大型電源接入系統(tǒng)方案標(biāo)準(zhǔn)模式研究

張友泉，王春義，安　鵬（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南　250001）

大型電源接入系統(tǒng)方案標(biāo)準(zhǔn)模式研究

張友泉，王春義，安鵬
（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001）

多臺(tái)大容量機(jī)組接入對(duì)電網(wǎng)短路電流影響較大，同時(shí)對(duì)電力送出可靠性要求較高。為適應(yīng)大容量機(jī)組接入電網(wǎng)要求，增加控制短路電流措施，提出一種新的大型電源接入系統(tǒng)方案標(biāo)準(zhǔn)模式，即雙母線(xiàn)分段交叉接線(xiàn)。該接線(xiàn)方式母線(xiàn)分段后可保證每段母線(xiàn)上的兩臺(tái)機(jī)組通過(guò)兩回線(xiàn)路接入不同變電站，且出線(xiàn)不同塔、不同路徑，提高電廠(chǎng)送出可靠性，為今后大型電源接入系統(tǒng)方案提供有益借鑒。案例分析表明了所提接入方案標(biāo)準(zhǔn)模式的有效性。

電源；接入系統(tǒng)；主接線(xiàn)；可靠性

0　引言

山東省是一個(gè)水資源匱乏、煤炭資源供不應(yīng)求、環(huán)保空間有限、土地相對(duì)偏少的省份，資源條件成為制約山東省電源發(fā)展的重要因素。山東省煤炭資源探明地質(zhì)儲(chǔ)量331億t，約占全國(guó)的3%，人均儲(chǔ)量不足全國(guó)平均水平的一半；省內(nèi)煤炭產(chǎn)量穩(wěn)定在1.5億t左右。從全省一次能源生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)來(lái)看，煤炭資源占比多年來(lái)維持在70%以上。山東80%以上的電煤需要從省外調(diào)入，煤炭對(duì)外依存度高，運(yùn)輸壓力大。

考慮到山東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，以及能源供應(yīng)的特點(diǎn)，未來(lái)山東省將優(yōu)化電源布局，調(diào)整電源結(jié)構(gòu)，積極接納省外來(lái)電，優(yōu)化發(fā)展省內(nèi)燃煤火電，安全穩(wěn)妥發(fā)展核電，發(fā)展高效大容量機(jī)組勢(shì)在必行［1］。同時(shí)，山東省適合建電廠(chǎng)的廠(chǎng)址資源越來(lái)越稀缺，因此，新建電源點(diǎn)單機(jī)容量大、規(guī)劃?rùn)C(jī)組多的特點(diǎn)將十分突出。文獻(xiàn)［2］對(duì)大型核電站進(jìn)行建模，并分析了大型核電站接入對(duì)電網(wǎng)潮流和短路電流的影響。文獻(xiàn)［3］分析了大型核電機(jī)組接入后與電網(wǎng)在頻率和電壓方面的相互影響。文獻(xiàn)［4］從電網(wǎng)潮流、穩(wěn)定和調(diào)峰能力方面分析了大型核電站接入電網(wǎng)的適應(yīng)性。但上述文獻(xiàn)均未重點(diǎn)對(duì)多臺(tái)大容量機(jī)組的接入系統(tǒng)方案進(jìn)行深入研究。本文重點(diǎn)針對(duì)單機(jī)容量100萬(wàn)kW及以上、規(guī)劃6～8臺(tái)機(jī)組（含火電、核電）的大型電源項(xiàng)目接入系統(tǒng)方案的標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行分析，并提出典型接入方案。

1　大型電源項(xiàng)目接入系統(tǒng)主要困難

1.1接入方案安全性、可靠性要求高

大型電源單機(jī)容量和規(guī)劃容量大，在電網(wǎng)中占比高，其接入系統(tǒng)方案是否安全、可靠，對(duì)電網(wǎng)安全至關(guān)重要。

1.2短路容量大

電廠(chǎng)6臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)，若以500 kV電壓接入系統(tǒng)，6臺(tái)機(jī)組向母線(xiàn)提供短路電流為15.231 kA。電廠(chǎng)500 kV出線(xiàn)6回，接入3個(gè)不同的接入點(diǎn)，電廠(chǎng)500 kV母線(xiàn)最大短路電流達(dá)64 kA。

電廠(chǎng)8臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)，向母線(xiàn)提供短路電流為20.309 kA。電廠(chǎng)500 kV出線(xiàn)6～8回，接入3～4個(gè)不同的接入點(diǎn)，電廠(chǎng)500 kV母線(xiàn)最大短路電流將超過(guò)70 kA，不具備并列運(yùn)行條件，可考慮分兩個(gè)500 kV配電裝置獨(dú)立運(yùn)行。

100萬(wàn)kW級(jí)大型機(jī)組接入對(duì)周邊500 kV電網(wǎng)提供短路電流（不考慮主網(wǎng)提供短路電流）如圖1所示。由圖可知，隨著送電距離的增長(zhǎng)，短路電流隨之衰減，衰減速度逐漸降低。

圖1　短路電流曲線(xiàn)

1.3電網(wǎng)接入點(diǎn)稀缺

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、用電量不斷增加，電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，系統(tǒng)短路電流不斷提高，大型電源可行的接入點(diǎn)越來(lái)越少。

2　解決方案

2.1雙母線(xiàn)分段交叉出線(xiàn)方案

雙母雙分段接線(xiàn)如圖2所示，當(dāng)一組母線(xiàn)故障后，能迅速恢復(fù)供電；通過(guò)母線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)倒閘操作，可以輪流檢修一組母線(xiàn)而不致使供電中斷，供電可靠性較高。

電廠(chǎng)采用雙母線(xiàn)分段接線(xiàn)，根據(jù)需要可以適時(shí)分段運(yùn)行，調(diào)整電網(wǎng)系統(tǒng)潮流，限制短路電流等，接線(xiàn)方式靈活。

在雙母線(xiàn)分段接線(xiàn)基礎(chǔ)上，為提高電廠(chǎng)送出的可靠性，提出了雙母線(xiàn)分段交叉出線(xiàn)接線(xiàn)，如圖3所示。該接線(xiàn)方案下，每段母線(xiàn)上的兩臺(tái)機(jī)組通過(guò)兩回線(xiàn)路接入不同變電站，且出線(xiàn)不同塔、不同路徑，能夠提高電廠(chǎng)的運(yùn)行可靠性。

圖2　雙母線(xiàn)分段接線(xiàn)

圖3　雙母線(xiàn)分段交叉接線(xiàn)

2.2控制系統(tǒng)短路電流分析

在圖3基礎(chǔ)上，電廠(chǎng)4臺(tái)機(jī)組并列和分段情況下，對(duì)A站提供短路電流值計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4　短路電流曲線(xiàn)

雙母線(xiàn)分段前后（不考慮主網(wǎng)提供短路電流），電廠(chǎng)側(cè)和對(duì)A站提供短路電流值下降約1/2，效果明顯。

2.3電廠(chǎng)送出可靠性分析

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主要采用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞椒ㄩ_(kāi)展主接線(xiàn)可靠性研究，是以出線(xiàn)的連通性作為可靠性指標(biāo)，其計(jì)算結(jié)果主要是出線(xiàn)連通（或斷開(kāi)）的概率和頻率，在一定程度上反映主接線(xiàn)的可靠性［5-7］。

本研究是通過(guò)直接分析主接線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖，找出影響每一回線(xiàn)路停電的事件，然后分析在該事件下的結(jié)果，得到該狀態(tài)下的概率和頻率。

故障的搜索方法如下：首先找到任一回出線(xiàn)到源點(diǎn)的最小割集，包括一階割集、二階割集，也就是相應(yīng)的一重故障、二重故障。對(duì)于割集，其可靠性指標(biāo)按如下原則計(jì)算。

1）一重故障。故障率即為單個(gè)元件強(qiáng)迫停運(yùn)的故障率，故障恢復(fù)時(shí)間也為單個(gè)元件強(qiáng)迫停運(yùn)的故障恢復(fù)時(shí)間；當(dāng)然，如果存在備用設(shè)備，停電時(shí)間就是備用設(shè)備投運(yùn)的操作時(shí)間。

2）二重故障。應(yīng)考慮強(qiáng)迫停運(yùn)與計(jì)劃?rùn)z修停運(yùn)重疊的情況。

在求出任一回線(xiàn)路的故障事件后，根據(jù)相應(yīng)的可靠性判據(jù)，求出在此類(lèi)判據(jù)下或?qū)е孪到y(tǒng)故障的各重故障事件。

采用發(fā)電廠(chǎng)及變電所電氣主接線(xiàn)可靠性評(píng)估軟件SSRE-TH對(duì)比兩種主接線(xiàn)的可靠性［8］，軟件流程如圖5所示。

圖5　軟件流程

采用雙母線(xiàn)分段交叉出線(xiàn)后，主接線(xiàn)可用率提高，故障頻率降低，可以提高電廠(chǎng)送出的可靠性，計(jì)算結(jié)果如表1和表2所示。

表1　主接線(xiàn)連續(xù)性指標(biāo)（雙母分段接線(xiàn)）

表2　主接線(xiàn)連續(xù)性指標(biāo)（雙母分段交叉接線(xiàn)）

2.4對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響分析

當(dāng)母線(xiàn)分段斷路器打開(kāi)后，對(duì)圖2和圖3兩種主接線(xiàn)進(jìn)行穩(wěn)定分析。計(jì)算至B站同塔雙回線(xiàn)路故障時(shí)，電網(wǎng)穩(wěn)定情況如圖6和圖7所示。

圖6　雙母線(xiàn)分段接線(xiàn)穩(wěn)定曲線(xiàn)

圖7　雙母線(xiàn)分段交叉接線(xiàn)穩(wěn)定曲線(xiàn)

從穩(wěn)定曲線(xiàn)可知，采用常規(guī)雙母線(xiàn)分段接線(xiàn)方案，當(dāng)其中某一通道故障時(shí)，該段母線(xiàn)連接的機(jī)組失去送出線(xiàn)路，故障線(xiàn)路側(cè)母線(xiàn)電壓會(huì)持續(xù)升高并超過(guò)1.1 pu，不滿(mǎn)足運(yùn)行要求，需采取切機(jī)措施。采用交叉接線(xiàn)后，可以保證任一通道故障時(shí)，發(fā)電機(jī)組均可實(shí)現(xiàn)電力送出，電網(wǎng)能保持穩(wěn)定。

3　案例分析

3.16臺(tái)機(jī)組接入方案

海陽(yáng)核電廠(chǎng)位于山東省煙臺(tái)海陽(yáng)市，規(guī)劃容量為6×1 250MW［9］，接入系統(tǒng)方案如圖8所示。

圖8　接入系統(tǒng)方案示意

為提高海陽(yáng)核電廠(chǎng)送出可靠性，海陽(yáng)核電廠(chǎng)500 kV主接線(xiàn)采用雙母線(xiàn)分段交叉接線(xiàn)方案如圖9所示。

圖9　海陽(yáng)核電廠(chǎng)電氣主接線(xiàn)

為降低本站及對(duì)側(cè)變電站短路電流，海陽(yáng)核電500 kV母線(xiàn)分段后，本站短路電流由53.210 kA降至28.100 kA左右，對(duì)側(cè)萊陽(yáng)站由50 kA以上降至47 kA，效果較明顯，具體如表3所示。

可靠性計(jì)算如表4所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，海陽(yáng)核電廠(chǎng)主接線(xiàn)全廠(chǎng)停運(yùn)指標(biāo)可用率為1，年故障頻率為0，可以得出海陽(yáng)核電廠(chǎng)6臺(tái)1 250MW機(jī)組通過(guò)6回500 kV線(xiàn)路接入系統(tǒng)，主接線(xiàn)采用雙母線(xiàn)分段交叉出線(xiàn)可靠性非常高，核電廠(chǎng)失去廠(chǎng)外電源的概率為0。

表3　短路電流計(jì)算結(jié)果　kA

表4　主接線(xiàn)連續(xù)性和全站停電指標(biāo)

3.28臺(tái)機(jī)組接入方案

國(guó)華壽光發(fā)電廠(chǎng)位于濰坊壽光市，近期規(guī)劃容量4×1 000MW，遠(yuǎn)期規(guī)劃容量8×1 000MW，接入系統(tǒng)方案如圖10所示。

圖10　接入系統(tǒng)方案示意

考慮遠(yuǎn)近結(jié)合，壽光電廠(chǎng)規(guī)劃建設(shè)2個(gè)500 kV配電裝置，分兩期建設(shè)，由冷卻塔隔開(kāi)。為提高壽光電廠(chǎng)送出可靠性，平衡出線(xiàn)潮流，壽光電廠(chǎng)500 kV主接線(xiàn)采用雙母線(xiàn)分段交叉接線(xiàn)方案如圖11所示。

為降低對(duì)側(cè)清河站短路電流，壽光電廠(chǎng)500 kV母線(xiàn)分段后，本站短路電流由46～48kA降至20～36kA，對(duì)側(cè)清河站由61 kA以上降至56 kA，效果較明顯，具體如表5和表6所示。

可靠性計(jì)算如表6所示。壽光電廠(chǎng)8臺(tái)機(jī)組通過(guò)6回500 kV線(xiàn)路接入系統(tǒng)，主接線(xiàn)采用雙母線(xiàn)分段交叉出線(xiàn)可靠性非常高，全廠(chǎng)停電概率為0。

表5　短路電流計(jì)算結(jié)果　kA

表6　主接線(xiàn)連續(xù)性和全站停電指標(biāo)

圖11　壽光電廠(chǎng)電氣主接線(xiàn)

4　結(jié)語(yǔ)

提出一種新的大型電源接入系統(tǒng)方案標(biāo)準(zhǔn)模式，即雙母線(xiàn)分段交叉接線(xiàn)。該接線(xiàn)母線(xiàn)分段后可保證每段母線(xiàn)上的兩臺(tái)機(jī)組通過(guò)兩回線(xiàn)路接入不同變電站，且出線(xiàn)不同塔、不同路徑，提高電廠(chǎng)送出可靠性。通過(guò)與常規(guī)雙母線(xiàn)分段相比，在穩(wěn)定性和可靠性等方面優(yōu)勢(shì)較大。

通過(guò)對(duì)海陽(yáng)核電廠(chǎng)和壽光電廠(chǎng)案例分析，主接線(xiàn)采用雙母線(xiàn)分段交叉出線(xiàn)可靠性非常高，全廠(chǎng)停電概率為0，降低本站及對(duì)側(cè)變電站短路電流效果明顯，可為今后大型電源接入系統(tǒng)方案提供有益借鑒。

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Standard M ode Research on Scheme of Large Power Supp ly Access System

ZHANG Youquan，WANG Chunyi，AN Peng
（State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

Large capacity units accessed to system have great effect on short-circuit current，meanwhile it demands high reliability requirements for output of power.In order to meet the requirement of large capacity units connected to the power grid，and provide measures for short-circuit current reduction，a new standard mode of the cross sectionalized double-bus configuration for large capacity power units connected to the power grid is proposed.The configuration can guarantee two units on each bus bar be connected to system through two transmission lines on different towers and paths to different substations. This standard mode can improve the reliability of output of power and provide a useful reference for large capacity units connected to the power grid in future.The effectiveness of the proposed standard mode is demonstrated through cases.

power plant；system integration；main electrical connection；reliability

TM711

A

1007-9904（2016）04-0010-05

2016-01-12

張友泉（1967），男，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃、輸變電工程可研管理工作；

王春義（1980），男，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃和電力系統(tǒng)運(yùn)行分析工作；

安鵬（1981），男，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃和電力系統(tǒng)運(yùn)行分析工作。