厂坝区供电、照明与防雷接地解决方案

（一）厂坝用电系统

1.供电范围及电压等级

本站厂用供电范围包括厂内机组自用电、全厂公用电、机修中心用电及坝区（溢流坝、开关站及引黄取水口）供电。全厂采用6kV 和400V 两级电压供电。理由是：

（1）从技术上6kV 已能满足供电距离最长3.0km、最大容量630kVA 的要求。

（2）已投运的施工供电系统为6kV 级电压，便于灵活接线，配合使用。

（3）一般6kV 和10kV 成套开关柜同属一个绝缘等级，用6kV 有更大的裕度，增加了设备的可靠性。

2.厂用电电源及备用电源

厂坝区供电电源引接应在保证可靠的前提下，力求简单灵活，节省投资。电源由如下方式取得。

全厂厂用电源分别从1 号、3 号、5 号机组的机端引接，即从发电机出口的主引出母线引出一个分支。为便于厂用变压器的投入和退出，在其分支装设有负荷开关，该负荷开关能对厂用电源的正常运行进行操作，并能切除厂用变压器低压侧的短路故障。但不能切除厂变高压侧故障，高压侧故障则由发电机主回路中的发电机出口开关和主变压器高压侧开关联调切除。

除正常供电由以上3个电源供电外，另从万家寨施工变电站6kV母线引接一个电源作为厂内的备用电源，此备用电源是要作为全厂的工作备用。万家寨施工变电站的电源是以一条110kV线路引自内蒙古的220kV 准格尔变电站。除此之外，还从引黄葛家山变电站10kV 母线引接一个保安备用电源，该备用电源是作为厂坝内的排水及机组起动，以及汛期的大坝闸门的启闭之用。

坝上正常供电电源从厂内6kV 系统取得两个，另从万家寨施工变电站6kV两段母线分别取两路作为备用电源。

3.6kV 系统接线及厂用变压器

6kV 母线分成4 段，接成分段环形接线。从发变单元引接的3 个电源分别接入1、2、3段母线，外来的两个电源则接入4段母线，每两段母线之间装有联络断路器，并装有备自投装置。在正常运行工况下，厂内6kV的4段母线是分开独立运行，只有当1个工作电源退出时，相邻的一段母线才能带上这段母线独立运行。由于万家寨电站是分别接入山西和内蒙古两个电网，而且这两个电网在此没有构成联网运行，而是每边电网各带3台机组独立运行，同时两个备用电源又分别是从内蒙古电网和山西电网分别接入。为此，厂用电源之间的闭锁至关重要，必须严格限制每两个电源之间的并列运行。具体设计采取的措施为：当对于厂内6kV系统的两段母线之间的联络开关需要投入时，这两段母线上的进线开关，必须要有一个进线开关是处于分闸状态，联络开关才能投入；3段母线可以构成一段运行，但只有一个进线开关是处于合闸状态，另两个进线开关是处于分闸状态，才可能构成此运行工况。而对于第四段备用母线上的两个备用电源，则无论是哪种工况，都只能有一个电源投入，当一个投入时，另一个则投不上。两个电源采用了电源互投方式。

坝上6kV 系统也分为两段母线，但两段母线之间没有联络，每段母线有两个电源进线，该两个进线也采用电源互投方式。

6kV 系统厂内设有开关柜28 台，坝上有8 台。

4.厂内400V 接线

厂内400V 系统分为公用电系统、自用电系统和照明用电系统，此节只涉及公用电系统和自用电系统。

（1）公用电系统：

1）厂用变压器。全厂公用电系统设有3 台公用变压器，3 台公用变压器必须单独运行，并各自带一段母线的负荷。正常运行时，3 台公用变压器同时工作，并互为暗备用，因而3段母线正常是分段运行，严禁厂用变压器并列运行。当其中一台厂变检修或故障退出时，分断断路器自动投入，以替代故障或检修的那台工作厂用变压器，从而保障公用电3 段母线上厂用负荷的正常工作。

当一台公用变检修期间，恰又遇到另一台厂变故障临时退出，在这种双重故障时，3 段母线以手动合闸形式合成单母线运行。这种工况，必须重新调整负荷分配，使负荷降到1250kVA 以下，并要保证一类负荷和部分重要二类负荷供电。

2）厂用主配电盘。所有公用电负荷均接在1 段、2 段、3 段母线上，对厂内检修、渗漏排水泵等重要负荷直接由主盘供电，对于下一级的重要分盘均采用双回路供电，分别引自两段母线，所有主配电盘上的馈电回路的断路器一般均处于合闸位置，即正常全部投入，以便于事故备用。

对于主盘上的进线及联络断路器的各种运行方式详见表6-16。

表6-16　厂用公用电1D、2D、3D 母线

注 上表中0 代表开，1 代表合；1，0 即为0 或1 均可。
* 号者为自动电源投入或手动均可，其余均为手动。

3）供电的各分盘（箱）。凡是重要的配电点均采用双回路供电，但是这两路进线均装设了负荷开关，并装有机械闭锁和电器双重闭锁，这两路开关只能处于“一开一关”的状态，防止了两路进线并列运行。对于单回路供电的分盘（箱），如果不是采用带抽屉的盘，则在进线装设有刀熔开关，便于现场检修时，现场有一个明显断点。

4）低压配电盘及断路器。低压配电盘采用的是抽屉式高级配电盘，每一个回路的各抽屉触头相当于一把隔离开关，各抽屉有工作，试验，检修，抽出共4 个位置。低压配电盘也装有电加热器，在配电盘退出运行后，电加热器酌情投入，以防配电盘结露。

（2）自用电系统。机组自用电采用的是每两台机组设1 台变压器。从变压器低压侧各引两回交联电缆YJV22-3×240+1×120 分别送至2 台机的机旁盘。除此之外，每组机旁盘从主配电盘各引接一回作为备用电源。对于机旁盘的这两路进线是互为闭锁的，只能是一个合闸，一个断开。正常是由自用变压器供电，自用变退出后，公用电进线自动投入。该自用电母线也分为两段，正常工况，联络断路器是合闸运行。由于机组每一个重要负荷都有一个相同设备备用，因此将其分别接入两段母线上，当一段母线故障时，联络断路器跳开，不影响另一段母线供电。该联络断路器与下一级馈电回路的断路器以及进线回路的断路器之间，是有级差配合的，即使通过同一短路电流，空气断路器的瞬动脱扣器都启动，但每一个的动作时间却不一样。

在主配电盘及机旁盘上，均采用了施耐德电气公司的M 型断路器及NS 塑壳开关，断路器带有长延时、短延时及瞬时3 段保护，此类断路器的整定值可在现场进行调整，以后运行单位可根据负荷的变化，加以重新整定。施耐德系列断路器（包括NC-100 系列和C45系列）上下级之间已按照制造厂提供的资料进行过整定，可以保证其级差配合。

5.厂用变压器及主要厂用电电气设备

厂用变压器及主要厂用电电气设备见表6-17。

表6-17　厂用变压器及主要厂用电电气设备见表

所有厂内的厂用变压器均采用环氧浇注变压器，带铝合金外壳。在外壳上装有温控温显箱，该温度信号也输送至中控室。

其他主要厂用电设备如下：

高压开关柜GCS-10，全厂共36 面，内置断路器。6kV 开关柜装有“五防”装置、电加热器，当开关柜退出运行时，应酌情将电加热器投入，以防开关柜结露降低绝缘。

低压配电盘为MNS 型，后实际采购为MLS 型，该型为仿制MNS。全厂共有低压配电盘80 面。低压动力箱为GHK 型，后实际采购为ID 型，全厂共有动力箱45 个。

6.坝上用电系统

坝上6.3kV 系统在上面已经叙述，坝上400V 系统分为2 段母线，每段母线对应一段变压器进线，母线之间装设联络断路器，并装设备用电源自动投入装置。

所有坝上用电负荷分别接在两段母线上，对坝基排水泵房、底孔启闭机室、电站进水口快速启闭机室等重要部位，均分别由两段母线供电。而在相应的配电点的两路进线装设了负荷开关，并装有机械和电气双重闭锁，这两路开关只能处于“一开一关”的状态，防止了两路进线并列运行。

坝上用电系统的电器设备的选择原则，同厂内用电系统。

（二）过电压保护及接地

1.直击雷保护

主厂房顶、副厂房顶及GIS 配电装置室的房顶设置有避雷带并直接接地。

山西和内蒙古的两个出线平台的防雷保护则由各自出线的架空避雷线保护。

2.发电机电压侧过电压保护

在每台主变压器低压侧装设一组磁吹型避雷器，可防止静电耦合过电压危及主变压器低压线圈绝缘。(www.xing528.com)

3.220kV 侧过电压保护

在220kV 的每回出线上装设一组避雷器，并在220kV 的各段母线上也装设一组避雷器。可对220kV 级的所有设备进行保护。对于220kV 干式电缆的金属外壳是采用一点接地，为防止非接地端出线过电压，在非接地端装设有氧化锌过电压保护器。

4.中性点保护

（1）发电机中性点。经计算，每台发电机中性点需要装设消弧线圈进行补偿，1 号、3号、5 号机的中性点装设的消弧线圈的容量为120kVA，2 号、4 号、6 号机的中性点装设的消弧线圈的容量为80kVA。每台消弧线圈均设有11 档抽头，运行单位应根据实际测出的15.75kV 系统的电容电流进行调整。补偿方式采用的是欠补偿。应将发电机的单相接地电容电流限制在2A 以下。

（2）主变压器中性点。主变压器中性点经隔离开关有选择性的接地，绝缘水平为110kV级。对中性点的绝缘保护，采用了装设氧化锌避雷器和放电间隙的联合保护方式，放电间隙的距离为250～300mm。

（三）接地

枢纽的接地由人工接地网和自然接地体两部分组成。全厂的接地电阻要求低于0.5Ω。

1.自然接地

自然接地体主要由以下部分组成：

1）利用引水压力钢管、尾水管；

2）利用各种闸门金属门槽；

3）大坝的铜止水片；

4）泄洪道的护坦钢筋。利用此钢筋连成一个大面积水下接地网；

5）大坝、厂房的相关钢筋。

2.人工接地

人工接地网主要有：

1）坝前水下接地网。由50mm×5mm 的扁钢组成了一个水下接地网，并用钢管打下个垂直接地极，该接地极兼作固定水下接地网用；

2）尾水水下接地网。由50mm×5mm 的扁钢组成了一个水下接地网；

3）内蒙古侧出线平台用40mm×4mm 的扁钢组成了一个均压网；

4）山西侧出线平台用40mm×4mm 的扁钢组成了一个均压网；

5）副厂房内的中央控制室、继电保护室、计算机终端室、程控交换室、微波室、载波室均做有电磁屏蔽网。

除此之外，在主、副厂房的各层均设置有扁钢组成的接地网，在大坝的主要廊道内设有两根贯穿全廊道的扁钢做为接地网之间的连接线以及做为廊道中的电器设备的接地用。

（四）照明

1.照明电源

全厂照明分为主副厂房和大坝两个系统。照明系统又分为工作照明和事故照明两个系统。厂内工作照明电源取自厂用电系统6kV 母线的1 段和3 段母线，设置两台有载调压变压器SCZ8-315，变压器的额定容量为315kVA；事故照明电源则取自于电站直流系统，事故状态下由电站的蓄电池供电。

大坝工作照明电源取自于坝上配电变压器。事故照明则设置应急灯，由每个事故灯具自带蓄电池装置供电。

2.照明系统接线

厂内工作照明系统设置有3 面MNS 型配电盘，分为2 段母线，各自由一个照明变压器供电。正常时，每台变压器各自带一段母线运行，一台变压器事故退出后，母线上的联络断路器自动投入，由另一台变压器负责厂内的全部照明供电，变压器采用互为暗备用的运行方式。主厂房内设工作照明箱24 个，副厂房内设工作照明配电箱13 个，均分别引自照明盘上的两段母线。事故照明系统设有事故照明盘一块，事故照明配电箱10 个。正常供电由工作照明盘供电，一旦失去工作照明电源，该事故照明盘上有一个交直流电源切换装置，由该装置切换至直流回路，由电站的蓄电池继续供电。

大坝照明系统设有照明盘一面，电源引自坝上供电系统的配电盘。由配电盘再引出13个回路至坝内照明系统的14 个照明配电箱。

照明系统的所有低压配电设备均采用施耐得公司的NS 系列塑壳断路器，照明配电箱内断路器则采用其C45 型，该公司的此类断路器，额定电流够一定的级差，就可以保证上下级之间短路的瞬动选择性动作。

3.照明电气设备布置

照明变压器2 台上面已提到，布置安装在厂内公用变压器室，3 面工作照明盘和1 面事故照明盘布置安装在厂内400V 配电室。坝上照明配电盘布置在坝上400V 配电室的下层971.50m。

4.照明灯具的布置

全厂照明灯具根据不同的使用地点选用了不同的照明灯具。

中央控制室采用了飞利浦无弧光雾面铝合金薄板栅格灯具，能降低发光表面亮度、控制保护角，维护量少（荧光灯寿命高达16000h）。根据返回屏为弧面布置的特点，中央控制室的日光灯布置成两条光带，一条成弧状与返回屏平行布置，一条成直线布置在操作台的上部。该两条灯光带采用三相供电，有效的限制了频闪效应。自带滤波装置的电子镇流器既提高了功率因数（达0.95）又免除了对通讯的干扰。另在周围布置了一圈节能型桶灯，改善控制室的光色及增加控制室的装饰效果。在节能型桶灯及日光灯中均布置有事故灯。

计算出中央控制室的平均照度为350lx，其他中心地区的照度可达900lx，且耗电低（8W/m2）。对控制室照度的控制装设有调光开关，运行人员可以根据自己的视力情况来调整控制室的照度。

继电保护盘室也在盘前和盘后装有格栅灯，盘前水平照度设计值为237lx，最小照度与平均照度之比为0.81。

主机室采用了飞利浦的MDK100 深照型灯具，它比国产的寿命高3～5 倍（可与高显色性钠灯相当，6000h）。灯源为复金属卤化物灯HPI-BV，400W。该灯光色指数好，光效高，照度均匀，而且维护量少，使用寿命长。主机室长194.0m，宽27.0m。共装有118 盏灯，成棋型布置。

另采用MDK100 型灯具配200W 的白炽灯作为事故照明，在每个机组段及主副安装场段各装两盏，共有16 盏。在上下游侧的每个柱子上，装有玉兰花状的大型璧灯作为事故照明兼装饰性照明。

主机室的平均照度为466lx，功耗9W/m2，最小照度与平均照度之比为0.78。事故照度为15 lx。照明灯具的控制由设在厂房上游侧的4 个照明配电箱分别控制。

GIS 室采用MDK100，配250W。采用矩形布置，共装灯22 盏。一般照度为200 lx，事故照度为10 lx。

大坝坝顶的照明采用装饰型路灯，上下游侧的防浪墙上各装设一排路灯，灯间距为12.0m。另根据建筑装饰要求，在防浪墙上还装有地灯起装饰之用。在大坝的右岸上游侧警卫室处装游6 盏探照灯，在左岸的引黄取水口起闭机室的右侧楼梯也装有6 盏探照灯，供坝前拦污栅照明之用，该照明灯的角度可以根据需要调整。

坝顶路灯控制由位于11 号坝段的闸门集中控制室中的照明控制箱控制，箱中装有光电开关，可以根据光线的强弱来自动开启或关闭路灯，并装有手动和自动转换开关。

副厂房各层房间照明，均采用日光灯。根据照度的要求不同，装设一定的灯具。主厂房的母线层、水轮机层则装有高压汞灯或钠灯。尾水副厂房、厂坝间副厂房、蜗壳层、尾水管层等处装设白炽灯。大坝各廊道均装设白炽灯。大坝廊道内照明考虑到廊道内潮湿以及简化大坝施工时的埋件量，而采用了明线敷设穿PVC 管的方式。

装设事故照明的地方除以上提到的中控室、主机室、GIS 室外，还有计算机室、通讯室、继保室、副厂房各层廊道、楼梯间、主厂房的水轮机层、母线层、厂坝间的副厂房各层、主厂房的封闭楼梯间、大坝11 号坝段的各层配电室等。另在相关地点装有出口标志或出口走向灯70 盏。