水電工程的電氣主接線設(shè)計

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(shè)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(jié)構(gòu)的24%，仍有較大的發(fā)展空間。水電工程中的電氣主接線設(shè)計是水電工程中的重要部分，主接線設(shè)計與整個水電站運(yùn)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(diǎn)做好電氣主接線設(shè)計工作。結(jié)合某小型水電站實(shí)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

0 前言

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(jié)構(gòu)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(shè)計，特別是電氣主接設(shè)計對于提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、維護(hù)的靈活性和投資的經(jīng)濟(jì)性有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

某電站為一小型水電站。設(shè)計規(guī)模為2×15 MW，設(shè)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(dān)腰荷。

1 主接線方案的擬定與選擇

根據(jù)我國現(xiàn)行的規(guī)范和成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，發(fā)電機(jī)電壓接線可采納的接線方式有以下3種:

1.1 單母線接線

1)優(yōu)點(diǎn):接線簡單，操作方便，設(shè)備少，經(jīng)濟(jì)性好。母線便于向兩端延伸，擴(kuò)建方便。

2)缺點(diǎn):可靠性差。母線或母線隔離開關(guān)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(yùn)行，不能分列運(yùn)行，并且線路側(cè)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(fù)荷的發(fā)電廠［1］。

1.2 單元接線

1)優(yōu)點(diǎn):發(fā)電機(jī)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(yùn)行可靠、靈活。發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備最少，布置最簡單方便，維護(hù)工作量也最小;繼電保護(hù)簡單［2］。

2)缺點(diǎn):主變壓器與高壓斷路器數(shù)量多。主變壓器高壓側(cè)出線回路多，布置復(fù)雜增加布置場地與設(shè)備的投資。一般適用范圍:單機(jī)容量一般在100 MW及以上機(jī)組，且臺數(shù)在6臺及以下者;單機(jī)容量在45～80 MW。

1.3 擴(kuò)大單元接線

1)優(yōu)點(diǎn):接線簡單清晰，運(yùn)行維護(hù)方便。與單元接線比較，減少主變壓器臺數(shù)及其相應(yīng)的高壓設(shè)備，節(jié)省投資。與單元接線比較，任一機(jī)組停機(jī)，不影響廠用電源供電，本單元兩臺機(jī)組停機(jī)，仍可繼續(xù)有系統(tǒng)主變壓器倒送。減少主變壓器高壓側(cè)出線，可簡化布置和高壓側(cè)接線。

2)缺點(diǎn):主變壓器故障或檢修時，兩臺機(jī)組容量不能送出。增加兩臺低壓側(cè)斷路器，且增大發(fā)電機(jī)電壓短路容量。一般適用范圍:適應(yīng)范圍較廣，能較好的適應(yīng)水電站布置的特點(diǎn)，只要電力系統(tǒng)運(yùn)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(dān)主要負(fù)荷，沒有重要機(jī)端負(fù)荷，從接線的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性考慮，所以本電站，110 kV側(cè)采用單元接線。

2 電氣主接線方案選擇

2.1 方案1

發(fā)電機(jī)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(jī)與變壓器單元接線單母線分段電氣主接線

2.2 方案2

擴(kuò)大單元接線單母線電氣主接線，見圖2。

2.3 主接線方案初步比較

由以上3種接線方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析和接線示意圖，可以得出:單母線和擴(kuò)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(jī)10.5 kV側(cè)取得，然而本電站只有兩臺發(fā)電機(jī)，比較特殊，所以單母線和擴(kuò)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(kuò)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(jī)上取得，即使檢修其中1臺變壓器和兩機(jī)組停機(jī)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(kuò)大單元接線單母線電氣主接線

3 變壓器選擇

3.1 主變壓器的選擇

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(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 SFZ7—25000/110變壓器有關(guān)參數(shù)

3.2 廠用變壓器的選擇

選擇原則:為滿足廠內(nèi)各種負(fù)荷的要求，裝設(shè)兩臺廠用變壓器，廠用電容量得確定，一般考慮廠用負(fù)荷為發(fā)電廠總負(fù)荷的1% ～2%，此發(fā)電廠的廠用負(fù)荷為總負(fù)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(shè)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(guān)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 廠用變壓器有關(guān)技術(shù)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(cè)，互為暗備用，平時半載運(yùn)行，當(dāng)1臺故障時，另1臺能夠承擔(dān)變電所的全部負(fù)荷。

3.3 相數(shù)的選擇

主變采用三相或單相，主要考慮變壓器的可靠性要求及運(yùn)輸條件等因素。根據(jù)設(shè)計手冊有關(guān)規(guī)定，當(dāng)運(yùn)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?yàn)槿嘧儔浩鞅认嗤萘康膯蜗嘧儔浩骶哂泄?jié)省投資，占地面積小，運(yùn)行過程損耗小的優(yōu)點(diǎn)，同時本電廠的運(yùn)輸?shù)乩項l件不受限制，因而選用三相變壓器。

3.4 繞組數(shù)量和連接方式的選擇

繞組數(shù)量選擇:根據(jù)相關(guān)規(guī)定:“最大機(jī)組容量為125 MW及以下的發(fā)電廠，當(dāng)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(jié)合本電廠實(shí)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(yùn)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(diǎn)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(jié)合本電廠實(shí)際，從經(jīng)濟(jì)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。

4 短路電流的計算

4.1 等值電路

等值電路見圖3。

圖3 等值電路圖

4.2 計算各元件的標(biāo)幺值

取Sd=100 MVA，從表3可得 Xd=0.21，各類同步發(fā)電機(jī)X″K*的平均值。

表3 各元件的標(biāo)幺值

4.3 短路電流的計算

d1點(diǎn)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(shè)計水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線可得表4。

表4 水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行曲線

5 結(jié)語

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(shè)備的數(shù)量和連接方式及可能的運(yùn)行方式，從而完成變電、輸配電的任務(wù)。它的設(shè)計，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，必須在滿足國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策的前提下，正確處理好各方面的關(guān)系。

［1］陳樹文.超大型水電站電氣主接線設(shè)計［J］.水電站設(shè)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(shè)計的若干問題［J］.水電站設(shè)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(shè)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(shè)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。