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摘要：简要论述了勐野江水电站电气主接线三种方案、220KV开关站户外GIS、户内GIS、户外敞开式三种布置方案特点，并进行了经济技术比较。
关键词：主接线 开关站 方案 经济 勐野江水电站
中图分类号：TV7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-036-02
1 工程概况
勐野江水电站位于云南省普洱市江城哈尼族彝族自治县和宁洱哈尼族彝族自治县的两县界河上。电站采用混合式开发，以发电为主。电站枢纽工程由混凝土面板堆石坝、引水系统、地面厂房及户外GIS开关站等组成。
勐野江水电站装机规模68MW，多年平均发电量为3.072亿kWh，以一回220kV出线经石门坎水电站，送墨江500kV变电所。
2 电气主接线
2.1 电气主接线设计的基本原则
（1）保障电力系统的稳定和安全以及供电的连续性。
（2）保障电站安全、可靠、连续运行，充分发挥电站作用和取得尽可能多的经济效益。
（3）在满足电站对可靠性要求的前提下，选择灵活性、经济性较好的接线。
（4）满足电站接线简单、检修方便，便于实现自动化的原则。
（5）设备布置简单紧凑，尽量减少开挖量。
（6）节约能源，降低电能损耗。
2.2 发电机出口装设断路器的分析
本电站发电机电压是10.5kV，经估算发电机出口发生短路时，短路点所在的机组提供的10.5kV短路电流近15.46kA，系统和另外一台机组提供的短路电流约21.68kA。
由于本电站发电机与变压器的组合方式选用单元接线，且需要倒送厂用电，根据《水力发电厂机电设计规范》：DL/T5186-2004的要求，在发电机出口装设发电机断路器。此外，也考虑了以下三点：
（1）有效限制主变压器内部故障的扩大。
如果不设发电机断路器，当主变压器出现内部故障时，由于机组所供短路电流持续时间取决于机组本身的灭磁时间，可能导致故障电流衰减较慢，对主变压器切除故障不利，严重时可能着火爆炸。发电机出口装设断路器，使机组与主变压器之间有明显隔离区，当主变压器出现故障时，能迅速切除机组馈送的短路电流，有利于限制主变压器内部故障的扩大。
（2）提高厂用电的可靠性。
如果不设发电机断路器，则机组停机时需跳高压侧断路器，同时也切断了该回路的厂用电源，必须经倒闸操作后才能通过主变倒送厂用电。发电机出口装设断路器，则机组停运时不需跳高压侧断路器即可直接由系统倒送厂用电，为电站提供了可靠的厂用电源，并使得厂用电运行方式操作灵活、方便。
（3）减少220kV侧断路器操作次数。
若机组与主变压器间不设发电机断路器，则同期点就必须设置在220kV高压侧，使220kV断路器操作次数明显增多，从而导致其寿命的缩短和事故机率的增加。根据目前的电力设备制造水平，220kV断路器的操作次数约为5000次，而发电机出口断路器的操作次数可达10000次。
2.3 电气主接线形式和经济比较
根据电站的装机容量及其在电力系统中的地位和作用，考虑到电站的出线电压及回路数，勐野江水电站可以采用的主接线形式主要有以下几种：联合单元（两个单元接线高压侧联合）+线路组接线、发变组单元接线+不完全单母线接线（出线不设断路器）、发变组单元接线+单母线接线。
方案一：联合单元+线路组接线。
发电机-变压器采用一机一变单元接线，在高压侧联合后，以一回220kV线路直接送出，出线设一台断路器。本方案220kV侧仅设置一个断路器间隔，减少了高压断路器数量及主变压器至开关站的进线回路数，设备投资最低；一台变压器检修或故障，需经倒闸操作后另一台才能送出全厂50%的容量；出线断路器故障或检修将导致全部机组停运。
方案二：发变组单元接线+不完全单母线接线（出线不设断路器）。
发电机-变压器采用一机一变单元接线，220kV电压等级两个进线间隔均设置断路器，出线间隔不设断路器，设备投资居中。任一台断路器检修或故障、变压器故障或检修均不会造成全厂停电，只影响一台机组发电。
方案三：发变组单元接线+单母线接线。
发电机-变压器采用一机一变单元接线，220kV电压等级采用单母线接线。本方案高压侧设置三台断路器，设备投资最高；但任一台进线断路器检修或故障、变压器故障或检修均不会造成全厂停电，只影响一台机组发电；出线断路器故障或检修将导致全厂停电，所有机组容量均不能送出。
考虑到本电站的装机容量、地理位置、机组参数，国内机电设备制造水平以及现场的运输条件，确定主变压器、GIS等均采用国产设备，在以下的比较中以断路器非计划停运时间为150小时计算因设备故障所造成的经济损失。
方案一一台主变压器故障或检修，通过倒闸操作后，另一台机组仍可继续投入运行，但是，考虑到系统的稳定性，减少对系统的冲击和扰动，即使故障能够在短时间内修复，也不会被允许立即并入系统，会造成电站电能送出受阻。如果按照停电后至并网的时间间隔为24小时和云南省水电上网电价0.215元/度计算，将会损失24€？.215€？8000=35.09万元；联合单元+线路组接线方式，因出線断路器故障造成的经济损失约为150€？.215€？8000=219.30万元。
总之，方案一因变压器或出线断路器故障所造成的停电经济损失为254.39万元。
方案二采用发变组单元接线+不完全单母线接线（出线不设断路器），高压配电装置设置两个断路器进线间隔，一个隔离开关出线间隔，在任意一台断路器或主变压器检修或故障情况下，电站均能够送出全厂50%的电能。虽然高压配电装置比方案一多了一台断路器，但是从综合经济效益分析，如果220kV断路器故障，本方案所损失的电能费用为150€？.215€？4000=109.65万元。较方案一因故障停运期间的经济损失约少144.74万元，与增加一个220kVGIS断路器间隔的投资相比，少35.26万元。 方案三采用发变组单元接线+单母线接线，高压侧设置三台断路器，增加了开关站布置场地及设备投资，与方案二相比，设备投资约高180万元；方案三在出线断路器故障或检修情况下均会造成全厂停电，所造成的电能不能送出的经济损失约为150€？.215€？8000=219.30万元，比方案二高出109.65万元。
勐野江水电站总装机68MW，是一座中型电站。虽然发变组单元接线+不完全单母线接线（出线不设断路器）比联合单元+线路组接线，设备投资高约180万元左右，但是在一台断路器故障或检修情况下，电站均能够送出全厂50%的电能，由于停电所造成的经济损失较小，比联合单元+线路组接线方式低约144.74万元，而且运行可靠性高、灵活性好；相比发变组单元接线+单母线接线方式，省了一个断路器间隔的投资，而且不存在出线断路器检修的情况，设备投资及停电损失可节约289.65万元。
3 220kV开关站布置形式和经济比较
对220kV电气设备的选型和布置，应结合电站地形条件、枢纽布置、设备性能、运行维护以及经济合理性等统一考虑，针对户外GIS、户内GIS、户外敞开式三种布置方案进行了经济技术比较。
方案一：户外GIS方案。
220kVGIS开关站（包括220kVGIS、出线设备和出线构架）布置在主变开关楼楼顶，GIS通过位于母线电缆层的管道母线与位于主变开关楼内的主变压器高压套管相连。
与户外敞开式开关站相比，GIS开关站有其自身的特点，即可靠性高，布置紧凑，节约占地面积，减少开挖或回填量。就勐野江水电站来说，可以充分利用主变开关楼楼顶的面积，比布置48€？8m2的敞开式开关站可节省土建投资约286.05万元。
与室内GIS方案相比，户外GIS方案可以和出线场实现“紧凑型”布置在一个平台上，省去了建设GIS室的土建费用约253.91万元和购买桥机及其他设备的费用约25万元，而且，如果采用室内GIS方案，位于主变开关楼顶的出线场距地约30m，出线塔架距地约50m，安装比较困难。
方案二：户内GIS方案。
220kVGIS设备布置在主变开关楼的GIS室内，220kV出线场设备布置在主变开关楼顶。GIS设备向下通过管道母线与布置在主变开关楼主变压器室（与安装场同高程）内的主变压器高压套管相连，向上与布置在主变开关楼顶的高压出线套管相连。
户内GIS方案，受环境影响小，运行可靠性高，但是需要建设GIS室，配置桥机、消防、及通风空调等设备，由于GIS室较高，如果出线场布置在GIS楼顶，距地约30m，出线场设备吊装较麻烦，如果布置在其他地方，则会增加管道母线的长度，与方案一相比将增加投资277.91万元。
方案三：户外敞开式方案。
户外敞开式开关站有其独特的特点，可以有效降低机电设备造价，节省工程投資。但由于断路器、隔离开关、CT、PT、母线等都暴露在空气中，运行可靠性较低，维护工作量较大。对于本电站而言，如果采用敞开式布置方式，开关站尺寸为48€？8m2。由于电站厂房区域离河岸只有20m左右，而且会受到下游龙马电站回水的影响，在厂房附近布置敞开式开关站难度极大，只能在其他地方选址建设。就本电站而言，只有在厂区左侧距离大约200m的地方，有一面积不大、坡度较缓的区域，具有建设敞开式开关站的可能性，而建设48€？8m2的敞开式开关站比在主变开关楼顶布置户外GIS开关站，需增加土建投资约286.05万元；由于远离厂房，还会增加高压电缆长度1500m，增加电缆投资约237万元，而且会降低电站的运行可靠性。
由上可知，户外敞开式开关站需大量挖填土石方，且可靠性低，运行维护工作量大，不利于电站将来向“无人值班”过渡。而GIS开关站布置紧凑，设备运行维护工作量小，可以减轻企业负担，降低发电成本，有利于市场竞争。这也是国内已建和在建水电站中开关站在场地条件较差的情况下大多采用GIS设备的主要原因。
与户内GIS开关站相比，采用主变开关楼顶布置户外GIS开关站的方案，既节省了建设GIS开关室的土建费用约253.91万元，又节省了桥机、消防、通风空调等设备的投资约25万元，因此本阶段推荐采用在主变开关楼顶布置户外GIS开关站的方案。
根据江城县气象站多年实测资料统计显示，勐野江水电站附近区域冬无严寒，夏无酷暑，其多年平均气温18.3℃，极端最高气温34.5℃，极端最低气温-0.7℃，多年平均降水量2251mm，平均降水日数达210天，最大一日降水为250mm，降水主要集中在5月～10月，该段时间降水量占全年86%左右；多年平均蒸发量1421mm，多年平均风速1.03m/s，多年平均相对湿度为84.7%。以上气象条件符合布置户外GIS开关站的要求。基于以上原因，推荐选用户外GIS方案。开关站
4 结论
针对以上方案，勐野江水电公司邀请设计、专家和公司领导召开了专题会议，对方案进行了认真比选和研究。经综合比较分析，就“保障电力系统的稳定和安全以及供电的连续性”，以及“保障电站安全、可靠、连续运行，充分发挥电站作用和取得尽可能多的经济效益”两个方面，推荐方案二：发变组单元接线+不完全单母线接线（出线不设断路器）为主接线方式。
开关站布置主要集中在方案一（户外GIS方案）和方案二（户内GIS方案）的讨论，虽然设计推荐采用户外GIS方案，方案可行，经济比较较优，但还是受外界气候条件影响较大，对设备运行不利。为了提高电站运行可靠性，以及设备运行的寿命和检修维护方便，且室内GIS方案，电站厂房更美观，会议最后决定采用室内GIS方案。
关键词：主接线 开关站 方案 经济 勐野江水电站
中图分类号：TV7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-036-02
1 工程概况
勐野江水电站位于云南省普洱市江城哈尼族彝族自治县和宁洱哈尼族彝族自治县的两县界河上。电站采用混合式开发，以发电为主。电站枢纽工程由混凝土面板堆石坝、引水系统、地面厂房及户外GIS开关站等组成。
勐野江水电站装机规模68MW，多年平均发电量为3.072亿kWh，以一回220kV出线经石门坎水电站，送墨江500kV变电所。
2 电气主接线
2.1 电气主接线设计的基本原则
（1）保障电力系统的稳定和安全以及供电的连续性。
（2）保障电站安全、可靠、连续运行，充分发挥电站作用和取得尽可能多的经济效益。
（3）在满足电站对可靠性要求的前提下，选择灵活性、经济性较好的接线。
（4）满足电站接线简单、检修方便，便于实现自动化的原则。
（5）设备布置简单紧凑，尽量减少开挖量。
（6）节约能源，降低电能损耗。
2.2 发电机出口装设断路器的分析
本电站发电机电压是10.5kV，经估算发电机出口发生短路时，短路点所在的机组提供的10.5kV短路电流近15.46kA，系统和另外一台机组提供的短路电流约21.68kA。
由于本电站发电机与变压器的组合方式选用单元接线，且需要倒送厂用电，根据《水力发电厂机电设计规范》：DL/T5186-2004的要求，在发电机出口装设发电机断路器。此外，也考虑了以下三点：
（1）有效限制主变压器内部故障的扩大。
如果不设发电机断路器，当主变压器出现内部故障时，由于机组所供短路电流持续时间取决于机组本身的灭磁时间，可能导致故障电流衰减较慢，对主变压器切除故障不利，严重时可能着火爆炸。发电机出口装设断路器，使机组与主变压器之间有明显隔离区，当主变压器出现故障时，能迅速切除机组馈送的短路电流，有利于限制主变压器内部故障的扩大。
（2）提高厂用电的可靠性。
如果不设发电机断路器，则机组停机时需跳高压侧断路器，同时也切断了该回路的厂用电源，必须经倒闸操作后才能通过主变倒送厂用电。发电机出口装设断路器，则机组停运时不需跳高压侧断路器即可直接由系统倒送厂用电，为电站提供了可靠的厂用电源，并使得厂用电运行方式操作灵活、方便。
（3）减少220kV侧断路器操作次数。
若机组与主变压器间不设发电机断路器，则同期点就必须设置在220kV高压侧，使220kV断路器操作次数明显增多，从而导致其寿命的缩短和事故机率的增加。根据目前的电力设备制造水平，220kV断路器的操作次数约为5000次，而发电机出口断路器的操作次数可达10000次。
2.3 电气主接线形式和经济比较
根据电站的装机容量及其在电力系统中的地位和作用，考虑到电站的出线电压及回路数，勐野江水电站可以采用的主接线形式主要有以下几种：联合单元（两个单元接线高压侧联合）+线路组接线、发变组单元接线+不完全单母线接线（出线不设断路器）、发变组单元接线+单母线接线。
方案一：联合单元+线路组接线。
发电机-变压器采用一机一变单元接线，在高压侧联合后，以一回220kV线路直接送出，出线设一台断路器。本方案220kV侧仅设置一个断路器间隔，减少了高压断路器数量及主变压器至开关站的进线回路数，设备投资最低；一台变压器检修或故障，需经倒闸操作后另一台才能送出全厂50%的容量；出线断路器故障或检修将导致全部机组停运。
方案二：发变组单元接线+不完全单母线接线（出线不设断路器）。
发电机-变压器采用一机一变单元接线，220kV电压等级两个进线间隔均设置断路器，出线间隔不设断路器，设备投资居中。任一台断路器检修或故障、变压器故障或检修均不会造成全厂停电，只影响一台机组发电。
方案三：发变组单元接线+单母线接线。
发电机-变压器采用一机一变单元接线，220kV电压等级采用单母线接线。本方案高压侧设置三台断路器，设备投资最高；但任一台进线断路器检修或故障、变压器故障或检修均不会造成全厂停电，只影响一台机组发电；出线断路器故障或检修将导致全厂停电，所有机组容量均不能送出。
考虑到本电站的装机容量、地理位置、机组参数，国内机电设备制造水平以及现场的运输条件，确定主变压器、GIS等均采用国产设备，在以下的比较中以断路器非计划停运时间为150小时计算因设备故障所造成的经济损失。
方案一一台主变压器故障或检修，通过倒闸操作后，另一台机组仍可继续投入运行，但是，考虑到系统的稳定性，减少对系统的冲击和扰动，即使故障能够在短时间内修复，也不会被允许立即并入系统，会造成电站电能送出受阻。如果按照停电后至并网的时间间隔为24小时和云南省水电上网电价0.215元/度计算，将会损失24€？.215€？8000=35.09万元；联合单元+线路组接线方式，因出線断路器故障造成的经济损失约为150€？.215€？8000=219.30万元。
总之，方案一因变压器或出线断路器故障所造成的停电经济损失为254.39万元。
方案二采用发变组单元接线+不完全单母线接线（出线不设断路器），高压配电装置设置两个断路器进线间隔，一个隔离开关出线间隔，在任意一台断路器或主变压器检修或故障情况下，电站均能够送出全厂50%的电能。虽然高压配电装置比方案一多了一台断路器，但是从综合经济效益分析，如果220kV断路器故障，本方案所损失的电能费用为150€？.215€？4000=109.65万元。较方案一因故障停运期间的经济损失约少144.74万元，与增加一个220kVGIS断路器间隔的投资相比，少35.26万元。 方案三采用发变组单元接线+单母线接线，高压侧设置三台断路器，增加了开关站布置场地及设备投资，与方案二相比，设备投资约高180万元；方案三在出线断路器故障或检修情况下均会造成全厂停电，所造成的电能不能送出的经济损失约为150€？.215€？8000=219.30万元，比方案二高出109.65万元。
勐野江水电站总装机68MW，是一座中型电站。虽然发变组单元接线+不完全单母线接线（出线不设断路器）比联合单元+线路组接线，设备投资高约180万元左右，但是在一台断路器故障或检修情况下，电站均能够送出全厂50%的电能，由于停电所造成的经济损失较小，比联合单元+线路组接线方式低约144.74万元，而且运行可靠性高、灵活性好；相比发变组单元接线+单母线接线方式，省了一个断路器间隔的投资，而且不存在出线断路器检修的情况，设备投资及停电损失可节约289.65万元。
3 220kV开关站布置形式和经济比较
对220kV电气设备的选型和布置，应结合电站地形条件、枢纽布置、设备性能、运行维护以及经济合理性等统一考虑，针对户外GIS、户内GIS、户外敞开式三种布置方案进行了经济技术比较。
方案一：户外GIS方案。
220kVGIS开关站（包括220kVGIS、出线设备和出线构架）布置在主变开关楼楼顶，GIS通过位于母线电缆层的管道母线与位于主变开关楼内的主变压器高压套管相连。
与户外敞开式开关站相比，GIS开关站有其自身的特点，即可靠性高，布置紧凑，节约占地面积，减少开挖或回填量。就勐野江水电站来说，可以充分利用主变开关楼楼顶的面积，比布置48€？8m2的敞开式开关站可节省土建投资约286.05万元。
与室内GIS方案相比，户外GIS方案可以和出线场实现“紧凑型”布置在一个平台上，省去了建设GIS室的土建费用约253.91万元和购买桥机及其他设备的费用约25万元，而且，如果采用室内GIS方案，位于主变开关楼顶的出线场距地约30m，出线塔架距地约50m，安装比较困难。
方案二：户内GIS方案。
220kVGIS设备布置在主变开关楼的GIS室内，220kV出线场设备布置在主变开关楼顶。GIS设备向下通过管道母线与布置在主变开关楼主变压器室（与安装场同高程）内的主变压器高压套管相连，向上与布置在主变开关楼顶的高压出线套管相连。
户内GIS方案，受环境影响小，运行可靠性高，但是需要建设GIS室，配置桥机、消防、及通风空调等设备，由于GIS室较高，如果出线场布置在GIS楼顶，距地约30m，出线场设备吊装较麻烦，如果布置在其他地方，则会增加管道母线的长度，与方案一相比将增加投资277.91万元。
方案三：户外敞开式方案。
户外敞开式开关站有其独特的特点，可以有效降低机电设备造价，节省工程投資。但由于断路器、隔离开关、CT、PT、母线等都暴露在空气中，运行可靠性较低，维护工作量较大。对于本电站而言，如果采用敞开式布置方式，开关站尺寸为48€？8m2。由于电站厂房区域离河岸只有20m左右，而且会受到下游龙马电站回水的影响，在厂房附近布置敞开式开关站难度极大，只能在其他地方选址建设。就本电站而言，只有在厂区左侧距离大约200m的地方，有一面积不大、坡度较缓的区域，具有建设敞开式开关站的可能性，而建设48€？8m2的敞开式开关站比在主变开关楼顶布置户外GIS开关站，需增加土建投资约286.05万元；由于远离厂房，还会增加高压电缆长度1500m，增加电缆投资约237万元，而且会降低电站的运行可靠性。
由上可知，户外敞开式开关站需大量挖填土石方，且可靠性低，运行维护工作量大，不利于电站将来向“无人值班”过渡。而GIS开关站布置紧凑，设备运行维护工作量小，可以减轻企业负担，降低发电成本，有利于市场竞争。这也是国内已建和在建水电站中开关站在场地条件较差的情况下大多采用GIS设备的主要原因。
与户内GIS开关站相比，采用主变开关楼顶布置户外GIS开关站的方案，既节省了建设GIS开关室的土建费用约253.91万元，又节省了桥机、消防、通风空调等设备的投资约25万元，因此本阶段推荐采用在主变开关楼顶布置户外GIS开关站的方案。
根据江城县气象站多年实测资料统计显示，勐野江水电站附近区域冬无严寒，夏无酷暑，其多年平均气温18.3℃，极端最高气温34.5℃，极端最低气温-0.7℃，多年平均降水量2251mm，平均降水日数达210天，最大一日降水为250mm，降水主要集中在5月～10月，该段时间降水量占全年86%左右；多年平均蒸发量1421mm，多年平均风速1.03m/s，多年平均相对湿度为84.7%。以上气象条件符合布置户外GIS开关站的要求。基于以上原因，推荐选用户外GIS方案。开关站
4 结论
针对以上方案，勐野江水电公司邀请设计、专家和公司领导召开了专题会议，对方案进行了认真比选和研究。经综合比较分析，就“保障电力系统的稳定和安全以及供电的连续性”，以及“保障电站安全、可靠、连续运行，充分发挥电站作用和取得尽可能多的经济效益”两个方面，推荐方案二：发变组单元接线+不完全单母线接线（出线不设断路器）为主接线方式。
开关站布置主要集中在方案一（户外GIS方案）和方案二（户内GIS方案）的讨论，虽然设计推荐采用户外GIS方案，方案可行，经济比较较优，但还是受外界气候条件影响较大，对设备运行不利。为了提高电站运行可靠性，以及设备运行的寿命和检修维护方便，且室内GIS方案，电站厂房更美观，会议最后决定采用室内GIS方案。