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抽水蓄能电站设计方案

1抽水蓄能电站的作用

抽水蓄能电站属于一种有效的电网调峰设施,其运行时的主要特征为:(1)可以迅速地启停,且快速地对急剧发生变化的负荷作出反应,适用于黑启动、系统调频、无功调节、快速对负荷进行跟踪等辅助性的功能中。(2)除了可以提供给系统峰荷电能,还能帮系统消除低谷电能[1]。由此可见,抽水蓄能电站的建设对于电力系统稳定、安全运行具有重要意义。抽水蓄能电站以水泵抽水方式把电力系统内多余的电能转成上水库水势能,随后在电力系统需要的时候,经水轮发电机把势能转成电能。在通常情况下,抽水蓄能电站具备下水库、上水库、高地、高压引水系统、低压尾水系统以及抽水蓄能机组等,其整体结构如图1所示。

2工程概况以及抽水蓄能电站施工供电接入系统设计概述

2.1工程概况。如今某地水电调峰的能力约为2000MW,很多时候都不符合当地需求。因此,为了确保当地电网可以稳定、安全地工作,亟需建设抽水蓄能电站。经过深入探讨,当地政府规划建设抽水蓄能电站1座,装设300MW相关机组共4台。2.2设计方案选择及优化注意事项。(1)设计方案应当具备较强的灵活性,同时在符合技术标准的前提下,最大限度地减少投资。(2)方案中供电接入系统需要有科学的潮流流向,以便保证电力在高峰期也能被安全、稳定地输送出去;同时确保低谷抽水灵活简便,能够符合电力系统稳定、安全的运行需求。(3)方案应保证发电厂可以方便地管理抽水蓄能电站。(4)方案需要便于对电网接线以及电压等级等进行简化。(5)方案应当与当地整体电网的发展方向相符合。2.3设计方案选择及优化主要思路。有关部门在对各种方案进行比选时,需要综合考虑工程总体造价、接入点、潮流、电压等级以及线路整体的路径等。

3方案具体设计

3.1选择接入点。经过实地勘察,此工程周边有5座变电站,规格分别为220kV的变电站2座(A、B站),1000kV的变电站1座(C站)以及500kV的变电站2座(D、E),且每一座变电站都接入间隔供电厂。经过调查分析,其中A站周边电量已经处于平衡状态,如果抽水蓄能电站被接入到此220kV的变电站,极易致使电力外送的容量受到限制,所以优先将此变电站予以排除。3.2方案制定。设计人员按照当地实际状况,设计出以下四种设计方案:(1)从电站中直出220kV的线路3回,其中2回被接入到500kV的D变电站,另外1回被接入到220kV的B变电站,其线路的长度是42km以及51㎞,且导线的截面为LGJ-2×630㎜2。(2)从电站中直出500kV的线路2回,被接入到C变电站的500kV一侧,其线路的长度是49㎞,且导线的截面为LGJ-4×400㎜2。(3)从电站中直出500kV的线路2回,被接入到500kV的E变电站,其线路的长度是53㎞,且导线的截面同(2)。(4)从电站中直出500kV的线路2回,被接入到500kV的D变电站,其线路的长度是51㎞,且导线的截面同(2)。3.3比选方案。3.3.1投资总额。经过计算可知,四种方案的投资总额分别为26013万元、24166万元、25633万元以及23467万元,方案(1)投资总额最多,方案(4)投资总额最少。3.3.2短路电流。经过实地勘察可知,当地水平最高的短路电流为500kV的网架短路电流,为了确保输电稳定、安全,还需要对当地短路电流加以有效限制。经过设计调查可知,方案(3)短路电流达到极限,若采用此方案,需要对短路电流加以限制。当前我国最常用的限制方式为“电网解环”[2]。需要注意的是,若采用“电网解环”,会增加一定程度的投资总额。3.3.3潮流的整体分布。经过有关人员的调查、统计和计算可知,各个方案整体的分布潮流都比较合理、科学,无“线路过载”隐患,然而方案(2)会在某些时候接近输送线路极限功率,若用此方案,有关部门为了避免突破输送线路极限功率,就应当采用相应的控制方式,这在一定程度上也会增加投资总额。3.3.4工程实施方式。对于(1)方案而言,其接入线路的路径类似方案(4),然而需要跨越3次河流,同时还需要跨越高速公路,沿途主要的地形多为丘陵以及山区,占比分别是66%与35%。相比于其他方案,此方案线路的总体长度最长,且具备最大的工程量。对于(2)方案而言,其一共有12回的出线,其中仅有2回能够让抽水蓄能电站进行接入,然而接入的难度非常大,加之经过勘测,若想接入此2回,需要使周边其余4回的线路进行停电才能顺利施工,这极易影响当地的整体电网运行。对于(3)方案而言,其接入的线路会跨越1条河、3条高速公路以及5条单回的线路,加之存在占比为45%的山区地形,使得实际施工会存在许多难题。对于(4)方案而言,其接入的线路需要绕过1座县城、2条高速路、1条省道、1条国道、1条铁路、1座水库、1个风景区、1条河以及2条单回线路,而途径山区的占比仅为19%,且施工环境良好,制约因素极少,总体的施工难度很低。通过对上述四个方面的对比可知,方案(4)的施工难度最低,且总体投资金额也很低,所以在本文涉及的工程中,选择方案(4)。

4主接线方案

4.1发电机和变压器组的接线方式。对于发电机和主变压器组而言,可选择的接线方式主要有三种,即单元接线,联合式单元接线以及扩大式单元接线,三种接线方式如图2所示。图2三种单元接线方式(1)第一种接线方式:此方式连接形式很简洁,相关设施布置思路很明确,可靠性也较高。然而,若选用此接线方式便需要4回高压出线,与方案(4)进线2回的方式不符;(2)第二种接线方式:此方式连接形式也很简洁,相关设施布置思路也较为明确。在此方式中,整体的进线可以降低至2回,与方案(4)相符,同时也使布置、接线更简便,最大限度地降低了相关资金投入[3];(3)第三种接线方式:此方式连接形式较为繁复,虽然进线的回路数也符合方案(4),然而经过多年实践可知,其可靠性较差。因此,经过比对,本工程发电机和主变压器组选择第二种“联合式单元接线”方式。4.2开关站的主接线方式。对于开关站而言,其主接线方式可供选择的方式主要有三项,即角型接线、3/2接线以及双母线接线。其中,角型接线方式中,任何设施出现故障都不会影响整体供电,具有较高可靠性,经济性较高;3/2接线虽然也有较高可靠性,任何设施出现故障都不会影响整体供电,然而其投资极高;而对于双母线接线方式而言,一旦母线隔离开关出现故障,将导致2台相关机组发生停机现象,因此没有较高的可靠性。经过比对,本工程开关站选用角型接线的接线方式。

参考文献

[1]王小军,董政淼,曹永闯.天池抽水蓄能电站施工供电接入系统设计方案的选择及优化[J].水电与抽水蓄能,2018,4(05):85-90.

[2]何小军.抽水蓄能电站工程安全监测自动化应用研究[D].山东大学,2017.

[3]傅旭,谷子.陕西镇安抽水蓄能电站接入系统方案研究[J].智能电网,2017,5(01):99-106.

作者:赵晓琳 单位:国网新源控股有限公司技术中心

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