直接接入特高压电网的百万千瓦机组电气二次设计贾国伟

直接接入特高压电网的百万千瓦机组电气二次设计贾国伟

贾国伟

（神华国神技术研究院陕西西安710065）

摘要：随着我国社会经济的不断发展，对能源资源的需求是越来越大的，但是由于我国的能源资源与生产力的发展逆向分布的，并且随着我国社会经济的迅猛发展，用电量是大大增加的，500kv的电网输送的能力不足，输电走廊紧缺的劣势就呈现出来，所以这就需要我们要发展特高压技术，本文主要对直接接入特高压电网的百万千瓦机组电气二次设计进行了分析与研究。

关键词：直接接入；特高压；电网；百万千瓦；电气；二次设计

1、研究现状

（1）国外研究现状

上个世纪六十、七十年代的时候，西方发达国家的经济增长速度比较快，所以在一定的程度上促进了电力工业的发展，且电网的容量及需求与电压的等级是应的。在1967年的时候，美国的通用电气公司就开始对特高压进行研究与分析，并且在研究与分析的基础上，对特高压的变电站以及特高压变压器的设计和一些设备的选型进行了试验。对于这一方面的设计与研究，前苏联的研究是比较早的，并且在1981年的时候，前苏联建设了特高压输电线路。此外，日本、意大利和加拿大等经济发达国家也提出了特高压发展的规划。意大利在1990年的时候就建造了1050kV的试验输电线路段和变电站，日本在1999年建设完成了190千米的1000kV输电线路和240千米的1000kV输电线路，目前这两条线路都降压500kV运行。这些国家在针对特高压输电系统建设过程中存在的问题进行的深入研究，对我国建设特高压输电网具有很好的借鉴作用。

（2）国内研究现状

我国对特高压的研究是比较晚的，2004年12月27日，国家电网公司党组会议提出发展特高压输电技术，建设以特高压电网为核心的坚强国家电网的战略构想。2005年2月16日，国家发展改革委下发《关于开展百万伏级交流、±80万伏级直流输电技术前期研究工作的通知》，这标志着特高压工程前期研究进入实质性阶段。在经过三十多年的发展之后，我国在对特高压理论和技术方面就积累较为坚实的基础，而且在发展的过程中，这就为我国国家电网建设以特高压电网为核心的目标是提供了较为坚实的技术和理论的基础。我国发展特高压是具有一些优势的，首先是特高压的线路的阻抗是比较小的，在就在一定的程度上对超高压的线路而言，损耗是比较小的。而且超高压线路是可以在更好满足现代社会经济发展的基础之上对大容量、长距离输电的需求。最后，由于超高压输电所占用的输电走廊是比较少的，在今天土地资源比较稀缺的今天，是具有重要的意义的。

本文这主要是就1000MW级燃煤机组接入特高压的厂用电和电源系统设计、接入特高压的1000MW火电机组保护方案设计以及特高压接入的1000MW火电机组监控方案设计进行分析研究，并借鉴我国对接入1000KV的变压器的相关生产，提供一些设计建议。

2、1000MW级燃煤机组接入特高压的厂用电和电源系统设计

（1）厂用电系统的接线设计

1000MW级燃煤机组是我国目前单机容量最大的火电机组，并且火电机组的安全运行对系统的稳定和可靠性是有着十分重要的影响。由于火电机组的结构是比较特殊以及容量是大幅度的提高，所以这就使得我们在对厂用电系统的设计以及发电机的启动方面的难度是比较大的。我们在对厂用电系统接线进行设计的时候，进行合理设计，这就会使得火电机组的操作会更加简便，而且还大大的节省了投资，能够为火电机组的可靠性安全运行提供保证。

我们对厂用电进行优化设计的时候是要按照一定的原则考虑的，设计的思路首先是在技术经济合理的前提下，一般要优先使用较低的电压，这样才能够获得较高的经济效益。其次我们在进行设计的时候，厂用电系统应该尽量简化接线方式，减少电压等级和母线段数，这样就能够减少厂用配电装置、高压厂用变压器的布置空间和安装的工作量，有利于电厂主厂房布置的优化，而且这样也有利于电厂的运行管理和减少备品备件。我们在对厂用电系统接线方案进行设计的时候，首先是要对厂用负荷进行分析，根据对负荷分析情况的分析，初步确定可纳入比选的厂用电接线的方案。之后，我们要对厂用电负荷进行统计，并且对高压厂用变压器容量进行选择，对初定的厂用电接线的方案要进行相关计算，验证其各项电气指标是否是满足设计的要求，例如，对母线的短路水平、各种工况下的母线电压波动范围等等。最后，通过技术及经济性综合比较，选择出适合厂用电系统接线的方案。目前主要方案是采用10kV电压，每台机组2段高压厂用母线、高厂变选用1台分裂变，两台机共设1台分裂启动变，高压厂用母线短路水平限制在40kA之内。

（2）启动备用电源的选择和引接

启动备用电源的选择的前提是保证机组安全可靠的条件下，满足机组启动备用电源的情况，这样就能够节约投资资金，减少机组运行费用，降低电厂的发电成本，增强厂上网电价的竞争力。高压厂用启动备用电源的时候是要保证在安全性经济性的前提下，宜使用外部电网的专线引接，而且我们在启动多个备用电源的时候，我们还要使用多个相对独立的电源作为引接电源。

对发电机的启动过程是与启动备用变压器是息息相关的，进行正常启动时，启动备用变压器将为发电机提供启动电源，使得发电机能够在正常工作电压下启动，在正常的启动之后就进行厂用电切换，启动备用变压器转换为厂用工作变压器供电。。

经过对启动备用电源进行分析之后，主要有两种的方案：一是对发电机出口不设置、设置1台有载调压启动备用变压器容量同高厂变容量，电源从配电装置的引接方案。二是对发电机出口进行设置、全设置1台高压停机检修有载调压双卷变压器容量同最大一台高厂变容量，电源从配电装置的引接方案。结合大容量机组接入1000kV特高压的特性，可考虑自220kV母线经一台断路器引接方案。而且发电机的出口断路器是具有非常明显的优点，可以方便运行人员对机组进行调试和检修，提高厂用电的可靠性和安全性。

（3）事故保安电源

厂用电系统中一定要设置事故保安电源，因为一旦电网发生事故或者厂用电故障时，要保障火电机组安全停机，须使用交流用电系统，这对系统的安全稳定运行有着非常重要的作用。设置事故保安电源的容量是需要与厂用机组容量相对应的，对事故保安电源接入，国内主要是使用两种接入系统方式，一是使用外接的电源，二是使用专用柴油发电机组。一般情况下，柴油发电机机组是采用大型的机组，具有很强的独立性的，安全性能比较高，但是相对应就增加了投资。外接电源引接方式是由老厂电源来进行引接配置，相对的来说就减少了施工量，节约了大量的成本，但是这样也存在着一些问题，即安全性不高。经过以上的分析，应该使用柴油机发电机组来作为交流事故保安电源，同时也要配备柴油发电机出口断路器。在性能方面，需要柴油发电机满足10秒内全速并准备带负荷。主要方案是每台机组都设置2段汽机保安MCC和2段锅炉保安MCC，每段保安MCC有3回电源进线，汽机或锅炉PCA段以及汽机或锅炉PCB段、柴油发电机组保安的引接方式。一旦保安MCC工作进线失去电源，先合上备用进线，备用进线也失去电源，柴油发电机组就会自动启动并且合上保安进线。

（4）交流不停电电源

设置交流不停电电源，主要是为了保证单元机组的分散控制系统、电气监控系统以及自动装置等不停电负荷的安全稳定的运行，这对发电机组的安全可靠性运行有着非常重要的意义。在设计交流不停电电源的时候，设计方案为每台机组配置二套的装置。每套装置由主机柜，旁路柜和配电柜组成。进行供电的对象主要是电厂计算机监控系统、数据釆集系统、协调控制系统、炉膛安全保护系统、汽机、紧急跳机系统发变组保护装置、发变组控制系统，电气监控管理系统等。

3、接入特高压的1000MW火电机组保护方案设计

（1）1000MW火电机组的保护方案设计。

对接入特高压的1000MW火电机组保护方案进行设计时，首先要针对火电机组以特高压接入电网的特点，然后对火电机组的保护控制的方案进行设计，还要对故障和一些异常的情况以及发电机定子、转子保护进行设计。

首先，对短路故障后备保护。对发电机外部常见的短路故障和发电机主保护的后备保护，主要使用低压启动过电流保护，而且对一些已经配置定子绕组反时限过负荷和反时限负序过负荷保护，后备保护是可以不进行设置的。由于后备保护是带有二段时限的，所以这就对于缩小故障的影响或者是解列设置较短的动作时限，而对停机设置着较长的时限。

其次，对发电机定子内部短路保护。发电机定子接地保护装设保护区为100%的定子接地保护作为发电机定子绕组的单相接地故障保护。目前，我国国内相关设置是二套由基波零序过电压继电器实现的定子接地保护，其电压回路可取自机端开口三角绕组或中性点接地变压器二次侧。但是为了解决中性点附近接地时死区问题，可以使用三次谐波电压型接地保护和外加电源式定子接地保护，由于三次谐波电压型接地保护的误动较多，外加电源式定子接地保护在发电机停机时能检测接地，所以要一套为基波架加三次谐波定子接地保护，一套为注入式定子接地保护。

（2）特高压变压器的保护配置方案设计

首先是变压器差动保护，变压器差动保护是变压器保护的重要部分，变压器差动保护范围主要包括变压器内部的故障以及外部的短路这两个方面，所以对特高压变压器的保护配置方案设计时，使用二次谐波原理制动能够准确躲过变压器励磁涌流和不平衡电流。对变压器组的接地保护是采用零序差动保护，启动判据是根据被保护区域两侧电流互感器零序电流向量。在使用兼有零序与差动保护优点的高压侧套管电流互感器三相电流之和与接地中性线上的电流差作为保护判据。

其次是瓦斯保护，瓦斯保护是指对油浸式变压器所设置的保护。

主要是针对变压器内部故障设置的，变压器内故障主要包括绕组相间短路、绕组匝间短路及中性点接地系统绕组地接地短路等。当变压器内部故障时，故障点局部高温使变压器油温升高，体积膨胀，油内空气被排出而形成上升气体。若故障点产生电弧，则变压器油和绝缘材料将分解出大量气体，这些气体自油箱流向储油柜。故障程度越严重，产生气体越多，流向储油柜的油流速度越快。由于气体数量和油流速度能直接反映变压器故障性质和严重程度，股产生少量气体和气流速度较小时，轻瓦斯动作于信号；故障严重，油流速度高时，重瓦斯保护瞬时作用于跳闸。

复压过流保护，由于过流保护是由外部相间的短路所导致的变压器过电流，所以需要利用发电机复压过流保护，带时限动作于跳闹。对于直接接入特高压的升压变压器可釆用复合电压启动过电流保护或者负序电流和低电压启动过电流保护。同时在主变高压侧装设过流保护，作为母线保护的后备。

最后对主变压器接地故障后备保护。主变压器接地故障后备保护是使用零序过流保护，与此同时还要与升压站输电线末端的方向接地保护配合，或者是和线路断路器失灵保护配合。对中性点直接接地的变压器，保护接于主变压器侧中性点引出线的电流互感器上，保护带二个时限。

4、特高压接入的1000MW火电机组监控方案设计

（1）电气监控系统概述

随着近几年来我国社会经济的不断发展，用电量不断增加，火力发电厂的建设规模不断扩大，对电厂的生产运行与管理是提出了更高的要求，所以这就需要引进先进的生产技术对进行创新与改进，为了不断改进与创新电厂管理，促使电厂管理更加适应现代社会的发展，这就需要对电厂要进行全面的、科学的信息化，对电厂各种重要电气设备和电源系统提供可靠安全的控制、保护，实时获得生产过程和电气设备运行信息，对电气设备实施集中监控，对电气系统状况和电气设备运行情况作出分析与故障预警，这样才能够在生产的过程中一旦出现了问题或者是比较异常的情况进行及时处理，这样才能够使得电厂在生产运行过程中实现最优化。

（2）电气监控系统方案设计

对电气监控系统进行设计，由于电气的监控系统比较开放，是一种全数字化、双向、多站的通信系统，随着电气监控系统在一些大型的火力发电厂应用越来越普遍，人们对电气监控系统可靠性以及安全性经过大量的实践验证。随着信息技术和智能化水平的发展与提高，电气设备的智能化水平也在逐步的提高。例如，集控室内是不设硬手操模拟盘，操作台上也仅仅设有发变组的紧急跳闹按钮以及柴发紧急起动按钮。发电机同期装置，发变组、启备变保护，厂用电源切换装置以及故障录波装置，都是使用独立的微机型的进行专用设置的，而且部分电厂的使用了集成集微机装置，在测量、控制以及监视这些方面都使用了智能化设备。直流系统的集充电监控，蓄电池管理，接地检测，母线馈线监测等都是用一体的微机监控装置。

5、结束语

本文主要是对直接接入特高压电网的百万千瓦组电气二次设计，希望能够可以提供一些借鉴。

参考文献：

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