电气主接线水轮机新能源太阳能发电风力发电潮汐能发电智能电网微电网分布式电网综述.docx
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电气主接线水轮机新能源太阳能发电风力发电潮汐能发电智能电网微电网分布式电网综述
电气主接线的方案比较2
2.1水电站供电负荷概况
图2.1水电站的供电对象
水电站发出的电力除少部分供给厂用电自身用电及近区用电外，其余电力主要供给四个地方，如图1所示。
（1）洋县变电所：
以220KV高压送电，送电距离达86Km。
洋县变电所配置两台变压器，单台容量分别为120MVA及90MVA。
（2）古堰变电所:
以110KV供电，供电距离4Km。
该变电所配置有一台容量为20MVA的变压器。
（3）汉阴变电所：
以110KV供电，供电距离35Km。
该变电所配置有两台容量分别为20MVA和10MVA的变压器。
（4）茶镇变电所:
以110KV供电，供电距离16Km。
该变电所配置有一台容量为10MVA的变压器。
从上可以看出，该电站以两种电压供电，加之电站所采用发电机的机端电压为10.5KV,则该电站的高压部分共有三个电压等级，对着三个电压等级应分别进行考虑。
其中负荷
（2）、（3）、（4）对应的变电所中均接有牵引变电所，对铁路交通运输比较重要，设计时要特别考虑.[1]
2.2电气主接线设计的基本要求
（1）满足用户或电力系统的供电可靠性和电能质量的要求。
（2）接线简单、清晰、操作维护方便;
（3）接线应具有一定的灵活性。
（4）满足电站初期发电及最终规模的运行要求，还应考虑便于分期过渡。
技术先进，经济合理。
[2]
2.3电气主接线方案拟定
根据石泉水电站的装机容量和供电范围及容量，在满足电气主接线的要求的情况下，暂时拟定三个方案。
2.3.1方案一
图2.2方案一
如图2所示，方案一中，110KV高压侧母线采用了3/2接线，具有高度的可靠性，220KV高压侧母线采用单母线接线形式，可靠性一般，1#和2#机组均以单元接线的形式接入110KV母线，3#机组也以单元接线的形式接入一台自耦变压器的低压侧，该自耦变压器用于连接110KV与220KV系统。
4#和5#机组以扩大单元接线的形式接入220KV系统。
2.3.2方案二
图2.3方案二
如图3所示，在方案二中，针对汉阴变，石堰变，茶镇变等负荷，考虑到因为其输电距离较近，变压器切换频繁且供电负荷有差异，容易产生穿越功率等因素，所以110KV系统采用了扩大型外桥接线方式，同时为了在检修线路或变压器回路断路器时不中断线路或变压器的正常运行，特意装设了两条断开的跨条（如图3中虚线所示），还有为了轮流停电检修任何一组隔离开关，在跨条的两端各装设两组隔离开关。
对于220KV系统仍采用了单母线接线方式，两回进线，一回出线。
对于110KV与220KV两系统之间的联系，没有设置专用的联络变压器，而是采用了两台三绕组变压器。
针对发电机的连接方式，1—3#机组的电压采用了单母线接线方式，4—5#机组也采用了单母线接线方式，两发电机母线通过母线断路器进行连接。
2.3.3方案三
图2.4方案三[1]
如图4所示，这是目前水电站所采用的电气主接线，其中110KV高压母线采用了双母线接线方式，220KV高压侧母线采用了单母线接线方式，两回进线，一回出线。
对于两系统之间的联系设置了一台专用的自耦变压器用于联络两系统。
对于发电机—变压器组的连接方式，同方案一。
2.4电气主接线方案比较与确定
2.4.1经济方面比较
因为缺乏设计的实际经验，所以只对关键的，花费较大的电气设备进行比较，在这里仅对变压器台数，短路器个数，隔离开关个数和母线条数进行统计，统计表如下：
表2-1关键电气设备统计表
项目
方案一
方案二
方案三
变压器台数
三台双绕组变压器，一台自耦变压器
两台三绕组变压器
三台双绕组变压器，一台自耦变压器
断路器台数
15台
16台
12台
隔离开关个数
34个
27个
29个
母线条数
一条110KV母线，一条220KV母线
两条10KV母线
一条110KV母线，一条220KV母线
从统计结果来看，方案二在设备投资方面最为经济，方案三次之，方案一最差劲。
2.4.2技术方面比较
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（1）方案一优缺点
优点：
正常运行时，两组母线和每串上的三台断路器都同时工作，形成多环路供电方式。
运行调度十分灵活，具有很高的可靠性。
因为每个回路都是经过两台断路器供电，所以任何一个断路器检修时，所有回路都不会停电。
任一组母线故障或检修时，只断开与此母线相连的所有断路器，所有回路可通过另一组母线继续运行。
在某一串中间断路器故障，致使两侧断路器跳闸，或者检修与事故相重迭等苛刻情况下，也只是造成一会出线停运。
甚至在一组母线检修另一组母线故障或两组母线同时故障的极端情况下，也不会中断供电，所以可靠性极高。
[3]
方案一中的隔离开关仅起到隔离电压的作用，不带电操作，切换灵活。
变压器台数多，采用单元接线，清晰明了，不容易因变压器或与之相连的断路器故障而造成窝电现象。
采用自耦变压器来联络两种高压电力系统，相比采用三绕组变压器来联络两个高压电力系统较为经济。
因为采用三绕组变压器来联络时，其损耗较大，尺寸、重量及投资均较自耦变压器多，而且其容量常常会受到运输条件和制造条件的限制。
采用自耦变压器可以规避这些问题，而且可以将部分机组接在中压侧（110KV）,充分利用自耦变压器的通过容量向高压侧送电，节省了变压器和开关设备的投资。
[4]
电源进线和馈线采用了交叉布置的形式，大大提高了供电的可靠性，不会因为某一串与母线解裂而导致某一线路供电中断。
[5]
缺点：
因为一个回路连接着两台断路器，一台中间联络断路器又连接着两个回路，所以中间联络断路器的动作次数较多，检修频繁。
继电保护和二次接线更复杂，例如保护接地和电流的测量问题、重合闸问题、失灵保护问题及互感器的配置问题。
一个半断路器接线各元件之间联系比较紧密，各元件之间可通过中间断路器，母线断路器沟通。
如在系统发生故障时，为保障系统的稳定安全运行，要将系统分成几个互不连接的部分，则在接线上不容易实现。
不如双母线分段接线可通过母联或分段断路器，方便地实现系统接线的分割。
[3]但是因为本设计中的一个半路器接线只有三回出线，不存在以上问题，所以不予考虑。
自耦变压器的阻抗较小，使用中必须将其中性点直接接地，从而增大了单相接地电流，这会对断路器，继电保护和通信造成干扰。
[6]而且，器中压侧没有抽头，运行时调压困难；当中压侧负荷变化较大时，为了保证高压系统的电压水平，中压侧的电压会偏移过大。
（2）方案二优缺点
优点：
采用三绕组变压器来进行两高压系统的联系，三绕组变压器两升高电压侧之间的阻抗较大，且中性点可不直接接地，有利于限制系统短路电流及解决继电保护，通信干扰等问题。
[4]
接线清晰明了，配电装置少，占地面积小。
两侧桥臂在高压侧及低压侧均有联系，形成一个封闭环形网络，变压器的故障或检修不影响任何一台机组的运行。
接线简单，高压断路器数量少，为进出线数减一，
一台主变压器回路故障，只开断一台断路器，不影响线路和另一合主变压器运行。
[7]
缺点：
环形网络易断开，可靠性不高。
系统高压侧的穿越功率至少要经过两台断路器，是断路器的动作次数增加，增大器运行费用。
变压器的数量太少，需要将变压器的容量选的大很多，已形成暗备用，否则容易造成当一台主变故障时，电站发出的电送不出去，造成窝电现象。
另一方面，大容量的三绕组变压器在运输及制造方面存在限制。
再者，暗备用容量不经常使用，造成极大的浪费。
因为发电机母线上所连接的机组台数较多，对限制断路电流极为不利，造成断路器选择困难。
当低压侧的发电机母线故障时，影响范围较大，至少两台机组停运。
桥连断路器故障全厂停电。
（3）方案三优缺点
优点：
线路故障断路器拒动或母线故障只停一条母线及所连接的元件。
将非永久性故障元件切换到无故障母线，可迅速恢复供电。
检修任一元件的母线隔离开关，只停该元件和一条母线，其他元件切换到另一母线，不影响其他元件供电。
可在任何元件不停电的情况下轮流检修母线，只需将要检修的母线上的全部元件切换到另一母线即可。
断路器检修可加临时跨条，将被检修断路器旁路，用母联断路器代替被检修断路器，减少停电时间。
运行和调度灵活。
根据系统运行的需要，各元件可灵活地连接到任一母线上，实现系统的合理接线。
扩建方便。
一般情况下，双母线接线配电装置在一期项目中就将母线构架一次建成，近期扩建间隔的母线也安装好。
在扩建新元件施工时，对原有元件没有影响。
但是考虑到石泉水电站的实际情况，扩建的可能性不大，所以该优点没有实际的用途。
接线清晰。
缺点：
当母线或母线隔离开关故障检修时，倒闸操作复杂
隔离开关操作闭锁接线复杂。
保护和测量装置的电压取自母线电压互感器二次侧复杂。
母线联络断路器故障，整个配电装置将全停。
容易发生误操作。
需经过切换。
电压回路接线
因为采用了自耦变压器来联络两个高压系统，所以具有与方案一相似的缺点。
隔离开关数量多，切换母线操作过程比较复杂，容易造成误操作，而且不利于实现自动化和远动化。
2.4.3电气主接线方案确定
从经济性，可靠性，灵活性等各方面综合考虑，方案二虽然经济性较好，但可靠性不高，当联络断路器故障时甚至可能造成全厂停机，所以不宜采用。
方案三的电气设备投资虽然适中，灵活性也可以满足要求，但是隔离开关带电倒闸操作，容易产生误操作，而且当母联断路器发生故障时，也会造成全厂停电，所以也不宜选用。
方案一虽然电气设备投资较大，但是可靠性极高，灵活性极好，几乎不会出现全厂停电。
所以综合考虑之后，选取方案一作为最佳方案。
2.5主变压器的选择
2.5.11#与2#主变的选择
（1）容量
根据姚春球的《发电厂电气部分》，在单元接线中，主变容量
按发电机额定容量扣除本机组厂用电负荷后，留10%的裕度选择：
=
=
=57MVA（2-1）
其中：
：
发电机的额定功率；
：
厂用电率，对水电厂约为0.2%—2%；
：
发电机的额定功率因数，此处取为0.85；[5]
（2）相数
因为该变压器用于110KV系统，其电压等级和容量都不是很大，考虑到一台三相式变压器较三台单相式变压器的投资小，占地少，损耗小，同时配电装置也简单，运行维护方便等优势，且该对应容量下三相变压器的制造，运输条件限制较少，在进行技术经济比较后，优先选取三相式变压器。
（3）绕组数
因为采用了单元接线，所以选用双绕组。
（4）绕组接线组别
变压器的绕组接线方式必须使得其线电压与系统线电压的相位一致，否则不能并列运行。
根据我国电力变压器所采用的接线方式：
110KV及以上电压侧均为“YN”,即中性点引出直接接地。
同时考虑到系统或机组同步并列要求及限制三次谐波对电源的影响等因素，并结合《电力设备选型手册》已有生产能力变压器的现状，确定其绕组接线组别为：
—d11。
（6）调压方式
考虑到石泉水电厂在系统中担任调峰，调频，事故备等作用，其出力变化大，电力潮流变化大计电压偏移大等特点，同时考虑到牵引变电所供电断续性等特点，所以拟采用有载调压变压器，但是因为选不到对应容量下合适的变压器，所以放弃使用有载调压方式。
（7）主变型号确定
结合以上要求，选取主变型号为：
SSPL—63000/110,其冷却方式为强迫油循环风冷。
[8]
2.5.23#主变的选择
（1）容量
联络变压器选择选择时应当满足下列条件;
其容量应满足在各种运行方式下的功率交换。
其容量一般不应小于所联络的两种母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的需求；同时也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余功率送入另一侧系统。
[4]
基于以上的两点要求，按最糟糕的情况考虑，即当220KV出线故障时，保证4#和5#机组的出力能够送入110KV电网。
在扩大单元接线中，主变容量
按发电机额定容量扣除本机组厂用电负荷后，留10%的裕度选择：
=
=
=114MVA
其中：
：
发电机的额定功率；
：
厂用电率，对水电厂约为0.2%—2%；
：
发电机的额定功率因数，此处取为0.85；
（2）相数
因为该变压器用于110KV系统，其电压等级和容量都不是很大，考虑到一台三相式变压器较三台单相式变压器的投资小，占地少，损耗小，同时配电装置也简单，运行维护方便等优势，且该对应容量下三相变压器的制造，运输条件限制较少，在进行技术经济比较后，优先选取三相式变压器。
（3）结构形式
因为用于发电厂中，主要由低压侧及中压侧向高压侧输送功率，所以高—低，中—高之间的阻抗不宜过大，否则传输功率时损失较大，所以宜采用降压相结构，其绕组排列顺序为：
铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组，因为功率传输方向主要为中压侧到高压侧，此种排列顺序时，高中压绕组相距较近，阻抗小，传输功率时损失小。
[7]
（4）主变型号确定
结合以上要求，选取主变型号为：
SSPSOL—120000/220,其冷却方式为强迫油循环水冷，其中性点接到方式采用直接接地，绕组接线组别为：
YN（自耦）—d-12-11。
[8]
2.5.34#主变的选择
（1）容量
在扩大单元接线中，主变容量
按发电机额定容量扣除本机组厂用电负荷后，留10%的裕度选择：
=
=
=114MVA
其中：
：
发电机的额定功率；
：
厂用电率，对水电厂约为0.2%—2%；
：
发电机的额定功率因数，此处取为0.85；
（2）相数
因为该变压器用于220KV系统，其电压等级和容量都不是很大，考虑到一台三相式变压器较三台单相式变压器的投资小，占地少，损耗小，同时配电装置也简单，运行维护方便等优势，且该对应容量下三相变压器的制造，运输条件限制较少，在进行技术经济比较后，优先选取三相式变压器。
（3）绕组数
因为采用了扩大单元接线，所以选用双绕组。
（4）绕组接线组别
变压器的绕组接线方式必须使得其线电压与系统线电压的相位一致，否则不能并列运行。
根据我国电力变压器所采用的接线方式：
110KV及以上电压侧均为“YN”,即中性点引出直接接地。
同时考虑到系统或机组同步并列要求及限制三次谐波对电源的影响等因素，并结合《电力设备选型手册》已有生产能力变压器的现状，确定其绕组接线组别为：
—d11。
（5）调压方式
考虑到石泉水电厂在系统中担任调峰，调频，事故备等作用，其出力变化大，电力潮流变化大计电压偏移大等特点，同时考虑到牵引变电所供电断续性等特点，所以拟采用有载调压变压器，但是因为选不到对应容量下合适的变压器，所以放弃使用有载调压方式。
（6）主变型号确定
结合以上要求，选取主变型号为：
SFPL—120000/220,其冷却方式为强迫油循环水冷。
[8]
2.5.4主变压器汇总
表2-2主变压器参数
编号
型号
接线组别
额定容量
冷却方式
接地方式
有载调压
短路阻抗%
1#
SSPL—63000/110
—d11
63
MVA
强迫油循环水冷。
经刀闸接地
否
10.12
2#
SSPL—63000/110
—d11
63
MVA
强迫油循环水冷。
经刀闸接地
否
10
3#
SSPSOL—120000/220
YN（自耦）—d-12-11
120
MVA
强迫油循环水冷。
直接接地
否
高中10
高低5.9
中低8.8
4#
SFPL—120000/220
—d11
120MVA
强迫油循环水冷。
经刀闸接地
否
13.04
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