杜萍

【摘要】本文對(duì)越南某水電站項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)過程，包括電氣主接線設(shè)計(jì)、主機(jī)與輔助設(shè)備之間的配合設(shè)計(jì)以及新建電站涉及的相關(guān)電氣一次計(jì)算、發(fā)電機(jī)出口斷路器設(shè)計(jì)、400V廠用電接線設(shè)計(jì)、電纜敷設(shè)、主變壓器接地方式、導(dǎo)線受力分析等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，重點(diǎn)應(yīng)關(guān)注的問題進(jìn)行了總結(jié)闡述和分析。

【關(guān)鍵詞】越南；水電站；電氣一次設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、工程概況

本電站位于越南奠邊府南木河上，新建項(xiàng)目，電站總裝機(jī)容量為2x22.1MW，裝有2臺(tái)混流式水輪機(jī)，水頭范圍為48.5-50.4-52.6m，額定轉(zhuǎn)速為214.3r/min，采用發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線。原合同工期為2年，但由于雨季造成電站建設(shè)周期嚴(yán)重滯后，但截止目前已完工發(fā)電。

2、電氣設(shè)計(jì)概述

2.1 電氣主接線圖設(shè)計(jì)

本電站采取發(fā)電機(jī)-變壓器組單元接線，發(fā)電機(jī)與主變壓器容量相同，接線清晰明了。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用高電阻接地方式，中性點(diǎn)引出線經(jīng)單相接地變壓器（二次側(cè)接電阻）接地。

2.2 主機(jī)與輔助設(shè)備（BOP）之間的配合設(shè)計(jì)以及電站相關(guān)計(jì)算

水輪發(fā)電機(jī)組和電站其他輔助設(shè)備（Balance of Plant，縮寫為BOP）之間的配合包括發(fā)電機(jī)主引線、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)引線方位、高程以及風(fēng)罩墻開孔大小確定，機(jī)組自身用電負(fù)荷容量計(jì)算、機(jī)坑內(nèi)外各油氣水管路埋管以及電氣電纜埋管的配合、發(fā)電機(jī)出口和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT應(yīng)考慮特性曲線一致等。

涉及到的相關(guān)計(jì)算有發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)柜接地變?nèi)萘康挠?jì)算、接地電阻的計(jì)算，短路電流計(jì)算、發(fā)電機(jī)出口斷路器直流分量計(jì)算、廠用低壓短路電流計(jì)算、廠用變?nèi)萘啃：?、電纜壓降校核等。

2.3 發(fā)電機(jī)出口電壓斷路器設(shè)計(jì)

因?yàn)闄C(jī)組比較小，本次選擇了ABB公司的VD4G型GCB，并成套于UniGear ZS1-12鎧裝式金屬封閉中置開關(guān)設(shè)備中。VD4G真空滅弧室及操作機(jī)構(gòu)系德國(guó)ABB產(chǎn)品，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE.C37.013進(jìn)行研發(fā)和設(shè)計(jì)，運(yùn)到廈門ABB裝柜后供貨。與普通配電型斷路器相比，具有以下專門要求：具有較大的開斷短路電流直流分量能力的要求，較強(qiáng)的失步開斷和關(guān)合電流能力的要求以及較長(zhǎng)的電氣和機(jī)械操作壽命的要求，為專門針對(duì)發(fā)電機(jī)出口回路的特殊技術(shù)要求而設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目執(zhí)行過程中，有以下兩個(gè)注意點(diǎn)：

1） 當(dāng)斷路器安裝地點(diǎn)的短路電流直流分量不超過斷路器額定短路開斷電流幅值的20%時(shí)，額定短路開斷電流僅由交流分量來表征，不必校驗(yàn)斷路器的直流分段能力。在本項(xiàng)目中，所供的發(fā)電機(jī)出口斷路器滿足額定短路開斷電流為40kA，直流分量61%，但是有關(guān)直流分量業(yè)主招標(biāo)文件中要求為75%。需校核設(shè)備的直流分量指是否滿足要求。經(jīng)過計(jì)算，發(fā)電機(jī)出口側(cè)短路電流最大不會(huì)超過25kA，當(dāng)機(jī)構(gòu)快速動(dòng)作致使開斷電流中的直流分量達(dá)到75%時(shí)，直流分量值達(dá)到25x0.75x√2=18.75√2，以40kA核算其直流分量百分?jǐn)?shù)約為18.75√2/40√2=47%，因此ABB提供的設(shè)備參數(shù)滿足要求。

2） 12kV開關(guān)柜中負(fù)荷開關(guān)柜較其他柜子深，若綜合考慮性能和設(shè)備布置將負(fù)荷開關(guān)換成VD4真空斷路器，則此VD4真空斷路器存在直流分量不能滿足要求的情況。同時(shí)因?yàn)樵摂嗦菲鬏^發(fā)電機(jī)出口斷路器直流分量小，動(dòng)作時(shí)間快，即使換成直流分量能滿足要求的真空斷路器，也必須通過二次保護(hù)保證發(fā)電機(jī)出口斷路器VD4G先動(dòng)作。操作麻煩、成本上升，因此此處不考慮更換。

2.4 400V廠用電接線

400V廠用電接線采用三相四線制，系統(tǒng)的中性點(diǎn)為直接接地，形式為單母線分段接線。運(yùn)行方式為：正常運(yùn)行時(shí)，由2臺(tái)廠用變各帶一段母線分列運(yùn)行，兩臺(tái)廠用變互為暗備用，當(dāng)其中一臺(tái)廠用變故障或檢修時(shí)，母聯(lián)開關(guān)合上，另一臺(tái)廠用變帶全部負(fù)荷運(yùn)行。另外還設(shè)一臺(tái)柴油機(jī)以及一路外來電源作為備用電源，當(dāng)兩臺(tái)廠用變?nèi)客＿\(yùn)時(shí)，可由外來電源供電，在外來電源亦失去的情況下，由柴油機(jī)帶部分重要負(fù)荷運(yùn)行。有關(guān)廠用變?nèi)萘康男：?，根?jù)規(guī)范對(duì)各用電負(fù)荷的容量大小、用途性質(zhì)、重要程度及運(yùn)行方式等進(jìn)行分析分類統(tǒng)計(jì)，并采用綜合系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，變壓器容量按最大負(fù)荷進(jìn)行選擇。

同時(shí)根據(jù)規(guī)范，校驗(yàn)變壓器自啟動(dòng)容量，以及當(dāng)?shù)蛪弘妱?dòng)機(jī)的功率（kW）大于或等于20%電源變壓器容量（kVA）時(shí)，驗(yàn)算正常起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)所連接母線的電壓水平。

2.5 電纜敷設(shè)

本項(xiàng)目按盡量大可能地減少埋管的原則，電纜敷設(shè)基本采用橋架以及明管敷設(shè)的方式。本項(xiàng)目因?yàn)楦睆S房設(shè)計(jì)分別在主廠房的上下游，部分電纜敷設(shè)需要繞，電纜比較長(zhǎng)，需進(jìn)行電纜壓降計(jì)算。為了配合主機(jī)主引出線的高程，橋架上的電纜按電壓等級(jí)由高至低，由下而上的順序排列。橋架應(yīng)注意與暖通風(fēng)管、水機(jī)油氣水管、給排水各個(gè)專業(yè)配合，避免碰撞。

2.6 主變壓器接地方式

變壓器110kV側(cè)接地方式，采用分級(jí)絕緣。變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)避雷器和放電間隙（為有效接地方式），可直接接地運(yùn)行，也可不接地運(yùn)行的方式。其中避雷器主要用于防止雷電過電壓破壞，間隙保護(hù)主要防止變壓器中性點(diǎn)絕緣遭受危險(xiǎn)的工頻過電壓、操作過電壓及諧振過電壓損壞（同時(shí)對(duì)雷電過電壓也有一定的抑制作用），兩者有效配合對(duì)分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)過電壓進(jìn)行保護(hù)。

間隙的選擇應(yīng)滿足以下條件：首先，工頻電壓作用下，間隙耐受電壓應(yīng)大于電網(wǎng)單相接地而引起的中性點(diǎn)電位升高暫態(tài)值，其次，系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，當(dāng)有關(guān)中性點(diǎn)接地點(diǎn)跳閘后，而帶電源的中性點(diǎn)不接地變壓器仍保留在故障電網(wǎng)中，110kV變成一個(gè)不接地系統(tǒng)，電網(wǎng)零序電壓升高（故障點(diǎn)零序電壓最高可達(dá)到相電壓），在對(duì)變壓器絕緣有較大危害情況下，放電間隙應(yīng)能動(dòng)作放電，降低對(duì)地電壓，防止變壓器絕艷破壞。

有關(guān)避雷器的選擇，根據(jù)規(guī)范，在相同的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓下，避雷器的額定電壓選的越高，在運(yùn)行中通過避雷器的漏電流越小，對(duì)減輕避雷器的劣化有利，可以提高運(yùn)行的可靠性，但另一方面，避雷器的額定電壓搞了，雷電沖擊殘壓也相應(yīng)增高了，在同樣的絕緣水平下，保護(hù)裕度會(huì)降低，這兩方面是矛盾的。一般考慮原則是：只要滿足保護(hù)絕緣的配合系數(shù)，避雷器的額定電壓可選的高一些。

2.7 導(dǎo)線受力分析

有關(guān)變電站出線門架的受力情況，我院采用博超軟件進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)請(qǐng)外單位也進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中幾個(gè)受力情況，如三相上人、單相上人檢修的水平拉力的計(jì)算結(jié)果和外單位的計(jì)算結(jié)果相差比較大。博超軟件計(jì)算結(jié)果較大，而外單位計(jì)算的受力結(jié)果較小。為了分析原因查看了水電、火電一次設(shè)計(jì)手冊(cè)，并結(jié)合手冊(cè)中的計(jì)算實(shí)例，發(fā)現(xiàn)水電手冊(cè)中計(jì)算上人檢修的受力時(shí)，按檔距中間上人的最嚴(yán)重情況進(jìn)行計(jì)算；而在火電手冊(cè)上相關(guān)的說明為：當(dāng)帶電檢修或更換絕緣子串及耐張線夾時(shí)，絕緣子串要上人，但以靠近檔距中間的引下線處上人為最重。當(dāng)導(dǎo)線中部無引下線，因?yàn)闆]有上導(dǎo)線作業(yè)項(xiàng)目，故不考慮導(dǎo)線上人到檔距中央檢修荷重。其計(jì)算的例子中，檢修上人的位置亦考慮為有引下線的位置，而不是檔距中間。按這樣定位檢修上人位置，并用博超軟件驗(yàn)算了之前外單位計(jì)算的受力情況結(jié)果，兩者計(jì)算結(jié)果基本相符。但因此為水電站項(xiàng)目，最終結(jié)果按照水電設(shè)備手冊(cè)進(jìn)行校核計(jì)算。

3、小結(jié)

本水電站電氣主接線、廠用電接線、主要電氣設(shè)備的選擇、過電壓保護(hù)和接地等設(shè)計(jì)，滿足有關(guān)規(guī)程規(guī)范及合同要求，符合越南當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。自成功發(fā)電以來，電站各系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，說明電氣一次設(shè)計(jì)滿足工程要求，是安全可靠的。電站中提及的發(fā)電機(jī)出口斷路器直流分量的選擇、400V廠用電接線的設(shè)計(jì)、主變壓器接地方式的選擇以及導(dǎo)線受力情況分析等，都可以用于以后類似電站電氣一次的設(shè)計(jì)借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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