F級燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組廠用電接線優(yōu)化探討

深圳能源集團(tuán)股份有限公司國際能源大廈建設(shè)管理分公司 張曉平

1 廠用電接線方式選擇

1.1 傳統(tǒng)的高廠變高備變方式

國內(nèi)F型燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組主要采用的是單軸布置，升高電壓一般為220kV，由于啟停頻繁，目前投運的電廠每臺機(jī)組均設(shè)置有發(fā)電機(jī)出口斷路器GCB，其高壓廠用備用變壓器的設(shè)置可滿足《燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電廠設(shè)計規(guī)定》（DL/T5174-2003）中13.3.2條規(guī)定,此種接線方式可靠性高，單元性強(qiáng)，但投資大，國內(nèi)大部分F級天然氣電廠均采用這種方式（圖1）。

圖1 F型燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組

1.2 少設(shè)高廠變方式

為達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)性，可以將每3臺聯(lián)合循環(huán)機(jī)組作為1個廠用電的供電單元，從其中1臺機(jī)組的發(fā)電機(jī)出口開關(guān)引接廠用分支，并設(shè)置發(fā)電機(jī)出口開關(guān)，為防止廠變低壓側(cè)短路電流的大幅提升，高廠變使用低壓側(cè)2分裂的變壓器，或者3繞組變壓器，在高廠變的每個低壓繞組上T接兩路分支，分別為1#機(jī)高壓廠用工作段、2#機(jī)高壓廠用工作段、3#機(jī)高壓廠用工作段及全廠高壓公用段供電，每臺機(jī)只設(shè)1個高壓廠用工作段，這樣高壓廠用工作變壓器的容量需要提高到50～60MVA，同時從廠內(nèi)的高壓系統(tǒng)取備用電源，并設(shè)置高壓廠用備用段，其余兩臺機(jī)組不再設(shè)置GCB及廠用分支，這樣每3套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組可以省去2臺GCB及2臺高廠變，而且對于日起停機(jī)組，夜間停運時可以免去2臺主變的空載損耗費用，但高廠變及高備變的容量會相應(yīng)增大。

1.3 不設(shè)高廠變方式

借鑒E型燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)項目及國外項目的設(shè)計經(jīng)驗[1]，可以將每3套機(jī)組分成1組，每組作為1個組合單元，每1個組合單元設(shè)置1臺三繞組的引自廠內(nèi)高壓配電裝置（220kV）的高壓廠用工作變壓器，每1個組合單元設(shè)置2段高壓廠用母線，三繞組變壓器的選用使得高廠變低壓側(cè)短路容量不會大幅增加，現(xiàn)有的國產(chǎn)設(shè)備即可滿足要求，每2個組合單元設(shè)置1臺三繞組的引自廠內(nèi)高壓配電裝置（220kV）的高壓廠用備用變壓器，作為廠用電系統(tǒng)的備用電源，并可根據(jù)需要帶公用負(fù)荷。一般新建項目一期工程只有1個組合單元，將來擴(kuò)建可省去其高備變及相應(yīng)間隔。

此方案取消了所有的發(fā)電機(jī)出口開關(guān)及發(fā)電機(jī)出口的廠用分支，機(jī)組啟停時避免了廠用電的切換，而且在夜間全廠停機(jī)時能節(jié)省3臺主變和2臺廠變的空載運行費用，大大節(jié)省了投資和運行費用，但由于采用的220kV電壓等級的大容量高廠變及高備變造價很高，具體的經(jīng)濟(jì)性還需要進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，至于其單元性不強(qiáng)的問題，如果機(jī)組在電網(wǎng)故障時不能做到甩負(fù)荷帶廠用電運行，則單元性的意義不大，畢竟廠用電系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性才是主要的。

此方案的應(yīng)用還受到廠網(wǎng)分開的制約，需考慮電量計費點的位置，如果計費點設(shè)在廠內(nèi)，高廠變和高備變按大工業(yè)用戶電價計費（包括基本電費和電度電費），則此方案對電廠的經(jīng)濟(jì)效益將會大打折扣；如果計費點設(shè)在電廠出線側(cè)或者變電站內(nèi)，并延續(xù)目前廣東深圳目前的計費方式，則采用此方案的優(yōu)越性將是非常明顯的（圖2）。

圖2 不設(shè)高廠變方式

1.4 不設(shè)高備變方式

全廠不設(shè)高壓廠用備用變壓器，3臺機(jī)組的3臺高壓廠用工作變壓器互為備用，為避免關(guān)系過于復(fù)雜，可以采取相鄰備用的方式，也即循環(huán)備用的方式，即1#高廠變作為2#高廠變的備用，2#高廠變作為3#高廠變的備用，3#高廠變再作為1#高廠變的備用，這樣首尾相接，互不遺漏，又使接線相對簡化，有特殊需要的話可以人工干預(yù)備用邏輯，使得運行更加靈活。比照第一個方案，雖然每臺高廠變的容量會有所增加，但容量的增加導(dǎo)致變壓器價格的提高并不明顯，而且省掉了1個220kV間隔的高壓設(shè)備和1臺相同電壓等級的高壓備用變壓器，更重要的是，此方案可以完全規(guī)避國內(nèi)電網(wǎng)公司對高備變按大工業(yè)用戶電價計費的政策，這種廠用電接線方式在部分機(jī)組停機(jī)檢修的情況下能節(jié)省數(shù)量相當(dāng)可觀的廠用電費用。本方案是全新的方案，在國內(nèi)還沒有相關(guān)運行經(jīng)驗，但其創(chuàng)新性及優(yōu)越性也是明顯的，希望在以后的新項目中能嘗試采用（圖3）。

圖3 不設(shè)高備變方式

2 發(fā)電機(jī)啟動電源的設(shè)置及接線

F級機(jī)組的啟動需要靜態(tài)變頻啟動裝置SFC，全廠SFC設(shè)置的臺數(shù)需根據(jù)機(jī)組總數(shù)、運行方式及SFC可靠性指標(biāo)來確定。由于SFC價格昂貴、運行時間短暫，為每臺機(jī)組單獨配置SFC將是非常不經(jīng)濟(jì)的做法，根據(jù)已有的運行經(jīng)驗，并考慮到靜態(tài)變頻器SFC的可靠性已很高，故障率低且采用模塊化設(shè)計，即使故障修復(fù)時間也很短，原則上10臺以下的機(jī)組使用2套SFC已經(jīng)足夠，如果機(jī)組運行方式為日起停制，需要同時起機(jī)的機(jī)組可能較多，可酌情增加SFC的數(shù)量。新建項目一期3臺F級機(jī)組設(shè)置2套SFC已經(jīng)足夠，遠(yuǎn)景6臺機(jī)組視實際情況可增加1臺SFC或不增加。以下提出一種接線方案，以6臺F級機(jī)組使用2套SFC為基礎(chǔ)，并使用最靈活的方式，當(dāng)然也比較費電纜，而且邏輯比較復(fù)雜，虛線部分為一期工程沒有、二期需要增加的設(shè)備（圖4）。

圖4 發(fā)電機(jī)啟動電源的設(shè)置及接線

3 低壓電氣包的設(shè)置

F級單軸機(jī)組為快裝模塊式裝置，一般燃機(jī)制造廠會成套提供低壓電氣包，內(nèi)置各種配套380V開關(guān)和控制保護(hù)設(shè)備[2]，包括燃機(jī)、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)本身小于75kW的電動機(jī)均由其供電和控制。為了運行維護(hù)方便，可將原廠配套的低壓電氣包拆分為電氣一次、電氣二次、儀控自動劃設(shè)備，與設(shè)計院設(shè)計的各功能區(qū)整合到一起。這種方式會使主機(jī)廠商與設(shè)計院的接口復(fù)雜化，設(shè)計院與主機(jī)廠商配合的工作量加大，對工期也有影響，但優(yōu)點也是明顯的：將低壓電氣包內(nèi)各設(shè)備整合到全廠功能區(qū)塊中能使場地布置簡潔明了，易于各類設(shè)備統(tǒng)一維護(hù)管理；由于電氣包集裝箱內(nèi)部空間狹小，對于運行維護(hù)和故障處理極為不便，而且要額外考慮照明和空調(diào)，對其進(jìn)行拆分整合后，這些問題迎刃而解；將GT/ST MCC單母線上的負(fù)荷拆分到機(jī)組400V配電間后，雙套輔機(jī)可以掛接在不同的400V工作段上，相比單母線的可靠性大大提高。

4 結(jié)語

本文通過對常規(guī)9F級燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組廠用電接線問題幾個方面的探討，分析了各種方案的優(yōu)點和不足，并提出了一些創(chuàng)新性的主張，能為電力行業(yè)從業(yè)者提供一定的參考和借鑒，尤其是廠用電接線方式中的不設(shè)高備變靠高廠變循環(huán)備用方案，很有研究和探討的價值。