燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠接入系統(tǒng)與電氣主接線的選擇研究
燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠接入系統(tǒng)與電氣主接線的選擇研究 摘 要 對S水力發(fā)電廠接入系統(tǒng)的原設計方案進行了分析，并根據(jù)工程的進展和要求的變更，擬定了雙母線接線等四種接線方案，評估比較后，對兩種方案進行比選，優(yōu)化了對該水電站的電器主接線的設計方案，確定了進線有斷路器的聯(lián)合單元接線方案，使最終設計方案更符合自身的特點和招標設計的目標。
關鍵詞 燈泡貫流式機組；接入系統(tǒng)；電氣主接線
0引言
近年來，燈泡貫流式機組水電廠的快速發(fā)展吸引了很多眼球，是我國水電建設項目領域內(nèi)殺出的一匹黑馬。隨著燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠內(nèi)的機組臺數(shù)不斷增多，機組容量逐漸增大，在綜合考慮安全性和經(jīng)濟性的前提下，研究大型燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠的電氣主接線的選擇和接入系統(tǒng)方案早已是水電建設領域內(nèi)機電設計方面的一個熱門課題。與以往的立式軸流機組相比較，燈泡貫流式機組，尤其是臥式布置的貫流式水輪發(fā)電機組，在系統(tǒng)中運行穩(wěn)定，每年提高發(fā)電效能約4%，還可以大幅度地節(jié)約電廠建設費用，達一成到兩成的水平，所以，該項目的經(jīng)濟效益優(yōu)勢非常突出。
1水電站原電氣主接線設計方案
1.1 S水力發(fā)電廠的建設背景
大型燈泡貫流式機組S水力發(fā)電廠地處M河的下游河段，歸屬L市S縣管轄。整個水力水電廠采用低壩河床式開發(fā)方式，初擬正常蓄水水位335m，利用落差17m，裝機容量240MW，裝機年利用小時數(shù)4360h，具備日調(diào)節(jié)能力。電廠內(nèi)安裝有4臺單機容量為56MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，該發(fā)電廠總裝機容量240MW。
1.2 發(fā)電機與變壓器的組合方式
在目前的燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠中主要有三種接線方式，分別是單元接線、聯(lián)合單元接線和擴大單元接線。其中，根據(jù)斷路器安裝不同，又可將聯(lián)合單元接線方式分為兩類：在主變高壓側(cè)裝高壓斷路器的方式和在主變低壓側(cè)（發(fā)電機出口）裝發(fā)電機斷路器的方式。下面就各種組合接線方式的優(yōu)勢和劣勢進行分析評比。
采用聯(lián)合單元接線方式，可以減少高壓進線回路，能夠降低成本，具有更好的經(jīng)濟性，高壓側(cè)還可以自由選擇合適的接線方式。就大型燈泡貫流式機組S水力發(fā)電廠而言，裝有4臺燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，出線的回路為3回（含1回備用），選擇聯(lián)合單元接線，進線回路只需要2回，采用雙母線接線。相比單元接線時的4回進線減少2回，但單元接線方式除了允許雙母線接線外，還可以
采用1.5倍斷路器接線方式。而且，現(xiàn)在高壓斷路器也越來越便宜，與發(fā)電機斷路器的差別將會越來越小，聯(lián)合單元接線方式的價格優(yōu)勢逐漸消失。所以，針對大型燈泡貫流式機組S水力發(fā)電廠的情況分析，采用單元接線要比聯(lián)合單元接線方式更合適一些。
單元接線要通過主變高壓側(cè)裝設斷路器來進行操作開停機，擴大單元接線要通過發(fā)電機斷路器進行控制操作，兩種接線方式都能實現(xiàn)電廠的調(diào)頻調(diào)峰。兩者對比分析而言，單元接線的優(yōu)勢在于它不僅接線方式清晰簡單，而且可以將變壓器的空載損耗降低，從而節(jié)約了電廠的運行成本，這是因為電廠全面停機時單元接線中變壓器可以隨著發(fā)電機的啟動和關閉而開停。另外，因為單元接線方式中一臺機組用一臺變壓器，而擴大單元接線中兩臺共用一臺變壓器，對變壓器的依賴較嚴重，所以單元接線方式的可靠性高于擴大單元接線。擴大單元接線對發(fā)電機斷路器的高開斷容量要求很高，，為了提高變壓器的阻抗電壓來限制短路容量，往往變壓器的結(jié)構(gòu)非常復雜，造價很高，不符合電廠的經(jīng)濟利益。所以，在S水電站接入系統(tǒng)的原設計方案中，通過分析S水力發(fā)電廠的特點和接入系統(tǒng)，比較分析幾種接線方式，最后確定單元接線方式為最合理方案。
1.3 500kV側(cè)接線
當S水力發(fā)電廠采用單元接線發(fā)電機與變壓器接入500 kV主網(wǎng)時，500kV側(cè)即變?yōu)?回進線，3回出線。下面分析比較了一倍半斷路器接線、出線雙斷路器雙母線接線和雙母線接線三種設計方案的優(yōu)勢和不足，選擇最合適的主接入方式。
1） 一倍半斷路器接線的優(yōu)勢在于可靠性較高，相互依賴程度小，斷路器和母線的故障影響不到正常供電。它的不足在于不能滿足電站調(diào)峰運行要求，除非另外增設發(fā)電機斷路器，接線設備較多；
2）雙母線接線方式的可靠性更高一些，因為高壓斷路器的發(fā)生故障的概率很低，而且檢修復雜，所以出線雙斷路器的作用并不顯著。同時，還增加了增設設備的成本，布置上也不太簡單清晰；
3）雙母線接線的優(yōu)勢很明顯，布置清晰、簡單，具有很靈活的運行方式。所以該接線方式很適合電站調(diào)峰運行，設備少，所以成本不高。綜合分析后，推薦S水力發(fā)電廠采用雙母線接線方式。
2 優(yōu)化方案擬定
優(yōu)化方案是在原設計方案基礎上進行，主要針對電氣主接線進行。原設計中是采用的雙母線接線，500kV側(cè)為4進3出，并且使用了并聯(lián)電抗器。目前為4進2出，并設計了四種方案如下：
1）雙母線接線。在原設計方案的基礎上，取消備用回路，去除線路并聯(lián)電抗器設備，這樣可以使設備有更好的靈活性；
2）單母線分段接線。它是雙母線接線的簡化版，與雙母線接線相比，其運行靈活性較差；
3）橋聯(lián)接線。在設計方案二的基礎上取消了進、出線斷路器。
4）聯(lián)合單元接線。在方案三的基礎上去除了橋聯(lián)回路斷路器，將電站設置成為兩個相互獨立的聯(lián)合單元，每一個聯(lián)合單元都接一回500kV線路進系統(tǒng)側(cè)開關站。
3 設計方案的綜合比較
通過將四種接線方式進行分析，并結(jié)合實際情況，綜合比較如下：
1）從供電連續(xù)性和充裕性方面來比較，四種方案都比較合適，屬于都可以接受的范圍之內(nèi)，但從綜合安全性能分析，第一種雙母線接線稍微遜色一些，選擇使用后三種接線方式比較合理；
2）由于S水力發(fā)電廠2回出線同送系統(tǒng)側(cè)開關站，因此在運行中并不會體現(xiàn)出比較靈活；
3）由于電站系統(tǒng)內(nèi)線路較短，因此線路和變壓器出現(xiàn)故障的概率較低，所以，在第二種單母線分段接線和第三種橋聯(lián)接線中，選擇橋聯(lián)接線更為合理；
4）在對橋聯(lián)接線和聯(lián)合單元接線方式進行比較，由于橋聯(lián)接線中使用聯(lián)絡斷路器，可能會因為其故障而導致機組停機，增加故障產(chǎn)生概率，所以，采用聯(lián)合單元接線方式更為安全合理。
4 電氣主接線確定
對電氣主接線系統(tǒng)將優(yōu)化前要充分考慮到電站的運行方式及電站中接入系統(tǒng)自身特點，依據(jù)實際情況再進行下一步具體改進。改進方案如下：
1）由于發(fā)電機與變壓器的組合方式為單元接線，所以在變壓器高壓側(cè)增加安裝斷路器，并在發(fā)電機出口處安裝隔離開關；
2）在兩組聯(lián)合單元接線的母線之間設置兩組串聯(lián)隔離開關的聯(lián)接跨條，這樣可以避免因發(fā)生出線故障而造成部分機組被迫停機。這樣，改進后的設備，通過道閘操作后，可以起到2回出線之間的事故備用作用。
3）在2號機和3號機端口處增設發(fā)電機斷路器。
5 結(jié)論
在經(jīng)過優(yōu)化設計論證之后，最終確定方案如下：在2號機和3號機端安裝發(fā)電機斷路器，將變壓器和發(fā)電機組合為單元接線，并安裝斷路器；2組聯(lián)合單元之間設置，統(tǒng)一將單元接線組合為單元接線，并在500kV出線接入系統(tǒng)側(cè)開關站。
參考文獻
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