高壓廠用電互聯(lián)技術(shù)方案分析

高 峰,楊沛豪,李海軍,孫夢瑤,潘樂宏

1.西安熱工研究院有限公司 西安 7100542.中國電工技術(shù)學會 北京 1000553.華能銅川照金煤電公司 陜西銅川 727031

1 項目背景

隨著電力體制改革的不斷深入,電網(wǎng)對高壓備用變壓器和主變壓器反送電收取的電價遠高于電廠自身的發(fā)電成本,若電廠裝機容量大、運行時間長,必將產(chǎn)生大量的外購電費,直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益,在機組停運檢修期間這一問題尤為突出。機組檢修期間使用的高壓備用變壓器電量屬于外購電,價格較高。為了提高機組的經(jīng)濟性,減少外購電,越來越多的發(fā)電廠開展高壓廠用電互聯(lián)改造工程,即一臺機組檢修時,檢修電源由另一臺正常運行的機組廠用電提供[1-3]。

筆者以廣東某發(fā)電廠為例,通過對廠用電系統(tǒng)進行研究,提出一種可靠的高壓廠用電互聯(lián)技術(shù)方案,對這一方案的安全性、靈活性、經(jīng)濟性進行深入分析。

2 系統(tǒng)情況

某發(fā)電廠發(fā)電機變壓器組采用單元接線,發(fā)電機和變壓器之間設(shè)置斷路器,1號、2號發(fā)電機每機設(shè)置一臺分裂高壓廠用變壓器和一臺雙繞組高壓廠用變壓器,3號、4號發(fā)電機每機設(shè)置一臺分裂高壓廠用變壓器。備用電源接于110 kV系統(tǒng),四臺機組共用一臺高壓備用變壓器。高壓廠用電電源切換采用快切方式,僅作為機組事故情況下的安全停機用。6 kV廠用電系統(tǒng)如圖1所示[4-5]。

當機組正常運行時,6 kV廠用電系統(tǒng)的運行方式如下:

(1) 6 kV 1A段、1B段由1A號高壓廠用變壓器供電,6 kV 1C段由1B號高壓廠用變壓器供電;

(2) 6 kV 2A段、2B段由2A號高壓廠用變壓器供電,6 kV 2C段由2B號高壓廠用變壓器供電;

(3) 6 kV 3A段、3B段由3號高壓廠用變壓器供電;

(4) 6 kV 4A段、4B段由4號高壓廠用變壓器供電。

1號高壓備用變壓器用作機組輔機的調(diào)試電源和機組的啟動電源,同時用作機組運行中任一6 kV母線工作進線開關(guān)故障情況下的備用電源,以及發(fā)電機變壓器組故障情況下保證機組安全停機的備用電源。1號高壓備用變壓器作備用時,處于運行狀態(tài),6 kV側(cè)開關(guān)處于熱備用狀態(tài),快切裝置及開關(guān)柜壓板按保護壓板投退清單投退。

機組正常運行,1號高壓備用變壓器帶一段6 kV母線運行,同時另一低壓繞組作為對應(yīng)供電的任一6 kV母線段的緊急備用。1號高壓備用變壓器在不超過設(shè)計容量的情況下,可以帶多段6 kV母線運行,運行時注意各分支不得超過高壓備用變壓器的額定電流。

3 技術(shù)方案

根據(jù)該發(fā)電廠6 kV廠用電系統(tǒng)及未來儲能接入的運行情況,提出高壓廠用電互供技術(shù)方案。1號、2號發(fā)電機通過新增互聯(lián)母線互聯(lián),在1號、2號發(fā)電機6 kV廠用電段各安裝一個互聯(lián)開關(guān),通過操作互聯(lián)開關(guān),可以實現(xiàn)1號、2號發(fā)電機檢修期間的6 kV廠用電任意互聯(lián),從而能夠?qū)崿F(xiàn)運行機組的廠用母線向檢修機組的廠用母線供電,提高機組的安全性和靈活性。高壓廠用電互聯(lián)技術(shù)方案如圖2所示。

圖2 高壓廠用電互聯(lián)技術(shù)方案

4 運行方式與容量分析

在分析廠用電互聯(lián)技術(shù)方案是否可行時,相關(guān)高壓廠用變壓器容量是必須要考慮的因素。

根據(jù)以往經(jīng)驗,機組在檢修時的用電量很小,通常高壓廠用變壓器最大負荷只有額定容量的60%,容量富裕度較大,一般均可以滿足廠用電互聯(lián)運行的要求。但是基于安全考慮,要根據(jù)互聯(lián)改造后的連接情況,對高壓廠用變壓器容量校核進行計算,檢驗是否可以滿足要求。以該發(fā)電廠為例,對上述廠用電互聯(lián)技術(shù)方案中的高壓廠用變壓器容量進行核算分析[6]。

1號發(fā)電機檢修時,其廠用電由2號發(fā)電機提供,廠用電互聯(lián)方式如圖3所示。

圖3 1號發(fā)電機檢修時廠用電互聯(lián)方式

1號發(fā)電機檢修時,其它發(fā)電機正常運行。1號發(fā)電機6 kV廠用電1A段、1B段、1C段由2號發(fā)電機6 kV用廠電2C段供電,1號發(fā)電機6 kV廠用電1A段正常檢修電流為751 A,1B段正常檢修電流為810 A,1C段正常檢修電流為785 A,2號發(fā)電機6 kV廠用電2C段滿負荷運行電流為730 A,2B號高壓廠用變壓器總運行電流為3 076 A,2B號高壓廠用變壓器總運行容量為33.6 MVA,2B號高壓廠用變壓器額定容量為32.5 MVA,2B號高壓廠用變壓器負載率為103.4%。

2號發(fā)電機檢修時,其廠用電由1號發(fā)電機提供,廠用電互聯(lián)方式如圖4所示。

圖4 2號發(fā)電機檢修時廠用電互聯(lián)方式

2號發(fā)電機檢修時,其它發(fā)電機正常運行。2號發(fā)電機6 kV廠用電2A段、2B段、2C段由1號發(fā)電機6 kV廠用電1C段供電,2號發(fā)電機6 kV廠用電2A段正常檢修電流為620 A,2B段正常檢修電流為949 A、2C段正常檢修電流為501 A,1號發(fā)電機6 kV廠用電1C段滿負荷運行電流為785 A,1B號高壓廠用變壓器總運行電流為2 855 A,1B號高壓廠用變壓器總運行容量為31.2 MVA,1B號高壓廠用變壓器額定容量為32.5 MVA,1B號高壓廠用變壓器負載率為96%。

通過以上分析可以得到結(jié)論:

(1) 1號發(fā)電機檢修,6 kV廠用電1A段、1B段、1C段由2號發(fā)電機6 kV廠用電2C段供電,此時2B號高壓廠用變壓器負載率為103.4%,互聯(lián)時應(yīng)注意手動控制負荷投入,防止2B號高壓廠用變壓器過載;

(2) 2號發(fā)電機檢修,6 kV廠用電2A段、2B段、2C段由1號發(fā)電機6 kV廠用電1C段供電,此時1B號高壓廠用變壓器負載率為96%,1B號高壓廠用變壓器容量滿足廠用電互聯(lián)要求。

5 保護與連鎖回路分析

以2號發(fā)電機檢修為例,2號發(fā)電機的廠用電由廠用電互聯(lián)母線供電,162a、162b、162c開關(guān)閉合,2號發(fā)電機的廠用電工作進線602a、602b、602c開關(guān)和廠用電備用進線062a、062b、062c開關(guān)斷開。廠用電互聯(lián)母線由1號發(fā)電機6 kV廠用電1C段供電,161c開關(guān)閉合。161c開關(guān)作為工作進線601c開關(guān)和備用進線061c開關(guān)的下一級開關(guān),其保護配置應(yīng)該和601c、061c開關(guān)保護配合,601c、061c開關(guān)通常配有一段限時速斷保護和一段過流保護。為保證2號發(fā)電機的檢修負荷不影響1號發(fā)電機的正常工作,需要保證2號發(fā)電機廠用電上發(fā)生的短路故障由161c開關(guān)可靠切除。因此,161c開關(guān)可配置兩段保護,即一段限時速斷保護和一段過流保護。對于限時速斷保護,動作電流和動作時間應(yīng)比工作進線601c開關(guān)和備用進線061c開關(guān)的限時速斷保護小一個級差,同時要與下一級電流速斷或限時速斷保護配合。對于過流保護,動作電流應(yīng)躲過2號發(fā)電機檢修負荷的自啟動電流,動作時間比工作進線601c開關(guān)和備用進線061c開關(guān)的過流保護小一個級差。162c開關(guān)的保護配合與161c開關(guān)相同。

對于161a、161b、162a、162b開關(guān),可以只配置一段過流保護,動作電流按躲過本段檢修負荷的自啟動電流整定,動作時間按與下級過流保護或限時速斷保護配合整定,同時保證不大于上級保護的動作時間[7-10]。

6 安全性分析

6.1 正常運行工況分析

通過對發(fā)電廠機組滿負荷運行時高壓廠用變壓器負載率進行分析,得出發(fā)電廠正常運行機組向檢修機組提供電源是可行的。

6.2 高壓廠用變壓器過負荷限制措施

由一臺正常運行機組向其它檢修機組提供廠用電,運行機組能夠為其它檢修機組提供的最大負荷需經(jīng)過計算,并留有一定裕度,確保運行機組高壓廠用變壓器不過負荷。同時應(yīng)采取以下措施來限制過負荷的影響:

(1) 為保證運行機組的安全,要對大功率用電設(shè)備進行排查,結(jié)合歷史運行情況分析,并經(jīng)過設(shè)計核算,必要時還需經(jīng)過試驗驗證,確認檢修機組可能出現(xiàn)的最大負荷對運行機組的影響;

(2) 在繼電保護中配置過負荷保護,當出現(xiàn)過負荷的情況時,立即切除影響機組運行的檢修段負荷;

(3) 檢修機組進入輔機系統(tǒng)調(diào)試階段,考慮恢復(fù)高壓備用變壓器或主變壓器反送電供電模式,減小調(diào)試機組試運系統(tǒng)對運行機組的影響。

軍校軍事英語教學是建立在已有語言基礎(chǔ)上的二語教學。教學對象為軍校學員，他們已掌握大量以母語形式呈現(xiàn)的軍語；經(jīng)過前期通用英語學習，積累了一定英語詞匯。但與通用英語詞匯不同，軍事英語詞匯專業(yè)性更強，但是學時更短，學員學習起來難度更大。感覺詞匯記憶困難，漢語軍語與英語軍語匹配困難。因為在利用本族語(中文)進行軍事英語詞匯教學實踐過程中，學員除了會受到通用英語詞匯詞義的影響之外，還會因為中英兩種語言文化差異，存在詞語形式與意義在跨語言匹配上的障礙。

通過以上措施,可以保證正常運行機組為檢修機組提供廠用電時的自身廠用電安全性。

6.3 事故分析

(1) 運行機組跳機,主變壓器不停運事故。正常運行機組運行中發(fā)電機跳閘,主變壓器及高壓廠用變壓器仍然運行,廠用電正常。

(2) 運行機組跳機,主變壓器停運事故。分為兩種情況。第一種,檢修機組提供廠用電的運行機組主變壓器跳閘,失去廠用電,可采用長延時閉合高壓備用變壓器低壓側(cè)開關(guān),恢復(fù)原設(shè)計的備用電源方式。第二種,其它正常運行機組主變壓器跳閘,待該機組廠用負荷低電壓延時跳閘后,由運行機組通過快切提供廠用電,保證安全停機。

(3) 廠用母線故障。如果運行機組的廠用母線發(fā)生故障,原則上過流保護會閉鎖快切,防止備用電源投入故障母線。發(fā)電廠目前的發(fā)電機變壓器組保護定值中,高壓廠用變壓器分支過流保護動作時間為1.1 s,保護動作為跳各自分支開關(guān),閉鎖切換。高壓廠用變壓器低壓側(cè)零序保護中,接地保護動作電流為2 A,延時為0.8 s,動作為跳相應(yīng)分支開關(guān),閉鎖切換?？梢?母線單相及相間短路故障下,保護均可閉鎖快切動作。

若發(fā)生備用電源誤投入備用故障母線這種保護閉鎖失靈導(dǎo)致的三重故障情況,則會發(fā)生工作分支越級跳閘。一般設(shè)計原則中不考慮多重故障這種小概率事件,但如果發(fā)生這種故障,將使采用互聯(lián)技術(shù)方案的正常運行機組一條高壓廠用母線失電,從而導(dǎo)致機組降負荷。原系統(tǒng)發(fā)生此類故障,會導(dǎo)致備用電源跳閘,但對正常機組無影響。

(4) 備用電源故障。目前,全廠四臺機組共用一臺高壓備用變壓器,備用電源來自廠外獨立110 kV系統(tǒng)。極端情況下,如果該電源故障,將導(dǎo)致全廠失去備用電源。

7 儲能系統(tǒng)分析

根據(jù)發(fā)電廠發(fā)電機組儲能輔助調(diào)頻系統(tǒng)可行性研究報告,擬將20 MW儲能系統(tǒng)分為12 MW、8 MW兩個子系統(tǒng),分別接入3號、4號發(fā)電機高壓廠用變壓器6 kV A段和B段備用間隔,兩個子系統(tǒng)分別輔助3號、4號發(fā)電機參與調(diào)頻,或合并為20 MW輔助3號、4號發(fā)電機參與調(diào)頻。根據(jù)電氣核算,6 kV A段實際運行中負荷較低,考慮加入12 MW 儲能系統(tǒng);6 kV B段實際運行中負荷較高,考慮接入8 MW儲能系統(tǒng)。開關(guān)之間設(shè)有電氣閉鎖回路,保證同一儲能子系統(tǒng)不同時接在不同機組的母線段上。儲能系統(tǒng)接入3號、4號發(fā)電機如圖5所示。

圖5 儲能系統(tǒng)接入3號、4號發(fā)電機

3號發(fā)電機高壓廠用變壓器6 kV A段接入12 MW儲能系統(tǒng)后最大電流為2 599 A,3號發(fā)電機高壓廠用變壓器6 kV B段接入8 MW儲能系統(tǒng)后最大電流為2 753 A,合計運行電流為5 352 A,容量為58.4 MVA,3號高壓廠用變壓器負載率為102.5%。

4號發(fā)電機高壓廠用變壓器6 kV A段接入12 MW儲能系統(tǒng)后最大電流為2 599 A,4號發(fā)電機高壓廠用變壓器6 kV B段接入8 MW儲能系統(tǒng)后最大電流為2 733.2 A,合計運行電流為5 332.2 A,容量為58.18 MVA,4號高壓廠用變壓器負載率為102.1%。

根據(jù)儲能系統(tǒng)接入3號、4號發(fā)電機高壓廠用變壓器容量校核結(jié)果,可知3號、4號發(fā)電機接入20 MW儲能系統(tǒng)后,高壓廠用變壓器容量剩余裕度不足,因此3號、4號發(fā)電機廠用電互聯(lián)容量不足,無法采用廠用電互聯(lián)技術(shù)方案。

8 經(jīng)濟效益分析

該發(fā)電廠全年檢修時間約為55 d,當采用主變壓器或1號高壓備用變壓器供電時,需要向電網(wǎng)按照0.501 6元/kWh付費,電廠的發(fā)電成本約為0.233 元/kWh?？梢?通過對1號高壓備用變壓器的共箱母線及廠用接線方式進行改造,使檢修機組的6 kV廠用電引自其它運行機組的廠用電,減少從主變壓器反送或1號高壓備用變壓器的用電,可以降低機組檢修期間的用電成本。

根據(jù)該發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù),以發(fā)電廠2號發(fā)電機小修時間55 d保守計算,折合1 320 h,2號發(fā)電機1 a外購電總費用為1 346萬元。采用高壓廠用電互聯(lián)技術(shù)方案后,2號發(fā)電機檢修用電由1號發(fā)電機廠用電提供,檢修電量費用降低為625萬元,節(jié)約電費721萬元。1號發(fā)電機檢修時,檢修電源可由2號發(fā)電機廠用電提供,1 a檢修用電費用可由1 525萬元降低為709萬元,節(jié)約電費816萬元?？梢?該發(fā)電廠采用高壓廠用電互聯(lián)技術(shù)方案后,每年可實現(xiàn)利潤1 537萬元。采用高壓廠用電互聯(lián)技術(shù)方案經(jīng)濟效益見表1。

9 結(jié)束語

目前廠用電互聯(lián)方案較多,需要根據(jù)發(fā)電廠實際情況進行選擇,其中主要的參考因素是技術(shù)性和經(jīng)濟效益。在確保廠用電互聯(lián)安全運行的前提下,筆者提出的高壓廠用電互聯(lián)技術(shù)方案有三方面優(yōu)點。

表1 采用高壓廠用電互聯(lián)技術(shù)方案經(jīng)濟效益

(1) 提高機組的安全性。發(fā)電廠通過鄰機高壓廠用電互供,可以在高壓備用變壓器停運或故障時,通過機組之間的互聯(lián)母線供電,在很大程度上提高了機組的安全性。

(2) 提高機組的靈活性。機組在檢修時,不但可以通過高壓備用變壓器反送電供電,還可以通過機組之間的互聯(lián)母線供電。

(3) 節(jié)能降耗。通過鄰機高壓廠用電互供,高壓備用變壓器可以不需要長期空載運行,降低了損耗。

根據(jù)分析,結(jié)合現(xiàn)場實際運行及未來儲能系統(tǒng)接入要求,建議該發(fā)電廠優(yōu)先采用高壓廠用電互聯(lián)技術(shù)方案,1號、2號發(fā)電機互聯(lián),并保留原有備用電源,改造量小,高壓廠用變壓器裕度充足。