【摘要】木京水电站为广东省同类型电站中设备较先进、自动化程度较高的１个贯流式机组电站。对该水电站电气一次设计进行较为详细的介绍，包括电气主接线、短路电流计算、主设备选择、厂用电接线、设备布置、过电压保护、接地、照明等。可作为同类型水电站电气设计参考。
【关键词】水电站电气设计电气主结线电气设备电气布置贯流式水轮机技术总结
１工程概述
木京水电站为河床式低水头径流电站。电站装机容量３０ＭＷ，装３台单机容量为１０ＭＷ的贯流式灯泡机组，多年平均发电量为１．０７６６亿ｋＷ·ｈ。年利用小时数３５８９ｈ，保证出力（９０％）４９４０ｋＷ。电站以１回１１０ｋＶ出线接入河源市东城变电站。电站主要建筑物包括拦河闸坝、发电厂房和变电站、船闸、两岸连接土坝、防护堤、泵站及改河渠道等。
库区设总长为１１．３ｋｍ的防护堤和总装机４３４０ｋＷ的排水泵站，对库区人口和耕地进行全面防护。
２电气主接线
２．１电气主接线
发电机与主变的联结方式由１个单元接线和１个扩大单元接线组成；１１０ｋＶ侧接线则为二进一出的单母线接线。１号发电机组与１号主变（１ＴＭ１２５００ｋＶＡ）组成１个“发—变”单元；２号、３号发电机组与２号主变（２ＴＭ２５０００ｋＶＡ）组成１个“两机一变”的扩大单元。发电机电压６．３ｋＶ侧共有１ＷＢＬ、２ＷＢＬ及３ＷＢＬ３段母线。１号发电机（１Ｇ）联结１ＷＢＬ母线，２号、３号发电机（２Ｇ、３Ｇ）联结２ＷＢＬ母线，３ＷＢＬ为防洪变６１ＴＡ、坝区变６２ＴＡ及综合楼供电母线。
２．２主接线运行方式
第一种基本运行方式（正常情况）：１号～３号机组发电，２台主变均可投运，此时应分别以“发—变”单元及“两机一变”扩大单元接线方式运行。６．３ｋＶ的３ＷＢＬ母线可以投向１ＷＢＬ母线或２ＷＢＬ母线中的任１段。这应是本电站运行中最常用的基本接线方式。当３台机组同时发电及２台主变都投运时，严禁将１ＷＢＬ、２ＷＢＬ及３ＷＢＬ３段母线并联，使６．３ｋＶ侧变成单母线接线的运行方式。
第二种允许的运行方式：当１号主变（１ＴＭ）发生故障或检修退出运行，需要１号机发电时，可以连通１ＷＢＬ、２ＷＢＬ及３ＷＢＬ３段母线，此时仅允许２号或３号发电机组中的１台发电机组与之并联运行。
第三种允许的运行方式：当２号主变（２ＴＭ）发生故障或检修退出运行，２号或３号机需要发电时，可以连通１ＷＢＬ、２ＷＢＬ及３ＷＢＬ３段母线，通过１号主变（１ＴＭ）将２号或３号发电机其中１台机组的电能送出。
３主要电气设备选择
１）发电机
型号ＳＦＷＧ１０—７２/５６８０
型式灯泡贯流式三相交流同步发电机
额定容量１０ＭＷ/１１．７６５ＭＶＡ
额定转速８３．３ｒ/ｍｉｎ
额定功率因数ＣＯＳФ＝０．８５（滞后）
绕组绝缘等级Ｆ
励磁方式静止可控硅励磁
２）主变压器
１号主变压器（１ＴＭ）ＳＦ９—１２５００/１１０
２号主变压器（２ＴＭ）ＳＦ９—２５０００/１１０
库区防洪变压器（６１ＴＡ）Ｓ９—６３００/１０
３）１１０ｋＶ断路器
型号ＬＷ２５—１２６
额定电压１２６ｋＶ
额定电流３１５０Ａ
额定开断电流（有效值）４０ｋＡ
额定关合电流（峰值）１００ｋＡ
４ｓ热稳定电流（有效值）４０ｋＡ
４厂用电、近区供电及其接线
４．１厂用电木京水电站厂房内共设有２台干式厂用变压器，厂用电源分别由１ＷＢＬ和２ＷＢＬ发电机电压母线取得；当全厂停机时，厂用电可以从１１０ｋＶ系统或从库区备用电源取得。通过对本站３台贯流式水轮发电机组及其附属设备的自用电和公用电负荷进行统计及分析，选用２台ＳＣ９－６３０/６干式变压器（４１ＴＡ、４２ＴＡ），带保护外壳、温控装置和风扇。２台厂变互为热备用，其单台容量可满足最大负荷及自起动压降要求。厂用电０．４ｋＶ接线为单母线断路器分段，设有备用电源自动投入装置。正常时４１ＴＡ带Ｉ段母线上的厂用负荷，４２ＴＡ带ＩＩ段母线上的负荷，Ｉ、ＩＩ段母线分段联络断路器断开运行。当其中１台厂变发生故障时，故障厂变低压侧断路器跳闸，备用自投装置动作，联络断路器自动合闸，切换至另１台厂变供给全部厂用负荷。厂用配电盘采用ＭＮＳ型抽屉柜。０．４ｋＶ母线的２台厂用变进线断路器和母线联络断路器为施耐德ＭＴ系列框架断路器，其它馈电回路均选配施耐德ＮＳ系列塑壳断路器。主副厂房各层、中控室、电缆层、安装间、尾水闸门室以及高位油箱室均设有动力配电箱和检修配电箱，供给相关设备的运行或检修的动力用电。配电箱进线及分接开关均选用施耐德的ＮＳ系列塑壳断路器和Ｃ６５ＨＤ系列微型断路器。
４．２库区防护电源１０ｋＶ接线（电站侧）电站侧库区防护电源取自３ＷＢＬ发电机电压母线，经６１ＴＡ防洪变升压为１０ｋＶ。１０ｋＶ接线由１回变压器进线，１回库区防护电源馈线，１回仙塘ＩＩ线备用电源（原施工电源），１回备用回路组成。６１ＴＡ防洪变布置在１１０ｋＶ变电站，１０ｋＶ开关柜布置在１１０ｋＶ变电站防洪配电房。
４．３坝区供电接线坝区主要用电负荷为１５孔拦河坝闸门启闭机、电站船闸的闸门启闭机和土坝涵洞闸门。这些负荷多为重载起动电机，容量大而且比较分散。坝区供电电源取自６．３ｋＶ３ＷＢＬ母线，１号机组单元和２号、３号机组扩大单元均可以对３ＷＢＬ母线供电。为了保证在电站不发电而大系统又不能倒送电时坝区的供电，还可以通过库区备用电源仙塘ＩＩ线倒送。坝区变选用１台容量为２５０ｋＶＡ的干式变压器（ＳＣ９—２５０/６ｋＶ）。其高压侧装设高压负荷开关作保护作用，低压侧装设施耐德ＭＴ框架断路器作总开关。低压配电盘为ＭＮＳ型抽屉柜。坝区变、高压开关柜和低压配电柜布置在拦河坝左岸靠近船闸的坝区配电房内。应注意的是，由于拦河坝闸孔和闸门启闭机较多，在任何工况下不允许同时启动超过２孔闸门启闭机，以免启动时对坝区供电造成过大的冲击和压降。
５电气设备布置
５．１厂房电气设备布置主厂房平面尺寸７１．６ｍ×２０．０ｍ（长×宽），安装间长２２．６ｍ位于主厂房右端。机组间距为１５ｍ，机组安装高程２８．０ｍ。主厂房共分两层，上面为操作运行层，高程４１．７７ｍ，与安装间地面同高程。运行层下游侧布置有励磁盘、机组ＬＣＵ盘和测温盘等；下面为设备层，高程３６．２７ｍ，布置有机组油水系统及压缩空气系统；３台机组主引出线电缆通过各机组的出线孔引出后沿电缆沟引至副厂房的３８．７５ｍ高程电缆层。副厂房平面尺寸为７１．６ｍ×１３．６ｍ（长×宽）共分４层：４６．７７ｍ高程为高位油箱房；４１．７７ｍ高程为电气设备层；３８．７５ｍ高程为电缆层；３５．２５ｍ高程为平台底层。其中电气设备层布置有高压开关柜室、厂用配电盘室、励磁变压器室、中控室和电气试验室等。高压开关柜室布置有：主变６ｋＶ侧断路器柜２台，发电机出口断路器柜３台，机组励磁变断路器柜３台，厂用变断路器柜２台，坝区变断路器柜１台，库区防洪变断路器柜１台，综合楼电源出线断路器柜１台，母线ＰＴ及避雷器柜２台，母线联络断路器柜２台。高压开关柜为一字形单排布置。厂用配电盘室内布置有厂用变压器（４１ＴＬＡ、４２ＴＬＡ）２台，厂用低压配电盘（１Ｐ～１１Ｐ）１１块。低压开关柜为一字形单列布置，厂变紧靠两端低压进线柜，两者为硬母线连接。
５．２电缆主通道布置木京电站３台贯流式发电机组采用全微机监控保护和现场总线形式，电缆种类和数量较多。副厂房电缆层和主厂房设备层是厂内电缆的主要布置通道。发电机组主引出线电缆主路径为：通过设备层３６．２７ｍ高程电缆沟进入副厂房３５．２５ｍ高程底层，然后由此引上副厂房３８．７５ｍ电缆层；到廊道底层低位油箱、渗漏排水泵等厂用负荷的电缆从主厂房设备层电缆沟通过埋管进入机组吊物孔垂直桥架，然后到达廊道底层。副厂房电缆层内设６个电缆出口，其中３个通向主厂房设备层侧墙，２个主出口通向副厂房３５．２５ｍ底层，１个通向１１０ｋＶ变电站。动力电缆和控制电缆通过电缆桥架分层敷设从各个电缆出口引向各种配电盘柜和控制盘柜。户外电缆路径主要由１１０ｋＶ变电站电缆沟、闸坝公路电缆沟和船闸电缆沟组成。变电站电缆沟分６层支架布置，电缆支架与混凝土内预埋钢块焊接。在电缆转弯的地方留有足够的转弯空间。
５．３变电站布置１１０ｋＶ户外变电站靠近副厂房，面积为５７ｍ×４６ｍ（长×宽），与主厂房安装间同高程。变电站除布置１１０ｋＶ户外开关设备外，还布置了１０ｋＶ变配电设备。
５．３．１１１０ｋＶ电气设备布置１１０ｋＶ电气设备采用中式布置。两台主变（１ＴＭ、２ＴＭ）与闸坝轴线垂直，开关等电气设备两进两出双列布置，其中１回出线为预留间隔。２台主变６．３ｋＶ侧采用两种不同进线方式：１ＴＭ进线为３条ＹＪＶ２２—３×２４０高压电缆并联；２ＴＭ进线为共箱母线型式。共箱母线中心高程是４５．０３ｍ，户外全段母线箱体底高程一致。２台主变之间按规程设有防火隔墙，每台主变底下设有变压器油池，站内还设有可储存所有变压器１００％油量的事故油池。根据《建筑设计防火规范》和《水利水电工程设计防火规范》的要求，主变布置在距主厂房（耐火等级二级）１２ｍ的地方，尽量缩短变电站与厂房的距离。高压真空断路器、ＣＴ以及ＰＴ等电气设备利用基础构架、母线和跳线组成３层不同高程，整个布置做到齐整、对称，以方便安装试验和运行维护。
５．３．２１０ｋＶ防洪变配电布置向库区防洪供电的防洪变压器６１ＴＡ和１０ｋＶ库区防洪配电房均布置在１１０ｋＶ变电站内。防洪变与主变并排布置，油池间净距１０ｍ，符合防火净距的要求。１０ｋＶ库区防洪配电房布置有１０ｋＶ开关柜５台，通过１回１０ｋＶ架空专线向库区各泵站供电。
６过电压保护电站的防直击雷保护
按年平均９０雷暴日强度设计，为避免直击雷电过电压对站内建筑物和变电站的破坏，在电站主副厂房、尾水闸门启闭机室、坝区配电房和闸坝船闸闸门启闭机室等建筑物屋顶女儿墙上均设１圈防雷带，天面结构钢筋点焊成网格状，防雷带与结构钢筋连接并就近与引向电站接地网连接；变电站采取多针联合保护，用滚球法原理推算出整个避雷针的安装位置和安装高度，各避雷针设置集中接地基。为防止１１０ｋＶ线路上的各种侵入波和感应过电压的危害，线路侧上装设有ＨＹ１０ＷＺ２—１０８/２８１Ｓ线路型悬挂式氧化锌避雷器；１１０ｋＶ母线、发电机电压母线上均装设氧化锌避雷器限制雷电过电压的危害；为限制真空断路器开断操作时的过电压危害，在真空断路器回路均装设有间隙金属氧化锌避雷器的过电压吸收装置；０．４ｋＶ厂用变压器低压侧装有防涌流的避雷器箱。
７接地系统本电站接地系统
充分利用水电站的自然接地体及人工接地网组成。水工建筑底板钢筋网、１１０ｋＶ变电站均压网和水下地网等联接成一个总的大接地网。站内高、低压电气设备共用该接地网。对厂区地网和变电站均压网设计施工前作以下勘测：抽取厂区１２个点和变电站６个点的３个电性层作测试，厂房在第三电性层土壤电阻率较好，稳定在１００Ω·ｍ以下；变电站基础浅表的第一电性层土壤电阻受地面石头和气候影响较大，测试结果从几百欧米到几十欧米。针对以上测试在厂房尾水和闸坝水下基础区域设计敷设了水下地网；变电站均压网采用长孔型地网，敷设时回填低电阻率粘土和降阻剂，局部作了加强均压措施。通过对整个电站接地电阻计算和对接触电势、跨步电势的核算，要求木京水电站总接地电阻少于１Ω。在工程建成后实测结果表明，地网设计较好地达到了预期的目的。
８照明
８．１工作照明
电站厂房、厂区和变电站等场所采用一般工作照明。电源引自厂用配电盘，在主、副厂房各层和变电站等地均设置照明配电箱。主厂房地面安装间和操作层层高较高，选用深照型灯具。吊装在主厂房钢结构网架上，光源采用大功率金卤灯。主厂房两侧柱壁安装有荧光壁灯。厂房地面以下各层主要采用发光效率高的荧光灯、筒灯等，灯具选用尽量与厂房内部装修和工作环境相协调。户外厂区和变电站主要采用高杆路灯和户外庭院灯，光源以高压钠灯和白炽灯为主。
８．２事故照明
为了保证本电站突然失去交流厂用电源时不影响生产和指挥系统，重要场所如中控室、厂房１９．８０ｍ高程廊道层及主要楼梯通道等场所配备了事故照明。事故照明分为事故交直流自动切换照明和紧急疏散照明，两者均为独立的照明系统。事故照明回路平时为厂用电交流供电，事故时自动切换为直流供电。选用的光源为白炽灯。为了保证中控室在任何情况下都不会中断照明，在中控室还装设了两盏由直流电源直接供电的直流常明灯。紧急疏散照明为火灾等特殊情况下为人员安全疏散而提供的应急照明。在主副厂房各层１号、２号楼梯口均装设疏散应急标志灯。４１．７７ｍ高程以下各层（２８．００ｍ流道层、３６．２７ｍ设备层）灯上标示出口箭头应指向４１．７７ｍ高程电机层。主厂房安装间大门两侧装设标示“出口”字样的疏散指示灯。流道层、设备层走廊不超过２０ｍ设置１个疏散指示灯，指示灯上有指向１号、２号楼梯方向的指示箭头。副厂房４１．７７ｍ高程设备室走廊长约４２ｍ，应在走廊的前、后及走廊中间装设指示灯，指示灯箭头方向指向主厂房安装间大门。疏散标志灯双面吊装或单面嵌墙安装（离地面３０ｃｍ），内置免维护浮充电池，可持续供电３０ｍｉｎ以上。当正常交流电源因故断开时，指示标志灯自动切换由内置电池供电，为疏散人员提供逃生条件。