仙居抽水蓄能电站500kV电气主接线改造的必要性及技术经济分析

仙居抽水蓄能电站 500kV电气主接线改造的必要性及技术经济分析

秦德宾

浙江仙居抽水蓄能有限公司 浙江省仙居县 317300

摘要：本文主要介绍了仙居抽水蓄能电站500kV电气主接线改造前后的基本形式，首先分析了主接线形式改造的必要性，并通过两种接线形式分析对电站对继电保护和电站控制系统的影响的，以及对两种主接线形式的优缺点、断路器组数、设备布置可行性、运行可靠性及灵活性和静态投资进行对比，全面阐述了仙居抽水蓄能电站500kV电气主接线改造的必要性及技术经济分析。

关键词：仙居抽水蓄能电站 主接线 必要性 技术经济

一、概况

浙江仙居抽水蓄能电站位于浙江省仙居县湫山乡境内。电站为日调节纯抽水蓄能电站，安装4台单机容量为375MW的立轴混流可逆式水轮发电机组，单机容量为目前国内最大，总装机容量为1500MW。电站以二回500kV出线接入浙江电网，主要承担电网的调峰、填谷、调频、调相、以及事故备用等任务，同时兼顾华东电网需求，年发电量和抽水电量分别为25.125亿kWh和32.63亿kWh，年发电利用小时1675h，年抽水利用小时2175h。

仙居抽水蓄能电站500kV侧接线二进二出，为内桥接线。500kV开关站GIS及两回出线等设备，于2015年11月正式投入运行；电站机组于2016年12月17日全部投入商业运行。

二、改造前后方案简述

2.1原500kV电气主接线方案简述

500kV侧采用二进二出内桥接线，该接线方式可靠性较高，接线简单、清晰，运行灵活性较好；高压断路器数量较少、设备投资较省、年费用最低；继电保护及二次回路配置较简单。

2.2改造后500kV电气主接线方案简述

改造后500kV侧采用二进二出单母分段接线，该接线方式每一进出线回路各连接一组断路器，线路或主变故障，互不影响； 当任一组进线断路器故障时，使全厂一半容量停运；任一组出线断路器故障时，短时使全厂一半容量停运，经切换操作可恢复送出电站全部容量；每段母线及所连接的设备故障或检修可以保留全厂一半容量，可靠性和灵活性较高，可以满足电站各种工况的要求。但投资较之于改造前会增加。

三、500kV电气主接线改造的必要性

1. 为减少变压器侧设备故障对500kV系统运行可靠性的影响

《国家能源局关于加强抽水蓄能电站运行管理工作的通知》（国能新能[2013]243号）提出：“针对目前部分电站抽水发电利用小时数明显偏低的情况，各电网企业、调度机构和蓄能电厂要从整个电力系统安全可靠和经济性以及化石燃料消耗最少的角度，合理安排电站调峰和备用运行”，“采取切实有效措施，提高电站利用效率”，国家电网公司已要求各地区调度机构大幅提高属地抽水蓄能电站机组的利用小时数。随着目前电力系统的发展，为满足抽蓄电站机组利用小时数提高的要求，必须避免或减少变压器侧设备故障对500kV系统运行可靠性的影响。

2. 进一步提高电站运行灵活性，缩小故障范围

工程可行性研究阶段审查确定的电站500kV电气主接线方案为内桥接线。根据可研阶段电气主接线专题报告的分析，该接线在500kV主变高压侧无断路器，当进线故障时需同时动作2组断路器（桥断路器和线路断路器），断路器切故障电流的概率相应增加，检修周期缩短，设备管理界面不够清晰。随着抽蓄电站在电网中重要性的提高，进一步提高电站运行灵活性，缩小故障范围，十分必要。

3. 结合现场情况，具备改造条件及空间

根据开关站GIS土建及电气设备布置情况，仙居电站500kV电气主接线具备改造条件及空间，并尽可能减少对已布置设备的影响。

鉴于电力系统的发展及仙居抽水蓄能电站在华东电网的重要性，为减少仙居电站主变压器侧设备故障对500kV系统运行可靠性的影响，进一步提高电站运行灵活性，避免故障扩大化，因此对主接线进行改造设计是有必要的。

四、500kV电气主接线改造前后技术经济比较

1. 改造对电站继电保护和控制系统造成的影响

4.1.1对继电保护的影响

1. 500kV线路的继电保护保持不变； 500kV线路和桥断路器的失灵保护装置的启动回路、出口逻辑及回路需重新设计改线。

2. 500kV短引线保护回路需重新设计、改线。

3. 发电机、主变压器保护的相关回路需重新设计和改线。

4. 500kV故障录波装置的相关回路需原重新设计改线。

5. 新增加2套母线差动保护，各带有二套冗余的A、B组保护；相关的电流互感器回路、电压互感器回路、500kV线路断路器失灵保护装置的启动等回路需重新设计改线。

6. 新增加500kV进线1断路器失灵保护装置和500kV进线2断路器失灵保护装置各一套，需重新进行设计。

7. 根据华东电网要求，为了满足新增500kV进线断路器无压合闸的需求，因此需在进线侧各增加一组单相电压互感器。

1. 对电站控制系统的影响

1. 对原有地面500kV GIS现地控制柜的面板显示、内部回路、端子接线及原有图纸进行修改。

2. 新增加500kV进线1断路器和500kV进线2断路器两个控制单元，对新系统进行设计。

3. 500kV开关站现地控制单元LCU７的相关回路需重新设计和改造，增加相关信号的输入和输出（新增一面联合单元500kV断路器远程I/O柜），以及500kV进线1断路器和500kV进线2断路器无压合闸控制回路等。

4. 对GIS设备的操作闭锁回路进行修改。

5. 地下GIS的相关控制回路进行重新设计和修改。

6. 对计算机监控系统的相关画面及软件等进行修改。

7. 新增相应的直流配电和交流配电回路。

8. 新增500kV进线断路器间隔应配置钥匙闭锁系统，原有的钥匙闭锁系统应根据主接线改造方案修改。

2. 改造前后技术经济分析对比

4.2.1 改造后方案的优缺点

1. 优点：

1） 每一进出线回路各连接一组断路器，线路或主变故障，互不影响；

2）当任一组进线断路器故障时，使全厂一半容量停运；任一组出线断路器故障时，短时使全厂一半容量停运，经切换操作可恢复送出电站全部容量；

3）每段母线及所连接的设备故障或检修可以保留全厂一半容量，可靠性和灵活性较高，可以满足电站各种工况的要求。

4）运行灵活性高。

2. 缺点：

分段断路器故障，将造成全厂短时停电，拉开隔离开关后，两段母线解列成二组变压器－线路组接线运行，分段断路器检修时也可解列运行。造价增加1600万元。

4.2.2改造前方案优缺点

（1）优点：

1）接线简单、清晰

2）高压断路器数量较少、设备投资较省。

3）继电保护及二次回路配置较简单。

（2）缺点：

1）桥断路器故障，全厂短时停电。

2）一台变压器故障，须同时断开两台断路器并切除一回线路。经短时切换后可恢复另三台变压器运行。

3）断路器需满足并联开断要求。

4）运行灵活性较高。

结束语

综上所述，仙居电站500kV电气主接线形式的改造虽然增加1600万元投资，但在很大程度上提高了电站运行灵活性，减少变压器侧设备故障对500kV系统运行可靠性的影响。另目前仙居电站机组尚未投产，现阶段改造将不会对机组发电造成影响；且仙居电站整体投资控制较好，增加的投资不会对整体投资控制造成影响。当然任何一种接线方式都不是完美的，单母分段存在当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电的不足之处。