天花板水电站电气一次设计

第３７卷第６期　２０１１年６月　水力发电　

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天花板水电站电气一次设计　

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吕海勇．苑　睿　

（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京１０００２４）　

摘要：较详细地介绍了天花板水电站的电气一次设计，就电气主接线、主要电气设备选型及布置、厂坝区供电、　

防雷及接地等方面的技术问题进行了论述和总结，为今后同类型水电站的电气一次设计提供参考实例。　关键词：电气主接线；设备选型；厂坝区供电；防雷及接地；天花板水电站　

Ｐｒｉｍａｒｙ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｔｉａｎｈｕａｂａｎ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　

Ｌｕ　Ｈａｉｙｏｎｇ，Ｙｕａｎ　Ｒｕｉ　（ＨｙｄｒｏＣｈｉｎａ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００２４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｔｉａｎｈｕａｂａｎ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　

ｉｓｓｕｅｓ　ｏｎ　ｍａｉｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ｍａｉｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌａｙｏｕｔ，ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｔｏ　ｄａｍ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ，　

ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｈｅｒｅｉｎ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　

ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐｒｏｊｅｅｔｓ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｍａｉｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｔｏ　ｄａｍ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ；ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　

ａｎｄ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ；Ｔｉａｎｈｕａｂａｎ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　

中圈分类号：ＴＭ６４５．１（２７４）　文献标识码：Ａ　文章编号：０５５９—９３４２（２０１１）０６—００７９—０３　

１工程概况　

天花板水电站是牛栏江中下游梯级规划的第７　

级电站。电站安装２台９０　Ｍｗ混流式水轮发电机　

组，总装机容量１８０　ＭＷ．保证出力４３．５　ＭＷ，多　

年平均发电量８．２９５亿ｋＷ・ｈ。装机年利用小时数　

４　６０８　ｈ。电站以发电为主，电力送入云南电网。　

２接入系统及电气主接线　

２．１　接入系统方式　

天花板水电站以２２０　ｋＶ一级电压接入电力系　

统，出线１回，接入５００　ｋＶ永丰变电站。线路路径　

经过凉风台水电站。天花板至凉风台线路导线截面　

为４００　ｉｎｍ　．线路长度８．６　ｋｍ：凉风台至５００　ｋＶ永　

丰变线路导线截面２ｘ３００　ｍｍ　，线路长４６．６　ｋｍ。　

２＿２电气主接线　发电机与主变压器之间的连接采用发电机一变　

压器组单元接线形式。在每台发电机出口设有１台　发电机断路器．发电机出口电压为１３．８　ｋＶ．发电机　

与发电机断路器之间、发电机断路器与主变低压侧　

之间均通过共箱封闭母线连接。　

２２０　ｋＶ升高电压侧采用“二进一出”的单母线　

接线形式。　

３短路电流计算及设备选型　

３．１　短路电流计算　

根据接入系统资料提供的系统阻抗、线路参数　

以及发电机、主变压器等制造厂提供的设备技术参　

数，进行了电站内短路电流的计算，各短路点短路　

电流值见表１。　

３．２水轮发电机　

水轮发电机选取２台套立轴悬式、密闭自循环　

收稿日期：２０１１－０４—１１　作者简介：吕海勇（１９７６一），男，河北石家庄人，高级工程师　从事水电站电气一次设计工作．

　水力发电　２０１１年６月　

表１短路电流计算　

空气冷却器冷却、三相凸极同步水轮发电机，型号　

为ＳＦ９０—２８／６８００，额定容量１０２　８５７　ｋＶ・Ａ．额定　

功率９０　０００　ｋＷ，额定电压１３　８００　Ｖ，额定电流　

４　３０３．２　Ａ，额定功率因数０．８７５（滞后），额定频率　

５０　Ｈｚ。额定转速２１４．３　ｒ／ｍｉｎ．飞逸转速４１０　ｒ／ｍｉｎ，　

定子接法为Ｙ接，额定励磁电压２９０　Ｖ，额定励磁　

电流１　１３０　Ａ，励磁方式为自并激静止可控硅励磁，　

旋转方向为俯视顺时针，效率为９８．１％（保证值），　

转子转动惯量ＧＤｚ为５　５００　ｔ．ｉｎ　，纵轴同步电抗　

为１．０１９　５（标么值），纵轴超瞬变电抗　ｄ，　为０．１９７　７　

（标么值），横轴同步电抗　。为０．６６６　１（标么值），　

横轴超瞬变电抗　。”为０．１９９　３（标么值），定子绕组　

时间常数　为０．２３３　４　ｓ，发电机总质量５５５　ｔ。　

３．３主变压器　

主变压器型式为三相双绕组油浸式强迫油循环　

水冷铜绕组升压电力变压器，型号为ＳＳＰ１０—　

１２００００／２２０，共２台，额定频率为５０　Ｈｚ，额定容量　

为１２０　ＭＶ・Ａ，额定电压为２４２±２×２．５％／１３．８　ｋＶ，　

阻抗电压为１４％，连接组别为ＹＮ，ｄ１１，冷却方式　

为强迫油循环水冷，中性点经隔离开关或问隙避雷　

器接地，变压器总质量１２７．８　ｔ。　

３．４　２２０　ｋＶ高压配电装置　

２２０　ｋＶ高压配电装置包括ＳＦ　气体绝缘金属全　

封闭组合电器（ＧＩＳ）和出线场设备。其中，２２０　ｋＶ　

ＧＩＳ为单母线接线，采用户内布置型式，包括２个　

进线间隔、１个出线间隔和１个　间隔。出线场设　

备为户外敞开式，包括电容式电压互感器、无间隙　

氧化锌避雷器、线路阻波器。　

３．５发电机电压回路设备　

发电机出口电压为１３．８　ｋＶ。发电机电压回路设　备包括①发电机出口断路器及成套设备柜，断路器　

选择型号为３ＡＨ３７１２—５的发电机专用真空断路器：　

②发电机电压共箱封闭母线，为不隔相、自然冷却、　

共箱金属封闭母线；③发电机中性点消弧线圈柜，　

为ＸＤＣ一８０／１３．８型无载调谐单相干式消弧线圈。　

４厂房电气设备布置　

４．１厂区总体设备布置　

天花板水电站厂区建筑物主要有主厂房、尾水　

副厂房、端部副厂房和主变开关楼。主厂房总长度　

墨殂　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．６　为６８．５　ｍ、主机间宽度为２２．２　ｉｎ，其中１号机组段　

长２３　ＩＴＩ、２号机组段长２０　１ＴＩ，安装间长２５．５　ｉｎ。主　

厂房机组段分发电机层、母线层、水轮机层、蜗壳　

层，发电机层高程９６８．０　１１１．母线层高程９６３．２　ｍ．　

水轮机层高程９５９．０　ｍ，蜗壳层高程９５１．５　ｍ。　

４。２主变压器布置　

２台主变压器布置在主变开关楼主变层的主变　

室内，地面高程９７４．０　ＩＴＩ。　

４，３　２２０　ｋＶ高压配电装置布置　

４．３．１　２２０　ｋＶ　ＧＩＳ设备布置　

２２０　ｋＶ　ＧＩＳ设备包括２个进线间隔、１个出线　

间隔和１个ＰＴ间隔。共４个间隔．布置在主变开　

关楼的ＧＩＳ层，地面高程９８６．５　１１１。　

２２０　ｋＶ　ＧＩＳ进线采用ＳＦ６管道母线，ＳＦ６管道　

母线在９７４．０　ＩＴＩ高程与主变压器的油气套管相连后．　

垂直向上穿过母线电缆层（９８３．５　Ｉｎ高程）至ＧＩＳ层　

（９８６．５　ｉｎ高程）与ＧＩＳ设备相连。２２０　ｋＶ　ＧＩＳ出线　

采用ＳＦ６管道母线．经水平部分及垂直部分沿外墙　

引至主变开关楼楼顶９９９．５　ｍ高程出线场。　

４．３．２　２２０　ｋｖ出线场设备布置　

２２０　ｋＶ出线设备布置在主变开关楼屋顶，地面　

高程９９９．５　ｍ。电站２２０　ｋＶ出线１回引至永丰变电　

站，在出线的Ａ、Ｂ相上装设阻波器。出线场内布　

置有２２０　ｋＶ出线构架１个，２２０　ｋＶ　ＳＦ６／空气出线　

套管３只，阻波器２台（通过悬式绝缘子悬挂在出　

线构架的横梁上）。２２０　ｋＶ电容式电压互感器３台　

以及２２０　ｋＶ避雷器３台（电压互感器和避雷器均布　

置在预制的设备支架上）。　

４．４发电机电压回路设备布置　

每台发电机组设３面发电机断路器及成套设备　

柜，包括发电机断路器柜ｌ面，发电机出口成套设　

备柜２面，布置在与主厂房对应的上游侧主变开关　

楼发电机电压设备层内，地面高程为９６８．０　ｍ。另　

外，在发电机电压设备层对应每台机还布置有１面　

高压厂用组合保护装置柜。　

发电机主引出线采用共箱封闭母线经主厂房母线　

层、发电机层引至上游侧主变开关楼发电机电压设备　

层（地面高程９６８．０　ｍ），依次与励磁变、发电机断路　

器柜、高压厂用组合保护装置柜连接。再向上引至主　

变开关楼主变层与对应的主变压器低压侧相连接。　发电机中性点引出线通过母线槽与发电机中性　

点消弧线圈柜相连，中性点消弧线圈柜布置在与各　

自机组相对应的机墩旁，地面高程为９６３．２　ｍ。　４．５厂用设备布置　

电站２台高压厂用变压器布置在主厂房母线层　

上游侧，地面高程为９６３．２　ｍ：机组

自用电盘布置在　第３７卷第６期　吕海勇，等：天花板水电站电气一次设计　

主机问发电机层对应机组段上游侧；２台低压厂用　

变压器、低压公用配电主盘（含照明配电盘）、事故　

照明盘和１０　ｋＶ高压配电盘布置在尾水副厂房的最　

上层，地面高程为９６８．０　ｍ　

４．６电缆通道　

主厂房母线层为主要的电缆通道．设置有贯穿　

上下游及１、２号机组段的电缆桥架．通过母线层电　

缆桥架可以同端头副厂房、主变开关楼以及尾水副　

厂房的电缆夹层连通；同时在端头副厂房、主变开　

关楼、主厂房以及尾水副厂房设置有贯穿各层的电　

缆通道，实现了全厂电缆通道的贯通。　

５厂坝区供电　

电站厂、坝区之间距离约３　ｋｍ．为满足坝区负　

荷供电电压需要，电站采用１０、０．４　ｋＶ两级电压供　

电。机组自用电与厂区公用电采用混合供电方式。　

５．１　厂坝区供电电源　

厂区正常电源由２台主变压器低压侧经２台高　

压厂变引接．从地区六合变电站引接１回１０　ｋＶ外　

来电源作为备用电源。　

坝区正常电源由厂区ｌ０　ｋＶ　２号段母线引１回　

线路供电，从地区六合变电站引接１回１０　ｋＶ外来　

电源作为备用电源。为确保坝区重要泄洪设备的供　

电可靠性，另在坝区设置１台２６０　ｋＷ柴油发电机　

组作为坝区的事故应急电源。　

５．２厂坝区供电接线　

５．２．１　厂区供电接线　

厂区１０　ｋＶ母线采用单母线分段接线．分为两　

段（１０　ｋＶ　１号段和１０　ｋＶ　２号段）．两段之间设置　

联络断路器．１０　ｋＶ　１、２号段电源分别引自１号主　

变压器低压侧的１号高压厂用变压器和２号主变压　

器低压侧的２号高压厂用变压器，同时从地区六合　

变电站引１回线路至１０　ｋＶ　ｌ号段母线，作为备用　

电源。１、２号低压公用变压器分别接至１０　ｋＶ　１、２　

号段母线。　厂内０．４　ｋＶ公用电母线采用单母线分段接线，　

分为２段（０．４　ｋＶ　１、２号段），两段之间设置联络　

断路器。两台低压厂用变压器分别接在两段低压母