清远抽水蓄能电站电气主接线优缺点浅析_彭铖

根据抽水蓄能电站分散布局的原则，南方（广东）电网继广州、惠州、深圳抽水蓄能电站相继投产与建设之后，在粤中地区西部建设清远抽水蓄能电站（简称清蓄电站），既满足广东电网以及珠江三角洲西北部负荷中心电力市场发展的需要，又有利于电网电力市场发展、平衡当地负荷、减轻电网输电压力，实现优化调整广东电源结构、提高系统调峰能力、配合西电东送、增强联网系统安全稳定运行能力。

0电气主接线概述清蓄电站位于清远市清新县太平镇境内，安装4台单机容量320MW 的单级立轴混流可逆式机组，总装机容量1280MW，设计年抽水耗电量30.283亿kW ·h，年发电量23.316亿kW ·h。

清蓄电站电气主接线方案如图1所示：4台发电电动机与主变压器低压侧采用“一机一变”单元接线，并在主变高电压侧由2个单元组成联合单元接线，发电电动机和主变压器之间装设有断路器及换相开关等设备，机组同期及换相在主变低压侧进行。

主变一级升压至500kV，通过洞内500kV GIS 及高压电缆与地面开关站500kV GIS 连接，地面开关站500kV GIS 采用四角形接线，经一回架空线路接入花都变电站引入系统，并预留一回500kV 出线间隔。

1机变联合单元接线分析1.1联合单元接线优点（1）采用发电电动机与主变压器联合单元接线方式，其主接线清晰、简洁、可靠性高，当某一机组故障或检修时，不会影响其他机组的正常运行。

（2）因抽水蓄能机组运行工况多、机组启停及工况转换频繁，在发电机出口处装设断路器，既可作为同期开关，又可减少500kV 高压侧开关操作次数，降低故障影响范围，增大保护的选择性，同时还能提高厂用电、静止变频启动装置和励磁等电源的可靠性。

（3）当全厂机组停运、故障或检修时，能不间断地从系统倒送电，以保证厂用电正常供电；当某主变回路故障时，可立即跳开发电机出口断路器及主变高压侧开关，迅速排除故障，保障系统安全。

1.2联合单元接线缺点（1）运行方式不灵活，停电范围大。

除发电电动收稿日期：2015-10-23作者简介：彭铖（1980-），男，工程师，从事抽水蓄能电站电气设备技术管理工作遥清远抽水蓄能电站电气主接线优缺点浅析彭铖（中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东广州511400）摘要：初步分析了清远抽水蓄能电站电气主接线方式的优缺点，探讨了主接线对安全运行、检修隔离操作等的影响，展望了抽水蓄能电站电气主接线的发展方向，供同类抽水蓄能电站电气主接线设计参考。

关键词：电气主接线；四角形接线；联合单元接线中图分类号：TM645.1文献标识码：B文章编号：1672-5387（2015）S-0040-03DOI：10.13599/ki.11-5130.2015.S.012第38卷增刊水电站机电技术Vol.38Suppl.2015年12月Mechanical &Electrical Technique of Hydropower StationDec.2015图1清蓄电站电气主接线示意图机外，联合单元中的任一元件（如励磁变压器）故障或检修时，都将使整个联合单元退备。

与单元接线相比，联合单元运行方式的变换显得不灵活，在相同的情况下，其停电范围也比单元接线大一倍。

（2）倒闸操作复杂，易产生误操作。

联合单元的倒闸操作较为繁琐，整个联合单元退备，不仅一次设备的操作量与难度加大，二次设备的操作处理也随考虑整个联合单元全局而变得复杂。

同时，联合单元的事故应急处理也较为复杂。

（3）运行经济性差，电力损失较大。

鉴于联合单元的局限性，在高压侧故障相同的情况下，其停电范围扩大一倍，电力输出损失比单元接线多一台机组的出力。

蓄能电站无论处于发电还是抽水工况运行时，联合单元中经常出现一台机组运行、一台机组备用情况，这样一台主变经常空载挂在系统上，导致产生一台主变空载损耗的电力浪费。

（4）继电保护配置较复杂。

与单元接线相比，①必须增设一定数量的元件保护装置（如短线差动保护）；②保护的整定计算更为复杂；③把变压器差动保护范畴扩大至发电机。

（5）故障时对系统冲击大，不利于电网稳定运行。

蓄能电站尤其当在承担调峰任务时发生故障，联合单元接线将直接给系统造成2×320MW的功率缺额，极大地冲击电网的安全稳定运行。

2500kV GIS系统接线分析清蓄电站主接线500kV侧采用四角形接线，以两回出线（初期为一回）接入广东电网500kV系统，每回出线均可输送全厂容量。

500kV系统采用当前国际上先进的SF6气体绝缘全封闭组合电器（简称GIS）。

GIS系统分层次布置，包括主变洞内GIS与地面开关站GIS。

GIS系统分为6个间隔，每个间隔均配置一个现地控制柜，用于对本间隔各元件进行现地控制操作。

2.1GIS系统四角形接线优点（1）四角形主接线简单明了，运行方式灵活。

四角形接线凸显了其布置紧凑、占地面积小、操作灵活等优点，不失为一种较理想的接线方式。

（2）四角形接线可靠性比较高。

当任一断路器故障或检修时，均不影响全电站容量的送出或系统的倒供电。

如图1所示，甚至某两台断路器同时故障或检修（如断路器102和断路器104）时，也不会影响全站对外的送、受电。

（3）断路器数量等于进出回路总量，且每条回路都与两台断路器相连接，该接线能方便、灵活地切换主变与出线间的电力交换。

事故切换或运行方式改变等所有操作均由断路器实现，不需隔离开关（刀闸）参与，隔离开关仅作为隔离电源的器件，也只在设备检修时起隔离电源之用，从而极大地提高了四角形接线系统的可靠性和灵活性。

（4）在线路侧配置快速地刀302，检修时可释放线路中的残余电荷；防止线路侧断路器未及时断开而造成事故，确保人身和设备安全。

（5）从工程投资费用考虑，500kV系统主接线采用四角形接线型式投资最省。

2.2GIS系统接线的不足（1）清蓄电站初期只投运一回出线，当母线或线路发生故障时，将直接跳闸两台断路器101、103，所有正运行的机组将甩负荷停机，500kV、厂高变等全掉电。

这种恶劣事故对电站机组、上游水道等造成很大冲击。

此时，应立即投运10kV备用电源或黑启动，做好事故应急和紧急处理措施，防止事故扩大化。

（2）当断路器101和断路器102同时故障，或当断路器103和断路器104同时故障时，全厂将损失一半的容量。

尤其在清蓄电站全厂承担调峰任务时，电网的备用容量往往严重缺乏，一旦由于某单一元件故障或某一元件检修（如隔离刀闸202）与另一元件故障重叠时，就会切断电站的全部容量造成全厂停机，极端情况下会引起系统的瓦解或崩溃。

（3）四角形接线在正常供电时，接线成闭合环形，有环形母线。

任一台断路器故障或检修时，不影响线路连续性供电，但也变成了开环运行，降低了主接线可靠性。

（4）四角形主接线的二次接线比较复杂，一、二次回路倒换操作较多，继电保护控制相对较为复杂。

（5）当线路故障时，要跳开两组断路器，且对跳闸的同时性要求很高，否则迟跳的那组断路器将承受全站的断路容量，影响断路器的使用寿命。

（6）GIS设备虽然拥有较高的可靠性指标，但在运行过程中由于元件故障检修的几率仍较大，且修复时间较长，当某间隔一元件需要检修时，相邻气隔需要降低SF6压力，使得停电范围进一步扩大，造成不必要的损失。

3展望（1）清蓄电站机组出口处装设有断路器和换相开关，换相开关的设置增加了对母线洞的空间需求和投资成本。

目前，大容量轻型SF6气体绝缘五极正、反相断路器可在一组断路器中实现换相（ABC ACB）及分、合操作，不必另装反相隔离开关，已在美、日等国及其他一些电站中应用[1]；另外，选用两个断路器代替换相开关，既可以换相、隔离，又可达到同期的目的，断路器寿命也能延长一倍，不失为一种好的选择，如回龙抽水蓄能电站选用两台断路器组合作为换相和同期开关[2]。

(下转第59页)（2）早日投运一回备用500kV 出线，能极大提高清蓄电站主接线系统的可靠性，充分发挥500kV 四角形接线的优势。

（3）目前考虑高压电缆的投资成本，联合单元接线优于单元接线方案。

但随着管道母线（GIL ）制造技术的提高和生产成本的下降，单元接线方式从运行方式、倒闸操作、停电范围、保护配置等诸多方面均优于联合单元接线方式。

4结束语本文从电站运行、检修的角度对清蓄电站的电气主接线系统的优缺点作了初步探讨。

清蓄电站电气主接线在满足可靠性、灵活性的前提下，做到了接线清楚、简单、投资省的目的，且经济合理地选择主变压器与机组的组合方式。

抽水蓄能电站的电气主接线有望随着电气设备技术的发展而进一步优化。

参考文献：[1]汪梦麟.可逆式抽水蓄能电站的电气主结线[J].华中电力,1994（2）.[2]郭志，孙国强，夏富军.回龙抽水蓄能电站电气设计研究[J].人民黄河,2004,26(6):40-1.(上接第41页)型挡风板（如图17），用螺栓固定在磁轭上，可对从磁轭流出的冷却风进行整流，改善磁极线圈冷却效果。

同时，第九段磁轭上端面还设有磁轭挡风环（如图18），与上挡风板共同组成转子上部密闭通风空间，安装要求磁轭挡风圈与上挡风板2下端法兰间的间隙为7.5±2mm。

图18磁轭挡风环励磁引线采用矩形铜排，与磁极线圈的励磁引出铜排连接，经磁轭、转子支架、转子支架圆筒轴内壁、滑转子内壁和滑环轴内壁，最后引至集电环（如图19）。

励磁铜排与磁极线圈励磁引出铜排的连接为柔性连接，磁极线圈励磁引出铜排为柔性连接片，与励磁铜排现场配打孔后固定到磁轭上，工艺要求在组装完成后磁极线圈励磁引出铜排弯曲部位以下需缠绕无碱玻璃丝绳，并用环氧胶进行固化；励磁铜排转折连接部位也采用柔性连接片连接，连接片与铜排在现场配打连接孔，并用螺栓将连接片和铜排固定。

励磁铜排的固定采用常见的线夹式固定结构，在磁轭和转子支架处通过压板、绝缘块、底座、绝缘套管和螺栓等进行固定，同时要求固定螺栓头部和垫片表面、底座表面及周围10mm 范围内表面涂绝缘硅胶并完全覆盖；在轴内直接通过压板、绝缘板和绝缘套管进行固定。

图19励磁引线2结语目前，清蓄电站正在进行机电安装，本文结合安装现场和相关技术资料对清蓄发电电动机转子结构特点进行详细剖析，并对部分工艺进行简要说明，希望可以给发电电动机转子安装和后期的维护检修提供参考。

参考文献：[1]白延年.水轮发电机设计与计算[M].北京：机械工业出版社，1982.[2]陈锡芳.水轮发电机结构运行监测与维修[M].北京：中国水利水电出版社，2008.[3]李文栋.第十九次中国水电设备学术讨论会文集[C].北京：中国水利水电出版社，2011.[4]李铁军.高速大容量发电电动机转子设计[J].西北水电，2012（S1）：110-112.。