基于复杂地形条件的水电站开关站改造方案设计

曹 威，冯 耀

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

基于复杂地形条件的水电站开关站改造方案设计

曹 威，冯 耀

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

针对投运50多年的某水电站110kV开关站，分析改造的必要性，并且结合电站复杂的地形条件，从水电站长远稳定运行、减少设备维护工作量和更好的综合经济效益等角度考虑，提出使用GIS组合电器的110kV开关站改造方案。

110kV开关站；GIS组合电器；复杂地形；水电站

0 引言

水电站升压开关站是电站的主要组成部分，是接受和分配水轮发电机组发出的电能，经升压后向电网或负荷点供电的高压配电装置的场所，一般由变压器、断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、避雷器、母线装置和有关建筑结构等组成。开关站的布置型式主要为户内和户外两种，设备形式主要有敞开式开关设备、混合式气体绝缘组合电器（HGIS）和封闭式气体绝缘组合电器（GIS）[1]。

在过去，因为设计简单、技术成熟、投资相对较低等原因，水电站开关站主要采用户外敞开式的设计，近年来随着电气设备制造技术和工艺的提高，气体绝缘组合电器设备（GIS、HGIS）的造价不断降低，设备可靠性和安全性不断提升，同时组合电器设备还有着占地空间小、安装简单、运维工作量小等优势，目前新建设和开关站改造水电站多采用组合电器设备[2]。

1 工程概况

该电站共有6台发电机组，#1～#4机组于1959年投产运行，单机0.9万kW；1992年电站进行扩建，扩建新厂房，#5～#6机组投产运行，单机2.6万kW。由于电站依山而建，受限于地形条件，110kV开关站建于大坝右岸下游山坡上，距坝轴线约220m，长约65m，宽约47m，总面积约2650m2。

电站主接线为单母线带旁路模式，进线3回，#1、#2机组通过#1主变升压，#3、#4机组通过#2主变升压，#5、#6机组通过#3主变升压，三台主变分别位于新老厂房边上，距离开关站有一定距离，主变高压侧出线通过架空线连接至开关站进线隔离。开关站出线两回，接入地方电力系统变电站。

2 改造必要性

由于建设时受限于地形条件，开关站是在陡峭的山坡上开挖而成，左右两侧及后边坡都是开挖形成的陡壁。由于边坡岩石自身裂隙发育，并经长期的自然风化以及动植物的影响，经常发生边坡岩石塌落、坡顶树木倾倒等情况，严重危及电站110kV开关站的安全运行。

开关站投运五十多年，经多次设备改造，目前在运行的高压开关、隔离开关已使用十多年，同时，大部分电力设备底座支柱出线了水泥破裂、老化，钢筋锈蚀的现象，虽对部分支柱进行了加固处理，仍存在断裂、设备倒塌的隐患，影响设备受力及动热稳定，危及开关站的安全稳定运行[3]。同时，由于地方电网架构的改造，电力公司提出要求将电站现有开关站主接线由单母线带旁路改造为单母线分段接线方式。

综上上述理由，对电站110kV开关站进行技术改造，主接线改造为电网公司要求的单母线分段接线方式，同时解决目前现开关站边坡及设备存在的安全隐患。

3 方案比选

根据目前电站及开关站现状以及改造的目的和要求，改造主要有二种方式，分别是原站址敞开式设备方案和新站址GIS设备方案，新站址GIS设备方案还分为户外、户内两种设计。

原站址敞开式设备方案，是在现开关站站址，根据目前开关站的设备设施布置以及接线形式，在此基础上按照电网公司的要求进行出线主接线形式的改造，同时对现开关站边坡以及设备支柱进行全面整治，消除隐患。由于接线形式要改变，设备布置需对应进行调整，绝大部分设备需重新定位，受限于地形条件等因素，改造工作开展不便，改造工期约为2.5个月。改造工程中，无法做到施工改造与电站发电相兼顾，全厂发电将无法送出。

新站址GIS设备方案，是选择新站址新建开关站，采用气体绝缘金属封闭开关设备（GIS），包括有户内、户外两种方案选择。主要工作包括新站址的基础处理、电缆沟开挖等土建工作以及GIS设备安装。GIS设备方案，设备及土建工程投资较高，工程量相对较大，工期约为6个月。改造过程中，可利用原开关站设备采取过渡送出方案保障电厂发电送出。

现对三种可行方案从投资、电站电量损失、工期等方面进行比较，见表1。

表1 三种技改方案主要数据对比

从上表可以看到，原站址敞开式设备方案主要低于新站址GIS设备方案，改造工期少于新站址GIS设备方案，但是由于原站址方案，改造过程中，电厂两个半月发电没法送出，按照电站近五年枯期（十二月、一月、二月）的平均发电量以及电站电价0.4元/kW·h估算，发电损失约为900万元，而新站址方案改造过程可采取过渡送出方案保障电厂发电送出，三个改造方案综合经济性相差不多，户内GIS方案较优。

对于新站址GIS设备方案，户内和户外方案主要投资相当，工期相同，由于电站为多年运行老电站，且经过扩建，电站厂区布置紧凑，加上依山而建的地形限制，可利用的站址有限，且面积较小。户内方案相对占地面积较小，更容易实际实现[4]。

从上述比较可以看到，新站址GIS设备方案综合经济性较优，且采用GIS设备方案，减少了设备维护检修工作量，并彻底解决开关站边坡安全隐患、日常巡检不便等问题。从水电站长远稳定运行、减少维护工作量、推行“远程集控、少人维护”以及综合经济效益的角度考虑，应采用新站址GIS设备方案，同时考虑到实际地形条件限制，拟采取户内GIS设计。

4 技术改造方案设计

新建110kV开关站包括继电保护室布置于进新厂房公路靠近河道侧的空地，采取高承台桩基结构，抬升建筑物高程与进新厂房公路齐平，使其高于电站最大泄洪尾水高程，满足泄洪要求。

图1 新建GIS楼站址及建筑布置图

改造后开关站电气主接线如图2所示，为单母线分段接线方式。三回进线，分别连接至#1主变、#2主变、#3主变，二回出线，分别送至地方电网变电站。此次改造主要涉及开关站出线形式，其他主要电气参数不变。

GIS组合电器采用单母线分两段连接方式，全套共8个间隔，其中，3个进线间隔，2个出线间隔，1个分段断路器间隔和2个保护间隔。GIS室的布置设计如图3所示。

3个进线间隔E02、E05、E06，其中，间隔E02采用架空线经电厂的转交铁塔与#3主变高压侧连接，进线间隔E05、E06采用电缆与#1主变、#2主变高压侧连接；E03、E07为2个保护间隔，E04为分段断路器间隔；2个进线间隔E05、E06采用电缆与#1主变、#2主变高压侧连接；2个出线间隔E01、E08，在GIS靠近河道侧设置出线门形架（或者架线铁塔），出线经门形架后采用架空线与原开关站出线端连接。

图2 改造后开关站部分电气主接线图

图3 GIS室的布置图

在110kV开关站改造过程中，为了不影响#5～#6机的电能输出，需采取过渡送出方案，利用现开关站设备设施继续输送电能。现110kV开关站位于山坡上，#3主变距离开关站距离较远，目前高压侧出线通过#2、#3转角铁塔，以架空线形式连接至开关站进线门架。由于此次改造将拆除#3铁塔，需要对开关站#3进线架空线进线路径进行更改。计划将#3主变高压侧出线通过临时110kV电缆直接连接至原开关站进线门架，利用原开关站设备设施送出。

改造工作按照顺序大致包括几个部分工作内容：地网铺设、GIS楼基础施工、GIS楼土建施工、电缆沟开挖、过渡送出改造、GIS及配套设备安装、现开关站设备拆卸、新开关站整体投运。改造利用年底枯水期进行，第二年汛前完成改造，总工期约6个月。

5 结语

某水电站110kV开关站已运行五十多年，存在安全隐患，结合电网对于电网公司对于电站出线接线形式更改要求，进行开关站全面改造。基于电厂厂区布置紧凑，受地形限制可利用的站址有限的实际，同时考虑设备可靠性，施工安装方便及维护工作量少等因素，采取户内GIS组合电器的改造方案。该方案在施工过渡期内对电站发电影响小，方案综合经济效益好，且满足电厂复杂地形条件的限制。

[1]邵光明.糯扎渡水电站高压配电装置选型及开关站站址选择[J].水力发电，2005，31（5）：77~79.

[2]张惠寰，卢育书，王毓麟，等.大朝山水电站开关站布置优化设计[J].水力发电，2001，27（12）：37~39.

[3]王广鹏.220kV GIS组合电器施工中关键环节的控制[J].电力学报，2006，21（3）：409~412.

[4]赵启道，肖兰.泸定电站500kV送电工程临时过渡方案探讨[J].水力发电，2011，37（5）：71~73.

Study of Reconstruction Design of Hydropower Plant Switching Station Based on Complex Terrain Conditions

CAO Wei，FENG Yao
（HuaDian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

According to the 110kV switching station of hydropower plant which put into operation for 50 years，analyse the necessity of reconstruction design.Combine with the complex terrain conditions of plant，from the perspective of long-term stable operation of the power plant，reducing the maintenance workload and better economic benefits，proposed the reconstruction design scheme of the 110kV switching station with gas insulated switchgear.

110kV switching station；gas insulated switchgear；complex terrain；hydropower plant

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.015

TV22

B

2095-3429（2015）06-0051-03

2015-09-30

修回日期：2015-12-16

曹威（1988-），男，浙江台州人，硕士，工程师，主要从事水力发电工程运行与管理工作。