5 主要电气设备选型

5.1 发电电动机

型式：三相、立轴、悬式、离心风扇全封闭双路径轴向混合自循环端部回风空气冷却同步发电电动机额定容量：

发电工况额定容量(MVA) 66.67

电动机工况最大输入功率(MW) 66.67

额定电压(kV) 10.5

额定转速(r/min) 50

飞逸转速(瞬态)(r/min) 1087.5

相数(相) 3

频率(Hz) 50

冷却方式：带空气冷却器的离心风扇全封闭双路径轴向混合自循环端部回风

灭火方式： 水喷雾灭火

定子结构型式： 正八边形整体结构

转子结构型式： 磁轭与大轴整锻成一体，现场挂装磁极+

定子绕组绝缘等级： F级

转子绕组绝缘等级： F级

制动方式： 机械制动、电气制动

5.2 发电机断路器

发电机断路器的主要特点是额定电流大，要求开断短路直流分量和失步电流能力强。主要对真空和SF6两种型式进行了比较。真空型发电机断路器容量较小，在选用上受到限制。SF6作为新型的绝缘和灭弧介质用于发电机断路器中，设备体积小、噪音低、工作更加可靠，在水电站中得到广泛应用。随着生产技术日臻完善，制造成本也逐步下降，主要技术性能更适合回龙工程，因此最后选用SF6型。断路器为三相自然风冷式结构，额定电压17.5kV，额定电流6.3kA，额定开断电流63kA，配液压弹簧操动机构，操作次数可达10 000次。

发电机断路器单体由国外引进，装入国内统一生产的开关柜中。

5.3 换相开关、电制动开关

常规的换相开关可以采用专用的三相五极换相开关，也可采用2组普通隔离开关通过连接导体交叉连接组成。专用的换相开关国内尚不能生产，如采用进口产品，不但价格昂贵，而且体积较大，布置困难。换相开关具有频繁操作的要求，而该电流、电压等级下带电动操动机构的普通隔离开关，无论国内还是国际均无合适产品可供选择。因此，考虑用断路器替代隔离开关方案。经比选，国产ZN63A-12型大电流真空断路器可满足换相开关的基本要求，额定电压12kV，额定电流4 000A。因换相操作是在空载状态下进行，断路器实际上仅作为隔离开关使用，但动、热稳定要满足主回路要求，额定峰值耐受电流和额定短时耐受电流分别达到130kA和50kA，短路保护则由发电机断路器实现。因此，选用2台真空断路器组合作为换相开关，2台真空断路器分装在2面高压开关柜中，通过电气实现闭锁。

电站机组采用机械制动与电制动联合方式。电气制动所配置的三相短路开关，应具有负荷开关之功能，不但要求承受短时的发电电动机额定电流，还要具备关合发电电动机残压的能力。目前对中等容量的机组尚无定型的电制动开关产品可供选择，有的工程暂以20kV的隔离开关代替，但体积较大，布置困难。与换相开关相似，大电流真空断路器满足短路开关功能要求，且易于布置，因此，选用与换相开关相同型式参数的真空断路器代替电制动开关，安装在高压开关柜中，三相星点短路连线布置在开关柜内。

5.4 高压限流熔断器组合保护装置

发电电动机回路设有厂用分支和励磁分支回路，厂用分支回路工作电流按厂用变容量计算仅为55A，励磁分支回路仅有28A，远远小于主回路的工作电流，但其短路电流是发电机和系统两方面提供的短路电流之和，又大大超过主回路的短路电流值，达60kA，且此处的短路电流非周期分量也很大。若此处设置断路器，其制造难度很大，价格也十分昂贵。这给设备的制造和选择带来了很大困难。大容量机组往往在厂用和励磁分支回路采用离相封闭母线，厂用变压器和励磁变压器也由3个单相变压器组成，旨在避免相间短路。中小容量机组也有采用电抗器与轻型断路器组合的方式解决该处的短路保护，但回龙电站场地十分紧张，无法布置体积较大的限流电抗器。

鉴于回龙电站的具体条件，厂用分支和励磁分支回路均选用了高压限流熔断器组合保护装置，这是近几年随发电机出口保护难题应运而生的保护装置，具有价格低、保护性能优越的突出特点，且结构简单、体积小，可装设在高压开关柜中，易于同主回路其他设备协调布置。高压限流熔断器组合保护装置由限流熔断器、高能氧化锌电阻以及常规中压负荷开关(或隔离开关)组成，限流熔断器能在半周波之内迅速开断大短路电流，氧化锌电阻起着限压消能作用，解决了操作过电压和能量释放问题，而负荷开关只承担正常操作和开断额定工作电流。

高压限流熔断器组合保护装置的采用，满足了分支回路正常操作和短路保护功能要求，也解决了场地布置问题，是电气设备选择中的一种新的尝试。

5.5 变频启动装置(SFC)

变频起动装置为进口设备，包括SFC入口断路器、电流互感器、电压互感器、晶闸管整流器和逆变器、直流电抗器、SFC出口断路器、暂态过电压保护装置、冷却系统、控制、保护和监测信号系统、滤波装置和辅助断路器、连接电缆、母线和输入、输出变压器等设备。除输入、输出变压器外，SFC的主要元件组装在固定的金属封闭柜内。
5.6 主变压器

型式：三相双卷铜绕组强迫油循环水冷却有载调压变压器。

型号 SSPZ10-75000/220

额定容量(MVA) 75

额定电压比(kV) 230±8×1?25%/10?5

额定频率(Hz) 50

连接组别 YD，d11

相数(相) 3

5.7 220kV全封闭组合电器(GIS)

型式 主母线为三相共筒式、断路器立式布置

型号： ZF11-252

额定电压(kV) 220

最高工作电压(kV) 252

额定电流(A)

母线回路 1250

馈电回路 1250

相数(相) 3

额定频率(Hz) 50

额定开断电流(kA) 40

6 主要电气设备布置

回龙电站为地下一洞室厂房。主厂房全长112m，宽16m。机组间距13m。面向水流方向自左至右依次为主变室、安装间、主厂房、副厂房。在发电机层(448.70m)的下游侧布置机组测量、保护盘和励磁盘等，上游侧布置机旁动力盘。

在母线层(444.20m)机组第IV象限与X轴夹角30°方向为发电电动机主引出线；机组第II象限与-X轴夹角30°处为发电电动机中性点引出线，该处风罩壁外侧布置有电流互感器及中性点装置柜。母线层和水轮机层下游侧楼顶板下方为全厂电缆的主要通道，机组之间设电缆分支通道。

副厂房位于主厂房右端，共分6层。其中第二层布置有照明配电室，第三层布置厂用电设备，第四至第六层布置有控制电缆夹层、蓄电池室、继电保护室及风机室等。

在母线层安装间和主变室下游侧设一宽5.3m的母线廊道，该母线廊道内布置有发电电动机电压设备。廊道下方为电缆夹层。发电电动机主回路采用绝缘共箱母线，2回母线自发电电动机风罩壁引出后沿母线层下游侧至母线廊道水平安装，然后在母线廊道垂直向上引至主变室448.70m层，分别与主变低压侧相连接。

主变室位于主厂房左端，分2层。第一层高程为448.70m，长52m，上游侧为变压器搬运通道，下游侧布置设备。变压器室内布置有220kV主变2台及SFC输入、输出变压器各1台。2个主变室层高9.5m，SFC输入、输出变压器室和上游侧变压器搬运通道层高5.5m。为充分利用空间，将第二层分为454.20m和458.20m两级高程，454.20m高程布置有220kV GIS和220kV电缆终端等设备，458.20m高程布置有SFC装置等，在上游侧变压器搬运通道上方形成一层高4m的电缆夹层，该电缆夹层主要布置220kV干式电缆，该220kV干式电缆由主变室左端引上至电缆出线洞，然后经电缆出线洞引至220kV出线场。

220kV出线场位于207国道东部、厂前区南部新开挖的平台上，地面基准高程为230m，长宽分别为34.5m和33m，220kV电气设备采用敞开式普通中型布置，进出线相间距取4m。

7 过电压保护与接地

电站主厂房、主变室及GIS室均为地下布置，故不设直击雷保护；220kV出线场(位于地面)在出线构架上设置2根避雷针；220kV出线全线架设避雷线。

为防止雷电波侵入，在220kV出线及GIS主母线上均设置1组氧化锌避雷器。

根据规程《交流电气装置的接地》DL/T621-1997要求，正常情况下接地电阻应符合：

R≤200/I

式中：R—考虑季节变化的最大接地电阻

I—计算用的流经接地装置的短路电流

根据上式计算：R≤0.6229Ω

本电站的接地系统以人工接地网为主，并充分利用了电站的自然接地体。

人工接地网的设置主要包括：上库水下接地网；下库水下接地网；地面辅助开关站、办公区接地网；在尾水洞埋管段附近F20地质断层带设置4个接地极，每个接地极深度为20m，接地极顶端与贯穿尾水洞的接地导体相连。通过进厂交通洞，采用2根60×6扁钢；通过高压电缆洞，采用2根60×6扁铜将地下厂房接地系统与地面辅助开关站、办公区接地网相连。自然接地体主要是利用引水洞、尾水洞、主厂房的锚杆、结构钢筋及压力钢管，通过两根60×6扁钢与上、下库接地网相连。为保护人体安全，主变室GIS层、地面辅助开关站均设有均压网，并在主变室441.20m层及448.70m层设有集中散流装置。经计算正常情况下接地电阻值为0.556Ω，实测接地电阻值为0.43Ω，满足规范要求。

8 电气设备消防

8.1 消防电源及配电系统

(1)电源取自电站400V厂用电系统，有3个电源供电，即由本电站1号、2号机端厂变、由施工变电站引来的10 kV厂变供电，即使全厂停机时仍有两电源供电，保证了消防供电的可靠。

(2)消防用电设备均按一类负荷供电，分别接至各段低压母线上，因为厂用母线间均互为备用，并设有备用电源自动投入装置，即使某一段母线失电，通过自动投切装置仍能保证连续供电。

(3)消防用电设备的配电线路选用耐火电缆。

8.2 应急照明与疏散指示标志

电站设工作照明、备用照明、应急照明和疏散指示标志灯。主要生产场所的工作照明电源取自照明配电室，备用照明电源取自电厂直流供电系统。应急照明灯具自带电源，其自带电源的供电时间大于30min，疏散指示标志采用蓄光型自发光消防疏散标志牌。所有安全通道、安全出口、主要通道、公共楼梯处均设有应急照明及疏散指示标志灯。应急照明灯具安装在顶棚或墙壁上，疏散指示标志灯安装在安全通道的侧墙上及安全出口上方，疏散指示标志灯的安装间距小于20m。

8.3 电缆防火

本电站共敷设220kV高压干式电缆约1 340m，中低压电力电缆、控制电缆、通信电缆约150km，由于电缆火灾事故危害极大，如果在电缆布置集中的夹层、竖井、沟道、廊道内发生火灾，则电缆燃烧产生的浓烟和有毒气体会弥漫，因此对电缆采取了一系列防火措施。

(1)220kV高压电缆

220kV高压电缆共计3根，单根长度467m，这些电缆直径较大，布置在主变室上层454.2m高程的GIS室及电缆出线洞内。电缆出线洞为丁类危险场所，耐火等级为二级，高压电缆选用干式电缆，在电缆出线洞与主变室接口处、电缆出线洞出口及电缆出线洞中部用防火隔墙分隔。

(2)电缆廊道、电缆沟防火

电缆廊道、电缆沟主要采用阻火墙的方式将廊道及沟分成若干阻火段，每隔120m左右设一防火隔墙，用来缩小事故范围、减少损失。电缆廊道阻火墙采用了阻火包与有机堵料相结合的方式封堵，而电缆沟内阻火墙采用了成型的电缆沟阻火墙和有机堵料相结合的方式封堵。

(3)主厂房内电缆防火

主厂房电缆布置以桥架为主，电缆防火比较困难，电缆桥架按机组段采取防火分隔的措施，对电缆桥架的分支亦进行防火分隔。防火分隔采用了阻火包和有机堵料结合的方式，引至电气设备的电缆用涂刷防火涂料或缠绕防火包带的方式防火，当电缆发生火灾时，阻燃材料膨胀阻断火势的蔓延。

(4)电缆竖井防火

电缆竖井的电缆防火采取的方式为：层间采用防火材料封堵,并在封堵层上侧各1m范围内涂刷防火涂料。

(5)其他部位的电缆防火

电缆孔洞的封堵根据孔洞的大小选择不同的防火材料，比较大的孔洞选用了耐火隔板、阻火包和有机防火堵料封堵，小孔洞用有机防火堵料封堵。

当重要电缆采用其他防火方式有困难时，选用了防火包带或防火涂料进行防火。当发生火灾时，就近利用消火栓、灭火器及砂箱等工具灭火。

9 照明

电站照明分为工作照明、事故备用照明及疏散指示照明三部分。照明系统采用380V/220V中性点直接接地系统。工作照明母线的电源分别由2段厂用电引接，备用照明电源由30kVA的直流蓄电池组提供，并通过逆变器变为380V交流电源，应急及疏散指示照明电源由灯具自附的电源提供。照明线路采用穿管暗敷方式，配线采用500V BV-xxx导线，电缆采用1 000V ZRC-VV-xxx等径4芯电缆，护管采用LV-5/5Z可挠性金属护管。

主厂房(发电机层)空间较大，也是主要的生产活动场所，照度要求高，在光源选择上，金属卤化物灯具有光通量大、显色性好、光效高、平均寿命长等优点，灯具选用深照型配光、采用高反光率材料的灯具，除在拱顶均匀布置金属卤化物灯，为弥补局部照度不足及增强装饰效果，在主厂房上下游侧壁装设矩形发光墙。

中控室、继电保护室是最重要的生产活动场所，不仅要求有较高的照度，还由于要监视各种仪表，限制眩光，消除阴影，也是中控室照明设计中需要考虑的问题。光源上我们选择较低色温的荧光灯，它不仅光效高，还具有光色自然，显色性好等优点。灯型选用大面积嵌入式格栅，组成发光带，大面积格栅保护角较大，有效的限制了眩光；大面积格栅组成发光带，发光面大，消除了阴影，使中控室的照度均匀、光线柔和。

主变室内由于设备占据了主要空间，故在室内四角设置了投光灯，突出工作区域和通道的局部照明。GIS室选用了和主厂房相同的光源和灯型。

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