四角形接线及扩大单元接线在银盘水电站的应用
时间：2020-11-12 12:04:29 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要：银盘水电站的机组接线方式为扩大单元接线，由4台机组和2台主变组成，主变高压侧的电压等级为220kV，采用的接线方式为四角形接线，2条出线送至重庆市张家坝变电站。采用四角形扩大单元接线既保证了电气主接线的可靠性和灵活性，同时也降低了施工成本。
关键词：四角形；
接线；
扩大单元；
银盘水电站
中图分类号：TM645 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）35-0042-04
1 电站概况
银盘水电站是日调节电站，地处重庆市武隆县，是乌江干流第十一级水电站，上游接彭水水电站，下游为白马水电站，是兼顾彭水水电站的反调节任务和渠化航道的枢纽工程。银盘水电站的任务是以发电为主、航运为辅。
银盘水电站主要由挡水建筑物、泄洪建筑物、电站厂房和通航建筑物等组成。大坝是混凝土重力坝，坝顶高程227.50m，最大坝高为78.5m，坝体总长600.1m。厂房布置在左岸，为河床式厂房。泄洪建筑物布置在中间，共10孔泄洪弧门。通航建筑物布置在右岸，为500t级单级船闸。
水库正常蓄水位为215.00m，设计洪水位为218.6m，校核洪水位为225.4m，死水位为211.5m，防洪限制水位为210.5m，总库容为3.2亿m3，调节库容为0.371亿m3，多年平均流量为1380m3/s，电站最小下泄流量为345m3/s。
电站装机容量为600MW，多年年均发电量为27.08亿kW·h，由4台150MW轴流转桨式机组组成，采用“两机一变”的扩大单元接线方式，220kV系统为四角形接线，并通过2条线路送至对侧张家坝变电站。
2 13.8kV系统
2.1 选择原则
银盘水电站根据水轮机制造难度、航运基荷运行、检修期机组运行、运行灵活性、设备造价5个方面考虑，采用了4台单机容量为150MW的水轮发电机组。由于银盘水电站投产运行时，重庆市电网通过500kV线路与四川省和华中四省电网形成了最大发电负荷约50000MW的联合电力系统，银盘水电站同时切2台机组对系统影响较小，因此在考虑到设备造价和运行灵活性方面采用了扩大单元接线方式。
2.2 运行方式
银盘水电站4台发电机组均设置了出口断路器，励磁系统采用自并励静止可控硅励磁方式，发电机组出口设置了3组电压互感器，主变压器低压侧设置了1组电压互感器和避雷器，并连接1个厂高变，用于厂用电系统供电，该供电方式不受机组的运行方式影响。
图1 银盘水电站13.8kV主接线图
2.3 发电机
发电机选用浙江富春江水电设备股份有限公司，发电机为立轴半伞式、由水轮机驱动的同步发电机，冷却方式为密闭自循环空气冷却。发电机型号为SF150-72/14100，额定容量为166.67MVA，额定电压为13.8kV，额定电流为6973A，额定转速为83.3r/min，额定功率因数为0.9（滞后），中性点经接地变接地。
2.4 发电机断路器（GCB）
GCB采用阿尔法（AREVA FKG1N），断路器为全弹簧储能三相机械联动、SF6气体灭弧，额定电压为13.8kV，额定电流为10.8kA，额定对称短路电流值为120kA，开断时间为65±5ms，开断额定电流顺序为co-_3min-co，开断额定短路顺序为co-_30min-co，电机停电后额定操作顺序o-co。
2.5 励磁系统
励磁系统采用的自并励静止可控硅励磁，正常采用机组外部直流起励，当机端电压升至20%时，断开外部直流电源。正常停机时采用逆变方式灭磁，机组事故时跳灭磁开关，投入灭磁电阻灭磁（同时封闭可控硅触发脉冲60s）。为防止同单元的机组在并网运行过程中出现抢无功现场，因此对于扩大单元接线的机组励磁调差系数一般整定为正值，银盘水电站励磁调差系数为+10%。
2.6 继电保护装置
发电机配置了2套RCS-985GW保护装置，由于机组为扩大单元接线，因此未配置注入式定子一点接地保护。因为若配置注入式定子一点接地保护，当同单元的两台机组并网运行后会出现互相干扰，影响注入式保护的正确动作。由于未配置注入式定子一点接地保护，因此当机组在停机状态时无法监测定子绝缘情况，为在开停机过程中能够及时发现定子绝缘情况，发电机专门设置了启停机保护。在机组开停机过程中，启停机保护通过监测发电机零序电压反应定子接地故障，通过监测发电机差流反应相间故障，由于机组在开停机过程中定子电压频率很低，通过监测低频过流反映其他故障，并且该保护的算法不受频率影响。
2.7 转子绝缘监测装置
发电机转子一点接地保护采用的是双端注入式，但由于RCS-985GW保护装置无法显示转子绝缘变化趋势，因此为保证能够及时发现转子绝缘下降趋势，设置了转子绝缘监测装置。该装置可以当转子绝缘低于绝缘降低整定值（如200K）时，及时发出绝缘降低信号；
当绝缘值继续低于转子接地整定值（如50K）时，发出接地报警信号，同时指出接地点的具体位置，记忆接地前后的绝缘变化过程，保持当前状态，不再监测；
然后由机组转子接地保护根据其整定值是否发出接地报警信号。同时该装置可以监测转子匝间绝缘情况，在发电机定子中部通风孔中安装转子磁场传感器，通过测量、比较各个磁极（或线棒）磁场大小来判断转子绕组是否发生匝间短路。通过转子位置信号传感器来判断匝间短路的位置。
3 220kV系统
3.1 选择原则
银盘水电站利用小时数为4513h，属于径流式水电站，可调节库容为0.371亿m3，若发生故障跳闸停机，会造成大量弃水和电量损失，因此电站的主接线应安全可靠和运行灵活。四角形接线比双母线略复杂，继电保护也相对复杂，但运行可靠性很高；
一回出线故障时，不影响机组及变压器的运行，但需操作2台断路器；
一回进线故障时，对另一回进线机组、变压器及二回线路没有任何影响，也需操作2台断路器；
任一台断路器检修，不影响运行，隔离开关只用于检修，减少误操作可能。并且四角形接线比双母线接线少1台断路器，在工程造价上也减少了投资。
3.2 接入电网的方式
采用220kV一级电压接入对侧张家坝变电站，共有两条出线，线路的型号：LGJ-2x630，每回线路的长度约22.29km。
3.3 组成结构
220kV系统的接线方式是4角形接线，采用GIS连接，绝缘介质为SF6，其中母线采用三相共筒式，分支采用分相式。由4台断路器、2台主变压器、2条出线、2条进线、4条母线、6组避雷器、14个隔离开关、16个接地刀闸、2个快速接地刀闸、4台电压互感器和10组电流互感器组成。
3.4 主变压器
主变压器采用的特变电工衡阳变压器SFP10-340000/220，主变压器高压侧采用油/SF6套管与GIS相连接，低压侧采用油/空气套管与IPB连接，高压侧中性点采用油/空气套管引出后经隔离开关接地，并联放电间隙和避雷器。主变压器采用无载调压方式，分接开关在四档运行。正常运行时，1号主变中性点接地刀闸合闸，2号主变中性点接地刀闸分闸。
图2 银盘水电站220kV主接线图
3.5 断路器
断路器采用ABB，三相为电气联动，操作机构型式是弹簧液压HMB-4.3，SF6气压为0.6MPa，额定电压为252kV，额定电流为2500A，额定短路开断电流为50kA，额定操作顺序为o-0.3s-co-180s-co。
3.6 隔离开关、接地刀闸、快速接地刀闸
隔离开关、接地刀闸、快速接地刀闸均是采用三相机械联动，额定电压为252kV，额定电流为2500A，额定短时耐受电流为50kA，额定短路持续时间为4s，操作电压为DC220V，隔离开关的合/分闸时间为6s，接地刀闸和快速接地刀闸的合/分闸时间为5s。
3.7 避雷器
避雷器主要用于防止雷击过电压和操作过电压，银盘220kV水电站避雷器布置方案为：（1）变压器旁装一组型号为Y10W-200/520的电站型金属氧化锌无间隙避雷器（MOA），两台变压器三相共6台；
（2）母线PT处安装一组型号为Y10W-200/520的电站型金属氧化锌无间隙避雷器（MOA），共6台；
（3）线路入口处各安装一组金属氧化锌无间隙避雷器Y10W-216/562，共6台。
通过计算一线一变和两线一变两种方式下的雷击绕电过电压，避雷器上出现最大放电电流为5.8kA，远远小于避雷器雷电配合电流10kA，满足系统绝缘配合要求。
通过计算一线一变和两线一变两种方式下的雷击反击过电压，避雷器上出现最大放电电流为6.5kA，小于避雷器雷电配合电流10kA，满足系统绝缘配合要求。
GIS中隔离开关在操作过程中触头的运动速度较慢（cm/s数量级），当隔离开关在分或合的过程中会发生多次预、重击穿。在电压跳变处将产生波前很陡的阶跃电压（ns数量级），由于其上升很快，称之为快速瞬态过电压（VFTO）。
通过计算母线带电，母线侧隔离开关动作、变压器带电，变压器侧隔离开关动作、母线带电，变压器侧隔离开关动作三种情况，发现在母线带电的这两种操作方式，#1BLQ（#3BLQ）、203BLQ（204BLQ）两避雷器均未动作；
在变压器带电的这一种操作方式下，两避雷器均动作。通过对两避雷器在VFTO作用下的电压、电流和能量的关系，可知避雷器#1BLQ（#3BLQ）、203BLQ（204BLQ）对VFTO的限制作用并不明显。考虑累积效应尽可能避免变压器带电投切变压器侧隔离开关。
3.8 电压互感器
银盘电站220kV系统共设置4台电压互感器，其中2台电磁式电压互感器、2台电容式电压互感器，4台电压互感器均为五绕组互感器（4个绕组为星形接线，1个绕组为开口三角形接线）。
3.9 继电保护配置
银盘电站220kV系统配置的继电保护有：银张南线和银张北线分别配置1套RCS-931GM型保护装置和1套RCS-902G超高压线路成套快速保护装置。4个220kV断路器均设置1个断路器保护盘，每个盘内均配置1套RCS-921G断路器失灵起动及自动重合闸装置和2套RCS-922G短引线保护装置。短引线保护装置分别用于2回主变高压侧进线、2回220kV线路出线的T区保护。1号和2号主变压器分别设置了2套独立的RCS-985TM型保护装置的电气量保护和1套RCS-974AG2型保护装置非电量保护。
在正常运行方式下，短引线保护不投入运行，当其对应的主变或线路检修且四角形接线合环运行时，投入该T型区域的短引线保护。主变每套电气量保护装置中均设置有“高压侧接地零序保护”和“高压侧间隙零序保护”，正常运行方式下1号变压器投入“高压侧接地零序保护”，2号变压器投入“高压侧间隙零序保护”，断开主变压器中性点接地刀闸前，投入主变高压侧间隙零序保护。正常情况下RCS-931CS保护装置和RCS-902G保护装置跳位继电器控制把手1QK置“正常”位，当220kV线路电厂侧1号开关检修时置“开关1检修”位，2号开关检修时置“开关2检修”位。
4 注意事项
合理安排机组运行方式。在两台机组发电时，尽量安排不同扩大单元的机组并网发电，防止当其中一台主变故障时造成两台机组同时跳闸停机，造成较大的电量损失，同时也增加了弃水的风险。
合理分配机组无功。对于扩大单元接线的机组并列运行时，应保持机组间无功功率的一致，防止增大无功环流的可能性。
合理确定机组无功调节下限和励磁欠励动作值之间的关系。对于大部分发电机的无功调节下限与励磁欠励动作值相同或接近，对于扩大单元接线的机组，如果两个值相同或接近时，当其中一台机组并网运行同时无功已带至调节下限，此时对于相同扩大单元的另一台机组并网时可能会造成已并网且无功已带至调节下限的机组的励磁欠励
动作。
合理设定220kV开关重合闸动作值。对于四角形接线而言，一条线路停电需要同时断开两个开关，对于线路发生单相接地故障时也需要同时跳开两个开关。若两个开关的重合闸动作的动作时间相同，当发生永久性故障时两个开关同时合闸则对故障点造成更大的损坏，因此对于同线路的两个开关的重合闸时间不相同，银盘水电站的两个开关的单相重合闸动作时间分别为1.0s和1.5s。
正确使用短引线保护。在正常运行方式下，短引线保护不投入运行，将其功能压板和出口压板均退出，由于短引线保护的投入是由功能压板和对应T型区的隔离开关的位置控制（两者呈“或”关系），为了防止接点因此短引线保护误投入，将短引线保护的出口压板退出。当其对应的主变或线路检修且四角形接线合环运行时，投入该T型区域的短引线保护。
5 结语
银盘水电站于2011年投产发电，作为重庆市主力调频厂，四角形接线及扩大单元接线在实际应用过程中，主变和线路检修时操作和继电保护配置相对复杂，但整体稳定性较高。设备检修期间，互相影响的设备较多，特别是继电保护装置的接线、保护压板的投退、带电部位的隔离，安全措施和危险点分析要对位，防止发生人身触电。
参考文献
[1] WL2CA-S型发电机转子绝缘在线监测和接地定位装置
使用说明书[S].
作者简介：黄海洲（1988—），男，河南南阳人，重庆大唐国际武隆水电开发有限公司助理工程师，研究方向：水轮发电机组运行值班。
