趙 政 ，李 驊

（1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江省杭州市 311122；2.國(guó)家能源水電工程技術(shù)研發(fā)中心抽水蓄能工程技術(shù)研發(fā)分中心，浙江省杭州市 311122）

1 概述

天荒坪抽水蓄能電站裝機(jī)容量1800MW，安裝6臺(tái)300MW機(jī)組，是當(dāng)時(shí)全國(guó)已建和在建的單個(gè)廠(chǎng)房裝機(jī)容量最大、水頭最高的抽水蓄能電站。當(dāng)時(shí)排名據(jù)亞洲第一，世界第二，具有很大的設(shè)計(jì)難度。結(jié)合天荒坪工程，我們做了許多開(kāi)創(chuàng)性的工作，電氣一次設(shè)計(jì)具有其一定的特點(diǎn)。

2 電氣一次設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 機(jī)組參數(shù)與結(jié)構(gòu)選擇

天荒坪抽水蓄能電站采用300MW、500r/min單級(jí)可逆式機(jī)組，屬大容量、高轉(zhuǎn)速機(jī)組，當(dāng)時(shí)投運(yùn)的類(lèi)似機(jī)組極少。我國(guó)抽水蓄能電站建設(shè)起步較晚，尤其是大容量高轉(zhuǎn)速機(jī)組設(shè)備的科研和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)較薄弱，國(guó)內(nèi)大型抽水蓄能機(jī)組的制造尚屬空白，資料極為缺乏。因此，一方面積極爭(zhēng)取與國(guó)外廠(chǎng)商開(kāi)展技術(shù)交流，并爭(zhēng)取高等院校、科研單位的協(xié)作和幫助，聯(lián)合研究探討天荒坪設(shè)計(jì)中的重大問(wèn)題，征集國(guó)外廠(chǎng)商對(duì)天荒坪機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)的意見(jiàn)和建議；另一方面廣泛收集國(guó)內(nèi)外，尤其是國(guó)外已建的大型抽水蓄能電站的資料，了解掌握世界上最新的動(dòng)態(tài)。在此基礎(chǔ)上結(jié)合國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)可逆式水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)和特性的研究分析，對(duì)機(jī)組啟動(dòng)方式和水泵水輪機(jī)不同拆卸方式優(yōu)缺點(diǎn)的比較，提出了水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)、性能、結(jié)構(gòu)型式和材料強(qiáng)度等方面的選擇原則以及計(jì)算方法，解決了大型抽水蓄能機(jī)組的選型設(shè)計(jì)問(wèn)題，為完成“八五”國(guó)家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“大型抽水蓄能電站機(jī)組參數(shù)選擇”做出了貢獻(xiàn)。同時(shí)，也加快了天荒坪電站的設(shè)計(jì)進(jìn)度，保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量，為機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全和高效運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。天荒坪抽水蓄能電站機(jī)組的國(guó)際招投標(biāo)、水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪模型試驗(yàn)和真機(jī)運(yùn)行均表明，設(shè)計(jì)提出的機(jī)組招標(biāo)文件的技術(shù)規(guī)范是合理的和可行的，選定的機(jī)組主要參數(shù)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期值，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。“大型抽水蓄能電站機(jī)組參數(shù)選擇”匯編了國(guó)內(nèi)外大型抽水蓄能電站工程的資料（包括蓄能機(jī)組的結(jié)構(gòu)、參數(shù)與特性、模型特性曲線(xiàn)和流道尺寸、參數(shù)選擇計(jì)算工程實(shí)例等），對(duì)后續(xù)新建的抽水蓄能電站機(jī)組參數(shù)的選擇具有重要的價(jià)值。

2.2 電氣主接線(xiàn)

根據(jù)天荒坪抽水蓄能電站在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相與事故備用等任務(wù)以及抽水蓄能電站的特點(diǎn)，確定了以最少的出線(xiàn)回路數(shù)，接入最近的樞紐變電站的設(shè)計(jì)原則。天荒坪抽水蓄能電站接入系統(tǒng)方案中，選定以500kV二回出線(xiàn)就近接入瓶窯變電站，避免環(huán)入華東主網(wǎng)，為電站采用簡(jiǎn)化電氣主接線(xiàn)創(chuàng)造條件。

2.2.1 高壓側(cè)接線(xiàn)

抽水蓄能電站機(jī)電設(shè)備的投資占電站總投資比例遠(yuǎn)較常規(guī)水電站高，一般約占40%～60%。因此，簡(jiǎn)化電氣主接線(xiàn)對(duì)降低蓄能電站的投資具有重要意義。通過(guò)多方案分析研究比較，在滿(mǎn)足可靠性和運(yùn)行靈活性的前提下，500kV電壓側(cè)最終選定了不完全的單母線(xiàn)三分段接線(xiàn)。這樣的主接線(xiàn)為優(yōu)化機(jī)電設(shè)備選擇和布置、優(yōu)化保護(hù)和控制的設(shè)計(jì)提供了可能性，進(jìn)一步降低了電站機(jī)電設(shè)備投資。

2.2.2 發(fā)電機(jī)-主變壓器組合

1989年初步設(shè)計(jì)報(bào)告《主接線(xiàn)方案選定》中，按三回500kV出線(xiàn)接入系統(tǒng)的原則比較了單元接線(xiàn)、聯(lián)合單元接線(xiàn)和擴(kuò)大單元接線(xiàn)3種方式接線(xiàn)，各接線(xiàn)方式選用不同形式變壓器（三相變壓器、三相雙分裂變壓器、組合三相變壓器和單相變壓器組）進(jìn)行組合，共擬定了5個(gè)方案。從對(duì)系統(tǒng)影響、運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)輸條件、場(chǎng)地布置等方面進(jìn)行分析，最后選定一機(jī)一變單元接線(xiàn)，每2個(gè)單元接線(xiàn)在高壓側(cè)接成一個(gè)聯(lián)合單元的接線(xiàn)方式，共設(shè)3個(gè)聯(lián)合單元。現(xiàn)機(jī)組與變壓器聯(lián)合單元的接線(xiàn)形式已成為典型設(shè)計(jì)。

2.2.3 電站調(diào)壓方式

抽水蓄能電站由于工況轉(zhuǎn)換頻繁，潮流變化大，高壓母線(xiàn)上電壓波動(dòng)范圍也可能增大。系統(tǒng)設(shè)計(jì)部門(mén)計(jì)算結(jié)果常要求電站采取調(diào)壓措施。對(duì)于抽蓄電站通常采用的調(diào)壓措施有兩種：一是加大發(fā)電電動(dòng)機(jī)調(diào)壓范圍，例如廣蓄Ⅰ、廣蓄Ⅱ，由一般的+/-5%加大至+/-7.5%；另一是電站升壓變壓器采用有載調(diào)壓，調(diào)壓范圍由+/-2×2.5%加大至+/-8×1.5%，例如天荒坪、十三陵抽蓄電站等。從經(jīng)濟(jì)比較來(lái)看，這兩種措施大致相同；但從可靠性來(lái)分析，主變壓器加裝帶有載調(diào)壓，由于分接開(kāi)關(guān)的故障概率約為變壓器故障的25%，可靠性比不帶有載調(diào)壓將有所降低；加之變壓器又布置在地下洞室，有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)發(fā)生事故后果不堪設(shè)想，故天荒坪、十三陵兩抽蓄電站從機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，變壓器有載調(diào)壓一直未投入運(yùn)行。因此，今后在接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)充分考慮抽蓄機(jī)組調(diào)相與進(jìn)相能力，力求避免在電站內(nèi)設(shè)調(diào)壓裝置。如確需裝設(shè)，對(duì)變壓器標(biāo)準(zhǔn)在地下洞室時(shí)盡可能選用加大發(fā)電電動(dòng)機(jī)調(diào)壓范圍的方式。

2.2.4 靜止變頻啟動(dòng)裝置（SFC）

利用靜止變頻啟動(dòng)裝置（SFC）作為可逆式蓄能機(jī)組電動(dòng)工況的啟動(dòng)是當(dāng)今大型抽水蓄能電站的常用啟動(dòng)方式。國(guó)外早期抽水蓄能電站，在晶閘管裝置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不多、可靠性還沒(méi)有現(xiàn)在那么高時(shí)，對(duì)機(jī)組臺(tái)數(shù)較多（如6臺(tái)機(jī)及以上）的抽蓄電站，如英國(guó)的迪諾維克抽水蓄能電站、日本的奧吉野抽水蓄能電站等采用裝設(shè)2套SFC；隨著晶閘管裝置可靠性提高、結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、檢修方便、出故障修復(fù)費(fèi)時(shí)不多，后期投運(yùn)的一些多機(jī)組抽水蓄能電站，例如美國(guó)巴斯康蒂抽水蓄能電站，就只裝設(shè)1套SFC?；谏鲜銮闆r，同時(shí)考慮到SFC為進(jìn)口設(shè)備，天荒坪原設(shè)計(jì)按1套SFC啟動(dòng)為主、“背靠背”啟動(dòng)為輔的原則設(shè)計(jì)的。根據(jù)估算，用一套SFC連續(xù)啟動(dòng)6臺(tái)機(jī)組約需33min；如用1套SFC加“背靠背”同時(shí)啟動(dòng)，6臺(tái)機(jī)組總啟動(dòng)時(shí)間約為23min。設(shè)計(jì)認(rèn)為，電動(dòng)工況下這樣的啟動(dòng)速度應(yīng)能滿(mǎn)足系統(tǒng)調(diào)度的要求。在主機(jī)標(biāo)合同談判過(guò)程中改按安裝2套SFC進(jìn)行設(shè)計(jì)，且同時(shí)仍保留“背靠背”啟動(dòng)作為備用。因此，天荒坪電站的啟動(dòng)母線(xiàn)及閉鎖接線(xiàn)十分復(fù)雜。

靜止變頻起動(dòng)裝置（SFC）主要由輸入變壓器、整流器和逆變器、電抗器、隔離開(kāi)關(guān)、輸出變壓器、控制系統(tǒng)、保護(hù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。SFC的額定電壓可以等于也可以低于發(fā)電電動(dòng)機(jī)的額定電壓。當(dāng)采用低于發(fā)電電動(dòng)機(jī)額定電壓的SFC，其輸入和輸出均需裝設(shè)變壓器，使SFC的電壓能與電源和發(fā)電電動(dòng)機(jī)電壓相匹配。但當(dāng)采用等于發(fā)電電動(dòng)機(jī)額定電壓的SFC，一般輸出端可不需再設(shè)變壓器；至于輸入端是否需設(shè)輸入變壓器，則有的工程設(shè)置而有的工程未設(shè)置。例如天荒坪SFC，輸入端除了裝設(shè)限流電抗器外，還加裝變比為18kV/18kV的輸入變壓器，廣蓄二期SFC的輸入端僅裝設(shè)限流電抗器。天荒坪加裝輸入變壓器的目的，主要是為了減少SFC產(chǎn)生的諧波對(duì)供電系統(tǒng)的影響，同時(shí)也能起到隔離作用與限制故障電流。輸入變壓器的作用在廣蓄Ⅱ電站得到了驗(yàn)證，正是由于其未裝設(shè)輸入變壓器，所以在初期運(yùn)行時(shí)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)SFC投入使用時(shí)，其他機(jī)組保護(hù)發(fā)生無(wú)故跳閘停機(jī)的事故。據(jù)分析，可能是受到SFC產(chǎn)生的諧波干擾，導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)，后改為加裝輸入變壓器。

華東院對(duì)SFC諧波以及設(shè)備的配置進(jìn)行了深入的研究，并進(jìn)行了多個(gè)電站的實(shí)測(cè)，研究結(jié)果表明，抽水蓄能電站SFC啟動(dòng)諧波抑制的合理措施，就是采用SFC和廠(chǎng)用電分支分開(kāi)引接接線(xiàn)方式，設(shè)置電抗器及配置六脈SFC的方案，SFC再配置輸入變壓器和輸入電抗器，不需要配置濾波器。

2.3 機(jī)電設(shè)計(jì)中新技術(shù)、新設(shè)備

（1）天荒坪是我國(guó)第一個(gè)采用超高壓500kV交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜的工程。

以往國(guó)內(nèi)500kV電纜均采用自容式充油電纜，國(guó)外大部分也是采用充油電纜。充油電纜存在著火災(zāi)危險(xiǎn)，施工和維護(hù)都不便，損耗又大，價(jià)格也不便宜。經(jīng)過(guò)考察、比較，天荒坪工程決定引進(jìn)交聯(lián)聚乙烯電纜，成為我國(guó)首次在500kV電壓級(jí)采用交聯(lián)聚乙烯電纜的工程。擠包絕緣的電纜具有無(wú)油化的特點(diǎn)、防火性能好、防火設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝敷設(shè)方便、維護(hù)工作量少，而且介質(zhì)損耗低等諸方面的優(yōu)越性，尤其適合于水電站地下廠(chǎng)房的高壓引出連接線(xiàn)。工程實(shí)踐表明，該選擇是完全正確的。

（2）采用GIS設(shè)備占地面積小，降低了高邊坡開(kāi)挖帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

GIS具有占地面積小、運(yùn)行安全、可靠、配置靈活、環(huán)境適用性好、維護(hù)工作量少且安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于地形陡峻的抽水蓄能電站。由于采用GIS的開(kāi)關(guān)站可減小開(kāi)關(guān)站的面積，因而可減小開(kāi)關(guān)站的開(kāi)挖量，降低開(kāi)挖邊坡的高度，節(jié)省土建投資，提高開(kāi)關(guān)站開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性。雖然GIS價(jià)格較貴，但經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，GIS的綜合費(fèi)用并不比敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)站高多少。因此，天荒坪抽水蓄能電站選擇采用GIS。

（3）500kV斷路器不加合閘電阻，操作過(guò)電壓仍滿(mǎn)足規(guī)范要求，取消合閘電阻。

對(duì)于500kV斷路器是否需加裝合閘電阻的問(wèn)題，由于當(dāng)時(shí)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未修訂，規(guī)定仍需安裝。加裝合閘電阻不僅增加斷路器的價(jià)格，而且使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，反而降低運(yùn)行的操作可靠性?；谔旎钠撼樗钅茈娬?00kV線(xiàn)路很短的特點(diǎn)，經(jīng)清華大學(xué)、國(guó)家電科院進(jìn)行TNA模擬試驗(yàn)和EMTP數(shù)值計(jì)算，證明不裝設(shè)合閘電阻，依靠氧化鋅避雷器就可限制操作過(guò)電壓，滿(mǎn)足各種運(yùn)行方式下統(tǒng)計(jì)操作過(guò)電壓均小于規(guī)程規(guī)定值，且有一定裕度，從而使各方取得了共識(shí)，同意取消合閘電阻，節(jié)省了投資。

（4）發(fā)電電動(dòng)機(jī)采用無(wú)外加風(fēng)機(jī)的徑軸向通風(fēng)方式，提高了機(jī)組運(yùn)行可靠性和效率。

天荒坪抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)速高（每極容量為27.25MVA），如果通風(fēng)冷卻采用過(guò)去常用的外加風(fēng)機(jī)方式，噪聲大，運(yùn)行條件差，眾多的外加風(fēng)機(jī)故障幾率高，將降低機(jī)組運(yùn)行可靠性，同時(shí)也增加廠(chǎng)用電容量。因此，設(shè)計(jì)對(duì)采用無(wú)外加風(fēng)機(jī)的徑向通風(fēng)方式進(jìn)行了研究，認(rèn)為存在采用這種通風(fēng)方式的可能。但是當(dāng)時(shí)國(guó)際上尚無(wú)如此高的容量機(jī)組采用無(wú)外加風(fēng)機(jī)的徑向通風(fēng)方式的先例。為了避免重蹈國(guó)外某些電站失敗的教訓(xùn)，采購(gòu)合同要求制造廠(chǎng)在真機(jī)制造之前先做通風(fēng)模型試驗(yàn)，試驗(yàn)成功之后才能投產(chǎn)，以確保真機(jī)能一次投產(chǎn)成功。運(yùn)行多年來(lái)的實(shí)踐證明，天荒坪工程采用無(wú)外加風(fēng)機(jī)的徑軸向混合通風(fēng)方式是成功的。

3 抽水蓄能電站電氣一次技術(shù)發(fā)展

3.1 電氣主接線(xiàn)

抽水蓄能電站電氣主接線(xiàn)與抽水蓄能電站廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)型式及位置（地下或地面）、電站輸電電壓等級(jí)、電站的換相與同期方式選擇（高壓或低壓側(cè)）、機(jī)組的啟動(dòng)方式、廠(chǎng)用電源的引接、電站及機(jī)組在電力系統(tǒng)中所占比例等因素有關(guān)。由于抽水蓄能電站工況轉(zhuǎn)換頻繁，操作次數(shù)多的運(yùn)行特點(diǎn)，要求電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足電網(wǎng)對(duì)電站運(yùn)行安全、可靠、靈活的要求，簡(jiǎn)化接線(xiàn)，節(jié)省電站投資。

隨著科技的進(jìn)步、機(jī)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的發(fā)展、500kV斷路器造價(jià)的降低等，為蓄能電站電氣主接線(xiàn)的優(yōu)化提供了可能。機(jī)組與變壓器采用2臺(tái)機(jī)聯(lián)合單元接線(xiàn)，可簡(jiǎn)化高壓側(cè)GIS接線(xiàn)和布置；高壓側(cè)接線(xiàn)采用可靠性計(jì)算分析，從供電的連續(xù)性、充裕度和安全性等進(jìn)行分析，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行綜合比較。對(duì)于4臺(tái)機(jī)方案，如出線(xiàn)為二回，一般采用四角形、單母線(xiàn)分段接線(xiàn)方案，對(duì)于6臺(tái)機(jī)方案，如出線(xiàn)為二回，一般采用雙母線(xiàn)、五角形接線(xiàn)方案。

就當(dāng)今抽水蓄能電站而言，6臺(tái)機(jī)組可選用兩臺(tái)SFC，取消背靠背啟動(dòng)方式的典型接線(xiàn)；4臺(tái)機(jī)組的電站，普遍采用的是1臺(tái)SFC加背靠背啟動(dòng)方式的典型接線(xiàn)。

對(duì)于兼有定速、可變速機(jī)組的抽水蓄能電站，應(yīng)結(jié)合變速機(jī)組的變速范圍、定/變速機(jī)組的啟動(dòng)方式等，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電氣主接線(xiàn)。對(duì)于變速機(jī)組，若變速范圍小，交流勵(lì)磁裝置容量小，不足以滿(mǎn)足機(jī)組電動(dòng)工況的自啟要求，必須利用SFC裝置進(jìn)行電動(dòng)工況的啟動(dòng)。而隨著機(jī)組變速范圍加大，交流勵(lì)磁裝置容量足以滿(mǎn)足機(jī)組電動(dòng)工況的自啟要求。因此，應(yīng)對(duì)兼有定速、可變速機(jī)組的抽水蓄能電站的電氣主接線(xiàn)進(jìn)行多方案的比較，確定最佳的電氣主接線(xiàn)。

3.2 發(fā)電電動(dòng)機(jī)

隨著我國(guó)抽蓄事業(yè)的迅猛發(fā)展，蓄能機(jī)組已逐步在向大容量、高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展，現(xiàn)已在設(shè)計(jì)、制造最高水頭 大 于 700m、350MW-500r/min、350MW-600r/min及400MW-500r/min的蓄能機(jī)組。對(duì)于大容量、高轉(zhuǎn)速的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、推力軸承設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)子材料選擇，主要部件剛強(qiáng)度、軸系穩(wěn)定、機(jī)組振動(dòng)及廠(chǎng)房振動(dòng)等，是關(guān)注的重點(diǎn)。近年來(lái)，充分利用先進(jìn)的計(jì)算工具，對(duì)機(jī)組關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元計(jì)算和疲勞分析；進(jìn)行綜合物理場(chǎng)的數(shù)值分析；開(kāi)展高速大容量機(jī)組的振動(dòng)研究；對(duì)多個(gè)抽水蓄能電站進(jìn)行實(shí)測(cè)，全方位開(kāi)展抽蓄電站的廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算和動(dòng)力特性研究以及抽蓄電站的廠(chǎng)房振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)的研究。

隨著優(yōu)化新能源運(yùn)行及提升優(yōu)質(zhì)電網(wǎng)的需要，大容量變速機(jī)組的應(yīng)用日益迫切。作為一種先進(jìn)的電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的調(diào)節(jié)手段，可變速蓄能機(jī)組也是常規(guī)定速蓄能機(jī)組發(fā)展到一定規(guī)模后的有益的補(bǔ)充和具備強(qiáng)大調(diào)節(jié)功能的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。變速機(jī)組的發(fā)展也是柔性電力技術(shù)的體現(xiàn)，用基于整流橋的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置代替直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，使電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)控制中的響應(yīng)速度、精確度大大提高。國(guó)內(nèi)首座交流變速機(jī)組電站豐寧抽蓄電站已在設(shè)計(jì)建設(shè)中，變速機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別關(guān)注轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、大型交流勵(lì)磁裝置、機(jī)組自啟動(dòng)性能等。

迄今為止，蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機(jī)已在國(guó)內(nèi)大寨、安康、李家峽、三峽地下電站4個(gè)水電站的6臺(tái)機(jī)組上成功采用。隨著發(fā)電電動(dòng)機(jī)容量及轉(zhuǎn)速的提高，如何保證發(fā)電電動(dòng)機(jī)安全、可靠、穩(wěn)定、高效運(yùn)行將是極大的挑戰(zhàn)。由于發(fā)電電動(dòng)機(jī)頻繁啟停、負(fù)荷陡變，由此產(chǎn)生的交變熱應(yīng)力是影響機(jī)組安全穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。發(fā)電電動(dòng)機(jī)采用蒸發(fā)冷卻可以降低頻繁啟停過(guò)程中定子鐵芯所受熱應(yīng)力，提高槽電流，減少定子槽數(shù)，減少轉(zhuǎn)子直徑從而提高轉(zhuǎn)子的安全可靠性，冷卻風(fēng)量減少?gòu)亩档惋L(fēng)摩損耗及噪聲等。不久的將來(lái)，有望設(shè)計(jì)、制造擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的蒸發(fā)冷卻發(fā)電電動(dòng)機(jī)。

3.3 500kV高壓電纜

繼天荒坪工程后，華東院相繼在桐柏、宜興、寶泉、響水澗、仙游、仙居、洪屏、績(jī)溪、長(zhǎng)龍山等抽蓄電站中采用500kV交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜。隨著500kV電纜及電纜終端國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的發(fā)展，國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站幾乎全部采用XLPE電纜（除個(gè)別采用GIL母線(xiàn)）。單根電纜的長(zhǎng)度已從1000m向1300m甚至更長(zhǎng)的方向發(fā)展，預(yù)計(jì)到2025年單根長(zhǎng)度超過(guò)1500m的應(yīng)用工程將投入運(yùn)行。

3.4 其他

3.4.1 電氣設(shè)備布置

隨著工作的不斷改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，相繼在抽水蓄能電站設(shè)計(jì)中采用三維設(shè)計(jì)、通用設(shè)計(jì)及通用工藝設(shè)計(jì)等，以提高設(shè)計(jì)水平。借助三維設(shè)計(jì)減少設(shè)計(jì)差錯(cuò)，提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，解決了多專(zhuān)業(yè)協(xié)同問(wèn)題。通用工藝設(shè)計(jì)統(tǒng)一了抽水蓄能電站工藝設(shè)計(jì)原則，對(duì)抽水蓄能電站的預(yù)埋管、預(yù)埋件、接地、電纜橋架及電纜敷設(shè)、小口徑管路、支吊架、盤(pán)柜接線(xiàn)等工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行了細(xì)致的規(guī)定和統(tǒng)一。

3.4.2 廠(chǎng)用電設(shè)計(jì)

鑒于抽水蓄能電站的運(yùn)行逐步向無(wú)人值班過(guò)渡，遇有故障時(shí)應(yīng)能自動(dòng)處理，不需要現(xiàn)場(chǎng)人工即時(shí)干預(yù)，本著“故障導(dǎo)向安全”的設(shè)計(jì)原則，建議中壓廠(chǎng)用電系統(tǒng)中性點(diǎn)采用經(jīng)低電阻接地方式，同時(shí)保證保護(hù)的選擇性和靈敏度滿(mǎn)足要求，以確保電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4.3 水淹廠(chǎng)房反事故措施

針對(duì)減少水淹廠(chǎng)房的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行了廠(chǎng)用電接線(xiàn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。廠(chǎng)用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加強(qiáng)上下水庫(kù)區(qū)域及開(kāi)關(guān)站、生產(chǎn)控制樓等地面建筑及設(shè)備設(shè)施供電可靠性，采取通過(guò)引接地區(qū)電源或柴油發(fā)電機(jī)等措施提高供電可靠性；涉及水淹廠(chǎng)房安全的電氣設(shè)備盡量考慮放置在水輪機(jī)層以上，對(duì)于不具備條件的盡量采用保護(hù)等級(jí)為IP67的設(shè)備；注意應(yīng)急照明電源的供給、分級(jí)和分層設(shè)計(jì)和布置、斷路器設(shè)置原則、燈具及其開(kāi)關(guān)的防水功能等。更進(jìn)一步對(duì)水淹廠(chǎng)房事故后的排水系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急電源設(shè)計(jì)，及疏散通道的設(shè)計(jì)。

3.4.4 電纜防火設(shè)計(jì)

關(guān)于電纜防火設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照電纜設(shè)計(jì)規(guī)范、電站消防設(shè)計(jì)規(guī)范、廠(chǎng)用電設(shè)計(jì)規(guī)程等進(jìn)行。正確選擇電纜型號(hào)，采取不同電壓等級(jí)的電纜分層布置、分段封堵、動(dòng)控分離等相應(yīng)措施等，以減少火災(zāi)隱患。

4 結(jié)束語(yǔ)

天荒坪抽蓄電站的設(shè)計(jì)，為華東院后續(xù)抽水蓄能電站的設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著更高水頭、更高轉(zhuǎn)速、更大容量的蓄能機(jī)組的設(shè)計(jì)及建造，抽蓄機(jī)組參數(shù)選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨著更大的挑戰(zhàn)，發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、推力軸承、通風(fēng)等設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子材料選擇，主要部件剛強(qiáng)度、軸系穩(wěn)定、機(jī)組振動(dòng)及廠(chǎng)房振動(dòng)等均需要重點(diǎn)關(guān)注，需要我們總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并不斷進(jìn)步。