大型抽水蓄能电站电气主接线的选择

大型抽水蓄能电站电气主接线的选择

特征特性及工况转换频繁富能蓄能站是一种特殊的电源，具有快速启动、负载跟踪、快速响应和快速响应的功能。具有能源、峰值、频率、相位调整、事故等待、黑停止等功能。同时，它还具有节能环保的特点，特别是黑色停止后的效果不能替代其他电源。抽水蓄能电站的主要作用是对电网负荷的调峰填谷,以缓解峰谷差所带来的用电矛盾;与常规水电站相比,抽水蓄能电站一个最大的不同就是具有发电与抽水可逆式运行的特点,工况转换频繁,能进行的工况转换有近20种之多。张河湾抽水蓄能电站设计以双回500kV线路接入河北南网,在河北南部电网系统中将担负调峰填谷、调频、调相和紧急事故备用等任务,它的建成投产对优化河北南部电网的电源结构、改善电网运行条件、提高电网运行的经济性和可靠性等具有十分重要的作用。1回用水泵、水泵和系统张河湾抽水蓄能电站位于河北省石家庄市井陉县测鱼镇附近的甘陶河干流上,距井陉县城公路里程为45km,距石家庄市公路里程为77km。该电站总装机容量为1000MW,安装4台单机容量为250MW的单级混流可逆式水泵水轮机组,发电工况额定容量(电气输出)为278MVA,电动工况额定输出(轴输出)为268MW,额定电压为15.75kV。电站额定水头为305m,年发电量为16.75×108kW·h,年抽水电量为22.04×108kW·h,年发电利用小时数为1675h,年抽水利用小时数为2204h,电站综合效率系数为0.76。张河湾抽水蓄能电站地下发电厂房由主厂房、安装场、副厂房和主变洞组成。安装场布置在主厂房右端,高程与发电机层同高。电站距廉州500kV变电站约71km,初期以一回500kV架空线路送至廉州变电站。2主要连接连接2.1发电电机与主变压器由于电站装机容量在河北南网中占有较大比重,又靠近河北南网负荷中心,且运行方式复杂,线路传输容量大,潮流变化大。为了电网的安全运行,从长远考虑,500kV侧采用四角形接线(初期为1/2四角形接线)。出线采用500kV管道母线(GIL),经出线廊道和出线竖井至地面出线场,再经一回500kV架空线接至系统,并预留一回出线。发电电动机与主变压器采用联合单元接线,发电电动机和主变压器之间装有发电电动机断路器及换相开关等设备,机组同期及换相在主变低压侧进行。电站全厂设一套晶闸管变频起动装置(SFC)作为机组在抽水工况抽水调相工况起动之用,同时以背靠背起动方式作为备用。起动回路的接线可以实现每1台机组都可逐台以背靠背方式起动其余3台机组。全厂共装设4台厂用高压变压器,直接从每台主变的低压侧取电。在机组故障的情况下,能不间断地从系统倒送电,从而保证厂用电正常供电。励磁系统采用自并励静止晶闸管整流励磁,其电源分别取自各机组主变低压侧,经励磁变压器降压后向励磁系统供电。2.2角形接入线以大径管由于水轮发电机组启动迅速、灵活方便,一般正常情况下,从启动到带满负荷只需1～3min,事故情况下还可能不到1min。蓄能机组在系统中承担着调峰、填谷、调频、调相及事故备用的任务,机组负荷曲线变化大、工况转换次数多、启停操作频繁。因此,电气主接线应尽可能地避免把闸刀作为操作电器,也要避免烦琐倒换操作的接线形式。张河湾电站主接线500kV侧采用四角形接线,以两回出线(初期为一回)接入500kV变电站,每回出线均可输送全厂容量,如图1所示。这种接线方式可靠性比较高,任一开关故障都不影响向系统的正常供电,甚至某2台开关故障也不会影响电站的送、受电,如图2-b中,5001开关和5004开关同时检修或故障时,不会影响全厂的送、受电;同理,当5002开关和5003开关同时检修或故障,也不会影响全厂的送、受电,如图2-a所示。而当5001开关和5002开关同时故障,全厂将损失一半的容量,如图3-a所示;同理,当5003开关和5004开关同时故障时亦如此,如图3-b所示。总的来说,四角形接线在正常供电时,接线成闭合环形,有环形母线,任1台开关检修,不影响线路的连续性供电。任1台开关检修时,成开环运行,可靠性降低,此时另一元件故障有可能造成全厂停电。运行操作方面,正常运行操作由开关进行,闸刀只做检修隔离之用,误操作机会少。缺点是继电保护控制相对较复杂。张河湾抽蓄电站机组与主变采用联合单元接线方式,并将2台机组组成一个大单元,该方式接线清晰、简洁、可靠性高,当某一机组或主变故障或检修时,不会影响其他机组和主变的运行,而且水工建筑也采用1条压力水道连接2台机组,这样可以与之互相呼应,同时节省了建设投资成本,不失是一种比较理想的组合方式。2.3主接口设备及原理1)四角形接线中,开关数等于回路数,且每条回路都与2台开关相连接,检修任1台开关都不致中断供电。在可靠性的基础上,该接线能方便、灵活地切换机组、主变等设备,同时为适应本电站较高的自动化程度,在事故切换或运行方式改变时全部用开关来实现操作,基本不用闸刀来完成倒闸操作。隔离开关作为隔离电源的器件,只在检修设备时起隔离电源之用,从而具有较高的可靠性和灵活性。电站主接线可满足可靠性、灵活性和经济性3方面的要求。在满足可靠性、灵活性的前提下,尽可能做到了接线清楚、简单、投资省的目的,且经济合理地选择主变压器与机组的组合方式,使电能损失少、投资小。2)由于机组运行工况多、工况变化多、机组启停频繁,在发电机出口处装设了开关。装设发电机出口开关后可减少高压侧开关操作次数,提高厂用电、变频启动装置和励磁等电源的可靠性。当机组故障时,能不间断地从系统倒送电,主变回路故障时可跳开发电机出口开关及主变高压侧开关,可迅速地排除故障,保证安全。3)与常规水电站不同的是蓄能机组有发电和抽水2种主要工况,这2种工况的机组旋转方向相反,所以必须设置换相开关。换相开关设置在主变低压侧而不设在高压侧,其优点是厂用电、起动和励磁电流直接取自主变低压侧,不需换相即可满足抽水工况条件;变频SFC起动和背靠背同步起动可合用一组起动母线;简化了高压侧接线和布置,节约了投资。4)本电站采用当前国际上先进的气体绝缘金属封闭开关(GIS),结构紧凑,占地面积小,而且可靠性高。5)500kV线路侧配置了快速地刀,当检修线路时,可将线路中的残余电荷释放掉;对方万一没有将线路的开关断开,将可能造成人身事故。为了保证人身安全,在500kV线路侧配置了快速地刀。2.4kv系统跳闸张河湾初期主接线为1/2四角形接线,在厂房GIS中布置2台开关(5002和5003),以管道母线(GIL)经出线廊道和出线竖井接至出线场,再经一回500kV架空线送入廉州变电站,如图4所示。初期运行时接线形式只有四角形接线的一半,其运行可靠性和灵活性相对较低。4台机组同时运行时,若某1台开关跳掉,将有2台机组甩负荷,对系统的影响较大。此时,应加强另外2台机组和另1台开关的运行监视,防止出现更大的事故,并做好相关的事故预想,准备好充分的处理措施。当母线或线路发生故障时,将会跳掉2台开关,所有的运行机组将甩负荷停机,500kV系统掉电。张河湾抽蓄电站500kV线路出线端未装设开关,只在5002开关两侧设置2把闸刀,分别是5002A-6和5002B-6。线路检修时,先断开5002、5003开关和对侧线路开关,再拉开相关闸刀,最后以5002B-6闸刀作为线路与厂内设备的隔离点。当检修管道母线GIL时,先断开5002、5003开关和对侧线路开关,再拉开相关闸刀,最后以闸刀5002A-6和5002B-6作为隔离点。这时会造成500kV系统掉电,检修电源和厂用电需取自35kV临时厂用电系统。在一期接线中不装设5002A-6闸刀的话,无论是500kV线路检修还是管道母线GIL检修时,都不会受到任何影响。但考虑到二期出线,就必须设置有5002A-6闸刀了。500kV线路不装设开关对电网和电站的影响方面,当母线及管道母线GIL上线路保护CT安装处以下发生故障时,不仅要跳开5002、5003开关,还要通过电站侧远方跳闸装置向廉州侧远方跳闸装置发送远方直跳信号,廉州侧远方跳闸装置收到该信号后,通过就地判别装置动作出口跳闸。这样就会造成故障时间延长,对系统的稳定可能会有一定影响。3主接口设备及接触方式选择抽水蓄能电站的电气主接线应满足电网对电站运行安全性、经济性、灵活性的要求,并最大限度地节省设备投资和土建费用。由于抽水蓄能电站电气主接线与机