娄幸媛

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

1 工程概况

二郎坝水电工程天生桥水库枢纽区建有一座10 kV 简易变电站，该变电站由138 枢纽一线及139 枢纽二线两回10 kV线路进行供电，其供电方式为：两回10 kV 线路送电至水库枢纽10 kV 变电站，均先经一组10 kV 跌落丝具引至10 kV 柱上油开关，从10 kV 柱上油开关引出线再经一组10 kV 跌落丝具引至510T 枢纽一号10 kV 变压器，经变压器降压为0.4 kV 电压等级后引至枢纽0.4 kV 配电室，供水库枢纽大坝用电。

2 原设备运行情况及存在的主要问题

2.1 原设备运行情况

该简易变电站10 kV配电设施包括：一台配电变压器，型号为S7-250/10，额定电压为10±5%kV/0.4 kV，额定容量为250 kVA；两台10 kV柱上油开关，型号为DW7-10；四组10 kV跌落丝具，型号为RW4-10；两组10 kV避雷器，型号为FS4-10。

天生桥水库枢纽区10 kV 简易变电站于1999 年建成投运，建成后就采用目前供电方式为水库枢纽供电，其10 kV 配电变压器为1994 年产品，已运行近24 a，两台10 kV 柱上油开关、四组10 kV 跌落丝具及两组10 kV 避雷器均已运行18 a，基本达到了电气设备的使用寿命年限。图1 为天生桥水库枢纽10 kV 简易变电站现状图。

图1 天生桥水库枢纽10kV 简易变电站现状图

2.2 变电站存在的主要问题

目前该变电站主要存在以下问题：

1）10 kV 所有设备的操作方式均为纯手动方式，柱上油开关和跌落丝具距离地面均在4 m 以上，每次操作开关跳、合闸及开、合跌落丝具，均要站在地面使用10 kV 绝缘杆进行操作，操作十分困难；

2）10 kV 配电变压器额定容量偏小；

3）柱上油开关本体渗油、变压器渗油，夏季温度高，存在严重的安全隐患；

4）因运行年限较长，设备陈旧、老化，备品备件不易购置、技术服务跟不上、维护难度大等。

随着自动化、智慧化的发展，二郎坝水力发电工程已完成了智能化改造，实现了完全“无人值守，远程监控”的运行方式；天生桥水库枢纽也进行了智能化升级改造。由枢纽变电站10 kV 配电设施运行年限长，设备严重老化，在使用过程中经常出现故障，存在严重的安全隐患问题，故对该变电站10 kV配电设施进行升级更新改造，已是势在必行。

3 变电站更新升级改造

3.1 主要设备配置

天生桥水库枢纽10 kV 简易变电站10 kV 配电设施的技术改造，设计采用户外10 kV 箱式变电站，布置安装在原10 kV简易变电站位置处。

在枢纽0.4 kV 配电房之前，将两回10 kV 架空电源进线，分别采用YJV22-8.7/10 kV-3×50 型交联聚乙烯绝缘铠装电力电缆引下，沿原有0.4 kV 低压配电室建筑物外侧散水边，直埋引入10 kV 箱式变电站，在10 kV 架空线与电力电缆的连接处，分别安装一组YH5WS-17/50 型（三只）10 kV氧化锌避雷器。

在10 kV 箱式变电站内，配置两台分别装设一台GN19-12kV/630A-25 kA 型隔离开关，三只HY5WS-17/50 型10kV 氧化锌避雷器等的高压开关柜；两台分别装设三只XRNT1-12kV/30A 型高压熔断器，一台JCZ5-12D/400A-4 kV型交流高压真空接触器，一台JN15-12X/31.5 kA 型接地开关，三只HY5WS-17/50 型10 kV 氧化锌避雷器等的高压开关柜；一台型号为S11M-315/10/0.4、额定电压为10±5%kV/0.4 kV、额定容量为315 kVA、联结组别为Dyn11 的全密封、免维护、低损耗三相双绕组无励磁调压配电变压器。

10 kV 箱式变电站内配置的JCZ5-12D/400A 型、电磁式户内交流高压真空接触器，适用于三相交流50 HZ、额定电压12 kV、额定电流到400 A 的电力系统中，供发电厂及其它工矿企业远距离接通与分断线路，控制高压电动机、变压器及容性负载等用电设备，适用于各种频繁操作领域。当它与高压熔继器或断路器配套使用时，预期熔断短路电流为40 kA。

10 kV 箱式变电站是将高压配电装置和变压器安装在两个不同的隔室内，通过电缆按上图接线方案组合成一体。

高压室结构紧凑合理、并具有全面防误操作联锁功能。高压侧一次供电系统，布置成双电源供电的供电方式，两回10 kV出线互为闭锁。

变压器室设有轨道，能方便地从变压室两侧大门进出。变压器室装设一台S11M-315/10/0.4 kV、315 kVA、10±5%kV/0.4 kV、Dyn11 型低损耗、全密封油浸式三相配电变压器。

各室均能设置自动照明装置，高压室所选用全部元件性能可靠、操作方便，整套装置运行安全可靠、操作维护方便。

10 kV 箱式变电站采用自然通风方式，高压室和变压器室均有通风道，能够保证变压器满负荷运行。

箱体结构能防止雨水和污物进入，并采用特种钢板或铝合金板制作，经防腐处理，具备长期户外使用的条件。确保防腐、防水、防尘性能，使用寿命长，同时外形美观。

3.2 自动化升级改造

目前国内对于水库枢纽用电安全非常重视，根据《供配电设计规范》条文说明要求，均按一类负荷考虑，采用双回独立电源供电。供电方案普遍采用一回电源取自电站的发电机电压母线，作为主要供电电源，主要是考虑到水电站有丰水期和枯水期两种运行工况，即使在枯水期水电站也至少有一台机组发电，可以保证枢纽供电的可靠性。另一回取自电站的外来电源，当出现机组检修或者线路发生故障时，电站无法提供可靠电源，备用电源投入，保证水库枢纽供电的安全性，可以及时开启泄洪闸门，确保枢纽安全。

3.2.1 传统备自投方案

水库枢纽供电，用电性质为一类负荷，对供电电源可靠性要求较高，一般采用两路交流供电电源，进线回路设置高压断路器。为保证当一路供电电源发生故障失电时，可以快速切换到另一路供电电源而设置自动投切装置。设备配置通常采用金属抽屉式开关柜，柜内主要设备包含真空断路器、电流互感器、保护装置、接地开关、避雷器、带电显示装置等设备，采用户内布置方案。两条供电线路采用热备用形式。正常供电时主供电源带电，电源1 路真空断路器处在合位位置，电源2 路真空断路器处在分位位置，保证用电安全运行，为防止并列运行，造成供电故障，采用电气闭锁和机械闭锁两种方式，保证供电安全。图2 为备自投闭锁方案及接触器闭锁方案。

图2 备自投闭锁方案及接触器闭锁方案

控制原理：正常供电时，1#10 kV 进线供电，QF1 断路器处在合位，CT1 有采样电流，TV1 有电压显示，备自投采集CT1 和TV1 信号；2#10kV 进线供电处在备用状态，QF2 断路器处在分位，CT2 无采样电流，TV2 无电压显示，备自投采集CT2 和TV2 信号；当1#10 kV 进线线路故障失压，CT1 将无采样电流，TV1 电压信号消失，备自投发出切换命令，分QF1 断路器，判断CT2 是否有采样电流，当CT2 有采样电流时，合QF2 断路器，TV2 有电压显示，完成切换。

3.2.2 采用接触器互锁方案

传统的双电源备自投方案具有准确、可靠的优点，但是也存在造价高，切换过程复杂等问题，对于环境和柜型都有严格的要求。备自投需要真空断路器作为操作电器，真空断路器的操作需要可靠的电源，传统上采用直流电源操作，受限时也可以采用交流电源操作。且高压断路器的远方分合闸需要综保设备完成，需采用微机保护装置，并且需要提供整定参数才能实现对变压器的保护。

本工程的双电源备自投方式，采用两台高压交流接触器来实现线路的切换和分合闸操作，通过采用交流接触器的相互闭锁方式（见图3 接触器闭锁方案），实现两回供电线路的相互切换。

供电线路采用熔断器加交流接触器的保护控制方案，熔断器主要作为变压器的过电流保护，当回路过电流时，熔断器熔丝熔断，切开进线线路保护变压器，接触器完成逻辑控制与闭锁，第一供电回路接触器KM1 和第二供电回路接触器KM2 采用硬接点的电气互相闭锁，KM1 的常闭点串接在KM2 主回路中，KM2 的常闭点串接在KM1 主回路中，当KM1 闭合时，KM2辅助点处在常闭位置，则KM1 回路导通，完成由线路1 供电的方式，当线路1 失电时，KM1 接触器失电，KM1 断开，KM2 闭合，KM2 的常闭辅助点断开，则此时KM1 回路无法导通供电，保证供电安全、可靠，KM1 和KM2 不能同时供电，反之亦然。

图3 两台交流接触器的相互闭锁原理接线图

通过采用两台交流接触器进行电气回路互相闭锁的方式可知，采用内置隔离开关及高压交流接触器的环网柜，便实现了两回供电线路互为闭锁的功能，降低工程投资，节约成本。

4 结论

通过对天生桥电站枢纽系统的供电方案改造，使枢纽供电的可靠性及自动化程度均有较大提高，通过对传统备自投方案的分析，改为采用高压交流接触器方案，并未降低用电的负荷等级，并且实现两条线路的互相切换，保证了供电的可靠性，降低了工程投资，节约了工程成本，加快了工程的实施。改进后的方案对相关工程具有一定的借鉴意义。不足之处是如果能完成自动化控制，将交流接触器的远程操作接入到电站的五防系统中，将可以更大提高运行的安全性。