劉加華，杜才明，張 俊

(中國水利電力對外有限公司，北京 100120)

蘇阿皮蒂水利樞紐項(xiàng)目是西非幾內(nèi)亞共和國孔庫雷河梯級(jí)開發(fā)的第二級(jí)，距首都科納克里約135 km。本工程水庫正常蓄水位210對應(yīng)庫容63.17億m3，裝機(jī)容量450 MW，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型。主要建筑物有碾壓混凝土重力壩、壩后廠房、進(jìn)場公路及橋梁等。

電站裝機(jī)4×112.5 MW=450 MW，發(fā)電機(jī)為單元接線，225 kV為雙母線接線，設(shè)計(jì)出線3回，本期2回，通過同塔雙回、雙分裂570 mm2線路接入附近的凱樂塔開關(guān)站。工程于2016年4月開工，計(jì)劃2020年9月首臺(tái)機(jī)投產(chǎn)發(fā)電，2021年1月工程竣工。

1 背景方案

該電站早期由西方國家進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。1999年法國電力局的可行性研究，建議在距廠房2.2 km處的開闊地帶，建設(shè)一個(gè)敞開式的空氣絕緣開關(guān)設(shè)備(AIS)地面開關(guān)站。AIS主要以瓷套作為設(shè)備外殼, 設(shè)備分立布置，是傳統(tǒng)開關(guān)站，也是幾內(nèi)亞最常見和習(xí)慣的設(shè)計(jì)形式。2013年中國設(shè)計(jì)的可行性研究，提出的是SF6氣體絕緣全金屬封閉組合式(GIS)開關(guān)站，室內(nèi)布置，屋頂出線。咨詢方認(rèn)為屋頂出線不夠安全，還有可能引起漏水進(jìn)入廠房，即使采用GIS開關(guān)站也建議通過高壓電纜先接入地面出線場，再從地面出線場上225 kV高壓送出線路。

2 AIS與GIS比較

AIS是傳統(tǒng)敞開式分立元件開關(guān)站，母線、刀閘、開關(guān)、互感器等設(shè)備為瓷套外殼，主絕緣是空氣，同主變一起露天布置，占地面積較大，離發(fā)電廠房較遠(yuǎn)，電力和控制電纜用量大，可靠性較低，運(yùn)行維護(hù)工作量較大，但檢修維護(hù)難度較低。

GIS是現(xiàn)代高壓開關(guān)設(shè)備制造與技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，以高可靠性為主要特征，含母線在內(nèi)的所有電氣設(shè)備為SF6氣體絕緣，全金屬封閉組合式結(jié)構(gòu)。在副廠房室內(nèi)布置，結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小，維護(hù)工作量少，運(yùn)行可靠性高，但價(jià)格昂貴，檢修難度也較高。目前在中國國內(nèi)已是主流配置。

兩種方案的主要優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

表1 兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較表

通過以上優(yōu)缺點(diǎn)分析，并考慮當(dāng)?shù)氐臐駸釟夂颦h(huán)境，為提高設(shè)備可靠性，推廣先進(jìn)技術(shù)和成熟設(shè)備在該電站的應(yīng)用，并減少后期運(yùn)維工作量，中方的可研與初步設(shè)計(jì)確定采用GIS新型開關(guān)站。

3 225 kV出線場位置

GIS為戶內(nèi)全封閉設(shè)備，與外部高壓線路的連接，還需通過高壓電纜或SF6氣體絕緣全封閉式管線(GIB)，并且由于外部線路運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，易受大氣與事故過電壓的侵害，線路電壓互感器與避雷器、通訊載波用阻波器還是需要戶外分立布置。為了線路檢修時(shí)有明確的斷開點(diǎn)和接地點(diǎn)，線路隔離刀閘及地刀也是戶外分立布置，并不能全部集成到GIS內(nèi)。225 kV出線場這部分設(shè)備的位置選擇，考慮的有廠房屋頂和地面出線場兩種方案。

3.1 屋頂出線場

由于出線場需要布置的設(shè)備不多，GIS室位于上游副廠房的頂層，屋頂高程與線路之間落差較小，屋頂出線方式能大幅縮短出線場到GIS和線路之間的連接距離，提高可靠性，減少工程占地面積，降低工程布置難度。戶內(nèi)外高壓設(shè)備的連接不需要高壓電纜，GIS到出線場通過少量GIB管線延伸即可，可節(jié)約工程成本。該方案因此得到了廣泛的應(yīng)用。

但由于本站225 kV桿塔出線方向在廠房下游左岸，泄洪底孔與廠房距離較近，為了避免尾水平臺(tái)因發(fā)電振動(dòng)、泄洪水霧對GIS、主變和出線的影響，GIS和主變應(yīng)布置在上游副廠房，則屋頂出線需跨過主廠房，不夠安全；管線穿過樓頂，有漏水隱患；屋頂門型構(gòu)架到第1基桿塔跨度大，雙分裂570導(dǎo)線重，要求廠房結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高。咨詢方因此建議采用遠(yuǎn)離廠房的地面出線場，通過225 kV高壓電纜與廠房連接。

3.2 地面出線場

由于地形地貌原因，地面出線場距廠房較遠(yuǎn)，需要通過長距離的225 kV高壓電纜，并修建電纜隧道與廠房進(jìn)行連接，工程造價(jià)高，而且高壓電纜一但故障，需要專門的檢修隊(duì)伍、檢修試驗(yàn)器具才能檢修處理。如果電纜中間故障，一般需要更換整根電纜。這些本地都不具備條件，需要依賴幾內(nèi)亞國外資源才能修復(fù)，若海運(yùn)電纜及試驗(yàn)設(shè)備，將長時(shí)間影響電站發(fā)電運(yùn)行。該方案可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性均不能滿足要求。

4 最終方案

GIS+廠房屋頂出線場布置。此布置形式在蘇阿皮蒂下游的凱樂塔電站已成功應(yīng)用，在國內(nèi)絕大多數(shù)水電站，包括三峽電站也采用這種出線形式。通過以上分析，該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是接線簡短可靠，操作巡檢方便，省去了出線高壓電纜、電纜隧道和地面出線場。屋頂出線場布置在主廠房正中(凱樂塔布置在左側(cè)副廠房頂)，與GIS出線間隔垂直，GIB管道很短，相應(yīng)的占用廠房建筑面積也更少，優(yōu)點(diǎn)突出。見圖1、圖2。

圖1 凱樂塔電站225 kV屋頂出線場

為了解決出線跨主廠房、樓頂漏水、門架對廠房結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高等問題，利用廠房與大壩距離較近條件，最終采用在大壩上部設(shè)計(jì)錨固件作為0號(hào)桿塔，從高空引線至地面第1號(hào)桿塔，屋頂出線往上游方向在0-1號(hào)桿塔間T接進(jìn)線方案。合適的壩頂錨固與地面桿塔配合，避開了出線跨主廠房頂部，消除了泄洪水霧對出線的影響。為防止屋頂漏水，采用坡度屋頂防止積水，出線孔地面設(shè)一圈上凸止水線，GIB管線外套領(lǐng)圈覆蓋止水線，可根本上消除漏水。因T接引線短，上引張力小，本方案對廠房屋頂出線場及門形構(gòu)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求也不高。

經(jīng)過認(rèn)真分析論證，2016年10月初設(shè)報(bào)告審查會(huì)上本方案獲得了正式通過，并且采用的是廠房中間出線方案，大幅減少了GIB管線設(shè)備和廠房建筑面積。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的布置方案，設(shè)備先進(jìn)可靠，接線布置緊湊，工程造價(jià)較低，發(fā)電運(yùn)維操作管理便利。

圖2 Souapiti房頂出線示意圖

5 結(jié) 語

水力發(fā)電開關(guān)站形式與出線場位置的選擇，應(yīng)結(jié)合工程特點(diǎn)和現(xiàn)場具體條件，采用先進(jìn)成熟可靠設(shè)備，盡量簡化接線配置，縮短發(fā)電機(jī)電壓出線長度和送出線GIB管線長度，條件較差地區(qū)慎用110kV及以上高壓電力電纜。合理的設(shè)計(jì)方案可提高設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性，方便運(yùn)維操作管理，降低工程成本，減少電能損耗。