【正文】 方案三電氣主接線圖 天津大學(xué) 《 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì) 》 說(shuō)明書 第一章 電氣主接線的設(shè)計(jì) 7 圖124 方案四電氣主接線圖 天津大學(xué) 《 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì) 》 說(shuō)明書 第一章 電氣主接線的設(shè)計(jì) 8 對(duì)草擬方案 的比較和初選 在 上述四個(gè)方案中， 500kV 系統(tǒng) 均采用一臺(tái)半斷路器接線方式 ， 每條回路共 用 3 臺(tái)斷路器，即每條回路一臺(tái)半斷路器，每串的中間一臺(tái)斷路器為聯(lián)絡(luò)斷路器。正常運(yùn)行時(shí)，兩組母線和全部斷路器都投入工作，形成多環(huán)狀供電，因此有很高的可靠性和靈活性。其優(yōu)點(diǎn)在于任一母線故障或檢 修 (所有接于該母線上的斷路器斷開 )，均不致停電；當(dāng)同名元件接于不同串，及同一串中有一回出線、一回電源時(shí)，在兩組母線同時(shí)故障或一組檢修兩外一組故障的極端情況下，功率仍能經(jīng)聯(lián)絡(luò)斷路器繼續(xù)輸送；除了聯(lián)絡(luò)斷路器內(nèi)部故障時(shí) (同串中的兩側(cè)斷路器將自動(dòng)跳閘 )，與 其相連的兩回路短時(shí)停電外，聯(lián)絡(luò)斷路器外部 故障或其他任何斷路器故障最多停一個(gè)回路；任一斷路器檢修都不致停電，而且可同時(shí)檢修多臺(tái)斷路器；運(yùn)行調(diào)度靈活，操作、檢修方便，隔離開關(guān) (disconnecting switch)僅作為檢修時(shí)隔離電器。其缺點(diǎn)是這種接線要求電源和出線數(shù)目最好相同；為提高可靠性，要求同名回路接在不同串上，對(duì)特別重要的同名回路，要考慮“交替布置”，即同名回路分別接于不同母線，以提高運(yùn)行的可靠性。而由于配電裝置的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，要求每對(duì)回路中的變壓器和出線向不同方向引出，這將增加配電裝置的間隔，限制這種接線的應(yīng)用；與雙母線帶旁路比較，這種接線所用的斷路器、 電流互感器 (current transformer, CT)多，投資大；正常操作時(shí)，聯(lián)絡(luò)斷路器動(dòng)作次數(shù)時(shí)其兩側(cè)斷路器的 2 倍，一個(gè)回路故障時(shí)要跳兩臺(tái)斷路器，斷路 器動(dòng)作頻繁，檢修次數(shù)多；二次控制 (secondary control)接線和繼電保護(hù) (power system protection)都較復(fù)雜。 方案一 的特點(diǎn) 在方案一 中， 如圖 121 所示 ， 220kV 系統(tǒng) 采用雙母線分段接線方式。雙母三分段接線方式將一般雙母線中的一組母線分為兩段，不僅具有雙母線接線的優(yōu)點(diǎn)，任何時(shí)候都有備用母線 (auxiliary busbar)?？紤] 以下 兩種運(yùn)行方式： ，下面的兩段分別經(jīng)一臺(tái)母聯(lián)斷路器 (bus tie switch)與備用母線相連。正常運(yùn)行時(shí)，電源、線路分別接于兩個(gè)分段上，分段斷路器(section switch)合上，兩臺(tái)母聯(lián)斷路器均斷開，相當(dāng)于分段單母線運(yùn)行。這種方式又稱為工作母線分段的雙母線接線，具有分段單母線和一般雙母線的特點(diǎn)，而且有更高的可靠性和靈活性。 ，這種方式在一段母線故障時(shí)，分段斷路器跳開，同時(shí)該段母線的出線停電，隨后切換到備用母線上即可恢復(fù)。這樣只是部分的短時(shí)停電。但是這種接線方式增加了母聯(lián)斷路器和分段斷路器數(shù)量，使投資加大。 廠用電接線從發(fā)電機(jī)升壓變壓器的低壓側(cè)引出。廠用分支通常與發(fā)電機(jī)出口天津大學(xué) 《 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì) 》 說(shuō)明書 第一章 電氣主接線的設(shè)計(jì) 9 回路一并采用分相封閉母線，因?yàn)楣收下屎苄。刹谎b斷路器和隔離開關(guān)，節(jié)省了投資。但是發(fā)生故障時(shí)或檢修會(huì)使得操作十分困難甚至停運(yùn)機(jī)組。如果在每個(gè)發(fā)電機(jī)側(cè)與廠用電變壓器高壓側(cè)之間加入斷路器和隔離開關(guān)，與將母線作為廠用電源相比斷路器數(shù)量反而增加，投資反而會(huì)加大。 方案二的特點(diǎn) 在方案二 中， 如圖 122 所示 ， 220kV 系統(tǒng) 采用雙母線帶旁路接線方式，使得 220kV 系統(tǒng) 在檢修過(guò)程中能保證正常供電，可靠性較高。 110kV 系統(tǒng) 采用雙母線接線方式，調(diào)度靈活，供電可靠，通過(guò)兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障后，能迅速 恢 復(fù)供電。 綜上 ，該方案的優(yōu)點(diǎn)是 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)功率分配均衡， 220kV、 500kV 及 110kV 系統(tǒng) 在正常工作時(shí)各 母線上的功率平衡，母線間的穿越功率 (perating power)少，減少了功率損耗，降低了風(fēng)險(xiǎn)。 但是， 在該方案的設(shè)計(jì)中， 220kV 系統(tǒng) 只有一臺(tái) 600MW 的發(fā)電機(jī)供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)造成大量的穿越功率很容易發(fā)生故障，可靠性較差。同時(shí)，該方案采用較為復(fù)雜的接線方 式，需要的斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備較多，成本較高。由于出現(xiàn) 故障時(shí)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)間會(huì)產(chǎn)生大量的穿越功率，因此對(duì)各母線間的線路及其元 件設(shè)備有很高的要求，變相增加了成本。 方案三 的特點(diǎn) 在方案三 中 ，如圖 123 所示 ， 220kV 系統(tǒng) 采用雙母線接線形式，其調(diào)度靈活、供電較為可靠。但母線故障或檢修時(shí)，需短時(shí)切除該母線上電源與負(fù)荷；饋線 (feeder line)斷路器或線路側(cè)隔離開關(guān)故障時(shí)，會(huì)造成該回路供電中斷。 110kV 系統(tǒng) 采用單母線分段接線，一端有故障的時(shí)候可由另一端電源供電，同時(shí)又具有不影響另一端電源正常供電的特性，由于 110kV 系統(tǒng) 在大型發(fā)電廠中的 地位不 高，不要求太高的可靠性，因而采用單母線分段 接線方式 使用 斷路器少，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。 方案四的 特點(diǎn) 在方案四中 ，如圖 124 所示 ， 由于本案例 對(duì)可靠性要求較高，因此電機(jī)采用單元接線方式，使發(fā)電機(jī)在短路故障時(shí)相互影響較小，具有較高可靠性。 廠用電采用聯(lián)絡(luò)變壓器 ，高、中壓側(cè) 分別 連接 500kV、 220kV 側(cè) ，有平衡兩系統(tǒng)功率能量的作用，低壓側(cè)連接廠用設(shè)備。 110kV 系統(tǒng) 不直接安裝發(fā)電機(jī)，靠變壓器從 500kV、 220kV 系統(tǒng) 汲取 較少 能量，地位不高。 110kV 系統(tǒng)使用 雙母接線方式 ，短路時(shí) ，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響較小，只相當(dāng)于 500kV、 220kV 系統(tǒng) 的一個(gè)負(fù)載。 天津大學(xué) 《 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì) 》 說(shuō)明書 第一章 電氣主接線的設(shè)計(jì) 10 220kV 系統(tǒng) 采用雙母分段帶旁路的接線方式 。 分段母線 可減小停電范圍 ，當(dāng)一段故障時(shí)，可將負(fù)荷切至備用母線而不用切斷整個(gè)母線上的負(fù)荷。旁路的使用可避免檢修負(fù)荷 側(cè)斷路器時(shí)的停電 ， 但其 缺點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為 復(fù)雜 ，經(jīng)濟(jì) 性相對(duì)較差。 本案例 對(duì)供電可靠性要求嚴(yán)格， 故而 使用旁路。 綜上分析 ，我們選擇 方案三和方案四進(jìn) 行 經(jīng)濟(jì)性比較 。 天津大學(xué) 《 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì) 》 說(shuō)明書 第二章 方案經(jīng)濟(jì)性的比較 11 第 二 章 方案經(jīng)濟(jì)性 的 比較 經(jīng)濟(jì)計(jì)算方法 經(jīng)濟(jì)計(jì)算 (economic calculation)是從國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體利益出發(fā) ，計(jì)算電氣主接線各個(gè)比較方案的費(fèi)用和效益，為選擇經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)方案提供依據(jù)。 在經(jīng)濟(jì)比較中 ，一般有投資 (investment, 包括主要設(shè)備及 配電裝置的投資 )和 年最大運(yùn)行費(fèi)用 (annual maximum working cost)兩大項(xiàng) 。 計(jì)算 時(shí) ，可只計(jì)算各方案不同部分的投資和年運(yùn)行費(fèi)用。 計(jì)算綜合投資 Z 方案綜合投資 Z 的 計(jì)算 采用如下方法 ?????? ?? 10010 aZZ(萬(wàn)元 ) (21) 式中， 0Z 為 主體設(shè)備的綜合投 資 (即 包括設(shè)備本體價(jià)格 、 其 它 設(shè)備 (如控制設(shè)備 、母線 )費(fèi) 、主要材料費(fèi)、安裝費(fèi)等各項(xiàng)費(fèi)用的綜合 )，包括變壓器 、 開關(guān)設(shè)備、配電裝置等設(shè)備的綜合投資； a 為不明顯的附加費(fèi)用比例系數(shù) 。綜合投資指標(biāo) 可查表獲得。 計(jì)算年運(yùn)行費(fèi)用 u 方案 年運(yùn)行費(fèi)用 21410 uuAu ????? ?? (萬(wàn)元 ) (22) 式中 ， 1u 為小修、維護(hù)費(fèi)，一般為 ? ?~ ，可查表獲得 ； 2u 為折舊費(fèi)，一般為 ? ?~ ，可查表獲得； ? 為 電能電價(jià) ( hkW/ ?元 )， 取 當(dāng)?shù)貙?shí)際電價(jià) ； A? 為變壓器年電能損失總值 ( hkW? )。 關(guān)于 A? 的計(jì)算， 在已知 最大負(fù)荷 maxS 和 最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù) maxT 時(shí) ， 若 采用 n 臺(tái)相同容量 的雙繞組變壓器 并聯(lián)運(yùn)行 ，則 ? ? ? ? ?2ma x000 1 ??????????????????nSSQKPnTQKPnA ( hkW? ) (23) 或 ? ? ? ?02001 TSSQKPnQKPnAn ???????? ?????????????????? ( hkW? ) (24) 天津大學(xué) 《 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì) 》 說(shuō)明書 第二章 方案經(jīng)濟(jì)性的比較 12 式中 ， 0P? 為一臺(tái)變壓器的空載有功損耗 (kW)；100%00 nSIQ ???為 一 臺(tái)變壓器的空載 無(wú)功損耗 (kVar)； %0I 為一臺(tái)變壓器空載電流百分值； P? 為一臺(tái)變壓器的短路有功損耗 (kW)；100%d nSuQ ???為一臺(tái)變壓器的短路無(wú)功損耗 (kVar)；%du 為變壓器的短路電壓 (或稱阻抗電壓 )百 分值； nS 為一臺(tái)變壓器 的 額定容量(kVA)； maxS 為 n 臺(tái) 變壓器承擔(dān)的最大總負(fù)荷 (kVA )； S 為 n 臺(tái) 變壓器承擔(dān)的總平均負(fù)荷 (kVA)； 0T 為變壓器全年實(shí)際運(yùn)行小時(shí)數(shù) (h)，一般可取 8000h； ? 為最大負(fù)荷損耗時(shí)間 (h)， 可查表獲得； K 為 無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量 (即每 多發(fā)送 (或補(bǔ)償 )1kVar無(wú)功功率 ，在電力系統(tǒng)中所引起的有功功率損耗增 加 (或 減少 )的 值，一般發(fā)電廠取 )。 經(jīng)濟(jì)比較 對(duì)技術(shù)上較好的方案 ，分別進(jìn)行上述投資及年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算后，再通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較，可選出經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)方案。 在諸方案中 ， Z 與 u 均為最小的方案 優(yōu)先選用。 若 Z 大的 方案 而 u 小 ，或反之，則應(yīng) 采用 “ 動(dòng)態(tài)比較法 ” 進(jìn)一步進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。 動(dòng)態(tài)比較法 (dynamic parison method)， 即在經(jīng)濟(jì)分析中，對(duì)建設(shè)期的投資、運(yùn)行期的年費(fèi)用和效益都要考慮時(shí)間因素，并按復(fù)利計(jì)算 ， 用以比較在同等可比條件下的不同方案的經(jīng)濟(jì)效益。 經(jīng)濟(jì)計(jì)算 一般可以采用年費(fèi)用最小法，其計(jì)算公式為 ? ?? ? ur rrZNF nn ??????????? ?? 11 1 0 00 (25) 為 最小 ，其中 ? ?????? mttmnt rZZ1 1 (26) ? ?? ? ? ? ? ?????????????? ?? ????? ???? nmmt mttmtttmtn nn rurur rru1 0000 1 1111 1 0 (27) 式中 ， NF 為 年費(fèi)用 (平均分布在 從 1?m 到 nm? 期間的 n 年 內(nèi) , 萬(wàn)元 )； Z 為 折算到第 m 年 的總投 資 (即 第 m 年的本利和 , 萬(wàn)元 )； tZ 為 第 t 年 的投資 (萬(wàn)元 )； t天津大學(xué) 《 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì) 》 說(shuō)明書 第二章 方案經(jīng)濟(jì)性的比較 13 為 從工程開工 當(dāng)年 ( 1?t )算起的年份 ； m 為施工年數(shù)； 0r 為 電力工業(yè)投資回收率 ，或稱電力工業(yè)投資利潤(rùn)率，取 ； n 為 工程的經(jīng)濟(jì)使用年限 (火電廠為 25 年 )；u 為折算 年運(yùn)行費(fèi) 用 (萬(wàn)元 )； tu 為 第 t 年 所需的年運(yùn)行費(fèi)； t? 為 從工程開工當(dāng)年算起，工程部分投運(yùn)的年份。 依上述 三式 計(jì)算各方案的年費(fèi)用 ，其中最小者即為經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)方案。 (黃純?nèi)A , 1987) 備選方案 的 經(jīng)濟(jì)性 比較 方案 三的經(jīng)濟(jì)計(jì)算 在方案三中，如圖 123 所示，需要使用兩臺(tái) 500/20kV 主變壓器，兩臺(tái)220/ 主變壓器，一臺(tái) 220/110kV 自耦變壓器以及一臺(tái) 500/220/35kV 聯(lián)絡(luò)變壓器?，F(xiàn)根據(jù)變壓器所需容量選擇變壓器型號(hào)及其參數(shù)如表 21 所 示 (關(guān)于變壓器型號(hào)將在 節(jié)具體說(shuō)明 )。 表21 方案三變壓器選型 每臺(tái)總投資(萬(wàn)元) 300 110 35 129 注：1 自上而下依次是U K12%、U K13%、U K23% I 0% U k% 13.5 13.5 13 38.3 11.8 24.81 P k(kW) 809 653 301 544 P 0(kW) 247.8 175.8 59.2 144 型號(hào) SFP720210/500 SFPT370000/200 OSFPS8120210 ODFPS250000/500 天津大學(xué) 《 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì) 》 說(shuō)明書 第二章 方案經(jīng)濟(jì)性的比較 14 變壓器 550/20kV 主變壓器 220/10.5kV主變壓器 220/110kV自耦變壓器 500/220/35 聯(lián)絡(luò)變壓器 方案 三中的斷路器需求量如 表 22 所示 。 表 22 方案三的斷路器需求量 電壓等級(jí) (kV) 數(shù)