甬子沟水利枢纽工程电气设计

马云燕

(辽宁省丹东市江河流域管理处，辽宁丹东118000)

1 工程概况

甬子沟电站位于宽甸县石湖沟乡甬子沟村境内的一座小型水力发电站，最早建于1973年8月，后因技术条件的限制，机组的质量差，经常发生故障，由于机组不能满负荷运行，发电量满足不了正常的需求，最多只能达到160 kW的机组运行，达不到200 kW的发电机组满负荷运行，拦河坝的价高，水能的增大，原有的水轮发电机的装机容量过小，已经不能满足现有的发电需求，严重影响到当地的年发电量。

综合上述甬子沟电站存在的多种原因，原有的水轮发电机已不能正常运行使用，因此设备急需更换。本次设计总装机容量已达到410 kW，大大提高了年发电量。

1.1 接入电力系统方式

本水电站总装机容量为410 kW，机组台数为2台，一台单机容量为250 kW，另一台单机容量为160 kW。以一回出线“T”接至宽甸县变电所10 kV的母线上，联网线路长约10 km。

1.2 电气主接线

本电站总装机容量410 kW，装机2台，一台单机容量为250 kW，另一台单机容量为160 kW，从电站的安全可靠性，灵活性，接线的简单、清晰及经济合理性出发，电气主接线拟定两种方案进行比较。

1)方案一:单母线接线

选用一台500 kVA主变压器运行，其高压10 kV侧采用单母线接线，其低压侧即发电机母线电压0.4 kV侧采用单母线接线，厂用电及枢纽用电负荷采用400 k发电机母线直接引接。

此方案接线简单明了，运行灵活，操作简单，运行维护方便，工作量小，继电保护简单。不足之处是当母线故障或检修时，需全厂停电，可靠性及灵活性差。

2)方案二:单母线分段接线

选用一台315 kVA及一台250 kVA的主变压器运行，其高压10 kV侧采用单母线接线，其低压侧即发电机母线电压侧采用0.4 kV单母线分段接线。厂用电及枢纽用电负荷采用400 k发电机母线直接引接。

此方案供电的可靠性及灵活性相对提高，当一段母线故障或检修时，将分段断路器合上，即可保持该段母线所接机组通过另一段送电，可靠性及灵活性较高，该方案接线简单明了，布置紧凑，操作简单，方便，运行维护检修方便，缺点变压器数量增多，增加了一次设备的投资及故障率，且继电保护较复杂[1]。

综合以上分析，可以看出，本电站属于中小型水电站，经技术经济比较和综合分析，在技术可行的前提下，选用安全可靠、运行灵活且投资最少的第一方案，作为发电机电压侧接线的推荐方案。再者根据已往电站运行记录及有关统计资料分析，由于所选的高压开关柜相当安全可靠，故障率极低，基本上母线故障率为零，故推荐方案一。

本电站总装机容量410 kW，装机2台，一台单机容量250 kW，另一台单机容量160 kW，发电机机端电压均为0.4 kV。经1台S9－M－630/10型主变压器升压至10 kV后由一回送电线路送出，厂用电可接在发电机机端0.4 KV低压侧[2]。

此方案接线简单清晰，设备较少，运行维护方便，布置简单。

1.3 厂用电系统

厂用电系统由3部分组成:

1.3.1 电站自用电

电站厂用电负荷主要包括吊车、油泵、空压机、水泵、照明、电热、直流、励磁及其它控制系统所需用电负荷等，均为0.4 kV低压用电负荷。

1.3.2 枢纽用电

枢纽用电负荷主要包括电站进口启闭机室、冲砂闸启闭机室及尾水平台电动葫芦等。由于本工程枢纽用电负荷距电站较近，可以满足低压供电要求，故枢纽用电负荷的电源均取自电站厂用电0.4 kV母线[3]。

1.3.3 管理区用电

由于管理区布置及规模尚未确定，可从0.4 kV低压用电负考虑。

2 短路电流计算

2.1 原始数据

电力系统参数由业主提供。由于主机生产厂家无法确定，故发电机的次暂态电抗X″d根据设计手册提供的参考资料选定，待主机具体生产厂家确定后，再加以修正。

2.2 短路电流计算成果

短路点k1、k2的计算结果分别为:

1)短路点k1:

t=0s ，I"z=9.342，;t=2s，I"z=8.158;t=4s，I"z=7.655。

2)短路点k2:

t=0s ，I"z=4.340，;t=2s，I"z=2.797;t=4s，I"z=2.723。

3 主要电气设备选择

电站主要电气设备的选择根据技术先进、运行维护方便和安全可靠的原则进行。其电气参数均按所在回路额定参数进行选择，并进行短路电流校验。

3.1 66 kV升压站设备选择

1)选用选用SF6型断路器，其型号为LW33—72.5/T 2500—31.5，采用弹簧操作机满足技术要求。

2)选用GW5—60IID 630A 66kV，采用弹簧操作机构满足技术要求。

3)选用GW5—60IID 630A 66kV接地开关满足技术要求。

4)66 kV母线选择:

按允许电流选择，In≧Igmax=0.193 kA;按经济电流密度选择，S=Igmax/J;

选用钢芯铝绞线，J=1.175A/mm2，S=Igmax/J=193/1.175=164.256mm2。

按短路热稳定校验，

因66 kV母线长度不大，选用LGJ—150/35型钢芯铝绞线，In=500 A满足以上各项要求。

5)66kV电流互感器选择计算:

按工作电压选择，Un≧Ugmax=69.3 kV;按工作电流选择，In≧Igmax=0.193 kA。

根据以上计算数据可以初步选择型号为LB－66的电流互感器，满足技术要求。

6)66 kV电压互感器选择:

3.2 6.3 kV开关柜选择

按主变压器低压侧参数计算:

最大工作电流Igmax=1.05 In=1.925 kA选KYN1—10型交流金属铠装移开式开关柜，柜内装有SN10—10Ⅲ型少油断路器，采用 CD10ⅡCT8操作机构。

1)柜内电流互感器型号为LDJ—6型电流互感器，满足技术要求。

2)柜内电流互感器型号为JDZJ—6型电压互感器，满足技术要求。

3.3 6.3 kV母线选择

由计算可知LMY－125×10铝母线满足动稳定及热稳定要求。

3.4 电缆选择

初步选择ZLQ20－3×300mm2，在空气中单根敷设，K=1;

查表知35℃时，Ixu=0.396 kA＞0.385 kA满足要求;

由计算可知，ZLQ20－3×300 mm2电缆满足动稳定及热稳定要求。

3.5 避雷器选择计算

1)66 kV主变中性点初选HY1.5W—60/144型避雷器。

2)6.3 kV侧初选FZ－6型避雷器。

3.6 绝缘子选择计算

绝缘子的选择计算主要分为2种:66 kV绝缘子和6.3 kV绝缘子。

3.6.1 66 kV绝缘子

选用普通型棒式支柱绝缘子，型号为ZS—72.5型支柱绝缘子，其主要参数为:额定电压 UN=72.5 kV，系统标称电压为66 kV，抗弯及抗张破坏负荷Fde=10 000 N，高度H=210 mm.

由计算可知，满足动稳定要求。故选择 ZS—72.5型支柱绝缘子。

3.6.2 6.3 kV绝缘子

选用普通型棒式支柱绝缘子，型号为ZN—6型支柱绝缘子，其主要参数为:额定电压UN=6.9 kV，系统标称电压为6 kV，抗弯及抗张破坏负荷Fde=5000 N，高度H=200 mm.

由计算可知，满足动稳定要求。故选择 ZS—72.5型支柱绝缘子。

3.7 厂用变压器选择

厂用变压器主要从4个方面进行选择:

3.7.1 厂用变压器型式选择

根据主接线的设计，厂用变压器接在6.3 kV母线上，初选S10—M型无励磁调压全密封配电变压器。

3.7.2 厂用变压器容量的选择

由于条件的限制，暂选标准容量为400 kVA。

3.7.3 厂用变高压侧电缆选择

按电压、持续工作电流、短路计算热稳定选择截面。

由计算可知，ZLQ20－3×240mm2电缆满足热稳定要求。

3.7.4 厂用变低压侧电缆选择

按短路热稳定及动稳定校验，由计算可知LMY－63×6.3mm2铝母线满足要求。

以上各级电压配电装置的主要电气设备技术参数的选择都满足工作及环境的要求，经校验动、热稳定亦满足要求。

4 总体配置

本电站按“少人值班”原则设计，采用分层分布式微机监控系统。系统分两层:电站主控级和现地控制单元级。

1)电站主控级采用工业控制计算机(IPC)，包括操作员工作站、工程师工作站及通信工作站[4]。

2)现地控制单元级按被控对象设置机组LCU(四套)、公用设备LCU(1套)、辅机设备LCU(1套)等。

电站主控级和现地控制单元级之间采用现场总线网络连接。现地控制单元由PLC及触摸屏等组成，各LCU能独立于主控级计算机运行，具有现地监控功能。现场总线网络主要负责与电站级计算机、综合保护单元通信，实现时钟同步功能;PLC则完成数据采集、机组顺控、与微机调速器、微机励磁系统、微机自动准同期装置的通信功能。

5 继电保护

电站主要电气设备(包括发电机、主变、66kV线路、6.3kV线路)的继电保护采用微机综合保护装置一对一设置，独立运行，任意设备或监控系统出现故障，均不影响其他设备的正常运行。

根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范(GB 50062－92)》，进行主要电气设备设置的继电保护配置。

6 防雷保护及接地装置

根据《电力设备过电压保护技术规范》规定和绝缘配合的要求，配置各级电气设备的过电压保护设备。电站装设防直击雷和感应雷过电压保护装置。

接地系统充分利用自然接地体，主要是金属门槽、压力钢管、尾水管和水工结构钢筋网。升压站接地采用人工敷设接地网，并与电站接地系统可靠相连。整个接地系统的接地电阻＜4 Ω。避雷针需敷设独立的接地体，其接地电阻≤10 Ω。所有电气设备外壳、基础槽钢、预埋钢管、升压站设备钢构架、电缆桥架等均应可靠接地。

7 照明部分

水电站设工作照明及事故照明两部分，工作照明电源取自厂用低压盘，为380/220 V三相四线制供电系统，事故照明采用交直流电源自动切换的供电方式。事故照明电源取自直流电源装置，电压DC 220 V。

中控室设直流220 V常明灯。照明配电箱为嵌入式暗装，分别安装在主厂房安装层、水轮机层等处。根据灯具安装地点的工作性质及环境条件选择即适用又经济美观的各种建筑灯具。

8 通讯

水电站设调度通讯及行政通讯两种。调度通讯利用66kV输电线路设电力载波通讯。行政通讯采用40门数字程控交换机1台，作为内部生产调度通讯和行政管理通讯，并以2～3对中继线与市话连接。

[1]刘介才.实用供配电技术手册[M].北京:中国水利水电出版社，2001:27－33.

[2]范锡普.发电厂电气部分[M].北京:中国电力出版社，1995:43－51.

[3]李海，黎文安.实用建筑电气技术[M].北京:中国水利水电出版社，2001:57－63.

[4]方大千.实用继电保护技术[M].北京:北京人民邮电出版社，2003:15－23.