大頂子山航電樞紐工程電氣主接線方案比較

楊城回，陶曉磊，吳寶棟

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

大頂子山航電樞紐工程電氣主接線方案比較

楊城回，陶曉磊，吳寶棟

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

根據(jù)電站裝機(jī)規(guī)模及雙回66 kV電壓接入電力系統(tǒng)的條件，經(jīng)過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后確定技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的主接線方案。發(fā)電機(jī)變壓器組合采用發(fā)電機(jī)主變壓器組成三機(jī)—變擴(kuò)大單元接線，從兩段發(fā)電機(jī)電壓母線上各取一回廠用電電源；66kV側(cè)采用變壓器—線路組（帶備用斷路器）接線。

電氣主接線；方案選擇；航電樞紐

1 引言

大頂子山航電樞紐工程位于松花江干流哈爾濱下游46 km處，是一座以航運(yùn)、發(fā)電和改善哈爾濱水環(huán)境為主，同時(shí)具有交通、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用功能的低水頭航電樞紐工程。樞紐工程由船閘、泄洪閘及混凝土過渡壩段、河床式水電站、土壩及壩上公路等組成，多年平均發(fā)電量3.532×108kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為 4 870 h，水庫為徑流無調(diào)節(jié)水庫。

根據(jù)接入系統(tǒng)資料，該工程電站以雙回66 kV線路接入巴彥變電所，線路亙長24.5 km，導(dǎo)線截面為LGJQ-240。

2 電氣主接線方案選擇

2.1 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則

該電站裝機(jī)6臺(tái)，單機(jī)容量11 MW，總裝機(jī)容量66 MW，電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)基荷。由于該電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)多，因而電氣主接線設(shè)計(jì)在考慮到較高可靠性的前提下，還應(yīng)兼顧運(yùn)行靈活性及投資合理性。

根據(jù)電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)、單機(jī)容量和在系統(tǒng)中的地位和作用，按下列原則擬定電氣主接線方案：

1）滿足電力系統(tǒng)和用戶對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的要求。該電站容量較小，在電力系統(tǒng)中地位較低。因此，應(yīng)考慮在重復(fù)故障或檢修與故障重疊的情況下，盡量較少被切除設(shè)備數(shù)量，盡可能避免全廠停電，具有較高的可靠性，滿足電力生產(chǎn)和分配要求。

2）接線簡單、清晰、操作維護(hù)方便。該電站機(jī)組容量較小，臺(tái)數(shù)較多，應(yīng)盡量簡化接線，減少電壓等級(jí)數(shù)和進(jìn)出線回路數(shù)，力求設(shè)備切換所需操作步數(shù)最少，以減少可能因誤操作造成事故，并且簡化接線對(duì)自動(dòng)化操作也十分有利。

3）接線應(yīng)具有一定的靈活性。主接線應(yīng)滿足在調(diào)度時(shí)，可以靈活地投入和切除發(fā)電機(jī)、變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式、檢修方式以及特殊運(yùn)行方式下地系統(tǒng)調(diào)度要求。檢修時(shí)，可以方便地停運(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修而不致影響電力網(wǎng)的運(yùn)行和對(duì)用戶的供電[2]。

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[1]。由于本電站樞紐建筑物較多，初期發(fā)電時(shí)，一些建筑物還未形成，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了一些保證初期發(fā)電臨時(shí)措施（如設(shè)置臨時(shí)電纜道），便于分期實(shí)現(xiàn)最終規(guī)模。

5）技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。新型電氣設(shè)備的不斷發(fā)展以及自動(dòng)化程度的不斷提高，都有利于提高電力生產(chǎn)的可靠性，應(yīng)盡量采用成熟的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，在滿足可靠、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理。

2.2 發(fā)電機(jī)與變壓器組合方式

根據(jù)上述主接線設(shè)計(jì)原則，擬出2個(gè)機(jī)—變組合方案，即：

方案1：發(fā)電機(jī)與主變壓器組成三機(jī)—變擴(kuò)大單元接線，全廠共2組機(jī)變擴(kuò)大單元。

方案2：發(fā)電機(jī)與主變壓器組成二機(jī)—變擴(kuò)大單元接線，全廠共3組機(jī)變擴(kuò)大單元。兩個(gè)方案的接線簡圖見圖1。

上述兩個(gè)方案中：

方案1：優(yōu)點(diǎn)是接線的安全可靠性能滿足系統(tǒng)的要求；接線簡單，運(yùn)行維護(hù)靈活；投資少，設(shè)備數(shù)量少，布置簡單?？蓮膬啥伟l(fā)電機(jī)電壓母線上各取一回廠用電電源，任意1臺(tái)機(jī)組停電不影響廠用電源供電；繼電保護(hù)簡單。缺點(diǎn)是當(dāng)主變壓器或其回路設(shè)備故障或檢修時(shí)，電站1/2容量不能送出。

方案2：優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高；運(yùn)行方式靈活，維修方便；缺點(diǎn)是66 kV高壓側(cè)較方案1多1個(gè)進(jìn)線間隔，布置復(fù)雜，設(shè)備投資及年運(yùn)行費(fèi)用比方案1高?？蓮娜伟l(fā)電機(jī)電壓母線上取兩回廠用電電源。缺點(diǎn)是當(dāng)主變壓器或其回路設(shè)備故障或檢修時(shí)，電站1/3容量不能送出。

另外，根據(jù)設(shè)計(jì)投資估算，方案1主要電氣設(shè)備投資為425萬元，方案2主要電氣設(shè)備投資為497萬元，方案1較為經(jīng)濟(jì)，其設(shè)備投資，年折舊費(fèi)，電能損失費(fèi)均為最低。

兩個(gè)方案比較，方案1和方案2在技術(shù)上的主要差別是當(dāng)主變壓器故障時(shí)，方案1將切除3臺(tái)機(jī)組，而方案2將切除2臺(tái)機(jī)組，看似方案1比方案2故障時(shí)多切1臺(tái)機(jī)，但由于機(jī)組容量很小，裝機(jī)臺(tái)數(shù)較多，且變壓器的故障幾率甚少，因此，其切機(jī)損失增加很小。另外，電站雖為兩回出線，但由于兩回線路至同一地點(diǎn)且線路輸送容量受到限制，一回線路正常情況下只能送出電站約1/2容量（極限情況可送5臺(tái)機(jī)容量），因此，方案2的優(yōu)點(diǎn)并不明顯。

綜上所述，由于該電站裝機(jī)容量在系統(tǒng)中所占比重很小，所以在滿足適當(dāng)?shù)目煽啃?、安全、運(yùn)行靈活、檢修方便、接線簡單等要求的前提下，從經(jīng)濟(jì)合理的角度出發(fā)，方案1技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，可作為選定方案，即發(fā)電機(jī)與主變壓器采用三機(jī)一變擴(kuò)大單元接線，廠用電電源從兩段發(fā)電機(jī)電壓母線上各取一回。

2.3 66 kV側(cè)接線方案

2.3.1 變壓器選擇

根據(jù)系統(tǒng)對(duì)機(jī)組、主變的要求及電氣主接線，為保證電站安全、可靠、靈活運(yùn)行，該電站采用2臺(tái)三相雙線圈自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器，高壓側(cè)電壓為66 kV，容量為40 MVA。

2.3.2 66 kV側(cè)方案比較

根據(jù)主接線設(shè)計(jì)原則，接入系統(tǒng)資料及選定的機(jī)—變組合方案，在兩回進(jìn)線兩回出線的條件下，并考慮電站的運(yùn)行特性和在系統(tǒng)中的作用等因素，擬出3個(gè)接線方案，即：

方案1：單母線接線。

方案2：內(nèi)橋形接線。

方案3：變壓器—線路組（帶備用斷路器）接線。

3個(gè)方案的接線簡圖，見圖2。

上述3個(gè)方案中：

方案1：優(yōu)點(diǎn)是具有接線清晰、規(guī)范，運(yùn)行維護(hù)方便。缺點(diǎn)是母線及母線所連設(shè)備元件故障或檢修，影響全廠功率送出，任1臺(tái)斷路器故障均導(dǎo)致全廠短時(shí)停電。任一進(jìn)出線回路設(shè)備檢修將影響全廠1/2容量送出。接線的可靠性不高，由于該電站共兩回66 kV出線，每回線路正常情況下只能輸送電站約1/2容量，極限情況可送5臺(tái)機(jī)容量，但此時(shí)的電壓質(zhì)量很低，電能損失很大，且這種運(yùn)行工況出現(xiàn)的幾率很少。

方案2：優(yōu)點(diǎn)是具有接線清晰、規(guī)范，運(yùn)行維護(hù)方便，并且此方案比方案1少1個(gè)斷路器間隔，無母線，設(shè)備投資及年運(yùn)行費(fèi)較低，元件較少，布置相對(duì)簡單，占地面積小。缺點(diǎn)是當(dāng)出線斷路器故障或檢修，只短時(shí)影響電站1/2功率送出，橋連斷路器故障，短時(shí)影響電站全部功率送出。接線可靠性也不高，由于該電站共兩回66 kV出線，每回線路正常情況下只能輸送電站約1/2容量，極限情況可送5臺(tái)機(jī)容量，且該電站又無穿越功率，因此，“橋”的特點(diǎn)已失去意義，且運(yùn)行的可靠性也不高，繼電保護(hù)復(fù)雜，故此方案亦不可取。

方案3：優(yōu)點(diǎn)是接線簡單、清晰，運(yùn)行可靠、靈活。比方案1少1個(gè)斷路器間隔，設(shè)備投資和年運(yùn)行費(fèi)最低。正常時(shí)按變壓器線路組接線運(yùn)行，當(dāng)任一變壓器線路組回路的斷路器故障，將短時(shí)影響電站1/2容量不能送出，但通過倒閘操作，投入備用斷路器可迅速恢復(fù)運(yùn)行。任一臺(tái)斷路器檢修，均可通過投入備用斷路器替代而不影響電站的連續(xù)運(yùn)行，可靠性高且繼電保護(hù)簡單。在極限情況下也能實(shí)現(xiàn)一回線路送電站5臺(tái)機(jī)容量。缺點(diǎn)是備用斷路器間隔的隔離開關(guān)數(shù)量較多，倒閘操作略顯復(fù)雜。但對(duì)于年利用小時(shí)數(shù)接近5 000 h的重要航電樞紐工程，為提高電站主接線運(yùn)行的可靠性而設(shè)置一組備用斷路器間隔也是非常必要的。

另外，根據(jù)設(shè)計(jì)投資估算，方案1主要電氣設(shè)備投資為410萬元，方案2主要電氣設(shè)備投資為356萬元，方案3主要電氣設(shè)備投資為339萬元，方案3較為經(jīng)濟(jì)，其設(shè)備投資、年折舊維護(hù)費(fèi)均為最低。

綜上比較，方案三具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性和針對(duì)性，是該電站的理想接線，故選定方案3為電站66 kV側(cè)接線方案，即變壓器—線路組（帶備用斷路器）接線。

3 結(jié)語

1）發(fā)電機(jī)變壓器組合方式經(jīng)過種種優(yōu)缺點(diǎn)的比較，本著經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)原則，推薦方案1。采用發(fā)電機(jī)主變壓器組成三機(jī)—變擴(kuò)大單元接線，從兩段發(fā)電機(jī)電壓母線上各取一回廠用電電源。

2）66 kV側(cè)接線：綜合該電站具體情況及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，由于采用故障率極低的GIS方案，使得單母線接線、內(nèi)橋接線與變壓器－線路組（帶備用斷路器）接線的可比性大大增強(qiáng)，本著技術(shù)設(shè)備先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)合理的原則推薦方案3。采用變壓器—線路組（帶備用斷路器）接線。

［1］水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次）［M］.北京：水利電力出版社，1982.

［2］電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次部分）［M］.北京：中國電力出版社，1987.

Comparison of electric main wiring scheme for Dadingzishan navigation power junction

YANG Cheng-hui,TAO Xiao-lei,WU Bao-dong

Based on the installed capacity of hydroelectric power station and the condition of the double circuit transmission of 66kV voltage to connect power system,the paper puts forward the main wiring scheme with viable technology and reasonable economy through the comparison of technology and economy.The scheme is that taking combination of generator and main transformer as three generators and one transformer to expand unit connection,power supply from two voltage buses of generator separately to plant,transformer-line block(back-up circuit breaker)at the side of 66kV.

electric main wiring;scheme selection;navigation power junction

TV734.3

B

1002－0624（2011）06－0004－03

2011-01-14