電氣主接線 水輪機(jī) 新能源 太陽(yáng)能發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 潮汐能發(fā)電 智能電網(wǎng) 微電網(wǎng) 分布式電網(wǎng) 綜述

電氣主接線的方案比較22.1水電站供電負(fù)荷概況 圖2.1水電站的供電對(duì)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(gè)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(dá)86 Km。洋縣變電所配置兩臺(tái)變壓器，單臺(tái)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(tái)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(tái)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(tái)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(jī)的機(jī)端電壓為10.5 KV,則該電站的高壓部分共有三個(gè)電壓等級(jí)，對(duì)著三個(gè)電壓等級(jí)應(yīng)分別進(jìn)行考慮。其中負(fù)荷（2）、（3）、（4）對(duì)應(yīng)的變電所中均接有牽引變電所，對(duì)鐵路交通運(yùn)輸比較重要，設(shè)計(jì)時(shí)要特別考慮.12.2 電氣主接線設(shè)計(jì)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(zhì)量的要求。(2)接線簡(jiǎn)單、清晰、操作維護(hù)方便;(3)接線應(yīng)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(yùn)行要求，還應(yīng)考慮便于分期過 渡。技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。22.3 電氣主接線方案擬定 根據(jù)石泉水電站的裝機(jī)容量和供電范圍及容量，在滿足電氣主接線的要求的情況下，暫時(shí)擬定三個(gè)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(cè)母線采用了3/2接線，具有高度的可靠性，220 KV高壓側(cè)母線采用單母線接線形式，可靠性一般，1#和2#機(jī)組均以單元接線的形式接入110 KV母線，3#機(jī)組也以單元接線的形式接入一臺(tái)自耦變壓器的低壓側(cè)，該自耦變壓器用于連接110 KV與220 KV系統(tǒng)。4#和5#機(jī)組以擴(kuò)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(duì)漢陰變，石堰變，茶鎮(zhèn)變等負(fù)荷，考慮到由于其輸電距離較近，變壓器切換頻繁且供電負(fù)荷有差異，容易產(chǎn)生穿越功率等因素，所以110 KV系統(tǒng)采用了擴(kuò)大型外橋接線方式，同時(shí)為了在檢修線路或變壓器回路斷路器時(shí)不中斷線路或變壓器的正常運(yùn)行，特意裝設(shè)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(guān)，在跨條的兩端各裝設(shè)兩組隔離開關(guān)。對(duì)于220 KV 系統(tǒng)仍采用了單母線接線方式，兩回進(jìn)線，一回出線。對(duì)于110 KV與220 KV兩系統(tǒng)之間的聯(lián)系，沒有設(shè)置專用的聯(lián)絡(luò)變壓器，而是采用了兩臺(tái)三繞組變壓器。針對(duì)發(fā)電機(jī)的連接方式，13#機(jī)組的電壓采用了單母線接線方式，45#機(jī)組也采用了單母線接線方式，兩發(fā)電機(jī)母線通過母線斷路器進(jìn)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(cè)母線采用了單母線接線方式，兩回進(jìn)線，一回出線。對(duì)于兩系統(tǒng)之間的聯(lián)系設(shè)置了一臺(tái)專用的自耦變壓器用于聯(lián)絡(luò)兩系統(tǒng)。對(duì)于發(fā)電機(jī)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(jīng)濟(jì)方面比較由于缺乏設(shè)計(jì)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，所以只對(duì)關(guān)鍵的，花費(fèi)較大的電氣設(shè)備進(jìn)行比較，在這里僅對(duì)變壓器臺(tái)數(shù)，短路器個(gè)數(shù)，隔離開關(guān)個(gè)數(shù)和母線條數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)表如下： 表2-1 關(guān)鍵電氣設(shè)備統(tǒng)計(jì)表 項(xiàng)目 方案一方案二方案三變壓器臺(tái)數(shù)三臺(tái)雙繞組變壓器，一臺(tái)自耦變壓器兩臺(tái)三繞組變壓器三臺(tái)雙繞組變壓器，一臺(tái)自耦變壓器斷路器臺(tái)數(shù)15臺(tái)16臺(tái)12臺(tái)隔離開關(guān)個(gè)數(shù)34個(gè)27個(gè)29個(gè)母線條數(shù)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(jì)結(jié)果來看，方案二在設(shè)備投資方面最為經(jīng)濟(jì)，方案三次之，方案一最差勁。2.4.2 技術(shù)方面比較程技術(shù)圖書屋 能源方面的書籍，側(cè)重于水電，新能源等。水輪機(jī)、水輪機(jī)運(yùn)行、水輪機(jī)建模，風(fēng)力發(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電，智能電網(wǎng)及微電網(wǎng)與分布式電網(wǎng)等。 （1）方案一優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 正常運(yùn)行時(shí)，兩組母線和每串上的三臺(tái)斷路器都同時(shí)工作，形成多環(huán)路供電方式。運(yùn)行調(diào)度十分靈活，具有很高的可靠性。由于每個(gè)回路都是經(jīng)過兩臺(tái)斷路器供電，所以任何一個(gè)斷路器檢修時(shí)，所有回路都不會(huì)停電。任一組母線故障或檢修時(shí)，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(yùn)行。 在某一串中間斷路器故障，致使兩側(cè)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(huì)出線停運(yùn)。甚至在一組母線檢修另一組母線故障或兩組母線同時(shí)故障的極端情況下，也不會(huì)中斷供電，所以可靠性極高。3 方案一中的隔離開關(guān)僅起到隔離電壓的作用，不帶電操作，切換靈活。 變壓器臺(tái)數(shù)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(luò)兩種高壓電力系統(tǒng)，相比采用三繞組變壓器來聯(lián)絡(luò)兩個(gè)高壓電力系統(tǒng)較為經(jīng)濟(jì)。因?yàn)椴捎萌@組變壓器來聯(lián)絡(luò)時(shí)，其損耗較大，尺寸、重量及投資均較自耦變壓器多，而且其容量常常會(huì)受到運(yùn)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(jī)組接在中壓側(cè)（110KV）,充分利用自耦變壓器的通過容量向高壓側(cè)送電，節(jié)省了變壓器和開關(guān)設(shè)備的投資。4 電源進(jìn)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(huì)因?yàn)槟骋淮c母線解裂而導(dǎo)致某一線路供電中斷。5缺點(diǎn)： 由于一個(gè)回路連接著兩臺(tái)斷路器，一臺(tái)中間聯(lián)絡(luò)斷路器又連接著兩個(gè)回路，所以中間聯(lián)絡(luò)斷路器的動(dòng)作次數(shù)較多，檢修頻繁。繼電保護(hù)和二次接線更復(fù)雜，例如保護(hù)接地和電流的測(cè)量問題、重合閘問題、失靈保護(hù)問題及互感器的配置問題。 一個(gè)半斷路器接線各元件之間聯(lián)系比較緊密，各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(shí)，為保障系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，要將系統(tǒng)分成幾個(gè)互不連接的部分，則在接線上不容易實(shí)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接線的分割。3但是由于本設(shè)計(jì)中的一個(gè)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(diǎn)直接接地，從而增大了單相接地電流，這會(huì)對(duì)斷路器，繼電保護(hù)和通信造成干擾。6而且，器中壓側(cè)沒有抽頭，運(yùn)行時(shí)調(diào)壓困難；當(dāng)中壓側(cè)負(fù)荷變化較大時(shí)，為了保證高壓系統(tǒng)的電壓水平，中壓側(cè)的電壓會(huì)偏移過大。 （2）方案二優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 采用三繞組變壓器來進(jìn)行兩高壓系統(tǒng)的聯(lián)系，三繞組變壓器兩升高電壓側(cè)之間的阻抗較大，且中性點(diǎn)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(hù)，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(cè)橋臂在高壓側(cè)及低壓側(cè)均有聯(lián)系，形成一個(gè)封閉環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，變壓器的故障或檢修不影響任何一臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行。 接線簡(jiǎn)單，高壓斷路器數(shù)量少，為進(jìn)出線數(shù)減一， 一臺(tái)主變壓器回路故障，只開斷一臺(tái)斷路器，不影響線路和另一合主變壓器運(yùn)行。7缺點(diǎn)： 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)易斷開，可靠性不高。系統(tǒng)高壓側(cè)的穿越功率至少要經(jīng)過兩臺(tái)斷路器，是斷路器的動(dòng)作次數(shù)增加，增大器運(yùn)行費(fèi)用。 變壓器的數(shù)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(dāng)一臺(tái)主變故障時(shí)，電站發(fā)出的電送不出去，造成窩電現(xiàn)象。另一方面，大容量的三繞組變壓器在運(yùn)輸及制造方面存在限制。再者，暗備用容量不經(jīng)常使用，造成極大的浪費(fèi)。由于發(fā)電機(jī)母線上所連接的機(jī)組臺(tái)數(shù)較多，對(duì)限制斷路電流極為不利，造成斷路器選擇困難。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)的發(fā)電機(jī)母線故障時(shí)，影響范圍較大，至少兩臺(tái)機(jī)組停運(yùn)。 橋連斷路器故障全廠停電。 （3）方案三優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 線路故障斷路器拒動(dòng)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(fù)供電。 檢修任一元件的母線隔離開關(guān)，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另一母線即可。 斷路器檢修可加臨時(shí)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(shí)間。 運(yùn)行和調(diào)度靈活。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需要，各元件可靈活地連接到任一母線上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的合理接線。 擴(kuò)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(gòu)架一次建成，近期擴(kuò)建間隔的母線也安裝好。在擴(kuò)建新元件施工時(shí)，對(duì)原有元件沒有影響。但是考慮到石泉水電站的實(shí)際情況，擴(kuò)建的可能性不大，所以該優(yōu)點(diǎn)沒有實(shí)際的用途。 接線清晰。缺點(diǎn)： 當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)故障檢修時(shí)，倒閘操作復(fù)雜隔離開關(guān)操作閉鎖接線復(fù)雜。保護(hù)和測(cè)量裝置的電壓取自母線電壓互感器二次側(cè)復(fù)雜。母線聯(lián)絡(luò)斷路器故障，整個(gè)配電裝置將全停。容易發(fā)生誤操作。需經(jīng)過切換。電壓回路接線由于采用了自耦變壓器來聯(lián)絡(luò)兩個(gè)高壓系統(tǒng)，所以具有與方案一相似的缺點(diǎn)。隔離開關(guān)數(shù)量多，切換母線操作過程比較復(fù)雜，容易造成誤操作，而且不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和遠(yuǎn)動(dòng)化。2.4.3 電氣主接線方案確定從經(jīng)濟(jì)性，可靠性，靈活性等各方面綜合考慮，方案二雖然經(jīng)濟(jì)性較好，但可靠性不高，當(dāng)聯(lián)絡(luò)斷路器故障時(shí)甚至可能造成全廠停機(jī)，所以不宜采用。方案三的電氣設(shè)備投資雖然適中，靈活性也可以滿足要求，但是隔離開關(guān)帶電倒閘操作，容易產(chǎn)生誤操作，而且當(dāng)母聯(lián)斷路器發(fā)生故障時(shí)，也會(huì)造成全廠停電，所以也不宜選用。方案一雖然電氣設(shè)備投資較大，但是可靠性極高，靈活性極好，幾乎不會(huì)出現(xiàn)全廠停電。所以綜合考慮之后，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(jù)姚春球的發(fā)電廠電氣部分，在單元接線中，主變?nèi)萘堪窗l(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組廠用電負(fù)荷后，留10%的裕度選擇：=57 MVA （2-1）其中： ：發(fā)電機(jī)的額定功率； ：廠用電率，對(duì)水電廠約為0.2%2%； ：發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)，此處取為0.85；5 （2）相數(shù)由于該變壓器用于110 KV系統(tǒng)，其電壓等級(jí)和容量都不是很大，考慮到一臺(tái)三相式變壓器較三臺(tái)單相式變壓器的投資小，占地少，損耗小，同時(shí)配電裝置也簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，且該對(duì)應(yīng)容量下三相變壓器的制造，運(yùn)輸條件限制較少，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，優(yōu)先選取三相式變壓器。 （3）繞組數(shù) 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(yùn)行。根據(jù)我國(guó)電力變壓器所采用的接線方式：110 KV及以上電壓側(cè)均為“YN”,即中性點(diǎn)引出直接接地。同時(shí)考慮到系統(tǒng)或機(jī)組同步并列要求及限制三次諧波對(duì)電源的影響等因素，并結(jié)合電力設(shè)備選型手冊(cè)已有生產(chǎn)能力變壓器的現(xiàn)狀，確定其繞組接線組別為：d11。 （6）調(diào)壓方式 考慮到石泉水電廠在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰，調(diào)頻，事故備等作用，其出力變化大，電力潮流變化大計(jì)電壓偏移大等特點(diǎn)，同時(shí)考慮到牽引變電所供電斷續(xù)性等特點(diǎn)，所以擬采用有載調(diào)壓變壓器，但是因?yàn)檫x不到對(duì)應(yīng)容量下合適的變壓器，所以放棄使用有載調(diào)壓方式。 （7）主變型號(hào)確定 結(jié)合以上要求，選取主變型號(hào)為：SSPL63000/110,其冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷。82.5.2 3#主變的選擇 （1）容量聯(lián)絡(luò)變壓器選擇選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足下列條件;其容量應(yīng)滿足在各種運(yùn)行方式下的功率交換。其容量一般不應(yīng)小于所聯(lián)絡(luò)的兩種母線上最大一臺(tái)機(jī)組的容量，以保證最大一臺(tái)機(jī)組故障或檢修時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)變壓器來滿足本側(cè)負(fù)荷的需求；同時(shí)也可在線路檢修或故障時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)變壓器將剩余功率送入另一側(cè)系統(tǒng)。4基于以上的兩點(diǎn)要求，按最糟糕的情況考慮，即當(dāng)220 KV出線故障時(shí)，保證4#和5#機(jī)組的出力能夠送入110 KV電網(wǎng)。在擴(kuò)大單元接線中，主變?nèi)萘堪窗l(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組廠用電負(fù)荷后，留10%的裕度選擇： =114 MVA 其中： ：發(fā)電機(jī)的額定功率； ：廠用電率，對(duì)水電廠約為0.2%2%； ：發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)，此處取為0.85； （2）相數(shù) 由于該變壓器用于110 KV系統(tǒng)，其電壓等級(jí)和容量都不是很大，考慮到一臺(tái)三相式變壓器較三臺(tái)單相式變壓器的投資小，占地少，損耗小，同時(shí)配電裝置也簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，且該對(duì)應(yīng)容量下三相變壓器的制造，運(yùn)輸條件限制較少，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，優(yōu)先選取三相式變壓器。 （3）結(jié)構(gòu)形式 由于用于發(fā)電廠中，主要由低壓側(cè)及中壓側(cè)向高壓側(cè)輸送功率，所以高低，中高之間的阻抗不宜過大，否則傳輸功率時(shí)損失較大，所以宜采用降壓相結(jié)構(gòu)，其繞組排列順序?yàn)椋鸿F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(cè)到高壓側(cè)，此種排列順序時(shí)，高中壓繞組相距較近，阻抗小，傳輸功率時(shí)損失小。7 （4）主變型號(hào)確定 結(jié)合以上要求，選取主變型號(hào)為：SSPSOL120000/220,其冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)水冷，其中性點(diǎn)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(kuò)大單元接線中，主變?nèi)萘堪窗l(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組廠用電負(fù)荷后，留10%的裕度選擇： =114 MVA 其中： ：發(fā)電機(jī)的額定功率； ：廠用電率，對(duì)水電廠約為0.2%2%； ：發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)，此處取為0.85； （2）相數(shù)由于該變壓器用于220 KV系統(tǒng)，其電壓等級(jí)和容量都不是很大，考慮到一臺(tái)三相式變壓器較三臺(tái)單相式變壓器的投資小，占地少，損耗小，同時(shí)配電裝置也簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，且該對(duì)應(yīng)容量下三相變壓器的制造，運(yùn)輸條件限制較少，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，優(yōu)先選取三相式變壓器。 （3）繞組數(shù) 由于采用了擴(kuò)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(yùn)行。根據(jù)我國(guó)電力變壓器所采用的接線方式：110 KV及以上電壓側(cè)均為“YN”,即中性點(diǎn)引出直接接地。同時(shí)考慮到系統(tǒng)或機(jī)組同步并列要求及限制三次諧波對(duì)電源的影響等因素，并結(jié)合電力設(shè)備選型手冊(cè)已有生產(chǎn)能力變壓器的現(xiàn)狀，確定其繞組接線組別為：d11。 （5）調(diào)壓方式 考慮到石泉水電廠在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰，調(diào)頻，事故備等作用，其出力變化大，電力潮流變化大計(jì)電壓偏移大等特點(diǎn)，同時(shí)考慮到牽引變電所供電斷續(xù)性等特點(diǎn)，所以擬采用有載調(diào)壓變壓器，但是因?yàn)檫x不到對(duì)應(yīng)容量下合適的變壓器，所以放棄使用有載調(diào)壓方式。 （6）主變型號(hào)確定 結(jié)合以上要求，選取主變型號(hào)為：SFPL120000/220,其冷卻方式為強(qiáng)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(shù) 編號(hào)型號(hào)接線組別額定容量冷卻方式接地方式有載調(diào)壓短路阻抗% 1#SSPL63000/110d1163MVA強(qiáng)迫油循環(huán)水冷。經(jīng)刀閘接地否10.122#SSPL63000/110d1163MVA強(qiáng)迫油循環(huán)水冷。經(jīng)刀閘接地否103#SSPSOL120000/220YN(自耦)d-12-11120MVA強(qiáng)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(qiáng)迫油循環(huán)水冷。經(jīng)刀閘接地 否13.04