SC电站电气主接线选择(论文)
Santa Cruz 水电站电气主接线选择
四川省清源工程咨询有限公司 向 敏
成都 610072
摘要:本文主要对厄瓜多尔共和国 Santa Cruz 水电站电气主接线及主要电气
设备形式的选择进行了分析,通过对技术、经济的综合比较,初步确定了满足电站 运行可靠性以及厄瓜多尔电网要求的电气主接线方式。
关键词:厄瓜多尔 技术比较 经济比较
1、电站概述
Santa Cruz 水电站(以下简称 SC 水电站)位于厄瓜多尔共和国南部萨莫拉-钦 奇佩 (Zamora Chinchipe) 省东南部萨莫拉 (Zamora) 河 右 岸 一 级 支 流 玛 齐 娜 萨 (Machinatza)河的中~下游河段,为无调节引水式电站。
SC 水电站为米拉多铜矿的自备电源、具备向电网送电的条件,电站开发任务 为水力发电,兼顾下游生态环境用水。电站不担任系统调峰、调频任务,若有需要, 水库消落水位至 1180.0m 或 1178.0m,可满足约 0.5 小时的调峰要求。
SC 水电站采用下闸址、左岸引水线路及上厂址左岸地面厂房的枢纽布置方案。 电站采用引水式开发,引水隧洞长约 4.7km。电站装设 3 台混流式机组,总装机容 量 129MW,多年平均年发电量为 7.662 亿 kW·h,年利用小时为 5939h,保证出力 为 29.3MW。
2、电站接入电力系统方式
SC 水电站为米拉多铜矿的自备电厂,电站共安装 3 台水轮发电机组,单机容 量 43MW,总装机容量为 3×43MW。
根据业主提供的电站接入系统初步资料,本阶段电站接入系统方案暂定为:电 站高压侧采用 230kV 等级,出线一回接入米拉多矿区中心变电站,线路长约 11km。
3、电气主接线
3.1、电气主接线方案
本电站装机 3 台,单机容量 43MW,功率因数 0.875,发电机电压 13.8kV。电
站为米拉多铜矿的自备电厂,年利用小时高。电站主接线设计时,首先应满足供电
可靠、运行灵活的要求,并力求经济和节约投资。
根据本电站装机容量 3×43MW 和电站接入系统方案的要求以及动能特性参数 综合分析,发电机与变压器的连接拟定了如下三个方案进行技术经济比较:
方案一:三台水轮发电机组分别与三台主变压器连接组成三个单元接线,每台 主变压器容量为 50MVA,230kV 高压侧设备进线三回,出线一回,采用单母线接 线方式。
方案二:一台水轮发电机组与一台主变压器连接组成单元接线,主变压器容量 为 50MVA,另两台水轮发电机组与一台主变压器连接组成扩大单元接线,主变压 器容量为 100MVA;230kV 高压侧设备进线两回,出线一回,采用单母线接线方式。
方案三:三台水轮发电机组分别与三台主变压器连接组成三个单元接线,每台 主变压器容量为 50MVA,230kV 高压侧设备进线三回,出线一回,采用四角形接 线方式。
电气主接线方案比较图见插图 1:
3.2、接线方案技术比较
(1) 发电机电压侧接线方案技术比较:
1) 单元接线方案:
(a) 接线对称、简明清晰、继电保简单、运行灵活,故障或检修影响范围小。
(b) 机组运行灵活、方便,从 1、3#机发电机组出口各引接一回厂用电源;厂
用分支回路高压断路器易选择;
(c) 单元接线主变容量为 50MVA,采用三相式变压器,充氮运输重量较轻(约
60t),有利于满足电站公路运输要求。
(d) 主变压器台数及高压进线间隔比扩大单元接线方案多,增加布置场地和
230kV 设备投资。
2) 扩大单元接线方案:
(a) 因电站距离电网枢纽变电站较远(约 135km),经估算扩大单元发电机出口短 路电流周期分量小于 50kA,发电机电压设备选型为常规设备。
(b) 扩大单元厂用分支回路高压断路器短路电流较单元接线大,断路器投资较 贵;
(c) 与单元接线方案比 230kV 侧进线间隔少 1 个,230kV 设备投资较少;
(d) 一旦扩大单元主变故障或检修,则造成电站 2/3 电量送出受阻;
(e) 扩大单元接线主变容量为 100MVA,如采用三相式变压器,充氮运输重量 较重(约大于 80t) ,难以满足电站公路运输要求;若选择三相组合式变压器,易于 满足电站公路运输限制条件的要求,但现场电气及机械连接工作较复杂,主变压器 设备投资较大。
3) 方案选择 根据以上比较,扩大单元接线可靠性和灵活性比单元接线稍差,虽然单元接线
比扩大单元接线综合投资稍大,考虑到扩大单元主变运输重量大,现场运输条件难 以满足,而单元接线方式更灵活、能满足矿区供电的可靠性及大件运输要求。综合 考虑电站电气主接线的运行可靠性、灵活性、电站公路运输条件以及厂用电供电可 靠性等因素,推荐单元接线为发电机-变压器侧接线较为适宜。
(2) 230kV 高压侧接线方式技术比较:
1) 单母线接线方案:单母线接线方式主要优点是接线简单,供电可靠,运行灵 活,继电保护简单,230kV 仅一组 P.T 间隔。缺点是当母线故障会造成全厂停电, 考虑采用 SF6 全封闭组合电气(GIS)设备,故障率极低,其可靠性完全能满足电站运 行要求。
2) 四角形接线方案:四角形接线主要优点是供电可靠性高,操作方便、灵活,
230kV 侧任何一台断路器检修,不影响电站连续供电。缺点是二次保护及布置相对复杂,当任一台断路器检修,都开环运行,从而又降低了接线可靠性,相对单母线
接线多一组 P.T 间隔。
3.3 经济比较
在方案经济比较中仅比较差值部分(230kV 侧电气设备),电能损耗以 0.057 美元
/kW·h 计,设备折旧维修率以 8%计,各方案经济比较见表 1。
接线方案经济比较表
表 1
序号 |
项 目 |
方案一 |
方案二 |
方案三 |
a |
设备总投资(万美元) |
325 |
280 |
345 |
b |
设备投资差(万美元) |
0 |
-45 |
+20 |
c |
主变压器年电能损失(万度) |
302 |
304.2 |
304.2 |
d |
主变压器年电能损失费(万美元)* |
17.2 |
17.3 |
17.3 |
e |
年折旧维修费(按年 8%)(万美元) |
26 |
22.4 |
27.6 |
f |
年运行费(d+e)(万美元) |
43.2 |
39.7 |
44.9 |
g |
计算费(0.15a+f)(万美元) |
92 |
81.7 |
96.65 |
h |
计算费差(万美元) |
0 |
-10.3 |
+4.65 |
3.4 电气主接线方案选择
根据三个方案的经济及技术比较,方案三投资最高,年运行费最高,计算费用 最高;方案一各项费用略高于方案二,但运行更为灵活、方便、可靠。
综上所述各方案的技术经济比较,本阶段电站电气主接线推荐方案为:电站三 台水轮发电机组与三台主变压器连接组成三个单元接线,主变压器容量均为
50MVA;230kV 侧采用单母线接线,主变压器高压侧和出线回路上均装设断路器, 出线一回接入矿区中心变电站,另为了更灵活满足电站接入/送出要求,230kV 预留 一回出线间隔,预留出线回路本阶段暂不订货。下阶段根据电站最终接入系统方案 和公路运输限制条件的确定,再进一步优化电气主接线方案。
电气主接线简图见插图 2:
4、230kV 高压配电装置形式选择
230kV 高压配电装置考虑了常规敞开式电器和 SF6 全封闭组合电器(GIS)两种 不同的布置方案。
GIS 布置方案:
GIS 室布置在地面主变压器室之上,与主变室长度相同,GIS 室高 11.5m;GIS
设备与主变高压侧套管直接连接,230kV 出线设备布置在 GIS 室楼顶。 敞开式布置方案:
230kV 开关站布置在电站左端侧(面向下游),开关站尺寸为 70m×60m,对两 种方案的经济比较见下表(相同部分不参加比较):
GIS 方案与敞开式方案经济比较表
表 2
比较内容 |
GIS 方案 |
敞开式方案 |
|||||
数量 |
单价 (万元) |
合价 (万元) |
数量 |
单价 (万元) |
合价 (万元) |
||
机电 |
断路器 |
4 |
60 |
240 |
部分 |
隔离开关 |
6 |
9 |
54 |
|||
电流互感器 |
4 |
24 |
96 |
||||
避雷器 |
1 |
7.2 |
7.2 |
||||
电压互感器 |
1 |
26 |
26 |
||||
GIS 间隔 |
4/1 |
180/80 |
800 |
||||
SF6 管母线 |
30 |
1.2 |
36 |
||||
GIS 桥机 |
1 |
20 |
20 |
||||
其它电气设备 |
50 |
0.8 |
40 |
100 |
0.8 |
80 |
|
机电设备投资合价(万元) |
896 |
503.2 |
|||||
机电设备投资价差(万元) |
+392.8 |
0 |
|||||
设备维护费用(按 15 年计算) |
20 |
150 |
|||||
土建 部分 |
土方明挖 m3 |
9215 |
12.56 |
37105 |
48.02 |
||
石方明挖 m3 |
38560 |
117.69 |
118155 |
360.4 |
|||
混凝土 C20 m3 |
2162 |
173.63 |
2318 |
186.16 |
|||
钢筋 t |
293 |
127.46 |
195 |
84.8 |
|||
建筑砌砖 m3 |
360 |
10.8 |
205 |
6.15 |
|||
其他工程 m3 |
|||||||
土建投资合价(万元) |
442.14 |
685.53 |
|||||
土建投资价差(万元) |
-243.39 |
0 |
|||||
总投资合价(万元) |
1358.14 |
1338.7 |
|||||
总投资价差(万元) |
+19.44 |
0 |
经初步估算,GIS 方案设备投资比敞开式方案多 392.8 万元,土建投资比敞开
式方案少近 243.39 万元,但考虑到每年户外敞开式设备的运行维护的费用,综合投 资 GIS 方案比敞开式方案投资略高 19.44 万元。综合比较,虽然 GIS 方案综合投资 略高,但 GIS 布置方案抗震性能高,不受环境影响;布置集中,占地面积小,便于 管理;且运行安全、维护工作量极小,检修周期长;在运行可靠性方面,更是优势 突出,随着国内外技术水平的提高和制造成本的降低,GIS 设备已经在水电站得到 广泛应用。由于本电站工程为矿山自用电,年利用小时数高,对设备运行可靠性要 求较高,因此本阶段 230kV 高压配电装置暂定采用全封闭组合电器(GIS)。