航电水利枢纽电气主接线方案设计

张 东，马经童，袁滢韬

（1．辽宁省水利厅，辽宁沈阳110000；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林　长春130021）



航电水利枢纽电气主接线方案设计

张 东1，马经童2，袁滢韬2

（1．辽宁省水利厅，辽宁沈阳110000；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

［摘 要］文中系统地介绍了依兰航电水利枢纽的电气主接线方案设计。该工程220配电装置拟采用可靠性较高的SF6气体绝缘金属封闭开关设备即GIS，在满足设备制造及运输的前提下，经论证发电机与主变压器的组合拟采用扩大单元接线方式，220kV侧拟采用单母线接线。

［关键词］发电机；变压器；电气主接线

1　引言

依兰航电枢纽工程任务主要是以航运、发电为主，兼顾交通、水产养殖和旅游等综合利用功能。电站装机8台，单机容量17.5 MW，发电机端电压10.5 kV，总装机容量140 MW。多年平均发电量5.4845×108kW·h，年利用小时数3 918 h。依兰航电枢纽水电站不进行调峰运行，按航运和环境用水要求可在电力系统中承担部分基荷，其余工作在腰荷。

根据2009年12月4日在哈尔滨召开的依兰航电枢纽工程接入系统设计审查会的初步意见：电站本期出220 kV一级电压，以一回220 kV出线，接入方正500 kV变电所220 kV系统，线路导线型号LGJ-400，线路长约为55 km。

2　电气主接线

2.1发电机与主变压器的组合

根据电站的特性、机组台数、单机容量、电站在电力系统中的作用，220 kV出线回路数以及考虑半地下厂房和运输条件等综合因素，对电站的发电机与主变压器的组合拟定以下三个方案进行技术经济比较。

方案一：四机一变2个扩大单元接线。

方案二：三机一变2个扩大单元和二机一变1个扩大单元接线。

方案三：二机一变2个扩大单元和四机一变1个扩大单元接线。

2.2技术经济比较

2．2．1方案技术经济比较

机－变组合各方案主要技术指标比较见表1。

表1机—变组合各方案主要技术指标比较表

机——变组合方案可比投资比较成果见表2。

2．2．2方案选定

经上述技术经济比较，推荐机－变组合方案一。其理由为：

1）经济性最优。由表2可知，方案一与方案二、方案三比较，机电设备可比投资分别少407万元和396万元；年运行费用分别少17万元和19万元；按30年运行费折现后，其总费用分别少641万元和666万元。

表2机——变组合方案可比投资比较表　　万元

2）技术上可行。①方案一中一个扩大单元变压器的容量占系统容量很小，按设计水平年2020年计算，接入扩大单元变压器4台机组的容量17.5 MW×4只占系统总装机容量的2.4%，所以当扩大单元变压器故障切除容量，对系统稳定无影响，系统对此也未提出任何要求。况且，目前主变压器的可靠性已很高，故障机率甚少。②方案一中发电机电压设备选择无困难，对发电机断路器按发电机额定电流1 123 A，三相短路开断电流46.3 kA，选择真空或SF6型发电机出口断路器，其额定电流为3 150 A，额定电压为17.5 kV，开断电流为50 kA，即能满足要求。③方案一主变压器的运输不受限制，主变压器的容量为90 MVA，运输尺寸约为6.3 m×2.9 m×3.5 m（L×W×H），最大运输重量约为117 t（充氮）。根据运输路线调查，能满足运输要求。

2.3 220 kV侧接线方案

2．3．1接线方案的拟定

根据推荐的发电机与主变压器的组合接线和电站以1回220 kV线路接至东北电网的接入电力系统方式，同时考虑电站的枢纽地形条件，拟出以下3个220 kV侧接线方案进行比选：

方案一：单母线接线

方案二：三角形接线

方案三：变压器-线路组接线（主变侧加跨条）

220 kV开关站设备采用SF6气体绝缘金属封闭开关设备，即屋内GIS配电装置加屋外出线场的组合方案进行比较。

2．3．2 220 kV侧接线各方案的技术比较

220 kV侧接线设计的基本要求：

1）可靠性。该电站为日调节水库，主要是发电、供系统基荷及腰荷电力。所以要求任一断路器元件故障或检修，最多不应影响电站的1/2容量的送出。

2）灵活性。接线简单，应满足电力系统调度的要求，方便、灵活地切换机组和变压器设备。

3）经济性。设备投资较少。

方案一：单母线接线。该方案进出线回路各连接一组断路器，断路器与连接元件一对一，接线单元清晰，利于系统调度，易于布置。正常运行操作由断路器进行，隔离开关只作为断路器或线路及母线检修时隔离用，减少了误操作的可能性。运行、调度、操作灵活，继电保护简单。缺点是当出线断路器及母线故障或检修，将影响全厂功率送出。但由于采用了六氟化硫全封闭GIS设备，检修周期长，可靠性高，此种故障机率甚少。

方案二：三角形接线。该方案为环形接线，共有三组断路器，无母线，每回进出线接两组断路器。正常闭环运行，可靠性高，有利于实现自动化、远动化。隔离开关只作为断路器检修隔离用，不用于运行操作，减少误操作的几率。该接线任一组断路器检修，不影响电站功率送出。任一组断路器故障时都将瞬时使全厂停运，经切换后可恢复电站全部机组运行。其缺点是：当任一组断路器检修时，回路都呈开环运行，降低可靠性，当改变主变运行台数和进出线回路故障，也需同时操作两组断路器，增加了断路器的操作次数，运行操作复杂。另外接线和布置较复杂，调度运行和继电保护也相对复杂。

方案三：变压器-线路组接线。该方案进线回路各连接一组断路器，出线回路无断路器，共有两组断路器，正常运行跨条上的隔离开关断开，当任

一组断路器故障或检修，投入跨条上的隔离开关后可恢复电站全部机组运行，不影响电站功率送出。该方案接线简单，但由于断路器同时连接主变和线路，承担两种功能，使其调度运行和继电保护切换操作较复杂。

2．3．3 220 kV侧接线各方案经济比较

220 kV侧接线各方案经济比较成果见表3。

表3 220 kV接线方案经济比较成果表　　万元

由表3可知，方案一与方案二、方案三比较，机电设备可比投资分别少68万元和多78万元；年运行费分别少0.3万元和多0.39万元；按30年运行费折现后，其总费用分别少72万元和多84万元。方案一的经济性居中。

2．3．4 220 kV侧接线推荐方案

由上述比较，经济上方案一投资和运行费用居中，方案三最少，但三个方案的差值并不大。

技术上三个方案都能满足供电可靠性的技术要求，特别是方案一，是水电站采用的典型接线，运行经验成熟，对运行的灵活性，从调度管理和运行要求，也习惯于断路器和其所连接的元件（变压器或线路）一对一的接线方式，并认为继电保护、自动化简单，运行灵活方便，可靠性高，综合比较方案一较方案二、方案三均优越。因此，本设计阶段220 kV侧接线推荐采用运行可靠、灵活性好、处理事故快速、开关站布置简单的单母线接线方案。

2.4结论

依兰航电水利枢纽的电气主接线，经综合论证其机变组合推荐采用四机一变扩大单元接线。

220 kV侧为单母线接线。220 kV配电装置采用GIS屋内布置。

［中图分类号］TV734.3

［文献标识码］B

［文章编号］1002－0624（2016）05－0002－02

[收稿日期]2015-12-31