水电站主变压器设备配置问题分析.pdf

96第 52 卷2024 年 4 月Vol.52 No.2Apr.2024云南电力技术YUNNAN ELECTRIC POWER水电站主变压器设备配置问题分析彭程（国能大渡河猴子岩发电有限公司，四川 甘孜 626700）摘要：大型水电站在流域水电梯级开发中往往充当着核心控制性作用，本文讨论水电站主变压器设备配置问题分析，主要完成了电气主接线和厂用电接线的设计分析、导体和高压电气设备选择等分析任务。在设计过程中严格遵守相关的规程，对于每个可选择的方式进行比较和全面论述。关键词：变压器；发电机；电气设备；接线方式Analysis of Equipment Configuration Issues for Main Transformers in Hydropower StationsPeng Cheng（Guoneng Daduhe Monkey Rock Power Generation Co.,Ltd.,Garze,Sichuan 626700,China）Abstract:Large and medium-sized hydropower stations often play a core control role in the development of water elevators in the river basin.This article discusses the analysis of equipment configuration issues for main transformers in hydropower stations，it has mainly completed the design and analysis of electrical main wiring and factory electrical wiring,and the selection of conductors and high-voltage electrical equipment.Strictly abide by the relevant procedures in the design process,and compare and comprehensively discuss each optional method.Key words:transformer;generator;electrical equipment;wiring中图分类号：TM74文献标识码：B文章编号：1006-7345（2024）02-0096-040前言大型水电站在流域水电梯级开发中往往充当着控制性作用，而最为水电站核心部件的主变压器设备配置问题在实际生产中至关重要，并吸引着行业内人士不断的摸索和探究，本文仅以电气主接线和厂用电接线的设计分析为切入点，浅析导体和高压电气设备选择等分析任务，开展研究比较和全面论述。1组合方案以 4 台 单 机 容 量 425 MW 的 水 轮 发 电 机为例，总装机容量为 1700 MW，根据NB/T 10878-2021 水力发电厂机电设计规范，有以下几种可选方式：发电机-变压器单元接线、发电机-变压器扩大单元接线、发电机-变压器联合单元接线。1.1发电机-变压器单元接线本方案的优点是能够减少发电机与主变压器侧的断路器数量，开关设备少，因此节省了高压配电装置的占地面积，所以能够很好的压降设备成本，经济可行性较高；并且选择单元接线时不需要设置发电机电压级母线，发电机与变压器之间主要使用的是封闭母线，任何一个发电机组停机都不会影响厂用电供电，可靠性较好。单元接线的缺点是当主变压器发生故障时或者正在检修的最不利情况下，同一组发电机与主变压器设备必须同时停电，当发电机检修的时候，主变压器虽然可以选择轻载运行，但是设备损耗也会相应加大。1.2发电机-变压器扩大单元接线本方案的优点是可以减少变压器的数量和高压侧断路器的数量，因而减少占地面积；因为比单元接线少了一组变压器和高压侧断路器，所以其经济性更好，这种接线方式能够最大限度限制短路电流。而任何一台发电机停机都不97第 52 卷2024 年第 2 期水电站主变压器设备配置问题分析会影响厂用电的供电，可靠性较好。扩大单元接线的缺点是当主变压器故障或检修的时候，同一单元两台发电机机组都需要停电，降低了发电机的利用率拉低了产能，检修一台发电机的时候，需要变压器轻载运行，同样会增大损耗，经济性降低。1.3发电机-变压器联合单元接线本方案的优点是发电机的停顿频次比较少，且任何一台发电机停运都不影响到其他发电机的运行，运行的灵活性比较好的同时供电的可靠性也比较高联合单元接线的缺点是在建设初期的时候投资费用比较高，与扩大单元接线相比较除了经济性不高以外，其他都优于扩大单元接线。参考了每种方案的优缺点以及技术问题后，综合考虑成本及各方面客观因素选择最合适的是发电机变压器单元接线。2500 kV高压配电装置接线500 kV 高压配电装置的接线方式，根据NB/T 10878-2021 水力发电厂机电设计规范可行方案分为以下几种：2.1双母线四分段带旁路母线接线本方案的优点是可以通过两组母线的隔离开关进行倒闸操作，能够轮流检修一组母线而不中断供电，当一组母线故障时，能够迅速恢复供电；当检修任一回路的母线隔离开关时，只需要停该回路，能够尽量缩小母线故障停电的范围，当线路或主变压器的断路器检修时仍然可以继续供电，所以供电可靠性高。当有双回架空线的时候，可以直接顺序布置，以至于连接不同的母线段的时候不会像单母线分段那样导致出现交叉跨越，所以其可扩展性更高、后期扩建方便。本方案的缺点是每一回路都需要增加一组隔离开关，让配电装置的架构和占地面积以及投资费用都会有所增加，同时保护和二次部分接线更复杂，这也使得保护和自动化系统更加复杂化、占用的设备间隔较多。当母线故障的时候，需要在短时间内切除较多的电源以及线路，这对于特别重要的大型发电厂以及变电站是不可行的，而旁路的倒闸操作也比较复杂，大大增加了误操作的概率。本方案存在的技术问题：当一段母线发生故障时或连接在母线上的进出线断路器故障时，停电的范围不会超过整个母线的三分之一（三分段时）或者四分之一（四分段时）。当一段母线发生故障合并分段或母联断路器拒动时，其停电范围不会超过整个母线的三分之二或二分之一（本方案所使用的断路器以及隔离开关的数量分别是 16 台和 32 台）。2.2一台半断路器接线本方案的优点是每一个回路都是由两台断路器供电的，当发生了母线故障时，只需要跳开与此母线相连的所有断路器，任何回路都不会出现停电，当事故以及检修相重合的时候，停电的回路将不会多于两回，所以其具有高度可靠性。而隔离开关仅作为检修的时候使用，避免了将隔离开关作为操作使用时的倒闸操作。本方案的缺点是使用的设备比较多，特别是断路器以及电流互感器，其投资费用较大且保护的接线复杂，同名回路（双回路出线或者主变压器）面临同时停电的问题。本方案存在的技术问题：继电保护和二次部分回路更复杂，因此要注意解决保护接在什么位置以及电流问题、重合闸的问题、失灵保护的问题、二次部分接线安装单位划分等问题。对于特别重要的同名回路，应考虑分别交替接入不同侧母线，采用交替布置的方式，这种布置可以避免当一串中的中间断路器检修的时候，合并同名回路串的母线侧断路器故障，而将配置在同侧母线的同名回路同时切断。因为这种同名回路同时停电的几率很小，而且一个串通常需要占据两个间隔，增加了架构和引线的复杂性，同时扩大了占地面积（本方案所使用的断路器以及隔离开关的数量分别是 18 台和 36台）。2.3三分之四台断路器接线采用本方案与一台半断路器接线方式的优缺点相同，但三分之四台断路器接线的一个串中有四台断路器接三个进出线回路。一个串的三个回路中，电源与负荷的容量应相互匹配，以提高供电可靠性，共有 16 台断路器和 32 台隔离开关。考虑了每种方案的优缺点以及技术问题后，综合分析客观选出了最合适的是三分之四台断路器接线，如图 1 所示。98云南电力技术第 52 卷2024 年第 2 期 图1电气主接线图3425 MW机组厂用电接线3.1厂用电的电压等级根据NB/T 35044-2014 水力发电厂厂用电设计规程：高压厂用电电压比较适合用10 kV，低压厂用电电压比较适合用 0.4 kV。水轮发电机组的辅助设备使用的电动机容量都不是很大，所以通常只需要设置 380 V 的电压等级，由动力和照明公用的三相四线制系统提供电力，但是坝区和水利枢纽都装设有大型的机械，如厂内的排水泵和厂外的柴油发电机、进水口、泄洪洞、溢洪道以及地面开关站等设备通常距离主厂房比较远，所以需要设专用的变压器，通常采用 6 kV 和 10 kV 电压等级供电。3.2厂用电系统接地方式根据GB/T 50065-2011 交流电气装置的接地设计规范：比较适合采用 TN-S 或 TN-C-S系统。对于单电源的系统来说，TN 的电源系统电源处应配置一个直接接地点，装置的外露可导电部分应该经过 PE 接到接地点。TN-S 系统是整个系统要全部采用单独的 PE，PE 也能另外增设接地，专门用于接地且正常运行的时候没有电流流过。TN-C-S 系统中的一部分 N 的作用与 PE 的作用合并在一根导体上，是用来给配电系统做零线以及接地线，正常运行的时候会有电流流过，且这个电流就是三相不平衡的时候流过零线的电流。3.3厂用电源及其引接方式厂用电以及低压厂用工作电源的引接方式一般而言当装机台数为 5 台及以上的时候，应该最少要从其中的 3 台主变压器的低压侧引出用做厂用电的工作电源，而低压厂用电通常是从高压厂用母线段来引接。备用电源的引接方式：备用电源的引接应该要保证它的独立性，避免与厂用工作电源由同一个电源处引接，引接点的电源数目应该为两个以上，并且要有足够的供电容量，从地区电网或者是保留施工变电站引接。3.4厂用电接线形式大型的水电厂若使用了二级电压等级来供电，比较适合把机组自用电和公用电以及照明和维修系统等分别用不同的变压器来供电。高压厂用电系统比较适合使用单母线分段，母线的分段数量应该以电源的数量来决定。低压厂用电系统除了单电源供电以外通常使用单母线分段接线。如图 2 所示。图2厂用电接线图3.5厂用变压器高压厂用变压器参数，根据GB/T 6451-2023 油浸式电力变压器技术参数和要求其具体参数如下：单相干式双绕组变压器 1；额定容量：1250/1000/800/400/315/250 kVA；额 定 电压等级：10.522.5%/0.4 kV。5结束语水电站设备的选型、配备和设计是一个整体的过程，本文论述的是分析方法，其结论是在综合考虑该项目的前提下从几个可行方案中选择的最优解。主变压器配备配置需要从建设成本、设备可靠性、可扩展性、易用性和后期99水电站主变压器设备配置问题分析第 52 卷2024 年第 2 期运行检修的难易程度等方面全方位考虑，同时受到场地、环境等因素的制约影响，需要具体分析。参考文献1 NB/T 10878-2021水力发电厂机电设计规范.2 NB/T 35044-2014水力发电厂厂用电设计规程.3 GB/T 50065-2011交流电气装置的接地设计规范.4 GB/T 6451-2023油浸式电力变压器技术参数和要求.5 贾蔚.探讨小型水电站设计.6 徐军.如何选择主变压器.7 钟滔.溪洛渡主变压器选型.8 王晨曦.水电站电气主接线优化设计.9 刘志欣.水电站电气主接线优化设计探讨.10 周百鸣.大型水电站厂用电系统设计.收稿日期：2024-04-18作者简介：彭程（1995），男，长春工程学院智能电网信息工程专业，2018 年至今就职于国能大渡河猴子岩发电有限公司，主要从事电力生产和设备运行维护管理等方面工作。表8不同组合下561滤波器的3I0_harm_rms值 滤波器组合3I0_harm_rms/A定值/A561+57133.427.2561+58121.127.2561+571+58122.127.25结束语通过上述分析，得出以下结论：1）换流站各交流进线对 13 次谐波电流的贡献较小，作为换流器特征谐波，13 次谐波电流由换流器馈出并流入 561 与 571 滤波器。2）失谐保护告警时，561 与 571 滤波器均同时投入，且三相间 13 次谐波电流分布存在明显差异。因相间分布不均，滤波器尾端自产零序电流中包含大量的 13 次谐波分量，失谐保护正确告警。3）谐波阻抗差异因滤波器元件参数变化造成，参考预试结果，重点怀疑 C1 电容器参数变化原因。4）仿真结果表明，与采用标准参数的 B 型滤波器并联相比，571 滤波器的投入会使 561 的3I0_harm_rms 明显大于失谐告警动作定值。参考文献1 陈慧,刘宁.一起同塔双回直流输电线路避雷器击穿事故原因分析J.云南电力技术,2023,51(4):60-64.2 赵畹君.高压直流输电工程技术M.北京:中国电力出版社.2004.3 古智鹏.换流站交流滤波器电容器运维分析及故障处理J.电力电容器与无功补偿,2019,40(6):58-61.4 张杰,韩永霞,李立浧,等.换流站交流滤波器避雷器压敏电阻冲击老化特性及应用研究J.电网技术,2023,47,(7):2967-2976.5 刘书吉,王兴善,刘进鹏,等.一起鸟害引起的交流滤波器不平衡保护跳闸分析J.青海电力,2022,41,(2):60-63.6 马虎涛,吴永利,申廷进,等.换流站 TILP 型交流滤波器电容器接线柱发热分析研究J.电力电容器与无功补偿,2023,Vol44,(4):1-4.7 刘天作,赵文诗,张泽强.锡盟换流站交流滤波器不平衡保护误动作分析J.东北电力技术,2022,43,(5):49-56.8 古智鹏,胡蕴斌,翁洪志,等.基于PSCAD/EMTDC的换流站交流滤波器电容器不平衡电流异常分析J.电力电容器与无功补偿,2021,Vol42,(1):12-17.9 李山,杨定乾.某换流站750 kV交流滤波器投切仿真计算及现场实测分析J.电力电容器与无功补偿,2020,41,(1):91-95.10 吕文韬,谢海葳,徐群伟,等.特高压直流换流站交流滤波器组对电网谐波的影响分析J.电力系统自动化,2019,43,(23):217-225.11 施红军.影响800 kV特高压直流输电交流滤波器失谐保护准确性的原因分析J.华东电力,2013,41,(10):2201-2202.12 胡宇林,焦华,严伟,等.从西换流站交流滤波器失谐特性分析J.广东电力,2019,32,(3):66-73.13 马骞,王巍,刘昊一,等.基于电流变化率的交流滤波器失谐元件在线辨识方法J.湖南电力,2021,41,(4):1-7.14 黄小羽,高沁翔,夏明超.特高压直流输电交流滤波器失谐报警的仿真J.北京交通大学学报,2012,36,(2):136-139.收稿日期：2024-02-18作者简介：陈慧（1988），女，大学本科，高级工程师，从事高压直流输电系统运行与维护管理工作；刘宁（1986），男，硕士研究生，高级工程师，从事变电设备检修试验工作。（上接第95页）