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抽水蓄能电站750kV开关站型式选择探讨

2024-12-20 49 上传者：管理员

摘要：随着电网对抽水蓄能电站的定位和运行方式的研究越来越明确,越来越多的抽水蓄能电站被要求以750 kV一级电压接入电网。750 kV出线一般可分为地下750 kV开关站和地面750 kV开关站两种型式。开关站型式的合理选取直接影响到地下洞室群的布置和工程总投资。基于此背景,本文结合多个不同装机电站实例,归纳总结了影响750 kV开关站出线型式选择的多个因素,为今后类似项目750 kV抽水蓄能电站开关站型式的初步选择提供参考。

关键词：
GIL
地下750 kV开关站
地面750kV开关站
投资
抽水蓄能电站
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1、引言

抽水蓄能电站通常采用地下厂房方案,机组所发电能经主变压器升压后采用高压引出线至地面开关站（出线站）并接入电网,传统220 kV、330 kV及500 kV高压引出线通常采用相应电压等级高压电缆。电站的运行方式,运行小时数要按照电网调度的需要确定,送出线路的调度权归属省公司,发电电动机的调度权归属国网公司,电站在设计时要同时满足两个单位调度的要求,运行调度相对复杂。

随着电网对抽水蓄能电站的定位和运行方式的研究越来越明确,按照电网要求,越来越多的西北地区抽水蓄能电站需要采用750 kV电压等级接入电网。采用750 kV接入电网,电站的运行方式不受限制,可最大程度保证电站的运行小时数,对整个电网的支撑能力更强,电站整体调度权归属国网公司。截止目前,多个采用750 kV接入系统的抽水蓄能电站已经核准以及正在进行750 kV接入系统论证工作。受750 kV高压引出线没有成熟的电缆产品的影响,目前技术上可供选择的仅有800 kV GIL和架空线方案,架空线方案不适合在构筑物内采用,因此,在750 kV电压等级项目中采用800 kV GIL[1-2]方案成为唯一选择。

目前800 kV GIL在抽水蓄能电站中没有应用先例。抽水蓄能电站地下厂房布置的特点导致其高压引出线长度通常较长,GIL设备费用较高,在此基础上,750 kV开关站型式（地下GIS开关站+出线场、地面GIS开关站）的合理选择变的尤为重要,直接影响到地下洞室群方案的布置和工程总投资。

2、750 kV开关站的布置型式

750 kV开关站型式可分为地下750 kV开关站方案和地面750 kV开关站方案两种,地下750 kV方案指“地下GIS开关站+地面出线场”,即主变压设备与开关站GIS设备联合布置,均放入地下主变洞内,抽蓄机组和主变接线方式采用联合单元接线,以1回/2回（由机组台数所定）800 kV GIL经出线平洞/竖井引出至接入地面出线场。地面750 kV方案指“地面GIS开关站”,开关站及出线场联合布置,800 kV GIS设备及出线设备均布置于地面GIS楼内开关站,采用联合单元出线,主变高压引出线采用2回/3回/4回（由机组台数所定）800 kV GIL,通过出线平洞/竖井引出至地面开关站。两种开关站型式下的地下厂房三大洞室剖面图见图1、图2。

图1 地面750KV开关站方案地下厂房横剖面图

图2 地下750KV开关站方案地下厂房横剖面图

由图1可以看出,地面750kV开关站方案三大洞室布置及结构尺寸接近传统220 KV/330 KV出线的抽水蓄能电站,第一层为电缆夹层及通道层；第二层为主变层,地面与发电机层同高；第三层为分支母线及限流电抗器层,GIL气管母线从该层下游侧引出,经出线洞至地面GIS开关站；第四层为通风设备层。受750 kV主变压器尺寸影响,主变洞尺寸（宽、高）仅略大于常规抽水蓄能电站主变洞尺寸,三大洞室间距变化不大,地下厂房洞室群排水廊道为三层。

由图2可以看出,采用地下GIS开关站方案,地下GIS开关站方案,地下主变洞分6层布置。第一层为电缆夹层及通道层；第二层为主变层,地面与发电机层同高；第三层为分支母线及限流电抗器层；第四层为管道层,GIL管道从该层下游侧引出至出线洞；第五层为GIS层,顶部布置一台电动单梁桥机；第六层为通风设备层。主变压器直接与布置在主变洞上方的800 kV GIS开关站连接,开关站通过1/2回800kV GIL管道（根据机组台数确定）接入地面出线场。由于GIS设备位于主变洞上部,主变洞开挖高度增加约31 m,三大洞室间距较常规220 kV/330 kV抽水蓄能电站有所增加,地下洞室所需风量增加。主变洞开挖需新增主变洞中部开挖施工支洞。厂房排水廊道由常规3层排水廊道增加至4层排水廊道。上述因素对辅助洞室带来诸多影响,下面从多方面进行详细说明。

3、750kV“地面”、“地下”开关站方案所带来的影响因素

3.1 通风量区别

抽水蓄能电站地下洞室群庞大且复杂,结合厂房布置情况及室外气象参数,通风设计通常采用两进两排方案,将进厂交通洞、通风兼安全洞作为进风道,将主变洞顶部排风排烟竖井/平洞、地下副厂房排风洞作为排风道,使整个地下厂房形成两进两排的通风模式。

通风量需求的不同带来通风道的面积有所不同,同时为防止主变洞GIL管道层、GIS室,出线洞内SF6气体的扩散,均采取机械负压通风。因此辅助洞室断面设计尺寸一方面需满足施工及大件运输要求（机组、变压器）,另一方面需满足最小进风量、排风量要求,不同机组台数各辅助洞室见表1。

表1 不同装机规模各出线方案三大洞室所需风量

3.2 相关土建洞室及电气方面对比区别

由表1可以看出地面750 kV开关站方案中主变洞尺寸略大于传统220 kV/330 kV抽水蓄能电站主变洞尺寸,因此所需风量变化不大,而地下750 kV开关站方案中,受主变洞高度急剧加大的影响,同时在GIL层、GIS层考虑到SF6故泄漏以及通风换气次数要求的前提下,洞室群所需风量大幅增加,进厂洞、通风兼安全洞、排风排烟洞等洞室尺寸均有所变化。笔者结合参与多个抽水蓄能电站的设计经验,总结各机组台数对应辅助洞室尺寸及电气GIL出线回数见表2。

表2 不同装机台数下750kV“地面”、“地下”开关站辅助洞室及出线回路数

由表2可以看出不同机组台数采用不同型式的750 kV开关站,辅助洞室的断面尺寸及GIL出线回路数是有所差异的。相较于“地面GIS开关站”而言,“地下GIS开关站”方案主变洞边墙加约高31 m,对洞室围岩稳定影响较大。厂区排水廊道由三层增加为四层,需新增主变洞中部施工支洞及上层排水廊道施工支洞。主变洞室加大亦使得厂内通风及排风量增加,通风兼安全洞及排风排烟洞/竖井断面尺寸有所加大,上均使得厂房洞室及辅助洞室土建混凝土、开挖及支护等工程量增加。“地下GIS开关站”方案中GIS设备布置于主变洞内,故取消了地面GIS楼,地面出线场场坪面积减小,开挖及支护量减小。从电气设备方面考虑,地下及地面GIS布置方案主变压器均一致,区别在于GIL引出回路数,地下GIS方案采用1回/2回GIL引出,而地面GIS方案受机组台数影响采用2回/3回/4回GIL引出。受GIL引出回路数影响,6台机、8台机的“地面GIS开关站”方案中的出线洞/竖井结构断面尺寸大于“地下GIS开关站”出线洞/竖井结构尺寸。

3.3 投资对比

在满足建设庞大地下洞室群的地质条件下,750 kV“地下开关站”“地面开关站”型式合理选择归根在于整体投资的对比,即“地下GIS开关站”方案土建增加的投资与“地面GIS开关站”方案电气GIL管道增加投资的对比。笔者结合参与多个抽水蓄能电站的设计经验,再确定相同变量的前提下（地质条件满足地下洞室群的建设、进厂交通洞长度1.5 km,通风安全洞长度1.5 km,排风排烟洞/竖井、出线洞/竖井长度均1 km,开关站/出线场平台不存在高边坡（边坡高度≤60 m）,电气GIL出线长度1 km）的前提下,对各机组台数及开关站型式方案的投资进行了估算,各机组台数不同出线方案变化投资见表3。

表3 不同装机台数地面/地下750出线方案投资表万元

由表3可以看出：在确定部分变量的前提下,4、6台机“地面GIS开关站”主变洞、辅助洞室、排水廊道等土建投资小于“地下GIS开关站”,出线洞室、开关站/出线场以及电气GIL设备投资大于“地下GIS开关站”,两方案整体投资差距不大,750kV“地面GIS开关站”方案略优。

8台机“地面GIS开关站”方案中主变洞、辅助洞室、排水廊道等土建投资均小于“地下GIS开关站”方案,但出线洞、开关站/出线场的投资大于“地下GIS开关站”方案。受4回GIL管道数量的影响,“地面GIS开关站”方案的GIL设备投资是“地下GIS开关站”方案投资的1倍。整体8台机“地面GIS开关站”较“地下GIS开关站”投资差距较大,750kV“地下GIS开关站”方案较优。

3.4 敏感性因素分析

针对于3.3节假定的计算变量,笔者认为对于4/6台机的抽水蓄能电站有以下几个敏感因素：

(1)GIL及辅助洞室长度：1 km的GIL管道出线距离可以作为一个初判的标准,辅助洞室较长（进厂交通洞、通风兼安全洞大于1.5 km）且单回GIL管道距离小于1km,则“地面GIS”方案略优。

(2）开关站/出线场位置：合理的开关站/出线场位置选取至关重要,一方面开关站/出线场的位置决定了GIL管道的长度,另一方面,不当的开关站/出线场位置将带来大开挖,高边坡、强支护等影响,继而使“地面GIS”方案土建投资急剧加大,使得开关站型式方案的选取带来颠覆性变化。

(3）地质围岩条件：较差的地下洞室围岩条件会使开挖支护、混凝土衬砌的土建投资加大,继而使得“地面GIS开关站”方案更具优势。

(4）电气GIL管道费用：目前单回GIL管道费用约7.5 W/m。目前尚无已建成750 kV出线的抽水蓄能电站,随着后续大批量750 kV抽水蓄能电站的陆续开工,在众多电气设备厂家的招标竞争下,GIL管道设备费用会大幅降低,而传统土建计价已趋于成熟,结合目前750 kV高压电缆的研究工作正在进行,因此“地面GIS开关站”方案优势显著。

8台机抽水蓄能电站实际多采用2条通风安全洞,因此从进风量上考虑,两方案进厂洞、通风洞土建投资差距不大。但“地面GIS开关站”的GIL管道费用是“地下GIS开关站”的1倍,同时由于采用4回GIL出线,1条容纳4回GIL管道的出线洞/出线竖井的结构尺寸过大往往难以开挖施工,故通常多采用2条2回GIL出线平洞/出线竖井的布置方案,此处带来的出线洞室土建投资也约为“地下GIS开关站”方案的1倍。因此对于8台机抽水蓄能电站,笔者认为在地质条件允许的情况下,选择“地下GIS开关站”方案是较为合适的。

4、结语

本文针对于常规4台/6台/8台装机的抽水蓄能电站,在750 kV“地面GIS开关站”和“地下GIS开关站+出线场”型式的选择上分别从暖通通风量、主变洞及辅助洞室设计尺寸、GIL回路数等因素进行了对比分析,并在确定变量的前提下,对各个装机台数的不同开关站型式方案的投资进行了比较。结果表明对于4台、6台机的抽水蓄能电站,辅助洞室较长、出线距离≤1 km且开关站平台不存在大开挖、高边坡的前提下,采用“地面GIS开关站”的方案是较优的。对于8台机抽水蓄能电站,“地下GIS开关站+出线场”的方案优势较为明显。

参考文献:

[1]阮全荣,施围,桑志强,750kV GIL在拉西瓦水电站应用需考虑的问题[J].高压电器. 2003(04):66-69｡

[2]冶海廷,王亦平,马仲鸣.拉西瓦水电站800kV GIL结构特点及安装试验[J].水力发电,2009, 35(11):60-62.

文章来源:彭睿哲,孙斌,李永强.抽水蓄能电站750kV开关站型式选择探讨[J].陕西水利,2024,(12):180-182.