一种用于高低位布置汽轮发电机组的电气主接线结构

摘要

本发明涉及一种用于高低位布置汽轮发电机组的电气主接线结构，与现有技术相比解决了高位布置汽轮发电机组因转动惯量较常规机组明显偏小带来得稳定水平较低的缺陷。本发明的高低位机组包括呈高低位布置的高位机组和低位机组，厂内配电装置与系统站相接，厂内机组装置接入厂内配电装置，所述的高位机组和低位机组通过升压变组件接入厂内配电装置，还包括调相机，所述的调相机与高位机组接于同一母线上。本发明与现有机组典型主接线设计方案相比，在相同的边界条件下，通过高位布置机组加装调相机的设计，可以有效提高高位布置机组在故障期间及故障切除后的稳定性能，从而极大提升电网的整体安全稳定水平和高位机组的有功出力水平。

说明书

技术领域

本发明涉及高低位布置汽轮发电机组技术领域，具体来说是一种用于高低位布置汽轮发电机组的电气主接线结构。

背景技术

高低位分轴布置的汽轮发电机是世界上最先进的技术，与常规布置相比，可大幅缩短机炉之间的高温高压蒸汽管道，不仅可大幅降低管道本身投资，而且由于管道压损和散热损失的降低，可显著提高机组热经济性。汽轮机常规布置，无论是单轴还是双轴，均在同一个平台布置，高置轴系布置在紧靠末级过热器和再热器出口的高位平台高度处。

调相机是一项非常成熟的技术，新一代大容量调相机具有容量大、少维护、瞬时无功支撑能力强、暂态无功响应快等技术优势，能够全面提升系统动态无功储备，加强系统的电压支撑和运行灵活性。目前国内在安徽古泉换流站、浙江绍兴换流站等多个特高压换流站中配套建设新一代大容量调相机，均已投产，特高压受端换流站配套建设调相机已成为一种典型设计。

从电厂来看，汽轮发电机高低位分轴布置的创新设计能够大幅提高机组热经济性，但也给电力系统带来了新的挑战。分析如下：与常规机组相比，高位布置机组转动惯量有较大幅度的下降，常规600MW级汽轮发电机动能在3500-4200MW*秒，高位布置汽轮发电机动能不到1000MW*秒，约为常规机组的20％-25％。根据发电机转子运动方程式(1)，在相同的故障下，T

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因此，如何针对高低位布置汽轮发电机组设计一种新的电气主接线结构，以克服高位机组因转动惯量较小带来的稳定水平较低的问题，已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中高位布置汽轮发电机组因转动惯量较常规机组明显偏小带来的稳定水平较低的缺陷，提供一种用于高低位布置汽轮发电机组的电气主接线结构来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于高低位布置汽轮发电机组的电气主接线结构，其包括高低位机组、系统站、厂内机组装置、厂内配电装置和升压变组件，所述的高低位机组包括呈高低位布置的高位机组和低位机组，厂内配电装置与系统站相接，厂内机组装置接入厂内配电装置，所述的高位机组和低位机组通过升压变组件接入厂内配电装置，

还包括调相机，所述的调相机与高位机组接于同一母线上。

所述的升压变组件为一台三绕组变压器，所述的低位机组通过三绕组变压器接入厂内配电装置，所述的调相机与高位机组接入同一母线后再通过三绕组变压器接入厂内配电装置。

所述的升压变组件为两台双绕组变压器，所述的调相机与高位机组接入同一母线后通过一台双绕组变压器接入厂内配电装置，所述的低位机组通过另一台双绕组变压器接入厂内配电装置。

有益效果

本发明的一种用于高低位布置汽轮发电机组的电气主接线结构，与现有机组典型主接线设计方案相比，在相同的边界条件下，通过高位布置机组加装调相机的设计，可以有效提高高位布置机组在故障期间及故障切除后的稳定性能，从而极大提升电网的整体安全稳定水平和高位机组的有功出力水平。

从对电网整体安全稳定水平的影响来看，高位布置机组类似木桶效应中的最短的那块木板，调相机的作用类似于直接加长最短的那块木板，使该木板能够尽量与其它木板长度匹配。尤其在电网较薄弱、新能源出力较丰富的送端电网，若在该送端电网中接入高低位布置的机组，本发明的设计能够提升电厂机组的发电能力和提高电网的安全稳定水平，对电厂和电网都有显著的经济效益。

附图说明

图1为参考常规机组主接线设计的高低位机组主接线图(升压变采用三绕组变压器)；

图2为参考常规机组主接线设计的高低位机组主接线图(升压变采用两个双绕组变压器)；

图3为本发明第一种实施方式的高低位机组主接线图(升压变采用三绕组变压器)；

图4为本发明第二种实施方式的高低位机组主接线图(升压变采用两个双绕组变压器)；

图5为利用图2设计方案常规机组功角和机端电压曲线仿真图；

图6为利用图2设计方案常规机组无功功率曲线仿真图；

图7为利用图2设计方案的高位布置机组功角和机端电压曲线图；

图8为利用图2设计方案的高位布置机组无功功率曲线图；

图9为图4的高位布置机组功角和机端电压曲线图；

图10为图4的高位布置机组和调相机无功功率曲线图；

其中，1-高位机组、2-低位机组、3-厂内机组装置、4-调相机、5-三绕组变压器、6-双绕组变压器、7-系统站、8-厂内配电装置。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

本发明为了说明高低位布置机组与常规机组主接线设计的差异，给出了一个既有常规机组又有高低位布置机组的发电厂。对于有多台机组的发电厂，一般接入500kV及以上电压等级，电厂主接线一般采用3/2接线。如图1和图2所示，厂内配电装置8采用3/2接线，常规机组通过升压变直接接入配电装置都是成熟的典型设计方案.

本发明所述的一种用于高低位布置汽轮发电机组的电气主接线，其包括高位机组1、低位机组2、调相机4和升压变5及相关断路器。新一代大容量调相机具有容量大、少维护、瞬时无功支撑能力强、暂态无功响应快等技术优势，在直流换流站加装调相机，调相机具备强励能力，故障后电压严重跌落工况下，短时(1s)发出额定容量2倍左右无功，为系统提供紧急无功电压支撑，特高压受端换流站配套建设调相机已成为一种典型设计。

如图3和图4所示，本发明所述的一种用于高低位布置汽轮发电机组的电气主接线结构，其包括高低位机组、系统站7、厂内机组装置3、厂内配电装置8和升压变组件。其中，厂内机组装置3包括常规机组、断路器。

高低位机组包括呈高低位布置的高位机组1和低位机组2，厂内配电装置8与系统站7相接，厂内机组装置3按传统方式通过断路器接入厂内配电装置8，其中，断路器为500kV断路器，在发生故障时断开、隔离故障，在实际应用中，厂内配电装置8的主接线型式是3/2接线，也有其他的接线方式，对600MW级的多个机组通常都是3/2接线。高位机组1和低位机组2通过升压变组件接入厂内配电装置8。

本发明将调相机引入到高低位机组主接线设计中，正是充分利用了调相机的瞬时无功支撑能力强的技术优势，机理分析如下：

根据发电机转子运动方程式(1)，在高位机组的机端并联调相机，调相机可以在故障发生及切除后的过程中提供强大的无功支援，使高位机组机端电压快速恢复，从而提高高位机组的电磁功率M

调相机4并接在高位机组1上。如图3所示，作为本发明的第一种实施方式，当升压变组件为一台三绕组变压器5时，调相机4与高位机组1并接后通过三绕组变压器5接入厂内配电装置8，即高位机组1与调相机4通过机端母线汇集后通过三绕组变压器5接入厂内配电装置8，低位机组2通过三绕组变压器5接入厂内配电装置8。

如图4所示，作为本发明的第二种实施方式，当升压变组件为两台双绕组变压器6，调相机4与高位机组1并接后通过一台双绕组变压器6接入厂内配电装置8，即高位机组1与调相机4通过机端母线汇集后通过一台双绕组变压器6接入厂内配电装置8，所述的低位机组2通过另一台双绕组变压器6接入厂内配电装置8。

电网的安全稳定水平和电源布局、电网布局、电网故障及故障切除时间等多种因素紧密相关，本案例仅在相同的计算边界条件(电源布局、电网布局等)，电网故障及切除时间均相同(0.1秒1条线路发生三相短路，0.2秒切除故障)，对比如下3种设计方案：

方案一：常规机组+典型设计方案。

方案二：高低位布置机组+典型设计方案，如图1和图2所示，

方案三：高位布置机组+调相机，即高低位布置机组+本发明设计方案，如图3和图4所示。

方案一仿真曲线如图5、图6所示，方案二仿真曲线如图7、图8所示，方案三仿真曲线如图9、图10所示。

从仿真结果可看出：

(1)常规机组(方案一)采用典型设计方案，能够保持稳定运行。

(2)高位布置机组(方案二)在0.2s故障切除后，机端电压有短暂的上升过程，但仅上升到0.55pu(电压标幺值)又开始下降，产生电压振荡，在机端电压不能快速恢复的情况下，高位机组电磁功率不能快速恢复，高位机组由于转动惯量小，转速增加很快，导致功角失稳。

(3)本发明(方案三)在高位布置机组机端配置调相机，从机端电压和发电机电磁功率来看，在0.1-1s间，调相机持续发出大量的无功功率，在1s所发无功达到602Mvar，相当于调相机额定容量(算例中采用300Mvar调相机)2倍，高位机组机端电压在0.5s恢复0.8pu，继续上升，约1s左右恢复到1.0pu，电磁功率经过几个振荡后快速恢复稳定；从高位机组功角曲线来看，经历了2个较大幅度的振荡后趋于稳定。

仿真计算结果与机理分析一致，也验证了本发明设计的合理性和科学性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。