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大容量機組相繼投產(chǎn),500kV、750kV超高壓輸電網(wǎng)絡逐漸擴大,標志著我國電力工業(yè)已經(jīng)進入一個新的發(fā)展階段,這就對發(fā)電廠的電氣設計提出了更高的要求。火力發(fā)電廠的規(guī)劃和設計要響應國家相關政策的號召,積極穩(wěn)妥地應用通過可靠性論證的先進技術及新設備,努力提高自動化運維水平,做到經(jīng)濟技術合理,運行安全可靠。
某廠裝機容量為2×200MW＋2×300MW=1000MW,以220kV電壓等級向較遠T大高用電等級用戶供電,輸出T回線路以500kV高電壓等級向系統(tǒng)供電,220kV電壓等級最大綜合負荷為+60MW,系統(tǒng)聯(lián)絡如圖1所示。
1電氣主接線設計
根據(jù)發(fā)電廠電壓等級及該電廠在電網(wǎng)的重要性選型相應的電氣主接線架構,電氣主接線要兼顧可靠性和靈活性需求,同時也要實現(xiàn)降低運行和維修成本。該廠承擔著重要負荷,斷電會造成國民經(jīng)濟的重大損失。220kV側有T回出線,主接線架構可以選用雙母線接線,并增設旁路母線及旁路母線維修斷路器,實現(xiàn)發(fā)電機不斷電檢修母線。本廠以T回500kV線路和系統(tǒng)相連,對于500kV配電裝置,其必須保證系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運行。雖然本廠在電力系統(tǒng)中居重要地位,但其500kV側出線只有T回,因此500kV側電氣主接線架構為具有高可靠性的一臺半斷路器接線,便于擴建,沒有像雙母線帶旁路母線接線那樣,在檢修時有著煩瑣的倒閘操作。本廠電氣主接線如圖2所示。
2廠用電接線設計
本廠有2臺200MW及2臺300MW共T臺發(fā)電機組。高壓廠用工作電壓設定為6kV,根據(jù)爐、機、電的對應性要求,高壓廠用工作電源從發(fā)電機電壓回路引接,即從主變的低壓側引接,同時每一臺機組單獨設置一個二分段的單母線,滿足"按爐分段"的原則。每兩臺機組設置一臺啟動/備用電源,其中2臺200MW機組共用一臺啟動/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300MW機組容量較大,共用一臺啟動/備用電源,其啟動/備用電源需要具有更高的供電可靠性,設計從聯(lián)絡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機組的啟動/備用電源供電。
3變壓器的選擇
3.1主變壓器的選擇
發(fā)電機與相應變壓器采用單元接線方式連接,發(fā)電機與變壓器為一一對應關系。本廠共有4臺發(fā)變機組,因此需要4臺雙繞組主變。周邊有鐵路經(jīng)過,因此可以不受運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,因此選用有載調壓方式的主變,冷卻方式為強迫油循環(huán)風冷,其容量按發(fā)電機額定容量減去廠內負荷后留有10%的裕度。
200×(1-8%)×110%/85%≈238.12MVA<240MVA300×(1-8%)×110%/85%≈357.18MVA<360MVA
200MW機組選用240MVA的主變,300MW機組選用360MVA的主變,容量滿足要求。故200MW機組主變選擇sFP7-240000/220,300MW機組主變選擇sFP-360000/500。
3.2高廠變及啟備變的選擇
本廠廠用電電壓等級為6kV,每一臺機組單獨設置一個二分段母線,高壓廠用變壓器可選用全容量的分列式繞組變壓器,兩個分列繞組分別為兩段母線供電。高廠變容量可按廠用電機械從電源獲得足夠的功率進行選擇,啟備變的容量不小于最大一臺高廠變的容量。因此,200MW機組高廠變選擇sFF-31500/15.75,300MW機組高廠變選擇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兩種電壓等級的聯(lián)絡變壓器,并在其低壓繞組接啟動/備用變壓器。聯(lián)絡變壓器的容量應大于連接在兩種電壓母線上容量最大的機組。本廠中最大一臺機組容量為300MW,故選擇容量為360MVA的聯(lián)絡變壓器。聯(lián)絡變選擇osFPsZ-360000/500。
4短路電流的計算
本設計采用運算曲線法進行工程實用計算。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)電機出口)、d4(300MW發(fā)電機出口)、d5~d8(6kV高壓廠用母線)共八個短路點進行短路電流計算。
短路電流計算結果如表1所示。
5導體及電氣設備的選擇
5.1斷路器的選擇
以220kV側斷路器為例進行選擇。220kV側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;額定短路關合電流iNc1≥ich=23.5881kA。
初步選擇Lw6-220型sF6斷路器,對斷路器進行熱穩(wěn)定及動穩(wěn)定校驗。短路電流的熱效應為:
滿足熱穩(wěn)定要求。
ies=53kA≥ich=23.5881kA,滿足動穩(wěn)定要求。斷路器的選擇結果如表2所示。
5.2隔離開關的選擇
隔離開關與斷路器的選擇方式相同,選擇結果如表3所示。
5.3載流導體的選擇
導體以220kV進線為例進行選擇。每條進線的最大輸送功率按200MW機組進行計算,最大持續(xù)工作電流為:
按經(jīng)濟電流密度選擇導體截面積。查圖可知鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟電流密度J=0.94A/mm2,則導體的經(jīng)濟截面為:
故選擇型號為LGJ-800/55的鋼芯鋁絞線,其長期允許載流量Ia1=885A,計算截面為870.60mm2>300mm2,故無須進行電暈電壓校驗。選擇的是軟導線,故也無須進行動穩(wěn)定校驗。
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:
則正常運行時導體的溫度為(取環(huán)境溫度9=25℃):
查表可得,熱穩(wěn)定系數(shù)c=95,則滿足短路時發(fā)熱的最小導體截面積為:
因此所選導體LGJ-800/55型鋼芯鋁絞線滿足熱穩(wěn)定要求。
導體的選擇結果如表4所示。
6220kV配電裝置及防雷保護設計
6.1220kV配電裝置設計
結合本廠情況,220kV側采用雙母線帶旁路母線接線方式,由高壓配電裝置的特點和應用范圍可得,220kV配電裝置采用屋外分相中型配電裝置。母線采用管母線,隔離開關選用Gw6型單柱式隔離開關,這樣可以進一步壓縮間隔寬度。配電裝置斷面圖如圖4、圖5所示,標注單位為毫米。
本廠220kV側有4回出線,占據(jù)4個間隔。#1主變進線、#2主變進線、啟備變進線及聯(lián)絡變進線共4回進線,占據(jù)4個間隔。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個間隔。因此,220kV高壓配電裝置共有11個間隔。考慮到電氣安全凈距,每個電氣間隔取13m。
6.2220kV配電裝置防雷保護設計
220kV電壓等級侵入波保護選用Y10w1-200/496氧化鋅無間隙避雷器。220kV側共有兩只構架,構架高度為14.5m,構架長143m,構架間距為44.5m。選用8只高度為30m的避雷針裝設在構架上,布置位置如圖6所示。通過計算,保護最低點高度均高于所保護設備的高度,220kV配電裝置都在保護范圍之內。
7300MW發(fā)電機變壓器組繼電保護設計
繼電保護應滿足四性要求,即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。繼電保護裝置要能可靠反映各種故障和異常運行狀態(tài)。300MW發(fā)電機變壓器組的保護裝置配置如表5~7所示。
8結語
本設計在設計過程中遵守國家政策和相關設計規(guī)程,始終把可靠性放在首位,滿足功能與性能要求,同時降低運行和維修成本,運行安全可靠,具有一定參考價值。
本設計中所選用的電氣主接線供電可靠、調度靈活、檢修方便,并為以后擴建及安裝大容量機組奠定了基礎。所選主變、高廠變、啟備變及聯(lián)絡變經(jīng)濟技術合理。通過對短路電流進行計算,選擇了符合要求的導體及電氣設備,從而使電氣主接線及配電裝置達到安全經(jīng)濟的目的。防雷保護采用8只避雷針對220kV配電裝置進行防雷。300MW護、發(fā)電機接地保護、異常運行保護等三部分進行配置,滿足大容量機組對保護選擇性、靈敏性及可靠性的要求。
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