600 MW級機(jī)組接入220 kV分區(qū)電網(wǎng)的電氣主接線方式探討

陳尚發(fā)

（浙能長興發(fā)電有限公司，浙江 長興 313100）

600 MW以上機(jī)組一般都接入500 kV系統(tǒng)，但目前受到500 kV電網(wǎng)短路水平和輸變電設(shè)備容量的制約，以及“上大壓小”政策的落實，近年來華東電網(wǎng)將600 MW級機(jī)組接入220 kV電網(wǎng)的情況也逐漸增多。為滿足地區(qū)負(fù)荷而建的電廠、單機(jī)容量在600 MW及以下機(jī)組，宜接入330 kV及以下電網(wǎng)，讓電能在地區(qū)電網(wǎng)中就地消納，減少迂回輸電，降低網(wǎng)損。根據(jù)文獻(xiàn)[1]的分析，通過將600 MW級機(jī)組接入華東電網(wǎng)220 kV分區(qū)電網(wǎng)來對短路電流進(jìn)行控制，在技術(shù)上是可行的，但大容量機(jī)組接入220 kV系統(tǒng)時采用何種電氣主接線方式是一個值得探討的問題。

1 220 kV系統(tǒng)的電氣主接線

220 kV系統(tǒng)的電氣主接線有以下幾種方式[2]：

（1）單母線或單母線分段，主要用于小機(jī)組，以及機(jī)組少、出線少的發(fā)電廠。

（2）雙母線，用于機(jī)組多、出線多的中/小型發(fā)電廠。

（3）雙母線帶旁路，用于機(jī)組多、出線多的重要發(fā)電廠。目前隨著斷路器可靠性提高，旁路開關(guān)和旁路母線已經(jīng)逐步取消。

（4）雙母線分段： 根據(jù) DL 5000－2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）[3]，容量為200 MW或300 MW機(jī)組以220 kV電壓接入系統(tǒng)時，根據(jù)具體情況，采用雙母線單分段或雙母線雙分段的電氣主接線方式。

由于《規(guī)程》未對600 MW級組機(jī)接入220 kV系統(tǒng)的主接線作出具體規(guī)定，只能參考《規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計，可在雙母線、雙母線單分段或雙母線雙分段的幾種主接線方式中選擇?！兑?guī)程》13.2.11條提出：若采用雙母線分段接線不能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定和地區(qū)供電可靠性的要求，且技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時，容量為300 MW及以上機(jī)組發(fā)電廠的220 kV配電裝置也可采用1臺半斷路器的接線方式。為此，在以往的設(shè)計中，設(shè)計院在滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定和地區(qū)供電可靠性要求時，300 MW級以下機(jī)組的發(fā)電廠，2臺機(jī)組采用雙母線接線方式，3臺機(jī)組采用雙母單分段接線方式，4臺機(jī)組采用雙母雙分段接線方式。這3種接線方式在每段母線上都帶有1臺機(jī)組，如果其中有1段母線因故突然停運，必然造成1臺機(jī)組的緊急停機(jī)，因此有必要對600 MW級機(jī)組的主接線接入方式進(jìn)行探討。

2 幾種電氣主接線方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

以2×600 MW機(jī)組，4回出線、共6回進(jìn)出線的規(guī)模為例，對幾種電氣主接線方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行比較。

（1）采用1臺半斷路器的接線方式（又稱3/2接線），需要斷路器9臺，電流互感器9組。由于采用的是雙重連接的接線方式，優(yōu)點是可靠性較高，任何1臺斷路器或其中1段母線因故退出運行，不會影響發(fā)電和供電，甚至有2段母線同時因故退出運行也能保持部分發(fā)電和供電，可提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和地區(qū)供電的可靠性。缺點是由于中間聯(lián)絡(luò)斷路器的存在，繼電保護(hù)及二次接線極為復(fù)雜，運行操作較為麻煩，與雙母線接線方式相比投資較大。如果出線增加到5回以上，因每回出線比雙母線接線多半臺斷路器，投資將會增加更多。因此，《規(guī)程》規(guī)定了在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時，容量為300 MW及以上機(jī)組發(fā)電廠的220 kV配電裝置可采用1臺半斷路器的接線方式。到目前為止，我國1臺半斷路器的接線方式在500 kV及以上電壓等級的超高壓和特高壓配電裝置中應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，在設(shè)計、制造、安裝、運行等方面的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。在過去斷路器可靠性較低的情況下，曾采用雙母線雙斷路器的接線方式，這種接線方式具有較高的可靠性和靈活性，但設(shè)備投資很大，即經(jīng)濟(jì)性較差，因此可在雙母線雙斷路器接線方式的基礎(chǔ)上改為1臺半斷路器的接線方式，但在220 kV配電裝置中應(yīng)用的還不多見。

（2）采用雙母線的接線方式，需要斷路器7臺，電流互感器7組。優(yōu)點是接線簡單，操作方便，設(shè)備投資最低。缺點是任何1臺斷路器或其中1段母線因故退出運行，都會影響發(fā)電和供電，其中1段母線因故退出運行時（有一定的故障幾率），全廠一半機(jī)組和線路要退出運行，如果機(jī)組容量較大，會影響到地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，如果發(fā)生2段同時故障（故障幾率極低）或1段母線檢修、另1段母線因誤操作而停電的極端工況，全廠機(jī)組和線路都將被迫退出運行，對電力系統(tǒng)是災(zāi)難性的事故，甚至有可能造成系統(tǒng)瓦解。

（3）采用雙母線單分段的接線方式，需要斷路器9臺，電流互感器9組。優(yōu)點是接線簡單，操作方便，與雙母線的接線方式相比，可減少母線故障時的停電范圍和停機(jī)的可能性，設(shè)備投資與1臺半斷路器的接線方式相同。

（4）采用雙母線雙分段的接線方式，需要斷路器10臺，電流互感器10組。優(yōu)點是與雙母線單分段的接線方式相比，母線故障時的停電范圍和停機(jī)的可能性更小，有利于地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。缺點是配電裝置的一次系統(tǒng)相對復(fù)雜，同時使繼電保護(hù)和二次回路更為復(fù)雜。母線故障時有1/4的設(shè)備要退出運行，如果發(fā)電機(jī)正好掛在故障母線上，這臺發(fā)電機(jī)也要退出運行，設(shè)備投資高于1臺半斷路器的接線方式。

3 1/2接線方式的提出[4，5]

從以上4種接線方式的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較看，各有長短，尋求一種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)更為合理的接線方式是值得探討的問題。在不考慮可能性極低的2段母線同時故障的極端工況前提下，提出一種1/2接線方式，“1”表示線路用1臺斷路器控制，“2”表示發(fā)變組用2臺斷路器控制，具體接線見圖1。根據(jù)上述2臺機(jī)組和4回出線的工程規(guī)模，只需斷路器8臺，電流互感器8組。優(yōu)點是接線簡單，操作方便，設(shè)備投資略高于雙母線接線方式，低于其它接線方式。當(dāng)1段母線故障或斷路器失靈保護(hù)動作時（有一定的故障幾率），一半線路需要退出運行，而發(fā)變組因有2臺斷路器的雙重連接而不會退出運行，大大減少因母線故障或斷路器失靈保護(hù)動作造成解列停機(jī)的可能性，線路經(jīng)倒閘操作后即可恢復(fù)運行，從而可提高地區(qū)電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)運行的穩(wěn)定性。由于2臺發(fā)變組都采用雙重連接，這種1/2接線方式不需要母聯(lián)斷路器和分段斷路器，從而可以簡化母線保護(hù)等二次接線，同時母線保護(hù)沒有“死區(qū)”。發(fā)變組因故檢修退出運行后，仍能保持母線系統(tǒng)的完整性。缺點是當(dāng)1段母線故障，一半線路退出運行后，如果機(jī)組不能迅速減負(fù)荷，有可能引起系統(tǒng)的振蕩而切機(jī)。另一個缺點是一旦發(fā)生2段母線同時退出運行，后果不堪設(shè)想，但2段母線同時故障的可能性幾乎為零。而1段母線檢修，另1段母線又因誤操作而停電的可能性是存在的，但通過加強(qiáng)運行管理應(yīng)該可以克服。

3種接線方式的主要設(shè)備用量見表1。

圖1 1/2接線方式

表1 主要設(shè)備用量對比

4 工程應(yīng)用狀況

600 MW級機(jī)組接入220 kV分區(qū)電網(wǎng)是近幾年出現(xiàn)的新情況，對于負(fù)荷密集、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的地區(qū)，從系統(tǒng)安全穩(wěn)定及可靠性角度對電廠的電氣主接線都沒有特殊要求，目前這幾種常規(guī)接線方式都能采用。因此，在某些工程（如2×600 MW級機(jī)組）的設(shè)計中，采用常規(guī)的雙母線不分段接線方式，與1/2接線方式相比可少用1臺斷路器和1組電流互感器，存在1段母線因故突然退出運行時，有1臺機(jī)組和一半線路要停運的問題，而1/2接線方式在這種情況下可以做到只停線路不停機(jī)，提高了機(jī)組運行的可靠性，為恢復(fù)全廠出力贏得時間。如果出現(xiàn)2段母線因故同時退出運行的情況，則2種接線方式的后果是一樣的。發(fā)變組由2臺斷路器控制，運行方式具有較好的靈活性。

對于上述3種雙母線接線方式，為確保廠用電的安全，要對是否需要設(shè)置1臺高壓啟動/備用變壓器進(jìn)行論證和評估。對于1臺半斷路器接線和1/2接線，由于發(fā)變組采用雙重接線，加上目前600 MW以上機(jī)組的發(fā)電機(jī)出口都設(shè)置了斷路器（GCB），發(fā)電機(jī)因故跳閘時，廠用電由主變壓器自動倒入而不會中斷，因而廠用電的可靠性很高，不需要再設(shè)置高壓啟動/備用變壓器，只需要在2臺機(jī)組的中壓（6 kV或10 kV）廠用電系統(tǒng)中設(shè)置1個公用段，互為事故備用電源，以滿足主變壓器或高壓工作廠變故障時的廠用電需要，保證安全停機(jī)。

5 4×600 MW級機(jī)組接入220 kV分區(qū)電網(wǎng)的問題

如果4×600 MW級機(jī)組需要接入220 kV分區(qū)電網(wǎng)，首先要考慮220 kV分區(qū)電網(wǎng)短路電流水平是否超標(biāo)，如果沒有超標(biāo)，則可采用雙母線雙分段接線方式或1/2接線方式，因為這2種接線方式所用斷路器和電流互感器的數(shù)量相同。如果短路電流水平已超標(biāo)，若系統(tǒng)條件允許，應(yīng)盡量采用一廠二站的電氣主接線，使短路電流水平可以得到控制，同時減小母線故障時的停電范圍。采用1/2接線方式時，斷路器和電流互感器數(shù)量不會增加，而采用其它接線方式，斷路器和電流互感器數(shù)量有可能需要增加，具體增加數(shù)量要看采用何種接線方式。

6 結(jié)語

1/2接線方式尚未投入實際應(yīng)用，還需要進(jìn)行電氣主接線的可靠性評估和優(yōu)化設(shè)計論證。特別是當(dāng)母線故障時，出現(xiàn)N－2的情況（一半線路斷面出現(xiàn)零功率），是否會發(fā)生系統(tǒng)振蕩，是否需要切1臺機(jī)，或維持機(jī)組在低負(fù)荷下運行而不解列，都是值得探討或后續(xù)需要解決的問題。幾種電氣主接線方式各有優(yōu)、缺點，應(yīng)通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性比較，選取最佳方案，同時還需要一些自主創(chuàng)新的精神。

[1]郭明星，楊增輝，曹娜，等.1 000 MW機(jī)組接入220 kV分區(qū)電網(wǎng)初探[J].華東電力，2010，38（11）：1744－1752.

[2]西北電力設(shè)計院.發(fā)電廠變電所電氣接線和布置[M].北京：水利電力出版社，1984.

[3]DL 5000－2000火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2000.

[4]陳尚發(fā).大型發(fā)電廠電氣主接線優(yōu)化方案的研究[J].電力建設(shè)，2006，27（8）：23－26.

[5]陳尚發(fā).大型發(fā)電廠電氣主接線探討[J].中國電力，2003，36（7）：64－66.