交流励磁变速抽水蓄能机组的电气主回路设备双层布置结构的制作方法

本发明涉及抽水蓄能电站，尤其是一种交流励磁变速抽水蓄能机组的电气主回路设备双层布置结构。

背景技术：

从二十世纪六十年代开始，国外水电行业就开始了交流励磁变速抽水蓄能机组的研发工作，交流励磁变速抽水蓄能机组在日本和欧洲得到了较为广泛的应用。交流励磁变速机组除了根据工程基本条件，确定相关系统设计、选择合适的设备技术参数、落实设备本体关键技术问题外，由于交流励磁变速蓄能机组相比常规定速蓄能机组，增加了一整套交流励磁系统装置，占地面积约需500m²。

抽水蓄能电站主要机电设备通常位于埋深200～300m的地下厂房，地下洞室通常由主厂房洞、母线洞、主变洞、尾闸洞及其他附属洞室等组成。机组设备布置于地下主厂房，主厂房的跨度一般为25～26m。根据国际变速机组工程调研，多数电站通过增大地下主厂房跨度(部分项目增加大到30～32m的跨度)、增大地下主厂房长度(长度增加20m以上)、增设主厂房下游副厂房等措施来解决上述交流励磁设备的布置问题，但上述方案由于增加了地下洞室的面积，对地下洞室围岩稳定、开挖支护施工提出了更高的要求，大大提高了地下洞室群开挖支护设计难度和工程投资，对于变速机组工程，不属于技术、经济完全合理的工程方案。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种布置合理、经济实用、安全可靠、方便运维的交流励磁变速抽水蓄能机组的电气主回路设备双层布置结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种交流励磁变速抽水蓄能机组的电气主回路设备双层布置结构，变速抽水蓄能机组的电气主回路设备分为交流励磁系统设备和变速发电电动机电压回路设备，电气主回路设备布置在母线洞中，母线洞包括母线洞上层和母线洞下层的双层结构，母线洞上层布置交流励磁系统设备，母线洞下层布置变速发电电动机电压回路设备。

所述位于母线洞上层的交流励磁系统设备包括交流励磁母线、交流励磁功率柜、汇流柜、过电压保护柜、交流励磁功率柜冷却装置和冷却水管，交流励磁母线一端连接励磁变压器，中间顺序连接交流励磁功率柜、汇流柜和过电压保护柜，另一端连接变速发电电动机，形成交流励磁回路；交流励磁功率柜冷却装置通过冷却水管连接至交流励磁功率柜。

所述位于母线洞下层的变速发电电动机电压回路设备包括离相封闭母线、电制动开关柜、落地式pt柜、发电机断路器、支架式pt柜、换相开关和pt/避雷器柜，离相封闭母线一端连接变速发电电动机，中间顺序连接电制动开关柜、落地式pt柜、发电机断路器、支架式pt柜、换相开关和pt/避雷器柜，另一端连接主变压器，形成变速发电电动机电压回路。

所述支架式pt柜位于发电机断路器和换相开关之间，安装于离相封闭母线上部。

所述换相开关采用五极水平布置方式，两端通过离相封闭母线分别与支架式pt柜和pt/避雷器柜连接。

所述母线洞下层还包括换相开关扩挖结构，母线洞上层还包括冷却水管暗敷位置的反梁结构，母线洞为圆拱直墙形地下洞室，采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌防护结构；母线洞双层结构为底板+混凝土连续墙+板梁结构；母线洞换向开关扩挖结构为母线洞边墙岩体扩挖而成，为圆拱直墙形地下洞室，采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌防护；冷却水管暗敷位置的反梁结构位于母线洞上层底板局部。

所述母线洞中还布置有变冷媒流量型空调系统，变冷媒流量型空调系统包括空调室内机、冷媒管和空调室外机；空调室内机安装于母线洞上层的顶部和母线洞下层的顶部，通过冷媒管连接至空调室外机。

本发明的有益效果是：变速发电电动机电气主回路设备和母线洞布置结构清晰合理、经济实用；未改变大型抽水蓄能电站地下主厂房结构，仅设置母线洞双层结构，大大降低了地下洞室群开挖支护难度和工程投资；实现了变速机组交流励磁系统设备和变速发电电动机电压回路设备的合理布置和连接，结构安全可靠，便于运行维护；解决了交流励磁功率柜本体冷却及上述电气设备运行环境的温度要求，确保了交流励磁回路和变速发电电动机电压回路设备的电气功能。

附图说明

图1是本发明的交流励磁变速抽水蓄能机组的电气主回路设备双层布置结构示意图；

图2是本发明的交流励磁变速抽水蓄能机组的交流励磁系统设备双层布置平面示意图；

图3是本发明的交流励磁变速抽水蓄能机组的变速发电电动机电压回路设备布置平面示意图；

图中：1---变速发电电动机；2---交流励磁母线；3---励磁变压器；4---交流励磁功率柜；5---汇流柜；6---过电压保护柜；7---交流励磁功率柜冷却装置；8---离相封闭母线；9---电制动开关柜；10---落地式pt柜；11---发电机断路器；12---支架式pt柜；13---换相开关；14---pt/避雷器柜；15---主变压器；16---冷却水管；17---空调室内机；18---冷媒管；19---空调室外机；20---母线洞上层；21---母线洞下层；22---换相开关扩挖结构；23---冷却水管暗敷位置的反梁结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，本发明的交流励磁变速抽水蓄能机组的电气主回路设备双层布置结构，变速抽水蓄能机组的电气主回路设备分为交流励磁系统设备和变速发电电动机电压回路设备，电气主回路设备布置在母线洞中，母线洞包括母线洞上层20和母线洞下层21的双层结构，母线洞上层布置交流励磁系统设备，母线洞下层布置变速发电电动机电压回路设备。

所述位于母线洞上层20的交流励磁系统设备包括交流励磁母线2、交流励磁功率柜4、汇流柜5、过电压保护柜6、交流励磁功率柜冷却装置7和冷却水管16，交流励磁母线2一端连接励磁变压器3，中间顺序连接交流励磁功率柜4、汇流柜5和过电压保护柜6，另一端连接变速发电电动机1，形成交流励磁回路；交流励磁功率柜冷却装置7通过冷却水管16连接至交流励磁功率柜4。

所述位于母线洞下层21的变速发电电动机电压回路设备包括离相封闭母线8、电制动开关柜9、落地式pt柜10、发电机断路器11、支架式pt柜12、换相开关13和pt/避雷器柜14，离相封闭母线8一端连接变速发电电动机1，中间顺序连接电制动开关柜9、落地式pt柜10、发电机断路器11、支架式pt柜12、换相开关13和pt/避雷器柜14，另一端连接主变压器15，形成变速发电电动机电压回路。

所述支架式pt柜12位于发电机断路器11和换相开关13之间，安装于离相封闭母线8上部。

所述换相开关13采用五极水平布置方式，两端通过离相封闭母线8分别与支架式pt柜12和pt/避雷器柜14连接。

所述母线洞下层还包括换相开关扩挖结构22，母线洞上层还包括冷却水管暗敷位置的反梁结构23，母线洞为圆拱直墙形地下洞室，采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌防护结构；母线洞双层结构为底板+混凝土连续墙+板梁结构；母线洞换向开关扩挖结构22为母线洞边墙岩体扩挖而成，为圆拱直墙形地下洞室，采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌防护；冷却水管暗敷位置的反梁结构23位于母线洞上层20底板局部。

所述母线洞中还布置有变冷媒流量型空调系统，变冷媒流量型空调系统包括空调室内机17、冷媒管18和空调室外机19；空调室内机17安装于母线洞上层20的顶部和母线洞下层21的顶部，通过冷媒管18连接至空调室外机19。

具体地说，交流励磁回路实现了交流励磁回路的电气功能；交流励磁功率柜冷却装置7通过冷却水管16连接至交流励磁功率柜4，为交流励磁功率柜4提供热量交换，同时冷却水管暗敷于母线洞上层20底板的反梁结构23内，不占用维护通道，减少了管路故障漏水影响电气设备运行的风险。该结构未改变大型抽水蓄能电站地下主厂房结构，仅将通常定速机组的单层母线洞设计成为双层母线洞，该结构布置在母线洞上层20，大大降低了地下洞室群开挖支护难度和工程投资；布置清晰合理，结构安全可靠，便于运行维护。

变速发电电动机电压回路实现了变速发电电动机电压回路的电气功能。该结构未改变大型抽水蓄能电站地下主厂房结构，仅将通常定速机组的单层母线洞设计成为双层母线洞，该结构布置在母线洞下层21，大大降低了地下洞室群开挖支护难度和工程投资；布置清晰合理，结构安全可靠，便于运行维护。

支架式pt柜12，为变速发电电动机电压回路所特有，位于发电机断路器11和所述换相开关13之间，安装于所述离相封闭母线8上部，解决了在有限的母线洞长度范围内满足变速机组pt柜的布置问题，避免了对主回路离相封闭母线总体布置的影响。

换相开关13采用五极水平布置方式，两端通过所述离相封闭母线8分别与支架式pt柜12和pt/避雷器柜14连接。为不过度增加母线洞整体高度造成不合理设计，换相开关的五极水平布置方式避免了通常定速机组的换相开关双层布置所需空间高的问题，且便于运行维护。

母线洞上层20和母线洞下层21分别适应交流励磁系统设备布置结构和变速发电电动机电压回路设备布置结构，合理实现上述设备的电气功能；母线洞换向开关扩挖结构22为适应所述换相开关13五极水平布置设计，为母线洞边墙岩体扩挖而成，为圆拱直墙形地下洞室，采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌防护；所述母线洞上层20冷却水管暗敷位置的反梁结构23，为适应冷却水管的合理布置。整个土建结构布置对设备布置有着良好的适应性，经济适用。

变冷媒流量型空调系统对母线洞上层20和母线洞下层21的环境温度进行调节，具有设计自由度高，安装和维修方便、控制先进、运行可靠、节约能源等特点。所述变冷媒流量型空调系统由母线洞上层20和母线洞下层21的多台顶部安装的空调室内机17通过冷媒管18连接空调室外机19，所述冷媒管18为所述空调室外机19向空调室内机18输送制冷剂的通道。

本发明在不改变大型抽水蓄能电站地下主厂房结构的前提下，仅将传统的单层母线洞高度合理增加，设计为双层母线洞；增设的母线洞上层布置变速机组特有的交流励磁系统设备；并为其冷却管路进行了暗敷式设计，采用了反梁结构；优化了母线洞下层变速发电电动机电压回路设备的布置，对变速机组特有的一组pt柜采用了支架式设计，未增加母线洞长度；同时采用了适应换相开关五极水平布置的扩挖结构，无需额外增加母线洞下层的高度；在母线洞上下层顶部分别设置变冷媒流量型空调系统，节约了地面设备布置空间。该结构大大降低了地下洞室群开挖支护难度和工程投资；实现了变速机组交流励磁系统设备和变速发电电动机电压回路设备的合理布置和连接，结构安全可靠，便于运行维护；解决了交流励磁功率柜本体冷却及上述电气设备运行环境的温度要求，确保了交流励磁回路和变速发电电动机电压回路设备的电气功能。

下面以采用了本发明技术方案的某大型抽水蓄能电站工程为例结合附图进一步说明：

某大型抽水蓄能电站工程，根据电站接入电力系统设计要求，设置2台单机容量为300mw的交流励磁变速抽水蓄能机组，为了满足变速发电电动机电气主回路设备(包括交流励磁系统设备和变速发电电动机电压回路设备)的布置要求，在厂房内设置了本发明的结构。

厂房为地下厂房，顶拱开挖高程为1008.50m，底板开挖高程为953.50，厂房高度为55.0m，地下厂房由1#主副厂房、1#～6#主机间、安装场、7#～12#主机间、2#主副厂房组成，呈"一"字形布置，洞室总长度为414.0m，宽度为25.0m，主机间内安装10台300mw定速可逆式蓄能机组和2台300mw变速可逆式蓄能机组；主变洞平行布置在主厂房下游侧，与主厂房净距离为40m，布置主变压器和sfc等设备，主变洞开挖尺寸为450.5m×21.0m×22.5m；母线洞地下厂房与主变洞之间，每台机组设置一条母线洞，长度均为40m。在11#、12#机组段和11#、12#母线洞设置了本发明的变速发电电动机电气主回路设备和母线洞布置结构。

为了满足变速发电电动机电气主回路设备(包括交流励磁系统设备和变速发电电动机电压回路设备)布置要求，11#～12#母线洞采用双层钢筋混凝土结构，断面为圆拱直墙形，断面净尺寸为8.9×11.7m，母线洞下层(层20)高程为976.00m，与主机间母线层同高，母线洞上层(层20)高程为982.50m，与主机间发电机层同高。

母线洞上层20布置交流励磁系统设备，长度为230三相米的交流励磁母线2一端连接励磁变压器3，再顺序连接四组励磁功率柜4、一组汇流柜5、一组过电压保护柜6，另一端连接变速发电电动机1，形成交流励磁回路。

一组交流励磁功率柜冷却装置7通过冷却水管路16连接至四组交流励磁功率柜4。为了满足冷却水管16的布置需要，在母线洞上层20局部设置了反梁结构23，实际设计共5处。

母线洞下层21布置变速发电电动机电压回路设备，长度为85三相米的离相封闭母线8一端连接变速发电电动机1，再顺序连接一组电制动开关柜9、一组落地式pt柜10、一组发电机断路器11、一组支架式pt柜12、一组换相开关13、一组pt/避雷器柜14，另一端连接主变压器15，形成变速发电电动机电压回路。

支架式pt柜12，为变速发电电动机电压回路所特有，位于发电机断路器11和换相开关13之间，安装于离相封闭母线8上部，无需增加母线洞长度。

换相开关13采用五极水平布置方式，两端通过离相封闭母线8分别与支架式pt柜12和pt/避雷器柜14连接，无需额外增加母线洞下层21的高度。

为了满足换相开关13布置需要，在母线洞下层21中部厂左侧边墙上扩挖形成换向开关扩挖结构22，长度为2.7m，断面为圆拱直墙形，断面净尺寸为9.5×5.85m，底高程与母线洞下层同高。

为了满足母线洞上层20和母线洞下层21电气设备运行环境条件，采用变冷媒流量型空调系统进行调节。母线洞上层20和下层21顶部分别安装16台和9台空调室内机17通过冷媒管18连接至布置于主变洞顶层的空调室外机19。

所述变冷媒流量型空调系统对母线洞上层20和母线洞下层21的环境温度进行调节，由实际安装在母线洞上层20顶部的16台空调室内机17和母线洞下层21顶部的9台空调室内机17通过冷媒管18连接空调室外机19。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。