引言

改革開放以來,我國電力工業(yè)迅猛發(fā)展,火電的發(fā)電量隨著裝機(jī)容量的攀升而迅速提高。2020年,我國全年發(fā)電總量為7T170.T億kw·h,較2019年全年發(fā)電量增長了2.7%:2020年我國全年火力發(fā)電總量為52798.7億kw·h,占2020年全年發(fā)電總量的71.19%,較2019年全年火力發(fā)電總量增長了1.2%。近年來,我國600MW、1000MW大容量機(jī)組相繼投產(chǎn),500kV、750kV超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)逐漸擴(kuò)大,標(biāo)志著我國電力工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段,這就對(duì)發(fā)電廠的電氣設(shè)計(jì)提出了更高的要求?；鹆Πl(fā)電廠的規(guī)劃和設(shè)計(jì)要響應(yīng)國家相關(guān)政策的號(hào)召,積極穩(wěn)妥地應(yīng)用通過可靠性論證的先進(jìn)技術(shù)及新設(shè)備,努力提高自動(dòng)化運(yùn)維水平,做到經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理,運(yùn)行安全可靠。

某廠裝機(jī)容量為2×200MW＋2×300MW=1000MW,以220kV電壓等級(jí)向較遠(yuǎn)T大高用電等級(jí)用戶供電,輸出T回線路以500kV高電壓等級(jí)向系統(tǒng)供電,220kV電壓等級(jí)最大綜合負(fù)荷為+60MW,系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)如圖1所示。

1電氣主接線設(shè)計(jì)

根據(jù)發(fā)電廠電壓等級(jí)及該電廠在電網(wǎng)的重要性選型相應(yīng)的電氣主接線架構(gòu),電氣主接線要兼顧可靠性和靈活性需求,同時(shí)也要實(shí)現(xiàn)降低運(yùn)行和維修成本。該廠承擔(dān)著重要負(fù)荷,斷電會(huì)造成國民經(jīng)濟(jì)的重大損失。220kV側(cè)有T回出線,主接線架構(gòu)可以選用雙母線接線,并增設(shè)旁路母線及旁路母線維修斷路器,實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)不斷電檢修母線。本廠以T回500kV線路和系統(tǒng)相連,對(duì)于500kV配電裝置,其必須保證系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。雖然本廠在電力系統(tǒng)中居重要地位,但其500kV側(cè)出線只有T回,因此500kV側(cè)電氣主接線架構(gòu)為具有高可靠性的一臺(tái)半斷路器接線,便于擴(kuò)建,沒有像雙母線帶旁路母線接線那樣,在檢修時(shí)有著煩瑣的倒閘操作。本廠電氣主接線如圖2所示。

2廠用電接線設(shè)計(jì)

本廠有2臺(tái)200MW及2臺(tái)300MW共T臺(tái)發(fā)電機(jī)組。高壓廠用工作電壓設(shè)定為6kV,根據(jù)爐、機(jī)、電的對(duì)應(yīng)性要求,高壓廠用工作電源從發(fā)電機(jī)電壓回路引接,即從主變的低壓側(cè)引接,同時(shí)每一臺(tái)機(jī)組單獨(dú)設(shè)置一個(gè)二分段的單母線,滿足"按爐分段"的原則。每?jī)膳_(tái)機(jī)組設(shè)置一臺(tái)啟動(dòng)/備用電源,其中2臺(tái)200MW機(jī)組共用一臺(tái)啟動(dòng)/備用電源,從與系統(tǒng)聯(lián)系密切且供電可靠的200kV母線引接。2臺(tái)300MW機(jī)組容量較大,共用一臺(tái)啟動(dòng)/備用電源,其啟動(dòng)/備用電源需要具有更高的供電可靠性,設(shè)計(jì)從聯(lián)絡(luò)變壓器低壓繞組引接,220kV母線和500kV母線任何一段母線都可為300MW機(jī)組的啟動(dòng)/備用電源供電。

3變壓器的選擇

3.1主變壓器的選擇

發(fā)電機(jī)與相應(yīng)變壓器采用單元接線方式連接,發(fā)電機(jī)與變壓器為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。本廠共有4臺(tái)發(fā)變機(jī)組,因此需要4臺(tái)雙繞組主變。周邊有鐵路經(jīng)過,因此可以不受運(yùn)輸條件的限制而選用三相變壓器。本廠中主變出力較大,且主副邊電壓須維持在一定水平上,因此選用有載調(diào)壓方式的主變,冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷,其容量按發(fā)電機(jī)額定容量減去廠內(nèi)負(fù)荷后留有10%的裕度。

200×(1-8%)×110%/85%≈238.12MVA<240MVA300×(1-8%)×110%/85%≈357.18MVA<360MVA

200MW機(jī)組選用240MVA的主變,300MW機(jī)組選用360MVA的主變,容量滿足要求。故200MW機(jī)組主變選擇sFP7-240000/220,300MW機(jī)組主變選擇sFP-360000/500。

3.2高廠變及啟備變的選擇

本廠廠用電電壓等級(jí)為6kV,每一臺(tái)機(jī)組單獨(dú)設(shè)置一個(gè)二分段母線,高壓廠用變壓器可選用全容量的分列式繞組變壓器,兩個(gè)分列繞組分別為兩段母線供電。高廠變?nèi)萘靠砂磸S用電機(jī)械從電源獲得足夠的功率進(jìn)行選擇,啟備變的容量不小于最大一臺(tái)高廠變的容量。因此,200MW機(jī)組高廠變選擇sFF-31500/15.75,300MW機(jī)組高廠變選擇sFPF7-40000/18;啟備變選擇sFPF3-31500/220、sFPFZ7-40000/35。

3.3聯(lián)絡(luò)變的選擇

本廠選用自耦變壓器作為連接200kV與500kV兩種電壓等級(jí)的聯(lián)絡(luò)變壓器,并在其低壓繞組接啟動(dòng)/備用變壓器。聯(lián)絡(luò)變壓器的容量應(yīng)大于連接在兩種電壓母線上容量最大的機(jī)組。本廠中最大一臺(tái)機(jī)組容量為300MW,故選擇容量為360MVA的聯(lián)絡(luò)變壓器。聯(lián)絡(luò)變選擇osFPsZ-360000/500。

4短路電流的計(jì)算

本設(shè)計(jì)采用運(yùn)算曲線法進(jìn)行工程實(shí)用計(jì)算。本系統(tǒng)的等值電路圖如圖3所示,選取了d1(220kV母線)、d2(500kV母線)、d3(200MW發(fā)電機(jī)出口)、d4(300MW發(fā)電機(jī)出口)、d5~d8(6kV高壓廠用母線)共八個(gè)短路點(diǎn)進(jìn)行短路電流計(jì)算。

短路電流計(jì)算結(jié)果如表1所示。

5導(dǎo)體及電氣設(shè)備的選擇

5.1斷路器的選擇

以220kV側(cè)斷路器為例進(jìn)行選擇。220kV側(cè)雙繞組變壓器回路最大持續(xù)工作電流為:

斷路器的選擇條件:斷路器額定電壓UN≥220kV;斷路器額定電流IN≥Igmax=648.36A;額定開斷電流INbr≥I"=9.0031kA;額定短路關(guān)合電流iNc1≥ich=23.5881kA。

初步選擇Lw6-220型sF6斷路器,對(duì)斷路器進(jìn)行熱穩(wěn)定及動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。短路電流的熱效應(yīng)為:

滿足熱穩(wěn)定要求。

ies=53kA≥ich=23.5881kA,滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。斷路器的選擇結(jié)果如表2所示。

5.2隔離開關(guān)的選擇

隔離開關(guān)與斷路器的選擇方式相同,選擇結(jié)果如表3所示。

5.3載流導(dǎo)體的選擇

導(dǎo)體以220kV進(jìn)線為例進(jìn)行選擇。每條進(jìn)線的最大輸送功率按200MW機(jī)組進(jìn)行計(jì)算,最大持續(xù)工作電流為:

按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)體截面積。查圖可知鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟(jì)電流密度J=0.94A/mm2,則導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)截面為:

故選擇型號(hào)為LGJ-800/55的鋼芯鋁絞線,其長期允許載流量Ia1=885A,計(jì)算截面為870.60mm2>300mm2,故無須進(jìn)行電暈電壓校驗(yàn)。選擇的是軟導(dǎo)線,故也無須進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。

KIa1=0.88×885=778.8>648.36A,滿足要求,式中的K為綜合校正系數(shù),取0.88。

短路電流熱效應(yīng):

則正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體的溫度為(取環(huán)境溫度9=25℃):

查表可得,熱穩(wěn)定系數(shù)c=95,則滿足短路時(shí)發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面積為:

因此所選導(dǎo)體LGJ-800/55型鋼芯鋁絞線滿足熱穩(wěn)定要求。

導(dǎo)體的選擇結(jié)果如表4所示。

6220kV配電裝置及防雷保護(hù)設(shè)計(jì)

6.1220kV配電裝置設(shè)計(jì)

結(jié)合本廠情況,220kV側(cè)采用雙母線帶旁路母線接線方式,由高壓配電裝置的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍可得,220kV配電裝置采用屋外分相中型配電裝置。母線采用管母線,隔離開關(guān)選用Gw6型單柱式隔離開關(guān),這樣可以進(jìn)一步壓縮間隔寬度。配電裝置斷面圖如圖4、圖5所示,標(biāo)注單位為毫米。

本廠220kV側(cè)有4回出線,占據(jù)4個(gè)間隔。#1主變進(jìn)線、#2主變進(jìn)線、啟備變進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)變進(jìn)線共4回進(jìn)線,占據(jù)4個(gè)間隔。母聯(lián)、主母線與旁路母線連接線、母線電壓互感器和避雷器占據(jù)3個(gè)間隔。因此,220kV高壓配電裝置共有11個(gè)間隔?？紤]到電氣安全凈距,每個(gè)電氣間隔取13m。

6.2220kV配電裝置防雷保護(hù)設(shè)計(jì)

220kV電壓等級(jí)侵入波保護(hù)選用Y10w1-200/496氧化鋅無間隙避雷器。220kV側(cè)共有兩只構(gòu)架,構(gòu)架高度為14.5m,構(gòu)架長143m,構(gòu)架間距為44.5m。選用8只高度為30m的避雷針裝設(shè)在構(gòu)架上,布置位置如圖6所示。通過計(jì)算,保護(hù)最低點(diǎn)高度均高于所保護(hù)設(shè)備的高度,220kV配電裝置都在保護(hù)范圍之內(nèi)。

7300MW發(fā)電機(jī)變壓器組繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

繼電保護(hù)應(yīng)滿足四性要求,即選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性。繼電保護(hù)裝置要能可靠反映各種故障和異常運(yùn)行狀態(tài)。300MW發(fā)電機(jī)變壓器組的保護(hù)裝置配置如表5~7所示。

8結(jié)語

本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中遵守國家政策和相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程,始終把可靠性放在首位,滿足功能與性能要求,同時(shí)降低運(yùn)行和維修成本,運(yùn)行安全可靠,具有一定參考價(jià)值。

本設(shè)計(jì)中所選用的電氣主接線供電可靠、調(diào)度靈活、檢修方便,并為以后擴(kuò)建及安裝大容量機(jī)組奠定了基礎(chǔ)。所選主變、高廠變、啟備變及聯(lián)絡(luò)變經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理。通過對(duì)短路電流進(jìn)行計(jì)算,選擇了符合要求的導(dǎo)體及電氣設(shè)備,從而使電氣主接線及配電裝置達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的目的。防雷保護(hù)采用8只避雷針對(duì)220kV配電裝置進(jìn)行防雷。300MW護(hù)、發(fā)電機(jī)接地保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)等三部分進(jìn)行配置,滿足大容量機(jī)組對(duì)保護(hù)選擇性、靈敏性及可靠性的要求。