耿达水电站灾后重建中发电机电压母线的选型设计

王福春 吴 胜

（1. 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 成都市 610072；2. 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 长沙市 410014）

1 概 述

1.1 工程概况

耿达电站位于四川省卧龙特别行政区耿达乡境内，座落在岷江上游支流渔子溪河上水界牌处，厂址位于渔子溪河左岸。电站为闸坝径流引水式，共装4台40 MW 混流式水轮发电机组。

电站始建于1982年3月，1988年6月全部建成，2008年5月12日因地震停产，2011年12月全部恢复重建。

1.2 电气主接线

电站电气主接线采用两组两机一变的扩大单元接线，发电机出口电压为13.8 kV，接入系统电压等级为220 kV。电站电气主接线见图1。

1.3 发电机电压设备布置

1.3.1 电站地震前发电机电压设备布置

耿达电站4 台水轮发电机组及其附属设备布置在主厂房内。发电机电压母线采用槽型铝母线，发电机电压回路的所有配电设备采用敞开式布置在主厂房电缆层和水轮机层。发电机电压设备周围相关通道设置安全防护网。2 台主变压器布置在厂房外的主变室内。发电机电压设备采用敞开式布置，占用空间大、美观性差，设备运行可靠性差。

图1 电站电气主接线简图

1.3.2 电站地震灾后重建发电机电压设备布置

根据地震灾后重建规划，耿达电站的主变压器室、220 kV 开关站、副厂房等建筑物进行了集中兴建，主要电气设备进行了重新选型设计。

受灾后重建地形条件的限制，为提高电站设备运行的可靠性、安全性，改善电站运行管理条件，适应建设现代化、智能化发电厂的要求，结合电站主要电气设备的选型设计，耿达电站灾后恢复重建工程的发电机电压母线采用了全浇注式封闭母线。

2 发电机电压母线选型设计

2.1 发电机电压母线选型

2.1.1 槽型铝母线

耿达电站发电机电压母线原设计依据电站建设当时的技术经济水平，选用的是槽型母线。槽型铝母线造价低，但是开敞式槽型母线布置占地面积大，美观性差，绝缘特性不好，每年都需要进行清扫及连接接头的紧固等大量维护工作，并需要较长的停电维修时间。在地下厂房遇地下渗水时，易引起母线接地故障。开敞式槽型铝母线由于其设备安装布置特性，其抗震性较差。

2.1.2 共箱母线

共箱母线是目前在中型电站中广泛使用的母线品种。共箱母线有其合理的使用范围，同时也因为其自身存在一些无法克服的弊病而使母线系统的运行存在不少隐患，一旦这些隐患在运行中显现出来将会造成重大的损失。这些弊病主要反映在以下几个方面：

（1）设备横截面比较大，需要较大的空间。

（2）易受环境的影响，是在粉尘高、潮湿、气温变化大等恶劣的环境中使用，常会使母线因密封老化而造成局部受潮，或被污染，从而导致整个母线系统的绝缘下降，给安全生产带来威胁。

2.1.3 全浇注式封闭母线

全浇注式母线因其绝缘特性极佳，具备抗腐蚀特色，且防护等级、耐撞击特性、防火特性、防水特性优秀。全浇注式母线在以下几个方面优点突出：

（1）全浇注式母线断面尺寸较小，能节省较多空间，对地下厂房空间有限的环境非常适宜，设备安装布置后，能极大地改善电站运行环境。

（2）全浇注式母线一经安装完成，完全不受环境影响，能防水、防火、防腐、防潮等，可以做到零维护，节省用户较多运行维修费用。

（3）全浇注式母线挠性大，抗震能力好。耿达电站位于地震带，遇地震较多，采用此型母线具有很好的适应性。

2.1.4 发电机电压母线的选定

根据电站发电机电压配电系统方案，发电机电压母线分别采用敞开式槽型铝母线、共箱母线、全浇筑式母线三个方案进行比较（表1 和表2）。

表1 耿达水电站各母线方案经济比较表 万元

表2 耿达水电站各母线方案技术比较表

耿达水电站灾后重建由于电站规划用地、已有地下厂房空间的限制，以及用户灾后重建的目标要求，需要改造更换槽型铝母线系统设备。且采用共箱母线也不能满足设备布置的空间尺寸要求。因此，耿达水电站灾后重建基于电站厂房空间的限制条件、适应技术进步，以及满足用户建设现代化、智能化发电厂的目标要求，耿达电站灾后重建发电机电压母线确定选择了全浇注式母线。

2.2 全浇注母线结构与特点

2.2.1 概 述

在欧美国家，全浇注式母线发展至今已超过50年，2000年左右开始引进中国的石油化工、造船、发电厂等行业使用。

全浇注母线节省了较大空间，结合发电机电压设备的组柜，设备运行安全性、可靠性有了较大的提高。同时改善可电站运行环境，减轻电站运行维护管理工作量，提高母线安全防护等级，提升设备长期安全稳定运行水平。

全浇注母线断面尺寸小，与发电机、变压器、开关柜接口方便，可以根据项目实际情况，专门设计母线与各设备的接口盘头，便于工厂模具化制造。对于在地下厂房、空间狭小、潮湿的环境条件下应用具有较大的优势。

2.2.2 母线的形成

全浇注式母线，采用一种特别配置的无机矿物质及EPOXY 混合而成的绝缘材料，在工厂里用浇注的办法将各相母线（导体）分别包裹起来，形成全浇注母线直线段（约4～6 m/段）、折线段以及各种成型的接头部件等。

2.2.3 母线的连接

（1）这些母线段和各个部件根据用户场地情况（根据设计要求）连接成一个用户需要的完整的母线系统。

（2）各个母线段之间、母线段和各个部件之间的导体和导体之间用螺栓连接。

（3）连接部分的绝缘则在现场以抽真空浇注方法将无机矿物质及EPOXY 混合而成的绝缘材料浇注到金属材料的周围，使之成为同母线一样的浇注实体，成为一个完整的母线系统。

2.2.4 全浇注式封闭母线材质特性

采用的“无机矿物质及EPOXY 混合而成的绝缘材料” 其热延展性为19×10-6mm/mm·℃与铜导体材料的热展性17×10-6mm/mm·℃极为接近，从而保障了母线的散热性能以及母线与绝缘材料之间的紧密结合，不会产生起泡、龟裂等现象。

2.2.5 母线的特点

（1）全浇注中压母线IP 等级可以达到IP68/IP67，完全防尘、防水不受环境因素影响。

（2）绝缘特性： 出厂组件绝缘10 GΩ 以上，现场衔接后亦达500 MΩ 以上。

（3）具备超低温（超高温）-50℃～70℃安全运转认证与运转实绩。

（4）具备防火防爆特性。

（5）耐撞击可达IK10。

（6）全浇注母线能实现零维护，估计寿命在30年以上。

2.3 耿达水电站发电机电压母线技术参数

耿达水电站发电机电压母线的选择要满足水力发电机组、主变压器设备对电流、电压、动稳定、热稳定等参数要求。全浇注封闭母线的基本技术参数见表3。

表3 耿达电站13.8 kV 发电机电压母线设备基本参数表

3 耿达电站发电机电压母线布置

耿达电站4 台发电机组，1#、2#发电机与1#变压器及3#、4#发电机与2#变压器组成两组扩大单元接线。发电机出口电压为13.8 kV，1#、2#主变压器容量为120 MVA 的双绕组升压变压器。主要布置见图2～图5。

4 结 语

（1）水电站电压配电开关设备布置一般要受限于电站厂房布置。耿达电站系20 世纪80年代建设的水电站，受当时技术经济发展水平等条件的制约，发电机电压母线采用槽型铝母线，发电机电压回路的所有配电设备采用敞开式布置在主厂房电缆层和水轮机层，占用厂房空间较大，电站运行维护及检修工作便利性较差。

发电机电压母线采用全浇注式母线改造后，极大地改善了电站运行环境，增强了设备绝缘性能，减轻了电站运行维护管理工作量，提高了发电机电压母线的安全防护等级和抗短路能力，提升了设备长期安全稳定运行水平。有利于电站运行单位按照“无人值班，少人值守” 建设现代化、智能化电厂。

图2 1#、2#机母线及发电机电压配电装置平面布置图

图3 1#、2#机母线及发电机电压配电装置立面布置图

图4 发电机出口母线、开关柜及主母线布置图

图5 母线在廊道布置图

（2）本文所述的中型水电站发电机电压母线采用全浇注母线的方案，对类似老旧电站改造发电机电压母线、新建地下厂房电站的湿热环境条件下布置发电机电压母线、贯流式机组竖井狭小和湿热空间布置发电机电压母线等工程具有一定借鉴意义。

[1] 水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册（电气一次）[M].北京：水利电力出版社出版，1982.

[2] DL/T 5186-2004.水力发电厂机电设计规范[S].

[3] 孙树忠. 6～10 kV 全浇注无机矿物质封闭母线在大型发电厂脱硫系统中的应用[J]. 电气开关，2009，（3）：68-71.

[4] 王新. 全浇注母线在6 kV 厂用电系统中应用[J]. 电力建设，2009, 30（7）: 76-78.

[5] 方燕飞,王峥. 6～10 kV 中压全浇注封闭母线在热电公司的应用[J].陕西电力，2007，35（10）:57-59.

[6] GB/T 8349-2000.金属封闭母线[S]. 北京: 中国标准出版社, 2004.

[7] JB/T 9639-1999.封闭母线[S]. 北京:机械工业出版社，2000.

[8] DL/T 5222-2005.导体和电器选择设计计算规定[S]. 北京:中国电力出版社, 2005.