《水力发电厂高压电气设备选择及布置设计规范》修订说明及浅析

黄 凯，温凤香，秦 莹

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

DL／T5396—2007《水力发电厂高压电气设备选择及布置设计规范》［1］（简称“原规范”）自2008年6月1日实施以来，在水电厂高压电气设备选择及布置工作中发挥了重要的规范、指导作用。近年来，随着水电工程的快速开发和高压电气设备制造技术的不断发展，使得高压电气设备新的制造技术更成熟，高压电气设备的选择及布置在水力工程设计中积累了更多的成功经验，同时相关标准也对水力发电厂高压电气设备的选择及布置提出了新的要求。因此，为了更好地适应技术进步，使得高压电气设备选择及布置设计更加符合安全实用、技术先进的合理要求，也符合现行最新规范要求，将成熟、可靠的新技术与新经验引入规范，并满足《工程建设标准编写指南》2018年版的编制要求，因此修订DL／T5396—2007《水力发电厂高压电气设备选择及布置设计规范》是必要的。

根据国家能源局文件《国家能源局关于下达2016年能源领域行业标准制（修）订计划的通知》（国能科技［2016］238号）的要求，编制组2016年开始组织开展《水力发电厂高压电气设备选择及布置设计规范》［1］的修订工作。从制定修订规范大纲起，编制初稿、征求意见稿、修订送审稿及最终审定稿，历经3年，新规范NB／T10345—2019《水力发电厂高压电气设备选择及布置设计规范》于2019年12月获得国家能源局批准并予以正式发布。

1 修订原则

修订规范依据的主要原则如下：①贯彻执行国家的有关法律、法规和方针政策，做到安全适用、技术先进、经济合理；②严格遵守《工程建设标准编写规定》（建标［2008］182号）的要求；③充分借鉴现行有关技术标准和规范，技术内容保持协调一致；④系统总结近年来水电厂高压电气设备选择及布置设计中的新问题及新技术的应用，并将成熟的技术、成功的经验和新的要求纳入规范。

2 主要修订内容

2.1 规范适用的电压范围

原规范中，水力发电厂标称电压适用范围为“3～500kV”。随着近年来大容量、远距离送电需求，水力发电厂接入系统最高电压等级已提高至750kV（如拉西瓦水电站750kV接入系统）。因此，本次修订将规范中“水力发电厂标称电压”的适用范围调整为“3～750kV”。

2.2 气候环境条件

原规范4.0.8条中，对水力发电厂设计中所使用的导体、电气设备环境温度的选择进行了较为详细的规定，此次修订基本沿用了原有要求。但鉴于目前越来越多的水电厂在高寒恶劣环境下开发，SF6气体在超低温下液化的问题已成为一个新的课题，因此新规范增加了关于屋外SF6绝缘设备环境温度的选择，采用SF6气体绝缘的电气设备应选择极端最低温度进行考核。

2.3 导体的选择

导体部分修编时，为便于设计者对规范的使用，编制组对原规范的章节进行了系统整理。根据水力发电厂电气一次专业设计的惯例，将发电厂可能使用的所有导体按使用地点划分为发电机电压回路母线、110kV及以上高压配电装置导体两大类，再根据两类导体的电流大小、结构特点及发电厂机组的型式等因素，针对每一种导体分别进行详细规定。

对于金属封闭母线，原规范只对金属封闭母线进行了统一规定（原规范5.1.3及5.1.4条），但在水力发电厂的实际使用中，离相封闭母线与共箱封闭母线的选择、结构、使用条件均有较大差别；近年来国家和行业也分别出具了不同的规范，参见NB／T 25035—2014《发电厂共箱封闭母线技术要求》［2］与NB／T25036—2014《发电厂离相封闭母线技术要求》［3］，因此在此次修编中将离相封闭母线与共箱封闭母线分别进行了详细规定。

根据目前水力发电厂的导体使用情况，新增了固体绝缘管型母线的选择内容，并对原规范里的软导线、电缆及GIL等导体的一些规定进行了修改及补充。

2.4 主变压器的型式选择

关于主变压器型式的选择，原规范5.2.2条规定“主变压器应优先采用三相式。当运输条件和布置场地受限制时，宜选用三相组合式变压器；如运输条件受限制但布置场地不受限制时，可选用单相变压器组”。相对而言，单相变压器组虽然在可靠性方面高于三相组合式变压器，且具有安装方便、干扰小、备用相设置方便等优点，但其具有布置困难、占地面积大等缺点。单相变压器组及三相组合式变压器目前在国内水力发电厂中都已具有了多年成熟、可靠的设计运行经验。例如，某设计单位设计的锦屏一级水电站（6组3×234MVA＋1台234MVA备用变压器）、官地水电站（4组3×233MVA＋1台233MVA备用变压器）采用了500kV单相变压器组；溪洛渡水电站（18组860MW＋2组860MVA备用变压器）、黄金坪水电站（3组222.3MVA＋1组306MVA）、瀑布沟水电站（6组3×233MVA）采用了500kV三相组合式变压器。

在原规范发布时，国内已有500kV电压等级的变压器采用解体运输变压器，但当时国内生产解体运输变压器厂家仅有一家，尚且缺乏解体运输变压器在大型水电站实际的运行经验以证明其可靠性，所以原规范正文没有规定解体运输变压器型式。近十几年来，随着国内水电行业的高速发展，装机容量的提高及厂区地理位置的限制，使得水力发电厂主变压器即使采用组合式三相或单相变压器组，仍然受到对外重大件运输的限制，同时行业的发展推动了国内制造厂解体运输变压器技术的进步，解体运输变压器在大型水电站中不断投入使用。目前某单位设计的龙头石水电站、大岗山水电站、长河坝水电站、猴子岩水电站等发电厂的500kV主变压器均采用解体运输变压器，已安全运行多年，积累了多年的设计运行经验。因此，本次修编时，增加了解体运输变压器型式。

综上，修编组认为目前国内具有较强的单相变压器组、三相组合式变压器及解体运输变压器的设计制造能力及成熟的运行经验，因受运输条件限制，水电工程的变压器可根据不同电站的边界条件，通过技术经济比较来选择不同的型式。故主变压器型式的选择条文修订为“主变压器应优先采用三相变压器，当运输条件受限制时可选用三相组合式电力变压器、单相变压器组或解体运输电力变压器”。

2.5 真空发电机断路器两侧装设阻容吸收装置

此次修编中增加了“4.4.6真空发电机断路器两侧宜装设阻容吸收装置”的要求。目前，中小型水力发电厂的发电机断路器已广泛采用真空发电机断路器，断路器操作过电压保护装置采用阻容吸收装置，具体应设置在一侧还是两侧均需装设是需要进行计算来确定的。编制组在调研收集资料时发现，由于阻容吸收装置的参数计算较为复杂，不少发电厂在未经计算情况下仅在一侧设置阻容吸收装置，其过电压保护可能存在风险。由于阻容吸收装置造价较低、安全可靠性高且几乎不会增加运行维护工作量，因此增加条款予以规定。

2.6 发电机中性点设备的选择

原规范“5.14消弧线圈及接地变压器”的章节中仅对发电机中性点消弧线圈及接地变压器的容量计算等进行了规定。但在实际设计过程中，接地变压器是为实现发电机高电阻或高阻抗接地而设置的，在设计选择时除接地变压器容量的选择外，电阻器的参数选择也是一个重点。因此为便于设计人员使用，本次规范修编增加了发电机回路电容电流、中性点接入电阻和变压器二次侧接地电阻的计算公式，更好地满足设计人员进行发电机中性点设备参数计算选择的需求。

目前，水力发电厂的发电机接地变压器普遍采用干式变压器，关于接地变压器的过负荷系数，编制组查阅了现行的规范，如NB／T35067—2015《水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导则》［4］、T／CESS0094—2019《发电机中性点经变压器接地成套装置技术条件》［5］等，由于缺乏干式变压器的过负荷技术曲线，暂时均参照油浸式变压器的过负荷曲线（见图1）。根据图1显示，按照常规设计时选择10min耐受进行校验的条件，变压器过负荷倍数约为2.6倍。但在实际设计过程中发现，各生产厂家干式变压器的过负荷能力与油浸式变压器均有一定差异，因此在本次修编时，编制组调研了国内部分中性点设备及干式变压器厂的产品性能，得到其不同干变的过负荷系数（见表1）。

表1 干式变压器（单相）事故过负荷能力调研

图1 过负荷系数与变压器故障运行时间的关系曲线

由于发电机接地变压器一般容量较小、投资较低，因此，为了安全可靠，本规范修编时取用了调研数据中较为保守的数值（见表2）作为设计人员在缺乏资料时借鉴使用，在确定厂家后可根据产品实际能力复核。

表2 干式变压器事故过负荷能力

2.7 氧化锌避雷器的选择

首先，参照国家现行标准GB／T50064—2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》［6］及NB／T35067—2015《水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导则》［4］，进行了下列调整：避雷器额定电压选择时，10s以上切除故障的系数K值由1.3调整为1.25；110～220kV系统的暂态过电压（有效值）由调整为

其次，关于保护发电机的避雷器的持续运行电压，原规范条文要求“5.15.2……保护发电机的避雷器额定电压按1.25倍发电机额定电压选择；5.15.3避雷器持续运行电压应大于或等于0.8倍避雷器额定电压，且不得低于以下要求……保护发电机避雷器持续运行电压不得小于发电机额定电压”。在规范征求稿审查会上，根据评审专家的意见，氧化锌避雷器其持续运行电压一般为额定电压的0.76～0.8，这是由产品自身特性决定的。我们在选择保护发电机的避雷器时，主要是以满足额定电压来进行选择，而持续运行电压可根据产品特性决定，无法进行强制性要求。因此，在新规范里删除了“保护发电机避雷器持续运行电压不得小于发电机额定电压的要求”。

2.8 其 他

为了完善设备类型，在此次修订中补充完善了厂用电变压器、熔断器、套管、绝缘子、线路阻波器等水力发电厂中使用的电气设备章节。

3 结 语

行业标准是规范设计行业必要的基础及依据，此次修订结合多年来水电行业的发展经验，扩大了规范的范围，删减了部分已不适用的规定及要求，与国家现行的其他相关规范保持了一致性；另外，补充完善了水力发电厂高压电气设备的种类及型式，并对原规范部分条文的内容及章节进行了修订调整，使得条理更加清晰，更有利于设计人员使用，提高了设计效率，也更能满足目前水电行业设计的需要。