丰满重建工程三期独立运行电气一次设计

水利水电技术（中英文）第52卷2021年第S1期
谢勇，郭亚卓，张廷久，等．丰满重建工程三期独立运行电气一次设计［J］.水利水电技术（中英文），2021，52（S1）：114-118. XIE Yong，GUO Yazhuo，ZHANG Tingjiu，et al．Primary electrical design of independent operation in the third phase of Fengman HydropowerＲeconstruction Project［J］.WaterＲesources and Hydropower Engineering，2021，52（S1）：114-118.
丰满重建工程三期独立运行电气一次设计
谢勇1，郭亚卓1，张廷久2，温铁成2，袁滢韬1
（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021； 2.松花江水力发电
有限公司丰满大坝重建工程建设局，吉林吉林130012）
摘要：丰满发电厂三期工程接入系统、厂用电、监控系统、通信系统均依附于一二期老厂，三期电厂需进行独立运行改造，以完成其在老厂拆除后、丰满工程重建期间担负的发电、保下游供水、向原大坝泄洪设施、丰满电厂办公及水厂热厂供电等任务。

本文主要介绍了丰满重建工程三期独立运行改造电气一次设计，对接入系统及电气主接线、厂用电源及全厂供电方案、主要新增电气设备选择、过电压保护及接地等作了简要的论述。

丰满三期电站自2013年9月开始独立运行改造施工，并于2014年10月4日两台机组再次投入商业运行，至今已投运6年，电站各系统运行可靠、安全、稳定。

关键词：三期独立运行；主接线；厂用电；设备选择；防雷接地
doi：10.13928/ki.wrahe.2021.S1.019
中图分类号：TV734.1文献标志码：B文章编号：1000-0860（2021）S1-0114-05
Primary electrical design of independent operation in the third phase
of Fengman HydropowerＲeconstruction Project
XIE Yong1，GUO Yazhuo1，ZHANG Tingjiu2，WEN Tiecheng2，YUAN Yingtao1（1.China Water Northeastern Investigation，Design＆Ｒesearch Co．，Ltd．，Changchun130021，Jilin，China； 2.Fengman Dam Ｒeconstruction Project Construction Bureau，Songhuajiang Hydropower Co．，Ltd．，Jilin130012，Jilin，China）
Abstract：The access system，auxiliary power，monitoring system and communication system of Fengman Power Plant Phase III Project are all attached to the old plant of Phase I and Phase II．The third phase power plant needs to carry out independent oper-ation and transformation to complete the tasks of power generation，downstream water supply，flood discharge facilities to the orig-inal dam，office of Fengman Power Plant and power supply of water plant and heat plant during the reconstruction of Fengman Project after the demolition of the old plant．This paper mainly introduces the primary electrical design of independent operation transformation in the third phase of FengmanＲeconstruction Project．The access system and main electrical wiring，auxiliary power supply and power supply scheme of the whole plant，selection of main newly added electrical equipment，over-voltage pro-tection and grounding are briefly discussed．Fengman Phase III Hydropower Station started independent operation and reconstruc-tion construction in September2013，and the two units were put into commercial operation again on October4，2014．It has been put into operation for6years，and the operation of each system of the power station is reliable，safe and stable．
Keywords：independent operation of phaseⅢ；main electrical connection；auxiliary power system for power plant；device selection；over-voltage protection；grounding
收稿日期：2020-11-09
作者简介：谢勇（1977—），男，高级工程师，学士，主要从事水电站电气一次设计。

E-mail：562809735@
谢勇，等∥丰满重建工程三期独立运行电气一次设计
1概况
原丰满水电站始建于1937年的伪满时期，1943年第一台机组发电，1953年大坝全部建成，1959年8台机组（552.5MW）全部投产，并在20世纪90年代陆续进行了二期（9#、10#）、三期（11#、12#）扩机，电站共安装12台水轮发电机组，总装机容量1002.5MW。

电站在东北电力系统中担负发电、调峰、调频和事故备用等任务，是东北电力系统中的主力调峰电源和事故备用电源。

吉林丰满水电站全面治理（重建）工程的主要方案是“在距离原坝址轴线下游约120m处新建一座大坝及坝后电站，原电站三期机组保留并继续使用，拆除原大坝部分坝段、一、二期厂房及一二期所有机电设备”。

丰满发电厂三期工程是利用原战备泄洪洞安装140MW和4.5MW发电机组各两台。

其接入系统、厂用电、监控系统、通信系统均依附于一二期老厂：电站送出是由1回220kV跨江线接入一二期老厂220kV东母线与东北电网相连；厂用电由两路3.3kV电缆接入老厂厂用电系统，地区10kV及小机组作为备用厂用电电源；监控系统由光纤以太网和MB+双网方式与老厂计算机监控系统联网，实现在老厂侧集中监测、监控、参与系统调度、实现AGC/ AVC控制；通信系统通过江西侧通信机房与老厂通信楼连接，实现系统通信和厂内通信。

电站的主要运行方式为1台机调峰、1台机备用，两台机同时运行的时间较少。

在丰满工程重建期间，独立运行的三期电站将担负起发电、保下游供水、向原大坝泄洪设施、丰满电厂办公及水厂热厂供电等任务，为了保证三期电站完全脱离与老厂的依附，实现安全独立运行，需要在新的接入系统方式下并结合三期电站实际情况，本着方案合理、技术可行、安全可靠、经济实用的原则，重新设计电站电气主接线、厂用电供电接线及对220kV开关站进行改造等建设方案。

2丰满三期电厂原始状态
2.1电气主接线
丰满三期电厂装机两台，单机容量为140MW，总装机容量为280MW。

发电机与变压器为单元接线，发电机出口未装设断路器，220kV侧为不完全单母线接线，仅进线回路装有断路器，出线回路未装设断路器。

机组容量以一回220kV线路送至丰满老厂开关站东双母线。

2.2220kV变电站
丰满三期220kV变电站布置于生产副厂房北侧，采用户外敞开式配电装置中式双层布置。

底层地面高程为198.00m，与进厂通道高程相同，二层平台高程为210.35m。

两台主变压器（SFP8－180000/220）及220kV SF6断路器布置于底层，两台变压器中性点单极接地开关分别布置在主变防火隔墙上，其余设备均布置于二层平台。

由于发电机出口未装设断路器，故机组的切合操作由220kV断路器完成。

2.31
3.8kV发电机电压系统
发电机额定电压为13.8kV。

发电机电压母线选用2（200ˑ90ˑ12）双槽铝母线，采用悬吊绝缘子串和支柱绝缘子两种固定方式。

自发电机出线端经母线道引至主变压器低压侧。

发电机电压主引出回路中选用GN10－20/8000型隔离开关，作为隔离之用。

机组制动以电气制动为主，机械制动为辅。

所用的短路开关型号为GN23－20Z/5000。

发电机中性点引出线采用双槽铝母线引出风罩后短接，并经消弧线圈接地。

2.4厂用电系统
丰满三期高压厂用电系统共分三段母线，即3.3kVⅠ段、3.3kVⅡ段和10.5kVⅢ段。

其中3.3kVⅠ段电源从老厂丰北甲线引来，3.3kVⅡ段电源从老厂丰北乙线引来，10.5kVⅢ段从三期厂内的2台4500kW小水轮发电机组高压侧引接，Ⅰ段和Ⅱ段母线之间经断路器联络，可实现备投和远方控制。

2.5防雷与接地
全厂防直击雷保护采用拒引结合防雷装置，此装置自投运以来，运行良好，有效地保护了电站设备。

220kV母线处设置氧化锌避雷器。

全厂接地装置由人工接地网和自然接地体构成。

人工接地网主要由主厂房、尾水渠、变电站、厂前区及引水隧洞等处组成，被利用的自然接地体有各闸门槽、尾水管及引水钢管等。

由于自身接地装置的接地电阻尚不能满足要求，故利用3ˑ150mm2电缆与老厂接地网相连，构成统一接地网。

3电站独立运行接入系统和电气主接线变化
3.1电站独立运行接入系统
根据《丰满水电站大坝全面治理（重建）工程老厂
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退出运行出线整理方案研究》报告及电顾规划〔2010〕866号评审意见，丰满老厂三期2ˑ140MW 机组仍以220kV一级电压接入系统，具体整理方案为：将三期2ˑ140MW机组从吉林地区城网中摘出，利用原松磐线和松明线，形成丰满老厂三期－磐石变、丰满老厂三期－明城变（东丰）的220kV线路，将电力送至磐桦地区，同时将原城南－丰满、铁东－丰满线路对接，即形成城南－铁东2回220kV线路。

3.2电气主接线
3.2.1机－变组合方式
发电机与变压器的组合方式，确定仍保持原电站机变组合方式不变，即采用单元接线作为本电站的发电机与变压器的组合方式，因场地原因，发电机出口仍不设断路器，机组的切合操作仍由220kV断路器完成。

3.2.2高压220kV侧接线
因本工程地处松花湖国家4A级风景区，亦属高寒地区，且开关站布置场地受限，故电站220kV配电装置改用户外GIS配电装置。

220kV侧改为单母线接线方式。

4厂用电系统、老坝供电及其他区域供电
4.1厂用电系统
厂用电系统采用10.5kV和0.4kV两级电压供电，厂用电源从高压220kV母线引接，新增设一台220/10.5kV20000kV A的高厂变，以构成10.5kV 厂用高压Ⅰ段母线，同时原三期两台4500kW小水轮发电机组的高压10.5kV侧出线分别接至高压Ⅰ段母线。

另从地方66kV变电所引接一回10.5kV电源，组成10.5kV厂用高压Ⅱ段母线。

全面治理工程完成后，三期厂用10kV系统将与新建电站厂用电连接，互为备用，小机组不再作为备用电源。

高厂变布置在靠副厂房侧的原变电站Δ198.80m 的空位上，根据选定的电气主接线及220kV设备型式（GIS），高厂变220kV进线间隔布置在Δ211.85m 平台上，高厂变与220kV GIS之间采用GIS管线连接，与10.5kV高压开关柜之间采用电缆连接，10.5kVⅠ段（1G1—1G10）及Ⅱ段（2G1—2G5）高压开关柜布置在变电站母线廊道端头的高压开关柜室（高程198.5m）内，该室长14.8m，宽3.6m，且室下设有高1.8m，宽1.5m的电缆沟。

其余Ⅲ段（3G1—3G7）及Ⅳ段（4G1—4G3）高压开关柜布置在安装间侧198.00m高程的厂用电高压配电室（原3.3kV高压开关柜室）。

0.4kV厂用电系统仍保留，将原3台SCB8－800型旧干式变压器更换为2台SCB10－800及1台SCB10－1000的新干式变压器。

4.2老坝供电及其他区域供电
丰满水电站全面治理（重建）工程的建设期间，原大坝仍正常运行，同时继续承担建设期间洪水的泄洪任务；而原大坝泄洪设施的供电是由丰满一、二期厂用电3.3kV高压母线引接两回电源作为工作电源；丰满重建期间，原一、二期电站厂房及所有机电设备将全部拆除。

为解决因机电设备拆除导致的老坝泄洪设施失去的供电电源，根据三期厂用电电源方案，故从三期10.5kVⅠ、Ⅱ段母线各引1回10.5kV电源至老坝坝上变电所并经布置在三期调压井平台上的两台SC10－1000，10.5/3.3kV变压器降压后接到原坝中、坝西变电所3.3kV母线上，待老坝完成其在丰满水电站大坝全面治理期间的泄洪任务后，再将原坝上供电设施全部拆除。

其他区域如江东电厂用户、江西电厂用户（水场、供热公司等）、永庆反调节水库、三期快速闸门、新建的泄洪兼导流洞进出口、生产控制楼等处的工作电源亦分别从三期10kV母线引接。

5主要设备选择
本电站改造工程主要电气设备均根据电力系统的要求，短路电流计算结果以及布置的需要进行型式和参数选择或者复核。

5.1发电机（保留设备，复核）
水轮发电机主要技术参数如表1所列。

表1水轮发电机主要技术参数
序号参数参数值备注1型号SF140－56/11950
2额定功率/MW140
3额定容量/MVA155.56
4额定电压/kV13.8
5额定电流/A83796508
6额定频率/Hz50
7额定功率因数0.9滞后
8额定转速/r·min－1107.1
9绝缘等级F级
10纵轴超瞬变电抗0.17055
11效率96
12励磁方式静止可控硅励磁
13发电机中性点接地方式经消弧线圈接地。

5.2主变压器（保留设备，复核）
主变压器主要技术参数如表2所列。

5.3高厂变（新增）
高压厂用变压器主要技术参数如表3所列。

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表2主变压器主要技术参数
序号参数参数值备注
1型号SFP8－180000/220
2额定容量/MVA180
3额定电压比/kV242ʃ2ˑ2.5%/13.8
4额定频率/Hz50
5阻抗电压/%13.5
6连接组别YN，d5
7冷却方式ODAF
8变压器中性点
接地方式
直接接地
每台主变中性点均装
有放电间隙、GW13－
110/630型单级隔离开
关及Y1.5－144/320型
中性点氧化性避雷器表3高压厂用变压器主要技术参数
序号参数参数值备注1型号SZ10－20000/220
2额定容量/MVA20
3额定电压比/kV230ʃ8ˑ1.25%/10.5
4额定频率/Hz50
5阻抗电压/%10.5
6连接组别YN，d11
7冷却方式ONAN
8调压方式有载调压
9变压器中性点接
地方式
根据系统需要采用
直接接地或不接地
方式
高厂变中性点装有放
电间隙、GW13－110/
630型单级隔离开关及
Y1.5－144/320型中性
点氧化性避雷器
5.413.8kV发电机电压设备（保留设备，复核）
13.8kV发电机电压设备包含隔离开关、电制动隔离开关、13.8kV双槽裸铝母线、母线式电流互感器、发电机中性点消弧线圈等，经复核，满足新接入系统方式下峰值耐受和短时耐受电流要求，可以不更换。

5.5高压220kV GIS（新增）
220kV高压侧为3进2出的单母线接线。

GIS开关站包括3个进线间隔，2个出线间隔，1个母线PT 间隔及SF6管线等。

主变进线间隔及出线间隔的引接线形式采用架空线连接，高厂变间隔和高厂变高压套管直接连接。

220kV GIS型号为ZF9－252，额定电流：3150A，额定短时耐受电流/持续时间：50kA/ 3s，弹簧操作机构。

因本工程布置条件受限，采用了户外GIS布置，为保证设备在冬季低温（丰满历史最低气温为－42.8ħ）时正常可靠运行，GIS设备厂家在防止SF6气体液化、保证密封环节可靠性、保证SF6密度继电器监控可靠性等多个方面采取了措施：
（1）防止SF6气体液化措施。

SF6断路器在低温地区使用时存在气体液化的现象，为保证断路器正常工作，在断路器外壳上加装保温装置。

当环境温度较低时，加热装置投入使用，对断路器内SF6气体进行加热，保证断路器内SF6气体温度高于液化温度，从而保证产品的性能。

断路器每极装一套加热装置，通过温控器控制加热装置自动投入或退出运行。

针对隔离开关、接地开关在低温地区运行时，SF6气体在0.4MPa时的液化温度为－38ħ，0.35MPa时的液化温度为－44ħ，一般达不到液化温度。

（2）保证密封环节可靠性。

采用低温密封圈，在外界环境温度－44ħ或更低时仍能保证壳体间的良好密封，在低温地区设备的年漏气率≤0.5%。

（3）保证SF6密度计监控可靠性。

采用低温密度计，该密度计的温度补偿连接金属片将按照低温进行修正，能保证在外界环境温度－44ħ时，密度继电器仍可准确监控产品内的SF6气体密度。

（4）保证机构运行及LCP柜电气元件可靠性。

在断路器、隔离开关、接地开关、快速接地开关的机构箱内及LCP柜内增加加热器，其中LCP柜还是带有高分子隔热层的双层保温控制柜，保证机构箱内温度不低于0ħ，以保证柜内所有电器元件的可靠运行。

6过电压保护及接地
6.1过电压保护方式
电站出线电压220kV，出线两回，接至明城和磐石变电所，220kV线路全线架设双避雷线保护。

三期独立运行开关站改造，将敞开式设备换成GIS设备，并布置在原211.85m平台上，总面积不变，设备高度也未超过原来设备高度，虽然出线构架较原构架高了1.5m，但总高度仍低于主厂房高度，而原有的拒引结合防雷装置保护范围大，枢纽主、副厂房、变电站均在其保护范围内，故原有的拒引结合防雷装置仍可有效的对变压器和开关站设备进行防直击雷保护。

为防止线路侧雷电侵入波过电压和操作过电压对上述设备的绝缘损坏，根据电站电气主接线和主要设备型式及其布置，按规程规范规定，在每回220kV 架空线路入口处分别装设一组Y10W－200/520线路型氧化锌避雷器。

6.2接地
丰满三期电厂原有的接地系统主要分为5个部分：主厂房接地网、变电站及厂前区均压网、引水隧洞接地网（调压井快速闸门）、调压井门槽及尾水门槽接地网；同时通过1根3ˑ150mm2电缆与丰满老
谢勇，等∥丰满重建工程三期独立运行电气一次设计
厂接地网连接。

泄洪兼导流洞投入运行后，其接地网也通过50ˑ6的扁钢与三期接地网连接，有效地降低三期接地电阻。

根据2014年9月东北电力科学研究院有限公司编制的《丰满电厂一、二、三期接地测试装置测试报告》，丰满三期独立接地网接地电阻为0.69Ω，虽超出了计算允许值，但主要部位的跨步电位差不超过20V，接触电位差不超过5V，均在安全范围内；三期独立接地网加老厂接地网的接地电阻为0.52Ω。

后期将随着泄洪兼导流洞、新厂接地网的陆续形成，整个工程的接地电阻将进一步得到改善。

7结语
丰满重建工程三期独立运行改造后的电气主接线、厂用电接线、主要新增电气设备的选择和布置、过电压保护和接地等设计均符合相关规程规范要求；丰满三期电站自2013年9月退出运行，正式开始改造施工，并于2014年10月4日两台机组再次投入商业运行，至今已投运6年，电站已完全实现安全独立运行，圆满完成了工程在重建期间赋予三期工程的发电、保下游供水、向老坝及其他区域供电等任务，电站各系统运行可靠、安全、稳定。

（责任编辑尹美娥）。