越南某水電站項目的電氣一次設計過程

杜萍

【摘要】本文對越南某水電站項目的電氣設計過程，包括電氣主接線設計、主機與輔助設備之間的配合設計以及新建電站涉及的相關電氣一次計算、發電機出口斷路器設計、400V廠用電接線設計、電纜敷設、主變壓器接地方式、導線受力分析等系統的設計過程中，重點應關注的問題進行了總結闡述和分析。

【關鍵詞】越南；水電站；電氣一次設計；設計要點

1、工程概況

本電站位于越南奠邊府南木河上，新建項目，電站總裝機容量為2x22.1MW，裝有2臺混流式水輪機，水頭范圍為48.5-50.4-52.6m，額定轉速為214.3r/min，采用發電機—變壓器組單元接線。原合同工期為2年，但由于雨季造成電站建設周期嚴重滯后，但截止目前已完工發電。

2、電氣設計概述

2.1 電氣主接線圖設計

本電站采取發電機-變壓器組單元接線，發電機與主變壓器容量相同，接線清晰明了。發電機中性點采用高電阻接地方式，中性點引出線經單相接地變壓器（二次側接電阻）接地。

2.2 主機與輔助設備（BOP）之間的配合設計以及電站相關計算

水輪發電機組和電站其他輔助設備（Balance of Plant，縮寫為BOP）之間的配合包括發電機主引線、發電機中性點引線方位、高程以及風罩墻開孔大小確定，機組自身用電負荷容量計算、機坑內外各油氣水管路埋管以及電氣電纜埋管的配合、發電機出口和發電機中性點CT應考慮特性曲線一致等。

涉及到的相關計算有發電機中性點柜接地變容量的計算、接地電阻的計算，短路電流計算、發電機出口斷路器直流分量計算、廠用低壓短路電流計算、廠用變容量校核、電纜壓降校核等。

2.3 發電機出口電壓斷路器設計

因為機組比較小，本次選擇了ABB公司的VD4G型GCB，并成套于UniGear ZS1-12鎧裝式金屬封閉中置開關設備中。VD4G真空滅弧室及操作機構系德國ABB產品，按照國際標準IEEE.C37.013進行研發和設計，運到廈門ABB裝柜后供貨。與普通配電型斷路器相比，具有以下專門要求：具有較大的開斷短路電流直流分量能力的要求，較強的失步開斷和關合電流能力的要求以及較長的電氣和機械操作壽命的要求，為專門針對發電機出口回路的特殊技術要求而設計。本項目執行過程中，有以下兩個注意點：

1） 當斷路器安裝地點的短路電流直流分量不超過斷路器額定短路開斷電流幅值的20%時，額定短路開斷電流僅由交流分量來表征，不必校驗斷路器的直流分段能力。在本項目中，所供的發電機出口斷路器滿足額定短路開斷電流為40kA，直流分量61%，但是有關直流分量業主招標文件中要求為75%。需校核設備的直流分量指是否滿足要求。經過計算，發電機出口側短路電流最大不會超過25kA，當機構快速動作致使開斷電流中的直流分量達到75%時，直流分量值達到25x0.75x√2=18.75√2，以40kA核算其直流分量百分數約為18.75√2/40√2=47%，因此ABB提供的設備參數滿足要求。

2） 12kV開關柜中負荷開關柜較其他柜子深，若綜合考慮性能和設備布置將負荷開關換成VD4真空斷路器，則此VD4真空斷路器存在直流分量不能滿足要求的情況。同時因為該斷路器較發電機出口斷路器直流分量小，動作時間快，即使換成直流分量能滿足要求的真空斷路器，也必須通過二次保護保證發電機出口斷路器VD4G先動作。操作麻煩、成本上升，因此此處不考慮更換。

2.4 400V廠用電接線

400V廠用電接線采用三相四線制，系統的中性點為直接接地，形式為單母線分段接線。運行方式為：正常運行時，由2臺廠用變各帶一段母線分列運行，兩臺廠用變互為暗備用，當其中一臺廠用變故障或檢修時，母聯開關合上，另一臺廠用變帶全部負荷運行。另外還設一臺柴油機以及一路外來電源作為備用電源，當兩臺廠用變全部停運時，可由外來電源供電，在外來電源亦失去的情況下，由柴油機帶部分重要負荷運行。有關廠用變容量的校核，根據規范對各用電負荷的容量大小、用途性質、重要程度及運行方式等進行分析分類統計，并采用綜合系數法進行計算，變壓器容量按最大負荷進行選擇。

同時根據規范，校驗變壓器自啟動容量，以及當低壓電動機的功率（kW）大于或等于20%電源變壓器容量（kVA）時，驗算正常起動時電動機所連接母線的電壓水平。

2.5 電纜敷設

本項目按盡量大可能地減少埋管的原則，電纜敷設基本采用橋架以及明管敷設的方式。本項目因為副廠房設計分別在主廠房的上下游，部分電纜敷設需要繞，電纜比較長，需進行電纜壓降計算。為了配合主機主引出線的高程，橋架上的電纜按電壓等級由高至低，由下而上的順序排列。橋架應注意與暖通風管、水機油氣水管、給排水各個專業配合，避免碰撞。

2.6 主變壓器接地方式

變壓器110kV側接地方式，采用分級絕緣。變壓器中性點裝設避雷器和放電間隙（為有效接地方式），可直接接地運行，也可不接地運行的方式。其中避雷器主要用于防止雷電過電壓破壞，間隙保護主要防止變壓器中性點絕緣遭受危險的工頻過電壓、操作過電壓及諧振過電壓損壞（同時對雷電過電壓也有一定的抑制作用），兩者有效配合對分級絕緣變壓器中性點過電壓進行保護。

間隙的選擇應滿足以下條件：首先，工頻電壓作用下，間隙耐受電壓應大于電網單相接地而引起的中性點電位升高暫態值，其次，系統發生接地故障時，當有關中性點接地點跳閘后，而帶電源的中性點不接地變壓器仍保留在故障電網中，110kV變成一個不接地系統，電網零序電壓升高（故障點零序電壓最高可達到相電壓），在對變壓器絕緣有較大危害情況下，放電間隙應能動作放電，降低對地電壓，防止變壓器絕艷破壞。

有關避雷器的選擇，根據規范，在相同的系統標稱電壓下，避雷器的額定電壓選的越高，在運行中通過避雷器的漏電流越小，對減輕避雷器的劣化有利，可以提高運行的可靠性，但另一方面，避雷器的額定電壓搞了，雷電沖擊殘壓也相應增高了，在同樣的絕緣水平下，保護裕度會降低，這兩方面是矛盾的。一般考慮原則是：只要滿足保護絕緣的配合系數，避雷器的額定電壓可選的高一些。

2.7 導線受力分析

有關變電站出線門架的受力情況，我院采用博超軟件進行計算，同時請外單位也進行了計算。計算結果發現其中幾個受力情況，如三相上人、單相上人檢修的水平拉力的計算結果和外單位的計算結果相差比較大。博超軟件計算結果較大，而外單位計算的受力結果較小。為了分析原因查看了水電、火電一次設計手冊，并結合手冊中的計算實例，發現水電手冊中計算上人檢修的受力時，按檔距中間上人的最嚴重情況進行計算；而在火電手冊上相關的說明為：當帶電檢修或更換絕緣子串及耐張線夾時，絕緣子串要上人，但以靠近檔距中間的引下線處上人為最重。當導線中部無引下線，因為沒有上導線作業項目，故不考慮導線上人到檔距中央檢修荷重。其計算的例子中，檢修上人的位置亦考慮為有引下線的位置，而不是檔距中間。按這樣定位檢修上人位置，并用博超軟件驗算了之前外單位計算的受力情況結果，兩者計算結果基本相符。但因此為水電站項目，最終結果按照水電設備手冊進行校核計算。

3、小結

本水電站電氣主接線、廠用電接線、主要電氣設備的選擇、過電壓保護和接地等設計，滿足有關規程規范及合同要求，符合越南當地的設計標準。自成功發電以來，電站各系統運行穩定、可靠，說明電氣一次設計滿足工程要求，是安全可靠的。電站中提及的發電機出口斷路器直流分量的選擇、400V廠用電接線的設計、主變壓器接地方式的選擇以及導線受力情況分析等，都可以用于以后類似電站電氣一次的設計借鑒。

參考文獻：

[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，1982.

[2] 宋梅芳.中性點放電間隙和避雷器配置探討-以110kV分級絕緣變壓器為例 [J].應用科技，2008（19）.