灯泡贯流式电站机电设备布置与厂房布置的关系

摘要：对一些已建或在建的灯泡贯流式电站，比较机电设备布置与厂房结构的关系，分析其合理性及优缺点，并提出一些设计建议。

关键词： 机电设备布置 主机间 副厂房 安装间 变电站布置

1、概述

灯泡贯流式电站厂房的特点：电站为河床式，厂房是挡水建筑的一部分，上下游挡水位高;厂房的大部分建筑都位于水面下，使得厂内的自然通风采光条件差;由于灯泡机组安装及检修的需要，机组上方的主机间楼板上须开设二个巨大的吊物孔，故主机间可用于布置机电设备的场地非常少;而灯泡贯流式机组有较长的尾水管，容易获得大面积的下游副厂房，对机电设备布置有利。

电站厂房的主要结构布置型式一般有：主机间、安装间和副厂房，由于灯泡贯流电站的特点，副厂房一般布置在主机间的下游，安装间自然在主机间的一端。根据现已建成或在建的电站厂房主要结构布置形式如下表1：

表1 灯泡贯流电站厂房的主要结构布置形式

布置形式1 2

主机间

安装间

副厂房单层结构

低层结构(与管道电缆层同高)

封闭结构双层结构

高层结构(高于管道电缆层)

带天井结构、屋顶采光蓬结构

厂房结构布置形式考虑了设备布置的需要，而设备的具体布置应按照厂房结构布置形式进行布置，这二者是相辅相成的，既要满足结构安全、减少投资，又要满足设备布置、运行维护方便，改善生产条件、满足通风采光等等，如何作到厂房布置与设备布置的最优结合，在每座电站设计中，是机电和厂房专业最需协调的问题。

2 、主机间

一般将机组现地运行需要的机电设备布置在主机间内，主要有：调速器油压装置、机旁动

力屏、机组保护屏、控制屏、励磁屏、测温屏、中性点设备、电缆、管路等。

2.1单层主机间的设备布置

从已投运的灯泡电站主机间的布置来看，将设备布置在厂房中间，紧靠机组，运行方便，但由于灯泡机厂房的特点，主机间可用的场地较少，机旁屏等电气设备、调速器油压装置、管道、电缆等等全布置在其间，使得主机间拥挤、凌乱，维护不方便;若将机旁屏等布置在下游副厂房内，解决了主机间场地少的问题，但离机组较远，现地调试运行不方便。

2.2双层主机间的设备布置

双层主机间设有管道电缆层和运行层，由于增多了一层，可用于布置设备的场地大大增加，使得机电设备的布置较容易，一般将调速器、机旁屏布置在运行层，而中性点设备、电缆、管路等布置在管道电缆层(电缆和管路按协调好的规定布置在机组的各一侧，减少交叉)。

如上所述，单层主机间：节省水工投资;但可用于布置机电设备的场地较少;双层主机间：容易使设备布置美观、整洁，运行层噪音低，但水工投资较大。

实际上主机间采用单层结构或双层结构主要取决于机电设备的布置，而机电设备的布置关键在于两点，一是电缆、管路之间的交叉及与其他设备布置交叉的问题，二是电气设备与调速器等辅机设备布置的问题。经过设计人员多项工程的研究和探讨，现在基本上已经解决了这两个问题。第一，从厂房结构分析，机组流道两侧上方的混凝土较厚，可以各开出一条廊道，力学计算结果也是允许的，那么用其分别布置电缆和管道，就避免了地面上电缆、管路与其他设备布置交叉的问题，把最凌乱的电缆和管路收藏在地下，使厂房变得整洁美观，如蓬辣滩、蒙里、红花等电站。第二，主机间下游侧的结构柱一般较宽，将电气屏柜及测温屏、调速器电柜等安嵌在两两结构柱之间，使屏柜与柱子成一列，使主机间的布置简洁，解决了与调速器油压装置争场地的问题，同时，屏柜靠近机组，调试运行方便。

2.3 建议：a .主机间宜开设电缆廊道及管道廊道，主机间取单层结构; b.不能开设廊道(沟)的，主机间宜取双层结构，并协调好电缆与管路的布置关系，例如，设计前专业之间商定：电缆走机组的左侧，管道走机组的右侧，或者以某个高程为界，电缆架在上方，管路在下方，这样可以大大减少施工中出现意想不到的矛盾。c主机间与副厂房某层同高程的电站，宜优先采用将屏柜安嵌布置在结构柱之间的布置。

3、安装间

安装间的结构与设备布置无关，而厂区布置有关、与设备进厂运输方式有关，若为水平进厂方式，则安装间的高程一般较高，在此称“高层结构”;若为垂直进厂方式，则安装间的高程可降低，在此称“低层结构”。两种结构的安装间使用几率相当，高层结构与低层结构比较，设备进厂运输直接、方便，但厂房较高，厂区挡水建筑物庞大，投资较高。建议：现在灯泡机组的大件设备运输已不成问题，若主机间为单层结构，则应优先采用低层结构。

4、副厂房

灯泡贯流式电站的副厂房一般有主机段下游副厂房及安装间段副厂房，为方便运行以及使设备电气距离最短，一般将电气设备布置在主机段下游副厂房，辅机设备布置在安装间段副厂房。常见的下游副厂房结构形式见图1～2。

4.1封闭式副厂房

将主机间与下游挡水墙之间全部用做副厂房。其优点之一是副厂房面积大，设备布置容易、方便;二是副厂房顶层可用来布置升压变电设备，节省开关站用地，而且发电与变电设备集中，便于管理。缺点是不能自然采光、通风困难。

4.2带天井副厂房

这种形式的副厂房可以克服封闭副厂房的缺点，因此被很多电站采用。其缺点是副厂房楼层较多，一般有三层以上。为充分利用副厂房的有效面积，减少布置层数，将副厂房布置成：中间通道，上下游侧为各设备室 ，通道上方的屋顶开设通风采光棚，以利于上下游两侧副厂房的采光和通风。

4.3设备布置

副厂房主要设置的设备室有：中控室、继保室、中压开关柜室、厂用变室、励磁变室、厂用配电屏室、电缆室或电缆层等。无论副厂房的结构采用何种形式，均建议： a.下游电气副厂房仅设电缆夹层及设备层二层为宜，这样设备与电缆界线清晰，没有交叉，电缆较短;副厂房内设置环行通道，利于巡视维护和设备运输，也利于副厂房的通风;b .如果电站周围场地狭小，建独立开关站困难，投资高，则宜将开关站布置在副厂房顶或尾水平台上，GIS或敞开式均适宜。

5、升压变电站的布置

虽然灯泡机电站装机容量不大，主接线一般较简单，升压变电设备不多。目前常见的布置有：a升压变电站紧靠厂房户外布置, b升压变电站布置在副厂房顶;c升压变电站布置在副厂房内;d变压器布置在户外，开关站布置在副厂房。

升压变电站(或开关站)紧靠厂房布置是最为常见的布置形式，但水电站多在山区，有些电站四周场地非常紧张，建独立开关站困难，投资高，这种情况下，可考虑利用灯泡电站尾水管较长的特点，将升压变电站布置在电站的尾水平台(副厂房顶)，如飞来峡电站，将整个敞开式升压变电站布置在尾水平台上。这种布置方式是否成立主要在于主变有无搬运通道。

当无法解决主变搬运通道，或投资较高时，则宜采用将升压变电站布置在副厂房内，如红花电站。

如果开关站采用GIS，建议布置在副厂房内，其占地少，增加的水工投资微少，并可利用厂房外墙出线，取消出线门构。如梅江丹竹、丙村、三龙、龙上电站。

6、厂房电气设备布置实例

6.1飞来峡电站：见图3

装机4x35MW;主变160000kVA/220kV+80000kVA/110kV;开关站220kV一个半间隔，

110kV四个间隔。

主机间：双层结构，下层(管道电缆层)布置有电缆桥架、电缆沟、中性点设备柜、测温屏等，发

电机主引出电缆在沟内敷设、控制保护电缆在桥架上敷设，所有电缆按规定布置在机组的左侧，机组右侧布置管道。上层(发电运行层)，布置调速器油压装置、机组控制屏、保护屏、励磁屏、动力屏、调速器柜全部排列在主机间下游结构柱之间。

副厂房：典型的封闭式副厂房，设三层副厂房，第一层为管道电缆层，层内沿坝轴

线方向布置了油、气管线，沿水流方向布置了电缆，管线与电缆在高程上错开。第二层为发电机出口设备层，内设两列设备室，其中一列是贯穿全厂的电缆室，一列是发电机出口设备、励磁变等设备室。第三层为发电机开关层，层内设一列贯穿全厂的110KV高压电缆室、一条环行搬运通道(兼走廊)，一列是发电机开关及厂用电屏柜室以及一列厂用变压器等设备室。副厂房内全部采用机械通风及人工照明。

副厂房顶：与电站尾水平台同高程。由于电站被船闸和泄水闸夹在中间，两岸寻找开关站场地有较

多弊端，故将两台主变及开关站布置在电站的副厂房顶及尾水平台上，开关站布置了220KV一列一个半间隔、110KV二列四个间隔。发电机出线以电缆引至开关柜，开关柜至主变低压侧用封闭母线连接;

6.2丙村电站:见图4

装机2×10MW;主变一台25000KVA/110KV;GIS开关站一个间隔。

主机间：为双层结构，下层基本无布置设备，电缆及管道布置在廊道内。

副厂房：是带天井及采光蓬的副厂房，通风透光。有三层，第一层为水机副厂房，布置了压气机、水泵等，第二层为电缆夹层，布置了电缆及封闭母线;第三层为电气设备层，所有6.3KV以下的一、二次设备以及中控室均布置在此层，设两条走廊，检修运行条件较好。

主变及开关站：布置在安装间段的副厂房内，主变在一层，GIS在二层(图中未能示出)。

6.3红花电站:见图5

装机6×38MW;主变三台100000KVA/220KV;GIS开关站7个间隔。

主机间：为单层结构，电缆及管道布置在廊道内。

副厂房：是带天井及采光蓬的副厂房，通风透亮。有四层，第一层为水机副厂房，布置了压气机水泵等;第二层为电缆夹层，布置了电缆及封闭母线;第三层为电气设备层，布置有机旁屏、10.5KV开关柜、厂用变、励磁变、厂用配电屏等，设两条走廊，检修运行条件较好;第四层为半层，中控室布置在此层(图中未能示出)。

主变及开关站：布置在安装间段的副厂房内，主变在一层，GIS在二层，见图。所有设备从主机间的吊物孔垂直进厂内。

7.结语

目前低水头的灯泡贯流电站建设越来越多，希望上述几点经验和建议能给以后建设的灯泡电站的机电设计提供借鉴。