《天荒坪抽水蓄能电站电气设计的若干问题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天荒坪抽水蓄能电站电气设计的若干问题.docx（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、天荒坪抽水蓄能电站电气设计的若干问题余国铨(华东勘测设计研究院杭州 310014) 摘 要 本文介绍了天荒坪抽水蓄能电站电气主接线、SFC的配置等，并就抽水蓄能电站的 调压方法、发电电动机通风冷却等问题提出了发起。 要害词 水电站电气设计 天荒坪抽水蓄能电站l 500kV侧的接线方法 天荒坪抽水蓄能电站500kV侧，为什么接纳不完全单母线二分段接线(所谓“不完全”是指有一回进线未装设断路器)。拜见图1天荒坪抽水蓄能电站电气主接线图。之所以接纳这种接线方法，县有个演变历程。图1 天荒坪电站电气王摄线圈 由于电站的设计进度比系统接人设计进度提前，故天荒坪电站初设要完成时，电站接人系统方案尚未能审定
2、。系统设计部分提供7个方案，其中可能性较大有2个方案：即电站以二回500kV输电线接入瓶窑变电站或以三回500kV输电线二回接人瓶窑变电所，一回接人苏南斗山变电所。 为满足1989年底完成开端设计的要求，我院只能先假定一个接入系统方案进行设计。考虑到天荒坪电站是华东三省一市与国度配合集资兴建的项目，影响接入系统的因素许多，初设为了留有余地，我院决定暂按三回500kV出线的方案进行设计。至于发变组合，经过技能经济比力，选定与联合单位接线。这样电站6台300MW机组共组成三个联合单位，也即500kV有三回进线。 初设时为节约工程投资，500kV配电装置的位置选择在上水库东南侧850m高程比力开阔的
3、地方，并选用敞开式设备。主接线经过多方案比力和可靠性盘算，由于三回路出线使电站环入华东500kV主网，对500kV接线要求严格，故选定为1个半断路器接线。 初设审查期间(1990年5月)，为了选定主接线方案，要求系统接入设计的方案必须先审定。故集会期间临时召开了系统接人设计讨论会，暂定为二回500kV出线的方案(系统接人设计审查会直至1991年3月才召开，正式决定接纳二回出线的方案)。审查会上电站建立部分认为开关站部署在上水库离厂房太远，主张改用进口GIS，将开关站部署在下水库四周。由于这些变革，且二回出线均接人同一变电所，电站不环入主网，同时又接纳可靠性高的GIS，故接线可简化，审查时选定双
4、内桥接线方案。鉴于500kV断绝开关无法切除空载变压器，为制止切除空载变压器而断开桥开关，所以还决定参照英国迪诺威克抽水蓄能电站(也是6台300MW机组)，在三回进线回路上各加装1台负荷开关，以便利用它来切除空载变压器，而不影响双桥形接线，拜见图2天荒坪招标阶段500kV侧接线图。1992年天荒坪电站主机招标时就附上这接线方法。图2 天荒坪招标阶段500kV侧接线图 当接纳上述的接线方法时，我院即提出，世界上制造500kV GIS的厂家，均不生产500kV负荷开关，接纳这样的接线不落实。但因时间干系，决定暂按该接线进行主机招标，同时抓紧与外商联系，落实500kv负荷开关的制造，最终待在500k
5、V设备招标时再决定接线方法。 经过技能交换，外商均差异意专门生产500kV负荷开关，所以决定对500kV主接线进行修改。 在修编初设概算时，500kV负荷开干系按断路器代价2/3估算的。修改主接线方案时，我们需考虑尽可能不影响概算；同时主机标已签条约，发变组的继电掩护已定，也应考虑接线方法尽可能不要有大的变更。因此我们决定将1#、2#机和5#、6#机二个联合单位进线的负荷开关改为断路器，而将3#、4#机联合单位进线的负荷开关取消。这样修改的主接线既没有大变更，且概算也根本稳定，只是在切除3#、4#机联合单位回路时得断开二台分段断路器，但另二单位回路则有了独立的断路器，运行更灵活简朴。考虑到抽水
6、蓄能电站要在系统中负担调峰填谷、事故备用等功效，主变压器一般不切除(正因此，我们在变压器招标时，对空载损耗划定了较低数值)，实际上只有3#、铲机联合单位回路有妨碍或需要停机检验时才会断开二台分段断路器，这种概率是很低的，应该说这样的变更影响并不大。从上述说明可以看出，选用这种接线不但是技能问题，另有一个演变的历程促成的。2 500kV快速接地开关的配置 天荒坪抽水蓄能电站为何要在500kV出线线路侧及500kV进线电缆终端一侧均配置快速接地开关? 众所周知，线路侧上的接地开关，若线路两侧都有电源，如果接地开关误适时，将通过相应的断路器的关合电流；另外考虑到平行的排挤线路尤其是同杆架设的线路，其
7、电磁感到和静电感到电流较大，所以接地开关须具备切、合上述感到电流的能力。天荒坪电站二回出线均接入瓶窑变电所，属二侧都有电源的平行排挤线，接地开关应具备切合电流的能力，也即宜装设快速接地开关。 至于500kV进线电缆回路，则因超高压电缆的电容要比排挤线路大得多，天荒坪500kV XLPE电缆的电容为0.14F/km，所以该回路的接地开关也应具备切、合电容电流的能力，以便在检验时释放以上的充电电流，故在电缆回路GIS侧装设快速接地开关。经了解，广蓄一期充油电缆也要求在一端加装快速接地开关，但实际合闸时间约为1s，并未到达快速接地开关要求合闸时间小于0.1s的要求，与检验用接地开关并无差异。运行几年
8、来，虽经频频切合，并未产生问题。这主要是电缆线路长度较短，电容量不敷大的缘故。GIS厂家说明=B只发起大电容电缆线路宜用快速接地开关，没有具体的划定。今后应在技能交换中要求对GIS进行试验，划定具体数据。 广蓄一期接纳充油电缆，线路长度约600m，电缆电容为0.209F/km，如以该工程为例推算，再加上留有裕度，每回电缆线路电容量如在0.1F/km以下，接纳检验接地开关是没有问题，这样还可能节约投资。凭据广蓄二期条约，快速接地开关的条约价为84000美元/组，而检验接地开关只有48000美元/组。3 静止变频起动装置(SFC)的输入变压器 利用静止可控硅变频起动装置来起动可逆式水泵水轮机组是当
9、今大型抽水蓄能电站常用的起动方法。SFC的额定电压可以即是也可以低于发电电动机的额定电压。当接纳低于发电电动机额定电压的SFC，其输入和输出二端均需装设有变压器，使SFC的电压能与电源电压和发电电动机电压相匹配。但当接纳即是发电电动机额定电压的SFC，一般输出端就不需再设变压器；至于输人端是否需设输入变压器，则有的工程设置而有的工程未设置。例如天荒坪SFC，输人端除了装有限流电抗器外，还再加装变压比为18kV/18kV的输入变压器，见图3。广蓄二期SFC的输入端则仅装限流电抗器，拜见图4。图3 天荒坪电站SFC接线图 我们之所以特别要求加装输入变压器，主要是为了淘汰SFC产生的谐波电压对供电系
10、统的影响，同时也能起到断绝作用与限制妨碍电流(天荒坪输人变压器的阻抗电压为10%)。输入变压器的作用在广蓄二期得到了验证，正是由于未装设输人变压器，所以在初期运行时曾产生过SFC投入使用时，其它机组掩护产生过无故跳闸停机的事故。据阐发可能是受到SFC产生的谐波滋扰，导致机组掩护误动。所以现在已要求卖方加装输人变压器。4 静止变频起动装置(SFC)的配置 天荒坪电站为侗要设置2套SFC。关于SFC的配置，外洋早期当可控硅装置运行经验不多、可靠性还没现在这么高时，对机组台数较多(如6台机及以上)的蓄能电站、确有装设2套SFC的，如英国的迪诺威克电站、日本的奥吉野电站等。但随着可控硅装置可靠性日益提
11、高、结构的革新、检验方便、出妨碍修复费时不多，后期投运的一些多机组蓄能电站也就只装设1套SFC，例如美国的巴斯康蒂电站。 基于这种情况，同时考虑到SFC是进口设备，原先是按1套SFC起动为主、再加“背靠背”起动为辅的原则设计的，只在部署上预留1套SFC的位置。 凭据估算，用1套SFC连续起动6台机组，约需33min；如用1套SFC加“背靠背”同时起动，6台机组总起动时间约为23min。我们认为这样的速度应能满足系统调理的要求。由于业主对只设1套sFC仍有些担心，加上主机标澄清时投标商，同意不增加投标价再提供1套SFC，并且部署上原来已有位置，故决定改按安装2套SFC进行设计，且同时仍保存“背靠
12、背”起行动为备用：凭据估算，接纳2套SFC同时起动6台机组，总起动时间约为18min。 这就是天荒坪电站接纳二套SFC的由来。现在，通过广蓄一、二期、十三陵以及天荒坪电站SFC使用情况证明，SFC的可靠性是很高的。 接纳2套SFC之后，考虑到2套SFC同时运行产生的谐波量也将成倍增长，故天荒坪电站消除谐波的滤波装置由每套SFC配2组滤波装置增加至5组滤波装置，且5次和7次谐波的滤波器容量也大幅度增加，使滤波装置占地面积加大，增加地下厂房部署的难度。 固然，要求对谐波限制的划定是否公道，也值得商讨。大多数外商在技能交换或条约谈判历程中均反应我们划定过严，特别是像SFC这样的装置，使用时间极短，划
13、定应可放宽。5 抽水蓄能电站的调压方法 抽水蓄能电站由于工况变更频繁，潮水变革大，高压母线上电压颠簸范畴亦较大，系统调压盘算结果往往要求接纳调压步伐。 目前电站接纳调压步伐有两种：一是加大发电电动机调压范畴，例如广蓄一、二期，调压范畴由一般的5%加大至7.5%(据了解，投运以来实际调压范畴为3.2%-3.4%)；另是电站升压变压器接纳带负荷调压，调压范畴一般由22.5%加大至81.25%，例如天荒坪、十三陵电站。外洋目前也是这两种手段并存。欧洲一些国度如法国、意大利、奥地利等，认为有载分接开关妨碍率较高，不主张在蓄能电站内装设带负荷调压的变革器，一般都接纳加大发电电动机的调压范畴，最大已达10
14、%UN。日本则凭据经济比力，认为接纳带负荷调压变压器比加大发电电动机调压范畴的方案经济，故其蓄能电站多接纳带负荷调压变压器的方法。 从经济比力来阐发，以天荒坪电站为例，当机组调压范畴由5%加大至7.5%，预计发电电动机造价将增加1.01.5%，约46万美元69万美元(6台机)；变压器加装带负荷调压装置增加造价约为58万美元(6台)。 从可靠性来阐发，目前尚无看到由于加大发电电动机调压范畴而导致机组可靠性低落的报导。但是变压器加装带负荷调压，由于分接开关的妨碍概率约为变压器妨碍的25%，可靠性比不带负荷调压变压器低落。由于担心带负荷调压产生事故，加之变压器部署在地下洞室，万一事故导致变压器着火，
15、结果就更严重，所以接纳这种调压方法的天荒坪、十三陵两电站，从机组投运以来，带负荷调压装置一直不敢投入运行，仍按无载调压的变压器运行方法运行。 凭据系统设计单位提供的盘算资料，天荒坪电站只有在发最大着力1800MW或以最大受电2016MW抽水运行并伴有系统500kV线路停役时，才会出现机端电压凌驾5%的情况，而需要变压器带负荷调压；若不伴有500kV线路停役，机端电压根本可控制在5%之内。 目前天荒坪电站只有3台机组运行，尚未到达盘算的运行方法，所以变压器不调压仍可满足要求。 综上所述，笔者认为今后选择调压方法，应充实注意到运行的情况，在增加投资不多的情况下，尽可能选用加大发电电动机调压范畴的方
16、法。6 发电电动机的通风冷却方法 天荒坪发电电动机容量：发电工况333MVA，电动工况336MW，转速500r/min，接纳无外加通风机的径、轴向混淆通风冷却方法。有的同行对如此高转速、大容量发电电动机不设外加通风机表现担心，并体贴运行以来的实际运行情况，故拟对这个问题加以探讨。 我们在体例机组招标文件也同样担心，究竟天荒坪机组每极容量已达27.750kVA，国际上尚无如此高的极容量接纳无外加通风机的径、轴向通风方法的先例。况且外洋也确有过接纳径向通风方法的发电电动机投运后不满足要求而不得不再添加外加通风机的实例(美国Bad Greek蓄能电站，机组容量360MVA，300r/min，极容量为
17、18000kVA)。所以在招标文件中划定，推荐不加装外加通风机的通风方法应在真机制造之前进行通风模型试验。 天荒坪发电电动机的中标商是加拿大CGE公司，正是Bad Green机组的制造商。他们提交了径、轴向通风方法的许多实例，也解释了Bad Green机组失败的经验，使我们开端同意接纳这种通风方法。1995年6月，CGE公司完成了通风模型试验，验证了制造厂的设计盘算步伐。1995年12月十三陵l#机组投运(容量222MVA，500r/min，极容量18500kVA)，温升切合划定。 1988年9月30日，天荒坪l#机试运行，后进行商业运行，说明无外加通风机的径、轴向混淆通风方法是可行的。凭据查
18、阅调试记录，定子、绕组最高温度约为86.8，定子铁芯上部最高为71.4。运行二年来，定子绕组出现过的最高温度为93，均比条约划定的允许温度117.5低。这说明如果通风设计公道，接纳无外加通风机的径、轴向混淆通风是可行的。取消外加通风机有诸多利益。 (1) 可淘汰厂用电负荷，节省电能损耗(天荒坪每台发电电动机按阿尔斯通公司的外加风机总功率为336kW，ABB设计为432kW)； (2) 可低落发电电动机运行噪音，改进运行条件； (3) 取消了众多外加通风机，淘汰产生妨碍的机率，提高了机组运行可靠性； (4) 低落了通风阻力，有利于提高发电电动机效率等。 因此，如果制造厂有足够的业绩，足以证明确有提供取消外加通风机的径、轴向通风机组的能力，笔者认为应可接纳这种通风方法。