阳江抽水蓄能电站厂用电系统及其相关设备布置设计_谢焕锋.pdf

【设计与施工】阳江抽水蓄能电站厂用电系统及其相关设备布置设计谢焕锋(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广东 广州 510635)摘要 文章介绍了阳江抽水蓄能电站的厂用电系统接线形式结构、厂用电设备及厂用电导体布置方案。关键词 抽水蓄能电站;厂用电;桥架;设备布置中图分类号:TV74文章标识码:B文章编号:1009 0088(2022)12 0060 031工程概述阳江抽水蓄能电站位于广东省阳春市与电白县交界处的八甲山区，距阳江市60 km。电站规划装机规模2 400 MW，电站分2 期建设，近期建设规模为 3 400 MW，上、下水库挡水、泄水建筑物在近期一次建成，输水系统、地下厂房分期建设。近期电站由主副厂房、主变洞、母线洞、尾水闸门室、高压电缆洞、交通洞、排风竖井、排水廊道等地下厂房系统以及地面开关站等组成。近期电站出线采用 1 回交流 500 kV 电压等级接入阳江蝶岭开关站，并预留间隔与远期电站连接。2厂用电接线2 1厂用电电源引接方式厂用电主电源从主变低压侧引接，机组发电工况时，由发电电动机机提供电源，停机、水泵工况通过主变压器由电网倒送电。备用电源引接自地区 10 kV 电源，并设置 10 kV 柴油发电机组作为电站保安电源。2 2厂用电接线厂用负荷中无高压电动机，厂用变压器如果采用 20 kV 一级降压至 0 4 kV 配电，厂用变压器低压侧 0 4 kV 的电流太大，难以选择载流导体，且电站负荷分布范围较广，负荷类型较直径 1 2 mm、孔距 2 0 m，深入砂砾石层下不透水层 1m，闸底板迎水侧设旋喷桩形成混凝土防渗墙进行防渗。3 3 3比选结果以上 2 个方案均能解决闸室地基承载力及闸室渗漏问题。闸室底板下全新统冲洪积低液限粉土较薄，换填施工方便，且换填方案更为经济。综合考虑后，闸室基础处理采用砂砾石换填方案。3 4闸室基础处理将闸基下 764 86 m 高程上部低液限粉土层挖除，采用砂砾石换填，利用砂砾卵石夹层作为闸室地基持力层。闸底板迎水侧齿墙下设 1 排旋喷桩，形成混凝土防渗墙，高喷防渗墙旋喷桩有效直径 1 2 mm，孔距1 0 m，底部深入砂砾石层下不透水层1m。高喷防渗墙采用三管法，分2 序施工。高喷灌浆液选用水泥浆，水泥选用 42 5#普通硅酸盐水泥，水灰比初选为 1 1，墙体渗透系数 106cm/s，抗压强度 3 0 MPa。砂砾卵石夹层除存在闸基范围外，还向两侧坝基延伸一定距离。根据砂砾卵石夹层的具体位置，旋喷桩防渗墙沿轴线方向向左岸、右岸分别延伸 47、68 m，以截断渗漏层，形成完整的防渗体，坝体段防渗墙顶高程高于坝基开挖高程 1 m。4结论闸室基础水泥搅拌桩施工过程，因遇到砂砾卵石夹层，同时，钻孔机械钻头较小，钻入一定深度后无法继续钻进，施工遇到困难。闸室基础通过砂砾石换填方法解决问题，既能满足闸基承载力要求，又能截断闸基及坝基可能存在的渗漏通道。因此，新闸室基础处理方案合理、可行。参考文献 1 盛芳，砂砾石与淤泥交互复杂地基水闸基础处理设计 J 四川水力发电，2010，29(5):21 24 2 张惠军，金泽水库取水闸基础设计及优化J东北水利水电，2019(4):1 3 3 陈仲策，水闸基础处理方法探讨，中国防汛抗旱，2010(4):59 71(编校:刘燕英)收稿日期:2022 11 11作者简介:张磊(1984)，男，工程师，主要从事水工设计工作。06内蒙古水利2022 年第 12 期(总第 244 期)多，难以满足较远负荷的压降要求。考虑到与地区电源电压配合，厂用电源选用二级降压。首先由机端接出的一级高压厂用变压器将 20 kV 降压至 10 kV，然后再设二级低压厂用变压器将 10 kV 降压至 0 4 kV，进行供配电。根据厂用电接线比选及已建抽水蓄能电站运行经验，进行厂用电系统接线。厂用10 kV 设4 段母线，其中，第 I、II 段为工作母线，第 III、IV 段为备用母线。10 kV 工作母线 I、II 段电源分别引接自 2 台 1#、2#厂用高压变压器。1#厂用高压变压器电源来自 1#、2#主变低压侧，2#厂用高压变压器电源来自 3#主变低压侧，10 kV 母线 III、IV 段备用母线分别接自不同输电线路的地区 10 kV 电源。2 个地区电源分别从高压电缆洞和交通洞进厂房，III 还接有 10 kV 柴油发电机。正常运行时，全厂负荷由 2 台厂用高压变压器供电。建设期，厂用电没形成或厂用高压变压器检修时由地区电源供电。极端情况下，厂用高压变压器与地区电源无法工作，可开启 10 kV 柴油发电机组维持必需的负荷。柴油发电机具有黑启动能力，可供 1 台机起动所需的厂用负荷。厂用电按不同用途，分别设置 12 台 10 kV/0 4 kV 二级降压变压器。厂区 12 台变压器高压侧平均分配连接在 10 kV 2段工作母线上。其中，4 台 2 500 kVA 变压器给 0 4 kV 厂用主盘供电，4 台 2 000 kVA 变压器给渗漏和检修排水供电，2 台500 kVA 变压器给地面开关站负荷供电，1 台 200 kVA 照明变压器和 1 台 1 000 kVA 检修照明变压器，给地下洞室群照明负荷及全厂检修负荷供电。0 4 kV 厂用主盘分 2 组，每组 2 段母线，每组的第一段母线变压器引接自 10 kV I 段，第二段接自 10 kV II 段，0 4 kV 厂用主盘主要负荷为 1#3#机组自用电、通风空调、直流系统及公用电等负荷。分配电盘均设 2 段母线，各分配盘 I 段接自第一组或第二组主配电盘 I 段、II 段接自第一组或第二组主配电盘 II 段，最终各 0 4 kV 主、分配电盘 I 段母线接在 1#高压厂用变压器，II 段母线接在 2#高压厂用变压器，方便检修。排水变压器及开关站变压器 2 台 1 组，每台变压器低压侧接 1 段 0 4 kV 母线，正常分段运行，互为备用。照明变压器及检修变压器共接3 段0 4 kV 母线，检修变压器低压侧接一段 0 4 kV 母线，该母线1 回路开关馈电给1 段照明母线，与照明变压器低压侧接另一段照明母线形成互为备用，正常分段运行。3厂用电设备布置及导体通道设置3 1地下厂房主要建筑物布置阳江抽水蓄能近期电站厂区负荷主要分布在地下厂房主副厂房、主变洞、母线洞、尾水闸门室及地面开关站。地下厂房主厂房由下至上分别为集水井及集水廊道层、管廊道层、蜗壳层、水泵水轮机层、中间层、发电机层，主厂房主要用电负荷为发电电动机机组的辅助设备。如，技术供水泵、调速器、推力轴承等用电，以及位于集水井、管廊道层的渗漏排水泵、检修排水泵等。地下厂房副厂房共分为 10 层。第一层与管廊道层联通，该层有污水处理设备。第二层与主厂房蜗壳层同高程，该层主要布置透平油处理设备和高压气机设备。第三层与主厂房水泵水轮机同高程，该层布置冷水机等暖通设备，并设有空压机配电盘。第四层与主厂房中间层同高程，此层布置 10 kV/0 4kV 厂用变室、照明配电室。第五层在主厂房发电机层与中间层之间，此层为电缆夹层。第六层与主厂房电机层同高程，布置有 10 kV 开关柜室、0 4 kV 主配电盘室。第七层 第九层主要为二次设备，布置有调试监控室、直流电源室、信通室等。第十层为副厂房顶层，通风设备层，与排风洞相连。地下主变洞分为 4 层，首层与主厂房发电机层同高程，布置有主变压器、SFC 变压器、主变洞配电盘等，第二层上游侧为起动母线廊道，下游侧为 500 kV GIS 管道母线廊道，第三层为暖通设备层，负一层为与母线洞相连的母线层。3 2发电机电压 20 kV 设备布置厂用电主电源从主变压器低压侧的发电机电压母线引接，该母线电压为 20 kV，由于 20 kV 设备间连接采用离相封闭母线、全绝缘浇注母线等硬导体连接，母线通道占用空间较大，需要综合考虑各设备的布置，使母线长度最短，减少母线交叉，避免碰撞。根据初步规划，20 kV 厂用电设备均布置于主变洞内。由于该电厂为 3 台机组，相对 4 台机组的电站，主变洞少了 2 个设备房，对布置要求更高。限流电抗器布置于主变室旁电抗器室内，可让分支离相封闭母线穿出主变室后，直接进入电抗器内。由于除厂用电外从主变压器低压侧 20 kV 发电电动机电压母线引接电源外，还有 SFC 变频启动装置，且 SFC 设备输入输出开关柜布置于主变洞二楼，故将 SFC 电抗器布置于主变洞二楼，SFC 启动装置引接自 1#、3#主变低压侧，1#、3#主变低压侧厂用电电抗器布置于主变洞一楼、2#机厂用电抗器单独引出，布置于主变洞二楼。24 kV 开关柜及厂用高压变压器布置于主变洞一楼厂高变室内。电抗器后 20 kV 导体均用全绝缘浇注母线，全绝缘浇注母线电抗器室穿出至主变洞上游侧母线廊道，在廊道纵向布置，各母线分层错位布置，见图 1、图 2。图 120 kV 设备布置16阳江抽水蓄能电站厂用电系统及其相关设备布置设计谢焕锋图 2主变洞 T1 T5 轴浇筑母线布置3 310 kV 及 0 4 kV 设备布置10 kV 开关柜、0 4 kV 主配电盘布置于与主厂房发电机层同一高程的副厂房 8 30 高程，方便巡检。该层下方为电缆夹层，10 kV 开关柜、04 kV 主配电盘均为下进下出线，4 台 10 kV/04 kV 主配电变压器布置于电缆夹层下方，10/0 4 kV 主配电变压器与 10 kV 开关柜之间采用电缆连接，与0 4 kV 主配电盘之间采用密集母线连接，密集母线平面方向在厂变室走至 0 4kV 主配电盘进线柜下方，然后引上穿过电缆夹层至 0 4 kV 主配电盘进线柜，可以减少占用电缆夹层空间。0 4 kV 主配电盘下连接有 1#3#机组自用盘、直流系统、空压系统、通风空调系统等分配电盘，各分配电盘靠近相应负荷布置。其中，空压系统配电盘由于负荷较大，电流大，与 0 4kV 主配电盘之间采用密集母线连接，密集母线引下穿过电缆夹层后，在厂用变压器室水平方向走至侧墙边，再穿楼板引下至空压机配电盘室。除空压系统配电盘外，0 4 kV 主配电盘至其他分配电盘采用电缆连接，1#3#机组自用配电盘布置在主厂房发电机层对应机组的上游侧，直流系统配电盘布置在副厂房第八层，为该层及其上下层二次设备配电，通风空调系统配电盘布置在副厂房第 10 层通风设备层，主变洞配电盘、尾水闸门室配电盘分别布置在主变洞首层、尾水闸门室内，公用配电盘则布置在主厂房安装间下方原施工通道内。2 组排水配电盘及其变压器布置在主厂房中间层 1#、3#机上游侧，方便为主厂房两端集水井渗漏排水泵及管廊道层的检修排水泵供电。检修配电盘布置与主厂房中间层与副厂房之间下游侧，在整个地下厂房相对中间的位置。由于检修配电盘出线电缆均比较粗。该位置方便电缆辐射敷设至厂房各处，照明配电盘及其变压器布置于主厂房中间层同高程的副厂房第三层照明配电室内。该位置靠近配电竖井，方便为主副厂房照明配电箱供电。10 kV 开关柜进出线及 0 4 kV 出线回路均为电缆，电缆主通道采用电缆桥架敷设，在电缆至设备最后一段一般通过分支桥架、线槽或埋管敷设。电缆桥架作为电厂分布最广，与其他设备交错布置最多的电气设备，利用三维协同设计，进行碰撞检查等应用，可保证电缆桥架、水力机械管路、暖通管路等在空间寻求最优布置，避免交叉，保证外观质量，让电缆桥架等布置更加合理，方便电缆安装敷设，并使电缆与设备连接通畅。电缆桥架主路径分布在配电盘下方或其负荷附近，根据主厂房一二次盘柜布置情况，主厂房中间层、水泵水轮机层上下游侧各有横向贯通的桥架，各机组中间及端部又有纵向桥架贯通，电缆桥架布置为网格型，为布置于发电机层、中间层盘柜的进出线电缆及用电设备配电电缆使用，蜗壳层上游侧有横向贯通的桥架，在机组中间及端部有纵向桥架往下游侧延伸，主要为布置于蜗壳层的技术供水泵配电电缆及机墩引出二次电缆使用。副厂房根据配电盘布置及负荷情况具体敷设，其中位于10 kV 配单盘及 0 4 kV 主配电盘下方的电缆夹层为副厂房电缆桥架最多的楼层，层高较矮，电缆桥架尽量靠下游侧集中布置，为上游侧留下足够的检修通道。不同主路径的桥架连接时，除使用弯通、三通等标准配件外，为保证电缆敷设的顺畅，阳蓄近期电站首次采用改进的异型接头，取得了较好的效果。主电缆桥架到盘柜处设置分支桥架、末端较小负荷采用埋管，尽量避免在墙面、地面敷设，并在桥架离管口距离较远的地方设置分支桥架过渡连接。较大负荷由于电缆粗，不适合穿管，则采用线槽敷设，线槽与现地设备、建筑物相结合考虑，减少独立敷设占用空间。为了使电缆尽可能集中敷设，将厂用变压器零序 CT 布置于开关柜内。此时变压器中性点不能在变压器除接地，否则位于低压进线柜的零序 CT 只能检测到经过 PE 排返回系统的部分故障电流以及正常负载时的不平衡电流，无法检测从变压器小室接地点直接返回系统的故障电流。该情况下使得零序保护实际动作值大于故障处的电流，甚至存在拒动的可能。故将变压器 PEN 线接至低压柜进线柜后再接地，使该问题得到解决。4结语阳江抽水蓄能电站一期电站采用多个电源点及可靠性较高的单母线分段方式供电，保证厂用电供电稳定可靠，并采用三维协同设计。综合考虑厂用电设备、母线及电缆桥架与电站的其他设备协调布置，电站机电设备布置合理且规整美观。2022 年 6 月，阳江抽水蓄能电站近期电站 3 台 400 MW 机组均已投入运行，厂用电运行良好。参考文献 1 李嘉盛 浅谈深圳抽水蓄能电站厂用电接线与保护 J 内蒙古水利，2017(6):74 76 2 汪志强，陈泓宇 电缆敷设和管路桥架三维设计在抽水蓄能电站的应用 J 水电与抽水蓄能，2017，3(3):78 83 3 胡保涛 水电站电缆桥架 BIM 二次优化设计应用 J 水电站机电技术，2021，44(9):87 89(编校:刘燕英)收稿日期:2022 11 14作者简介:谢焕锋(1989)，男，工程师，主要从事水利水电技术电气一次设计工作。26内蒙古水利2022 年第 12 期(总第 244 期)