采矿区孤网运行柴油发电站电气主接线设计探讨

采矿区孤网运行柴油发电站电气主接线设计探讨

邹瑄张曦

中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司陕西西安710054

摘要：本文分析某采矿区孤网运行的柴油发电站运行条件和要求，提出电气主接线设计原则，从可靠性、灵活性、经济性方面对两种双母线分段接线形式进行分析比选，确定柴油发电站主接线方案，并对限制短路电流、黑启动方案等进行了探讨。

关键词：采矿区；孤网；柴油发电站；主接线

DiscussiononBusArrangementofHFOFiredThermalGenerationPlantforMinePowerSupplyintheIsolatedNetRunning

ShaanxiElectricPowerDesignInstituteXuanZou

[Abstract]ThedesignprincipleforbusarrangementofaHFOfiredthermalgenerationplantforminepowersuppleintheisolatednetrunningisdescribedonthebaseofanalysisoftheoperatingconditionsandrequirements.Throughanalysisandcomparisonoftwobusarrangementmodesfromreliability、flexibilityandeconomy，thebusarrangementmodeisdetermined.Themethodofshortcircuitcurrentlimitingandblack-startarealsodescribed.

[Keywords]mine；isolatednetrunning；HFO；busarrangement

0引言

随着经济全球化和我国对外开放的不断深化，众多中资企业走出国门，开拓海外业务。能源和矿产领域合作是国内企业对外投资的主力之一，2015年中资宣布和完成的海外矿产能源投资项目总数112宗，宣布和完成投资总额241.02亿美元。由于许多矿产投资项目位于发展中国家，当地基础设施建设比较落后，如何为采矿区提供可靠的电力供应成为影响项目经济效益的重要因素，甚至影响到项目的可行性。

相对于同容量的燃煤发电机组和燃气发电机组，柴油发电机组具有工艺系统简单、热效率高、燃料采购简便、建设周期短、运行维护简单等优点。对于缺乏当地电力供应的矿产开发项目，一般建设柴油发电机组电站作为孤网运行系统电源，柴油发电机电站作为矿区供电的唯一电源，其主接线的设计对于矿区负荷的可靠供电至关重要。本文以某采矿区孤网运行重（柴）油发电站工程为例，对主接线设计进行探讨。

1工程概况主接线设计原则

本工程为1000万t/a铁精矿项目配套重（柴）油发电站。项目分两期建设，一期建设100万t/a铁精矿产品及配套工程，二期建设900万t/a铁精矿产品及配套工程。重（柴）油发电站是矿区用电负荷供电的唯一电源。一期工程矿区用电负荷总计：Pjs=14217.7kW，Qjs=5217.1kVar，Sjs=15144.7kVA；二期工程用电负荷总计：Pjs=97227.7kW，Qjs=34039.3kVar，Sjs=103014.1kVA。根据接入系统设计结论：重（柴）油电站一期建设3台8243kW燃油发电机组，总装机容量为24.7MW，以2回10kV线路接入矿区10kV配电站；二期建设18台8300kW机组，总装机容量为149.4MW，建设10kV出线24回（其中2回接入矿区35kV升压站，其余22回接入二期矿区各10kV配电站）。

2主接线设计原则

2.1主接线设计原则

1）考虑发电站在系统中的地位和作用。柴油发电站作为矿区的唯一电源，其主接线设计应充分考虑其在系统中的重要地位和作用，优先选择可靠性高、灵活性高的接线型式，充分保证矿区负荷供电可靠性、连续性。

2）考虑分期和最终建设规模。本工程分两期建设，主接线设计应充分考虑分期和最终建设规模要求，满足各期工程矿区负荷供电，减少工程扩建停电过渡时间。

3）考虑负荷大小和重要性。本工程矿区用电负荷主要为二级负荷，柴油发电站主接线设计应保证：二级负荷采用两个独立电源供电的要求，且在任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

4）考虑系统备用容量大小。系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。例如，检修母线或断路器时，是否允许线路停运。

5）考虑系统黑启动要求。柴油发电站作为矿区的唯一电源，其主接线设计必须考虑系统黑启动运行方式，满足首次启动和全站故障全停后系统启动的运行要求。

6）考虑发电站分期建设和最终规模的经济性。在保证可靠性和灵活性的前提下，综合考虑工程建设和后期运维全寿命周期的经济性，确保效益最大化。

1.2主接线设计的基本要求

1）可靠性。断路器检修时，不影响对系统供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电；避免发电站全厂停电。

2）灵活性。调度时，可以灵活的投入和切除发电机和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式下的系统调度要求；检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响矿区电网运行和对负荷的供电。

3）经济性。投资省，接线简单，节省断路器等一次设备；能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和电缆；要能限制短路电流，以便选择价廉的电气设备和轻型电器；占地面积小；电能损失小。

3主接线形式选择

对于中小型发电厂发电机电压配电装置的主接线，《电力工程电气设计手册》的设计原则是：“每段母线上发电机容量为12MW时，一般采用单母线分段接线。每段母线上发电机总容量或负荷为24MW及以上时，一般采用双母线分段接线”。按照上述主接线设计原则和基本要求，结合本工程接入系统和装机设计方案，矿区柴油发电站可选择双母线分段接线。对于母线分段方式，本文提出两种分段接线方式，方式一，在一条母线上设分段；方式二，在两条母线上设分段，两种接线形式主接线示意图如图1、图2所示。本节从可靠性、灵活性、经济性对两种接线形式进行分析选择。

图2双母线分段接线（一条母线分段）接线示意图

3.1可靠性比较

两种接线方式下柴油发电站故障时的停电范围和负荷保证率见表1、表2。由表1、表2比较可知方式一、方式二在出线断路器跳开、发电机断路器跳开及母联断路器拒动故障工况下负荷供电保证率相同，其它故障工况下采用方式一接线的负荷供电保证率均高于采用方式二接线，方式一接线可靠性优于方式二接线。

表1双母线分段接线（两条母线分段）接线故障停电

3.2灵活性比较

1）操作灵活性

方式二双母线接线一条母线分段，不分段的母线实际作为备用母线使用，正常运行发电机组和负荷线路均接于分为四段的工作母线，当工作母线检修或故障时，可通过刀闸操作将线路和发电机组接于备用母线。方式一双母线接线两条母线均分段，两条母线分为八段，相对于方式二，在母线检修和故障处理上灵活性更高。

2）调度灵活性

方式一接线，当一段工作母线检修时，该母线所接需倒接于备用母线，此时相当于单母线分段接线，调度灵活性下降。方式二两条母线均分段，正常运行时负荷和电源可在两段母线灵活分配，调度灵活性由于方式二。

3）扩建灵活性。

方式二在二期扩建时需要短时停电进行母线连接。方式一可通过两条母线分别停电扩建的方式实现不停电扩建，扩建灵活性由于方式二。

3.3经济性比较

接线方式一（双母线两条母线分段）和接线方式二（双母线一条母线分段）在占地和运行损耗方面差异很小，经济性主要取决于设备投资费用。两种接线方式设备投资差价见表3。由表3可知接线方式一较设备投资费用增加较小，约为电气设备总投资的1.03%。

表3两种接线方式经济性比较表

4主接线方案的确定

通过可靠性、灵活性、经济性对比分析，接线方式一（双母线两条母线分段）在可靠性和灵活性方面均优于接线方式二（双母线一条母线分段），并且增加费用较少，推荐采用接线方式一。本节对主接线方案具体设计原则进行确定。

4.1分段原则的确定

综合考虑负荷供电可靠性、限制短路电流及减少设备投资等因素，基于发电机组容量选择结论（单台额定容量8300kW）确定柴油发电站每段母线所接柴油发电机组数量为6台，为减少扩建停电过渡时间，一期工程3台机组单独接于一段母线，全站发电机母线共分为4段。

4.2限制短路电流措施

1）为降低发电机母线短路电流水平，降低断路器设备投资，分段间隔装设限流电抗器。

2）为降低负荷侧配电站短路电流水平，降低负荷侧设备投资，在每回出线间隔断路器外侧装设限流电抗器。

4.3黑启动方案

本柴油发电站为矿区唯一电源，孤网运行，即无法由站外引接启动/备用电源，因此需考虑全站首次启动及故障全停后黑启动工况。根据启动负荷统计，拟采用快速启动的柴油发电机组作为全站的厂用启动/备用电源接于厂用母线。

综上柴油发电站采用双母线分段（两条母线设分段）接线方式，每条发电机母线分为4段，每段母线接6台重（柴）油发电机组，8回馈线；母线分段及出线设置限流电抗器；采用小型柴油发电机作为全站黑启动电源。

5结语

柴油发电站的电气主接线设计，决定了电站可靠性和运行方式的灵活性。确定电气主接线方案要综合考虑发电站的性质（在电网中的地位和作用），发电机组数量、进出线回路数，负荷供电要求，投资控制等因素，通过可靠性、灵活性、经济性的综合分析比选，提出技术经济最优的接线方案。

参考文献

[1]水利电力部西北电力设计院，电力工程电气设计手册[Z]，北京：水利电力出版社，1989.

[2]电力工业部电力规划设计总院，电力系统设计手册[M]，北京：中国电力出版社，2005..

作者简介：邹瑄，男，1977年7月，大学本科，1999年7月毕业于西安交通大学，高级工程师，1999年起从事发电厂、变电站电气设计工作。