曹 威，馮 耀

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

基于復(fù)雜地形條件的水電站開關(guān)站改造方案設(shè)計(jì)

曹 威，馮 耀

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

針對(duì)投運(yùn)50多年的某水電站110kV開關(guān)站，分析改造的必要性，并且結(jié)合電站復(fù)雜的地形條件，從水電站長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行、減少設(shè)備維護(hù)工作量和更好的綜合經(jīng)濟(jì)效益等角度考慮，提出使用GIS組合電器的110kV開關(guān)站改造方案。

110kV開關(guān)站；GIS組合電器；復(fù)雜地形；水電站

0 引言

水電站升壓開關(guān)站是電站的主要組成部分，是接受和分配水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能，經(jīng)升壓后向電網(wǎng)或負(fù)荷點(diǎn)供電的高壓配電裝置的場(chǎng)所，一般由變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、互感器、避雷器、母線裝置和有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)等組成。開關(guān)站的布置型式主要為戶內(nèi)和戶外兩種，設(shè)備形式主要有敞開式開關(guān)設(shè)備、混合式氣體絕緣組合電器（HGIS）和封閉式氣體絕緣組合電器（GIS）[1]。

在過(guò)去，因?yàn)樵O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、投資相對(duì)較低等原因，水電站開關(guān)站主要采用戶外敞開式的設(shè)計(jì)，近年來(lái)隨著電氣設(shè)備制造技術(shù)和工藝的提高，氣體絕緣組合電器設(shè)備（GIS、HGIS）的造價(jià)不斷降低，設(shè)備可靠性和安全性不斷提升，同時(shí)組合電器設(shè)備還有著占地空間小、安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)維工作量小等優(yōu)勢(shì)，目前新建設(shè)和開關(guān)站改造水電站多采用組合電器設(shè)備[2]。

1 工程概況

該電站共有6臺(tái)發(fā)電機(jī)組，#1～#4機(jī)組于1959年投產(chǎn)運(yùn)行，單機(jī)0.9萬(wàn)kW；1992年電站進(jìn)行擴(kuò)建，擴(kuò)建新廠房，#5～#6機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行，單機(jī)2.6萬(wàn)kW。由于電站依山而建，受限于地形條件，110kV開關(guān)站建于大壩右岸下游山坡上，距壩軸線約220m，長(zhǎng)約65m，寬約47m，總面積約2650m2。

電站主接線為單母線帶旁路模式，進(jìn)線3回，#1、#2機(jī)組通過(guò)#1主變升壓，#3、#4機(jī)組通過(guò)#2主變升壓，#5、#6機(jī)組通過(guò)#3主變升壓，三臺(tái)主變分別位于新老廠房邊上，距離開關(guān)站有一定距離，主變高壓側(cè)出線通過(guò)架空線連接至開關(guān)站進(jìn)線隔離。開關(guān)站出線兩回，接入地方電力系統(tǒng)變電站。

2 改造必要性

由于建設(shè)時(shí)受限于地形條件，開關(guān)站是在陡峭的山坡上開挖而成，左右兩側(cè)及后邊坡都是開挖形成的陡壁。由于邊坡巖石自身裂隙發(fā)育，并經(jīng)長(zhǎng)期的自然風(fēng)化以及動(dòng)植物的影響，經(jīng)常發(fā)生邊坡巖石塌落、坡頂樹木傾倒等情況，嚴(yán)重危及電站110kV開關(guān)站的安全運(yùn)行。

開關(guān)站投運(yùn)五十多年，經(jīng)多次設(shè)備改造，目前在運(yùn)行的高壓開關(guān)、隔離開關(guān)已使用十多年，同時(shí)，大部分電力設(shè)備底座支柱出線了水泥破裂、老化，鋼筋銹蝕的現(xiàn)象，雖對(duì)部分支柱進(jìn)行了加固處理，仍存在斷裂、設(shè)備倒塌的隱患，影響設(shè)備受力及動(dòng)熱穩(wěn)定，危及開關(guān)站的安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。同時(shí)，由于地方電網(wǎng)架構(gòu)的改造，電力公司提出要求將電站現(xiàn)有開關(guān)站主接線由單母線帶旁路改造為單母線分段接線方式。

綜上上述理由，對(duì)電站110kV開關(guān)站進(jìn)行技術(shù)改造，主接線改造為電網(wǎng)公司要求的單母線分段接線方式，同時(shí)解決目前現(xiàn)開關(guān)站邊坡及設(shè)備存在的安全隱患。

3 方案比選

根據(jù)目前電站及開關(guān)站現(xiàn)狀以及改造的目的和要求，改造主要有二種方式，分別是原站址敞開式設(shè)備方案和新站址GIS設(shè)備方案，新站址GIS設(shè)備方案還分為戶外、戶內(nèi)兩種設(shè)計(jì)。

原站址敞開式設(shè)備方案，是在現(xiàn)開關(guān)站站址，根據(jù)目前開關(guān)站的設(shè)備設(shè)施布置以及接線形式，在此基礎(chǔ)上按照電網(wǎng)公司的要求進(jìn)行出線主接線形式的改造，同時(shí)對(duì)現(xiàn)開關(guān)站邊坡以及設(shè)備支柱進(jìn)行全面整治，消除隱患。由于接線形式要改變，設(shè)備布置需對(duì)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，絕大部分設(shè)備需重新定位，受限于地形條件等因素，改造工作開展不便，改造工期約為2.5個(gè)月。改造工程中，無(wú)法做到施工改造與電站發(fā)電相兼顧，全廠發(fā)電將無(wú)法送出。

新站址GIS設(shè)備方案，是選擇新站址新建開關(guān)站，采用氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS），包括有戶內(nèi)、戶外兩種方案選擇。主要工作包括新站址的基礎(chǔ)處理、電纜溝開挖等土建工作以及GIS設(shè)備安裝。GIS設(shè)備方案，設(shè)備及土建工程投資較高，工程量相對(duì)較大，工期約為6個(gè)月。改造過(guò)程中，可利用原開關(guān)站設(shè)備采取過(guò)渡送出方案保障電廠發(fā)電送出。

現(xiàn)對(duì)三種可行方案從投資、電站電量損失、工期等方面進(jìn)行比較，見表1。

表1 三種技改方案主要數(shù)據(jù)對(duì)比

從上表可以看到，原站址敞開式設(shè)備方案主要低于新站址GIS設(shè)備方案，改造工期少于新站址GIS設(shè)備方案，但是由于原站址方案，改造過(guò)程中，電廠兩個(gè)半月發(fā)電沒(méi)法送出，按照電站近五年枯期（十二月、一月、二月）的平均發(fā)電量以及電站電價(jià)0.4元/kW·h估算，發(fā)電損失約為900萬(wàn)元，而新站址方案改造過(guò)程可采取過(guò)渡送出方案保障電廠發(fā)電送出，三個(gè)改造方案綜合經(jīng)濟(jì)性相差不多，戶內(nèi)GIS方案較優(yōu)。

對(duì)于新站址GIS設(shè)備方案，戶內(nèi)和戶外方案主要投資相當(dāng)，工期相同，由于電站為多年運(yùn)行老電站，且經(jīng)過(guò)擴(kuò)建，電站廠區(qū)布置緊湊，加上依山而建的地形限制，可利用的站址有限，且面積較小。戶內(nèi)方案相對(duì)占地面積較小，更容易實(shí)際實(shí)現(xiàn)[4]。

從上述比較可以看到，新站址GIS設(shè)備方案綜合經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)，且采用GIS設(shè)備方案，減少了設(shè)備維護(hù)檢修工作量，并徹底解決開關(guān)站邊坡安全隱患、日常巡檢不便等問(wèn)題。從水電站長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行、減少維護(hù)工作量、推行“遠(yuǎn)程集控、少人維護(hù)”以及綜合經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，應(yīng)采用新站址GIS設(shè)備方案，同時(shí)考慮到實(shí)際地形條件限制，擬采取戶內(nèi)GIS設(shè)計(jì)。

4 技術(shù)改造方案設(shè)計(jì)

新建110kV開關(guān)站包括繼電保護(hù)室布置于進(jìn)新廠房公路靠近河道側(cè)的空地，采取高承臺(tái)樁基結(jié)構(gòu)，抬升建筑物高程與進(jìn)新廠房公路齊平，使其高于電站最大泄洪尾水高程，滿足泄洪要求。

圖1 新建GIS樓站址及建筑布置圖

改造后開關(guān)站電氣主接線如圖2所示，為單母線分段接線方式。三回進(jìn)線，分別連接至#1主變、#2主變、#3主變，二回出線，分別送至地方電網(wǎng)變電站。此次改造主要涉及開關(guān)站出線形式，其他主要電氣參數(shù)不變。

GIS組合電器采用單母線分兩段連接方式，全套共8個(gè)間隔，其中，3個(gè)進(jìn)線間隔，2個(gè)出線間隔，1個(gè)分段斷路器間隔和2個(gè)保護(hù)間隔。GIS室的布置設(shè)計(jì)如圖3所示。

3個(gè)進(jìn)線間隔E02、E05、E06，其中，間隔E02采用架空線經(jīng)電廠的轉(zhuǎn)交鐵塔與#3主變高壓側(cè)連接，進(jìn)線間隔E05、E06采用電纜與#1主變、#2主變高壓側(cè)連接；E03、E07為2個(gè)保護(hù)間隔，E04為分段斷路器間隔；2個(gè)進(jìn)線間隔E05、E06采用電纜與#1主變、#2主變高壓側(cè)連接；2個(gè)出線間隔E01、E08，在GIS靠近河道側(cè)設(shè)置出線門形架（或者架線鐵塔），出線經(jīng)門形架后采用架空線與原開關(guān)站出線端連接。

圖2 改造后開關(guān)站部分電氣主接線圖

圖3 GIS室的布置圖

在110kV開關(guān)站改造過(guò)程中，為了不影響#5～#6機(jī)的電能輸出，需采取過(guò)渡送出方案，利用現(xiàn)開關(guān)站設(shè)備設(shè)施繼續(xù)輸送電能。現(xiàn)110kV開關(guān)站位于山坡上，#3主變距離開關(guān)站距離較遠(yuǎn)，目前高壓側(cè)出線通過(guò)#2、#3轉(zhuǎn)角鐵塔，以架空線形式連接至開關(guān)站進(jìn)線門架。由于此次改造將拆除#3鐵塔，需要對(duì)開關(guān)站#3進(jìn)線架空線進(jìn)線路徑進(jìn)行更改。計(jì)劃將#3主變高壓側(cè)出線通過(guò)臨時(shí)110kV電纜直接連接至原開關(guān)站進(jìn)線門架，利用原開關(guān)站設(shè)備設(shè)施送出。

改造工作按照順序大致包括幾個(gè)部分工作內(nèi)容：地網(wǎng)鋪設(shè)、GIS樓基礎(chǔ)施工、GIS樓土建施工、電纜溝開挖、過(guò)渡送出改造、GIS及配套設(shè)備安裝、現(xiàn)開關(guān)站設(shè)備拆卸、新開關(guān)站整體投運(yùn)。改造利用年底枯水期進(jìn)行，第二年汛前完成改造，總工期約6個(gè)月。

5 結(jié)語(yǔ)

某水電站110kV開關(guān)站已運(yùn)行五十多年，存在安全隱患，結(jié)合電網(wǎng)對(duì)于電網(wǎng)公司對(duì)于電站出線接線形式更改要求，進(jìn)行開關(guān)站全面改造?；陔姀S廠區(qū)布置緊湊，受地形限制可利用的站址有限的實(shí)際，同時(shí)考慮設(shè)備可靠性，施工安裝方便及維護(hù)工作量少等因素，采取戶內(nèi)GIS組合電器的改造方案。該方案在施工過(guò)渡期內(nèi)對(duì)電站發(fā)電影響小，方案綜合經(jīng)濟(jì)效益好，且滿足電廠復(fù)雜地形條件的限制。

[1]邵光明.糯扎渡水電站高壓配電裝置選型及開關(guān)站站址選擇[J].水力發(fā)電，2005，31（5）：77~79.

[2]張惠寰，盧育書，王毓麟，等.大朝山水電站開關(guān)站布置優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電，2001，27（12）：37~39.

[3]王廣鵬.220kV GIS組合電器施工中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制[J].電力學(xué)報(bào)，2006，21（3）：409~412.

[4]趙啟道，肖蘭.瀘定電站500kV送電工程臨時(shí)過(guò)渡方案探討[J].水力發(fā)電，2011，37（5）：71~73.

Study of Reconstruction Design of Hydropower Plant Switching Station Based on Complex Terrain Conditions

CAO Wei，F(xiàn)ENG Yao
（HuaDian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

According to the 110kV switching station of hydropower plant which put into operation for 50 years，analyse the necessity of reconstruction design.Combine with the complex terrain conditions of plant，from the perspective of long-term stable operation of the power plant，reducing the maintenance workload and better economic benefits，proposed the reconstruction design scheme of the 110kV switching station with gas insulated switchgear.

110kV switching station；gas insulated switchgear；complex terrain；hydropower plant

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.015

TV22

B

2095-3429（2015）06-0051-03

2015-09-30

修回日期：2015-12-16

曹威（1988-），男，浙江臺(tái)州人，碩士，工程師，主要從事水力發(fā)電工程運(yùn)行與管理工作。