关于沿海核电厂500kV电气主接线设计的分析比选高政

高政

（深圳中广核工程设计有限公司广东深圳518172）

摘要：目前国内在建或规划核电厂通常装机容量约四百万~六百万千瓦，必然属于区域电网的大型骨干电源，而对于核电厂500kV电气主接线的设计比选，则直接关系电厂乃至区域电网的安全与稳定，因此开展相应的电气主接线比选非常必要。本文在核电厂采用屋内式GIS配电装置的前提下，开展了500kV系统3/2断路器接线、双母线三分段接线的技术与经济比较；结合核电厂在电力系统中的地位与作用，应看重可靠性对电气主接线的影响，最终通过综合比选推荐核电厂500电气主接线采用3/2断路器接线的形式。

关键词：核电厂；500kV电气主接线；3/2断路器接线；双母线三分段接线

引言

电气主接线是电厂电气设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定与电厂乃至电力系统的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对配电装置的布置、继电保护和控制方式的设计方案都有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析相关影响，应根据电厂在系统中所处的地位与作用、规划容量、工程特点及所采用的设备条件，做到远、近期结合，应以近期为主，并通过技术与经济综合比较，以确定最优的电气主接线方案。

目前国内在建或规划核电厂通常装机容量约四百万~六百万千瓦，分期建设、一期建设两台机组，每台机组分别以发电机-单相变压器组的单元接线升压至500kV后接入区域主干电网。本文按照目前国内典型的“六机、五线”的终期规模、“两机、两线”的首期规模开展主接线方案的设计比选。

1电气主接线设计方案[4]

根据核电厂的重要性及沿海的自然环境，国内沿海核电500kV配电装置全部采用屋内式GIS设备，本文在此基础上开展主接线方案的论证。目前国内核电厂的500kV主接线主要有3/2断路器接线、双母线接线两类，除山东海阳与石岛湾核电采用双母线三分段接线外，其余核电厂都采用3/2断路器接线。3/2断路器接线的进出线可依次配对成串、交替布置，终期“六机、五线”可形成五个完整串和一个不完整串；双母线接线为减少故障停电范围，确保停电范围不超过整段母线的四分之一，本文按双母线三分段设计。同时为减少系统短路电流，需根据电网要求需考虑分厂运行，本文按4-2分厂考虑。#1~#4机分为A厂，#5~#6机分为B厂，两类主接线方案简图，如下图1、图2所示。

2技术性比较

2.1设计规范要求[5~6]

根据《大中型火力发电厂设计规范》GB50660-2011中16.2.11条及《220kV~750kV变电站设计技术规程》DL/T5218-2012中5.1.2条，对500kV电气主接线设计要求如下：

（1）当进出线回路数为6回及以上，配电装置在系统中的具有重要地位时，宜采用3/2断路器接线。

（2）进出线回路数小于6回，且电网根据远景发展有特殊要求时，可采用双母线接线，远期可过渡为双母线分段接线。

（3）初期进出线回路数为4回时，可采用四角形接线，进、出线应装设隔离开关。布置上宜按过渡到远期3/2断路器接线设计。

根据GB50660-2011的16.2.3条文，采用单母线或双母线接线的配电装置，当采用气体绝缘金属封闭开关设备时，不应设置旁路设施。

根据上述GB/DL标准对500kV电气主接线的设计要求，当电厂进出线回路数≥6回，且电厂在系统中具有重要地位时，电气主接线应选择3/2断路器接线；当电厂进出线回路数小于6回，且电网有特殊要求时，电气主接线可采用双母线接线；因国内核电厂全部采用500kV屋内式GIS设备，若采用双母线接线，则不应设置旁路母线或旁路隔离开关。

鉴于沿海核电厂多规划建设六台百万千瓦级核电机组，属于区域大型骨干电源，对缓解区域电网的供电紧张局势、加快能源结构调整、提高系统综合经济效能具有重大意义，因此其在系统中具有非常重要的地位，根据GB/DL标准的要求，其电气主接线应首选3/2断路器接线设计方案。

2.2主接线可靠性[7]

主接线可靠性的高低，主要体现在元器件发生单一故障时对系统的影响，可按发生同类型故障时的故障停电范围进行定性评价。参考《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）中2.3节对3/2断路器接线、双母线的分析比较，按8回进出线的故障停电范围进行类比，以定性研究分析两类主接线方式的可靠性高低。

根据表1、表2的数据分析，3/2断路器接线即使在检修与故障相重合的严重工况下，停运回路数不超过2回；而双母线四分段带旁路接线在一段母线故障，合并分段或母联断路器举动的双重故障时，需停运两段母线，即4~6个回路，停电范围较3/2断路器接线大，当然此类双重故障发生的机率极低。

而以图1、图2的A厂为例，3/2断路器接线在任一断路器或母线故障时，任何回路都无需停电，仍可实现全部电能的送出；对双母线三分段接线，当A厂的ⅠM母线故障，并重合母联故障拒动时，其母差保护需跳开4回进出线，停电范围超过50%，可靠性较低。并且，双母线进出线的2组母线侧隔离开关电气上需连接于1点，若连接点处的GIS气室故障，则需停电与之相连的两段母线，继而加大停电范围，而3/2断路器接线则不存在此问题。

根据上述可靠性的定性分析，3/2断路器接线比双母线接线可靠性更高，尤其对核电等大型能源项目，更应当重视可靠性对系统与电厂的贡献，采用可靠性更高的3/2断路器接线方案对核电厂的安全稳定运行更有保障。

2.3主接线灵活性

3/2断路器接线：

（1）终期建成5个完整串+1个不完整串，形成多环形供电，调度灵活；但停运一个回路需操作两台断路器，母线故障时，接线内潮流变化较大；

（2）隔离开关仅作为检修电器，不作为操作电器，处理故障时，用断路器操作，消除事故迅速。

（3）后续机组扩建方便，扩建对供电连续性及前期机组的影响较小。

（4）可根据电力系统的要求，预留分厂断路器，实现合、分厂运行。

双母线接线：

（1）为调整系统潮流，限制短路电流以及防止事故扩大等方面的原因，有可能要求母线分列运行时，接线比较灵活。

（2）隔离开关需要作为操作电器，当改变运行方式和处理事故时，需要进行倒闸操作。

（3）后续机组扩建方便，母线扩建对供电连续性及前期机组的影响较小。

（4）可根据电力系统的要求，结合母线联络及分段的设计，灵活实现合、分厂运行。

根据两类接线方案的灵活性对比分析，3/2断路器接线终期形成多环供电，隔离开关仅用于检修隔离电压，与断路器间无需繁琐的倒闸操作配合，操作灵活简单，同时可结合分厂断路器的预留，实现运行方式的调整。双母线接线可通过母线联络或分段断路器的操作，灵活实现母线的并列、分列运行以及合、分厂运行方式的切换；但进出线需要倒母线时，则需要复杂的倒闸操作，增加操作的难度与压力。总体而言，两类接线都可满足电厂及电网的运行要求，都可实现电厂的灵活调度，后续设备的检修与机组扩建都比较便利，灵活性相当。

2.4配套继电保护及二次回路复杂性[7]

3/2断路器接线：

（1）由于每个回路连接着两台断路器，一台中间断路器连接着两个回路，保护接于两组CT的和电流，因而其CT的二次回路、保护装置的跳合闸出口回路等较复杂；

（2）应用于发电厂时，发电机-变压器组与线路共用的中间断路器，只能在单元控制室控制，并在网络控制室设对应的断路器信号，比较复杂。

双母线接线：

（1）分段的母线保护较复杂，需由故障母线选择元件，而当将回路从一段母线切换到另一段母线时，CT二次回路需要切换。母线隔离开关的闭锁回路及母联断路器的保护，二次回路较复杂。

（2）应用于发电厂时，发电机-变压器组利用一台断路器，只需在单元控制室控制，与线路控制无关，比较简单。

两类主接线的继电保护配置都较复杂，3/2断路器接线的信号采集较复杂，而双母线的母线切换时需要对应切换CT二次回路；对于电厂内部的控制而言，双母线较3/2断路器接线简单。

3经济性比较

3.1占地面积比较

目前国内500kV等级的GIS多采用断路器低位布置、母线高位布置方案，断路器间横向布置，通过分支母线与主母线连通；每个断路器间隔（三相）横向按5m考虑，纵向按16.5m考虑。本期、终期两类接线方案高压配电装置的占地比较如下表3。

单纯考虑GIS配电装置的设备初始投资造价，本期工程3/2断路器接线为双母线三分段接线的120%，终期工程3/2断路器接线为双母线三分段接线的105.5%。本期及终期3/2断路器接线均比双母线三分段多建设1个断路器间隔，也即多投资650万设备费，但于总工程的投资占比相应较小。总体两方案的投资造价相当，双母线三分段接线方案略占优势。

4结论

综合上述技术与经济的分析与评价，形成综合评价比较表，如下表5。通过技术与经济的综合比较，3/2断路器接线在设计规范要求、可靠性等方面占有优势，但设备投资造价相比较高，灵活性、保护与控制、占地等指标相当。

目前山东海阳与石岛湾核电500kV主接线按双母线三分段设计，但其500kV配电装置及送出线路按终期规模一次建成；因此其采用的双母线主接线设计，存在山东电网的习惯性及配电装置一次建成的特殊性。

考虑核电厂在电力系统中的重要地位，其作为接入电网的重大电源项目，对接入区域电网的能源支撑都具有重大意义；同时考虑500kV电源作为核电厂的第一优先电源[8]，作为电源纵深防御的重要环节，应优先考虑可靠性对电厂与电网的影响。通过对两类接线方案的综合评价，推荐3/2断路器接线作为沿海核电厂500kV电气主接线的首选方案，后续可结合电网公司对500kV接入系统专题的评审意见而调整或优化。

参考文献：

[1]王东.500kV变电站主接线方式分析[J]电力学报.2011,26(1):54-56

[2]陈尚发.大型发电厂电气主接线优化方案的研究[J].电力建设,2006,27(8):23-26.

[3]赵岩.山东电网概述和500kV变电站主接线选择[J].信息通信,2013,123:267-268.

[4]王昊,王展,陈斌.苏州1000kV特高压变电站500kV电气主接线方案技术经济分析[J].电力建设,2013,34(4):43-46.

[5]GB50660-2011.大中型火力发电厂设计规范[S].

[6]DL/T5218-2012.220kV~750kV变电站设计技术规程[S].

[7]戈东方,钟大文.电力工程电气设计手册-电气一次部分[M].北京:中国电力社,1996:53-60.

[8]GB/T13177-2008.核电厂优先电源[S].

作者简介：高政（1984.11-），男，山东烟台人.华北电力大学，电气工程及其自动化专业，大学本科。单位：深圳中广核工程设计有限公司（广东，深圳）单位邮编：518172,研究方向：核电厂电气设计