天荒坪抽水蓄能电站电气设计的若干问题gmbo.docx

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1、天荒坪抽抽水蓄能能电站电电气设计计的若干干问题余国铨(华东勘勘测设计计研究院院杭州 31100114)摘要本文文介绍了了天荒坪坪抽水蓄蓄能电站站电气主主接线、SFC的配置等，并就抽水蓄能电站的 调调压方式式、发电电电动机机通风冷冷却等问问题提出出了建议议。关键词水水电站电电气设计计天荒坪坪抽水蓄蓄能电站站l 5000kVV侧的接接线方式式天荒坪抽抽水蓄能能电站5500kkV侧，为为什么采采用不完完全单母母线二分分段接线线(所谓“不完全全”是指有有一回进进线未装装设断路路器)。参见见图1天荒坪坪抽水蓄蓄能电站站电气主主接线图图。之所所以采用用这种接接线方式式，县有有个演变变过程。图1 天荒坪坪电

2、站电电气王摄摄线圈由于电站站的设计计进度比比系统接接人设计计进度提提前，故故天荒坪坪电站初初设要完完成时，电电站接人人系统方方案尚未未能审定定。系统统设计部部门提供供7个方案案，其中中可能性性较大有有2个方案案：即电电站以二二回5000kVV输电线线接入瓶瓶窑变电电站或以以三回5500kkV输电电线二回回接人瓶瓶窑变电电所，一一回接人人苏南斗斗山变电电所。为满足119899年底完完成初步步设计的的要求，我我院只能能先假定定一个接接入系统统方案进进行设计计。考虑虑到天荒荒坪电站站是华东东三省一一市与国国家共同同集资兴兴建的项项目，影影响接入入系统的的因素很很多，初初设为了了留有余余地，我我院决定

3、定暂按三三回5000kVV出线的的方案进进行设计计。至于于发变组组合，经经过技术术经济比比较，选选定与联联合单元元接线。这这样电站站6台3000MW机机组共组组成三个个联合单单元，也也即5000kVV有三回回进线。初设时为为节约工工程投资资，5000kVV配电装装置的位位置选择择在上水水库东南南侧8550m高高程比较较开阔的的地方，并并选用敞敞开式设设备。主主接线经经过多方方案比较较和可靠靠性计算算，由于于三回路路出线使使电站环环入华东东5000kV主主网，对对5000kV接接线要求求严格，故故选定为为1个半断断路器接接线。初设审查查期间(19990年5月)，为了了选定主主接线方方案，要要求系

4、统统接入设设计的方方案必须须先审定定。故会会议期间间临时召召开了系系统接人人设计讨讨论会，暂暂定为二二回5000kVV出线的的方案(系统接接人设计计审查会会直至119911年3月才召召开，正正式决定定采用二二回出线线的方案案)。审查查会上电电站建设设部门认认为开关关站布置置在上水水库离厂厂房太远远，主张张改用进进口GIIS，将将开关站站布置在在下水库库附近。由由于这些些变化，且且二回出出线均接接人同一一变电所所，电站站不环入入主网，同同时又采采用可靠靠性高的的GISS，故接接线可简简化，审审查时选选定双内内桥接线线方案。鉴鉴于5000kVV隔离开开关无法法切除空空载变压压器，为为避免切切除空载

5、载变压器器而断开开桥开关关，所以以还决定定参照英英国迪诺诺威克抽抽水蓄能能电站(也是6台300MMW机组组)，在三三回进线线回路上上各加装装1台负荷荷开关，以以便利用用它来切切除空载载变压器器，而不不影响双双桥形接接线，参参见图22天荒坪坪招标阶阶段5000kVV侧接线图。1992年天荒坪电站主机招标时就附上这接线方式。图2 天荒坪坪招标阶阶段5000kVV侧接线线图当采用上上述的接接线方式式时，我我院即提提出，世世界上制制造5000kVV GIIS的厂厂家，均均不生产产5000kV负负荷开关关，采用用这样的的接线不不落实。但但因时间间关系，决决定暂按按该接线线进行主主机招标标，同时时抓紧与与

6、外商联联系，落落实5000kvv负荷开开关的制制造，最最终待在在5000kV设设备招标标时再决决定接线线方式。经过技术术交流，外外商均不不同意专专门生产产5000kV负负荷开关关，所以以决定对对5000kV主主接线进进行修改改。在修编初初设概算算时，5500kkV负荷荷开关系系按断路路器价格格2/3估算的的。修改改主接线线方案时时，我们们需考虑虑尽可能能不影响响概算；同时主主机标已已签合同同，发变变组的继继电保护护已定，也也应考虑虑接线方方式尽可可能不要要有大的的变动。因因此我们们决定将将1#、2#机和5#、6#机二个个联合单单元进线线的负荷荷开关改改为断路路器，而而将3#、4#机联合合单元进

7、进线的负负荷开关关取消。这这样修改改的主接接线既没没有大变变动，且且概算也也基本不不变，只只是在切切除3#、4#机联合合单元回回路时得得断开二二台分段段断路器器，但另另二单元元回路则则有了独独立的断断路器，运运行更灵灵活简单单。考虑虑到抽水水蓄能电电站要在在系统中中承担调调峰填谷谷、事故故备用等等功能，主主变压器器一般不不切除(正因此此，我们们在变压压器招标标时，对对空载损损耗规定定了较低低数值)，实际际上只有有3#、铲铲机联合合单元回回路有故故障或需需要停机机检修时时才会断断开二台台分段断断路器，这这种概率率是很低低的，应应该说这这样的变变动影响响并不大大。从上上述说明明可以看看出，选选用这

8、种种接线不不单是技技术问题题，还有有一个演演变的过过程促成成的。25000kV快快速接地地开关的的配置天荒坪抽抽水蓄能能电站为为何要在在5000kV出出线线路路侧及5500kkV进线线电缆终终端一侧侧均配置置快速接接地开关关?众所周知知，线路路侧上的的接地开开关，若若线路两两侧都有有电源，如如果接地地开关误误合时，将将通过相相应的断断路器的的关合电电流；另另外考虑虑到平行行的架空空线路尤尤其是同同杆架设设的线路路，其电电磁感应应和静电电感应电电流较大大，所以以接地开开关须具具备切、合合上述感感应电流流的能力力。天荒荒坪电站站二回出出线均接接入瓶窑窑变电所所，属二二侧都有有电源的的平行架架空线，

9、接接地开关关应具备备切合电电流的能能力，也也即宜装装设快速速接地开开关。至于5000kVV进线电电缆回路路，则因因超高压压电缆的的电容要要比架空空线路大大得多，天天荒坪5500kkV XXLPEE电缆的的电容为为0.14F/kmm，所以以该回路路的接地地开关也也应具备备切、合合电容电电流的能能力，以以便在检检修时释释放以上上的充电电电流，故故在电缆缆回路GGIS侧侧装设快快速接地地开关。经经了解，广广蓄一期期充油电电缆也要要求在一一端加装装快速接接地开关关，但实实际合闸闸时间约约为1ss，并未未达到快快速接地地开关要要求合闸闸时间小小于0.1s的要要求，与与检修用用接地开开关并无无差别。运运行

10、几年年来，虽虽经几次次切合，并并未发生生问题。这这主要是是电缆线线路长度度较短，电电容量不不够大的的缘故。GIS厂家说明=B只建议大电容电缆线路宜用快速接地开关，没有具体的规定。今后应在技术交流中要求对GIS进行试验，规定具体数据。广蓄一期期采用充充油电缆缆，线路路长度约约6000m，电电缆电容容为0.2099F/kmm，如以以该工程程为例推推算，再再加上留留有裕度度，每回回电缆线线路电容容量如在在0.1F/kmm以下，采采用检修修接地开开关是没没有问题题，这样样还可能能节约投投资。根根据广蓄蓄二期合合同，快快速接地地开关的的合同价价为8440000美元/组，而而检修接接地开关关只有44800

11、00美元元/组。3 静静止变频频起动装装置(SSFC)的输入入变压器器利用静止止可控硅硅变频起起动装置置来起动动可逆式式水泵泵水轮机机组是当当今大型型抽水蓄蓄能电站站常用的的起动方方式。SSFC的的额定电电压可以以等于也也可以低低于发电电电动机机的额定定电压。当当采用低低于发电电电动机机额定电电压的SSFC，其输输入和输输出二端端均需装装设有变变压器，使使SFCC的电压压能与电电源电压压和发电电电动机机电压相相匹配。但但当采用用等于发发电电动动机额定定电压的的SFCC，一般般输出端端就不需需再设变变压器；至于输输人端是是否需设设输入变变压器，则则有的工工程设置置而有的的工程未未设置。例例如天荒

12、荒坪SFFC，输输人端除除了装有有限流电电抗器外外，还再再加装变变压比为为18kVV/188kV的输入入变压器器，见图图3。广蓄蓄二期SSFC的的输入端端则仅装装限流电电抗器，参参见图44。图3 天荒坪坪电站SSFC接接线图我们之所所以特别别要求加加装输入入变压器器，主要要是为了了减少SSFC产产生的谐谐波电压压对供电电系统的的影响，同同时也能能起到隔隔离作用用与限制制故障电电流(天荒坪坪输人变变压器的的阻抗电电压为110%)。输入入变压器器的作用用在广蓄蓄二期得得到了验验证，正正是由于于未装设设输人变变压器，所所以在初初期运行行时曾发发生过SSFC投投入使用用时，其其它机组组保护发发生过无无

13、故跳闸闸停机的的事故。据据分析可可能是受受到SFFC产生生的谐波波干扰，导导致机组组保护误误动。所所以现在在已要求求卖方加加装输人人变压器器。4 静静止变频频起动装装置(SSFC)的配置置天荒坪电电站为侗侗要设置置2套SFCC。关于于SFCC的配置置，国外外早期当当可控硅硅装置运运行经验验不多、可可靠性还还没现在在这么高高时，对对机组台台数较多多(如6台机及及以上)的蓄能能电站、确确有装设设2套SFCC的，如如英国的的迪诺威威克电站站、日本本的奥吉吉野电站站等。但但随着可可控硅装装置可靠靠性日益益提高、结结构的改改进、检检修方便便、出故故障修复复费时不不多，后后期投运运的一些些多机组组蓄能电站

14、站也就只只装设11套SFCC，例如如美国的的巴斯康康蒂电站站。基于这种种情况，同同时考虑虑到SFFC是进进口设备备，原先先是按11套SFCC起动为为主、再再加“背靠背背”起动为为辅的原原则设计计的，只只在布置置上预留留1套SFCC的位置置。根据估算算，用11套SFCC连续起起动6台机组组，约需需33mmin；如用11套SFCC加“背靠背背”同时起起动，66台机组组总起动动时间约约为233minn。我们们认为这这样的速速度应能能满足系系统调度度的要求求。由于于业主对对只设11套sFCC仍有些些担心，加加上主机机标澄清清时投标标商，同同意不增增加投标标价再提提供1套SFCC，而且且布置上上原来已已

15、有位置置，故决决定改按按安装22套SFCC进行设设计，且且同时仍仍保留“背靠背背”起动作作为备用用：根据据估算，采采用2套SFCC同时起起动6台机组组，总起起动时间间约为118miin。这就是天天荒坪电电站采用用二套SSFC的的由来。现现在，通通过广蓄蓄一、二二期、十十三陵以以及天荒荒坪电站站SFCC使用情情况证明明，SFFC的可可靠性是是很高的的。采用2套套SFCC之后，考考虑到22套SFCC同时运运行产生生的谐波波量也将将成倍增增长，故故天荒坪坪电站消消除谐波波的滤波波装置由由每套SSFC配配2组滤波波装置增增加至55组滤波波装置，且且5次和7次谐波波的滤波波器容量量也大幅幅度增加加，使滤

16、滤波装置置占地面面积加大大，增加加地下厂厂房布置置的难度度。当然，要要求对谐谐波限制制的规定定是否合合理，也也值得商商讨。大大多数外外商在技技术交流流或合同同谈判过过程中均均反映我我们规定定过严，特特别是像像SFCC这样的的装置，使使用时间间极短，规规定应可可放宽。5 抽抽水蓄能能电站的的调压方方式抽水蓄能能电站由由于工况况变换频频繁，潮潮流变化化大，高高压母线线上电压压波动范范围亦较较大，系系统调压压计算结结果往往往要求采采取调压压措施。目前电站站采取调调压措施施有两种种：一是是加大发发电电动动机调压压范围，例例如广蓄蓄一、二二期，调调压范围围由一般般的5%加大大至7.5%(据了解解，投运运

17、以来实实际调压压范围为为3.2%-3.4%)；另是是电站升升压变压压器采用用带负荷荷调压，调调压范围围一般由由22.5%加大大至81.25%，例例如天荒荒坪、十十三陵电电站。国国外目前前也是这这两种手手段并存存。欧洲洲一些国国家如法法国、意意大利、奥奥地利等等，认为为有载分分接开关关故障率率较高，不不主张在在蓄能电电站内装装设带负负荷调压压的变化化器，一一般都采采用加大大发电电电动机的的调压范范围，最最大已达达10%UN。日日本则根根据经济济比较，认认为采用用带负荷荷调压变变压器比比加大发发电电动动机调压压范围的的方案经经济，故故其蓄能能电站多多采用带带负荷调调压变压压器的方方式。从经济比比较

18、来分分析，以以天荒坪坪电站为为例，当当机组调调压范围围由5%加大大至7.5%，估估计发电电电动机机造价将将增加11.01.5%，约约46万美美元669万美美元(66台机)；变压压器加装装带负荷荷调压装装置增加加造价约约为588万美元元(6台)。从可靠性性来分析析，目前前尚无看看到由于于加大发发电电动动机调压压范围而而导致机机组可靠靠性降低低的报导导。但是是变压器器加装带带负荷调调压，由由于分接接开关的的故障概概率约为为变压器器故障的的25%，可可靠性比比不带负负荷调压压变压器器降低。由由于担心心带负荷荷调压发发生事故故，加之之变压器器布置在在地下洞洞室，万万一事故故导致变变压器着着火，后后果就

19、更更严重，所所以采用用这种调调压方式式的天荒荒坪、十十三陵两两电站，从从机组投投运以来来，带负负荷调压压装置一一直不敢敢投入运运行，仍仍按无载载调压的的变压器器运行方方式运行行。根据系统统设计单单位提供供的计算算资料，天天荒坪电电站只有有在发最最大出力力18000MWW或以最最大受电电20116MWW抽水运运行并伴伴有系统统5000kV线线路停役役时，才才会出现现机端电电压超过过5%的情情况，而而需要变变压器带带负荷调调压；若若不伴有有5000kV线线路停役役，机端端电压基基本可控控制在5%之内内。目前天荒荒坪电站站只有33台机组组运行，尚尚未达到到计算的的运行方方式，所所以变压压器不调调压仍

20、可可满足要要求。综上所述述，笔者者认为今今后选择择调压方方式，应应充分注注意到运运行的情情况，在在增加投投资不多多的情况况下，尽尽可能选选用加大大发电电电动机调调压范围围的方式式。6 发发电电动动机的通通风冷却却方式天荒坪发发电电动动机容量量：发电电工况3333MMVA，电电动工况况3366MW，转转速5000r/minn，采用用无外加加通风机机的径、轴轴向混合合通风冷冷却方式式。有的的同行对对如此高高转速、大大容量发发电电动动机不设设外加通通风机表表示担心心，并关关心运行行以来的的实际运运行情况况，故拟拟对这个个问题加加以探讨讨。我们在编编制机组组招标文文件也同同样担心心，毕竟竟天荒坪坪机组

21、每每极容量量已达227.750kkVA，国国际上尚尚无如此此高的极极容量采采用无外外加通风风机的径径、轴向向通风方方式的先先例。况况且国外外也确有有过采用用径向通通风方式式的发电电电动机机投运后后不满足足要求而而不得不不再添加加外加通通风机的的实例(美国Baad GGreeek蓄能能电站，机机组容量量3600MVAA，3000r/mmin，极极容量为为180000kkVA)。所以以在招标标文件中中规定，推推荐不加加装外加加通风机机的通风风方式应应在真机机制造之之前进行行通风模模型试验验。天荒坪发发电电动动机的中中标商是是加拿大大CGEE公司，正正是Baad GGreeen机组组的制造造商。他他

22、们提交交了径、轴轴向通风风方式的的很多实实例，也也解释了了Badd Grreenn机组失失败的经经验，使使我们初初步同意意采用这这种通风风方式。1995年6月，CGE公司完成了通风模型试验，验证了制造厂的设计计算程序。1995年12月十三陵l#机组投运(容量222MVA，500r/min，极容量18500kVA)，温升符合规定。 19888年9月30日，天天荒坪ll#机试运运行，后后进行商商业运行行，说明明无外加加通风机机的径、轴轴向混合合通风方方式是可可行的。根根据查阅阅调试纪纪录，定定子、绕绕组最高高温度约约为866.8，定子子铁芯上上部最高高为711.4。运行行二年来来，定子子绕组出出现

23、过的的最高温温度为993，均比比合同规规定的允允许温度度1177.5低。这这说明如如果通风风设计合合理，采采用无外外加通风风机的径径、轴向向混合通通风是可可行的。取取消外加加通风机机有诸多多好处。 (1) 可可减少厂厂用电负负荷，节节省电能能损耗(天荒坪坪每台发发电电动动机按阿阿尔斯通通公司的的外加风风机总功功率为3336kkW，ABBB设计为为4322kW)； (2) 可可降低发发电电动动机运行行噪音，改改善运行行条件； (3) 取取消了众众多外加加通风机机，减少少产生故故障的机机率，提提高了机机组运行行可靠性性； (4) 降降低了通通风阻力力，有利利于提高高发电电电动机效效率等。因此，如如果制造造厂有足足够的业业绩，足足以证明明确有提提供取消消外加通通风机的的径、轴轴向通风风机组的的能力，笔笔者认为为应可采采用这种种通风方方式。