新疆盖孜水电站电气一次设计

【摘要】介紹了新疆盖孜水电站的电气主接线、主要电气设备参数选型及布置、过电压保护及接地设计、照明设计和等电气一次主要设计内容；

【关键词】电气接线；照明；过电压保护及接地；高海拔地区主要设备选择

1、电站概况

新疆盖孜水电站是盖孜河流域梯级开发的第二级电站，电站位于新疆维吾尔区克孜勒苏柯尔克孜州阿克陶县境内，距阿克陶县城约67km，距喀什市约120km。

电站为径流式电站，采用引水式开发，装机容量为116MW（3×38.7MW），保证出力38.3MW，年利用小时数3308h，年发电量3.83×108kW.h。工程开发任务是水力发电，在系统中主要承担基荷，考虑到第一级电站（布仑口电站）上游已建成的水库，盖孜水电站可与布仑口水电站联合调峰。

2、电气主接线

根据电站的机组台数、装机容量以及在电力系统中的地位和作用，经过技术经济综合比较，确定盖孜水电站电气主接线如下。

1）发电机电压侧接线

1台发电机采用单元接线，另2台发电机采用扩大单元接线。此方案投资最低，接线简明、清晰，运行灵活可靠，完全满足电力系统稳定、可靠性以及电力系统对电厂机组运行方式的要求。

2）220kV升高电压侧接线

电站位于高海拔（约2300m）、多震（地震基本烈度8°）、多风沙、多泥石流山区，自然条件较差，通过对GIS副厂房户内布置方案和户外升压站布置方案进行技术经济比较，最终选定GIS副厂房户内布置方案。220kV配电装置2进2出，进出线回路较少，采用单母线接线方式，简单清晰，配置灵活，有利于布仑口水电站电能从此母线上穿越送出，便于实现自动化，远动化，继电保护简单。

3）厂、坝用电接线

厂用电采用机组自用电与全厂公用电混合供电方式，10kV、0.4kV两级电压供电。10kV母线与0.4kV母线均采用单母线分段接线。

全厂第一、二电源点引自1、2号主变低压侧，厂用电经隔离变分别至10kV厂用电母线I段和II段，该电源点可由机组或220kV系统经过主变压器倒送供电。施工变电所按永久型变电所设计，经一回10kV线路接入厂用电II段母线作为第三电源点。柴油发电机作为电站的保安电源。

坝区用电主要供电对象为布仑口退水尾水闸、发电引水洞的闸门及启闭机等，负荷点位于上级布仑口电站尾水，距离盖孜水电站约11km，坝区主要供电由布仑口0.4kV厂用电供电，并采用一台200kW的柴油机组作为保安电源。调压井位于盖孜水电站上游侧约800m，其主要用电设备为蝶阀用电，电源由厂房10kV馈电母线I段引入至箱式变压器供电，并采用一台100kW的柴油机组作为保安电源。

3、主要电气设备选型

3.1发电机

水轮发电机由定子，转子，上、下机架，上导轴承、下导轴承、推力轴承、集电环炭刷装置及其它辅助部分组成。发电机定子采用分两瓣结构，工厂内叠片下线，工地现场组合并下合缝线。转子结构由转轴、磁轭、磁极和挡风板等部件组成。机组由哈尔滨电机厂（昆明）有限责任公司总承包，转轮制造由安德里茨（中国）有限公司分包。

发电机采用机械制动方式，冷却采用全密闭自循环空气冷却系统，设置水喷雾灭火系统；励磁系统采用静止可控硅励磁系统，励磁变压器为ZLSCB9-400，Yd11。

3.2发电机电压设备

发电机出口电压设备柜采用铠装固定式金属封闭开关柜，其中发电机出口采用西门子进口的专用真空型发电机断路器，额定开断电流为50kA（单元接线侧）和63kA（扩大单元接线侧），由华鹏集团有限公司成套供货。因电站海拔较高，开关柜内电气装置绝缘按海拔系数修正后的开关柜外形较投标时变动较大，厂家无法保证在12kV开关柜柜体下产品的可靠性和稳定性，经业主、厂家、设计三方协商后，改用35kV开关柜柜体。因35kV开关柜柜体尺寸增加较多，造成副厂房水轮机层设备布置困难，经反复调整布置完成，。此情况需在所有高海拔工程招标阶段作为重点考虑，并应对厂房布置留有适当裕度。

厂用电分支进线柜采用高压限流组合保护装置，配置FUR-10.5-250-50kA快速开断装置，40kA/4s真空断路器及配套的氧化性电阻和隔离开关，在短路电流上升过程中快速截断短路电流。

3.3共箱封闭母线

发电机出口共箱封闭母线由江苏瑞能电力设备有限公司供货，海拔修正系数1.15，其参数见表3。

3.4升压变压器

根据潮流计算结果，夏大运行方式下，盖孜水电站全部电力可送出，且全网均无线路出现过载现象，母线电压便宜不超过规程规范允许值。盖孜水电站升压变压器采用油浸式双绕组无励磁调压升压变压器，由特变电工股份有限公司新疆变压器厂供货。变压器低压侧经油/空气套管与共箱封闭母线相连，高压侧通过油/SF6套管与GIS相连，2台主变一字型布置在副厂房上游侧，主要参数见表4。

3.5 220kV升压配电装置

220kV GIS设备布置在副厂房顶层GIS开关室内，共配置5个GIS间隔及相应的SF6母线，由上海思源高压开关有限公司供货。设备整间隔运输，由副厂房上游墙预留的哑巴洞运进开关室。GIS室内设置1台10t单梁吊，供设备安装、检修用。GIS主要技术参数见表5。

4、主要电气设备布置

盖孜电站主厂房长42.4m，宽度为19.30m；安装间布置在主厂房左侧，长度20.5m；副厂房布置在主厂房上游侧，一次副厂房长41.7m，二次副厂房长21.15m，宽度12m。

电站主厂房共分为五层，由上至下分别为发电机层、水轮机夹层、水轮机层、球阀层、尾水管层；电气设备主要布置在上两层，其中：发电机层布置有机组励磁柜、机组保护柜、机组LCU柜及机旁动力柜等；水轮机夹层主要布置有调速器控制屏、消弧线圈控制柜、共箱封闭母线、发电机端子箱等。

副廠房共分为四层，由上至下分别为GIS层、电缆层、发电机层、水轮机层；其中：GIS层布置有5个GIS间隔及相应的SF6母线、汇控柜；电缆层一次副厂房布置有电缆桥架，二次副厂房布置有线路、保护及通信屏等；发电机层一次副厂房布置有厂用变压器、10kV高压开关柜、0.4kV低压开关柜等，二次副厂房布置有中控室和继电保护室；水轮机层布置有蓄电池室、发电机出口高压设备柜及共箱封闭母线等。

GIS室屋顶为2回220kV线路的出线场，高程2274.43m。每回出线间隔装有2只线路阻波器，3只电容式电压互感器、3只氧化锌避雷器。屋顶出线门形架高12m，门形架上有5m高立柱供避雷线用。

5、电站照明系统

厂房照明种类分为三部分：工作照明、事故照明、安全疏散照明。工作照明采用380/220V交流电源，由厂用0.4kV动力屏供电；事故照明由逆变装置将直流电源逆变为交流电源供电；电站内单独设置一套消防应急照明和疏散指示系统，灯具采用36V直流电供电。电站工作照明灯具主要选择金卤灯、荧光灯及节能灯。

6、过电压保护及接地

电站220kV母线及两回出线上均配置氧化锌避雷器。从220kV屋顶出线架开始，220kV线路全线架设避雷线，经计算避雷线的保护范围，出线架上方无需加装避雷针。

为防止在主变压器中性点不接地时发生单相接地故障，而发电机出口断路器三相不同时动作所产生的操作过电压或闪电电涌侵入造成的过电压，在主变压器110kV中性点侧装设有氧化锌避雷器。主变压器中性点采用经隔离开关接地的方式，以便于运行调度灵活选择接地点。

为防止闪电电涌侵入危害主变压器的绝缘，同时防止雷电流通过主变对发电机出口配电装置的损坏或闪电感应过电压、反击过电压对发电机绝缘的破坏，在发电机出口母线处（主变低压侧）均装设有氧化锌避雷器。

经计算，发电机—变压器接线采用扩大单元接线的2台发电机中性点采用消弧线圈接地，单元接线的发电机中性点不接地。

电站不同电压等级的电气设备的工作接地、保护接地及防雷装置接地共用一个接地系统。各部分接地装置分为由人工接地体和自然接地体共同构成，自然接地体包括闸门槽、引水压力钢管和蜗壳、水下建筑物内的钢构件及钢筋等，人工接地体采用-50×5热镀锌扁铁构成。在接地设计中充分利用自然接地体，与人工铺设的接地网连接，形成电站总的接地网，接地电阻要求不大于0.5Ω。经电科院测试，接地电阻值为0.25欧姆，接地电阻满足设计要求。在GIS室用铜排设置了不等间距的均压接地网。根据规范和反事故措施要求，在所有二次盘柜下通过-40×3 mm2铜排连接成一个二次等电位接地，再通过不少于4根50mm2铜缆与主接地网一点连接。

7、结束语

本文对盖孜水电站电气一次设计进行了概述，在电站设计过程中，参照了上一级布仑口水电站（发电机层海拔高度2640.34m）中对高海拔地区电气设备选择过程中遇到的难题和积累的经验，设备选择及布置较为顺利，可供类似工程参考。

参考文献：

[1]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年11月

作者简介：汪栋，男，1987年3月出生，汉族，工程师，2008至今在新疆水利水电勘测设计研究院从事电气专业设计。