向家壩右岸電站電氣一次設備綜述

周家明，董 顯

（向家壩水力發電廠，四川 宜賓 644612）

0 引言

向家壩右岸為地下廠房，安裝4臺水輪發電機組，發電機單機額定容量為888.9 MVA，出口母線為23 kV離相封閉母線（IPB）。發電機與變壓器為單元接線，變壓器的額定容量為890 MVA，額定電壓550 kV。主變壓器與GIS采用500kV高壓電纜連接。500kV GIS出線通過SF6管線及出線套管引至出線門形架。出線平臺布置SF6/空氣套管、電容式電壓互感器、避雷器等出線設備。右岸開關站為交流500 kV一級電壓接入系統，右岸電站2回交流500 kV線路至復龍換流站，輸送距離約為12 km。

1 電氣主接線

電氣主接線遵循“安全、可靠、靈活、經濟”的原則，經過多個方案的可靠性計算及技術經濟比較，向家壩右岸電站最終選擇的主接線方式具有以下特點：

（1）每臺機組發電機出口設置發電機斷路器以滿足機組參與調峰運行時的開、停機要求。

（2）發電機—變壓器采用單元接線方式，其運行靈活度高，繼電保護簡單，分期過渡性強。

（3）500 kV采用3串3/2接線，其供電安全性高，靈活性強，對系統要求的適應性最好，繼電保護相對簡單，對廠用電影響最小。

（4）3串3/2接線采用交叉接線，比常規3/2非交叉接線具有更高的運行可靠性，可減少特殊運行方式下事故擴大。

2 發電機

2.1 主要技術參數

向家壩右岸電站共裝4臺機組，由天津ALSTOM制造，主要技術參數見表1。

表1 向家壩右岸電站發電機主要技術參數

2.2 主要結構特點

（1）全空冷

水輪發電機均為立軸、半傘式結構，冷卻方式均為全空冷，即定子繞組、定子鐵芯和轉子繞組均為空氣冷卻，采用密閉雙路循環無風扇結構空氣冷卻系統。空氣的循環通過發電機轉子的徑向氣流作用來實現，空冷器出來的冷風，設計上端60%風量，下端40%風量，通過改變轉子支臂進風口的大小來調節風量大小。

（2）定子組裝

發電機定子結構尺寸大，工廠組裝后運輸存在困難，因此，采用現場組裝方式。同時現場組裝能夠提高定子鐵心的壓緊質量，保證鐵心圓度。定子為斜支臂的定子機座結構，定子機座分成5瓣運至現場，定子鐵芯總高度為3 490 mm，共分為72小段，從下至上依次為第一至第七十二小段，在工地以1/3的疊片方式交錯疊裝。定子鐵芯由0.5 mm厚的硅鋼片疊裝而成，頂部和底部的疊片組在工廠由5 mm厚粘連在一起的硅鋼片疊成，形成一個堅固的圓環。

（3）定子繞組

向家壩右岸發電機定子繞組為三相雙層波繞組，7支路并聯，Y型連接，節距1—11—19，每極每相槽數為3，共756槽，槽電流6 375 A，定子線棒絕緣采用真空浸漬VPI絕緣技術，F級絕緣，1.5倍額定電壓不起暈，線棒采用羅貝爾360度完全換位，所有接頭采用銀銅焊。采用整數槽，機組振動較小，但波形畸變較大。

（4）轉子繞組

磁極線圈匝間絕緣、鐵心極身絕緣為NOMEX絕緣紙，極身絕緣與線圈間隙用環氧玻璃布板外包浸漬滌綸氈塞緊。為減小波形畸變，采用的阻尼繞組偏1/4齒距。

（5）發電機中性點接地裝置

發電機中性點接地裝置由接地變壓器、電阻、隔離開關等組成，接地變壓器為單相環氧澆注式，絕緣等級為H級。

（6）局放監測系統

每臺發電機組6個電容耦合式傳感器，每相安裝2個耦合器，第一個耦合器安裝在發電機出線端軟連接靠近定子側，另一個安裝在封閉母線上。電容耦合器額定電壓等級25 kV，電容量80 pF，頻寬40～350 MHz。

3 離相封閉母線

3.1 主要技術參數

離相封閉母線由江蘇大全制造，主要技術參數見表2。

表2 封閉母線主要技術參數

3.2 主要結構特點

（1）總體方案

全連、自冷、離相、微正壓充氣封閉母線。

（2）結構尺寸

主回路外殼尺寸為Φ1 510 mm×10 mm，導體尺寸為Φ950 mm×15 mm。分支回路外殼尺寸為Φ735 mm×5 mm，導體尺寸為Φ175 mm×12 mm。主回路相間距離為2 000 mm。

（3）支撐方式

外殼支撐采用“抱箍加支座”、“鞍形支座”等支撐方式。主回路母線采用4絕緣子對稱支撐方式，分支回路母線采用2絕緣子對稱支撐方式。

（4）外殼接地方式

封閉母線外殼采用多點接地方式；外殼短路板應設可靠的接地點。當母線通過短路電流時，外殼離接地點最遠端的感應電壓不超過24 V。

（5）伸縮節

伸縮節外殼采用鋁波紋管結構，導體和外殼均為焊接連接。伸縮節的設計滿足軸向位移±25 mm，徑向位移±20 mm的要求，保證母線和外殼的伸縮性。封閉母線和設備連接處，采用外殼帶密封橡膠套可拆伸縮裝置。

（6）密封結構

在封閉母線端部裝設密封絕緣套管，與發電機和變壓器的接口處采用橡膠波紋帶密封。

4 主變壓器

4.1 主要技術參數

主變壓器由保定變壓器有限公司制造，主要技術參數見表3。

4.2 主要結構特點

（1）鐵心結構

鐵心硅鋼片厚度為0.27 mm，在50 Hz時1.7 T下，最大單位損耗值為0.95 W/kg。鐵心疊片采用6級步進搭接接縫，無孔綁扎心式結構。

表3 主變壓器主要技術參數

（2）繞組結構

高壓繞組采用分級絕緣，低壓繞組采用全絕緣。高壓繞組為內屏蔽連續式結構，采用半硬自粘換位導線繞制；低壓繞組為螺旋式結構，采用半硬自粘換位導線繞制。

（3）引出線

高壓采用中部出線，500 kV成型引線引出，連接油/SF6套管。低壓出線采用銅管引出，再通過接線片接至低壓套管，由離相封母水平引出。

（4）冷卻器

冷卻器為防堵型雙重管結構，每臺變壓器的冷卻器數量為6臺，其中1臺為備用。冷卻器的工作水壓力為0.3～0.5 MPa，每臺水冷卻器的額定冷卻容量為500 kW，額定水流量為70 m3/h。

（5）套管

高壓套管為帶有氣體檢漏系統的環氧樹脂浸漬電容式（RIP）油/SF6套管，德國HSP公司生產，高壓套管額定電壓為550 kV，額定電流為2 500 A，短時耐受電流100 kA/1 s。低壓套管為銅心環氧樹脂浸漬油/空氣瓷套管，瑞士MICAFIL公司生產，短時耐受電流100 kA/2 s。

（6）中性點接地方式

為限制短路電流值，主變中性點需經小電抗器接地，小電抗器電抗值為17.55 Ω。

5 500 kV高壓電纜

5.1 主要技術參數

高壓電纜本體由新寶豐電纜公司制造，電纜附件由江蘇安靠制造，主要技術參數見表4。

表4 高壓電纜主要技術參數

5.2 主要結構特點

（1）電纜本體主要結構

電纜導體為圓形5分割，主絕緣材料為超純凈XLPE，電纜由內向外主要7層，分別為導體、導體屏蔽，絕緣，絕緣屏蔽，緩沖層，金屬套，外護套等。

（2）電纜終端主要結構

電纜終端兩端均為與500 kV GIS相連接的GIS終端，電纜終端在地下主變洞高壓電纜層為水平布置，在地面開關站電纜層為垂直布置。電纜終端的電氣性能與電纜本體要求基本相同。電纜終端采用全干式結構，干式終端內的應力錐在工廠制作，現場只進行裝配。

（3）接地回流線

為降低電纜外護套絕緣所承受的工頻過電壓，并抑制對電纜鄰近的弱電線路的電磁干擾，每回電纜線路平行敷設一根回流線。接地回流線在主電纜之間按“三七開”布置，兩端接地，在主電纜長度的中間位置進行交叉換位布置。回流線截面積為500 mm2,額定電壓10 kV，額定短路電流63 kA/2 s。

（4）監測系統

采用光纖測溫監測系統，測溫光纖沿每相電纜敷設在電纜表面測量電纜表面溫度，測溫光纖固定在待監測電纜回路上，4回共12根電纜共用1臺光纖測溫主機。在已知電纜表面溫度和額定負荷的條件下，通過查詢電纜表面溫度，利用穩態負荷關系表，得出對應的電纜導體溫度。

多點接地監測系統，每回電纜安裝有一個串聯在金屬套接地電纜回路中的電流互感器，用于電纜金屬套多點接地監測，多點接地監測裝置具有與計算機相連的I/O和RS232/485接口，具有現場監視及遠方監測報警能力。

局部放電監測系統，12根500 kV高壓電纜共設置1套高壓電纜局部放電監測系統，系統硬件包括數據服務器1套、現地監測分析裝置1套、工業以太網交換機1臺、12套高頻電流傳感器（頻率范圍50 kHz～20 MHz）、復接器、連接電纜等附件。數據服務器和現地監測分析裝置通過以太網通信，網絡通信協議使用TCP/IP協議。

6 500 kV GIS

6.1 主要技術參數

500kVGIS由西安西電開關電氣股份有限公司制造，主要技術參數見表5。

表5 GIS主要技術參數

6.2 主要結構特點

（1）總體布置

500 kV GIS開關設備型號為ZF8A-550。其主要組成元件包括斷路器、隔離開關、接地開關（包括檢修接地開關、快速接地開關）、母線、避雷器、電壓互感器、電流互感器、出線套管、電纜連接終端、伸縮節、盆式絕緣子、現地控制柜、母線PT控制柜、智能控制柜及端子箱等。所有元件采用積木式設計，結構緊湊、布置靈活，能滿足電站各種主接線布置的要求，適應性強。

（2）斷路器開斷能力

由于向家壩右岸是水輪發電機—變壓器—550 kV開關設備—系統的接線方式，如果靠近變壓器側發生短路故障，直流分量衰減時間常數較大，因此工程對斷路器開斷直流分量能力提出了較高的要求，根據向家壩電站短路計算，從能量及電流幅值計算結果比較可以得出，向家壩短路電流48.8 kA、時間常數τ=269 ms的對斷路器的開斷能力要求最高。

從電流波形參數及能量分析得出，雖然向家壩電站時間常數τ=269 ms較大，其電流幅值系數高、持續時間較長，但由于短路電流有效值48.8 kA較小，其開斷大半波能量、總的電流幅值比額定短路電流63 kA、直流分量衰減時間常數τ=120 ms小，西開LW13A-550/Y5000-63斷路器開斷額定短路電流63 kA、直流分量衰減時間常數τ=120 ms、直流分量達78%開斷能力可以滿足向家壩工程中對斷路器開斷要求。同時為進一步確認斷路器的開斷能力，完成了周期分量48.80 kA、直流分量43.63 kA、直流分量百分數63.2%、時間常數269 ms的斷路器開斷型式試驗。

（3）液壓機構

斷路器操作機構為液壓碟簧式機構，主要特點是液壓系統布置在一個模塊中，無外接管道連接，可以明顯改善漏油現象，儲能采用蝶形彈簧組，工作壓力穩定，抗干擾能力強。

（4）DMS局放監測系統

右岸GIS布置36個超高頻耦合傳感器（頻率范圍，300～1 500 MHz），耦合傳感器提取在GIS內傳輸的局部放電信號，再通過超高頻同軸電纜傳送到安裝在GIS附近的信號處理及光電轉換單元（OCU）；每臺OCU匯接一個三相耦合器組所采集的超高頻信號，并進行濾波后將超高頻脈沖信號的幅度數字化并轉換成光信號，再通過光纜將信號傳送到安裝在GIS室的現地柜。

7 結語

右岸電站水輪發電機于2011年開始安裝，2012年10月首批機組投入運行。向家壩右岸電站采用了全世界最大的800 MW的空冷機組，23 kV的機端電壓，以及500 kV國產高壓電纜及附件等設備。特別是向家壩右岸電站5 160 m 500 kV交聯聚乙烯國產電纜以及24套國產電纜終端首次大規模應用，使國產交聯電力電纜及附件制造及應用踏上了一個新的起點，進一步推進了500 kV高壓電纜的國產化。

熟悉和掌握向家右岸電站電氣一次設備的電氣性能、技術特點，對于進行好設備的運行維護、特別是首批機組的安全發電，具有積極意義。

[1]發電廠電氣部分[M].北京：中國水力水電出版社，2002.