福建漳州核电厂一期1 000 kV送出升压站设计方案研究

邱天明, 马 杰

(中国电力工程顾问集团 华东电力设计院有限公司, 上海 200063)

近年来国内超高压电网的建设为1 000 kV升压站的建设提供了丰富的经验。1 000 kV设备制造也日趋成熟。送出工程采用一次升压方案或二次升压方案,从技术上都可行,应根据工程实际情况结合升压站布置条件确定主接线方案。漳州核电厂工程规划建设6台“华龙一号”百万千瓦级核电机组。根据一期工程接入系统报告及补充报告,考虑两种接入系统方案,送出线路电压等级分别为500 kV和1 000 kV。因1 000 kV送出升压站方案在国内已投产和在建核电站中均未采用,根据我国住房和城乡建设部的设计规范[1]要求,进行漳州核电1 000 kV送出工程的一次升压方案和二次升压方案研究,包括对相关的电气主接线及主要设备参数进行分析,对一次和二次升压方案的开关站布置进行比较,综合这两种方案的技术与经济性能,提出百万千瓦级核电厂1 000 kV送出工程的推荐方案。

1 电气主接线及设备参数

针对本工程1 000 kV接入方案,考虑两种主接线方案[2],记为方案1和方案2。

1.1 电气主接线

1.1.1 方案1的电气主接线

4台机组以发电机-变压器组形式接入1 000 kV 一级升压方案,电厂 1 000 kV 出线 2 回,采用一个半断路器的接线形式[3]。方案1的电气主接线方案如图1所示。

图1 方案1的电气主接线方案

1.1.2 方案2的电气主接线

4台机组以发电机-变压器组形式接入500 kV,经过500 kV/1 000 kV变压器实现两级升压的方案,2回1 000 kV线路送出,其中500 kV升压部分采用一个半断路器接线方式,500 kV/1 000 kV升压部分采用开口角形接线。方案2的电气主接线方案如图2所示。

图2 方案2的电气主接线方案

1.2 主要电气设备参数

1.2.1 方案1的主要电气设备参数

母线通流:1 000 kV母线通流容量不低于4 kA。

断路器要求:1 000 kV断路器开断能力按63 kA选择,本工程2回厦门方向出线间隔考虑配置600 Ω合闸电阻。

额定容量:1 000 kV出线间隔设备额定容量按不低于6.3 kA考虑。

主变压器:机组升压变额定容量为1 500 MW,采用无载调压方式,高压侧电压暂按1 100 kV-4×1.25%考虑,主变阻抗不低于18%,变压器中性点本期直接接地,预留经小电抗接地的可能。

高抗装置:本工程2回厦门方向出线需装设2组480 MW高抗。

发电机:额定功率因数为0.9,且可在额定功率下以0.95功率因数进相运行。机组需具备节假日降负荷20%运行能力。

1.2.2 方案2的主要电气设备参数

母线通流:1 000 kV 母线通流能力按不低于4 kA考虑;500 kV 母线通流能力按不低于5 kA考虑。

断路器要求:1 000 kV 断路器开断能力按63 kA 选择;500 kV 断路器开断能力按63 kA 选择;2 回厦门方向出线间隔暂考虑配置600 Ω合闸电阻。

额定容量:1 000 kV出线间隔设备额定容量按不低于6.3 kA考虑;500 kV出线间隔设备(与1 000 kV/500 kV/110 kV 变压器直接相连的配串)额定容量按不低于5kA 考虑;500 kV出线间隔设备(不与1 000 kV/500 kV/110 kV变压器直接相连的配串)额定容量按不低于4 kA考虑。

自耦变压器:1 000 kV/500 kV/110 kV 变压器的额定容量为4 000 MW,采用自耦变压器,额定主抽头及调压范围为1 050 kV/525±4×1.25% kV/110 kV;变压器组别为 YNa0d-11,高中、中低、高低主变阻抗暂定采用18%,40%,62%。自耦变中性点本期直接接地,预留经小电抗接地的可能;同时3台自耦变共预留2组240 MW感性无功补偿[4]的位置。

高抗装置:2 回厦门方向出线需装设2组480 MW高抗。

2 电气主设备的布置

2.1 1 000 kV 一次升压方案

1 000 kV一次升压方案的汽机房A排外电气装置平面布置如图3所示。其占地约53.50 m×49.53 m=2 650 m2。对于漳州工程,该布置占地过大,不满足核电站总图布置的要求。1 000 kV配电装置平面布置[5]如图4所示。其占地约280 m×102 m=28 560 m2。

图3 一次升压方案A排外电气装置平面布置

图4 一次升压方案1 000 kV配电装置平面布置

2.2 1 000 kV 二次升压方案

1 000 kV 二次升压方案的汽机房A排外电气装置平面布置如图5所示。其占地约37 m×47 m=1 750 m2。500 kV和1 000 kV 气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)区域平面布置[6]如图6所示。其占地约275 m×260 m=71 500 m2。

2.3 布置方案的比较

方案1汽机房A排外电气装置平面布置占地约2 650 m2。核电站常规岛布置紧靠核岛,且核岛必须位于基岩之上,常规岛A排外变压器区域场地布置受限,对于漳州工程该布置占地过大,不满足总图布置的要求。方案2汽机房A排外电气装置平面布置占地约1 750 m2。因此,方案2满足总图布置需要。方案1的1 000 kV配电装置平面布置占地约28 560 m2,方案2的500 kV和1 000 kV GIS区域平面布置占地约71 500 m2。方案2升压站的占地面积比方案1大,而升压站不需布置在基岩之上,且对布置的位置也有一定的灵活性,因此两个方案都能满足总图布置的要求。

图5 二次升压方案A排外电气装置平面布置

图6 二次升压方案500 kV GIS和1 000 kV GIS区域平面布置

3 投资估算比较

比较输电系统方案的输变电投资,其中主要比较输电线路、电厂升压变、新增配电装置、进出线断路器、配套扩建主变的投资,低压侧的其他设备投资不在本估算内。

出线对侧断路器按出线数1.5倍考虑,本厂设备考虑使用GIS设备。经济比较中采用的经济指标如表1所示。

表1 输变电设备经济指标

方案1和方案2工程本期和远景输电系统方案投资比较,具体数据如表2与表3 所示。从工程本期总投资比较结果可见,方案1和方案2的总投资分别为22.48亿元和19.64亿元,方案2(两级升压)的投资要小于方案1(直接升压)。远景接入方案的投资比较结论与本期工程相同,方案1和方案2的总投资分别为30.52亿元和20.66亿元,二次升压方案比直接升压方案仅设备投资可节省约10亿元。

表2 工程本期输电系统方案投资比较

表3 工程远景输电系统方案投资比较

4 结 论

百万千瓦级核电厂址越来越稀缺,为数不多的厂址基本上规划容量为6台或以上的机组。对于规划容量为6台的百万千瓦级核电站,送出工程采用1 000 kV可能性越来越大,可以得出以下结论。

(1) 核电站常规岛布置紧靠核岛,常规岛A排外变压器区域场地布置受限。与一次升压方案相比,二次升压方案A排外变压器区域占地面积小1 000 m2,约占升压站区域总面积的35%,对核电站总图布置更有利。

(2) 二次升压方案比直接升压方案仅设备投资可节省约10亿元,约占总投资的33%。

(3) 对于规划容量百万千瓦级核电站,如送出工程采用1 000 kV电压等级,推荐采用二次升压方案。