謝啟剛
(正安縣水利局,貴州正安563400)
水電工程的電氣主接線設計
謝啟剛
(正安縣水利局,貴州正安563400)
水電是再生能源,但目前水電只占到電源結構的24%,仍有較大的發(fā)展空間。水電工程中的電氣主接線設計是水電工程中的重要部分,主接線設計與整個水電站運行和發(fā)展都有著緊密的聯(lián)系,因此,水電工程中需要重點做好電氣主接線設計工作。結合某小型水電站實例,探討了電氣主接線方案的擬定與選擇、變壓器的選擇、短路計算等問題,最后選定單元接線方案。
水電工程;電氣主接線;電壓接線;變壓器選擇;單元接線
目前,國家政策大力鼓勵和支持再生能源的發(fā)展,占我國電源結構24%的水電還存在較大的發(fā)展空間,因此,優(yōu)化水電工程設計,特別是電氣主接設計對于提高系統(tǒng)運行的可靠性、維護的靈活性和投資的經(jīng)濟性有著重要的現(xiàn)實意義。
某電站為一小型水電站。設計規(guī)模為2×15 MW,設備年利用小時數(shù)為4 000 h/a,在3 000~5 000,故該電站主要承擔腰荷。
根據(jù)我國現(xiàn)行的規(guī)范和成熟的運行經(jīng)驗,滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的前提下,發(fā)電機電壓接線可采納的接線方式有以下3種:
1)優(yōu)點:接線簡單,操作方便,設備少,經(jīng)濟性好。母線便于向兩端延伸,擴建方便。
2)缺點:可靠性差。母線或母線隔離開關檢修或故障時,所有回路都要停止工作,也就是造成全廠或全站長期停電。調(diào)度不方便。電源只能并列運行,不能分列運行,并且線路側發(fā)生短路時,有較大的短路電流。一般只用在出現(xiàn)回路少,并且沒有重要負荷的發(fā)電廠[1]。
1)優(yōu)點:發(fā)電機與主變壓器容量相同,接線最簡明清晰,故障影響范圍最小,運行可靠、靈活。發(fā)電機電壓設備最少,布置最簡單方便,維護工作量也最小;繼電保護簡單[2]。
2)缺點:主變壓器與高壓斷路器數(shù)量多。主變壓器高壓側出線回路多,布置復雜增加布置場地與設備的投資。一般適用范圍:單機容量一般在100 MW及以上機組,且臺數(shù)在6臺及以下者;單機容量在45~80 MW。
1)優(yōu)點:接線簡單清晰,運行維護方便。與單元接線比較,減少主變壓器臺數(shù)及其相應的高壓設備,節(jié)省投資。與單元接線比較,任一機組停機,不影響廠用電源供電,本單元兩臺機組停機,仍可繼續(xù)有系統(tǒng)主變壓器倒送。減少主變壓器高壓側出線,可簡化布置和高壓側接線。
2)缺點:主變壓器故障或檢修時,兩臺機組容量不能送出。增加兩臺低壓側斷路器,且增大發(fā)電機電壓短路容量。一般適用范圍:適應范圍較廣,能較好的適應水電站布置的特點,只要電力系統(tǒng)運行和水庫調(diào)節(jié)性能允許,一般都可使用[3]。
綜上述分析,110 kV由于本電站是小水電,不承擔主要負荷,沒有重要機端負荷,從接線的可靠性、經(jīng)濟性和靈活性考慮,所以本電站,110 kV側采用單元接線。
發(fā)電機與變壓器單元接線單母線分段電氣主接線,見圖1。
圖1 發(fā)電機與變壓器單元接線單母線分段電氣主接線
擴大單元接線單母線電氣主接線,見圖2。
由以上3種接線方案的優(yōu)缺點分析和接線示意圖,可以得出:單母線和擴大單元接線相比較,其可靠性和靈活性都很相近,廠用電都是在發(fā)電機10.5 kV側取得,然而本電站只有兩臺發(fā)電機,比較特殊,所以單母線和擴大單元接線形式相近。單母線接線靈活性低。所以可以明顯淘汰單母線接線方案[4]。從而保留擴大單元接線和單元接線方案。從供電的可靠性看:對于方案1,廠用電從兩臺發(fā)電機上取得,即使檢修其中1臺變壓器和兩機組停機電廠也不會停電,然而兩臺變壓器同時故障的可能性非常小。對于方案2,若檢修變壓器電廠就會停電,否則要另外接入廠用電源,這樣投資就增加了。這樣,方案1的可靠性相對高些。
圖2 擴大單元接線單母線電氣主接線
計算公式為:
由于該廠是小型水電廠,可以用來調(diào)相調(diào)壓,所以主變壓器的型號可以選擇為SFZ7—25000/110,有關參數(shù)如表1所示。
表1 SFZ7—25000/110變壓器有關參數(shù)
選擇原則:為滿足廠內(nèi)各種負荷的要求,裝設兩臺廠用變壓器,廠用電容量得確定,一般考慮廠用負荷為發(fā)電廠總負荷的1% ~2%,此發(fā)電廠的廠用負荷為總負荷的1.1%。S=1.1% ×30 000 kVA=330 kVA。根據(jù)選擇原則,并通過查找《電力工程電氣設備手冊,電氣一次部分》選出廠用的兩臺變型號都為S=400 kVA。有關技術參數(shù)如表2所示。
表2 廠用變壓器有關技術參數(shù)
通過對比兩臺廠用變壓器的型號定為SZ6—400/10雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器,2臺廠用變分別接于主變低壓側,互為暗備用,平時半載運行,當1臺故障時,另1臺能夠承擔變電所的全部負荷。
主變采用三相或單相,主要考慮變壓器的可靠性要求及運輸條件等因素。根據(jù)設計手冊有關規(guī)定,當運輸條件不受限制時,在330 kV及以下的電廠及變電所均選用三相變壓器。因為三相變壓器比相同容量的單相變壓器具有節(jié)省投資,占地面積小,運行過程損耗小的優(yōu)點,同時本電廠的運輸?shù)乩項l件不受限制,因而選用三相變壓器。
繞組數(shù)量選擇:根據(jù)相關規(guī)定:“最大機組容量為125 MW及以下的發(fā)電廠,當有兩種升高電壓向用戶供電與或與系統(tǒng)相連接時,宜采用三繞組變壓器。結合本電廠實際,因而采用雙繞組變壓器。繞組連接方式選擇:變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致,否則不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有Y和△。我國110 kV及以上的電壓,變壓器繞組都采用Y0連接。35 kV采用Y連接,其中性點多采用消弧線圈接地。35 kV以下電壓,變壓器繞組都采用△連接。因而該電廠主變壓器接線方式采用YN,d11。綜上所述,在比較的2個方案中,需要兩臺同容量的110 kV雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器。結合本電廠實際,從經(jīng)濟性的角度出發(fā),選擇型式為:雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器。
等值電路見圖3。
圖3 等值電路圖
取Sd=100 MVA,從表3可得 Xd=0.21,各類同步發(fā)電機X″K*的平均值。
表3 各元件的標幺值
d1點短路時:電源總額定容量:SN∑=Ss+,計算電抗:=1.91,查發(fā)電廠電氣部分課程設計水輪發(fā)電機運算曲線可得表4。
表4 水輪發(fā)電機運行曲線
主接線是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分,它表明了變壓器、線路和斷路器等電氣設備的數(shù)量和連接方式及可能的運行方式,從而完成變電、輸配電的任務。它的設計,關系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行。因此,必須在滿足國家有關技術經(jīng)濟政策的前提下,正確處理好各方面的關系。
[1]陳樹文.超大型水電站電氣主接線設計[J].水電站設計,2002,18(03):86-88.
[2]蔡允明,李小榕.中小型水電站電氣主接線設計的若干問題[J].水電站設計,1995,11(04):13-17.
[3]劉愛梅,黎民,黃剛.左江水利樞紐工程電氣主接線設計[J].廣西水利水電,2013(S1):46-48.
[4]姚建.水利樞紐工程的電氣主接線設計[J].東北水利水電,1998(07):31-33.
TV734
B
1007-7596(2014)05-0075-03
2013-12-07
謝啟剛(1967-),男,仡佬族,貴州正安人,工程師。