向家坝右岸电站电气一次设备综述

周家明，董 显

（向家坝水力发电厂，四川 宜宾 644612）

0 引言

向家坝右岸为地下厂房，安装4台水轮发电机组，发电机单机额定容量为888.9 MVA，出口母线为23 kV离相封闭母线（IPB）。发电机与变压器为单元接线，变压器的额定容量为890 MVA，额定电压550 kV。主变压器与GIS采用500kV高压电缆连接。500kV GIS出线通过SF6管线及出线套管引至出线门形架。出线平台布置SF6/空气套管、电容式电压互感器、避雷器等出线设备。右岸开关站为交流500 kV一级电压接入系统，右岸电站2回交流500 kV线路至复龙换流站，输送距离约为12 km。

1 电气主接线

电气主接线遵循“安全、可靠、灵活、经济”的原则，经过多个方案的可靠性计算及技术经济比较，向家坝右岸电站最终选择的主接线方式具有以下特点：

（1）每台机组发电机出口设置发电机断路器以满足机组参与调峰运行时的开、停机要求。

（2）发电机—变压器采用单元接线方式，其运行灵活度高，继电保护简单，分期过渡性强。

（3）500 kV采用3串3/2接线，其供电安全性高，灵活性强，对系统要求的适应性最好，继电保护相对简单，对厂用电影响最小。

（4）3串3/2接线采用交叉接线，比常规3/2非交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下事故扩大。

2 发电机

2.1 主要技术参数

向家坝右岸电站共装4台机组，由天津ALSTOM制造，主要技术参数见表1。

表1 向家坝右岸电站发电机主要技术参数

2.2 主要结构特点

（1）全空冷

水轮发电机均为立轴、半伞式结构，冷却方式均为全空冷，即定子绕组、定子铁芯和转子绕组均为空气冷却，采用密闭双路循环无风扇结构空气冷却系统。空气的循环通过发电机转子的径向气流作用来实现，空冷器出来的冷风，设计上端60%风量，下端40%风量，通过改变转子支臂进风口的大小来调节风量大小。

（2）定子组装

发电机定子结构尺寸大，工厂组装后运输存在困难，因此，采用现场组装方式。同时现场组装能够提高定子铁心的压紧质量，保证铁心圆度。定子为斜支臂的定子机座结构，定子机座分成5瓣运至现场，定子铁芯总高度为3 490 mm，共分为72小段，从下至上依次为第一至第七十二小段，在工地以1/3的叠片方式交错叠装。定子铁芯由0.5 mm厚的硅钢片叠装而成，顶部和底部的叠片组在工厂由5 mm厚粘连在一起的硅钢片叠成，形成一个坚固的圆环。

（3）定子绕组

向家坝右岸发电机定子绕组为三相双层波绕组，7支路并联，Y型连接，节距1—11—19，每极每相槽数为3，共756槽，槽电流6 375 A，定子线棒绝缘采用真空浸渍VPI绝缘技术，F级绝缘，1.5倍额定电压不起晕，线棒采用罗贝尔360度完全换位，所有接头采用银铜焊。采用整数槽，机组振动较小，但波形畸变较大。

（4）转子绕组

磁极线圈匝间绝缘、铁心极身绝缘为NOMEX绝缘纸，极身绝缘与线圈间隙用环氧玻璃布板外包浸渍涤纶毡塞紧。为减小波形畸变，采用的阻尼绕组偏1/4齿距。

（5）发电机中性点接地装置

发电机中性点接地装置由接地变压器、电阻、隔离开关等组成，接地变压器为单相环氧浇注式，绝缘等级为H级。

（6）局放监测系统

每台发电机组6个电容耦合式传感器，每相安装2个耦合器，第一个耦合器安装在发电机出线端软连接靠近定子侧，另一个安装在封闭母线上。电容耦合器额定电压等级25 kV，电容量80 pF，频宽40～350 MHz。

3 离相封闭母线

3.1 主要技术参数

离相封闭母线由江苏大全制造，主要技术参数见表2。

表2 封闭母线主要技术参数

3.2 主要结构特点

（1）总体方案

全连、自冷、离相、微正压充气封闭母线。

（2）结构尺寸

主回路外壳尺寸为Φ1 510 mm×10 mm，导体尺寸为Φ950 mm×15 mm。分支回路外壳尺寸为Φ735 mm×5 mm，导体尺寸为Φ175 mm×12 mm。主回路相间距离为2 000 mm。

（3）支撑方式

外壳支撑采用“抱箍加支座”、“鞍形支座”等支撑方式。主回路母线采用4绝缘子对称支撑方式，分支回路母线采用2绝缘子对称支撑方式。

（4）外壳接地方式

封闭母线外壳采用多点接地方式；外壳短路板应设可靠的接地点。当母线通过短路电流时，外壳离接地点最远端的感应电压不超过24 V。

（5）伸缩节

伸缩节外壳采用铝波纹管结构，导体和外壳均为焊接连接。伸缩节的设计满足轴向位移±25 mm，径向位移±20 mm的要求，保证母线和外壳的伸缩性。封闭母线和设备连接处，采用外壳带密封橡胶套可拆伸缩装置。

（6）密封结构

在封闭母线端部装设密封绝缘套管，与发电机和变压器的接口处采用橡胶波纹带密封。

4 主变压器

4.1 主要技术参数

主变压器由保定变压器有限公司制造，主要技术参数见表3。

4.2 主要结构特点

（1）铁心结构

铁心硅钢片厚度为0.27 mm，在50 Hz时1.7 T下，最大单位损耗值为0.95 W/kg。铁心叠片采用6级步进搭接接缝，无孔绑扎心式结构。

表3 主变压器主要技术参数

（2）绕组结构

高压绕组采用分级绝缘，低压绕组采用全绝缘。高压绕组为内屏蔽连续式结构，采用半硬自粘换位导线绕制；低压绕组为螺旋式结构，采用半硬自粘换位导线绕制。

（3）引出线

高压采用中部出线，500 kV成型引线引出，连接油/SF6套管。低压出线采用铜管引出，再通过接线片接至低压套管，由离相封母水平引出。

（4）冷却器

冷却器为防堵型双重管结构，每台变压器的冷却器数量为6台，其中1台为备用。冷却器的工作水压力为0.3～0.5 MPa，每台水冷却器的额定冷却容量为500 kW，额定水流量为70 m3/h。

（5）套管

高压套管为带有气体检漏系统的环氧树脂浸渍电容式（RIP）油/SF6套管，德国HSP公司生产，高压套管额定电压为550 kV，额定电流为2 500 A，短时耐受电流100 kA/1 s。低压套管为铜心环氧树脂浸渍油/空气瓷套管，瑞士MICAFIL公司生产，短时耐受电流100 kA/2 s。

（6）中性点接地方式

为限制短路电流值，主变中性点需经小电抗器接地，小电抗器电抗值为17.55 Ω。

5 500 kV高压电缆

5.1 主要技术参数

高压电缆本体由新宝丰电缆公司制造，电缆附件由江苏安靠制造，主要技术参数见表4。

表4 高压电缆主要技术参数

5.2 主要结构特点

（1）电缆本体主要结构

电缆导体为圆形5分割，主绝缘材料为超纯净XLPE，电缆由内向外主要7层，分别为导体、导体屏蔽，绝缘，绝缘屏蔽，缓冲层，金属套，外护套等。

（2）电缆终端主要结构

电缆终端两端均为与500 kV GIS相连接的GIS终端，电缆终端在地下主变洞高压电缆层为水平布置，在地面开关站电缆层为垂直布置。电缆终端的电气性能与电缆本体要求基本相同。电缆终端采用全干式结构，干式终端内的应力锥在工厂制作，现场只进行装配。

（3）接地回流线

为降低电缆外护套绝缘所承受的工频过电压，并抑制对电缆邻近的弱电线路的电磁干扰，每回电缆线路平行敷设一根回流线。接地回流线在主电缆之间按“三七开”布置，两端接地，在主电缆长度的中间位置进行交叉换位布置。回流线截面积为500 mm2,额定电压10 kV，额定短路电流63 kA/2 s。

（4）监测系统

采用光纤测温监测系统，测温光纤沿每相电缆敷设在电缆表面测量电缆表面温度，测温光纤固定在待监测电缆回路上，4回共12根电缆共用1台光纤测温主机。在已知电缆表面温度和额定负荷的条件下，通过查询电缆表面温度，利用稳态负荷关系表，得出对应的电缆导体温度。

多点接地监测系统，每回电缆安装有一个串联在金属套接地电缆回路中的电流互感器，用于电缆金属套多点接地监测，多点接地监测装置具有与计算机相连的I/O和RS232/485接口，具有现场监视及远方监测报警能力。

局部放电监测系统，12根500 kV高压电缆共设置1套高压电缆局部放电监测系统，系统硬件包括数据服务器1套、现地监测分析装置1套、工业以太网交换机1台、12套高频电流传感器（频率范围50 kHz～20 MHz）、复接器、连接电缆等附件。数据服务器和现地监测分析装置通过以太网通信，网络通信协议使用TCP/IP协议。

6 500 kV GIS

6.1 主要技术参数

500kVGIS由西安西电开关电气股份有限公司制造，主要技术参数见表5。

表5 GIS主要技术参数

6.2 主要结构特点

（1）总体布置

500 kV GIS开关设备型号为ZF8A-550。其主要组成元件包括断路器、隔离开关、接地开关（包括检修接地开关、快速接地开关）、母线、避雷器、电压互感器、电流互感器、出线套管、电缆连接终端、伸缩节、盆式绝缘子、现地控制柜、母线PT控制柜、智能控制柜及端子箱等。所有元件采用积木式设计，结构紧凑、布置灵活，能满足电站各种主接线布置的要求，适应性强。

（2）断路器开断能力

由于向家坝右岸是水轮发电机—变压器—550 kV开关设备—系统的接线方式，如果靠近变压器侧发生短路故障，直流分量衰减时间常数较大，因此工程对断路器开断直流分量能力提出了较高的要求，根据向家坝电站短路计算，从能量及电流幅值计算结果比较可以得出，向家坝短路电流48.8 kA、时间常数τ=269 ms的对断路器的开断能力要求最高。

从电流波形参数及能量分析得出，虽然向家坝电站时间常数τ=269 ms较大，其电流幅值系数高、持续时间较长，但由于短路电流有效值48.8 kA较小，其开断大半波能量、总的电流幅值比额定短路电流63 kA、直流分量衰减时间常数τ=120 ms小，西开LW13A-550/Y5000-63断路器开断额定短路电流63 kA、直流分量衰减时间常数τ=120 ms、直流分量达78%开断能力可以满足向家坝工程中对断路器开断要求。同时为进一步确认断路器的开断能力，完成了周期分量48.80 kA、直流分量43.63 kA、直流分量百分数63.2%、时间常数269 ms的断路器开断型式试验。

（3）液压机构

断路器操作机构为液压碟簧式机构，主要特点是液压系统布置在一个模块中，无外接管道连接，可以明显改善漏油现象，储能采用蝶形弹簧组，工作压力稳定，抗干扰能力强。

（4）DMS局放监测系统

右岸GIS布置36个超高频耦合传感器（频率范围，300～1 500 MHz），耦合传感器提取在GIS内传输的局部放电信号，再通过超高频同轴电缆传送到安装在GIS附近的信号处理及光电转换单元（OCU）；每台OCU汇接一个三相耦合器组所采集的超高频信号，并进行滤波后将超高频脉冲信号的幅度数字化并转换成光信号，再通过光缆将信号传送到安装在GIS室的现地柜。

7 结语

右岸电站水轮发电机于2011年开始安装，2012年10月首批机组投入运行。向家坝右岸电站采用了全世界最大的800 MW的空冷机组，23 kV的机端电压，以及500 kV国产高压电缆及附件等设备。特别是向家坝右岸电站5 160 m 500 kV交联聚乙烯国产电缆以及24套国产电缆终端首次大规模应用，使国产交联电力电缆及附件制造及应用踏上了一个新的起点，进一步推进了500 kV高压电缆的国产化。

熟悉和掌握向家右岸电站电气一次设备的电气性能、技术特点，对于进行好设备的运行维护、特别是首批机组的安全发电，具有积极意义。

[1]发电厂电气部分[M].北京：中国水力水电出版社，2002.