張 東，馬經(jīng)童，袁瀅韜

（1．遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110000；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林　長(zhǎng)春130021）

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航電水利樞紐電氣主接線方案設(shè)計(jì)

張 東1，馬經(jīng)童2，袁瀅韜2

（1．遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110000；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

［摘 要］文中系統(tǒng)地介紹了依蘭航電水利樞紐的電氣主接線方案設(shè)計(jì)。該工程220配電裝置擬采用可靠性較高的SF6氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備即GIS，在滿足設(shè)備制造及運(yùn)輸?shù)那疤嵯拢?jīng)論證發(fā)電機(jī)與主變壓器的組合擬采用擴(kuò)大單元接線方式，220kV側(cè)擬采用單母線接線。

［關(guān)鍵詞］發(fā)電機(jī)；變壓器；電氣主接線

1　引言

依蘭航電樞紐工程任務(wù)主要是以航運(yùn)、發(fā)電為主，兼顧交通、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用功能。電站裝機(jī)8臺(tái)，單機(jī)容量17.5 MW，發(fā)電機(jī)端電壓10.5 kV，總裝機(jī)容量140 MW。多年平均發(fā)電量5.4845×108kW·h，年利用小時(shí)數(shù)3 918 h。依蘭航電樞紐水電站不進(jìn)行調(diào)峰運(yùn)行，按航運(yùn)和環(huán)境用水要求可在電力系統(tǒng)中承擔(dān)部分基荷，其余工作在腰荷。

根據(jù)2009年12月4日在哈爾濱召開(kāi)的依蘭航電樞紐工程接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)審查會(huì)的初步意見(jiàn)：電站本期出220 kV一級(jí)電壓，以一回220 kV出線，接入方正500 kV變電所220 kV系統(tǒng)，線路導(dǎo)線型號(hào)LGJ-400，線路長(zhǎng)約為55 km。

2　電氣主接線

2.1發(fā)電機(jī)與主變壓器的組合

根據(jù)電站的特性、機(jī)組臺(tái)數(shù)、單機(jī)容量、電站在電力系統(tǒng)中的作用，220 kV出線回路數(shù)以及考慮半地下廠房和運(yùn)輸條件等綜合因素，對(duì)電站的發(fā)電機(jī)與主變壓器的組合擬定以下三個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

方案一：四機(jī)一變2個(gè)擴(kuò)大單元接線。

方案二：三機(jī)一變2個(gè)擴(kuò)大單元和二機(jī)一變1個(gè)擴(kuò)大單元接線。

方案三：二機(jī)一變2個(gè)擴(kuò)大單元和四機(jī)一變1個(gè)擴(kuò)大單元接線。

2.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2．2．1方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

機(jī)－變組合各方案主要技術(shù)指標(biāo)比較見(jiàn)表1。

表1機(jī)—變組合各方案主要技術(shù)指標(biāo)比較表

機(jī)——變組合方案可比投資比較成果見(jiàn)表2。

2．2．2方案選定

經(jīng)上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，推薦機(jī)－變組合方案一。其理由為：

1）經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。由表2可知，方案一與方案二、方案三比較，機(jī)電設(shè)備可比投資分別少407萬(wàn)元和396萬(wàn)元；年運(yùn)行費(fèi)用分別少17萬(wàn)元和19萬(wàn)元；按30年運(yùn)行費(fèi)折現(xiàn)后，其總費(fèi)用分別少641萬(wàn)元和666萬(wàn)元。

表2機(jī)——變組合方案可比投資比較表　　萬(wàn)元

2）技術(shù)上可行。①方案一中一個(gè)擴(kuò)大單元變壓器的容量占系統(tǒng)容量很小，按設(shè)計(jì)水平年2020年計(jì)算，接入擴(kuò)大單元變壓器4臺(tái)機(jī)組的容量17.5 MW×4只占系統(tǒng)總裝機(jī)容量的2.4%，所以當(dāng)擴(kuò)大單元變壓器故障切除容量，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定無(wú)影響，系統(tǒng)對(duì)此也未提出任何要求。況且，目前主變壓器的可靠性已很高，故障機(jī)率甚少。②方案一中發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備選擇無(wú)困難，對(duì)發(fā)電機(jī)斷路器按發(fā)電機(jī)額定電流1 123 A，三相短路開(kāi)斷電流46.3 kA，選擇真空或SF6型發(fā)電機(jī)出口斷路器，其額定電流為3 150 A，額定電壓為17.5 kV，開(kāi)斷電流為50 kA，即能滿足要求。③方案一主變壓器的運(yùn)輸不受限制，主變壓器的容量為90 MVA，運(yùn)輸尺寸約為6.3 m×2.9 m×3.5 m（L×W×H），最大運(yùn)輸重量約為117 t（充氮）。根據(jù)運(yùn)輸路線調(diào)查，能滿足運(yùn)輸要求。

2.3 220 kV側(cè)接線方案

2．3．1接線方案的擬定

根據(jù)推薦的發(fā)電機(jī)與主變壓器的組合接線和電站以1回220 kV線路接至東北電網(wǎng)的接入電力系統(tǒng)方式，同時(shí)考慮電站的樞紐地形條件，擬出以下3個(gè)220 kV側(cè)接線方案進(jìn)行比選：

方案一：?jiǎn)文妇€接線

方案二：三角形接線

方案三：變壓器-線路組接線（主變側(cè)加跨條）

220 kV開(kāi)關(guān)站設(shè)備采用SF6氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備，即屋內(nèi)GIS配電裝置加屋外出線場(chǎng)的組合方案進(jìn)行比較。

2．3．2 220 kV側(cè)接線各方案的技術(shù)比較

220 kV側(cè)接線設(shè)計(jì)的基本要求：

1）可靠性。該電站為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，主要是發(fā)電、供系統(tǒng)基荷及腰荷電力。所以要求任一斷路器元件故障或檢修，最多不應(yīng)影響電站的1/2容量的送出。

2）靈活性。接線簡(jiǎn)單，應(yīng)滿足電力系統(tǒng)調(diào)度的要求，方便、靈活地切換機(jī)組和變壓器設(shè)備。

3）經(jīng)濟(jì)性。設(shè)備投資較少。

方案一：?jiǎn)文妇€接線。該方案進(jìn)出線回路各連接一組斷路器，斷路器與連接元件一對(duì)一，接線單元清晰，利于系統(tǒng)調(diào)度，易于布置。正常運(yùn)行操作由斷路器進(jìn)行，隔離開(kāi)關(guān)只作為斷路器或線路及母線檢修時(shí)隔離用，減少了誤操作的可能性。運(yùn)行、調(diào)度、操作靈活，繼電保護(hù)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是當(dāng)出線斷路器及母線故障或檢修，將影響全廠功率送出。但由于采用了六氟化硫全封閉GIS設(shè)備，檢修周期長(zhǎng)，可靠性高，此種故障機(jī)率甚少。

方案二：三角形接線。該方案為環(huán)形接線，共有三組斷路器，無(wú)母線，每回進(jìn)出線接兩組斷路器。正常閉環(huán)運(yùn)行，可靠性高，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、遠(yuǎn)動(dòng)化。隔離開(kāi)關(guān)只作為斷路器檢修隔離用，不用于運(yùn)行操作，減少誤操作的幾率。該接線任一組斷路器檢修，不影響電站功率送出。任一組斷路器故障時(shí)都將瞬時(shí)使全廠停運(yùn)，經(jīng)切換后可恢復(fù)電站全部機(jī)組運(yùn)行。其缺點(diǎn)是：當(dāng)任一組斷路器檢修時(shí)，回路都呈開(kāi)環(huán)運(yùn)行，降低可靠性，當(dāng)改變主變運(yùn)行臺(tái)數(shù)和進(jìn)出線回路故障，也需同時(shí)操作兩組斷路器，增加了斷路器的操作次數(shù)，運(yùn)行操作復(fù)雜。另外接線和布置較復(fù)雜，調(diào)度運(yùn)行和繼電保護(hù)也相對(duì)復(fù)雜。

方案三：變壓器-線路組接線。該方案進(jìn)線回路各連接一組斷路器，出線回路無(wú)斷路器，共有兩組斷路器，正常運(yùn)行跨條上的隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，當(dāng)任

一組斷路器故障或檢修，投入跨條上的隔離開(kāi)關(guān)后可恢復(fù)電站全部機(jī)組運(yùn)行，不影響電站功率送出。該方案接線簡(jiǎn)單，但由于斷路器同時(shí)連接主變和線路，承擔(dān)兩種功能，使其調(diào)度運(yùn)行和繼電保護(hù)切換操作較復(fù)雜。

2．3．3 220 kV側(cè)接線各方案經(jīng)濟(jì)比較

220 kV側(cè)接線各方案經(jīng)濟(jì)比較成果見(jiàn)表3。

表3 220 kV接線方案經(jīng)濟(jì)比較成果表　　萬(wàn)元

由表3可知，方案一與方案二、方案三比較，機(jī)電設(shè)備可比投資分別少68萬(wàn)元和多78萬(wàn)元；年運(yùn)行費(fèi)分別少0.3萬(wàn)元和多0.39萬(wàn)元；按30年運(yùn)行費(fèi)折現(xiàn)后，其總費(fèi)用分別少72萬(wàn)元和多84萬(wàn)元。方案一的經(jīng)濟(jì)性居中。

2．3．4 220 kV側(cè)接線推薦方案

由上述比較，經(jīng)濟(jì)上方案一投資和運(yùn)行費(fèi)用居中，方案三最少，但三個(gè)方案的差值并不大。

技術(shù)上三個(gè)方案都能滿足供電可靠性的技術(shù)要求，特別是方案一，是水電站采用的典型接線，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟，對(duì)運(yùn)行的靈活性，從調(diào)度管理和運(yùn)行要求，也習(xí)慣于斷路器和其所連接的元件（變壓器或線路）一對(duì)一的接線方式，并認(rèn)為繼電保護(hù)、自動(dòng)化簡(jiǎn)單，運(yùn)行靈活方便，可靠性高，綜合比較方案一較方案二、方案三均優(yōu)越。因此，本設(shè)計(jì)階段220 kV側(cè)接線推薦采用運(yùn)行可靠、靈活性好、處理事故快速、開(kāi)關(guān)站布置簡(jiǎn)單的單母線接線方案。

2.4結(jié)論

依蘭航電水利樞紐的電氣主接線，經(jīng)綜合論證其機(jī)變組合推薦采用四機(jī)一變擴(kuò)大單元接線。

220 kV側(cè)為單母線接線。220 kV配電裝置采用GIS屋內(nèi)布置。

［中圖分類號(hào)］TV734.3

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）05－0002－02

[收稿日期]2015-12-31