论文-南阳回龙抽水蓄能电站综述

南阳回龙抽水蓄能电站综述[摘要]与常规水电站相比，抽水蓄能电站的电气设备要复杂许多，其复杂的原因主要是增加了变频启动装置和换相设备。回龙抽水蓄能电站的单机容量在中等容量的可逆机组中属偏大，电气设计有着许多特殊性和复杂性。本文就南阳回龙抽水蓄能电站电气主接线、厂用电接线、主要电气设备选型及布置、过电压保护与接地、消防、照明等技术问题进行了分析。[关键词]电气一次设计主接线设备选型及布置抽水蓄能电站1电站概况回龙抽水蓄能电站位于河南省南召县境内，距负荷中心南阳市直线距离70km，距云阳220kV变电站直线距离28km。电站采用地下厂房布置方案，装设2台混流可逆式水泵水轮机组，总装机容量120MW，单机容量为60MW/67MW(发电/电动)，功率因数0.9/1.0(发电/电动)，机组最大工作水头412m，同步转速750r/min,电站以1回220kV线路接至云阳变电站。发电电动机～主变压器采用单元接线方式，升高电压侧的接线采用联合单元接线形式，采用GIS设备，220kV配电装置出线采用220kV高压交联聚氯乙烯电力电缆引至地面出线场，地面出线场采用户外敞开式设备。机组起动方式以变频起动为主、背靠背同步起动为备用。该电站在电力系统中担当调峰填谷和容量备用的作用。工程于2001年开工，2005年9月全部建成并投入商业运行。2电站在电力系统中的作用及接入系统方式抽水蓄能电站在电力系统中担当调峰填谷、承担调频和容量备用的作用，根据《水力发电厂机电设计技术规范》(SDJ173-85)，接入系统设计一般原则宜为：(1)电站输电电压尽量采用一级电压出线；(2)应以尽量少出线回路数直接接入电力系统的枢纽变电站；(3)应考虑调峰负荷和抽水电源的合理配置。南阳回龙抽水蓄能电站位于南召县城东北16km的岳庄村附近，距负荷中心南阳市70km，距云阳和遮山220kV变电站直线距离分别为28km和65km，距鸭河口火电站(700MW)直线距离48km。根据《南阳回龙抽水蓄能电站2×60MW机组接入系统修改补充》及《关于印发南阳回龙抽水蓄能电站2×60兆瓦机组接入系统设计审查意见的通知》豫电办【2000】841号，电站接入系统方案为：电站设220kV一级出线电压，对外以1回220kV线路接至云阳变电站。3电气主接线3.1接线形式与常规水电站相比，抽水蓄能电站主接线最主要特点是发电电动机电压侧的接线十分复杂，这是由发电电动机起动、换相等问题带来的。因此接线设计应力求简化，不宜设置带有母线的接线形式。本站发电电动机～主变压器采用了单元接线方式。这种单元接线简明清晰，运行可靠灵活，布置简单方便，维护工作量小，更适合于抽水蓄能电站。根据《水力发电厂机电设计技术规范》(SDJ173-85)：当发电电动机～主变压器采用单元接线方式时，在发电机出口处应装设隔离开关，但在需要倒送厂用电或开停机频繁的调峰电厂宜装设发电机断路器。由于本电站做调峰填谷运行，机组开停机操作频繁，且在每个发电机单元回路接有厂用电源分支，为适应频繁操作的运行工况，并保证机组停运时，通过主变从电力系统反送厂用电，本电站发电机回路均设置了发电机断路器。本电站仅有1回220kV出线，机组与变压器的连接方式采用单元接线后，进线为2回，220kV配电装置选择SF6全封闭组合电器地下布置型式。根据工程的实际情况，升高电压侧的接线采用联合单元接线形式，即2台主变经2台断路器后与出线隔离开关组成联合单元。3.2换相方式抽水蓄能电站具有发电和抽水两种基本工况，拟定电气主接线的主要工作是发电电动机组起动的换相问题。换相方式一般有主变低压侧换相和升高电压侧换相两种方式。高压换相能简化机压设备的布置，但会使高电压侧接线复杂，一般在电压等级不高经投资论证合理时予以选择。本电站升高电压侧电压等级较高，在高压换相会导致投资剧增。另外由于厂用电分支回路和励磁变分支回路要由主变低压侧引取，为避免这些分支回路重复设置换相设备，发电机断路器及换相开关宜设置在主变低压侧分支回路以外。因此，从节省投资、简化高压侧接线的角度考虑，确定采用主变低压侧换相方式。4厂(坝)用电系统根据规范要求，全部机组运行时应有2个独立电源，第一个电源由机压母线各引1回电源经限流电抗器至高压厂用变压器。第二电源由施工(永久)35kV变电站10kV母线引接。(1)厂用电厂用电电压等级的设置：厂用电设备采用0.4kV一级电压供电。厂用电接线方式：厂用电设3台1000kVA、10.5/0.4kV厂用变压器，对应每台变压器设一段低压母线。I段、II段母线电源引自1号、2号发电电动机机压母线；III段母线电源引自35kV施工变电站10kV母线，作为厂用电的备用电源。III段母线与I段、II段母线间均设母联断路器。全厂公用电、机组自用电、照明用电采用混合供电方式。(2)坝用电上库设1座组合式户外变电站，变压器容量为160kVA、变比为10.5/0.4kV，电源引自35kV施工变电站10kV母线。下库设1座组合式户外变电站，变电站站内设2台变压器，变压器参数均为250kVA、10.5/0.4kV,变电站进线电源为1主1备2回，其主供电源引自35kV施工变电站10kV母线，备用电源引自1号发电电动机机端。5主要电气设备选型5.1发电电动机型式：三相、立轴、悬式、离心风扇全封闭双路径轴向混合自循环端部回风空气冷却同步发电电动机额定容量：发电工况额定容量(MVA)66.67电动机工况最大输入功率(MW)66.67额定电压(kV)10.5额定转速(r/min)50飞逸转速(瞬态)(r/min)1087.5相数(相)3频率(Hz)50冷却方式：带空气冷却器的离心风扇全封闭双路径轴向混合自循环端部回风灭火方式：水喷雾灭火定子结构型式：正八边形整体结构转子结构型式：磁轭与大轴整锻成一体，现场挂装磁极+定子绕组绝缘等级：F级转子绕组绝缘等级：F级制动方式：机械制动、电气制动5.2发电机断路器发电机断路器的主要特点是额定电流大，要求开断短路直流分量和失步电流能力强。主要对真空和SF6两种型式进行了比较。真空型发电机断路器容量较小，在选用上受到限制。SF6作为新型的绝缘和灭弧介质用于发电机断路器中，设备体积小、噪音低、工作更加可靠，在水电站中得到广泛应用。随着生产技术日臻完善，制造成本也逐步下降，主要技术性能更适合回龙工程，因此最后选用SF6型。断路器为三相自然风冷式结构，额定电压17.5kV，额定电流6.3kA，额定开断电流63kA，配液压弹簧操动机构，操作次数可达10000次。发电机断路器单体由国外引进，装入国内统一生产的开关柜中。5.3换相开关、电制动开关常规的换相开关可以采用专用的三相五极换相开关，也可采用2组普通隔离开关通过连接导体交叉连接组成。专用的换相开关国内尚不能生产，如采用进口产品，不但价格昂贵，而且体积较大，布置困难。换相开关具有频繁操作的要求，而该电流、电压等级下带电动操动机构的普通隔离开关，无论国内还是国际均无合适产品可供选择。因此，考虑用断路器替代隔离开关方案。经比选，国产ZN63A-12型大电流真空断路器可满足换相开关的基本要求，额定电压12kV，额定电流4000A。因换相操作是在空载状态下进行，断路器实际上仅作为隔离开关使用，但动、热稳定要满足主回路要求，额定峰值耐受电流和额定短时耐受电流分别达到130kA和50kA，短路保护则由发电机断路器实现。因此，选用2台真空断路器组合作为换相开关，2台真空断路器分装在2面高压开关柜中，通过电气实现闭锁。电站机组采用机械制动与电制动联合方式。电气制动所配置的三相短路开关，应具有负荷开关之功能，不但要求承受短时的发电电动机额定电流，还要具备关合发电电动机残压的能力。目前对中等容量的机组尚无定型的电制动开关产品可供选择，有的工程暂以20kV的隔离开关代替，但体积较大，布置困难。与换相开关相似，大电流真空断路器满足短路开关功能要求，且易于布置，因此，选用与换相开关相同型式参数的真空断路器代替电制动开关，安装在高压开关柜中，三相星点短路连线布置在开关柜内。5.4高压限流熔断器组合保护装置发电电动机回路设有厂用分支和励磁分支回路，厂用分支回路工作电流按厂用变容量计算仅为55A，励磁分支回路仅有28A，远远小于主回路的工作电流，但其短路电流是发电机和系统两方面提供的短路电流之和，又大大超过主回路的短路电流值，达60kA，且此处的短路电流非周期分量也很大。若此处设置断路器，其制造难度很大，价格也十分昂贵。这给设备的制造和选择带来了很大困难。大容量机组往往在厂用和励磁分支回路采用离相封闭母线，厂用变压器和励磁变压器也由3个单相变压器组成，旨在避免相间短路。中小容量机组也有采用电抗器与轻型断路器组合的方式解决该处的短路保护，但回龙电站场地十分紧张，无法布置体积较大的限流电抗器。鉴于回龙电站的具体条件，厂用分支和励磁分支回路均选用了高压限流熔断器组合保护装置，这是近几年随发电机出口保护难题应运而生的保护装置，具有价格低、保护性能优越的突出特点，且结构简单、体积小，可装设在高压开关柜中，易于同主回路其他设备协调布置。高压限流熔断器组合保护装置由限流熔断器、高能氧化锌电阻以及常规中压负荷开关(或隔离开关)组成，限流熔断器能在半周波之内迅速开断大短路电流，氧化锌电阻起着限压消能作用，解决了操作过电压和能量释放问题，而负荷开关只承担正常操作和开断额定工作电流。高压限流熔断器组合保护装置的采用，满足了分支回路正常操作和短路保护功能要求，也解决了场地布置问题，是电气设备选择中的一种新的尝试。5.5变频启动装置(SFC)变频起动装置为进口设备，包括SFC入口断路器、电流互感器、电压互感器、晶闸管整流器和逆变器、直流电抗器、SFC出口断路器、暂态过电压保护装置、冷却系统、控制、保护和监测信号系统、滤波装置和辅助断路器、连接电缆、母线和输入、输出变压器等设备。除输入、输出变压器外，SFC的主要元件组装在固定的金属封闭柜内。5.6主变压器型式：三相双卷铜绕组强迫油循环水冷却有载调压变压器。型号SSPZ10-75000/220额定容量(MVA)75额定电压比(kV)230±8×1?25%/10?5额定频率(Hz)50连接组别YD，d11相数(相)35.7220kV全封闭组合电器(GIS)型式主母线为三相共筒式、断路器立式布置型号：ZF11-252额定电压(kV)220最高工作电压(kV)252额定电流(A)母线回路1250馈电回路1250相数(相)3额定频率(Hz)50额定开断电流(kA)406主要电气设备布置回龙电站为地下一洞室厂房。主厂房全长112m，宽16m。机组间距13m。面向水流方向自左至右依次为主变室、安装间、主厂房、副厂房。在发电机层(448.70m)的下游侧布置机组测量、保护盘和励磁盘等，上游侧布置机旁动力盘。在母线层(444.20m)机组第IV象限与X轴夹角30°方向为发电电动机主引出线；机组第II象限与-X轴夹角30°处为发电电动机中性点引出线，该处风罩壁外侧布置有电流互感器及中性点装置柜。母线层和水轮机层下游侧楼顶板下方为全厂电缆的主要通道，机组之间设电缆分支通道。副厂房位于主厂房右端，共分6层。其中第二层布置有照明配电室，第三层布置厂用电设备，第四至第六层布置有控制电缆夹层、蓄电池室、继电保护室及风机室等。在母线层安装间和主变室下游侧设一宽5.3m的母线廊道，该母线廊道内布置有发电电动机电压设备。廊道下方为电缆夹层。发电电动机主回路采用绝缘共箱母线，2回母线自发电电动机风罩壁引出后沿母线层下游侧至母线廊道水平安装，然后在母线廊道垂直向上引至主变室448.70m层，分别与主变低压侧相连接。主变室位于主厂房左端，分2层。第一层高程为448.70m，长52m，上游侧为变压器搬运通道，下游侧布置设备。变压器室内布置有220kV主变2台及SFC输入、输出变压器各1台。2个主变室层高9.5m，SFC输入、输出变压器室和上游侧变压器搬运通道层高5.5m。为充分利用空间，将第二层分为454.20m和458.20m两级高程，454.20m高程布置有22