CN114421604A - 一种火电厂厂用gis降压一体化系统 - Google Patents

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许义山
陈敬瑞
林师严
关洪亮
刘彩利
杨小锋
黄良泉
蔡德帅
薛菲
梁舒婷
李泽才
杨沛豪
赵俊博
燕云飞
孙梦瑶
李志鹏
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Abstract

本发明公开了一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，包括：厂用交流6.3kV单元和厂用GIS降压一体化单元；所述厂用交流6.3kV单元中6.3kV汇流交流母线与所述厂用GIS降压一体化单元中电力电子变压AC/DC换流装置相连，通过所述厂用GIS降压一体化单元实现降压与电能传输，操作所述厂用GIS降压一体化单元中断路器和隔离开关设备向厂用400V火电厂用负荷供电。本发明采用6.3kV/400V电力电子变压器，有效减少占地体积，将电力电子变压器添加至GIS整体设备内，构造厂用GIS降压一体化系统，是的火电厂厂用电环节调控更加灵活。

Description

一种火电厂厂用GIS降压一体化系统
技术领域
本发明涉及一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，采用6.3kV/400V电力电子变压器，有效减少占地体积，将电力电子变压器添加至GIS整体设备内，构造厂用GIS降压一体化系统，是的火电厂厂用电环节调控更加灵活。
背景技术
在发电厂站布置气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)具有供电可靠性高、电磁污染少、检修周期长、运行噪声低等优点。GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有设定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。GIS采用先进的电力电子技术、微电子技术、传感技术、数字处理技术、计算机技术、控制技术，集监测、测量、控制、保护和录波等功能于一体。
电力电子变压器在电能质量调节和谐波抑制等方面具有一定优势，具有电压等级变换、电气隔离、功率调节与控制、多个交直流端口接入、电能质量控制以及与其他智能设备通信等一系列功能优势。电力电子变压器由于采用高频变压器，体积得到了很好的控制。
目前发电厂厂用电一般都采用降压变，降压变占地较大，无法与后续GIS设备连为一体。采用电力电子变压器+GIS设备一体化降压系统，可以实现GIS降压协同一体化，安装方便、便于检修，将电力电子变压器添加到GIS设备里，也可以延长电力电子变压器使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，采用6.3kV/400V电力电子变压器，有效减少占地体积，将电力电子变压器添加至GIS整体设备内，构造厂用GIS降压一体化系统，是的火电厂厂用电环节调控更加灵活。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：
一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，包括：厂用交流6.3kV单元和厂用GIS降压一体化单元；
所述厂用交流6.3kV单元中6.3kV汇流交流母线与所述厂用GIS降压一体化单元中电力电子变压AC/DC换流装置相连，通过所述厂用GIS降压一体化单元实现降压与电能传输，操作所述厂用GIS降压一体化单元中断路器和隔离开关设备向厂用400V火电厂用负荷供电。
本发明进一步的改进在于，所述厂用交流6.3kV单元包括：火电发电机、火电机组厂用20kV/400V降压变、6.3kV厂用汇流母线、6.3kV厂用负荷并网断路器和6.3kV厂用负荷；
所述火电发电机出口连接有所述火电机组厂用20kV/400V降压变高压侧，所述火电机组厂用20kV/400V降压变低压侧连接有所述6.3kV厂用汇流母线，所述6.3kV厂用负荷通过所述6.3kV厂用负荷并网断路器连接至所述6.3kV厂用汇流母线，通过闭合所述6.3kV厂用负荷并网断路器，向所述6.3kV厂用负荷供电。
本发明进一步的改进在于，所述厂用GIS降压一体化单元包括：6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器、电力电子变压器高压侧滤波电容、6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器、电力电子变压器低压侧滤波电容和6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器；
所述6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器交流侧连接至所述6.3kV厂用汇流母线，6.3kV交流厂用电通过所述6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器转换为8.9kV高压直流电，8.9kV高压直流电通过所述电力电子变压器高压侧滤波电容滤波后传输至所述6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器，所述6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器将8.9kV高压直流电转换为565.5V低压直流电，565.5V低压直流电通过所述电力电子变压器低压侧滤波电容滤波后传输至所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器，经过所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器逆变后变为400V交流厂用电，完成变流降压。
本发明进一步的改进在于，所述6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器包括：单相全桥逆变器、隔离型DC-DC变换器滤波电感隔离型DC-DC变换器滤波电容、6.3kV/400V高频变压器和单相全桥整流器；
所述单相全桥逆变器通过所述隔离型DC-DC变换器滤波电感和隔离型DC-DC变换器滤波电容串联接入所述6.3kV/400V高频变压器高压侧，所述单相全桥逆变器实现电能由直流向交流转变，所述6.3kV/400V高频变压器低压侧连接于所述单相全桥整流器。
本发明进一步的改进在于，所述6.3kV/400V高频变压器额定频率为10kHz，通过频率改变，实现电压变化；且所述6.3kV/400V高频变压器通过降低频率实现电压降低。
本发明进一步的改进在于，所述单相全桥整流器实现电能由交流向直流转变。
本发明进一步的改进在于，所述6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器、所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器及所述单相全桥逆变器、所述单相全桥整流器采用大功率高频IGBT元器件，实现单位功率因数运行或根据用电负荷实时功率调节需求，按照给定的功率因数运行。
本发明进一步的改进在于，所述厂用GIS降压一体化单元还包括：400V厂用输电线路隔离开关、400V厂用输电线路发电侧接地开关和400V厂用输电线路；
所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器通过所述400V厂用输电线路隔离开关连接有所述400V厂用输电线路，通过闭合所述输电线路隔离开关，将经过电力电子变压变流降压的低压交流电传输至所述400V厂用输电线路；所述400V厂用输电线路隔离开关起到隔离发电设备与用电设备、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路的作用；所述400V厂用输电线路发电侧接地开关靠近发电侧，靠近发电侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用。
本发明进一步的改进在于，所述厂用GIS降压一体化单元还包括：400V厂用输电线路断路器、400V厂用输电线路中心接地开关、400V厂用输电线路负荷侧电压互感器、400V厂用输电线路负荷侧接地开关和400V厂用负荷；
所述400V厂用输电线路断路器串联于所述400V厂用输电线路，起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的作用；所述400V厂用输电线路中心接地开关，靠近输电线路中心，靠近输电线路中心的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用；所述400V厂用输电线路负荷侧电压互感器，实现负荷侧电压采样，分为保护用和测量用电压互感器；所述400V厂用输电线路负荷侧接地开关，靠近输电线路负荷侧，输电线路负荷侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用；所述400V厂用负荷连接在所述400V厂用输电线路线末端，是用电设备。
本发明进一步的改进在于，所述厂用GIS降压一体化单元中GIS设备全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有设定压力的SF6绝缘气体。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
1.本发明在所述厂用GIS降压一体化单元中采用包含高频变压器的电力电子变压器可以实现变频、变压，高频变压器额定频率为10kHz，通过频率改变，实现电压等级降低，相较于传统变压器，体积更小，维护方便。
2.本发明在所述厂用GIS降压一体化单元中采用包含AC/DC换流装置的电力电子变压器，可以实现单位功率因数运行或根据用电负荷实时功率调节需求，按照给定的功率因数运行。使用大功率高频IGBT元器件，所能提供的最大短路电流不超过其额定电流的1.5倍，保护判断逻辑简单、高效，可以实现厂用负荷自由投切。
3.本发明在所述厂用GIS降压一体化单元中采用成套GIS用电单元，GIS设备全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有设定压力的SF6绝缘气体，不管是断路器、隔离开关还是接地开关，在分合闸瞬间不会产生高压电弧，更加安全、可靠。
4.本发明在在所述厂用GIS降压一体化单元中采用6.3kV/400V电力电子变压器，有效减少占地体积，将电力电子变压器添加至GIS整体设备内，采用电力电子变压器+GIS设备一体化降压系统，可以实现GIS降压协同一体化，安装方便、便于检修，也可以延长电力电子变压器使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种火电厂厂用GIS降压一体化系统的电路图。
附图标记说明：
1—厂用交流6.3kV单元；2—厂用GIS降压一体化单元；
1-1—火电发电机；1-2—火电机组厂用20kV/400V降压变；1-3—6.3kV厂用汇流母线；1-4—6.3kV厂用负荷并网断路器；1-5—6.3kV厂用负荷；
2-1—6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器；2-2—电力电子变压器高压侧滤波电容；2-3—6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器；2-3-1—单相全桥逆变器；2-3-2—隔离型DC-DC变换器滤波电感；2-3-3—隔离型DC-DC变换器滤波电容；2-3-4—6.3kV/400V高频变压器；2-3-5—单相全桥整流器；2-4—电力电子变压器低压侧滤波电容；2-5—6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器；2-6—400V厂用输电线路隔离开关；2-7—400V厂用输电线路发电侧接地开关；2-8—400V厂用输电线路；2-9—400V厂用输电线路断路器；2-10—400V厂用输电线路中心接地开关；2-11—400V厂用输电线路负荷侧电压互感器；2-12—400V厂用输电线路负荷侧接地开关；2-13—400V厂用负荷。
具体实施方式
下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，包括：厂用交流6.3kV单元1和厂用GIS降压一体化单元2；所述厂用交流6.3kV单元1中6.3kV汇流交流母线与所述厂用GIS降压一体化单元2中电力电子变压AC/DC换流装置相连，通过所述厂用GIS降压一体化单元2实现降压与电能传输，操作所述厂用GIS降压一体化单元2中断路器和隔离开关设备向厂用400V火电厂用负荷供电。
所述厂用交流6.3kV单元1包括：火电发电机1-1、火电机组厂用20kV/400V降压变1-2、6.3kV厂用汇流母线1-3、6.3kV厂用负荷并网断路器1-4和6.3kV厂用负荷1-5。
所述火电发电机1-1出口连接有所述火电机组厂用20kV/400V降压变1-2高压侧，所述火电机组厂用20kV/400V降压变1-2低压侧连接有所述6.3kV厂用汇流母线1-3，所述6.3kV厂用负荷1-5通过所述6.3kV厂用负荷并网断路器1-4连接至所述6.3kV厂用汇流母线1-3，通过闭合所述6.3kV厂用负荷并网断路器1-4，向所述6.3kV厂用负荷1-5供电。
所述厂用GIS降压一体化单元2包括：6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器2-1、电力电子变压器高压侧滤波电容2-2、6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器2-3、电力电子变压器低压侧滤波电容2-4、6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器2-5、400V厂用输电线路断路器2-9、400V厂用输电线路中心接地开关2-10、400V厂用输电线路负荷侧电压互感器2-11、400V厂用输电线路负荷侧接地开关2-12和400V厂用负荷2-13。
所述6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器2-1交流侧连接至所述6.3kV厂用汇流母线1-3，6.3kV交流厂用电通过所述6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器2-1转换为8.9kV高压直流电，8.9kV高压直流电通过所述电力电子变压器高压侧滤波电容2-2滤波后传输至所述6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器2-3，所述6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器2-3将8.9kV高压直流电转换为565.5V低压直流电，565.5V低压直流电通过所述电力电子变压器低压侧滤波电容2-4滤波后传输至所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器2-5，经过所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器2-5逆变后变为400V交流厂用电，完成变流降压。
所述6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器2-3包括：单相全桥逆变器2-3-1；隔离型DC-DC变换器滤波电感2-3-2；隔离型DC-DC变换器滤波电容2-3-3；6.3kV/400V高频变压器2-3-4；单相全桥整流器2-3-5。所述单相全桥逆变器2-3-1通过所述隔离型DC-DC变换器滤波电感2-3-2和隔离型DC-DC变换器滤波电容2-3-3串联接入所述6.3kV/400V高频变压器2-3-4高压侧，所述单相全桥逆变器2-3-1实现电能由直流向交流转变，所述6.3kV/400V高频变压器2-3-4低压侧连接于所述单相全桥整流器2-3-5。所述6.3kV/400V高频变压器2-3-4额定频率为10kHz，通过频率改变，实现电压变化，相较于传统变压器，体积更小，维护方便。所述6.3kV/400V高频变压器2-3-4通过降低频率实现电压降低。所述单相全桥整流器2-3-5实现电能由交流向直流转变。
所述6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器2-1、所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器2-5及所述单相全桥逆变器2-3-1、所述单相全桥整流器2-3-5采用大功率高频IGBT元器件，可以实现单位功率因数运行或根据用电负荷实时功率调节需求，按照给定的功率因数运行。使用大功率高频IGBT元器件，所能提供的最大短路电流不超过其额定电流的1.5倍，保护判断逻辑简单、高效，可以实现厂用负荷自由投切。
所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器2-5通过所述400V厂用输电线路隔离开关2-6连接有所述400V厂用输电线路2-8，通过闭合所述输电线路隔离开关2-6，将经过电力电子变压变流降压的低压交流电传输至所述400V厂用输电线路2-8。所述400V厂用输电线路隔离开关2-6起到隔离发电设备与用电设备、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路的作用。所述400V厂用输电线路发电侧接地开关2-7靠近发电侧，靠近发电侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用。
所述400V厂用输电线路断路器2-9串联于所述400V厂用输电线路2-8，起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的作用。所述400V厂用输电线路中心接地开关2-10，靠近输电线路中心，靠近输电线路中心的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用。所述400V厂用输电线路负荷侧电压互感器2-11，可以实现负荷侧电压采样，分为保护用和测量用电压互感器。所述400V厂用输电线路负荷侧接地开关2-12，靠近输电线路负荷侧，输电线路负荷侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用。所述400V厂用负荷2-13连接在所述400V厂用输电线路线2-8末端，是用电设备。
所述厂用GIS降压一体化单元2中GIS设备全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有设定压力的SF6绝缘气体，不管是所述400V厂用输电线路隔离开关2-6、400V厂用输电线路发电侧接地开关2-7、所述400V厂用输电线路断路器2-9、所述400V厂用输电线路中心接地开关2-10、所述400V厂用输电线路负荷侧接地开关2-12在分合闸瞬间不会产生高压电弧，更加安全、可靠。采用所述6.3kV/400V高频变压器2-3-4，有效减少占地体积，将电力电子变压器添加至GIS整体设备内，采用电力电子变压器+GIS设备一体化降压系统，可以实现GIS降压协同一体化，安装方便、便于检修，也可以延长电力电子变压器使用寿命。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，其特征在于，包括：厂用交流6.3kV单元(1)和厂用GIS降压一体化单元(2)；
所述厂用交流6.3kV单元(1)中6.3kV汇流交流母线与所述厂用GIS降压一体化单元(2)中电力电子变压AC/DC换流装置相连，通过所述厂用GIS降压一体化单元(2)实现降压与电能传输，操作所述厂用GIS降压一体化单元(2)中断路器和隔离开关设备向厂用400V火电厂用负荷供电。
2.根据权利要求1所述的一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，其特征在于，所述厂用交流6.3kV单元(1)包括：火电发电机(1-1)、火电机组厂用20kV/400V降压变(1-2)、6.3kV厂用汇流母线(1-3)、6.3kV厂用负荷并网断路器(1-4)和6.3kV厂用负荷(1-5)；
所述火电发电机(1-1)出口连接有所述火电机组厂用20kV/400V降压变(1-2)高压侧，所述火电机组厂用20kV/400V降压变(1-2)低压侧连接有所述6.3kV厂用汇流母线(1-3)，所述6.3kV厂用负荷(1-5)通过所述6.3kV厂用负荷并网断路器(1-4)连接至所述6.3kV厂用汇流母线(1-3)，通过闭合所述6.3kV厂用负荷并网断路器(1-4)，向所述6.3kV厂用负荷(1-5)供电。
3.根据权利要求2所述的一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，其特征在于，所述厂用GIS降压一体化单元(2)包括：6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器(2-1)、电力电子变压器高压侧滤波电容(2-2)、6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器(2-3)、电力电子变压器低压侧滤波电容(2-4)和6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器(2-5)；
所述6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器(2-1)交流侧连接至所述6.3kV厂用汇流母线(1-3)，6.3kV交流厂用电通过所述6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器(2-1)转换为8.9kV高压直流电，8.9kV高压直流电通过所述电力电子变压器高压侧滤波电容(2-2)滤波后传输至所述6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器(2-3)，所述6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器(2-3)将8.9kV高压直流电转换为565.5V低压直流电，565.5V低压直流电通过所述电力电子变压器低压侧滤波电容(2-4)滤波后传输至所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器(2-5)，经过所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器(2-5)逆变后变为400V交流厂用电，完成变流降压。
4.根据权利要求3所述的一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，其特征在于，所述6.3kV/400V电力电子变压隔离型DC-DC变换器(2-3)包括：单相全桥逆变器(2-3-1)、隔离型DC-DC变换器滤波电感(2-3-2)、隔离型DC-DC变换器滤波电容(2-3-3)、6.3kV/400V高频变压器(2-3-4)和单相全桥整流器(2-3-5)；
所述单相全桥逆变器(2-3-1)通过所述隔离型DC-DC变换器滤波电感(2-3-2)和隔离型DC-DC变换器滤波电容(2-3-3)串联接入所述6.3kV/400V高频变压器(2-3-4)高压侧，所述单相全桥逆变器(2-3-1)实现电能由直流向交流转变，所述6.3kV/400V高频变压器(2-3-4)低压侧连接于所述单相全桥整流器(2-3-5)。
5.根据权利要求4所述的一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，其特征在于，所述6.3kV/400V高频变压器(2-3-4)额定频率为10kHz，通过频率改变，实现电压变化；且所述6.3kV/400V高频变压器(2-3-4)通过降低频率实现电压降低。
6.根据权利要求4所述的一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，其特征在于，所述单相全桥整流器(2-3-5)实现电能由交流向直流转变。
7.根据权利要求4所述的一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，其特征在于，所述6.3kV/400V电力电子变压AC/DC换流器(2-1)、所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器(2-5)及所述单相全桥逆变器(2-3-1)、所述单相全桥整流器(2-3-5)采用大功率高频IGBT元器件，实现单位功率因数运行或根据用电负荷实时功率调节需求，按照给定的功率因数运行。
8.根据权利要求3所述的一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，其特征在于，所述厂用GIS降压一体化单元(2)还包括：400V厂用输电线路隔离开关(2-6)、400V厂用输电线路发电侧接地开关(2-7)和400V厂用输电线路(2-8)；
所述6.3kV/400V电力电子变压DC/AC换流器(2-5)通过所述400V厂用输电线路隔离开关(2-6)连接有所述400V厂用输电线路(2-8)，通过闭合所述输电线路隔离开关(2-6)，将经过电力电子变压变流降压的低压交流电传输至所述400V厂用输电线路(2-8)；所述400V厂用输电线路隔离开关(2-6)起到隔离发电设备与用电设备、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路的作用；所述400V厂用输电线路发电侧接地开关(2-7)靠近发电侧，靠近发电侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用。
9.根据权利要求8所述的一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，其特征在于，所述厂用GIS降压一体化单元(2)还包括：400V厂用输电线路断路器(2-9)、400V厂用输电线路中心接地开关(2-10)、400V厂用输电线路负荷侧电压互感器(2-11)、400V厂用输电线路负荷侧接地开关(2-12)和400V厂用负荷(2-13)；
所述400V厂用输电线路断路器(2-9)串联于所述400V厂用输电线路(2-8)，起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的作用；所述400V厂用输电线路中心接地开关(2-10)，靠近输电线路中心，靠近输电线路中心的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用；所述400V厂用输电线路负荷侧电压互感器(2-11)，实现负荷侧电压采样，分为保护用和测量用电压互感器；所述400V厂用输电线路负荷侧接地开关(2-12)，靠近输电线路负荷侧，输电线路负荷侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用；所述400V厂用负荷(2-13)连接在所述400V厂用输电线路线(2-8)末端，是用电设备。
10.根据权利要求9所述的一种火电厂厂用GIS降压一体化系统，其特征在于，所述厂用GIS降压一体化单元(2)中GIS设备全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有设定压力的SF6绝缘气体。
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