抽水蓄能電站設計方案

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1抽水蓄能電站的作用

抽水蓄能電站屬于一種有效的電網調峰設施，其運行時的主要特征為：（1）可以迅速地啟停，且快速地對急劇發生變化的負荷作出反應，適用于黑啟動、系統調頻、無功調節、快速對負荷進行跟蹤等輔助性的功能中。（2）除了可以提供給系統峰荷電能，還能幫系統消除低谷電能[1]。由此可見，抽水蓄能電站的建設對于電力系統穩定、安全運行具有重要意義。抽水蓄能電站以水泵抽水方式把電力系統內多余的電能轉成上水庫水勢能，隨后在電力系統需要的時候，經水輪發電機把勢能轉成電能。在通常情況下，抽水蓄能電站具備下水庫、上水庫、高地、高壓引水系統、低壓尾水系統以及抽水蓄能機組等，其整體結構如圖1所示。

2工程概況以及抽水蓄能電站施工供電接入系統設計概述

2.1工程概況。如今某地水電調峰的能力約為2000MW，很多時候都不符合當地需求。因此，為了確保當地電網可以穩定、安全地工作，亟需建設抽水蓄能電站。經過深入探討，當地政府規劃建設抽水蓄能電站1座，裝設300MW相關機組共4臺。2.2設計方案選擇及優化注意事項。（1）設計方案應當具備較強的靈活性，同時在符合技術標準的前提下，最大限度地減少投資。（2）方案中供電接入系統需要有科學的潮流流向，以便保證電力在高峰期也能被安全、穩定地輸送出去；同時確保低谷抽水靈活簡便，能夠符合電力系統穩定、安全的運行需求。（3）方案應保證發電廠可以方便地管理抽水蓄能電站。（4）方案需要便于對電網接線以及電壓等級等進行簡化。（5）方案應當與當地整體電網的發展方向相符合。2.3設計方案選擇及優化主要思路。有關部門在對各種方案進行比選時，需要綜合考慮工程總體造價、接入點、潮流、電壓等級以及線路整體的路徑等。

3方案具體設計

3.1選擇接入點。經過實地勘察，此工程周邊有5座變電站，規格分別為220kV的變電站2座（A、B站），1000kV的變電站1座（C站）以及500kV的變電站2座（D、E），且每一座變電站都接入間隔供電廠。經過調查分析，其中A站周邊電量已經處于平衡狀態，如果抽水蓄能電站被接入到此220kV的變電站，極易致使電力外送的容量受到限制，所以優先將此變電站予以排除。3.2方案制定。設計人員按照當地實際狀況，設計出以下四種設計方案：（1）從電站中直出220kV的線路3回，其中2回被接入到500kV的D變電站，另外1回被接入到220kV的B變電站，其線路的長度是42km以及51㎞，且導線的截面為LGJ-2×630㎜2。（2）從電站中直出500kV的線路2回，被接入到C變電站的500kV一側，其線路的長度是49㎞，且導線的截面為LGJ-4×400㎜2。（3）從電站中直出500kV的線路2回，被接入到500kV的E變電站，其線路的長度是53㎞，且導線的截面同（2）。（4）從電站中直出500kV的線路2回，被接入到500kV的D變電站，其線路的長度是51㎞，且導線的截面同（2）。3.3比選方案。3.3.1投資總額。經過計算可知，四種方案的投資總額分別為26013萬元、24166萬元、25633萬元以及23467萬元，方案（1）投資總額最多，方案（4）投資總額最少。3.3.2短路電流。經過實地勘察可知，當地水平最高的短路電流為500kV的網架短路電流，為了確保輸電穩定、安全，還需要對當地短路電流加以有效限制。經過設計調查可知，方案（3）短路電流達到極限，若采用此方案，需要對短路電流加以限制。當前我國最常用的限制方式為“電網解環”[2]。需要注意的是，若采用“電網解環”，會增加一定程度的投資總額。3.3.3潮流的整體分布。經過有關人員的調查、統計和計算可知，各個方案整體的分布潮流都比較合理、科學，無“線路過載”隱患，然而方案（2）會在某些時候接近輸送線路極限功率，若用此方案，有關部門為了避免突破輸送線路極限功率，就應當采用相應的控制方式，這在一定程度上也會增加投資總額。3.3.4工程實施方式。對于（1）方案而言，其接入線路的路徑類似方案（4），然而需要跨越3次河流，同時還需要跨越高速公路，沿途主要的地形多為丘陵以及山區，占比分別是66％與35％。相比于其他方案，此方案線路的總體長度最長，且具備最大的工程量。對于（2）方案而言，其一共有12回的出線，其中僅有2回能夠讓抽水蓄能電站進行接入，然而接入的難度非常大，加之經過勘測，若想接入此2回，需要使周邊其余4回的線路進行停電才能順利施工，這極易影響當地的整體電網運行。對于（3）方案而言，其接入的線路會跨越1條河、3條高速公路以及5條單回的線路，加之存在占比為45％的山區地形，使得實際施工會存在許多難題。對于（4）方案而言，其接入的線路需要繞過1座縣城、2條高速路、1條省道、1條國道、1條鐵路、1座水庫、1個風景區、1條河以及2條單回線路，而途徑山區的占比僅為19％，且施工環境良好，制約因素極少，總體的施工難度很低。通過對上述四個方面的對比可知，方案（4）的施工難度最低，且總體投資金額也很低，所以在本文涉及的工程中，選擇方案（4）。

4主接線方案

4.1發電機和變壓器組的接線方式。對于發電機和主變壓器組而言，可選擇的接線方式主要有三種，即單元接線，聯合式單元接線以及擴大式單元接線，三種接線方式如圖2所示。圖2三種單元接線方式（1）第一種接線方式：此方式連接形式很簡潔，相關設施布置思路很明確，可靠性也較高。然而，若選用此接線方式便需要4回高壓出線，與方案（4）進線2回的方式不符；（2）第二種接線方式：此方式連接形式也很簡潔，相關設施布置思路也較為明確。在此方式中，整體的進線可以降低至2回，與方案（4）相符，同時也使布置、接線更簡便，最大限度地降低了相關資金投入[3]；（3）第三種接線方式：此方式連接形式較為繁復，雖然進線的回路數也符合方案（4），然而經過多年實踐可知，其可靠性較差。因此，經過比對，本工程發電機和主變壓器組選擇第二種“聯合式單元接線”方式。4.2開關站的主接線方式。對于開關站而言，其主接線方式可供選擇的方式主要有三項，即角型接線、3/2接線以及雙母線接線。其中，角型接線方式中，任何設施出現故障都不會影響整體供電，具有較高可靠性，經濟性較高；3/2接線雖然也有較高可靠性，任何設施出現故障都不會影響整體供電，然而其投資極高；而對于雙母線接線方式而言，一旦母線隔離開關出現故障，將導致2臺相關機組發生停機現象，因此沒有較高的可靠性。經過比對，本工程開關站選用角型接線的接線方式。

參考文獻

[1]王小軍,董政淼,曹永闖.天池抽水蓄能電站施工供電接入系統設計方案的選擇及優化[J].水電與抽水蓄能,2018,4(05):85-90.

[2]何小軍.抽水蓄能電站工程安全監測自動化應用研究[D].山東大學,2017.

[3]傅旭,谷子.陜西鎮安抽水蓄能電站接入系統方案研究[J].智能電網,2017,5(01):99-106.

作者:趙曉琳 單位:國網新源控股有限公司技術中心