恰甫其海水电站主要电气设备选择

水利水电技术第３　７卷２００６年第１１期　恰甫其海水电站主要电气设备选择　阎　军　，陈玉东　（１．新疆伊河建管局，新疆乌鲁木齐８３００００；２．新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐８３００００）　【关键词】电气设备选择；２２０　ｋＶ高压开关设备；　发电机断路器；主变压器；恰甫其海水电站　中图分类号：ＴＶ７３４．３（２４５）　文献标识码：Ｂ　文章编号：１０００—０８６０（２００６）ｌｌ　００７９．０３　‘　１　电站概述　恰甫其海水电站工程总装机容量３２０　ＭＷ（４×　３．１　２２０　ｋＶ高压开关设备选择　３．１．１　开关站型式选择　根据本工程初步设计阶段的枢纽布置，开关站有　两种布置型式可供选择：一种为户外敞开式布置，另　一８０　ＭＷ）。电站采用两级电压接入电网，分别为２２０　ｋＶ　和１１０　ｋＶ。发一变组组合方式采用单元接线方式，　２２０　ｋＶ侧采用单母线分段接线，１　１０　ｋＶ侧采用单母线　种为户内ＧＩＳ布置。户内布置是将ＧＩＳ设备布置在　副厂房顶层，下设电缆夹层；户外敞开式开关站布置　接线。电站厂区工程气象条件：多年平均气温８．８℃，　最高气温３９　ｃ℃，最低气温一３２℃，多年平均最大风　终期规模占地面积为１１０　ｍ×１００　ｍ。　３．１．１．１　两种方案的技术比较　速２８．０　ｍ／ｓ，多年平均雷暴日４０　ｄ，平均积雪日数　９３．４　ｄ，最大积雪深度４１　ｃｍ。　（１）环境因素对设备影响比较。ＧＩＳ外壳对气体　绝缘和固体绝缘提供保护，使设备在寿命期限内保持　物理特性不变，受环境影响小。ＧＩＳ设备采用全封闭　２主要电气设备选择原则　恰甫其海水电站是目前在建的新疆装机容量第二大　的水电站，而已建的水电站中单机容量最大仅２０　ＭＷ。　该电站地处新疆边远山区，冬季气候条件较为恶劣，　信息、交通运输不便。因此，其设备选择必须具备安　全、可靠、先进、检修周期长、满足运输等条件的设　式结构，尺寸小、重心低，有良好的抗震性能。户外　布置敞开式设备受环境因素影Ⅱ向较大。　本电站地震烈　度为８度，积雪天数多，积雪较厚；采用户外敞开式　设备，重心较高，抗震能力比较差，｝殳备运行环境较　差。　（２）安全性比较。ＧＩＳ设备为全封闭式结构，暴　备。其原则是首先考虑国内一流厂家，在国内设备不　能满足要求的情况下可以选择国外设备。　露的外绝缘少，因而外绝缘事故少；外壳接地，无触　电危险；六氟化硫为非可燃性气体，无火灾危险。户　外敞开式设备暴露的外绝缘比较多，容易发生外绝缘　事故，有触电危险。　（３）安装、运行检修比较。ＧＩＳ安装工期短，检　修间隔周期长。由于ＧＩＳ各元件出厂前已调试合格，　在现场只是进行整装和整体调试，所以安装方便，工　期短。ＧＩＳ的漏气率每年仅１％，一般５—１０年才需　补气一次，维护工作量少。国内外运行经验表明，ＧＩＳ　的检修周期一般可达到ｌＯ一１５年。户外敞开式布置因　为占地面积大，设备较多，所以土建工程量大，设备　３主要电气设备选择　为确保选择设备的性能优良、运行稳定，我们组　织考察丁国内外电气设备生产厂家，对发电机断路　器、主变压器、２２０　ｋＶ等没备存在的技术问题进行　了咨询和交流，对各生产厂的资质、财务状况、信　誉、技术特点等进行了审查，并邀请设计、施工、监　理、科研方面的资深专家对各主要电气设备招标文件　进行了咨询，做了大量基础工作以保证选择合适电气　设备。　下面对２２０　ｋＶ高压开关设备、发电机断路器、　变压器等设备的选择作一介绍。　ＷａｔｅｒＲｅｓｏ￣ｒｃｅｓ　ａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｔＮ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．＂　收稿日期：２００６－０９－１８　作者简介：　军（１９５８一），男，岛级一Ｌ　师，副处长。　维普资讯 http://www.cqvip.com

阎军，等∥恰甫其海水电站主要电气设备选择　基础构架多，设备安装调试繁琐，安装期较长。设备　需定期进行维护，维护工作量及费用相应增加。　（４）简化主接线形式比较。ＧＩＳ　ｒｆ１于其可靠性较　高、故障率低（据统计数据ＧＩＳ与户外敞开式设备故　障率相比为１：１０）、安全性高等优越的电气性能，使　得采用ＧＩＳ可以简化主接线形式，本电站ＧＩＳ方案推　荐主接线为单母线分段。而由于敞开式设备受外界环境　作用影响较大，故障率较高、安全陛较燕，为保证主接　线的可靠性，需采用较为复杂的接线形式（本电站户外　敞开式布置方案推荐主接线为双母线带旁路接线）。　（５）继电保护、自动化比较。由＿　Ｆ厂ｌ外开关站设　备接线形式复杂，所以继电保护配置也较ＧＩＳ复杂，　需增加一套旁路保护设备，电缆数量也有所增加。采　用ＧＩＳ便于实现自动化和远动化，ｒｆｉ于ＧｉＳ布置在主　厂房内，促进了控制和监控系统的显著简化，便于计　算机自动监控和工业电视系统的运行，容易实行“尤　人值班，少人值守”。采用户外开关站发备运行环境　差，距厂房较远，电缆长度增加，相应故障率Ｅ升，　不利于计算机自动监控和工业电视系统可算运行，不　利于“无人值班，少人值守”运行方式的实现。　３．１．１．２　两种方案的经济比较　由于敞开式开关站占地较大，考虑土建费用、３０　年运行费、事故损失费等冈素，ＧＩＳ在投资方面比户　外开关站方案节省投资１　１　１０．２８万元，水着安全可　靠、设备先进、经济合理的原则，本电站选用户内　ＧＩＳ设备开关站。　３．１．２　ＧＩＳ设备结构及选择定位　本电站２２０　ｋＶ　ＳＦ　全封刚组合电器（ＧＩＳ）共８个　断路器间隔（另有１个备用断路器问隔位嚣）、２个测　保间隔。ｌ１０　ｋＶ　Ｓ　全封闭组合电器（ＧＩＳ），共５个　断路器间隔、１个测保问隔。　目前圆产没备及合资设备中，２２０　ｋＶ设备均采　用主母线三相共箱式，其他元件为分箱式结构，　秘　木式组合，布置灵活。各生产厂家的设备问隔尺寸小　同，合资没备尺寸较小，但采取的是提高绝缘气休密　度的做法，密度提高其凝点温度也随之提高，则难以　适应本电站的冬季气候条件，而且本电站ＧＩＳ设备布　置场地较宽敞，且由于合资设备价格较高，冈此定位　在国产设备中进行选择。　３．１．３　ＧＩＳ设备操动机构选择　ＧＩＳ的操动机构十分重要，在我们进行设备招标　前，国产设备其断路器操动机构均为气动或液压机　构，如配用进口操动机构一般为液压弹簧机构（进口　ＡＢＢ），其整体造价高出近２００万元。而气动或液压　８０　操动结构本身需要更多的部件，因此故障几率增加，　且需要配备较多管路，压缩机体积也较大，布置复　杂。弹簧操动结构具有结构简单、制造工艺要求适　中、体积小、操作噪音小、对环境兀污染、耐气候条　件好、免运行维护、。町靠　高的特点。当时在同行业　２２０　ｋＶ柱式币¨罐式断路器均已摒弃了气动和液压这　两种操动机构，改为掸簧操动机构，但ＧＩＳ尚未有先　例。为此在招标过程中，对于　电集团西开厂开发的　弹簧操动机构人们均持谨慎乐观态度。国内已有百色　水电站订购Ⅲｒ该产品，均未投运，根据弹簧操动机构　的发展趋势币¨积极慎雨选用新　－　新技术的观点，也　为节约工程投资，经过慎重考虑在ＧＩＳ设备揲动机构　问题上我们选用了弹簧操动机构，运行以来效果良好。　３．２发电机出口断路器【ＧＧＢ）　３．２．１　发电机断路器装设的必要性　采用发电机断路器，可以延长主变及发电机寿　命，缩小保护范　，降低运行维护费用，提高供电可　靠性和灵活性。　术电站是电网ｒｒＩ的骨ｆｉ电厂，在电网容量所占比　重较大，Ｈ足调峰电站，因此系统希望装设发电机断　路器以提高运行凋度的灵活性，而且电站主要电力Ｉ；｝　备（包括发电机、主变压器、ＧＩＳ）等价格相刈　ＧＣＢ来　｝兑更加昂贵，保护这些设备，延长其使用寿命和检修　周期采用ＧＣＢ很有必要，冈此最终确定装没发电机　断路器。　３．２．２发电机断路器型式的选择　＿本电站在初设阶段进行ｒ短路电流计算，采用　元接线，发电机ｊ…＿ｊ（１３．８　ｋＶ）短路电流周ｊ｝Ｉ】分量值　为４３．９２　ｋＡ，流过发电机断路器的短路电流周期分　量为２４．４２　ｋＡ。冈此确定选择额定电流为５　０００　Ａ、　额定开断电流５０　ｋＡ的拿封　发电机断路器。　Ｉ｛ｊ于发电机¨ｊｌ　Ｊ额定电流大，短路时直流分量衰　减慢，使短路电流延迟过零，增加了丌断难度；暂态　恢复电压（　Ｉ＇ＲＶ）Ｌ升率很高；调峰水电站还需要　适应频繁操作的条件，上上需符合低频丌断的要求，因　此对发电机断路器的没计制造能力要求比较高。根据　渊研结果，发现口前国内仪有沈　高压开关厂。生产该　类产。　・，但尚未有水电站实际运行经验，而　其设备　外彤较大，且Ｊｉ：末配置隔离丌天，需要单独没置，其　‘ｊ离相封闭母线接『１较麻烦，因此不予考虑。圈外有　ＡＢＢ、Ａ１ＳＴＯＭ、阿¨子及Ｌｆ　几家生产发电机断路　器，其巾国内水电站主要Ｆｆ１　ＡＢＢ、Ａ１ＳＴＯＭ、西门于　供货，ｎ本厂家基小没有业绩，网此术考虑ｆ１本产　品，而两门Ｆ采用的是真　断路器，存在操作过电压　水利水电技术第３７卷２ＤＯ６年第１１期　维普资讯 http://www.cqvip.com

问题，需配．Ｆ｝ｊ过电压保护装置，该装置需要对发电机　出［Ｊ各设备的特性参数进行计算，目前国内中小容龟　机组采用过。但就本电站而者，经咨询有关专家，认　为还是采用ｓ　断路器为好，因此最终确定采崩ｓ　发电机断路器　３．２．３发电机断路器的确定　由于仅自‘２家符合要求的生产厂家，ＡＢＢ公司　在国内水电市场所占市场份额较大，大型电站　本均　选用该公司产品。彳ｒｌ由于本电站机组容量不大，而且　ＡＬＳＴＯＭ断路器断口为・　直断』．Ｊ，其动荷载为竖直方　向，操作时不会对离相封闭母线造成机械冲击，便于　基础固定，而ＡＢＢ断路器为水平断口，其动荷载为　水平方向，可减小对Ｊ一房楼板的冲击荷载，但本电站　楼板强度结构裕度较大，冈此无太大意义；ＡＩ　ＳＴＯＭ　断路器操动机构为弹簧操作机构，结构简单且体积　小，操作功也较小，而且　会出现液体泄漏情况，　ＡＢＢ断路器采用液压弹簧操动机构，虽然该产品比　较可靠，但因结构较复杂、元件较多，Ｌ太Ｉ此故障可能　性增大，且液压系统易造成渗漏，尤其是外渗漏，存　在漏油可能；ＡＩ　ＳＴＯＭ断路器整体尺寸较小、苇量较　轻，有利于厂房内设备布嚣；ＡＬＳＴＯＭ断路器的暂态　电压上升率为３．５　ｋＶ／￣ｓ，较ＡＢＢ断路器４．５　ｋＶ／Ｉｘｓ　稍低，这样有利于短路电流的顺利丌断，不至造成重　燃，引起过电　，因此我们最终选择了ＡＬＳＴＯＭ公　司的产品。　合　谈判过程中，ｆｆ１于断路器内配用的　避雷器参数与我围ＧＢ要求不匹配，且其价格每只为　１万美元，　此将该设备从合同巾剔除，放　于高压　厂用变压器高压侧。　在断路器柜中选配的Ｐｒｒ及避雷器设备在柜外布置，　这样呵以　约投资，且避雷器参数町满足ＧＢ要求。　３．３变压器　本次变压器招标包括４台２２０　ｋＶ主变压器，容　量为１００　ＭＶ・Ａ，ｊ￡中２白双卷变，２台　卷变（　卷变容量比为１００／５０／１００　ＭＶ・Ａ）。　本电　地处偏远地区，设备运输途【ｌ｝Ｉ部分桥梁　倚载不足，但　』交通部门就加同费用难以达成共　识，需要限制变压器的运输重　。为此，对是否采　用３台单相变　器或组合式变　器做了比较，单卡Ｈ　变　器ｒ｝１于消防要求，需要在　相变压器ｆ１＿１】没　防　火墙，增大了变　器的占地面积。Ⅲ时低　侧Ｉ挚线　连接较为复杂。由于受场地　咒限制，采用单相变　压器不合适。三相组合式变　器是将　相变　器的　铁心设计成町以拆卸分解的几个相埘独　的　元，　线圈和绝缘没计成整体套装形式，油箱按运输要求　水利水电技术第３　７巷２００６年第ｌ１期　间军，等∥恰甫其海水电站主要电气设备选择　设汁成几部分。变压器在工厂　内装配完成Ｊｆ　进行所　有相关试验。运输时，将变压器各个单　分别运　输，现场需要特殊场地，采用争用Ｉ　具重新装配。　相组合式变　器对现场环境、安装【：艺、装配设　备等的要求较高，日．安装］＿期较长，其造价相刘　！　相变压器商约１０％。根据安装工期要求和技术、经　济比较，结合桥梁加固费用，最终确定采用三相变　器，并在招标文什中规定各厂家　购买标扣后应　进行运输道路踏勘，且在投标时提交运输方案。　该容量变压器可采用风冷、强油循环风冷和水冷　三种方式，但由于变压器为户外布置，受环境条件影　响，Ｈ洪水期水质较差，故水冷方式小几ｌ『取。风冷方　式运行维护简单，佩噪音较大，变　器局部温升较高，　冷却器组数多，变压器尺寸较大。为减少主变压器的　尺寸。使变压器的局部温升降低，最终确定冷却方式　为强油循环风冷，但对其潜油泵要求为进¨先进设备。　主变油箱采用钟罩式结构，箱．｝ｆ｝　ｊ底席采用焊死　结构，从而避免密封橡胶老化＝｛三变漏油，达到免维护　的目的。为提高自动化水平，采用油中气体在线监测　装置。　主变１１０　ｋＶ电压等级采用电缆ｆＩＪ线，冈布置场　地受限，根据调研结果，认为插拨式电缆终端具有体　积小、安装简便、插座可　工厂预先安装、调试的特　点，故采用插拔式电缆终端结构。该结构　布置问题　最终采用向下结构，但变压器中压侧耐　试验　对地　距离不足难以完成，后　ｉ工厂将绕组改为上出线做完　试验后改为下出线方式。　丰　木　丰　半　目前，所选刷的电气设备在电站　经顺利安装、　调试和运行。其中主变压器绎过经验卞富的运输队　伍，在采取ｒ简　的桥梁加固措施后，顺利运抵一ｌ　地，其１　１０　ｋＶ侧与电缆连接仅１　ｄ时　就完成了三　相的安装，缩短　广安装。ｒ　期；２２０　ｋＶ　ＧＩＳ弹簧操动机　构在电站多次操作中运行状　良好，为该机构在该电　压等级ＧＩＳ设备配套提供＿ｒ良好的运行经验；发电机　断路器运行状　良好，为电站运行提ｆ』Ｉ　ｒ更多的灵活　，并为水电机组试验提供Ｊ，　大的方便。　参考文献：　【Ｉ］　恰　海水利｛｛）ｃ纽ｌ　初步垃汁搬什【Ｒ］．ｑ　小卉：新舶水　利水ｌ【ｌ勘测研究院，２００２．　［２］　ＩｌＩ力．１　１　Ｃ　次　计下册（　Ｕ　・７父郎分）［ｚ］．蹦安：水利　ｌ乜　部　Ｊ匕ＩＵ力　计院，１９８９．　（责任编辑林雁庆）　８１