大中型火力发电厂主接线及高压厂用电系统方案研究

大中型火力发电厂主接线及高压厂用电系统方案研究电气主接线是发电厂电气设计的首要部分，高压厂用电系统则是火力发电厂正常运行时的重要环节，对整个电厂的安全稳定运行具有十分重要的作用。本文基于大中型火力发电厂的设计规范，探讨大中型火力发电厂主接线及高压厂用电方案，以实现电气设计方案的安全合理性。关键词：火力发电；大中型火力发电厂；主接线；高压厂用电系统1、电气主接线电力一直是国民经济的基础性产业，而火力发电则是我国电力行业的最主要发电形式。近年来，大中型火力发电厂发展迅速，为我国电力行业发展做出了不可磨灭的贡献。电气主接线是发电厂电气设计的最重要部分，也是构成电力系统的重要环节，合理确定主接线对发电厂本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。1.1配电装置的接线形式配电装置的接线方式应按火力发电厂在电力系统中的地位、负荷重要性、出线回路数、设备特点、满足系统稳定性等条件确认。110kV~220kV配电装置的接线形式一般可分为双母线接线、双母线分段接线、3/2断路器接线；330kV~500kV配电装置接线一般采用3/2断路器接线或者4/3断路器接线，也可以采用双母线或者双母线分段接线。500kV~750kV配电装置可采用3/2断路器接线或者4/3断路器接线。其中3/2断路器接线没有多回路集结点，一个回路由两台断路器供电的双重连接的多环形接线，是国内外大型电厂超高压配电装置（330kV~500kV）广泛应用的一种接线方式。1.2接地方式电网中性点接地方式的选择与电压等级、单相接地电流、过电压水平及保护配置密切相关，主要选择方式如下：125MW及以下发电机组单相接地电流不超过允许值时，一般采用中性点不接地方式，单相接地电流较大时，也可采用经消弧线圈接地，200MW级以上发电机一般采用中性点经高阻或者消弧线圈接地。110kV及220kV系统中主变压器中性点可采用直接或经接地电抗器接地方式，330kV及750kV系统中主变压器中性点可采用直接或经小电抗器接地方式。2、高压交流厂用电系统2.1高压厂用电压等级选择：根据《大中型火力发电厂设计规范》规定：火力发电厂可采用3kV、6kV、10kV作为高压厂用电的电压。125MW~300MW级的机组宜选用6kV一级高压厂用电压，600MW级以上的机组，可根据工程具体条件采用6kV一级、10kV一级或6kV、10kV两级高压厂用电压。高压厂用电系统采用6kV一级电压时，由于厂用高压电动机数量多、容量大，为了限制厂用母线短路电流，需提高高厂变的阻抗，易导致大容量电动机直接起动困难。采用10kV一级电压，可以很好的解决短路电流和大容量电动机直接起动之间的矛盾，但随着绝缘等级的提高，相对增加了高压电动机的成本。高压厂用电系统采用两级电压时，小容量的电动机接在较低的电压等级上，从而降低了电动机的造价，可以节省投资，但是每台机设10kV、6kV(或3kV)母线各两段，这必然会引起设备型号多，两级电压产品相应就有两级电压的开关柜、低压变压器、电动机、电缆等；由于设备型号多而使备品备件增多，从而带来检修维护工作量的增加，一般不建议采用。各工程应根据实际经济技术比较确定厂用电压的选择方式。2.2厂用高压变压器的数量及型式选择一般情况下，125MW~300MW级机组高压厂用电源宜采用一台分裂变压器；600MW级机组高压厂用电源宜采用1台分裂变压器或1台分裂变压器加1台双卷变压器；1000MW级机组高压厂用电源宜采用2台分裂变压器或1台分裂变压器加1台双卷变压器。无论对双卷变还是分裂变，变压器的短路动稳定耐受能力都是一个主要问题。对于分裂绕组高压厂用变压器，结构较双绕组变压器复杂，过去普遍认为其可靠性较低，但随着国内变压器制造厂水平的不断提高，通过对设计制造工艺的控制、原材料的把关以及出厂前的质量检验等，分裂绕组高压厂用变压器的可靠性已大幅提高。目前国内300MW级以上机组已普遍采用，有丰富的运行经验。因此高压厂用变压器可选用分裂绕组形式。2.3厂用高压变压器的容量选择厂用高压变压器容量应按厂用高压电动机计算负荷与低压厂用电的计算负荷之和选择，其中，厂用电负荷计算可采用换算系数法和轴功率法。在计算厂用高压变压器的容量时，需考虑机组公用负荷应由不同机组的高压厂用变分担，明备用低压变压器宜考虑10%的裕度，还应考虑接有变频和整流负荷的变压器过热等因素。2.4厂用高压变压器选型及电压调整计算厂用高压变压器阻抗应根据限制高压厂用电母线短路电流并能保证最大单台电动机启动与成组电动机自启动时的厂用母线电压水平等因素选取。一般情况下，厂用分支上的高压厂用变压器采用无载调压方式。当电力系统导致发电机出口电压波动范围超过10%时，高压厂用变压器可采用有载调压方式。2.4.1厂用高压变压器厂用电压调整计算方式如下：（式2.4.1）其中：Um为厂用母线电压（标么值）U0为变压器低压侧的空载电压（标么值）S为厂用负荷（标么值）为负荷压降阻值（标么值）按电源电压最低、厂用负荷最大，计算厂用母线的最低电压应不小于0.95（标么值）；按电源电压最高、厂用负荷最小，计算厂用母线的最高电压应不大于1.05（标么值）2.4.2厂用高压变压器电机成组自启动计算方式如下：Um=Uo/(1+SX)（式2.4.2）其中：Um为电机成组自起动时的厂用母线电压（标么值）U0为厂用母线上的空载电压（标么值）S为合成负荷（标么值）X为变压器的电抗（标么值）成组自起动要求的最低母线电压应满足：高压厂用母线应为65~70%以上；低压母线与高压母线串接自起动，自起动电压为不低于55%2.4.3电动机正常起动时的电压计算方式如下：Um=Uo/(1+SX)（式2.4.3）Um为电机正常起动时的厂用母线电压（标么值）U0为厂用母线上的空载电压（标么值）S为合成负荷（标么值）X为变压器的电抗（标么值）一般按高厂变带最大负荷运行时，厂内最大一台电动机正常起动工况计算，高压厂用母线电压应为正常母线电压80%以上。3、厂用电接线方式对于600MW级以下机组，一般可设置一台分裂高厂变，每台机设两段高压厂用段，厂用电接线简单清晰。对于1000MW级机组，一般情况下，湿冷机组厂内高压负荷相对较少，典型的厂用电接线方式为每台机设置一台分裂高厂变，每台机设两段高压厂用段，两台机共设置一台分裂起备变变压器，A列外布置简单，占地面积小，但高厂变及起备变容量较大，高压开关柜短路电流水平较高。直接空冷机组厂内高压负荷较多，厂用电根据短路电流计算、厂内高压负荷等因素，可每台机设置两台分裂高厂变，每台机设四段高压厂用段，两台机共设置两台分裂起备变，高厂变及起备变数量较多，但能有效限制中压开关柜短路电流。厂用电接线方式应根据不同机组经经济技术比较确定。对于300MW级以上机组，根据目前设备制造水平，主流高压开关柜额定短时耐受电流水平一般为40kA或50kA，如高压开关柜短路水平超过50kA，需要采用优化厂用高压系统接线方式、提高变压器阻抗等措施限流。4、总结随着我国经济的不断发展，用电量的需求也越来越大。大中型火力发电厂是电力行业最主要的发电方式，在设计过程中，不仅要保