淺談風力發(fā)電電氣主接線及主變的選擇

神華國華能源投資有限公司錫林郭勒分公司 ■ 尹樹強

0 引言

電力飛速發(fā)展，電力工業(yè)在國民經(jīng)濟中的作用已為人所共知，它不僅全面影響國民經(jīng)濟其他部門的發(fā)展，同時也極大地影響了人民物質與文化水平的提高，影響整個社會的進步，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，人們對電能需求也越來越高，同時，對電能質量的要求也越來越高。這要求我們應不斷改進技術，改正以前存在的缺點和不足，并提出更高的要求。

本次設計的主要任務是風力發(fā)電電氣主接線及主變壓器選擇再探討，設計內(nèi)容具體如下：

1)確定主接線方案并對保留方案做技術經(jīng)濟比較。主接線代表火電廠或變電所電氣部分主體結構，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結構的主要組成部分，直接影響運行的可靠性和靈活性，并對電器選擇和配電裝置布置及繼電保護的整定都有決定性關系。因此，主接線的正確合理設計，必須綜合處理各方面的因素，經(jīng)過技術經(jīng)濟論證比較后方可確定為內(nèi)橋接線的方案。

2)電氣主接線的設計[1]。電器主接線設計應遵循可靠性、靈活性和經(jīng)濟性3個方面。

1 電氣主接線最優(yōu)方案的確定

因為本設計的發(fā)電機無近區(qū)負荷，所以可采用無匯流母線接線，即單元接線(發(fā)電機-變壓器組接線)。根據(jù)《發(fā)電廠電氣部分》第170頁，發(fā)電機-變壓器單元接線對開關的設計要求：發(fā)電機和變壓器容量配套，兩者不可能單獨運行，所以，發(fā)電機出口一般不裝斷路器，只在變壓器的高壓側裝設斷路器；斷路器與變壓器之間不必裝設隔離開關。但為了發(fā)電機單獨試驗及在發(fā)電機停機工作時由系統(tǒng)供給廠用電，發(fā)電機出口可裝設一組隔離開關。

1.1 對于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)濟的方案與其對應。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，在系統(tǒng)中居重要位置時，220 kV出線5回及以上時；

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

結合本設計，220 kV配電裝置出線為2回，因此可采用單母接線，母線兩側均裝有隔離開關及斷路器，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

1)接線簡單，開關設備少，操作簡便。

2)故障可能性小，可靠性高。

3)由于無發(fā)電機電壓母線，無多臺機并列。發(fā)電機出口短路電流有所減小，可限制短路電流。

4)配電裝置結構簡單。

1.3 單元接線的缺點

單元接線中任意元件故障或檢修都會影響整個單元的工作。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)濟比較選優(yōu)

1.4.1 方案一與方案二的初步經(jīng)濟比較

方案一為單母線接線，方案二為外橋接線。統(tǒng)計短路器的個數(shù)：方案一有4個短路器，方案二有3個短路器。從經(jīng)濟角度出發(fā)方案二比方案一經(jīng)濟，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：1)其中一回線路檢修或故障時，有一臺變壓器短時停運，操作復雜；2)變壓器切除、投入或故障時，有一回短路時停運，操作較復雜；3)線路側斷路器檢修時，線路需較長時間停運。

方案三(內(nèi)橋)特點：1)其中一回線路檢修或故障時，有一臺變壓器短時停運，操作簡單；2)變壓器切除、投入或故障時，有一回短路時停運，操作較復雜；3)線路側斷路器檢修時，線路需較長時間停運。

由二者的特點可知，對外橋，當檢修變壓器側斷路器時，變壓器需停運。但對于內(nèi)橋接線，沒有停運變壓器的必要。因為當檢修線路側斷路器時，此線路變壓器可通過橋經(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按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%裕度的選擇。所以變壓器的容量(MW)為：

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

可選主變型號為：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，因為三相較同容量的單相式投資少、占地小、損耗小，同時配電裝置的結構簡單、運行維護較方便。比較以上各特點，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，結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及以上電壓側均為“YN”，即由中性點引出并直接接地；35 kV側作為高中壓側時都可采用“Y”，其中，中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地，作為低壓側時可能用“Y”或“D”；35 kV以下，電壓側(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側采用“YN”，即由既有中性點引出并直接接地方式。

2.5 調壓方式的確定[5]

變壓器的電壓調整是用分接開關切換變壓器的分接頭，從而改變其變比來實現(xiàn)的。無勵磁調壓變壓器的分接頭較少，調壓范圍只有10%(±2×2.5%)，且分接頭必須在停電的情況下才能調節(jié)；有載調壓變壓器的分接頭較多，調壓范圍可達30%，且分接頭可在帶負荷的情況下調壓，但其結構復雜、價格貴，在下述情況采用較為合理：1)出力變化大，或發(fā)電機經(jīng)常在低功率因數(shù)運行的發(fā)電廠主變壓器；2)具有可逆工作特點的聯(lián)絡變壓器；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，電廠主變分接頭應選為242±2×2.5%。

2.6 冷卻方式[6]

1)自然風冷卻。無風扇，反借助冷器、熱輻射和空氣自然對流冷卻，額定容量在1000 kVA及以下。

2)強迫空氣冷卻，簡稱風冷式。在冷卻器間加裝數(shù)臺電風扇，使油迅速冷卻，額定容量在8000 kVA及以下。

3)強迫油循環(huán)冷卻。采用潛油泵強迫油循環(huán)冷卻，并對油管進行冷卻，額定容量在4000 kVA及以上。

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

5)強迫油循環(huán)導向冷卻。采用潛油泵將油壓入線圈之間、線餅之間和鐵芯預先設計好的油道中進行冷卻。

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。

因為此設計的主變?nèi)萘繛?20000 kVA，從經(jīng)濟方面考慮采用強迫油循環(huán)風冷式。綜上所述，主變最終選為：SFP7-120000/220型，其參數(shù)等詳見表1。

3 結論

現(xiàn)在已建成與在建風力發(fā)電廠接線形式越來越簡單、經(jīng)濟，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。很多設計單位考慮風力發(fā)電前期投入較高，于是簡化接線，節(jié)省設備以便節(jié)約成本。對于主變的選擇，絕大多數(shù)情況下采用風冷足以滿足運行條件。

[1] 水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊(1.2)[M]. 北京: 中國電力出版社， 1996: 566－631.

[2] 黃純?nèi)A. 發(fā)電廠電氣部分課程設計參考資料[M].北京: 中國電力出版社， 2001.

[3] 周澤存， 沈其工， 方瑜， 等. 高電壓技術[M]. 北京: 中國電力出版社， 1988: 263－265.

[4] 牟道槐， 李玉盛， 馬良玉. 發(fā)電廠-變電站電氣部分[M].重慶: 重慶大學出版社， 1998， 33－162.

[5] 丁毓山. 發(fā)電廠、變電所設計(10-220 kV)[M]. 沈陽: 遼寧科學技術出版社， 1993， 42－43， 360－397.

[6] 姚春球.發(fā)電廠電氣部分[M]. 北京: 中國電力出版社，2004， 65－130.