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1、電氣主接線的方案比較22.1水電站供電負荷概況 圖2.1水電站的供電對象 水電站發(fā)出的電力除少部分供給廠用電自身用電及近區(qū)用電外，其余電力主要供給四個地方，如圖1所示。（1）洋縣變電所：以220 KV高壓送電，送電距離達86 Km。洋縣變電所配置兩臺變壓器，單臺容量分別為120 MVA及90MVA。（2）古堰變電所:以110 KV供電，供電距離4 Km。該變電所配置有一臺容量為20 MVA的變壓器。（3）漢陰變電所：以110 KV供電，供電距離35 Km。該變電所配置有兩臺容量分別為20 MVA和10 MVA的變壓器。（4）茶鎮(zhèn)變電所:以110 KV供電，供電距離16 Km。該變電所配置有一臺
2、容量為10 MVA的變壓器。從上可以看出，該電站以兩種電壓供電，加之電站所采用發(fā)電機的機端電壓為10.5 KV,則該電站的高壓部分共有三個電壓等級，對著三個電壓等級應分別進行考慮。其中負荷（2）、（3）、（4）對應的變電所中均接有牽引變電所，對鐵路交通運輸比較重要，設計時要特別考慮.12.2 電氣主接線設計的基本要求(1)滿足用戶或電力系統(tǒng)的供電可靠性和電能質量的要求。(2)接線簡單、清晰、操作維護方便;(3)接線應具有一定的靈活性。(4)滿足電站初期發(fā)電及最終規(guī)模的運行要求，還應考慮便于分期過 渡。技術先進，經濟合理。22.3 電氣主接線方案擬定 根據石泉水電站的裝機容量和供電范圍及容量，在
3、滿足電氣主接線的要求的情況下，暫時擬定三個方案。2.3.1 方案一 圖2.2 方案一 如圖2所示，方案一中，110 KV高壓側母線采用了3/2接線，具有高度的可靠性，220 KV高壓側母線采用單母線接線形式，可靠性一般，1#和2#機組均以單元接線的形式接入110 KV母線，3#機組也以單元接線的形式接入一臺自耦變壓器的低壓側，該自耦變壓器用于連接110 KV與220 KV系統(tǒng)。4#和5#機組以擴大單元接線的形式接入220 KV系統(tǒng)。2.3.2 方案二 圖2.3 方案二如圖3所示，在方案二中，針對漢陰變，石堰變，茶鎮(zhèn)變等負荷，考慮到由于其輸電距離較近，變壓器切換頻繁且供電負荷有差異，容易產生穿越
4、功率等因素，所以110 KV系統(tǒng)采用了擴大型外橋接線方式，同時為了在檢修線路或變壓器回路斷路器時不中斷線路或變壓器的正常運行，特意裝設了兩條斷開的跨條（如圖3 中虛線所示），還有為了輪流停電檢修任何一組隔離開關，在跨條的兩端各裝設兩組隔離開關。對于220 KV 系統(tǒng)仍采用了單母線接線方式，兩回進線，一回出線。對于110 KV與220 KV兩系統(tǒng)之間的聯(lián)系，沒有設置專用的聯(lián)絡變壓器，而是采用了兩臺三繞組變壓器。針對發(fā)電機的連接方式，13#機組的電壓采用了單母線接線方式，45#機組也采用了單母線接線方式，兩發(fā)電機母線通過母線斷路器進行連接。2.3.3 方案三圖2.4 方案三 1如圖4所示，這是目前
5、水電站所采用的電氣主接線，其中110 KV高壓母線采用了雙母線接線方式，220 KV高壓側母線采用了單母線接線方式，兩回進線，一回出線。對于兩系統(tǒng)之間的聯(lián)系設置了一臺專用的自耦變壓器用于聯(lián)絡兩系統(tǒng)。對于發(fā)電機變壓器組的連接方式，同方案一。2.4 電氣主接線方案比較與確定2.4.1 經濟方面比較由于缺乏設計的實際經驗，所以只對關鍵的，花費較大的電氣設備進行比較，在這里僅對變壓器臺數，短路器個數，隔離開關個數和母線條數進行統(tǒng)計，統(tǒng)計表如下： 表2-1 關鍵電氣設備統(tǒng)計表 項目 方案一方案二方案三變壓器臺數三臺雙繞組變壓器，一臺自耦變壓器兩臺三繞組變壓器三臺雙繞組變壓器，一臺自耦變壓器斷路器臺數15
6、臺16臺12臺隔離開關個數34個27個29個母線條數一條110 KV 母線，一條220 KV母線兩條10 KV母線一條110 KV 母線，一條220 KV母線 從統(tǒng)計結果來看，方案二在設備投資方面最為經濟，方案三次之，方案一最差勁。2.4.2 技術方面比較程技術圖書屋 能源方面的書籍，側重于水電，新能源等。水輪機、水輪機運行、水輪機建模，風力發(fā)電，太陽能發(fā)電，智能電網及微電網與分布式電網等。 （1）方案一優(yōu)缺點 優(yōu)點： 正常運行時，兩組母線和每串上的三臺斷路器都同時工作，形成多環(huán)路供電方式。運行調度十分靈活，具有很高的可靠性。由于每個回路都是經過兩臺斷路器供電，所以任何一個斷路器檢修時，所有回
7、路都不會停電。任一組母線故障或檢修時，只斷開與此母線相連的所有斷路器，所有回路可通過另一組母線繼續(xù)運行。 在某一串中間斷路器故障，致使兩側斷路器跳閘，或者檢修與事故相重迭等苛刻情況下，也只是造成一會出線停運。甚至在一組母線檢修另一組母線故障或兩組母線同時故障的極端情況下，也不會中斷供電，所以可靠性極高。3 方案一中的隔離開關僅起到隔離電壓的作用，不帶電操作，切換靈活。 變壓器臺數多，采用單元接線，清晰明了，不容易因變壓器或與之相連的斷路器故障而造成窩電現(xiàn)象。 采用自耦變壓器來聯(lián)絡兩種高壓電力系統(tǒng)，相比采用三繞組變壓器來聯(lián)絡兩個高壓電力系統(tǒng)較為經濟。因為采用三繞組變壓器來聯(lián)絡時，其損耗較大，尺寸
8、、重量及投資均較自耦變壓器多，而且其容量常常會受到運輸條件和制造條件的限制。采用自耦變壓器可以規(guī)避這些問題，而且可以將部分機組接在中壓側（110KV）,充分利用自耦變壓器的通過容量向高壓側送電，節(jié)省了變壓器和開關設備的投資。4 電源進線和饋線采用了交叉布置的形式，大大提高了供電的可靠性，不會因為某一串與母線解裂而導致某一線路供電中斷。5缺點： 由于一個回路連接著兩臺斷路器，一臺中間聯(lián)絡斷路器又連接著兩個回路，所以中間聯(lián)絡斷路器的動作次數較多，檢修頻繁。繼電保護和二次接線更復雜，例如保護接地和電流的測量問題、重合閘問題、失靈保護問題及互感器的配置問題。 一個半斷路器接線各元件之間聯(lián)系比較緊密，各
9、元件之間可通過中間斷路器，母線斷路器溝通。如在系統(tǒng)發(fā)生故障時，為保障系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行，要將系統(tǒng)分成幾個互不連接的部分，則在接線上不容易實現(xiàn)。不如雙母線分段接線可通過母聯(lián)或分段斷路器，方便地實現(xiàn)系統(tǒng)接線的分割。3但是由于本設計中的一個半路器接線只有三回出線，不存在以上問題，所以不予考慮。自耦變壓器的阻抗較小，使用中必須將其中性點直接接地，從而增大了單相接地電流，這會對斷路器，繼電保護和通信造成干擾。6而且，器中壓側沒有抽頭，運行時調壓困難；當中壓側負荷變化較大時，為了保證高壓系統(tǒng)的電壓水平，中壓側的電壓會偏移過大。 （2）方案二優(yōu)缺點 優(yōu)點： 采用三繞組變壓器來進行兩高壓系統(tǒng)的聯(lián)系，三繞組變壓
10、器兩升高電壓側之間的阻抗較大，且中性點可不直接接地，有利于限制系統(tǒng)短路電流及解決繼電保護，通信干擾等問題。4 接線清晰明了，配電裝置少，占地面積小。 兩側橋臂在高壓側及低壓側均有聯(lián)系，形成一個封閉環(huán)形網絡，變壓器的故障或檢修不影響任何一臺機組的運行。 接線簡單，高壓斷路器數量少，為進出線數減一， 一臺主變壓器回路故障，只開斷一臺斷路器，不影響線路和另一合主變壓器運行。7缺點： 環(huán)形網絡易斷開，可靠性不高。系統(tǒng)高壓側的穿越功率至少要經過兩臺斷路器，是斷路器的動作次數增加，增大器運行費用。 變壓器的數量太少，需要將變壓器的容量選的大很多，已形成暗備用，否則容易造成當一臺主變故障時，電站發(fā)出的電送不
11、出去，造成窩電現(xiàn)象。另一方面，大容量的三繞組變壓器在運輸及制造方面存在限制。再者，暗備用容量不經常使用，造成極大的浪費。由于發(fā)電機母線上所連接的機組臺數較多，對限制斷路電流極為不利，造成斷路器選擇困難。當低壓側的發(fā)電機母線故障時，影響范圍較大，至少兩臺機組停運。 橋連斷路器故障全廠停電。 （3）方案三優(yōu)缺點 優(yōu)點： 線路故障斷路器拒動或母線故障只停一條母線及所連接的元件。將非永久性故障元件切換到無故障母線，可迅速恢復供電。 檢修任一元件的母線隔離開關，只停該元件和一條母線，其他元件切換到另一母線，不影響其他元件供電。 可在任何元件不停電的情況下輪流檢修母線，只需將要檢修的母線上的全部元件切換到
12、另一母線即可。 斷路器檢修可加臨時跨條，將被檢修斷路器旁路，用母聯(lián)斷路器代替被檢修斷路器，減少停電時間。 運行和調度靈活。根據系統(tǒng)運行的需要，各元件可靈活地連接到任一母線上，實現(xiàn)系統(tǒng)的合理接線。 擴建方便。一般情況下，雙母線接線配電裝置在一期工程中就將母線構架一次建成，近期擴建間隔的母線也安裝好。在擴建新元件施工時，對原有元件沒有影響。但是考慮到石泉水電站的實際情況，擴建的可能性不大，所以該優(yōu)點沒有實際的用途。 接線清晰。缺點： 當母線或母線隔離開關故障檢修時，倒閘操作復雜隔離開關操作閉鎖接線復雜。保護和測量裝置的電壓取自母線電壓互感器二次側復雜。母線聯(lián)絡斷路器故障，整個配電裝置將全停。容易發(fā)
13、生誤操作。需經過切換。電壓回路接線由于采用了自耦變壓器來聯(lián)絡兩個高壓系統(tǒng)，所以具有與方案一相似的缺點。隔離開關數量多，切換母線操作過程比較復雜，容易造成誤操作，而且不利于實現(xiàn)自動化和遠動化。2.4.3 電氣主接線方案確定從經濟性，可靠性，靈活性等各方面綜合考慮，方案二雖然經濟性較好，但可靠性不高，當聯(lián)絡斷路器故障時甚至可能造成全廠停機，所以不宜采用。方案三的電氣設備投資雖然適中，靈活性也可以滿足要求，但是隔離開關帶電倒閘操作，容易產生誤操作，而且當母聯(lián)斷路器發(fā)生故障時，也會造成全廠停電，所以也不宜選用。方案一雖然電氣設備投資較大，但是可靠性極高，靈活性極好，幾乎不會出現(xiàn)全廠停電。所以綜合考慮之
14、后，選取方案一作為最佳方案。2.5 主變壓器的選擇2.5.1 1#與2#主變的選擇 （1）容量根據姚春球的發(fā)電廠電氣部分，在單元接線中，主變容量按發(fā)電機額定容量扣除本機組廠用電負荷后，留10%的裕度選擇：=57 MVA （2-1）其中： ：發(fā)電機的額定功率； ：廠用電率，對水電廠約為0.2%2%； ：發(fā)電機的額定功率因數，此處取為0.85；5 （2）相數由于該變壓器用于110 KV系統(tǒng)，其電壓等級和容量都不是很大，考慮到一臺三相式變壓器較三臺單相式變壓器的投資小，占地少，損耗小，同時配電裝置也簡單，運行維護方便等優(yōu)勢，且該對應容量下三相變壓器的制造，運輸條件限制較少，在進行技術經濟比較后，優(yōu)先
15、選取三相式變壓器。 （3）繞組數 由于采用了單元接線，所以選用雙繞組。 （4）繞組接線組別 變壓器的繞組接線方式必須使得其線電壓與系統(tǒng)線電壓的相位一致，否則不能并列運行。根據我國電力變壓器所采用的接線方式：110 KV及以上電壓側均為“YN”,即中性點引出直接接地。同時考慮到系統(tǒng)或機組同步并列要求及限制三次諧波對電源的影響等因素，并結合電力設備選型手冊已有生產能力變壓器的現(xiàn)狀，確定其繞組接線組別為：d11。 （6）調壓方式 考慮到石泉水電廠在系統(tǒng)中擔任調峰，調頻，事故備等作用，其出力變化大，電力潮流變化大計電壓偏移大等特點，同時考慮到牽引變電所供電斷續(xù)性等特點，所以擬采用有載調壓變壓器，但是因
16、為選不到對應容量下合適的變壓器，所以放棄使用有載調壓方式。 （7）主變型號確定 結合以上要求，選取主變型號為：SSPL63000/110,其冷卻方式為強迫油循環(huán)風冷。82.5.2 3#主變的選擇 （1）容量聯(lián)絡變壓器選擇選擇時應當滿足下列條件;其容量應滿足在各種運行方式下的功率交換。其容量一般不應小于所聯(lián)絡的兩種母線上最大一臺機組的容量，以保證最大一臺機組故障或檢修時，通過聯(lián)絡變壓器來滿足本側負荷的需求；同時也可在線路檢修或故障時，通過聯(lián)絡變壓器將剩余功率送入另一側系統(tǒng)。4基于以上的兩點要求，按最糟糕的情況考慮，即當220 KV出線故障時，保證4#和5#機組的出力能夠送入110 KV電網。在擴
17、大單元接線中，主變容量按發(fā)電機額定容量扣除本機組廠用電負荷后，留10%的裕度選擇： =114 MVA 其中： ：發(fā)電機的額定功率； ：廠用電率，對水電廠約為0.2%2%； ：發(fā)電機的額定功率因數，此處取為0.85； （2）相數 由于該變壓器用于110 KV系統(tǒng)，其電壓等級和容量都不是很大，考慮到一臺三相式變壓器較三臺單相式變壓器的投資小，占地少，損耗小，同時配電裝置也簡單，運行維護方便等優(yōu)勢，且該對應容量下三相變壓器的制造，運輸條件限制較少，在進行技術經濟比較后，優(yōu)先選取三相式變壓器。 （3）結構形式 由于用于發(fā)電廠中，主要由低壓側及中壓側向高壓側輸送功率，所以高低，中高之間的阻抗不宜過大，否
18、則傳輸功率時損失較大，所以宜采用降壓相結構，其繞組排列順序為：鐵芯低壓繞組中壓繞組高壓繞組，由于功率傳輸方向主要為中壓側到高壓側，此種排列順序時，高中壓繞組相距較近，阻抗小，傳輸功率時損失小。7 （4）主變型號確定 結合以上要求，選取主變型號為：SSPSOL120000/220,其冷卻方式為強迫油循環(huán)水冷，其中性點接到方式采用直接接地，繞組接線組別為：YN(自耦)d-12-11。82.5.3 4#主變的選擇 （1）容量在擴大單元接線中，主變容量按發(fā)電機額定容量扣除本機組廠用電負荷后，留10%的裕度選擇： =114 MVA 其中： ：發(fā)電機的額定功率； ：廠用電率，對水電廠約為0.2%2%； ：
19、發(fā)電機的額定功率因數，此處取為0.85； （2）相數由于該變壓器用于220 KV系統(tǒng)，其電壓等級和容量都不是很大，考慮到一臺三相式變壓器較三臺單相式變壓器的投資小，占地少，損耗小，同時配電裝置也簡單，運行維護方便等優(yōu)勢，且該對應容量下三相變壓器的制造，運輸條件限制較少，在進行技術經濟比較后，優(yōu)先選取三相式變壓器。 （3）繞組數 由于采用了擴大單元接線，所以選用雙繞組。 （4）繞組接線組別 變壓器的繞組接線方式必須使得其線電壓與系統(tǒng)線電壓的相位一致，否則不能并列運行。根據我國電力變壓器所采用的接線方式：110 KV及以上電壓側均為“YN”,即中性點引出直接接地。同時考慮到系統(tǒng)或機組同步并列要求及
20、限制三次諧波對電源的影響等因素，并結合電力設備選型手冊已有生產能力變壓器的現(xiàn)狀，確定其繞組接線組別為：d11。 （5）調壓方式 考慮到石泉水電廠在系統(tǒng)中擔任調峰，調頻，事故備等作用，其出力變化大，電力潮流變化大計電壓偏移大等特點，同時考慮到牽引變電所供電斷續(xù)性等特點，所以擬采用有載調壓變壓器，但是因為選不到對應容量下合適的變壓器，所以放棄使用有載調壓方式。 （6）主變型號確定 結合以上要求，選取主變型號為：SFPL120000/220,其冷卻方式為強迫油循環(huán)水冷。82.5.4 主變壓器匯總表2-2 主變壓器參數 編號型號接線組別額定容量冷卻方式接地方式有載調壓短路阻抗% 1#SSPL63000/110d1163MVA強迫油循環(huán)水冷。經刀閘接地否10.122#SSPL63000/110d1163MVA強迫油循環(huán)水冷。經刀閘接地否103#SSPSOL120000/220YN(自耦)d-12-11120MVA強迫油循環(huán)水冷。直接接地 否高中10高低5.9中低8.84#SFPL120000/220d11120MVA強迫油循環(huán)水冷。經刀閘接地 否13.04
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