地理位置及其在電力系統(tǒng)中所處的作用等因素，本電站與電力系統(tǒng)的連接方式為：以一回35 kV線路接于110 kV大姚縣中心變電站35 kV母線上，輸送容量為12 MW，輸送距離大約為20 km；另預(yù)留一回。

2 電氣主接線方案

根據(jù)電站裝機(jī)規(guī)模及初定的接入系統(tǒng)方案，按照接線簡(jiǎn)單清晰、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理及便于分期過(guò)渡的原則，結(jié)合本電站實(shí)際情況，對(duì)電氣主接線進(jìn)行以下2個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

2.1 方案一：采用擴(kuò)大單元接線

主變?yōu)?臺(tái)容量為16 000 kVA的雙線圈無(wú)載調(diào)壓變壓器，電壓等級(jí)為38.5±2×2.5%/6.3 kV。設(shè)2臺(tái)廠用變壓器，單臺(tái)容量為250 kVA，其中1臺(tái)廠用變壓器接自6.3 kV母線，另一臺(tái)廠用變壓器接自35 kV母線，35 kV高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備考慮為戶內(nèi)布置。此方案的優(yōu)點(diǎn)為接線簡(jiǎn)單、清晰，操作方便。僅用1臺(tái)主變壓器，其相應(yīng)的高壓側(cè)設(shè)備少，35 kV高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備安全可靠性較戶外布置高，占地面積小，綜合投資較小，但其供電可靠性較低，小負(fù)荷時(shí)空載損耗大。

2.2 方案二：2臺(tái)發(fā)電機(jī)與2臺(tái)主變接線方式為單元接線

2臺(tái)主變?nèi)萘烤鶠? 000 kVA雙圈變，高壓側(cè)接至35 kV；升高電壓側(cè)接線均采用單母線組接線方式。設(shè)2臺(tái)廠用變壓器，容量為250 kVA，分別接至1、2號(hào)機(jī)的6.3 kV母線上。此方案的優(yōu)點(diǎn)為當(dāng)1臺(tái)主變故障時(shí)，不導(dǎo)致全廠停電，可靠性較高；缺點(diǎn)是綜合投資高。

綜上所述，在主變故障的情況下，方案一會(huì)導(dǎo)致電能無(wú)法送出，但考慮到該電站裝機(jī)容量較小，主變檢修可放在枯水期進(jìn)行，停電損失小，且綜合投資方案一少39萬(wàn)元；故推薦該電站電氣主接線方案為方案一接線。

3 短路電流及主要電氣設(shè)備選擇

3.1 短路電流計(jì)算

根據(jù)本電站的接入電力系統(tǒng)方式，短路電流計(jì)算為以大姚縣中心變電站35 kV母線側(cè)為無(wú)窮大系統(tǒng)，結(jié)合發(fā)電機(jī)及主變的運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)業(yè)主提供的35 kV側(cè)母線短路容量及正序、零序阻抗數(shù)據(jù)完成計(jì)算。短路電流計(jì)算示意圖如圖1所示。

選取Sj=10 MVA，Uj=Uav為基準(zhǔn)值。經(jīng)計(jì)算，XG1*=XG2*=0.267；XB*=0.04；XL*=0.053；短路電流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 短路電流計(jì)算成果表

3.2 主要電氣設(shè)備選擇

根據(jù)短路電流計(jì)算結(jié)果以及本電站35 kV出線的布置方式選擇電氣設(shè)備，主要電氣設(shè)備根據(jù)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行維護(hù)方便和安全可靠的原則進(jìn)行選擇，符合有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的要求，并能滿足設(shè)備本身的要求。電站主要電氣設(shè)備參數(shù)如表2所示。

表2 電站主要電氣設(shè)備參數(shù)表

4 電氣設(shè)備布置

本電站為引水地面式廠房，考慮到電站地勢(shì)比較狹窄，不利于土建開(kāi)挖，故主、副廠房為“一字型”布置。主廠房長(zhǎng)為33 m，寬為14 m，2臺(tái)機(jī)組間距為11 m，在發(fā)電機(jī)層(高程為1406.20 m)每臺(tái)發(fā)電機(jī)機(jī)組上游側(cè)機(jī)組段各布置4塊機(jī)旁屏，機(jī)旁屏包括2塊勵(lì)磁屏、1塊測(cè)溫制動(dòng)屏和1塊機(jī)組LCU屏。副廠房右靠主廠房布置，僅為1層。高程為1 406.20 m，長(zhǎng)為49.1 m，寬為9.2 m，高為5 m，分別布置有35 kV高壓開(kāi)關(guān)柜室、6.3 kV高壓開(kāi)關(guān)柜室、儀器儀表室、廠用變及勵(lì)磁變室、中控室、通信室及交接班室。由于35 kV側(cè)電氣設(shè)備采用的是戶內(nèi)布置，故不考慮設(shè)升壓站，只需在6.3 kV高壓開(kāi)關(guān)柜室外面布置1臺(tái)型號(hào)為S10—16 000 kVA的雙圈變壓器；變壓器下設(shè)儲(chǔ)油坑，并鋪設(shè)厚度不小于250 mm的鵝卵石，油坑內(nèi)設(shè)有排油管直通設(shè)在附近的事故油池。變壓器四周設(shè)置固定式水噴霧滅火裝置。35 kV出線則從35 kV高壓開(kāi)關(guān)柜室外引出，平臺(tái)上放置有耦合電容器和避雷器。根據(jù)其他專業(yè)意見(jiàn)，本電站壩區(qū)用電輸電距離較遠(yuǎn)，故不考慮壩區(qū)用電設(shè)備。

5 電站廠用電及壩區(qū)用電

廠用電接線采用從發(fā)電機(jī)出口6.3 kV母線引接1臺(tái)容量為250 kVA的干式變壓器作為廠用電源；另一廠用電源從35 kV母線引接，選用1臺(tái)容量為250 kVA的油浸式變壓器，2臺(tái)廠變互為明備用。

電站廠用電400 V采用機(jī)組自用電和全廠公用電混合的供電方式。廠用電設(shè)計(jì)為單母線形式，正常情況下由引接至發(fā)電機(jī)母線上的廠用變壓器供電；當(dāng)該臺(tái)廠用變壓器故障時(shí)，備自投裝置將自動(dòng)投入另一臺(tái)引接自35 kV母線上廠用變壓器運(yùn)行，以承擔(dān)全廠廠區(qū)負(fù)荷。

由于壩區(qū)離廠房直線輸電距離大約有2 km，綜合其他專業(yè)意見(jiàn)，故壩區(qū)的用電電源不由廠用電供給，而從附近農(nóng)村電網(wǎng)接入；但考慮到壩區(qū)有泄洪要求，在壩區(qū)配電房設(shè)置1臺(tái)50 kW柴油發(fā)電機(jī)組作為壩區(qū)負(fù)荷的備用電源，以供緊急情況下使用，提高壩區(qū)用電的可靠性。壓力前池用電電源根據(jù)其他專業(yè)的意見(jiàn)，不由廠用電供給，因?yàn)閴毫η俺貑㈤]機(jī)為手動(dòng)式。

6 照 明

為確保電站內(nèi)重要部位正常生產(chǎn)、檢修、維護(hù)、事故處理的進(jìn)行，全廠照明設(shè)置工作照明和事故照明兩個(gè)系統(tǒng)。照明配電盤布置在繼電保護(hù)室內(nèi)，照明配電網(wǎng)絡(luò)主要采用樹(shù)干式配電。

工作照明是水電站各工作場(chǎng)所在正常工作時(shí)需要的一種照明裝置，采用交流380/220 V三相五線制。照明負(fù)荷根據(jù)場(chǎng)所的用途，分別設(shè)置照明配電箱。

事故照明是當(dāng)工作照明發(fā)生故障中斷時(shí)，用來(lái)給值班人員繼續(xù)工作和疏散用的照明裝置，采用交、直流供電方式，直流經(jīng)過(guò)逆變電源供電。事故照明接線采用單母線雙電源自動(dòng)切換接線，正常情況下，事故照明系工作照明的一部分，并由交流電源供電；當(dāng)發(fā)生電站停電事故時(shí)，由事故照明切換裝置自動(dòng)切換到逆變電源供電，以確保電站事故處理和人員疏散。

按照合同技術(shù)規(guī)范提出的要求和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)下列主要區(qū)域所考慮的代表性最低照度水平如表3所示。

表3 主要工作場(chǎng)所最低照度表

主廠房發(fā)電機(jī)層屬于高大廠房，且為中央生產(chǎn)場(chǎng)所，照度要求高，檢修更換燈泡困難，故采用大功率、高光效、壽命長(zhǎng)的金屬鹵化燈作為工作照明方式。為了補(bǔ)充機(jī)旁盤照度，在盤后安裝無(wú)眩光熒光燈，使照度均勻，光線柔和，且有較高顯色指數(shù)。在中控室、繼電保護(hù)室和計(jì)算機(jī)室布置有DLP屏，計(jì)算機(jī)及重要控制設(shè)備對(duì)室內(nèi)照度要求較高，須光線柔和、無(wú)陰影、無(wú)眩光、顯色性好，并要求在盤面上的垂直照度和水平照度相差不大。結(jié)合建筑吊頂裝修，布置格柵式無(wú)眩光熒光燈，并選用部分作為事故照明，使整個(gè)環(huán)境顯得和諧舒適。

主副廠房的其他場(chǎng)所根據(jù)其不同功能，采用工廠燈或熒光燈。輔助生產(chǎn)房間及辦公室以熒光燈照明為主，透平油庫(kù)及油處理室為滿足防火要求采用防爆燈具。在主、副廠房的主要通道及安全出口等處安裝誘導(dǎo)標(biāo)志燈和事故門燈，在廠區(qū)四周及停車場(chǎng)采用高壓鈉燈路燈照明。

7 電站絕緣配合、防雷和接地設(shè)計(jì)

電站絕緣配合、防雷和接地設(shè)計(jì)按照《水力發(fā)電廠過(guò)電壓保護(hù)和絕緣設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T 5090—1999)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。35 kV配電裝置主要布置在戶內(nèi)，故不需要采用避雷針作為防直擊雷保護(hù)，只需在主、副廠房屋頂敷設(shè)避雷帶作為防直擊雷保護(hù)。主變場(chǎng)裝設(shè)單根18 m的避雷針作為防直擊雷保護(hù)。在每臺(tái)發(fā)電機(jī)出口、6.3 kV母線以及主變的低壓側(cè)各裝設(shè)1組避雷器。在35 kV線路側(cè)配置1組避雷器，35 kV架空輸電線路電站以外2 km架設(shè)避雷線。在35 kV引出線出口處各裝1組氧化鋅避雷器，對(duì)主變壓器和電氣設(shè)備均能起到防雷侵入波保護(hù)。35 kV主變壓器中性點(diǎn)采用不接地方式。

電站35 kV系小電流接地系統(tǒng)，對(duì)不同用途和不同電壓的電氣設(shè)備的接地均使用一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，其總接地電阻值要求不大于4 Ω。電站主接地網(wǎng)由自然接地體和人工接地體兩部分組成。為有效降低接地電阻值，電站接地網(wǎng)的布置首先盡可能充分利用自然接地體，如引水系統(tǒng)的鋼管和鋼筋、供排水管、機(jī)組蝸殼、尾水管、進(jìn)水口攔污柵、各種閘門、水工建筑物的金屬構(gòu)架等，并在此基礎(chǔ)上再敷設(shè)1個(gè)人工接地裝置，在尾水渠及附近敷設(shè)水下接地網(wǎng)，以降低全站接地電阻。在廠房附近設(shè)置一定數(shù)量的垂直接地極，共同構(gòu)成1個(gè)人工接地網(wǎng)。自然接地體和人工接地網(wǎng)之間至少用2根接地干線連接，干線為截面不得小于50 mm×5 mm的扁鋼或直徑18 mm的圓鋼，以構(gòu)成全廠接地系統(tǒng)。

全站所有電氣設(shè)備均就近與接地干線連接，所有金屬結(jié)構(gòu)件均與接地網(wǎng)連接，各接地網(wǎng)之間分別通過(guò)鋼管、扁鋼、鋼筋焊接連接。在電站主副廠房、主變場(chǎng)布置各級(jí)電壓的電氣設(shè)備，均與明敷或者暗敷成閉合回路的水平接地干線相連接。各建筑物層的水平接地網(wǎng)間通過(guò)多根垂直接地干線連成一體，并與主接地網(wǎng)連接，重要電氣設(shè)備的工作和保護(hù)接地干線的連接不少于兩處。

主、副廠房為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)鋼筋中沿廠房柱內(nèi)每隔5 m距離選定1根垂直鋼筋與房頂及地板內(nèi)表層水平鋼筋焊牢，從而形成1個(gè)屏蔽網(wǎng)，且與接地干線連接，使整個(gè)結(jié)構(gòu)電位均衡。另外，還應(yīng)在房頂敷設(shè)均壓網(wǎng)。