第３５卷第５期 水电站机电技术 Ｖｏｌ－３５ Ｎｏ．５ ２０１２年１０月 Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｏｃｔ．２Ｏ１２ 向家坝右岸电站电气一次设备综述 周家明，董显 （向家坝水力发电厂，四川宜宾６４４６１２） 摘要：向家坝电站主要电气一次设备于２００７年到２０１０年陆续进行了招标采购，采用了同期世界上比较先进、有 成熟运行经验的发、输变电设备。右岸地下电站设备的突出特点是采用了８００ ＭＷ世界上最大的空冷水轮发电机组， 发电机机端电压为国内最高的２３ ｋＶ，主变高压侧与ＧＩＳ连接采用国产５００ ｋＶ高压电缆及附件。本文对向家坝右岸 电站主要电气一次设备技术参数进行了介绍，对设备结构及主要特点进行了简要分析。 关键词：向家坝；电气设备；综述 中图分类号：ＴＶ７３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ６７２—５３８７（２０１ ２）０５—０００１—０４ ０引言 ２发电机 向家坝右岸为地下厂房，安装４台水轮发电机 ２．１主要技术参数 组，发电机单机额定容量为８８８．９ ＭＶＡ，出口母线为 向家坝右岸电站共装４台机组，由天津ＡＬ— ２３ ｋＶ离相封闭母线（ＩＰＢ）。发电机与变压器为单元 ＳＴＯＭ制造，主要技术参数见表１。 接线，变压器的额定容量为８９０ ＭＶＡ，额定电压５５０ ｋＶ。 表１向家坝右岸电站发电机主要技术参数 主变压器与ＧＩＳ采用５００ ｋＶ高压电缆连接。５００ ｋＶ ＧＩＳ出线通过ＳＦ６管线及出线套管引至出线门形架。 出线平台布置ｓＦ ／空气套管、电容式电压互感器、 避雷器等出线设备。右岸开关站为交流５００ ｋＶ一级 电压接人系统，右岸电站２回交流５００ ｋＶ线路至复 龙换流站，输送距离约为１２ ｋｍ。 １电气主接线 电气主接线遵循“安全、可靠、灵活、经济”的原 则，经过多个方案的可靠性计算及技术经济比较，向 家坝右岸电站最终选择的主接线方式具有以下特 点： （１）每台机组发电机出口设置发电机断路器以 满足机组参与调峰运行时的开、停机要求。 （２）发电机一变压器采用单元接线方式，其运 行灵活度高，继电保护简单，分期过渡性强。 （３）５００ ｋＶ采用３串３／２接线，其供电安全性 ２．２主要结构特点 高，灵活性强，对系统要求的适应性最好，继电保护 （１）全空冷 相对简单，对厂用电影响最小。 水轮发电机均为立轴、半伞式结构，冷却方式均 （４）３串３／２接线采用交叉接线，比常规３／２非 交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行 收稿日期：２０１２－０７－０９ 作者简介：周家明（１９６３一），男，高级工程师，从事水电站生产管理 方式 事故扩大。 工作。 ２ 水电姑祝电旋术 第３５卷 为全空冷，即定子绕组、定子铁芯和转子绕组均为空 气冷却，采用密闭双路循环无风扇结构空气冷却系 统。空气的循环通过发电机转子的径向气流作用来 实现，空冷器出来的冷风，设计上端６０％风量，下端 ４０％风量，通过改变转子支臂进风口的大小来调节 风量大小。 （２）定子组装 发电机定子结构尺寸大，工厂组装后运输存在 困难，因此，采用现场组装方式。同时现场组装能够 提高定子铁心的压紧质量，保证铁心圆度。定子为斜 支臂的定子机座结构，定子机座分成５瓣运至现场， 定子铁芯总高度为３ ４９０ ｍｍ，共分为７２小段，从下 至上依次为第一至第七十二小段，在工地以１／３的 叠片方式交错叠装。定子铁芯由０．５ ｍｍ厚的硅钢片 叠装而成，顶部和底部的叠片组在工厂由５ ｍｍ厚 粘连在一起的硅钢片叠成，形成一个坚固的圆环。 （３）定子绕组 向家坝右岸发电机定子绕组为三相双层波绕 组，７支路并联，Ｙ型连接，节距１—１１—１９，每极每 相槽数为３，共７５６槽，槽电流６ ３７５ Ａ，定子线棒绝 缘采用真空浸渍ＶＰＩ绝缘技术，Ｆ级绝缘，１．５倍额 定电压不起晕，线棒采用罗贝尔３６０度完全换位，所 有接头采用银铜焊。采用整数槽，机组振动较小，但 波形畸变较大。 （４）转子绕组 磁极线圈匝间绝缘、铁心极身绝缘为ＮＯＭＥＸ 绝缘纸，极身绝缘与线圈间隙用环氧玻璃布板外包 浸渍涤纶毡塞紧。为减小波形畸变，采用的阻尼绕组 偏１／４齿距。 （５）发电机中性点接地装置 发电机中性点接地装置由接地变压器、电阻、隔 离开关等组成，接地变压器为单相环氧浇注式，绝缘 等级为Ｈ级。 （６）局放监测系统 每台发电机组６个电容耦合式传感器，每相安装２ 个耦合器，第一个耦合器安装在发电机出线端软连接 靠近定子侧，另一个安装在封闭母线上。电容耦合器 额定畦 月 等级２５ ｋＶ，电容量８０ ｐＦ，频宽４０～３５０ ＭＨｚ。 ３离相封闭母线 ｊ ３．１主要技术参数 离相封闭母线由江苏大全制造，主要技术参数 见表２。 表２封闭母线主要技术参数 ３．２主要结构特点 （１）总体方案 全连、自冷、离相、微正压充气封闭母线。 （２）结构尺寸 主回路外壳尺寸为 １ ５１０ｍｍ×１０ｍｍ，导体 尺寸为ｑ￣９５０ ｍｍ Ｘ １５ ｍｍ。分支回路外壳尺寸为 ｑｂ７３５ ｍｍ×５ ｍｍ，导体尺寸为ｑｂ１７５ ｍｍ×１２ ｍｍ。 主回路相间距离为２ ０００ ｍｍ。 （３）支撑方式 外壳支撑采用“抱箍加支座”、“鞍形支座”等支 撑方式。主回路母线采用４绝缘子对称支撑方式，分 支回路母线采用２绝缘子对称支撑方式。 （４）外壳接地方式 封闭母线外壳采用多点接地方式；外壳短路板 应设可靠的接地点。当母线通过短路电流时，外壳离 接地点最远端的感应电压不超过２４ Ｖ。 （５）伸缩节 伸缩节外壳采用铝波纹管结构，导体和外壳均 为焊接连接。伸缩节的设计满足轴向位移±２５ ｍｍ， 径向位移±２０ ｍｍ的要求，保证母线和外壳的伸缩 性。封闭母线和设备连接处，采用外壳带密封橡胶套 可拆伸缩装置。 （６）密封结构 在封闭母线端部装设密封绝缘套管，与发电机 和变压器的接口处采用橡胶波纹带密封。 ４主变压器 ４．１主要技术参数 主变压器由保定变压器有限公司制造，主要技 术参数见表３。 ４．２主要结构特点 （１）铁心结构 铁心硅钢片厚度为０．２７ ｍｍ，在５０ Ｈｚ时１．７ Ｔ 周家明，等：向家坝右岸电站电气一次设备综述 ３ 表３主变压器主要技术参数 下，最大单位损耗值为０．９５ Ｗ／ｋｇ。铁心叠片采用６ 级步进搭接接缝，无孔绑扎心式结构。 （２）绕组结构 高压绕组采用分级绝缘，低压绕组采用全绝缘。 高压绕组为内屏蔽连续式结构，采用半硬自粘换位 导线绕制；低压绕组为螺旋式结构，采用半硬自粘换 位导线绕制。 （３）引出线 高压采用中部出线，５００ ｋＶ成型引线引出，连 接油／ＳＦ６套管。低压出线采用铜管引出，再通过接 线片接至低压套管，由离相封母水平引出。 （４）冷却器 冷却器为防堵型双重管结构，每台变压器的冷 却器数量为６台，其中１台为备用。冷却器的工作水 压力为Ｏ－３～０．５ ＭＰａ，每台水冷却器的额定冷却容 量为５００ ｋＷ，额定水流量为７０ ｍ３／ｈ。 （５）套管 高压套管为带有气体检漏系统的环氧树脂浸渍 电容式（ＲＩＰ）油／ｓＦ６套管，德国ＨＳＰ公司生产，高压 套管额定电压为５５０ ｋＶ，额定电流为２ ５００ Ａ，短时 耐受电流１００ ｋＡ／１ ｓ。低压套管为铜心环氧树脂浸 渍油／空气瓷套管，瑞士ＭＩＣＡＦＩＬ公司生产，短时 耐受电流１００ ｋＡ／２ Ｓ。 （６）中性点接地方式 为限制短路电流值，主变中性点需经小电抗器 接地，小电抗器电抗值为１７．５５ Ｑ。 ５ ５００ ｋＶ高压电缆 ５．１主要技术参数 高压电缆本体由新宝丰电缆公司制造，电缆附 件由江苏安靠制造，主要技术参数见表４。 表４高压电缆主要技术参数 ５。２主要结构特点 （１）电缆本体主要结构 电缆导体为圆形５分割，主绝缘材料为超纯净 ＸＬＰＥ，电缆由内向外主要７层，分别为导体、导体屏 蔽，绝缘，绝缘屏蔽，缓冲层，金属套，外护套等。 （２）电缆终端主要结构 电缆终端两端均为与５００ ｋＶ ＧＩＳ相连接的ＧＩＳ 终端，电缆终端在地下主变洞高压电缆层为水平布 置，在地面开关站电缆层为垂直布置。电缆终端的电 气性能与电缆本体要求基本相同。电缆终端采用全 干式结构，干式终端内的应力锥在工厂制作，现场只 进行装配。 （３）接地回流线 为降低电缆外护套绝缘所承受的工频过电压， 并抑制对电缆邻近的弱电线路的电磁干扰，每回 电缆线路平行敷设一根回流线。接地回流线在主电 缆之间按“三七开”布置，两端接地，在主电缆长度 的中间位置进行交叉换位布置。回流线截面积为 ５００ ｍｍｚ，额定电压１０ ｋＶ，额定短路电流６３ ｋＡ／２ Ｓ。 （４）监测系统 采用光纤测温监测系统，测温光纤沿每相电缆 敷设在电缆表面测量电缆表面温度，测温光纤固定 在待监测电缆回路上，４回共１２根电缆共用１台光 纤测温主机。在已知电缆表面温度和额定负荷的条 件下，通过查询电缆表面温度，利用稳态负荷关系 表，得出对应的电缆导体温度。 ４ 水电站机电技术 第３５卷 多点接地监测系统，每回电缆安装有一个串联 在金属套接地电缆回路中的电流互感器，用于电缆 金属套多点接地监测，多点接地监测装置具有与计 算机相连的Ｉ／０和ＲＳ２３２／４８５接口，具有现场监视 及远方监测报警能力。 果比较可以得出，向家坝短路电流４８．８ ｋＡ、时间常 数 ＝２６９ ｍｓ的对断路器的开断能力要求最高。 从电流波形参数及能量分析得出，虽然向家坝 电站时间常数下＝２６９ ｍｓ较大，其电流幅值系数高、 持续时间较长，但由于短路电流有效值４８．８ ｋＡ较 小，其开断大半波能量、总的电流幅值比额定短路电 局部放电监测系统，１２根５００ ｋＶ高压电缆共 设置１套高压电缆局部放电监测系统，系统硬件包 括数据服务器１套、现地监测分析装置１套、工业以 太网交换机１台、１２套高频电流传感器（频率范围 ５０ ｋＨｚ～２０ ＭＨｚ）、复接器、连接电缆等附件。数据服 务器和现地监测分析装置通过以太网通信，网络通 信协议使用ＴＣＰ／ＩＰ协议。 ６ ５００ ｋＶ ＧＩＳ ６．１主要技术参数 ５００ｋＶＧＩＳ由西安西电开关电气股份有限公司 制造，主要技术参数见表５。 表５ ＧＩＳ主要技术参数 ６．２主要结构特点 （１）总体布置 ５００ ｋＶ ＧＩＳ开关设备型号为ＺＦ８Ａ一５５０。其主要 组成元件包括断路器、隔离开关、接地开关（包括检 修接地开关、快速接地开关）、母线、避雷器、电压互 感器、电流互感器、出线套管、电缆连接终端、伸缩 节、盆式绝缘子、现地控制柜、母线 控制柜、智能 控制柜及端子箱等。所有元件采用积木式设计，结构 紧凑、布置灵活，能满足电站各种主接线布置的要 求，适应性强。 （２）断路器开断能力 由于向家坝右岸是水轮发电机—变压器＿５５０ ｋＶ 开关设备一系统的接线方式，如果靠近变压器侧发 生短路故障，直流分量衰减时间常数较大，因此工程 对断路器开断直流分量能力提出了较高的要求，根 据向家坝电站短路计算，从能量及电流幅值计算结 流６３ ｋＡ、直流分量衰减时间常数下＝１２０ ｍｓ小，西 开ＬＷ１３Ａ一５５０／Ｙ５０００—６３断路器开断额定短路电 流６３ ｋＡ、直流分量衰减时间常数Ｔ＝１２０ ｍｓ、直流 分量达７８％开断能力可以满足向家坝工程中对断 路器开断要求。同时为进一步确认断路器的开断能 力，完成了周期分量４８．８０ ｋＡ、直流分量４３．６３ ｋＡ、 直流分量百分数６３．２％、时间常数２６９ ｍｓ的断路器 开断型式试验。 （３）液压机构 断路器操作机构为液压碟簧式机构，主要特点 是液压系统布置在一个模块中，无外接管道连接，可 以明显改善漏油现象，储能采用蝶形弹簧组，工作压 力稳定，抗干扰能力强。 （４）ＤＭＳ局放监测系统 右岸ＧＩＳ布置３６个超高频耦合传感器（频率范 围，３００—１ ５００ ＭＨｚ），耦合传感器提取在ＧＩＳ内传 输的局部放电信号，再通过超高频同轴电缆传送到 安装在ＧＩＳ附近的信号处理及光电转换单元 （ＯＣＵ）；每台ＯＣＵ汇接一个三相耦合器组所采集的 超高频信号，并进行滤波后将超高频脉冲信号的幅 度数字化并转换成光信号，再通过光缆将信号传送 到安装在ＧＩＳ室的现地柜。 ７结语 右岸电站水轮发电机于２０１ １年开始安装，２０１２ 年１０月首批机组投人运行。向家坝右岸电站采用了 全世界最大的８００ Ｍｗ的空冷机组，２３ ｋＶ的机端电 压，以及５００ ｋＶ国产高压电缆及附件等设备。特别 是向家坝右岸电站５ １６０ ｍ ５００ ｋＶ交联聚乙烯国产 电缆以及２４套国产电缆终端首次大规模应用，使国 产交联电力电缆及附件制造及应用踏上了一个新的 起点，进一步推进了５００ ｋＶ高压电缆的国产化。 熟悉和掌握向家右岸电站电气一次设备的电气 性能、技术特点，对于进行好设备的运行维护、特别 是首批机组的安全发电，具有积极意义。 参考文献： 【１】发电厂电气部分［Ｍ】．北京：中国水力水电出版社，２００２
