大型燈泡貫流式機組水力發電廠接入系統與電氣主接線的選擇研究

【摘? 要】本文根據近幾年裝機容量較大、機組臺數較多的燈泡貫流式機組水力發電廠工程作為案例，對該水力發電廠所導入的最初設計原理進行研究，再結合施工過程中實際的現場施工進度及施工環境的變化，初步制定了雙母線接線等四種接線方案，經過實際數據勘驗，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。根據實驗結果，明確了進線有斷路器的聯合單元接線方案，采用該種接線方式，更加符合其設計特點和技術要求，因此，該種接線方式值得更多大型燈泡貫流式機組水力發電廠借鑒。

【關鍵詞】燈泡貫流式機組;主接線設計方案;優化與完善;導入系統

引言

近年來，隨著我國可再生能源的快速發展，利用水力資源發電的占比率也逐年升高。作為水力資源占世界首位的中國，其水力發電的開發潛力無疑是不可估量的。因此，借助我國獨有的自然資源優勢，響應可持續發展戰略，進一步擴張水力發電的建設。在現有的水力資源下，普遍呈現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用市場。隨著燈泡貫流式機組水力發電廠內的機組臺數不斷增多，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入電力系統，而且還要有效的降低生產成本，最大化經濟效益，研究大型燈泡貫流式機組水力發電廠的電氣主接線的接入系統方案則顯得尤為重要[1]。與接入系統關系最為密切，影響程度最大的水力發電廠電氣主接線也被叫做電氣主系統，該系統根據電氣生產的工序和主要技術要求連接而成的接受和分配電能的電路，是所有發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電效率，減少發電廠成本的開銷，被廣泛使用。

1水電站原電氣主接線設計方案

1.1國內水力發電廠的研究現狀

國內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生的效益越大，因此該項技術發展極為迅猛?，F根據國內某一水力發電廠的實際工作環境及發電機組的額定數據進行對比，分析不同接線模式中的最優方案，現有數據如下：

某水力發電廠位于某流域的下游，使用低壩河床式開發方式，根據上下游水位落差18m的勢能發電，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電機組。

1.2發電機與變壓器的組合方式

現階段，我國主要的燈泡貫流式機組水力發電廠接線方式為：聯合單元接線、擴大單元接線及單元接線[2]。以下就接線方式不同所產生結果的不同進行數據分析，討論得出最佳接線方案。

聯合單元接線方式：

主要優點：停運頻次低，任何一臺發電機停運都不影響其它發電機運行;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，產生較高的經濟效益。聯合單元接線的方式可根據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;②將斷路器固定安裝在主變低壓一側。

單元接線方式：

主要優點：單元接線容易，開關設備少，操作簡單。因其不設發電機電壓級母線，而在發電機和變壓器之間采用封閉母線，使得在發電機和變壓器低壓側短路的幾率和短路電流相對于具有發電機電壓級母線時，有所減小。

擴大單元接線方式：

主要優點：減少主變和主變側斷路器的數量，節省高壓配電裝置占地面積，經濟性較好;任一臺機組停機都不影響廠用電的供電，可靠性好。

①聯合單元接線方式及單元接線方式對比：

根據本次大型燈泡貫流式機組的數據顯示：該電廠配備四個發電機組，聯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閉停止，單元接線的變壓器能夠自動根據電機開關進行相應的啟停，有效的減少了空載狀態下的損耗，大大降低了水電廠的生產成本。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生，更加的安全可靠，應對突發情況也更加從容[3]。另外，擴大單元接線方式的變壓器結構相當復雜，提高了水電廠的生產成本，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。也符合水電廠的經濟效益要求。

1.3單元接線發電機與變壓器接入500kV主網

根據上文對比分析后，該水力發電廠使用單元接線方式，導入500kV主網，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據分析，探討各個接線方式的優缺點，篩選最佳接線方案。

①一倍半斷路器接線方式：

主要優點：該種接線方式的斷路器和母線出現問題時，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，否則很難達到調峰的要求[4]。

②雙母線接線方式：

主要優點：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問題，所以，采用該種雙斷路器其實并不特別實用，相應的還會增加生產成本。

③雙母線接線方式：

主要優點：操作靈活，安裝簡便。非常適用于電站調峰要求，而且所需設備較少，不需要過多的投入。

結合以上分析：建議該水力發電廠采用雙母線接線方式。

2方案再優化

通過對雙母線接線方式進行二次調整、優化以及數據分析，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，移除線路并聯電抗器設備;

②單母線分段接線：

采用隔離開關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橋聯接線：

全部移除進、出線斷路器。

④聯合單元接線：

在橋聯接線的方案上移除橋聯回路斷路器，設立兩個互不影響的聯合單元。

3方案對比分析

對上述四個方案進行研究對比，結論如下：

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、橋聯接線、聯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路線較短，發生電路問題的可能性較低，因此，更適合選擇橋聯接線。但橋聯電路受制于本身的聯絡斷路器，如果該元件發生故障，將不可避免的引起機組停機[5]。所以，使用聯合單元接線方式更加的安全可靠。

4結論

結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，總結得出最優方案：變壓器和發電機之間采用單元接線的方式，并且在變壓器高壓一側增設斷路器，在發電機出口一側增設隔離開關;在兩組聯合單元接線的母線之間設置兩組串聯隔離開關的聯接跨條;并且在2號機和3號機端口處增設發電機斷路器。

參考文獻：

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

[2]鐘象新.大型燈泡貫流機組調速系統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.小型發電機組接入系統設計研究[J].中國設備工程，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速系統研究[J].長江科學院院報，2019，36（6）：146-152.

作者簡介：

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

（作者單位：內蒙古大唐國際海勃灣水利樞紐開發有限公司）