大顶子山航电枢纽主要电气设备选择及布置

杨城回，霍东鹏，王树生

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

大顶子山航电枢纽工程位于松花江干流哈尔滨下游46 km处，是一座以航运、发电、和改善哈尔滨水环境为主，同时具有交通、水产养殖和旅游等综合利用功能的低水头航电枢纽工程。由船闸、泄洪闸及混凝土过渡坝段、河床式水电站、土坝及坝上公路等工程组成。水电站装机6台，单机容量11 MW，总装机容量66 MW，多年平均发电量3.532×108kW·h，年利用小时数为 4 870 h，水库为径流无调节水库。电站在电力系统中担负基荷。电站以双回66 kV线路接入220 kV巴彦变电所，线路亘长24.5 km。

1 电气主接线

根据主接线方案比较，电气主接线选用2台三相双线圈自然油循环风冷变压器，单台容量为40 MV·A；6.3 kV侧采用发电机主变压器组成三机—变扩大单元接线，66 kV侧采用变压器—线路组（带备用断路器）接线。

2 厂用电接线及坝区接线

2.1 厂用电接线

厂用电由两组机—变扩大单元组合的发电机电压汇流母线分别引接一回电源作为的工作电源，另从地区变电所（保留下的施工变电所）引接一回10 kV外来电源以作为厂用电的第二备用电源。厂用电采用0.4 kV一级电压供电，全厂共设3台 6.3（10）/0.4 kV、630 kV·A 厂用变压器（其中 2台高压侧为6.3 kV，1台为10 kV）。其0.4 kV侧分别接至由厂用配电主盘组成的3段厂用母线，3段母线之间设分段断路器联络和备用电源自动投切装置。

2.2 坝区接线

在电站厂房内设1座6.3 kV坝区中心开闭所，另在船闸区、左坝区和厂房右端分别设1座6.3/0.4 kV配电所。在每个泄洪闸泵房内均设置一面低压盘，作为Ⅰ类负荷，以双投开关与不同分段的主配电屏（布置在6.3/0.4 kV配电所内）连接。在设计过程中，本着安全、可靠、经济的原则，采用了相邻盘柜间相互备用的原则，即1号泵房低压盘电源从配电所Ⅰ段母线引接，2号泵房低压盘电源从配电所Ⅱ段母线引接，由于两个泵房相邻很近，相互之间再备用，既实现了以双投开关与不同分段的主配电屏连接，同时也节约了成本。

3 主要电力设备选择

3.1 三相短路电流计算

根据系统接入电力系统资料，“2015年系统阻抗归算至大顶子山水电站66 kV母线正序等值电抗标幺值 X∑″=0.197 988（基准容量：Sj=100 MV·A，基准电压：Uj=Up）。”及选定的电气主接线和可能出现的一回线路输送5台机容量的电站最大运行方式进行了三相短路电流计算。

三相短路电流计算成果见表1。

表1 三相短路电流计算成果表

3.2 主要电气设备选择

a）水轮发电机：型号为 SFWG—11—64/6320；额定功率为11 MW；额定转速为93.8 r/min；额定电压为6.3 kV；额定功率因数为0.92；额定频率为 50 Hz。

b）主变压器：型号为 SF9—40000/66；额定电压为 66±2×2.5%/6.3 kV；接线组别为 YN，d11；冷却方式为自然油循环风冷；阻抗电压为9%。

c）66 kV六氟化硫全封闭组合电器：额定电压为72.5 kV；额定电流为1 250 A；额定短路开断电流为31.5 kA；额定短时耐受电流为 31.5 kA（4 s）；额定峰值耐受电流为 80 kA（峰值）。

d）高压电缆：型式为单芯、铜导体、交联聚乙烯（XLPE）绝缘；额定电压为66 kV；标称截面为1×300 m2。

e）高压封闭母线：型式为三相共箱；额定电压为6.3 kV；额定电流为4 000 A；额定频率为50 Hz。

f）高压开关柜：型号为KYN—10；额定电压为10.5 kV；额定电流为1 250 A/4 000 A；断路器开断电流为 40 kA；额定频率为 50 Hz。

4 主要电气设备布置

4.1 发电机机端电压设备

该电站采用灯泡贯流式机组，发电机电压采用6.3 kV。发电机主引出线采用3根3×240交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套钢带铠装阻燃电力电缆，额定电压6/10 kV，额定电流435 A。由发电机进人孔引出至2台发电机之间的电缆沟内，再引上至115.00 m高程下游电气副厂房内的发电机电压成套配电装置室，与发电机回路的电压互感器柜相连。由6.3 kV成套高压开关柜装置组成的机—变扩大单元汇流母线至主变低压侧采用三相共箱封闭母线，自115.00 m高程的发电机电压配电装置室引出，经电缆廊道（兼做母线廊道）引至布置在110.30 m高程安装间下游侧平台的主变低压侧。

4.2 厂内电气设备布置

下游电气副厂房共分两层。励磁变压器、6.3 kV高压开关柜、电压互感器柜、厂用变压器、0.4 kV低压配电屏、消弧线圈柜等均布置在二层，即115.00 m高程。一层110.30 m高程布置有机旁动力盘、坝区中心配电所、电缆廊道等。

66 kV开关站采用SF6全封闭组合电器（即GIS），布置在110.30 m高程安装间下游侧的专用房间内。

在主机间各机组段间及安装间下设有电缆通道，在中控室下设有电缆夹层，并与下游副厂房的电缆廊道相连，形成贯穿全厂的电缆通道。

4.3 66 kV主变压器布置

该工程枢纽由以下建筑物构成：整个坝长约3.2 km，从右至左依次为船闸、10孔泄洪闸、电站厂房、28孔泄洪闸、重力坝段、土坝。河床式电站厂房采用封闭的坝内式，其厂房顶盖与坝面在同一高程。为使整个枢纽布置整齐、美观，所有电气设备均需布置于坝面以下的高程内。因此，针对该工程枢纽布置的特点，将两台主变布置在110.30 m高程安装间下游侧的半封闭平台上，主变位置对主变进厂及进安装间检修都非常方便。同时也与整个枢纽环境和旅游景观要求相适应。

4.4 66 kV高压电缆

GIS开关站出线回路选用66 kV交联聚乙烯（XLPE）绝缘、铜导体、单芯电力电缆。导体截面1×300 mm2。开关站侧为GIS终端，出线场侧为空气终端。2回路共6只GIS电缆终端，6只空气电缆终端。电缆在靠GIS开关站和出线场侧，两端留有备用段。经校验满足长期运行和短路工况的要求，电缆水平部分用支架明敷在电缆廊道（电缆沟）中，垂直部分明敷在电缆竖井中，电缆廊道（电缆沟）长700 m，高差18 m。每相电缆采用非磁性夹具将电缆固定在支架上。

4.5 66 kV开关站及出线场布置

66 kV开关站采用户内六氟化硫全封闭组合电器，即GIS开关站，布置在安装间下游侧110.30 m高程与主变压器相邻的封闭房间内，开关站与主变之间直接采用GIS管道母线连接。此外，在左岸的重力坝段下游侧平台上设出线场，其间采用66 kV电力电缆经位于左岸泄洪闸闸墩上设置的电缆廊道敷设连接。

4.6 坝区供电设备布置

在电站厂房内布置1座6.3 kV坝区中心开闭所，另在船闸区、左坝区和厂房右端分别布置1座6.3/0.4 kV配电所。此外，在右坝区和左坝区还布置了第3个电源，即设置一台320 kW的可移动拖车式柴油发电机组，作为坝区泄洪设施的保安备用电源，极限情况下，也可作为电站机组的黑启动电源。

在每个泄洪闸泵房内均布置一面低压盘，作为Ⅰ类负荷，以双投开关与不同分段的主配电屏（布置在6.3/0.4 kV配电所内）连接。

5 结语

本工程的枢纽包括:船闸区、含10孔泄洪闸的右坝区、发电厂房坝段区、含28孔泄洪闸的左坝区、重力坝段区、土坝区等水工建筑物，全长3.2 km；机组台数多，同时用电负荷数量多，分布范围广，性质重要，供电距离长，对供电可靠性要求高。本文结合实际情况，对66 kV设备、主变压器、发电机电压设备、厂坝区供电设备的布置位置从技术和经济角度两方面比较，确定了较合理的方案。所有设备的技术参数均完全满足长期运行和三相短路工况的要求，而且均具有多年成功的运行经验，维护方便，可靠性好。

［1］水电站机电设计手册（电气一次）［M］.北京：水利电力出版社，1982.

［2］DL/T 5186-2004，水力发电厂机电设计规范［S］.