耿達水電站災后重建中發電機電壓母線的選型設計

王福春 吳 勝

（1. 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司 成都市 610072；2. 中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司 長沙市 410014）

1 概 述

1.1 工程概況

耿達電站位于四川省臥龍特別行政區耿達鄉境內，座落在岷江上游支流漁子溪河上水界牌處，廠址位于漁子溪河左岸。電站為閘壩徑流引水式，共裝4臺40 MW 混流式水輪發電機組。

電站始建于1982年3月，1988年6月全部建成，2008年5月12日因地震停產，2011年12月全部恢復重建。

1.2 電氣主接線

電站電氣主接線采用兩組兩機一變的擴大單元接線，發電機出口電壓為13.8 kV，接入系統電壓等級為220 kV。電站電氣主接線見圖1。

1.3 發電機電壓設備布置

1.3.1 電站地震前發電機電壓設備布置

耿達電站4 臺水輪發電機組及其附屬設備布置在主廠房內。發電機電壓母線采用槽型鋁母線，發電機電壓回路的所有配電設備采用敞開式布置在主廠房電纜層和水輪機層。發電機電壓設備周圍相關通道設置安全防護網。2 臺主變壓器布置在廠房外的主變室內。發電機電壓設備采用敞開式布置，占用空間大、美觀性差，設備運行可靠性差。

圖1 電站電氣主接線簡圖

1.3.2 電站地震災后重建發電機電壓設備布置

根據地震災后重建規劃，耿達電站的主變壓器室、220 kV 開關站、副廠房等建筑物進行了集中興建，主要電氣設備進行了重新選型設計。

受災后重建地形條件的限制，為提高電站設備運行的可靠性、安全性，改善電站運行管理條件，適應建設現代化、智能化發電廠的要求，結合電站主要電氣設備的選型設計，耿達電站災后恢復重建工程的發電機電壓母線采用了全澆注式封閉母線。

2 發電機電壓母線選型設計

2.1 發電機電壓母線選型

2.1.1 槽型鋁母線

耿達電站發電機電壓母線原設計依據電站建設當時的技術經濟水平，選用的是槽型母線。槽型鋁母線造價低，但是開敞式槽型母線布置占地面積大，美觀性差，絕緣特性不好，每年都需要進行清掃及連接接頭的緊固等大量維護工作，并需要較長的停電維修時間。在地下廠房遇地下滲水時，易引起母線接地故障。開敞式槽型鋁母線由于其設備安裝布置特性，其抗震性較差。

2.1.2 共箱母線

共箱母線是目前在中型電站中廣泛使用的母線品種。共箱母線有其合理的使用范圍，同時也因為其自身存在一些無法克服的弊病而使母線系統的運行存在不少隱患，一旦這些隱患在運行中顯現出來將會造成重大的損失。這些弊病主要反映在以下幾個方面：

（1）設備橫截面比較大，需要較大的空間。

（2）易受環境的影響，是在粉塵高、潮濕、氣溫變化大等惡劣的環境中使用，常會使母線因密封老化而造成局部受潮，或被污染，從而導致整個母線系統的絕緣下降，給安全生產帶來威脅。

2.1.3 全澆注式封閉母線

全澆注式母線因其絕緣特性極佳，具備抗腐蝕特色，且防護等級、耐撞擊特性、防火特性、防水特性優秀。全澆注式母線在以下幾個方面優點突出：

（1）全澆注式母線斷面尺寸較小，能節省較多空間，對地下廠房空間有限的環境非常適宜，設備安裝布置后，能極大地改善電站運行環境。

（2）全澆注式母線一經安裝完成，完全不受環境影響，能防水、防火、防腐、防潮等，可以做到零維護，節省用戶較多運行維修費用。

（3）全澆注式母線撓性大，抗震能力好。耿達電站位于地震帶，遇地震較多，采用此型母線具有很好的適應性。

2.1.4 發電機電壓母線的選定

根據電站發電機電壓配電系統方案，發電機電壓母線分別采用敞開式槽型鋁母線、共箱母線、全澆筑式母線三個方案進行比較（表1 和表2）。

表1 耿達水電站各母線方案經濟比較表 萬元

表2 耿達水電站各母線方案技術比較表

耿達水電站災后重建由于電站規劃用地、已有地下廠房空間的限制，以及用戶災后重建的目標要求，需要改造更換槽型鋁母線系統設備。且采用共箱母線也不能滿足設備布置的空間尺寸要求。因此，耿達水電站災后重建基于電站廠房空間的限制條件、適應技術進步，以及滿足用戶建設現代化、智能化發電廠的目標要求，耿達電站災后重建發電機電壓母線確定選擇了全澆注式母線。

2.2 全澆注母線結構與特點

2.2.1 概 述

在歐美國家，全澆注式母線發展至今已超過50年，2000年左右開始引進中國的石油化工、造船、發電廠等行業使用。

全澆注母線節省了較大空間，結合發電機電壓設備的組柜，設備運行安全性、可靠性有了較大的提高。同時改善可電站運行環境，減輕電站運行維護管理工作量，提高母線安全防護等級，提升設備長期安全穩定運行水平。

全澆注母線斷面尺寸小，與發電機、變壓器、開關柜接口方便，可以根據項目實際情況，專門設計母線與各設備的接口盤頭，便于工廠模具化制造。對于在地下廠房、空間狹小、潮濕的環境條件下應用具有較大的優勢。

2.2.2 母線的形成

全澆注式母線，采用一種特別配置的無機礦物質及EPOXY 混合而成的絕緣材料，在工廠里用澆注的辦法將各相母線（導體）分別包裹起來，形成全澆注母線直線段（約4～6 m/段）、折線段以及各種成型的接頭部件等。

2.2.3 母線的連接

（1）這些母線段和各個部件根據用戶場地情況（根據設計要求）連接成一個用戶需要的完整的母線系統。

（2）各個母線段之間、母線段和各個部件之間的導體和導體之間用螺栓連接。

（3）連接部分的絕緣則在現場以抽真空澆注方法將無機礦物質及EPOXY 混合而成的絕緣材料澆注到金屬材料的周圍，使之成為同母線一樣的澆注實體，成為一個完整的母線系統。

2.2.4 全澆注式封閉母線材質特性

采用的“無機礦物質及EPOXY 混合而成的絕緣材料” 其熱延展性為19×10-6mm/mm·℃與銅導體材料的熱展性17×10-6mm/mm·℃極為接近，從而保障了母線的散熱性能以及母線與絕緣材料之間的緊密結合，不會產生起泡、龜裂等現象。

2.2.5 母線的特點

（1）全澆注中壓母線IP 等級可以達到IP68/IP67，完全防塵、防水不受環境因素影響。

（2）絕緣特性： 出廠組件絕緣10 GΩ 以上，現場銜接后亦達500 MΩ 以上。

（3）具備超低溫（超高溫）-50℃～70℃安全運轉認證與運轉實績。

（4）具備防火防爆特性。

（5）耐撞擊可達IK10。

（6）全澆注母線能實現零維護，估計壽命在30年以上。

2.3 耿達水電站發電機電壓母線技術參數

耿達水電站發電機電壓母線的選擇要滿足水力發電機組、主變壓器設備對電流、電壓、動穩定、熱穩定等參數要求。全澆注封閉母線的基本技術參數見表3。

表3 耿達電站13.8 kV 發電機電壓母線設備基本參數表

3 耿達電站發電機電壓母線布置

耿達電站4 臺發電機組，1#、2#發電機與1#變壓器及3#、4#發電機與2#變壓器組成兩組擴大單元接線。發電機出口電壓為13.8 kV，1#、2#主變壓器容量為120 MVA 的雙繞組升壓變壓器。主要布置見圖2～圖5。

4 結 語

（1）水電站電壓配電開關設備布置一般要受限于電站廠房布置。耿達電站系20 世紀80年代建設的水電站，受當時技術經濟發展水平等條件的制約，發電機電壓母線采用槽型鋁母線，發電機電壓回路的所有配電設備采用敞開式布置在主廠房電纜層和水輪機層，占用廠房空間較大，電站運行維護及檢修工作便利性較差。

發電機電壓母線采用全澆注式母線改造后，極大地改善了電站運行環境，增強了設備絕緣性能，減輕了電站運行維護管理工作量，提高了發電機電壓母線的安全防護等級和抗短路能力，提升了設備長期安全穩定運行水平。有利于電站運行單位按照“無人值班，少人值守” 建設現代化、智能化電廠。

圖2 1#、2#機母線及發電機電壓配電裝置平面布置圖

圖3 1#、2#機母線及發電機電壓配電裝置立面布置圖

圖4 發電機出口母線、開關柜及主母線布置圖

圖5 母線在廊道布置圖

（2）本文所述的中型水電站發電機電壓母線采用全澆注母線的方案，對類似老舊電站改造發電機電壓母線、新建地下廠房電站的濕熱環境條件下布置發電機電壓母線、貫流式機組豎井狹小和濕熱空間布置發電機電壓母線等工程具有一定借鑒意義。

[1] 水電站機電設計手冊編寫組.水電站機電設計手冊（電氣一次）[M].北京：水利電力出版社出版，1982.

[2] DL/T 5186-2004.水力發電廠機電設計規范[S].

[3] 孫樹忠. 6～10 kV 全澆注無機礦物質封閉母線在大型發電廠脫硫系統中的應用[J]. 電氣開關，2009，（3）：68-71.

[4] 王新. 全澆注母線在6 kV 廠用電系統中應用[J]. 電力建設，2009, 30（7）: 76-78.

[5] 方燕飛,王崢. 6～10 kV 中壓全澆注封閉母線在熱電公司的應用[J].陜西電力，2007，35（10）:57-59.

[6] GB/T 8349-2000.金屬封閉母線[S]. 北京: 中國標準出版社, 2004.

[7] JB/T 9639-1999.封閉母線[S]. 北京:機械工業出版社，2000.

[8] DL/T 5222-2005.導體和電器選擇設計計算規定[S]. 北京:中國電力出版社, 2005.