火電廠150kV變電站一次接線設(shè)計(jì)與規(guī)劃

摘要：電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、變電站、線路及用戶組成。各種形式的發(fā)電廠將不同形式的一次能源轉(zhuǎn)化為電能，電能從生產(chǎn)到用戶使用，要經(jīng)過發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)。變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。發(fā)電廠生產(chǎn)的電能，一般先由升壓變電站升壓，經(jīng)高壓輸電線路進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，再經(jīng)過降壓變電所降壓后，才能提供給用戶。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；電氣主接線；高壓電氣設(shè)備選擇；短路電流計(jì)算

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）09-0127-04

1 電氣主接線

1.1 電氣主接線綜述

發(fā)電廠、變電站的電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的重要組成部分，是由發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電抗器、互感器、避雷器等高壓電氣設(shè)備以及將它們聯(lián)系在一起的高壓電纜和母線組成。設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)合理的電氣主接線，不僅與電力系統(tǒng)整體及變電站本身運(yùn)行的可靠性、靈活性密切相關(guān)，而且對(duì)發(fā)電廠、變電站的電氣設(shè)備選型、配電裝置、繼電保護(hù)配置和控制方式都有重大意義。

1.1.1 電氣主接線的基本要求。

（1）保證必要的供電可靠性。供電可靠性是電力系統(tǒng)生產(chǎn)和分配電能的首要任務(wù)，電氣主接線應(yīng)滿足這一要求。衡量電氣主接線可靠性的標(biāo)志包括：斷路器檢修時(shí)能否不影響供電；斷路器或母線故障及檢修時(shí)，盡量減少停運(yùn)回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間，并保證對(duì)重要用戶的供電；盡量避免發(fā)電廠、變電所全部停運(yùn)的可能性；大機(jī)組、超高壓電氣主接線應(yīng)滿足可靠性的特殊要求。

（2）保證電能質(zhì)量：電壓、頻率和波形是表征電能質(zhì)量的基本指標(biāo)。電氣主接線設(shè)計(jì)是否合理對(duì)電壓、頻率有著重要的影響。

（3）具有一定的靈活性和方便性：電氣主接線應(yīng)能靈活地投入和切除某些機(jī)組、變壓器及線路，從而達(dá)到調(diào)配電源和負(fù)荷的目的；并能滿足電力系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式、檢修方式和特殊運(yùn)行方式下的調(diào)度要求。

（4）具有一定的經(jīng)濟(jì)型：電氣主接線力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器及避雷器等一次設(shè)備的投資，要盡可能簡化繼電保護(hù)和二次回路，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜。

1.1.2 基本接線方式。電氣主接線的基本接線形式一般包括單母線接線、單母線分段接線、單母分段帶旁路母線接線、雙母線接線、雙母分段接線、雙母線帶旁路母線接線、一臺(tái)半斷路器接線、變壓器-母線組接線、橋型接線、多角型接線、單元接線。

1.2 電氣主接線的基本設(shè)計(jì)

1.2.1 設(shè)計(jì)原則。電氣主接線的基本設(shè)計(jì)原則是以設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)，以相關(guān)的政策、技術(shù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實(shí)際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項(xiàng)技術(shù)要求的前提下，兼顧運(yùn)行、維護(hù)方面，盡可能地節(jié)省投資，就地取材，力爭設(shè)備元件和設(shè)計(jì)的先進(jìn)性和可靠性。還要根據(jù)國家電力負(fù)荷增長規(guī)劃，給出所設(shè)計(jì)發(fā)電廠的容量、機(jī)組臺(tái)數(shù)、電壓等級(jí)、出線回路數(shù)、主要負(fù)荷要求、電力系統(tǒng)參數(shù)等。

1.2.2 設(shè)計(jì)步驟。電氣主接線的設(shè)計(jì)經(jīng)歷可行性研究階段、初步設(shè)計(jì)階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階段和施工設(shè)計(jì)階段。具體步驟如下：

（1）對(duì)原始資料進(jìn)行分析。包括工程情況、電力系統(tǒng)情況、負(fù)荷情況、環(huán)境條件和設(shè)備供貨情況。工程情況包括發(fā)電廠類型、設(shè)計(jì)規(guī)劃容量、單機(jī)臺(tái)數(shù)、最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)及可能的運(yùn)行方式等；電力系統(tǒng)情況包括近期及遠(yuǎn)景規(guī)劃等，發(fā)電廠或變電站所在電力系統(tǒng)中的位置和作用；負(fù)荷情況包括負(fù)荷的性質(zhì)及其地理位置、輸電電壓等級(jí)、出線回路數(shù)及輸送容量。

（2）主接線方案的選擇。根據(jù)任務(wù)書的要求，結(jié)合原始資料分析，對(duì)電源和出現(xiàn)回路數(shù)、電壓等級(jí)、變壓器臺(tái)數(shù)、容量及母線結(jié)構(gòu)等綜合考慮，進(jìn)行可靠性計(jì)算，淘汰不合理方案，確定最終方案。

（3）短路電流計(jì)算和主要電氣設(shè)備選擇。對(duì)選定的電氣主接線進(jìn)行短路電流計(jì)算，選擇出合理的電氣設(shè)備。

（4）繪制電氣主接線圖。

（5）編制工程概算。

2 火電廠150kV電氣主接線

2.1 火電廠電氣主接線

本電廠為2×350MW燃煤發(fā)電機(jī)組，內(nèi)設(shè)150kV配電裝置，出4回線路接入150kV系統(tǒng)。采用3/2斷路器接線方式，2臺(tái)發(fā)電機(jī)組經(jīng)主變壓器升壓接入150kV母線。全廠設(shè)置1臺(tái)啟動(dòng)/備用變壓器，作為電廠機(jī)組起動(dòng)和備用電源；設(shè)置1臺(tái)150/20kV城市供電變壓器（TFT），分別由150kV母線引接。廠用電系統(tǒng)采用6.3kV和400/230V兩級(jí)電壓等級(jí)。

2.2 電氣主接線圖

電氣主接線圖如圖1所示。

3 繼電保護(hù)和短路電流計(jì)算

3.1 短路電流計(jì)算綜述

3.1.1 短路電流計(jì)算的目的。

（1）為確保所選設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、可靠地工作，需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。

（2）在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需校驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相相對(duì)地的安全距離。

圖1

（3）在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。

（4）接地裝置的設(shè)計(jì)，需用短路電流。

3.1.2 短路電流計(jì)算的規(guī)定。

（1）電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負(fù)載下運(yùn)行。

（2）短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。

（3）應(yīng)考慮對(duì)短路電流值有影響的所有元件。

（4）選取可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式。

（5）應(yīng)按工程設(shè)計(jì)容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃。

（6）短路點(diǎn)選取通過電器設(shè)備短路電流為最大的地點(diǎn)。

3.1.3 計(jì)算步驟。

（1）選取不同的短路點(diǎn)進(jìn)行短路電流計(jì)算。

（2）繪制相應(yīng)的短路電流計(jì)算阻抗圖。

（3）計(jì)算各元件的正、負(fù)及零序阻抗（電抗）。

（4）計(jì)算短路電流沖擊值。

（5）計(jì)算全電流最大有效值。

（6）計(jì)算短路容量。

（7）繪制短路電流計(jì)算結(jié)果表。

3.2 短路電流計(jì)算

3.2.1 原始數(shù)據(jù)（表1）。

3.2.2 取基準(zhǔn)值 基準(zhǔn)容量Sj（MVA） 1000 基準(zhǔn)電壓 Uj（kV） 6.3 20 157.5

3.2.3 短路電流計(jì)算接線圖（圖2）。

3.2.4 計(jì)算結(jié)果（表2）。

4 導(dǎo)線及電氣設(shè)備選擇

4.1 150kV導(dǎo)線

4.1.1 150kV主母線選用耐熱鋁合金導(dǎo)線2×NRLH60GJ-

1440/120，分裂間距為200mm。

4.1.2 主變進(jìn)線為2×LGKK-600，分裂間距為200mm。

4.1.3 過渡母線及設(shè)備連接導(dǎo)線為2×LGJQT-1400，分裂間距為200mm。

4.1.4 起備變和城鎮(zhèn)變出線為LGJ-400/25。

圖2

4.2 主變壓器

4.2.1 額定容量：420 MVA

4.2.2 型式：三相

4.2.3 變比：157.5±2±2.5% / 20 kV

4.2.4 阻抗：14%

4.2.5 冷卻方式：OFAF

4.2.6 接線組別：YN，d11

4.3 150kV SF6斷路器

4.3.1 型號(hào)：LTB170D1/B

4.3.2 型式：瓷柱式

4.3.3 額定電壓：170kV

4.3.4 額定電流：3150A

4.3.5 額定短路開斷電流：40kA

4.3.6 3s短時(shí)耐受電流：40kA

4.3.7 額定峰值耐受電流：100kA

4.4 150kV隔離開關(guān)

4.4.1 型號(hào)：GW4-252 / GW10-252

4.4.2 型式：雙柱式

4.4.3 額定電壓：220kV

4.4.4 額定電流：3150A

4.4.5 3s短時(shí)耐受電流：50kA

4.4.6 額定峰值耐受電流：125kA

4.5 150kV電流互感器

4.5.1 型號(hào)：LB7-170WTH

4.5.2 型式：戶外、油浸

4.5.3 額定電壓：170kV

4.5.4 額定一次電流：2×1250A

4.5.5 額定二次電流：1A

4.5.6 準(zhǔn)確等級(jí)：0.2S/0.2S /5P30/5P30/5P30/5P30/5P30

4.6 150kV電壓互感器

4.6.1 型號(hào)：TYD150/√3-0.01（0.005）H

4.6.2 型式：戶外、電容式

4.6.3 額定電壓：150kV

4.6.4 電壓比：單相

4.7 150kV避雷器

4.7.1 型號(hào)：Y10W1-140/360W

4.7.2 型式：金屬氧化物避雷器

4.7.3 額定電壓：140kV（有效值）

4.7.4 標(biāo)稱沖擊電流殘壓：360kV（峰值）

參考文獻(xiàn)

[1]劉寶貴，楊志輝，馬仕海.發(fā)電廠變電所電氣部分（第

二版）[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2]周浩，王慧芳，楊莉，孫可.電力工程[M].杭州：浙

江大學(xué)出版社，2007.

[3]熊信銀，朱永利.發(fā)電廠電氣部分（第四版）[M].北

京：中國電力出版社，2009.

[4]韓禎祥.電力系統(tǒng)分析[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，

2005.

[5]唐志平，楊胡萍，郭曉麗，鄒一琴.供配電技術(shù)（第二

版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[6]王思華，吳秋瑞，吳文輝.電力工程[M].北京：中國

電力出版社，2011.

作者簡介：單耀生（1966—），男，陜西咸陽人，西安興儀科技股份有限公司電氣熱控工程師，研究方向：能源火力發(fā)電及電力系統(tǒng)工程建設(shè)、電氣儀表、熱工控制

系統(tǒng)。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）