火力發(fā)電廠機(jī)組廠用電互聯(lián)方案研究

溫強(qiáng)為，黃丹儀，周少旭

(珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)廣珠發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 珠海 519000)

0 引言

珠海某電廠現(xiàn)有2 臺700 MW 機(jī)組，以發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線接至220 kV 電網(wǎng)系統(tǒng)。在主變低壓側(cè)與發(fā)電機(jī)之間引接兩臺50/25-25 MVA 無載調(diào)壓型分裂變壓器作為高壓廠用變壓器(以下簡稱“高廠變”)，并配置兩臺50 MVA 啟備變壓器(以下簡稱“啟備變”)作為全廠的啟動及備用電源，啟備變電源取自220 kV 系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1 機(jī)組電氣主接線圖

隨著電力市場行情變化，機(jī)組頻繁調(diào)停，外購廠用電量增長，電廠生產(chǎn)成本增加。為響應(yīng)政府節(jié)能減排要求及節(jié)約生產(chǎn)成本，電廠考慮將兩臺機(jī)組6 kV 廠用電進(jìn)行互聯(lián)，保證機(jī)組在啟動及停運(yùn)檢修期間，停運(yùn)機(jī)組廠用電由運(yùn)行機(jī)組提供，以達(dá)到節(jié)省外購電量的目的[1]。

機(jī)組廠用電互聯(lián)項(xiàng)目實(shí)施，需全面核實(shí)全廠廠用電運(yùn)行現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上按照保證在運(yùn)機(jī)組安全的原則，提出改造實(shí)施方案，同時(shí)開展多方案對比論證，在論證分析的基礎(chǔ)上提出適宜本電廠實(shí)際情況、技術(shù)先進(jìn)成熟、工藝可靠穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)合理的改造方案，為實(shí)施廠用電互聯(lián)項(xiàng)目提供依據(jù)和支撐。

1 方案選擇

該電廠每臺機(jī)組下面各配置兩臺高廠變，其中A 高廠變下帶有A1、A2 兩段6 kV 廠用電母線段，B 高廠變下帶有B1、B2 兩段6 kV 廠用電母線段，主接線圖如圖1 所示。廠用電互聯(lián)設(shè)計(jì)方案的確定主要取決于1、2 號機(jī)組高廠變剩余容量、6 kV 廠用母線段運(yùn)行負(fù)荷、機(jī)組啟停機(jī)負(fù)荷及機(jī)組檢修負(fù)荷等。

1.1 廠用電負(fù)荷

實(shí)施1、2 號機(jī)組廠用電互聯(lián)，首先需要核對廠用電實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷及高廠變剩余容量。廠用電負(fù)荷計(jì)算見表1 所列。

表1 廠用電負(fù)荷計(jì)算

從負(fù)荷情況來看，廠用電各段母線的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷容量仍有裕量，可以采用本機(jī)組負(fù)荷較大的母線段帶另一臺機(jī)組負(fù)荷較小的母線段，本機(jī)組負(fù)荷較小的母線段帶另一臺機(jī)組負(fù)荷較大的母線段，來實(shí)現(xiàn)廠用電互聯(lián)的要求。

1.2 廠用電互聯(lián)方式

6 kV 廠用電互連實(shí)施方案：在1 號機(jī)組6 kV 1A1、1A2、1B1 各母段上增加一臺真空斷路器并增加相應(yīng)保護(hù)，在2 號機(jī)組6 kV 2A1、2A2、2B1 各段上增加一臺真空斷路器柜并增加相應(yīng)保護(hù)，將6 kV 1A1 和2A2、1A2 和2A1、1B1 和2B1 段用電纜相連，以達(dá)到將1、2 號機(jī)組6 kV 廠用電互聯(lián)的目的。6 kV 1B2 和2B2 段之間已設(shè)置有母聯(lián)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)，不需要再考慮以電纜相連，此段只考慮新增兩臺切換裝置用于兩段間的同期切換。另外其他各段相應(yīng)增加廠用電切換裝置，以實(shí)現(xiàn)不斷電安全切換廠用電電源的需求[3-4]?；ヂ?lián)后的廠用電接線圖如圖2 所示。

圖2 互聯(lián)后的廠用電接線圖

1.3 切換方式的選擇

方案一：在廠用電6 kV 段備用電源進(jìn)線開關(guān)52B 與互聯(lián)開關(guān)52C 之間新增快切裝置。機(jī)組停運(yùn)時(shí)，通過原有切換回路，將廠用負(fù)荷先切換至備用電源52B，再手動切換至互聯(lián)開關(guān)52C，廠用電由運(yùn)行機(jī)組提供，如圖3 所示。

圖3 方案一切換方案圖

方案二：在廠用電6 kV 段工作電源進(jìn)線開關(guān)52A 與互聯(lián)開關(guān)52C 之間新增快切裝置。機(jī)組停運(yùn)時(shí)，手動切換至互聯(lián)開關(guān)52C，由正常運(yùn)行機(jī)組6 kV 段帶停運(yùn)機(jī)組6 kV 段，不經(jīng)過備用電源開關(guān)52B，如圖4 所示。

圖4 方案二切換方案圖

根據(jù)上述方案比較，方案一優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)組停運(yùn)檢修期間，可以實(shí)現(xiàn)備用電源開關(guān)52B 和互聯(lián)開關(guān)52C 的雙向切換，受運(yùn)行方式限制較少，缺點(diǎn)是切換操作步驟多，增加切換風(fēng)險(xiǎn)；方案二優(yōu)點(diǎn)在于切換操作步驟少，缺點(diǎn)是互聯(lián)開關(guān)52C 與備用電源開關(guān)52B 無法實(shí)現(xiàn)切換，在機(jī)組停運(yùn)及檢修期間，停運(yùn)機(jī)組6 kV 段的互聯(lián)供電回路有問題或在運(yùn)機(jī)組同樣需要停運(yùn)時(shí)，無法回切至備用電源供電。

綜上分析，因?yàn)閺S用電互聯(lián)方式只在機(jī)組停機(jī)時(shí)使用，因此更多考慮52B 與52C 之間的切換，為方便機(jī)組停機(jī)時(shí)可以隨時(shí)進(jìn)行運(yùn)行方式的調(diào)整，優(yōu)選切換方案一。

2 廠用電互聯(lián)方案校驗(yàn)

2.1 短路電流計(jì)算

根據(jù)電廠原有的系統(tǒng)阻抗進(jìn)行短路電流估算，廠用電互聯(lián)實(shí)施前后，具體的短路電流計(jì)算結(jié)果見表2 所列。

表2 互聯(lián)實(shí)施前后短路電流計(jì)算結(jié)果

由表2 可見，電流起始短路電流、熱穩(wěn)定電流和短路沖擊電流均有增大。原有斷路器的熱穩(wěn)定電流為40 kA(4 s)，極限通過電流峰值125 kA，而實(shí)施互聯(lián)后要求斷路器熱穩(wěn)定電流為30.903 kA，短路沖擊電流為117.875 A，因此均滿足安全運(yùn)行要求[5]。新增互聯(lián)開關(guān)真空斷路器開關(guān)柜的選型應(yīng)符合以下參數(shù)：額定電壓6.3 kV；額定電流2 000 A；熱穩(wěn)定電流40 kA(4 s)；動穩(wěn)定電流(峰值)125 kA。

2.2 單臺最大電動機(jī)啟動時(shí)母線電壓校驗(yàn)

針對6 kV 各段廠用電情況進(jìn)行分析，考慮到一臺機(jī)組的運(yùn)行中時(shí)，如需要啟動另外一臺機(jī)組，則應(yīng)對單臺最大電動機(jī)啟動壓降進(jìn)行校驗(yàn)。本項(xiàng)目廠用電負(fù)荷中，最大功率電動機(jī)為引風(fēng)機(jī)，功率為7 400 kW。電動機(jī)正常起動時(shí)壓降校驗(yàn)情況見表3 和表4 所列。

表3 廠用電系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)

表4 母線電壓校驗(yàn)

根據(jù)上述校驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)引風(fēng)機(jī)電動機(jī)啟動時(shí)，6 kV 廠用母線電壓下降至約85%，與母線低電壓保護(hù)定值60%還有較大的寬裕度，不會觸發(fā)母線低電壓保護(hù)動作。

2.3 保護(hù)定值校核

6 kV 廠用電互聯(lián)實(shí)施后，保護(hù)定值應(yīng)根據(jù)廠用電運(yùn)行方式改變進(jìn)行重新計(jì)算及校核，避免運(yùn)行機(jī)組6 kV 電源開關(guān)越級跳閘。校核內(nèi)容包括定值級差、時(shí)間配合和靈敏度?？紤]到廠用電互聯(lián)方式不應(yīng)影響運(yùn)行機(jī)組的正常運(yùn)行，當(dāng)停運(yùn)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)優(yōu)先跳開互聯(lián)開關(guān)，因此在時(shí)間配合上互聯(lián)開關(guān)的動作時(shí)間(0.5 s)應(yīng)小于母線工作進(jìn)線和備用進(jìn)線的動作時(shí)間(0.9 s)。

電源開關(guān)的保護(hù)定值包括：定時(shí)限過流、反時(shí)限過流和零序(接地)[2]。

2.3.1 定時(shí)限過流

定時(shí)限過流保護(hù)動作電流應(yīng)考慮以下兩種工況，取兩者的最大值：

1)低壓廠用變壓器低壓側(cè)兩相短路時(shí)，由2 倍以上靈敏系數(shù)整定；

2)處于實(shí)際運(yùn)行工況時(shí)，檢修機(jī)組需在并網(wǎng)前再將廠用負(fù)荷切換至啟備變，因此，需考慮6 kV 母線上最大引風(fēng)機(jī)馬達(dá)啟動電流。按啟動電流7 倍整定，可靠系數(shù)取1.5 倍。

2.3.2 反時(shí)限過流

反時(shí)限過流保護(hù)動作電流按下列條件整定：

1)反時(shí)限啟動定值按照1.2倍負(fù)荷電流計(jì)算；

2)動作曲線選擇按照線路保護(hù)說明書整定，與52A、52B 開關(guān)保護(hù)反時(shí)限曲線一致；

3)反時(shí)限時(shí)間因子按照變壓器低壓側(cè)三相短路電流保護(hù)動作時(shí)間整定，反時(shí)限保護(hù)曲線系數(shù)計(jì)算見下式[6]：

式中：T為保護(hù)曲線系數(shù)；t為6 kV 母線三相短路保護(hù)動作時(shí)間，s；Ikmax為其他側(cè)母線短路流過本側(cè)保護(hù)電流最大值，A；Iop為保護(hù)啟動電流，A；NCT為CT 變比。

2.3.3 零序(接地)

零序電流采用保護(hù)電流互感器(current transformer，CT)自產(chǎn)電流，變比為1 500/1A。

本項(xiàng)目01、02 號啟備變和1、2 號高廠變6 kV 側(cè)中性點(diǎn)接地電阻均為7.6 Ω，此電阻遠(yuǎn)大于啟備變和高廠變的零序阻抗。故6 kV 系統(tǒng)的單相接地電流約為：

式中：3I0為單相接地時(shí)的零序電流，A；U0為單相接地時(shí)的零序電壓，kV；R為變壓器中性點(diǎn)接地電阻，Ω。

考慮靈敏度為3～4，且與下級間隔零序保護(hù)與高廠變低壓側(cè)零序保護(hù)有級差配合，動作電流一次值取150 A，與下級變壓器及電動機(jī)配合時(shí)間為△t+t，跳開關(guān)。

3 運(yùn)行注意事項(xiàng)

1)由于此項(xiàng)目專題研究是根據(jù)既定一種啟動和停機(jī)的方式進(jìn)行計(jì)算，1、2 號機(jī)組在啟動和停機(jī)時(shí)需按這種方式啟停，如采用其他方式啟停，需要核對負(fù)荷，避免出現(xiàn)高廠變負(fù)荷過載的情況。

2)經(jīng)現(xiàn)場核實(shí)，1、2 號機(jī)組6 kV 系統(tǒng)在運(yùn)行中，電壓相角存在(8°)左右的角度差，在互聯(lián)切換瞬間中，將出現(xiàn)約1 800 A 的沖擊電流。因此，在互聯(lián)切換之前，應(yīng)評估可能造成影響運(yùn)行機(jī)組的影響，盡量避免在運(yùn)機(jī)組高負(fù)荷工況下切換。

4 結(jié)語

本次廠用電互聯(lián)項(xiàng)目分析和計(jì)算了新形勢下大型發(fā)電機(jī)組廠用電運(yùn)行新方式的可行性，設(shè)計(jì)了整體改造方案，為決策和實(shí)施提供關(guān)鍵可靠的依據(jù)。理論方法和算式為同類機(jī)組廠用電運(yùn)行新方式實(shí)施提供了重要的經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目實(shí)施后，機(jī)組之間具備廠用電互供的能力，有效地保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性。