水府庙水电站10 kV开关设备改造方案介绍

周艳辉

（湖南省水府庙水电站 湘潭市 411424）

1 概 述

水府庙水电站装有4台7.5 MW混流式水轮发电机组，10 kV单母线分段并带有多条近区馈线，两台主变分别升压至35 kV和110 kV与电网相连。电站建成运行至今已近50年，机电设备老化严重，无法满足安全运行的要求。近年来电站多方筹集资金，逐步分批对机电设备进行更新改造。10kV开关设备的改造于2009年底着手方案的设计，2010年1～2月完成改造施工，通过实际运行检验，改造效果良好。

2 改造设计方案

水府庙水电站建于20世纪50年代末，当时的设计着重考虑节省资金，尽早实现投产发电，没有设计专门的高压开关室，开关设备为装配式配电装置。具体布置位置为：各机组PT设备分散装设于相应水轮机层上游墙；Ⅰ段母线PT设备装设于母线道下游墙；母线装设于母线道下游墙上方；1号主变低压侧开关设备及2号主变低压侧隔离开关、CT装设于母线道上游墙（2号主变低压侧原设计没有断路器，此次改造另行增加）；其余开关设备装设于发电机层上游墙。这样的设计布置凌乱，占地面积多，既影响机房的美观，也不利于设备的安全运行。随着电力技术的发展和对安全的要求不断提高。当时的设计已无法满足当今电力行业相关规程规范的要求。水府庙水电站电气一次接线见图1。

图1 电气一次主接线图

2.1 配电设备组装方式选择

本次改造将设专门的高压开关室，设计采用成套配电装置。成套配电装置的特点：①电气设备布置在封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小。②所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减少现场安装工作量，有利于缩短施工周期。③运行可靠性高，维护方便。

高压开关柜按结构形式可分为固定式和手车式两种。由于受场地限制，新建高压开关室并不现实。可用作高压开关室的场地只有一条母线道。母线道的尺寸为：18 670 mm×3 540 mm。最多只有16块屏的安装位置，且由于母线道宽度不够，无法采用手车封闭式高压开关柜。只能采用固定式高压开关柜，靠母线道上游墙装设，且需进行特殊设计。配电装置室内各种通道的最小宽度（净距），见附表。

附表 配电装置室内各种通道最小宽度（净距，m）

根据电站的实际对电气一次系统配置进行优化设计，仍至少需要布置20块主屏，两块副屏。其中主变进线柜背面加装副柜，出线通过副柜从屏顶接出；将机组测量PT和励磁PT分上下两层装于一块PT柜中。励磁变高压侧进线取消高压熔断器，并与励磁PT共用一组隔离开关。取消励磁变高压侧熔断器的依据：可以将励磁变视为发电机的一部分，当励磁变出现短路事故时：发电机差动保护动作，迅速跳机组断路器及灭磁开关并停机；在励磁变高压侧装设一组电流互感器，将其二次电流接至励磁变保护装置，通过励磁变保护迅速跳机组断路器及灭磁开关并停机，从而起到对机组及励磁系统的保护。将10 kVⅠ段母线PT与防雷避雷器、电容器组共一组隔离开关，并与Ⅰ段母线至母联柜的连接母排共一块柜。具体一次系统配置见图2。

2.2 高压开关室屏柜布置设计

图2 10 kV一次系统配置图

经过反复研究方案，并对母线道四周墙体进行探测发现：墙体为框架砖砌式结构，厚度为550 mm。因此将发电机PT柜的尺寸设计为1 000 mm×750 mm×2 400 mm，分别镶入各发电机开关柜对侧的母线道下游墙体500 mm，屏柜背面用石棉板封堵装饰；主变进线柜、母联柜的尺寸设计为1 250 mm×1 200 mm×2 650 mm,其余屏柜的尺寸设计为1 100 mm×1 200 mm×2 650 mm。并将主变进线柜后面的墙体开洞装设主变进线柜副屏，副屏尺寸设计为1250mm×400 mm×2 650 mm，副屏出线通过母排接至主变低压侧；考虑到10 kVⅠ母线PT+电容器柜至母联屏之间的连接母排安装、检修方便，将其后面的墙体开洞，空洞的尺寸以能方便拆装该屏柜背板及连接母排为宜。所有外墙洞口平时用不锈钢板封堵。另外为了方便对主母线设备进行检修维护，在两侧屏柜侧面主母线位置的墙体开一小洞，检修时拆装的主母线从该洞口通过，平时同样用装饰材料对该洞口进行封堵。详见图3。通过如此设计，母线道能够保证布置20块主屏柜及四块副屏，并能满足附表对配电装置室内各种通道最小宽度的要求。

图3 10 kV高压开关柜平面布置图

2.3 电气设备容量的复核

考虑到水府庙水电站下一步将对机组进行增效扩容改造。所有与机组增效扩容相关的10 kV开关设备容量必须满足单机容量由7.5 MW扩容到9 MW的设计要求。故发电机开关柜和2号主变进线柜断路器、隔离开关、电流互感器及母线的容量需要复核。经过计算，发电机开关柜断路器选择：ZN28-1 250 A 31.5 kA DC220 V，隔离开关选择：GN30-10D/1 250 A 31.5 kA，电流互感器选择：LZZBJ9-10Q 800/5 A 0.5/10P15；2号主变进线柜断路器选择：ZN28-12/3 150 A 31.5 kA DC 220V，隔离开关选择：GN30-10D/3 150 A 31.5kA，电流互感器选择：LZZBJ9-10Q 2000/5A 0.5/10P15（注：2号主变已更换，容量由31 500 kVA增加到40 000 kVA）；Ⅰ段母线选择：TMY-100×10mm2铜排，Ⅱ段母线选择：TMY-2×（100×10）mm2铜排。 具体一次系统配置见图 2。

3 改造施工方案

水府庙水电站不仅作为发电企业向电网输送电能，同时承担着电网的转供电，以及韶山灌区百万亩良田的灌溉用水和下游城市生活用水。改造中需要尽量缩短设备停电时间、缩小停电范围，并保证有机组正常运行向下游供水。为此，制定科学、周密的施工方案是非常重要的。

3.1 施工组织措施

该工程施工难度大、时间紧、施工过程中新老电气设备带电情况复杂，并且电气操作频繁。为确保工程安全顺利完成，特成立由水府庙水电站站长任组长的改造领导小组，工程施工在领导小组的统一指挥下进行。技术、施工、运行、安监、综合等部门相互配合，各部门实行岗位责任制，明确分工，各施其责，全力执行本次改造任务。

3.2 施工技术方案

根据水府庙水电站电气一次主接线的特点和施工场地新老电气设备复杂的带电情况，同时需保证尽可能地发供电和缩小停电范围、缩短停电时间的要求，制定以下详细的施工方案。施工过程分四步：

第一步，腾出新屏安装位置。

水府庙电站1号主变长期处于热备用状态，作为娄底电网的备用电源，经过与娄底电业局协商，同意将电站1号主变退出直至新屏柜投入运行，拆除1号主变低压侧开关设备及其联接母线；2号主变原隔离开关及联接母线位于母线道上游墙离地面高度为4.5 m，但其操作机构的位置影响新屏柜的安装，经过与湘潭电业局协商，同意临时拆除其操作机构，取消其隔离开关的操作功能。通过分别将Ⅰ、Ⅱ段母线短时停电完成上述拆除工作，并完成新2号主变低压侧开关柜处母线道上游墙开洞，腾出新屏安装位置。恢复送电后继续完成母线道上游墙其余相关位置的开洞及新屏基础施工；完成新屏柜的安装及相关电气试验，新高压开关柜母线设备具备带电条件。母线道下游墙的开洞除新4号机PT柜，其余位置暂不能开洞，因其背面的发电机层上游墙安装有老开关设备。此时新1、2、3号机PT柜未安装，新2号主变低压侧开关柜至主变的母线没有连接。

第二步，新、老母设备同时带电。

分别将老Ⅰ、Ⅱ段母线短时停电，用临时电缆将新屏Ⅰ段母线与老Ⅰ段母线并接，新屏Ⅱ段母线与老Ⅱ段母线并接，相当于将Ⅰ、Ⅱ段母线各自延长。并分别将老Ⅰ、Ⅱ段母线PT设备退出，其二次回路转接至新Ⅰ、Ⅱ段母线PT柜。新、老母线设备同时带电。

第三步，完成老Ⅰ段母线设备转接，拆除老Ⅰ段母线设备。

分步将老Ⅰ段母线上的设备转至新Ⅰ段母线对应屏柜。当老Ⅰ段母线上的设备仅剩1号发电机开关设备时，将1号发电机退出运行。将新、老Ⅰ段母线设备短时停电，拆除新、老Ⅰ段母线之间的临时连接电缆。完成母联柜转接。老Ⅰ段母线设备全部退出运行并进行拆除。此后可进行新1号发电机PT柜安装位置墙体开洞，并进行该屏柜安装调试，完成新1号发电机开关设备的转接与投运。

第四步，完成老Ⅱ段母线设备转接，拆除老Ⅱ段母线设备。

分步将老Ⅱ段母线上的设备转至新Ⅱ段母线。当老Ⅱ段母线上的设备仅剩2、3号发电机开关设备时，将2、3号发电机退出运行，新、老Ⅱ段母线设备短时停电，拆除新、老Ⅱ段母线之间的临时连接电缆及2号主变低压侧至老Ⅱ段母线的连接母排、CT和隔离开关，进行新2号主变低压侧开关柜至主变低压侧之间的母排安装，完成2号主变低压侧开关柜的转接。老Ⅱ段母线设备全部退出运行并进行拆除。此后可进行新2、3号发电机PT柜安装位置墙体开洞，并进行该屏柜安装调试，完成新2、3号发电机开关设备的转接与投运。至此10 kV开关设备已全部改造完成。

1 范锡普.发电厂电气部分[M].北京：水利电力出版社，1993.

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