水力发电厂高压电气设备选择及布置设计规范条文说明07912资料.docx

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水力发电厂高压电气设备选择及布置设计规范条文说明07912资料

DL/T××××—

水力发电厂高压电气设备选择及布置设计规范

条文说明

（报批稿）

1范围

1.0.1本规范是SDJ5-1985《高压配电装置设计技术规程》和SDGJ14-1986《导体与电器选择设计规定》进行修订，修订内容较多，主要侧重水电厂高压电气设备的选择和配电装置布置。

1.0.2本规范修订时，750kV配电装置国内的相关规范未出，因而仅适用于标称电压为3kV～500kV配电装置的设计。

3术语和定义

3.0.1根据水电站电气设计特点，对进出线段及联络线加以定义。

4一般规定

4.0.1根据《中华人民共和国节约能源法》及水电站可行性研究报告需有节能降耗分析章节和环境保护专题论证报告，本条款内增加了高压电气设备选择及布置设计应坚持节能降耗的原则及满足环境保护要求。

节能降耗和环境保护的相关标准和规范有较多强制性条款，设计人员应予以重视。

4.0.2本条中的回路指国家电力系统不含的电压等级的回路，例发电机电压回路。

4.0.4污秽等级的选取，对于水电厂应考虑泄水水雾、泥雾等的影响。

4.0.5本条中的环境条件除海拔、地震、覆冰等，还应考虑水电工程的特殊环境，例如：

泄水水雾、水文、地质条件等，水电工程有因水文、地质条件考虑不周，泥石流危害电气设备和厂房的事例。

根据近几年来水电站设计技术发展和制造水平的提高，对水电站开关站的选型提出应考虑的因素，以便设计方案选择合理经济。

本条款提出经济比较中宜考虑年运行费用和事故损失费用，主要考虑有些设备在使用寿命期内年运行费用和事故损失费用较大，例变压器使用寿命期30年，其运行成本为设备的5—6倍，因而根据设备运行可靠性分析年运行费用和事故损失费用可较大程度的降低综合成本，提高投资效益。

本条款对改造和扩建工程，强调了施工停电损失费用，在石泉扩机中，停电损失费用对设备选型和布置有较大影响。

混合式开关设备（H—GIS）指设备采用GIS，母线和母线连接线采用敞开式配电装置，以节省投资。

4.0.6水电厂的高压配电装置和枢纽布置各不相同，因而进出线段及联络线方式的选择应根据水电站地理位置、设备布置特点，并综合考虑本条文所提各个方面影响。

本条款特别提出应考虑大电流母线的电能损失费用，即变压器布置时尽量靠近发电机，减少母线长度，降低母线损耗，响应国家的节能降耗政策。

4.0.7水电厂进、出线及联络线有可能出现大跨越段，例如跨江等，软导线的安全系数取4较难满足，因而注2要求进、出线及联络线安全系数取3.5。

4.0.10电气设备的最低允许温度各有不同，有些设备在环境温度较低的情况下不能正常工作，例如GIS内的SF6气体会液化，降低设备的绝缘，因而要装设加热装置或采取保温措施以避免设备误动作或引发事故。

4.0.11原条文中建议在湿度较高的场所，当无资料时，相对湿度可提高5%。

GB/T11022中高压开关设备正常使用条件的月平均相对湿度为90%，因而本条结合水电厂环境条件，提出当无资料时，对洞内、地下及潮湿的场所可取95%。

4.0.13根据目前设计情况，增加了对海拔高于4000m的要求，海拔高于4000m后，现用的海拔修正公式已不适用，修正值偏低，因而需进行专题研究、试验。

4.0.14引自DL/T5222。

4.0.16DL/T5163《水电工程三相交流系统短路电流计算导则》是结合水电厂电气系统具体条件编制的，给出适合水电厂的各种运算曲线，因而校验导体和高压电气设备用的短路电流值改为按DL/T5163《水电工程三相交流系统短路电流计算导则》执行。

5高压电气设备选择

5.1导体

5.1.1在后面的条文中对发电机回路不同型式母线适用范围已作较详细规定，在满足后面条文的情况下有选择地进行技术经济比较。

如发电机容量为100MW及以上的主回路应采用全连式离相封闭母线，比较的重点应为防凝露措施，对于大型机组还有冷却方式。

发电机回路母线型式选择时，应考虑发电机配电装置的型式，例母线型式应与发电机断路器型式相适应，以便连接，布置。

发电机分支回路母线宜采用与主回路相同型式的母线引自DL/T5186—2004《水力发电厂机电设计规范》

5.1.2根据DL/T5186—2004《水力发电厂机电设计规范》第5.5.4条，部分内容进行补充、修改。

近年来，水力发电厂发电机回路很少采用敞露母线（安全性差，安装工作量大），共箱封闭母线额定电流可到6300A，因而本条文建议中小型容量的机组、灯泡式贯流机组发电机回路宜或一般采用共箱母线和电缆。

母线选型时，应考虑发电机配电装置的选择，例发电机断路器，真空型额定电流一般不大于4000A，当发电机额定电流大于4000A时，可考虑选择与SF6绝缘发电机断路器配套的母线。

由于发电机主回路电流较大，为减少并联电缆根数，方便电缆敷设和与设备连接，应选用单相铜芯的交联聚乙烯电缆。

电缆缆芯与绝缘屏蔽式金属套之间的电压宜采用173%的回路工作相电压，引用GB50217。

发电机主回路电流大，并联电缆根数多时，若每相电缆敷设在一起将可能引起固定构架和电缆桥架发热。

康杨水电站发电时，每相电缆敷设在一起，引起固定构架和电缆桥架发热，后将A、B、C三相各一根电缆品字形敷设，解决了电缆桥架发热问题。

5.1.4对于特大型电站或系统重要的调峰电站，为保证机组安全、可靠运行，在金属封闭母线的接头处或其他容易过热的部位，设置监测导体、接头和外壳温度的测温装置。

金属封闭母线（全连式离相封闭母线）外壳与发电机断路器和换相开关外壳一般采用焊接。

GB/T8349—2000《金属封闭母线》中规定金属封闭母线超过20m长的直线段，应设置热胀冷缩或基础沉降的补偿装置，本条文改为金属封闭母线长的直线段，主要考虑在封闭母线超过20m的情况下，补偿装置也可不设置在直线段，可设置在其他位置，补偿度满足现场环境即可。

5.1.10220kV及以下的配电装置，导体截面一般取决于正常负载时的经济截面和发热条件，而不是电晕，因而导线可采用较经济的钢芯铝绞线或由钢芯铝绞线组成的组合导线。

330kV配电装置，电晕是330kV及以上的导体截面选择的控制条件，空心扩径导线与分裂导线相比具有单位重量轻、电流分布均匀、连接方便等优点。

500kV配电装置，单根空心扩径导线不能满足电晕要求，宜采用双分裂导线。

5.1.15新增条款，例双母线接线，两组母线有可能距离较近，在母线较长时，检修母线上的感应电压有可能大于50V，对检修人员造成伤害。

5.1.18目前高压电力电缆主要采用交联聚乙烯挤包绝缘电缆（XLPE），充油电缆和低密度聚乙烯绝缘电缆由于防火、维护、绝缘等问题已逐渐淘汰。

5.1.20水电厂大多处于高山峡谷中，高压出线有在洞室中或架空线难以实现的地形情况，这种情况大多采用电缆引出，但单根电缆的载流量有限，目前使用的一般小于2000A，而GIL载流量较大，最大的可达8000A，在进出线或联络线回路电流较大时，采用GIL可能更经济，比2根电缆并联的运行可靠性高

5.1.21GIL导体连接方式一般采用插接触头方式，插接触头方式比螺接安装方便，运行可靠性高，检修方便。

GIL可采用法兰连接或现场焊接，法兰连接安装、检修方便，但漏气率比现场焊接高。

5.1.21GIL一般载流量较大，最大的可达8000A，因而其外壳宜采用全连式多点接地。

5.1.22GIL标准段主要考虑方便工厂制造、现场安装及备件等，标准段的类型及长度应综合考虑条款中所列各项，使工程顺利进行。

例标准段长度，有些工厂可生产18m，但运输条件有可能不满足，尤其是厂内运输搬运应给以重视。

5.2主变压器

5.2.2当运输条件受限制但布置场地不受限制时，单相变压器组与三相组合式变压器，宜选用单相变压器组，也可选三相组合式变压器，单相变压器组运行安全可靠性高于三相组合式变压器，三相组合式变压器不设备用变，事故后恢复供电时间长。

目前500kV电压等级的变压器已有采用现场组装变压器（ASA），选用ASA时应考虑组装场地、时间、试验、招标（目前国内仅一个厂家生产）等因素，进行技术经济综合比较。

5.2.3引自DL/T5186—2004《水力发电厂机电设计规范》。

5.2.4国内水电厂升压变压器调压方式一般采用无载调压，仅天荒坪、十三陵2座抽水蓄能电站为有载调压，但投运以来均未投入运行。

水电厂调压几乎都是采用发电机调压。

地下洞室运行条件恶劣，有载调压开关故障率较高，因而抽水蓄能电站建议升压变压器布置在地下洞室时，最好采用适当加大发电电动机调压范围的方式，广州抽水蓄能电厂发电电动机调压范围为±7.5%。

5.2.6引自《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》9.2.1.1条

5.2.7JB/T10088—2004对不同容量和冷却方式的变压器给出了不同的噪声水平要求，其中有些要求值偏大，最大达95dB（A），根本满足不了环保要求，变电站的噪声环保指标是强制性条款。

目前水电站大型变压器噪声水平要求不大于80dB，例如三峡、拉西瓦等水电站的变压器噪声水平要求不大于80dB，厂家均能满足要求，因而根据变压器的制造水平和环境保护要求制定该条内容。

5.2.8户内大容量变压器目前大多采用水冷，户内变压器若采用风冷，通风设计复杂，变压器容量大时，通风问题有些工程无法解决，户内大容量变压器选择风冷时应慎重。

5.2.9《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求变压器中性点应有两根与主接地网不同地点连接的接地引下线，以保证变压器中性点可靠接地。

5.2.11变压器与GIS或GIL直接连接，在超高压系统中，GIS隔离开关和断路器操作过程中产生的VFTO已经造成多台变压器绝缘损坏，因而在超高压系统变压器与GIS或GIL直接连接时，变压器绕组绝缘设计应考虑VFTO的影响，适当加强绕组端部绝缘。

GIS隔离开关和断路器操作时，在GIS外壳和地之间产生瞬态外壳电压，为防止瞬态外壳电压传递到变压器箱体，在变压器箱体与GIS外壳连接的绝缘之间应并联非线性电阻。

5.3发电机断路器

5.3.1GB/T14824在1993发行，需要修订，目前发电机断路器技术参数选择主要参照国际标准，因而在GB/T14824修订前最好参照国际标准选择发电机断路器技术参数。

5.3.2发电机出口短路电流在50kA及以上的机组容量一般大于100MW，发电机电压母线一般采用全连式离相封闭母线，SF6发电机断路器便于布置、连接。

中、小容量发电机，发电机电压母线一般采用共箱封闭母线和电缆母线，为便于布置、连接，额定短路开断电流在63kA及以下可采用真空发电机断路器，63kA以上真空发电机断路器大部分为2台断路器并联，且真空发电机断路器一般安装在开关柜中，开关柜的短时耐受电流一般不大于63kA，因而额定短路开断电流在63kA及以上不推荐采用真空发电机断路器。

5.3.3发电机断路器开断发电机源和系统源短路开断电流能力不同，因而对发电机断路器开断发电机源和系统源能力宜分别要求，发电机源直流分量时间常数一般较大，应予以计算，并给与重视。

5.4电制动开关

5.4.2制动开关投入时要关合1～1.3倍的发电机额定电流，一般隔离开关不具备此功能，需选用快速或带有引弧触头的隔离开关。

5.4.3制动开关一般在发电机转速降至额定转速的40～60%时投入，通过制动开关的制动电流最大可到1.3倍发电机的额定电流。

由于制动开关投入时间短（不大于10min），其额定电流一般不小于其制动电流的50%，例如隔河岩机组容量300MW，制动时短路电流15000A，制动开关（隔离开关）额定电流7500A；水佈垭机组容量460MW，制动时短路电流16000A，制动开关（断路器）额定电流8000A；西龙池、宝泉、白莲河机组容量300MW，制动开关（断路器）额定电流6300A；张河湾机组容量250MW，制动开关（断路器）额定电流12000A；惠蓄机组容量300MW，制动开关（断路器）额定电流8000A。

水电厂大多有调峰任务，发电机组每年开停机次数一般在600次左右，因而制动开关应满足频繁操作要求。

电制动开关的短时耐受电流选择问题，正常运行时制动开关处在断开位置，因而其故障通过短路电流的情况为：

断口击穿或静触头侧短路，可通过对防护等级要求杜绝静触头侧短路，目前所选制动开关的额定电压和绝缘水平均比发电机回路高一级，因而断口击穿的几率极低。

敞开式制动开关存在短路几率，宜采用提高制动开关防护等级来解决可能存在的短路问题。

5.4.4发电机回路采用离相封闭母线时，电制动开关满足发电机升流试验要求可省去母线短路装置，节省投资。

5.5高压断路器

5.5.2本条款主要指出高压断路器应选用真空断路器或SF6断路器。

真空断路器价格一般低于SF6断路器，真空断路器产品一般电压等级在40.5kV及以下，因而40.5kV以上电压等级宜优先选用SF6断路器，40.5kV及以下电压等级宜选用真空断路器或SF6断路器（户外40.5kV可采用SF6断路器）。

5.5.4结合三峡、二滩、李家峡等电站设计经验，提出了高压断路器应考虑直流分量的影响，GB1984《高压交流断路器》中对额定短路开断电流的直流分量也有要求。

5.5.6所有特殊工况的时间常数指下列与断路器额定电压的时间常数：

额定电压40.5kV及以下时为120ms；额定电压72.5kV到363kV时为60ms；额定电压550kV及以上时为75ms。

特殊工况时由特定的系统结构和线路设计等产生的，关于特殊工况的时间常数的选用详见GB1984。

5.5.7在超高压系统中，断路器装设合闸电阻可以有效限制操作过电压水平，也可降低GIS中的VFTO幅值。

断路器装设合闸电阻增加投资，因而应根据过电压研究确定是否装设合闸电阻。

但装设合闸电阻使断路器结构复杂，而且带来潜供电流冲击、单相对地闪络电弧燃弧时间长的问题。

具体工程应通过过电压保护计算确定。

我国超高压变电站，当电站侧工频过电压不超过1.3pu、线路侧不超过1.4pu时，不装设合闸电阻，仅在线路两端（线路断路器线路侧）装设MOA，即可将操作过电压限制到要求值以下。

5.6高压负荷开关

5.6.2SF6和真空式负荷开关适合频繁操作，性能优越，是负荷开关的发展方向。

产气式负荷开关虽然具有一定的价格优势，但维护工作量较大，产气式负荷开关在近年来工程中应用很少，不推荐使用。

5.7高压隔离开关和接地开关

5.7.2隔离开关操动机构的型式在工程没有特殊要求时，一般按额定电流的大小选取，额定电流6300A及以上时用电动操动机构；当采用综合自动化系统时，操动机构的型式宜采用远方/现地电动操动机构；目前水电厂大多采用无人值班、少人值守的设计原则，因而宜采用远方/现地电动操动机构的较多。

一般电动操作机构分合速度太慢，超高压GIS中的隔离开关多采用电动弹簧操作机构，以尽量缩短切合时间，减少重击穿次数。

5.7.3隔离开关分为三个等级：

M0级隔离开关具有1000次操作循环的机械寿命，适合输、配电系统中使用且满足本标准一般要求的隔离开关；M1级隔离开关具有2000次操作循环的延长机械寿命的隔离开关，主要用于隔离开关和同等级的断路器关联操作的场所；M2级隔离开关具有10000次操作循环的延长机械寿命的隔离开关，主要用于隔离开关和同等级的断路器关联操作的场合。

5.7.4接地开关分为三个等级：

E0级接地开关无短路关合能力；E1级接地开关具有两次短路关合操作能力；E2级接地开关具有5次短路关合操作能力。

E1和E2级接地开关适用于不能预先确定需接地部分是否带电的情况，例如GIS线路侧接地开关。

5.8气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）

5.8.2断路器断口有水平布置和垂直布置，当需要降低高度时，采用水平布置方式。

5.8.4长母线、土建结构缝处伸缩节设置，应考虑GIS结构特点，补偿装置也可不设置在直线段或土建结构缝处，可设置在其他位置，补偿度满足现场环境即可。

例伸缩节可设置在直线段外或采用具有补偿装置的支承结构等。

5.8.9目前招标文件和近期出版的相关规范已要求GIS单个隔室允许的相对年漏气率不大于0.5%。

大部分厂家GIS产品可满足要求。

5.8.11GIS中隔离开关和断路器操作产生的快速暂态过电压（VFTO）的幅值与GIS的结构、布置、进出线方式等有密切关系，幅值过大将危害设备绝缘，引起事故，国内已发生变压器绝缘破坏事故。

5.8.13GIS的外壳接地采用全连式外壳多点接地，降低外壳感应电压，减少钢构架发热，便于接地设计。

5.8.15引自DL/T5139-2001。

5.9交流金属封闭开关设备

5.9.235kV及以下配电装置宜采用交流金属封闭开关设备可减少占地和运行维护费用，运行可靠性高，全寿命周期成本低于敞开式配电装置，故35kV及以下配电装置推荐采用交流金属封闭开关设备。

5.10电压互感器

5.10.1电压互感器的干式主要指树脂浇注绝缘结构。

35kV及以上宜采用单相式，主要考虑出线端子相间距离，不宜因要求采用三相式而增加投资。

5.10.7本条款是为了保证电压互感器可靠接地，杜绝电压互感器不良好接地运行情况的出现。

5.11电流互感器

5.11.2套管式电流互感器利于节省占地，例如PASS组合开关。

5.11.4引自DL/T866。

5.11.5本条款是为了保证电流互感器可靠接地，杜绝电流互感器不良好接地运行情况的出现。

5.12并联电抗器

5.12.2并联电抗器一般宜选用单相式主要考虑目前制造和运输能力。

5.13限流电抗器

5.13.2目前水电厂在机组容量较大时，发电机回路厂用电分支一般采用与主回路相同的离相封闭母线，厂用电分支上不装开关；机组容量较小时，一般采用限流熔断器开断短路电流；只在抽水蓄能电站采用限流电抗器限制短路电流。

5.13.4限流后的短路电流限制在25kA以内，可节省相应配电装置投资。

5.14消弧线圈及接地变压器

5.13.2发电机中性点采用高电阻接地方式，在发生单相接地时，能不带时限立即跳闸停机，确保机组安全，延长机组使用寿命和检修周期。

水轮发电机的许多事故是由单相接地故障不及时切除，发展为多相事故，危机发电机。

5.15避雷器、绝缘子及套管

5.14.1交流无间隙金属氧化物避雷器有优越的电气性能，所占电气设备比例及少，目前价格相对不高，因而推荐优先选用。

6进出线及联络线

6.1架空线路

6.1.5线路应尽量避免跨越缆机，若需跨越，应充分考虑缆机的行走范围及拆卸影响。

6.2电缆线路

6.2.2水电厂的进出线段和联络线不宜设置中间接头主要考虑电缆中间接头事故率较高，事故处理时间长，影响电站发电效益，故尽量不要设置中间接头。

6.2.4电缆采取直埋敷不利于电缆散热，事故处理时间长，且电站建成后，厂区内不可避免会有一些改造和土建施工，存在危害电缆而引起事故的概率，国内已有类似事故，因而在厂区内电缆不宜采取直埋敷设。

6.3气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）

6.3.3引自DL/T978。

DL/T978有GIL损耗及温升的计算公式，是否设置强迫冷却装置应计算，并应参考产品结构特点。

6.3.4SF6气体泄漏会危及人身安全，因而应考虑封堵及排放措施，并配置必要的监测装置。

6.3.5长垂直竖井的GIL布置应考虑GIL的安装、检修工艺。

如长垂直竖井的起吊设备较大，布置与安装工序有关，布置时应予以重视。

7高压电气设备的布置

7.1主要电气设备

7.1.1升压变压器靠近发电机布置，可减少发电机母线长度、安装工作量和损耗。

7.1.3由于工频耐压试验对检查导电介质污染比较敏感；操作冲击电压试验对检查存在的绝缘缺陷、污染和异常电场结构特别有效，所用的试验设备比较简单；雷电冲击电压试验对检查异常带电结构（如电极损坏）比较敏感；因而在有条件时，GIS布置宜考虑现场冲击耐压试验的要求。

7.1.4对断路器而言，三相机械同步性能的要求以毫秒计，若同一间隔跨土建结构缝，土建结构缝产生的不均匀沉陷，上述性能将难以得到保证，且同一间隔不均匀沉陷的补偿装置不易设置。

7.2安全净距

6.1.2本条款删除了原规程中“当220kV、330kV、500kV采用降低绝缘水平的设备时，其相应的A值可采用附录五所列数值”。

其附录五中的值为试行值，与GB1094.3—2003中变压器相对地最小空气间隙推荐值相差较大，因而不再列出。

7.3通道及围栏

7.3.2GB50059规定“变电所内为满足消防要求的主要道路宽度，应为3.5m。

主要设备运输道路的宽度可根据运输要求确定，并应具备回车条件”。

7.3.3引自DL/T5218。

7.3.7引自DL/T5139。

7.3.9带保护罩的干式变压器布置应考虑安装、维护空间。

8配电装置对建筑物及构筑物的要求

8.1配电装置室的建筑要求

8.1.8因为SF6气体比空气重，SF6配电装置室设置通风装置，是为了保证人身安全的需要，因而排风取气口宜布置在室内下部靠近地面处。