火电厂500kv／l000kv配电装置电气技术可行性研究

火电厂500kv／l000kv配电装置电气技术可行性研究

李勇军

国网芜湖供电公司信息通信分公司安徽芜湖241000

摘要：伴随着国家对电网特高压骨干网架的大力建设，各地如何选择合适的电气主接线是特成为业界不懈努力研究的一个重要课题。本文对某省东南电厂500kV／1000kV配电装置电气进行详细的技术经济分析后，认为三种电气主接线方案中方案二：500kv室外GIS，采用双母线，3/2断路器接线，四个完整串，共需12台断路器，更满足电网可靠性的要求，而且调度灵活、扩建方便、占地小、投资省。

关键词：500kv；1000kv；配电装置；GIS；经济：安全

0引言

“十三五”前后，国家电网公司开工建设多条特高压工程，经过几年的建设，年内将建成投产“一交一直”工程，继续推进“三交六直”工程，建设速度和建设任务都是空前的。特高压是我国自主创新、世界领先的成熟技术。国家电网公司已经建成“四交五直”9项特高压工程，在稳增长、调结构、治雾霾方面发挥了重要作用。本文在这种背景下以某省东南电厂（2×600MW+2×1000MW）的配电电气装置为例，进行了详细电气技术方案的可行性分性。

1火电厂500kv/1000kv配电装置技术分析

大型火电厂的配电装置的电压等级以220kv和500kv为主，随着特高压交流同步电网的完善，1000kv电压等级的火电厂配电装置也会出现，大型火电厂的配电装置有常规敞开式超高压配电装置（AIS）和SF6全封闭组合电器配电装置（GIS）两种。下面对两种配电装置进行详细的技术分析。

1.1常规敞开式超高压配电装置（AIS）

常规敞开式超高压配电装置是靠空气保证各设备之间的绝缘的，其布置要整齐清晰，并能满足运行中对人身和设备的安全要求。要保证各种电气安全净距，如带电部分到接地部分之间为3800mm,不同相带电部分之间为4300mm,设备运输时其外轮廓至无遮拦带电部分之间为4550mm，交叉的不同时停电检修的无遮拦带电部分为4550mm，无遮拦裸导体至地面之间为7500mm，带电部分与建、构筑物的边沿部分之间为5800mm。要便于检修和安装，在500kvAIS中要设置环形道路和相同运输道路，道路路面宽度为3.5m转弯半径不小于7m。

要重视对噪声的限制，应优先选用低噪音设备。要重视静电感应的场强水平及其限制，实测场强超过10kv/m的测点不超过2.5%。要重视电晕无线电干扰的限制。经过二十年的不断总结，500kvAIS的不同布置型式已基本形成经典设计，能满足各种要求。规划下来涉及到每个电厂，要结合空冷塔，主变，启/停变压开关柜，输出线路等设备布局，配电设备可能占用的地方不断扩大。

常规敞开式超高压配电装置特点：

（1）电高压、外绝缘距离大，电气设备的外形尺寸也高大、笨重。

（2）安装、检修工作量大，需采用机械化措施。

（3）需设置环形道路和相同运输道路，占地面积庞大。

（4）静电感应、电晕及无线电干扰和噪音等问题突出。

1.2SF6全封闭组合电器配电装置GIS

GIS是把断路器、隔离开关、电流电压互感器、母线、避雷器、电缆终端盒、接地开关等元件，按电气主接线的要求，依次连接，组合成一个整体，并且全部封闭于接地的金属外壳中，壳体内以SF6气体，作为绝缘和灭弧介质。

SF6全封闭组合电器配电装置特点如下：

（1）占用面积和空间小，面积是AIS的5%，空间是AIS的1.5%，特别适合布置在空冷塔下方。

（2）运行可靠性高。暴露的外绝缘少，因而外绝缘事故少；内部结构简单，机械事故机会少；外壳接地，无触电危险；SF6为非燃性气体，无火灾危险；气压低，爆炸危险性小。

（3）运行维护工作量小。平时不需冲洗绝缘子；设备检修周期长，为AIS的5至10倍，在使用寿命内几乎不需要解体检修。

（4）环境保护好。无静电感应和电晕干扰，噪音水平低。

（5）适应性强。因为重心低，脆性元件少，所以抗震性能好；因为它采取的是完全封闭形式，不受外部环境而产生不同影响，适用于海拔较高的地区和周围环境相对污秽的情况下使用。

（6）安装调试容易。因为制造厂在厂内经过组装密封，又是单元整体运输，所以现场只需要整装调试。

1.3某电厂（2×600MW+2×10000MW）配电装置选型技术分析

我省某电厂（2×600MW+2×10000MW）配电装置选有三种方案：方案一500kvAIS，方案二500kv室外GIS，方案三为1000kv室外GIS。

1.3.1方案一（500kvAIS）

500kvAIS接线图见下图1所示：

方案一500kvAIS，采用双母线，3/2断路器接线，两个完整串，三个不完整串，共需12台断路器。这样比二期两台组接入同一串多用了一台断路器，但可靠性大大提高，避免了中间断路器故障或拒动影响两台机运行；而且有利于主变与配电装置的对应关系。

方案一共占地67459平方米（322×209.5），折合6.75公顷。

1.3.2方案二（500kv室外GIS）

500kv室外GIS接线图见下图2所示：

方案二，500kv室外GIS设置，运用双母线，3/2断路器连接，四个完整串联系列，合计需要12套断路器。这样布置可以减少SF6间隔长度及母线长度，一、二期的启动/备用变分别与3号机和4号机一起串入，可以分别布置在靠近厂变的地方，减少了低压侧共箱母线，也减少了二次电缆长度，二次电流回路的电缆截面也可有所减少。

由于GIS可以布置在直接空冷塔下方，出现侧的PT、MOA也可布置在直接空冷塔下方，相对于方案一，可以节省占地6.75公顷。如机组为间接空冷，方案二占地0.35公顷。

1.3.3方案三（1000kv室外GIS）

1000kv室外GIS接线图见下图3所示：

方案三为1000kvAIS室外GIS，采用双母线，3/2断路器接线和4/3断路器接线，两个4/3断路器完整串，一个4/3断路器完整串，共需10台断路器。这样布置可以减少2台断路器。

目前，某省现有的线路东南—西南—西北1000kv特稿压交流线路已经正常运行三年多，线路和1000kvGIS运行正常。随着我国加快“三华”500kv／l000kv特高压交流同步电网的建设，继续推进“三支六直”工程，使北部西南部煤、水电力输往中东部负荷中心。届时原有的煤电基地将过原有三座特高压站汇集电力，通过规划的三个特高压输电通道7回线路，向“三华”同步电网送电，自从2015年到现时已外送2500万千瓦，预计2020年外送3030万千瓦，其中东南地区规划外送装机1940万千瓦。位于我省特定发电厂其配置的（2×600mw+2×1000mw）具有超高压电源的良好地理位置，并且具有1000kvGIS所需的性能，可以考虑改造成1000kvGIS电气主接线电网。

总之东南某电厂采用1000kv电压等级接入电网，相比采用500kv电压等级接入电网，有以下好处:

（1）只需1回出线，可以节省线路走廊资源、节省对端变电站间隔，节省有限的电网资源，提高送端电网的送电能力。这在电源集中的煤电基地意义重大。

（2）可避免二次升压（500kv升到1000kv)带来的损耗，提高运行的经济性。

（3）可降低短路电流，利于电网安全稳定运行。有利于减少短路电流，使电网能够安全稳定地投入运行。由于东南地区电源集中，特高压电网与500kv电网联系紧密，导致地区电网短路电流水平上升过快，采用500kv接人电网，特高压站的500kv侧短路电流将达到64.504kA，超过了设备允许的短路电流63kA，需采取相关限流措施，如优化网络结构、变电站母线分段运行等才能将短路电流降到63kA以下。采用1000kv接人电网，特高压站的500kv侧短路电流为60.87kA，小于63kA，不需采取限流措施。

由于GIS可以布置在直接空冷塔下方，出现侧的PT、MOA可布置在直接空冷塔下方，相对于方案一，可以节省占地6.75公顷。如机组为间接空冷，方案三占地0.25公顷。

2.电厂500kvt/1000kv配电装经济分析

下面以某省东南电厂(2x600MW+2x1000MW)配电装置的三个方案为例，进行详细的经济分析，详见表1所示。

注：1000kv升压变、1000kv屋外GIS价格系咨询相关厂家得到。

2.1总投资

方案二（500kv室外GIS）比方案一（500kvAIS）多投资4422万元，方案三（1000kv室外GIS）比方案一（500kvAIS）多投资126007万元。其中方案一、方案二的升压变压器投资相同，方案三投资较大的原因是1000kv室外GIS和1000kv升压造价较高。

2.2占地

方案一（500kvAIS）合计占地面积达到101.5亩，方案二（500kv室外GIS）合计占地面积才5.25亩，而第三个解决的方案（1000kv室外GIS）所需的占地面积仅为3.75亩。

3总结

通过上述三种方案对比可知GIS运行覆盖地面占用率少，运作可靠性高，维护工作量大，环保，比AIS更有优势;采用1000kv室外GIS比500kv多投资12.16亿元。目前，站在电厂的角度，从可靠性、安全性、环保性、经济性等方面综合分析，方案二(500kv、室外GIS)最优。站在整个电网的角度，从电网的安全、经济运行考虑，方案三（1000kv室外GIS）是较好的选择，随着1000kv特高压交流电网的建设和1000kvGIS设备造价的降低，相信电厂采用1000kvGIS在不久的将来就会实现。

参考文献:

[1]电力规划设计总院.火电工程限额设计参考造价指标(2010年水平).北京:中国电力出版社，2011.