大型燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠接入系統(tǒng)與電氣主接線的選擇研究

【摘? 要】本文根據(jù)近幾年裝機容量較大、機組臺數(shù)較多的燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠工程作為案例，對該水力發(fā)電廠所導(dǎo)入的最初設(shè)計原理進行研究，再結(jié)合施工過程中實際的現(xiàn)場施工進度及施工環(huán)境的變化，初步制定了雙母線接線等四種接線方案，經(jīng)過實際數(shù)據(jù)勘驗，對實驗所采用的接線方案進行分析對比，進一步完善了本次實驗的主要接線方案。根據(jù)實驗結(jié)果，明確了進線有斷路器的聯(lián)合單元接線方案，采用該種接線方式，更加符合其設(shè)計特點和技術(shù)要求，因此，該種接線方式值得更多大型燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠借鑒。

【關(guān)鍵詞】燈泡貫流式機組;主接線設(shè)計方案;優(yōu)化與完善;導(dǎo)入系統(tǒng)

引言

近年來，隨著我國可再生能源的快速發(fā)展，利用水力資源發(fā)電的占比率也逐年升高。作為水力資源占世界首位的中國，其水力發(fā)電的開發(fā)潛力無疑是不可估量的。因此，借助我國獨有的自然資源優(yōu)勢，響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，進一步擴張水力發(fā)電的建設(shè)。在現(xiàn)有的水力資源下，普遍呈現(xiàn)出低水頭水資源極其豐富、水頭變化大的特點。也正因為如此，才有了燈泡貫流式發(fā)電機組的問世，并且，該機組在大型貫流機組水電廠中投入使用最多，具備投資成本相對較低，建造相對方便，建造周期較短，施工地點相對平緩，機組的運輸相對容易等特點，更加鑄就了其廣泛的應(yīng)用市場。隨著燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠內(nèi)的機組臺數(shù)不斷增多，機組容量逐漸增大，在確保其能夠合理、安全的將電廠電能導(dǎo)入電力系統(tǒng)，而且還要有效的降低生產(chǎn)成本，最大化經(jīng)濟效益，研究大型燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠的電氣主接線的接入系統(tǒng)方案則顯得尤為重要[1]。與接入系統(tǒng)關(guān)系最為密切，影響程度最大的水力發(fā)電廠電氣主接線也被叫做電氣主系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)電氣生產(chǎn)的工序和主要技術(shù)要求連接而成的接受和分配電能的電路，是所有發(fā)電廠電氣部分的主體，也是最重要的組成部分。不同于過去的立式軸流機組，燈泡貫流式機組更能有效的提高發(fā)電效率，減少發(fā)電廠成本的開銷，被廣泛使用。

1水電站原電氣主接線設(shè)計方案

1.1國內(nèi)水力發(fā)電廠的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)大型燈泡貫流式機組盡管投入使用與國外相比相對較晚，但是由于國內(nèi)豐富的水力資源，而且機組容量越大，采用燈泡貫流式機組產(chǎn)生的效益越大，因此該項技術(shù)發(fā)展極為迅猛?，F(xiàn)根據(jù)國內(nèi)某一水力發(fā)電廠的實際工作環(huán)境及發(fā)電機組的額定數(shù)據(jù)進行對比，分析不同接線模式中的最優(yōu)方案，現(xiàn)有數(shù)據(jù)如下：

某水力發(fā)電廠位于某流域的下游，使用低壩河床式開發(fā)方式，根據(jù)上下游水位落差18m的勢能發(fā)電，該裝機容量為：240MW，并配備4臺單機容量為56MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組。

1.2發(fā)電機與變壓器的組合方式

現(xiàn)階段，我國主要的燈泡貫流式機組水力發(fā)電廠接線方式為：聯(lián)合單元接線、擴大單元接線及單元接線[2]。以下就接線方式不同所產(chǎn)生結(jié)果的不同進行數(shù)據(jù)分析，討論得出最佳接線方案。

聯(lián)合單元接線方式：

主要優(yōu)點：停運頻次低，任何一臺發(fā)電機停運都不影響其它發(fā)電機運行;運行靈活性良好，供電可靠性較高，有效的降低高壓進線回路，減少其運行成本，產(chǎn)生較高的經(jīng)濟效益。聯(lián)合單元接線的方式可根據(jù)其斷路器的安裝方式的變化歸納為以下兩類：①將高壓斷路器固定安裝在主變高壓一側(cè);②將斷路器固定安裝在主變低壓一側(cè)。

單元接線方式：

主要優(yōu)點：單元接線容易，開關(guān)設(shè)備少，操作簡單。因其不設(shè)發(fā)電機電壓級母線，而在發(fā)電機和變壓器之間采用封閉母線，使得在發(fā)電機和變壓器低壓側(cè)短路的幾率和短路電流相對于具有發(fā)電機電壓級母線時，有所減小。

擴大單元接線方式：

主要優(yōu)點：減少主變和主變側(cè)斷路器的數(shù)量，節(jié)省高壓配電裝置占地面積，經(jīng)濟性較好;任一臺機組停機都不影響廠用電的供電，可靠性好。

①聯(lián)合單元接線方式及單元接線方式對比：

根據(jù)本次大型燈泡貫流式機組的數(shù)據(jù)顯示：該電廠配備四個發(fā)電機組，聯(lián)合單元接線及單元接線這兩種接線方式均采用雙母線接線，其中，單元接線含4個進線回路，使用1.5倍的斷路器接線方式，而聯(lián)合單元接線含2個出線回路，1個備用出線回路，因此，單元接線比聯(lián)合接線多了兩個進線回路。由于，當下的高壓斷路器的價格日趨下降，單元接線方式的價格優(yōu)勢越來越明顯，更加適合于大型燈泡貫流式機組。

②單元接線方式與擴大單元接線方式對比：

相比于擴大單元接線方式，單元接線更加簡單明了，方便操作。而且，如果電廠的電機全部關(guān)閉停止，單元接線的變壓器能夠自動根據(jù)電機開關(guān)進行相應(yīng)的啟停，有效的減少了空載狀態(tài)下的損耗，大大降低了水電廠的生產(chǎn)成本。同時，擴大單元接線方式采用兩臺共用一臺變壓器的方式，加重了對變壓器的依附性，而單元接線方式則有效的避免了該類情況的發(fā)生，更加的安全可靠，應(yīng)對突發(fā)情況也更加從容[3]。另外，擴大單元接線方式的變壓器結(jié)構(gòu)相當復(fù)雜，提高了水電廠的生產(chǎn)成本，因此，在選擇接線方式時，采用單元接線方式更加合理、安全、易施工。也符合水電廠的經(jīng)濟效益要求。

1.3單元接線發(fā)電機與變壓器接入500kV主網(wǎng)

根據(jù)上文對比分析后，該水力發(fā)電廠使用單元接線方式，導(dǎo)入500kV主網(wǎng)，進出線方式改成4回進線，3回出線。通過對一倍半斷路器接線、出線雙斷路器雙母線接線和雙母線接線三種接線方式進行數(shù)據(jù)分析，探討各個接線方式的優(yōu)缺點，篩選最佳接線方案。

①一倍半斷路器接線方式：

主要優(yōu)點：該種接線方式的斷路器和母線出現(xiàn)問題時，不會相互影響，也不會引起線路斷電。主要缺點：當遇到用電高峰期時，必須增加額外的斷路器，否則很難達到調(diào)峰的要求[4]。

②雙母線接線方式：

主要優(yōu)點：安全性、可靠性較高。

主要缺點：由于該種接線方式檢修極為繁瑣，而且斷路器幾乎不會出現(xiàn)問題，所以，采用該種雙斷路器其實并不特別實用，相應(yīng)的還會增加生產(chǎn)成本。

③雙母線接線方式：

主要優(yōu)點：操作靈活，安裝簡便。非常適用于電站調(diào)峰要求，而且所需設(shè)備較少，不需要過多的投入。

結(jié)合以上分析：建議該水力發(fā)電廠采用雙母線接線方式。

2方案再優(yōu)化

通過對雙母線接線方式進行二次調(diào)整、優(yōu)化以及數(shù)據(jù)分析，篩選出最佳方案，具體如下：

①雙母線接線：

移除原方案上的備用回路，移除線路并聯(lián)電抗器設(shè)備;

②單母線分段接線：

采用隔離開關(guān)或斷路器將單母線分段的電氣主接線，其靈活性相對較弱。

③橋聯(lián)接線：

全部移除進、出線斷路器。

④聯(lián)合單元接線：

在橋聯(lián)接線的方案上移除橋聯(lián)回路斷路器，設(shè)立兩個互不影響的聯(lián)合單元。

3方案對比分析

對上述四個方案進行研究對比，結(jié)論如下：

以上四種接線方式均適合長時間供電需求，單母線分段接線、橋聯(lián)接線、聯(lián)合單元接線在安全性上都略高于雙母線接線。其次，該水電站的電路系統(tǒng)路線較短，發(fā)生電路問題的可能性較低，因此，更適合選擇橋聯(lián)接線。但橋聯(lián)電路受制于本身的聯(lián)絡(luò)斷路器，如果該元件發(fā)生故障，將不可避免的引起機組停機[5]。所以，使用聯(lián)合單元接線方式更加的安全可靠。

4結(jié)論

結(jié)合電站自身的運作方式及特點，并通過上述所有分析論證對比后，總結(jié)得出最優(yōu)方案：變壓器和發(fā)電機之間采用單元接線的方式，并且在變壓器高壓一側(cè)增設(shè)斷路器，在發(fā)電機出口一側(cè)增設(shè)隔離開關(guān);在兩組聯(lián)合單元接線的母線之間設(shè)置兩組串聯(lián)隔離開關(guān)的聯(lián)接跨條;并且在2號機和3號機端口處增設(shè)發(fā)電機斷路器。

參考文獻：

[1]田克琴，TIANKe-qin.大型燈泡貫流式機組一次調(diào)頻關(guān)鍵技術(shù)探討[J].廣西水利水電，2017（2）：61-63.

[2]鐘象新.大型燈泡貫流機組調(diào)速系統(tǒng)運行異響及振動原因探討[J].珠江水運，2019（15）108-109.

[3]徐蘭坤.燈泡貫流式水輪發(fā)電機通風冷卻方式概述[J].東方電氣評論，2018（2）：60-65.

[4]陽水財.小型發(fā)電機組接入系統(tǒng)設(shè)計研究[J].中國設(shè)備工程，2017（14）193-195.

[5]潘熙和，聶偉，程玉婷，etal.特大型多噴嘴沖擊式水輪機調(diào)速系統(tǒng)研究[J].長江科學(xué)院院報，2019，36（6）：146-152.

作者簡介：

劉偉巖，男，1988.05、漢族、內(nèi)蒙古赤峰市人、本科、助理工程師、研究方向：電氣專業(yè)。

（作者單位：內(nèi)蒙古大唐國際海勃灣水利樞紐開發(fā)有限公司）