淺談風(fēng)力發(fā)電電氣主接線及主變的選擇

神華國(guó)華能源投資有限公司錫林郭勒分公司 ■ 尹樹(shù)強(qiáng)

0 引言

電力飛速發(fā)展，電力工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用已為人所共知，它不僅全面影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他部門的發(fā)展，同時(shí)也極大地影響了人民物質(zhì)與文化水平的提高，影響整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步，其中發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中起著重要作用。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)電能需求也越來(lái)越高，同時(shí)，對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。這要求我們應(yīng)不斷改進(jìn)技術(shù)，改正以前存在的缺點(diǎn)和不足，并提出更高的要求。

本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是風(fēng)力發(fā)電電氣主接線及主變壓器選擇再探討，設(shè)計(jì)內(nèi)容具體如下：

1)確定主接線方案并對(duì)保留方案做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。主接線代表火電廠或變電所電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要組成部分，直接影響運(yùn)行的可靠性和靈活性，并對(duì)電器選擇和配電裝置布置及繼電保護(hù)的整定都有決定性關(guān)系。因此，主接線的正確合理設(shè)計(jì)，必須綜合處理各方面的因素，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證比較后方可確定為內(nèi)橋接線的方案。

2)電氣主接線的設(shè)計(jì)[1]。電器主接線設(shè)計(jì)應(yīng)遵循可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性3個(gè)方面。

1 電氣主接線最優(yōu)方案的確定

因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)無(wú)近區(qū)負(fù)荷，所以可采用無(wú)匯流母線接線，即單元接線(發(fā)電機(jī)-變壓器組接線)。根據(jù)《發(fā)電廠電氣部分》第170頁(yè)，發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線對(duì)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)要求：發(fā)電機(jī)和變壓器容量配套，兩者不可能單獨(dú)運(yùn)行，所以，發(fā)電機(jī)出口一般不裝斷路器，只在變壓器的高壓側(cè)裝設(shè)斷路器；斷路器與變壓器之間不必裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)。但為了發(fā)電機(jī)單獨(dú)試驗(yàn)及在發(fā)電機(jī)停機(jī)工作時(shí)由系統(tǒng)供給廠用電，發(fā)電機(jī)出口可裝設(shè)一組隔離開(kāi)關(guān)。

1.1 對(duì)于220 kV母線接線方式的選擇[2]

電氣主接線的形式多種多樣，但每種形式都要求有一種合理經(jīng)濟(jì)的方案與其對(duì)應(yīng)。現(xiàn)根據(jù)《發(fā)電廠電氣部分》第4章第2節(jié)“有匯流母線的接線”要求：

1)單母線的使用范圍：110～220 kV配電裝置出線回路數(shù)不超過(guò)2回；

2)單母分段接線的適用范圍：110～220 kV配電裝置出線回路數(shù)為3～4回；

3)單母帶旁路的適用范圍：110～220 kV出線為5回及以上時(shí)，在系統(tǒng)中居重要位置時(shí)，220 kV出線5回及以上時(shí)；

4)雙母接線的適用范圍：110～220 kV配電裝置，當(dāng)出線回路為5回及以上時(shí)采用雙母分段。

結(jié)合本設(shè)計(jì)，220 kV配電裝置出線為2回，因此可采用單母接線，母線兩側(cè)均裝有隔離開(kāi)關(guān)及斷路器，用以檢修母線。所以可擬定方案一，如圖1所示。

圖1 方案一電氣主接線

1.2 單元接線的優(yōu)點(diǎn)

1)接線簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)設(shè)備少，操作簡(jiǎn)便。

2)故障可能性小，可靠性高。

3)由于無(wú)發(fā)電機(jī)電壓母線，無(wú)多臺(tái)機(jī)并列。發(fā)電機(jī)出口短路電流有所減小，可限制短路電流。

4)配電裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

1.3 單元接線的缺點(diǎn)

單元接線中任意元件故障或檢修都會(huì)影響整個(gè)單元的工作。由于此電廠220 kV配電裝置有2回出線，故可選用橋形接線。方案二、方案三分別如圖2、圖3所示。

圖2 方案二電氣主接線

圖3 方案三電氣主接線

1.4 經(jīng)濟(jì)比較選優(yōu)

1.4.1 方案一與方案二的初步經(jīng)濟(jì)比較

方案一為單母線接線，方案二為外橋接線。統(tǒng)計(jì)短路器的個(gè)數(shù)：方案一有4個(gè)短路器，方案二有3個(gè)短路器。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)方案二比方案一經(jīng)濟(jì)，所以選擇方案二。

1.4.2 方案二與方案三的比較

方案二(外橋)特點(diǎn)：1)其中一回線路檢修或故障時(shí)，有一臺(tái)變壓器短時(shí)停運(yùn)，操作復(fù)雜；2)變壓器切除、投入或故障時(shí)，有一回短路時(shí)停運(yùn)，操作較復(fù)雜；3)線路側(cè)斷路器檢修時(shí)，線路需較長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)。

方案三(內(nèi)橋)特點(diǎn)：1)其中一回線路檢修或故障時(shí)，有一臺(tái)變壓器短時(shí)停運(yùn)，操作簡(jiǎn)單；2)變壓器切除、投入或故障時(shí)，有一回短路時(shí)停運(yùn)，操作較復(fù)雜；3)線路側(cè)斷路器檢修時(shí)，線路需較長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)。

由二者的特點(diǎn)可知，對(duì)外橋，當(dāng)檢修變壓器側(cè)斷路器時(shí)，變壓器需停運(yùn)。但對(duì)于內(nèi)橋接線，沒(méi)有停運(yùn)變壓器的必要。因?yàn)楫?dāng)檢修線路側(cè)斷路器時(shí)，此線路變壓器可通過(guò)橋經(jīng)另一線路向電網(wǎng)供電。因此方案三比方案二好。

最終選擇方案三外橋接線(見(jiàn)圖3)。

2 主變的選擇[3]

2.1 主變?nèi)萘康倪x擇[4]

單元接線主變壓器的容量應(yīng)按發(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留有10%裕度的選擇。所以變壓器的容量(MW)為：

式中，PNG為發(fā)電機(jī)的額定容量；COSφG為發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)；KP為廠用電率。所以，

可選主變型號(hào)為：SFP7-120000/220。

2.2 主變形式的選擇

在330 kV及以下的發(fā)電廠和變電所中，一般都選用三相式變壓器，因?yàn)槿噍^同容量的單相式投資少、占地小、損耗小，同時(shí)配電裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)較方便。比較以上各特點(diǎn)，選三相變壓器。

2.3 主變繞組數(shù)的確定

1)只有一種升高電壓向用戶供電或與系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，以及只有兩種電壓的變電所，采用雙繞組變壓器。

2)有兩種升高電壓向用戶供電或與系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，以及有3種電壓的變電所可采用雙繞組或三繞組變壓器。

根據(jù)以上兩點(diǎn)，結(jié)合本廠只有一種升高電壓，故選用雙繞組變壓器。

2.4 繞組接線組別的選擇

我國(guó)電力變壓器的三繞組所采用的連接方式為：110 kV及以上電壓側(cè)均為“YN”，即由中性點(diǎn)引出并直接接地；35 kV側(cè)作為高中壓側(cè)時(shí)都可采用“Y”，其中，中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地，作為低壓側(cè)時(shí)可能用“Y”或“D”；35 kV以下，電壓側(cè)(不含0.4 kV及以下)一般為“D”，也有“Y”方式。所以，本變壓器220 kV側(cè)采用“YN”，即由既有中性點(diǎn)引出并直接接地方式。

2.5 調(diào)壓方式的確定[5]

變壓器的電壓調(diào)整是用分接開(kāi)關(guān)切換變壓器的分接頭，從而改變其變比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器的分接頭較少，調(diào)壓范圍只有10%(±2×2.5%)，且分接頭必須在停電的情況下才能調(diào)節(jié)；有載調(diào)壓變壓器的分接頭較多，調(diào)壓范圍可達(dá)30%，且分接頭可在帶負(fù)荷的情況下調(diào)壓，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴，在下述情況采用較為合理：1)出力變化大，或發(fā)電機(jī)經(jīng)常在低功率因數(shù)運(yùn)行的發(fā)電廠主變壓器；2)具有可逆工作特點(diǎn)的聯(lián)絡(luò)變壓器；3)電網(wǎng)電壓可能有較大變化的220 kV及以上的變壓器；4)電力潮流變化和電壓偏移較大的110 kV變電所的主變壓器。

基于上述各種情況，電廠主變分接頭應(yīng)選為242±2×2.5%。

2.6 冷卻方式[6]

1)自然風(fēng)冷卻。無(wú)風(fēng)扇，反借助冷器、熱輻射和空氣自然對(duì)流冷卻，額定容量在1000 kVA及以下。

2)強(qiáng)迫空氣冷卻，簡(jiǎn)稱風(fēng)冷式。在冷卻器間加裝數(shù)臺(tái)電風(fēng)扇，使油迅速冷卻，額定容量在8000 kVA及以下。

3)強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻。采用潛油泵強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻，并對(duì)油管進(jìn)行冷卻，額定容量在4000 kVA及以上。

4)強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻。采用潛油泵強(qiáng)迫油循環(huán)，并用水對(duì)油管進(jìn)行冷卻，額定容量在120000 kVA及以上。

5)強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。采用潛油泵將油壓入線圈之間、線餅之間和鐵芯預(yù)先設(shè)計(jì)好的油道中進(jìn)行冷卻。

表1 具體參數(shù)

6)水內(nèi)冷。將純水注入空心繞組中，借助水的循環(huán)，將變壓器的熱量帶走。

因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)的主變?nèi)萘繛?20000 kVA，從經(jīng)濟(jì)方面考慮采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷式。綜上所述，主變最終選為：SFP7-120000/220型，其參數(shù)等詳見(jiàn)表1。

3 結(jié)論

現(xiàn)在已建成與在建風(fēng)力發(fā)電廠接線形式越來(lái)越簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，絕大多數(shù)都采用單母線接線或單母分段接線，單從可靠性考慮，方案三較優(yōu)于其他兩種接線形式。很多設(shè)計(jì)單位考慮風(fēng)力發(fā)電前期投入較高，于是簡(jiǎn)化接線，節(jié)省設(shè)備以便節(jié)約成本。對(duì)于主變的選擇，絕大多數(shù)情況下采用風(fēng)冷足以滿足運(yùn)行條件。

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