楓樹壩電廠220kV配電裝置改造設計

鄧志明

摘要：楓樹壩電廠位于河源龍川縣境內，是以發電為主，兼具防洪和航運灌溉補水的綜合利用工程。文章介紹了楓樹壩電廠主變洞原220kV GIS組合電器運行中存在的問題、改造的背景以及現220kV配電裝置的改造設計和工程的相關問題。

關鍵詞：220kV；配電裝置改造；GIS組合電器；楓樹壩電廠；電氣設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM642 文章編號：1009-2374（2016）16-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.018

1 概述

楓樹壩電廠位于東江上游干流，河源龍川縣境內，它是以發電為主，兼具防洪和航運灌溉補水的綜合利用工程。水庫集雨面積為5150km2，多年平均流量為128.9m3/s，總庫容為19.4億m3，有效庫容為12.5億m3，屬不完全年調節水庫。壩內式廠房。主壩壩型為混凝土寬縫、空腹重力壩，壩頂長為400m，最大壩高為95.3m，壩底最大寬度為87.1m，壩頂寬為6.5m，壩頂高程為173.3m，正常蓄水位為166m，發電消落水位為147m。電站原來裝機容量為2×80MW，立式混流機組，電站于2004年和2009年分別對1#、2#機進行了增容改造，改造后裝機容量為2×100MW。

楓樹壩電廠的110kV及220kV配電裝置采用敞開式及部分GIS（220kV主變進線）設計，配電裝置及主變布置在長66m、寬11.5m、高12.5m的壩內式變電洞內，共有2臺150MVA主變（#1主變為三相三繞組變壓器，#2主變為三相雙繞組變壓器）、2個220kV主變進線間隔、2回220kV出線間隔、1回110kV出線間隔，投產至今已運行超過40年，期間對220kV配電裝置進行過改造，1989年將2個220kV主變進線間隔改為GIS，將2回220kV出線間隔改為SF6開關，2005年更換220kV楓龍線開關，2007年更換220kV楓興線開關，雖歷經多次改造，對于220kV母線、2回220kV及1回110kV出線仍保持原有敞開式設計，現2個220kV主變進線間隔的GIS運行已超過25年。

2 原有設備存在的問題

2.1 電氣一次存在的問題及原因分析

2.1.1 現有220kV配電裝置雖然間隔不多，但是設備布置分散凌亂，變電洞內空間浪費較多，遠期要想在變電洞內擴建進出線間隔十分困難。

2.1.2 #2主變安裝位置在220kV母線的正下方，2008年#2主變更換后220kV側采用了直套管，B相套管高度為7285mm，由于變電洞尺寸問題，其與母線的最小距離為1900mm（要求大于2550mm）。由于220kV母線與#2主變套管安全距離不足，#2主變停電檢修時無法進行高壓試驗，需要將220kV線路全停才能進行主變的全部試驗。

2.1.3 兩回220kV主變進線間隔的GIS投運已有25年，期間出現控制回路故障、開關拒分、刀閘無法電動操作、PT氣室漏氣等情況，現#2主變變高GIS出現C相開關油泵啟動頻繁、#1變高GIS刀閘電機出現絕緣下降情況。

2.1.4 220kV楓興線出線與220kV母線用一串瓷絕緣子隔開（16個絕緣子），兩線間距離約為2350mm（要求大于2550mm），由于受220kV母線的影響，線路高壓試驗時會造成數值不準。

2.1.5 #2主變中性點設備布置距離邊墻僅1600mm左右，其中性點刀閘由單接地的雙柱水平開啟式隔離開關改裝而成，主刀觸頭對地不到900mm，當中性點不接地運行時，由于220kV中性點過電壓水平將達到110kV電壓等級，此時中性點刀閘觸頭對地距離不滿足安全凈距要求。

2.1.6 兩回220kV架空出線線路側均未配置避雷器，在雷擊跳閘期間重復落雷將造成已跳開的斷路器斷口擊穿。

2.2 電氣二次存在的問題及原因分析

2.2.1 主變變高GIS及母線PT使用年限過長，存在老化及安全隱患。220kV PT及各間隔CT二次繞組數量、準確級、額定二次容量等不滿足現行規程規范要求。

2.2.2 微機防誤閉鎖系統與監控系統未實現通訊互聯，將導致現場設備狀態不能實時反映到五防主機，且在監控系統工作站上對220kV配電裝置進行遙控操作時將缺乏五防閉鎖軟件的實時閉鎖，如此有可能造成誤操作，留下事故隱患。

2.2.3 線路存在的問題及原因分析。由于220kV楓興線出線經過兩個錐形泄洪洞的上方，長期受水庫泄閘水蒸氣影響，導致出線檔導線、掛線金具發生腐蝕損壞現象，且用泄洪洞進行泄洪時，水霧、泥霧也會對其安全運行造成影響。

3 改造后系統原理說明

3.1 220kV改造設計原則

鑒于楓樹壩電廠220kV配電裝置存在較多影響安全、穩定、可靠運行的問題。因此，為降低安全風險系數、保障電廠安全穩定運行、提高電廠發電可靠性，將對原220kV配電裝置改造，具體如下：

3.1.1 將楓樹壩電廠變電洞內外220kV配電裝置整體改造為GIS設備，為遠期擴建220kV主變進線間隔預留足夠的發展空間。

3.1.2 合理配置其PT及CT參數、優化其布置、裝設進出線避雷器、遷移#2主變中性點設備，并將220kV楓興線掛點改至123.2m高程變電洞外壩頂挑檐上。

3.1.3 拆除所有原220kV配電裝置后，在變電洞原位置沿變電洞縱向單列布置安裝5個GIS間隔（2個主變進線間隔、1個母線設備間隔、2個出線間隔），進出線均裝設敞開式避雷器。GIS到兩臺主變采用SF6管線經GIS套管引出軟導線與主變相連。2回出線采用SF6管線引到2236平臺，經GIS套管引出軟導線，分別接至楓龍線、楓興線架空線路。

3.1.4 將#2主變中性點設備拆除，并在原#1主變220kV母線側隔離開關A相支架上新建。

3.1.5 改造220kV楓興線掛點，將楓興線耐張絕緣子串掛點改至123.2m高程變電洞外壩頂挑檐上，并更換220kV楓興線楓樹壩電廠～2#塔段架空線路。

3.2 220kV配電裝置電氣接線

本期改造電氣主接線同前期，220kV配電裝置本期及遠期接線形式為單母線接線。5個間隔，包括1個母線PT、2回主變進線、2回出線接入220kV電網系統，分別為楓興線和楓龍線。進出線均加裝避雷器，母線不設避雷器。主變進線間隔主變側、出線間隔線路側及母線均配置快速接地刀閘。由于原出線阻波器及耦合電容器等電力載波設備已無使用功能，本次拆除后不再配置相關設備。主變壓器220kV中性點均采用經單相接地隔離開關直接接地方式，變壓器中性點接地方式可以選擇不接地或直接接地，可滿足系統不同的運行方式。主接線圖如圖1所示：

3.3 220kV配電裝置平面布置

本期在變電洞#9壩段位置安裝5個GIS間隔，2個主變進線間隔、1個母線設備間隔、2個出線間隔，GIS采用沿變電洞縱向單列布置，進出線避雷器均采用敞開式布置。

變電洞內#1主變、#2主變進線及兩回出線的GIS管線均采用在地面上立支架安裝。#1主變進線GIS管線底部在#2主變側距地面3500mm，在#1主變側距地面2500mm；兩回出線的GIS管線底部距地面2500mm；#2主變進線GIS管線底部距地面3500mm。#1主變進線GIS管線經過#2主變時，考慮不同時停電檢修帶電部分至接地部分之間的安全距離應滿足B1值的要求，即GIS管線距220kV高壓套管不小于2550mm、距中性點套管不小于1600mm。220kV GIS平面布置示意圖如圖2所示：

4 施工中難點處理以及注意事項

4.1 施工工期及施工順序

由于施工期間需要保證電廠有一臺機組能正常發電（通過#1主變110kV側線路送出），另外也需要部分設備拆除空出場進行基礎施工，因此對施工及停電順序有要求。先拆除220kV楓興線設備，臨時遷移220kV母線避雷器，楓興線線路設備拆除后，拆除楓興線的進出刀閘、阻波器、耦合電容、PT及母線避雷器的混凝土支墩，空出場地進行GIS安裝基礎及SF6管線基礎的開挖。由于電廠從10月16日開始進行#2機A級檢修，機組A級檢修開工后，將無法將GIS設備儲放在廠房，因此需在10月16日前將GIS設備運輸到變電洞內的安裝位置上。

4.2 變電洞南端的屋面頂蓋上增設出線掛線點

本工程將220kV楓興線楓樹壩側掛點提高，掛至壩體原導線掛點上一層混凝土結構。由于屋面頂蓋南側的框架梁原設計功能不是掛出線導線，若將出線導線的掛線點設置在該框架梁上。經驗算，將會大大增加框架柱正對出線方向的負荷，同時由于本工程未能收集到前期結構施工圖，無法驗算其結構承載力，故不考慮將出線掛線點設置在屋面頂蓋南側的框架梁上。為此本期改造工程需要在框架梁上打孔穿上對孔螺栓，其兩端設置鋼板，再通過鋼拉桿將出線掛線荷載傳至屋面頂蓋北側鋼筋混凝土墻，鋼拉桿則利用化學錨栓固定在鋼筋混凝土墻上。

5 結語

通過對220kV配電裝置改造后，徹底解決了主變洞內歷史遺留的一些設計不規范的問題，現在220kV配電裝置及其進出線全部采用SF6氣體絕緣金屬封閉設備，具有產品技術成熟、運行工況好、可靠性高、維護工作少的特點，可顯著節省運行維護成本。220kV配電裝置采用GIS設備，大大減少了高壓配電裝置的占地面積，本次工程改造后，GIS設備及其相關設施占地面積不到原有敞開式配電裝置占地面積的30%。采用GIS配電裝置，主回路設備及導體全部封閉在金屬殼體內，可避免發生電暈及其產生的附加損耗，消除高壓帶電設備的無線電干擾。

參考文獻

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