浅谈小型水电站高压开关柜的改造

浅谈小型水电站高压开关柜的改造

周茹燕

四川省岷源水利水电工程设计有限公司 610000

摘要：某小型水电站6.3kV、10kV及35kV配电装置运行25年，老化严重，未配置有完善五防联锁功能，开关柜内元器件裸露在外，存在严重的设计缺陷。设备布置位置引起原有电力电缆走向及长度无法满足改造后要求，电缆使用年限过长，为保证电站安全稳定运行建议一起更换相关电缆。

关键字：小型水电站 配电装置 老化严重 设计缺陷

1高压开关柜设备现状

1.1概述

某小型水电站现有发电机2台，单机容量2000kW，发电机机端出口电压6.3kV。电站采用35kV及10kV两级电压出线。35kV侧采用变压器-线路组接线，出线1回。10kV侧采用单母线接线，出线2回。

1.26.3kV、10kV及35kV配电装置

全厂6.3kV配电装置采用户内开关柜布置，合计10面；全厂10kV配电装置采用户内开关柜布置，合计6面；全厂35kV配电装置采用户内开关柜布置，合计2面；布置于主厂房旁高压配电室内，以上设备均于1994年投运，迄今已运行25年。主要存在问题：

（1）现场设备于1994年投运，迄今已运行25年，老化严重。

（2）现场开关柜严重破损，且未配置有完善五防联锁功能，开关柜内元器件裸露在外，存在严重的设计缺陷。

1.3电力电缆

由于本次改造后，设备布置位置均有所变动调整，原有电力电缆走向及长度无法满足改造后要求。同时电站电力电缆大部分都是在建厂时铺设的，运行时间长达25年，近几年在日常维护和电气预防性试验中发现，部分电缆交流耐压试验不合格，电缆使用年限过长，电缆绝缘层老化严重，而且也严重威胁到电站的安全生产，不能满足本次改造后十年不技改的要求，因此必须改造，建议更换。

2技术方案详细内容

2.1环境条件

海拔：1160米

最热月的日最高温度平均值：35.3℃

地震烈度：Ⅷ

2.2主要电气设备及导体选择

(1)短路电流计算

本电站改造后35kV出线1回，10kV出线2回。最大运行方式下，归算到35kV出线处的阻抗值为0.2655，归算到10kV出线处的阻抗值为3.3911，基准容量Sj=100MVA，基准电压取各级平均电压，其余电站主要设备参数如下：

1#~2#发电机：额定容量2MW，额定电压6.3kV，额定功率因数0.8，次暂态电抗（Xd”）：0..21

1#主变压器：额定容量5MVA，额定电压38.5±2x2.5%/10.5kV，阻抗电压百分值=7

2#主变压器：额定容量 2.5MVA，额定电压10.5±2x2.5%/6.3kV，阻抗电压百分值=5.5

计算短路电流用系统单线图见右图：

根据短路电流计算，发电机端出口额定电流229.1A，三相短路电流不超过10kA。10kV出线侧额定电流137.22A,三相短路电流不超过10kA。35kV出线侧额定电流74.89A,三相短路电流不超过20kA。根据当前市场主流设备参数，本阶段拟定全部6.3~35kV配电设备按1250A/31.5kA设计。

(2)开关柜技术参数

本阶段拟将原6.3kV、10kV及35kV配电装置更换为KYN28A-12 型手车式开关柜，其结构合理，安全可靠，操作简便且具有可靠的闭锁装置和完整的五防联锁功能，检修维护方便，使用寿命长等优点。新置高压开关柜的数量和主要技术参数如下：

6.3kV、10kV配电装置 KYN28A-12 1250A/31.5kA

35kV配电装置KYN61-40.5 1250A/31.5kA

(3)高压电力电缆选择

步骤一：按照持续工作电流选择电力电缆

1）1#（2#）发电机出口至6.3kV高压进线柜，计算持续工作电流为240A；预选电缆ZA-YJV-8.7/10-3*150载流量为330A，电缆经电缆沟沿梯架敷设，修正系数为0.8，修正后载流量为264A；满足要求。

2）1#厂用变压器至6.3kV高压进线柜，计算持续工作电流为15.4A；预选电缆ZA-YJV22-8.7/10-3*25载流量为120A，电缆土壤中直埋敷设，修正系数为0.92*0.75*0.9 =0.621（环境温度*土壤热阻系数*铠装），修正后载流量为74.52A；满足要求。

3）1TM至6.3kV高压柜，计算持续工作电流为481A；预选电缆ZA-YJV-8.7/10-3*400载流量为565A，电缆经电缆沟沿梯架多根并行敷设，修正系数为0.9，修正后载流量为508.5A；满足要求。

4）2TM至6.3kV高压柜，计算持续工作电流为241A；预选电缆ZA-YJV-8.7/10-3*120载流量为290A，电缆经电缆沟沿梯架多根并行敷设，修正系数为0.9，修正后载流量为261A；满足要求。

5）2#厂用变压器至10kV高压进线柜，计算持续工作电流为9A；预选电缆ZA-YJV22-8.7/10-3*25载流量为120A，电缆土壤中直埋敷设，修正系数为0.92*0.75*0.9 =0.621（环境温度*土壤热阻系数*铠装），修正后载流量为74.52A；满足要求。

6）2TM与10kV高压柜，计算持续工作电流为144.3A；预选电缆ZA-YJV-8.7/10-3*50载流量为165A，电缆经电缆沟沿梯架多根并行敷设，修正系数为0.9，修正后载流量为144.3A；满足要求。

7）1TM与35kV高压柜，计算持续工作电流为78.7A；预选电缆ZA-YJV-21/35-3*50载流量为165A，电缆经电缆沟沿梯架多根并行敷设，修正系数为0.9，修正后载流量为148.5A；满足要求。

8）1#（2#）10kV出线与10kV高压柜，计算持续工作电流为144.3A；预选电缆ZA-YJV-8.7/10-3*50，载流量为165A，电缆经电缆沟沿梯架敷设，修正系数为1，修正后载流量为165A；满足要求。

9）35kV出线与35kV高压柜，计算持续工作电流为78.7A；预选电缆ZA-YJV-21/35-3*50载流量为185A，电缆经电缆沟沿梯架敷设，修正系数为1，修正后载流量为185A；满足要求。

步骤二：按照热稳定校验电力电缆

初拟电缆热稳定系数C=140，短路持续时间t=2s。

6.3kV母线短路电流为9.48kA，与之相连电力电缆最小截面积S≥（9.482*2）1/2*103/140=96mm2

1）1#（2#）发电机出口至6.3kV高压进线柜，预选电缆ZA-YJV-8.7/10-3*150，既满足载流量要求，也满足热稳定校验要求。

2）1#厂用变压器至6.3kV高压进线柜，预选电缆ZA-YJV22-8.7/10-3*25仅满足载流量要求，需更换为ZA-YJV-8.7/10-3*100。

3）1TM至6.3kV高压柜，预选电缆ZA-YJV-8.7/10-3*400，既满足载流量要求，也满足热稳定校验要求。

4）2TM至6.3kV高压柜，预选电缆ZA-YJV-8.7/10-3*120，既满足载流量要求，也满足热稳定校验要求。

10kV母线短路电流为3.04kA，与之相连电力电缆最小截面积S≥（3.042*2）1/2*103/140=31mm2

1）2#厂用变压器至10kV高压进线柜，预选电缆ZA-YJV22-8.7/10-3*25仅满足载流量要求，需更换为ZA-YJV-8.7/10-3*50。

2）2TM与10kV高压柜，预选电缆ZA-YJV-8.7/10-3*50，既满足载流量要求，也满足热稳定校验要求。

3）1#（2#）10kV出线与10kV高压柜，预选电缆ZA-YJV-8.7/10-3*50，既满足载流量要求，也满足热稳定校验要求。

35kV出线短路电流为6.31kA，与之相连电力电缆最小截面积S≥（6.312*2）1/2*103/140=64mm2

1）1TM与35kV高压柜，预选电缆ZA-YJV-21/35-3*50仅满足载流量要求，需更换为ZA-YJV-8.7/10-3*70。

2）35kV出线与35kV高压柜，预选电缆ZA-YJV-21/35-3*50仅满足载流量要求，需更换为ZA-YJV-8.7/10-3*70。

步骤三：选定电力电缆

1）1#（2#）发电机出口至6.3kV高压进线柜，选定电缆型号为ZA-YJV-8.7/10-3*150

2）1#厂用变压器至6.3kV高压进线柜，选定电缆型号为ZA-YJV-8.7/10-3*100。

3）1TM至6.3kV高压柜，选定电缆型号为ZA-YJV-8.7/10-3*400。

4）2TM至6.3kV高压柜，选定电缆型号为ZA-YJV-8.7/10-3*120。

4）2#厂用变压器至10kV高压进线柜，选定电缆型号为ZA-YJV-8.7/10-3*50。

5）2TM与10kV高压柜，选定电缆型号为ZA-YJV-8.7/10-3*50。

6）1#（2#）10kV出线与10kV高压柜，选定电缆型号为ZA-YJV-8.7/10-3*50。

3）1TM与35kV高压柜，选定电缆型号为ZA-YJV-8.7/10-3*70。

4）35kV出线与35kV高压柜，选定电缆型号为ZA-YJV-8.7/10-3*70。

(4)电气设备海拔修正

参照GB/T 311.1-2013的规定，对于用于海拔高于1000m，但不超过4000m场所的外绝缘，其绝缘水平应取国标规定的额定耐受电压值乘海拔校正系数Ka：

，式中：H－设备的设计海拔高度，取1160m，Ka=1.0198

2.3主要设备表

主要设备汇总表

参考文献：

（1）电站原主接线蓝图；

（2）水电站机电设计手册 电气一次 水利电力出版社

（3）DL/T 5222-2005 导体和电器选择设计技术规定

（4）GB 50217-2018 电力工程电缆设计标准

（5）川电运检〔2015〕66号　国网四川省电力公司关于印发2015年生产技术改造和设备大修原则的通知

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