中国能建中电工程华东院：勇立升压站设计技术潮头

　　升压站是连接电厂与电网的桥梁，在正常运行时，电厂发出的电量持续不断地通过升压站外送至电网；电厂启、停机，检修时需要的电源安全便捷地通过升压站从电网倒送。升压站还是保卫电厂的坚盾，将来自电网的雷击过电压、操作过电压等不利因素消纳吸收、化解于无形，保证机组设备能够安全运行。
　　升压站是电气设计的重中之重，本着“安全可靠、追求卓越”的原则和理念，中国能建中电工程华东院电气专业不断积累经验、勇于探索、优化设计。

平圩三期1000千伏主变及高压引出线

迎难而上 掌握前沿技术

　　平圩电厂三期工程两台100万千瓦机组，经100万伏主变升压，以100万伏线路送出，被誉为“三百工程”。直接将目前世界上最高的交流电压—100万伏（1000千伏）引入厂内升压站，在全国乃至世界范围内都是首次。
　　1000千伏系统各种运行方式或故障状态下，汽轮发电机组轴系的扭振应力和疲劳损耗是多少？机组是否存在自励磁风险？电厂1000千伏升压站操作过电压、雷击过电压是多少？设备参数如何选择才能保证电厂的安全性和可靠性？
　　没有成熟的经验和方案可供借鉴，甚至连相关的规程、规范都还不是很健全。面对这些困难，电气专业没有退却，而是迎难而上。在华东院领导的大力支持下，发电工程分公司成立了专门的课题研究组，对一次升压接入1000千伏系统的15个关键技术领域开展专题研究。
　　历经两年的专题研究和课题攻关，课题组成功地掌握了1000千伏系统整套的前沿电气设计技术，为平圩电厂三期工程的电气设计方案、电气设备选型和机组安全运行提供了坚实的理论基础。
　　平圩电厂三期工程#5、#6机分别于2015年5月和9月通过168小时试运正式投入商业运行，并在2016年4月以高分顺利通过了国家电力投资集团公司的达标投产考核。#5机还创造了国内百万机组168试运后连续运行105天的记录。平圩电厂两台100万千瓦燃煤机组及1000千伏相关设备安全、可靠地运行至今，证明了华东院掌握的1000千伏系统电气设计技术，走在了世界的前沿；也为华东院在电力建设史上创造诸多“第一”，再添浓墨重彩的一笔。

220千伏屋外GIS配电装置

厚积薄发 不断优化设计

　　早在上世纪50年代，华东院已经开展了220千伏升压站配电装置的相关研究。自1964年吴泾热电厂扩建4号10万千瓦机组工程采用220千伏双母线带旁路接线，屋外敞开式中型布置起，历经金山热电厂、洛河电厂一期、平圩电厂一期、石洞口电厂等一个个经典工程，华东院与220千伏升压站结下了不解之缘，也积累了丰富的设计经验。
　　一个好的升压站布置设计不仅要保证设备和人身的安全，还要兼顾高可靠性以及节约有限的土地资源。早期电厂的220千伏升压站一般采用敞开式屋外配电装置，即所有的设备之间都是分立的，相－相和相－地之间的绝缘介质就是空气，有较高的安全净距要求。一般两台机组、两回出线的项目220千伏升压站占地约需9000平方米。
　　此后的80年代到90年代初，为进一步降低沿海地区、重工业污秽地区的盐污对升压站设备的影响，华东院率先在石洞口电厂一期、外高桥一期、嘉兴一期、青岛一期等工程中采用了220千伏屋内配电装置的方案，大大提升了升压站设备运行可靠性，降低了维护检修工作量。这在当时的高压设备制造和价格水平下，是最为圆满的解决方案。
　　随着电气制造技术的发展，出现了全封闭组合电器（GIS：Gas Insulated Switchgear）配电装置，就是所有的开关设备及母线均由充满SF6气体、并保持一定压力的密闭容器封闭，仅通过进出线套管与架空或电缆进出线相连。由于SF6的绝缘效果较空气好很多，故采用GIS设备的升压站占地面积仅为敞开式布置方案的1/20，但高昂的设备价格，导致了GIS并未得到大规模的推广，仅应用于厂地受限或污秽严重等特殊场合。
　　随着我国制造水平的提升，GIS设备国产化率大幅提升，设备价格呈逐年下降趋势；但随着我国的经济发展，电厂征地费用却在逐年递增。华东院把握住了这两条趋势线，在原有的升压站设计方案基础上不断优化设计、推陈出新，提出了全新的220千伏升压站布置方案：采用GIS设备，通过优化主厂房A排外变压器区域内的设备布置，将升压站一并布置在该区域内。全新的220千伏升压站布置方案可以优化架空线走廊、缩小运行维护的物理范围，提高了电厂主厂房和升压站的集成度，无需再为升压站额外征地，实现了升压站“零征地”的目标，与常规的敞开式方案相比，具有更高的安全性、可靠性和灵活性，在满足设计边界条件的情况下甚至具有更佳的经济性。

500千伏 HGIS升压站实景图

因地制宜 定制最优方案

　　徐州电厂2x100万千瓦“上大压小”工程升压站采用500千伏一个半断路器接线，二回变压器进线和二回500千伏出线组成两个完整串，启备电源引自500千伏母线I。
　　由于当地的空气污秽等级很高，500千伏设备的爬电比距已经选到了最高的31毫米/千伏，但工程500千伏配电装置紧挨煤场和输煤栈桥，还处于煤场的下风向，且规划机组的冷却塔又紧挨着500千伏配电装置。采用常规屋外敞开式布置的500千伏升压站，面对高环境污秽等级和煤场粉尘及冷却塔水雾的双重不利因素夹击，其安全性根本无法保障，更遑论可靠性了。采用500千伏 GIS室内布置方案，确实能保证较高的安全性和可靠性，但高昂的设备价格，令华东院的设计人员不得不认真思考是否还有其他更合适的方案。
　　结合工程的实际情况，综合考虑当时的设备制造水平，华东院开创性地将H-GIS应用于电厂的500千伏升压站内。众所周知，H-GIS是在GIS设备的技术基础上开发设计的一种较新型的配电装置设备，是介于GIS和常规户外敞开式设备之间的高压组合电器。其基本元件是由GIS断路器、隔离开关、接地开关、快速接地开关、电流互感器、充气套管等主要元件分相组合在金属壳体内，通过软导线与敞开式电压互感器、避雷器、架空母线来配合使用。换句话说，HGIS就是将常规敞开式的断路器、电流互感器、隔离开关按照GIS的制造模式组合在一起而派生出来的一种设备。采用H-GIS方案，其总体可靠性远高于屋外敞开式方案，仅比GIS方案略低，但其设备投资却能下浮约25%，同时免除了配电装置室的建造投入。
　　徐州电厂自投运后运行良好，指标先进，获得了国家工程建设质量奖评定委员会颁发的2013年度国家优质工程金质奖。

全新的220千伏升压站布置方案

团队优势 谋求发展共赢

　　升压站设计仅仅是电气设计工作的一部分，电气设计在整个发电厂中涵盖的范围很广，既是主体工艺专业之一，又是重要的服务性专业，从高压、中压到低压，从发电机、变压器、升压站到厂用电，还有二次控制、保护、测量、信号和自动装置，以及电缆、防雷、接地、行车滑线等等。华东院的电气人坚持开拓进取、优化创新，努力掌握前沿技术，取得了不少成绩。特别在发电厂厂用电设计方面，华东院电气专业始终处于国内引领地位，无论火电、核电、燃机，还是各类国外引进型电厂，华东院都深入参与其厂用电技术的分析、研究与应用；此外，华东院还是历来四版电力行业标准DL 5153《火力发电厂厂用电设计技术规程》的主编单位。
　　成绩的取得源于华东院有一支优秀的团队，这是华东院打硬仗、打胜仗的基础。华东院电控处秉承“以人为本”的宗旨，深入贯彻“用好人”、“服务人”、“依靠人”、“得人心”的指导思想，成果斐然，不仅圆满完成了各项生产任务，还先后获得了“优秀职工之家”、“青年文明号”、“中央企业五四红旗团支部”、“学习型班组”等多项荣誉称号。
　　优秀的团队是华东院不断创新优化、掌握前沿技术的基础和平台。团队的优势是华东院把握时代浪潮、战胜艰难险阻的法宝和利器。未来，华东院的电气人会再接再厉，一起携手共进，为公司、社会创造更多的效益，实现自身的价值，谋求团队、公司、社会的发展共赢。