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沙角C電廠廠用電結(jié)線分析
摘 要 660MW大機(jī)組廠用電結(jié)線目前在國(guó)內(nèi)仍處于探索階段，特別是對(duì)于660MW及以上大型機(jī)組是否裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)及裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)的結(jié)線方式仍處于討論中。廣東沙角C電廠3×660MW機(jī)組是總承包工程，3臺(tái)機(jī)組均裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)。沙角C電廠用電結(jié)線方案選擇過(guò)程、設(shè)計(jì)原則、廠用電系統(tǒng)電壓等級(jí)及切換和開(kāi)關(guān)設(shè)備選型可作為我國(guó)600MW大機(jī)組的廠用電結(jié)線借鑒。1 方案選擇
沙角C電廠(簡(jiǎn)稱沙角C廠)有3臺(tái)660MW機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組發(fā)出的電能都是經(jīng)各自的主變壓器升壓至500kV，由500kV變電站進(jìn)入廣東省主網(wǎng)。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為19kV，主變壓器為Yo/△接線，每臺(tái)機(jī)有2臺(tái)容量各為44MVA的△/Yo接線高壓廠用工作變壓器，2臺(tái)高壓廠用工作變壓器各帶一10kV機(jī)組段。全廠設(shè)1臺(tái)容量為44MVA的高壓廠用備用變壓器及設(shè)高壓廠用公用段10kV兩段。廠用電接線如圖1所示。對(duì)于這樣一種結(jié)線，在工程談判階段業(yè)主和設(shè)計(jì)院曾就電廠的廠用電結(jié)線作了兩個(gè)方案比較。
方案一：全廠設(shè)高壓廠用起動(dòng)/備用變壓器，而不設(shè)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)；
方案二：每臺(tái)機(jī)裝設(shè)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，而全廠只設(shè)1臺(tái)容量較小的高壓廠用備用變壓器。
方案二的優(yōu)點(diǎn)是：
a)機(jī)組正常起、停不需切換廠用電，只需操作發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，廠用電可靠性高。
b)機(jī)組在發(fā)生發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)以內(nèi)故障時(shí)(如發(fā)電機(jī)、汽機(jī)、鍋爐故障)，只需跳開(kāi)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，廠用電源不會(huì)消失，也不需切換，提高了廠用電的可靠性，同時(shí)減輕了操作人員的工作量和緊張度。這一點(diǎn)在沙角C廠的調(diào)試過(guò)程中，表現(xiàn)非常突出。同時(shí)對(duì)于國(guó)內(nèi)大型機(jī)組采用一機(jī)只配一主操作員和一副操作員的值班方式非常有益。
c)對(duì)保護(hù)主變壓器、高壓廠用工作變壓器有利。對(duì)于主變壓器、高壓廠用工作變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流衰減需要一定時(shí)間，在發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)動(dòng)作切除主變壓器高壓側(cè)斷路器后，發(fā)電機(jī)在勵(lì)磁電流衰減階段仍向故障點(diǎn)供電，而裝設(shè)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)后由于能快速切開(kāi)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，而使主變壓器受到更好的保護(hù)，這一點(diǎn)對(duì)于大型機(jī)組非常有利。
d)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)以內(nèi)故障只需跳開(kāi)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，不需跳主變壓器高壓側(cè)500kV開(kāi)關(guān)，對(duì)系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響較小，對(duì)電網(wǎng)有利。
方案一無(wú)上述優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)于方案二，當(dāng)時(shí)我們主要擔(dān)心發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)價(jià)格昂貴，增加工程投資，以及發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)質(zhì)量不可靠，增加故障機(jī)會(huì)。對(duì)于工程投資的比較是如果不裝設(shè)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，按目前國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)程要求的2臺(tái)600MW機(jī)組需配2臺(tái)高壓廠用起動(dòng)／備用變壓器的原則，沙角C廠則要配4臺(tái)較大容量起動(dòng)／備用變壓器，且由于條件所限，起動(dòng)／備用變壓器的電源只能從沙角A廠220kV系統(tǒng)引接。因而，方案一需增加220kVGIS間隔4個(gè)，220kV電纜4根，220kV級(jí)的較大容量起動(dòng)／備用變壓器4臺(tái)；方案二需增加33kV電纜1根，33kV級(jí)的較小備用變壓器1臺(tái)，發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)3臺(tái)。方案一的投資可能超過(guò)方案二。對(duì)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)質(zhì)量問(wèn)題，經(jīng)調(diào)查了解，當(dāng)時(shí)GEC-ALSTHOM公司法國(guó)里昂開(kāi)關(guān)廠生產(chǎn)的空氣斷路器，額定電流33.7kA，額定開(kāi)斷電流180kA，這種斷路器已供應(yīng)美國(guó)、法國(guó)許多大型核電站使用，運(yùn)行良好。
因此，我們最終選擇了方案二，并選用了GEC-ALSTHOM公司的PKG2C空氣斷路器。目前這種斷路器經(jīng)在沙角C廠多年的運(yùn)行，上百次的動(dòng)作，證明其性能良好。
沙角C廠發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)：
型號(hào)
滅弧介質(zhì)
額定電流
額定電壓
額定頻率
額定對(duì)稱開(kāi)斷電流
額定不對(duì)稱開(kāi)斷電流
額定短路關(guān)合電流
額定短時(shí)承受電流
對(duì)地工頻耐壓
雷電沖擊耐壓峰值
額定開(kāi)斷時(shí)間
額定負(fù)載下操作順序
正常操作壓力
最低操作壓力 PKG2C
壓縮空氣
33.7kA
21kV
50Hz
180kA
340kA
509kA
275kA
70kV/min
170kV
0.1s
CO—30min—CO
3.34MPa
3.00MPa
2 設(shè)計(jì)原則
2.1 高壓廠用工作變壓器的容量設(shè)計(jì)
GEC-ALSTHOM公司對(duì)高壓廠用工作變壓器容量的設(shè)計(jì)原則為：
a)帶單機(jī)負(fù)荷的一半，加1臺(tái)電動(dòng)給水泵再加公用廠用負(fù)荷的一半；
b)提供單機(jī)輔助負(fù)荷一半，再加2臺(tái)電動(dòng)給水泵。
2.2 備用變壓器容量設(shè)計(jì)
備用變壓器的容量選擇同高壓廠用工作變壓器容量。
2.3 10kV廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)
由于受備用變壓器容量所限，備用變壓器在同一時(shí)間內(nèi)只能帶1段10kV公用段及1段10kV機(jī)組段，因此要求在正常情況下公用段盡量由某2臺(tái)正常運(yùn)行機(jī)組的高壓廠用工作變壓器各帶1段。同時(shí)為防止不同機(jī)組的10kV段通過(guò)公用段并列，在各機(jī)組機(jī)組段至公用段的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)上有電氣閉鎖。
2.4 10kV廠用電源事故切換
10kV廠用電源事故切換采用自動(dòng)慢切換，當(dāng)正在向1段10kV公用段供電的10kV機(jī)組段由電壓繼電器判斷為失壓，且保護(hù)是反應(yīng)非10kV母線段上故障時(shí)，在確認(rèn)10kV機(jī)組段進(jìn)線開(kāi)關(guān)已跳開(kāi)后，將會(huì)起動(dòng)自動(dòng)慢切換，經(jīng)5s延時(shí)，將備用變壓器低壓側(cè)10kV開(kāi)關(guān)合上，從而恢復(fù)該機(jī)組段和原由它供電的公用段的供電。當(dāng)保護(hù)是反應(yīng)10kV母線段上故障時(shí)，則不起動(dòng)自動(dòng)慢切換。自動(dòng)慢切換是采用傳統(tǒng)的中間繼電器和時(shí)間繼電器通過(guò)硬接線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。雖然備用變壓器下接10kV公用段A和10kV公用段B，但由于備用變壓器容量有限，在同一時(shí)間內(nèi)備用變壓器只能帶1段公用段，從備用變壓器來(lái)的10kV公用段A進(jìn)線開(kāi)關(guān)和10kV公用段B進(jìn)線開(kāi)關(guān)之間有電氣閉鎖，防止2個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)合上。同樣，雖然各機(jī)組的10kV機(jī)組段各段與相應(yīng)的10kV公用段各段都有聯(lián)絡(luò)斷路器連接，但為防止正常情況下不同機(jī)組的10kV機(jī)組段通過(guò)10kV公用段并列，相互之間設(shè)有閉鎖，防止同一時(shí)間2臺(tái)機(jī)的10kV機(jī)組段向同一10kV公用段供電。正常情況下，廠用電源的手動(dòng)切換及由備用變壓器供電轉(zhuǎn)為正常供電時(shí)廠用電的短時(shí)并列供電，要通過(guò)手動(dòng)經(jīng)同期裝置進(jìn)行，并經(jīng)200ms延時(shí)自動(dòng)跳開(kāi)另一開(kāi)關(guān)。
由上可知，由于備用變壓器受容量及上述運(yùn)行方式的限制，在事故情況下只能向1段公用段及當(dāng)時(shí)向該公用段供電的機(jī)組段供電，因而事故情況下后備電源只能保證機(jī)組50%的負(fù)荷。而且，如果當(dāng)時(shí)該機(jī)組段未帶1段公用段，則后備電源將不能向機(jī)組提供廠用電源。如果該機(jī)組又失去全部廠用電，則需要靠柴油機(jī)組來(lái)保障機(jī)組的安全。因此，該種接線對(duì)柴油機(jī)組要求較高，而目前沙角C廠使用的柴油機(jī)組質(zhì)量較好，經(jīng)受了很多次起動(dòng)的考驗(yàn)。
由上可見(jiàn)，備用變壓器主要是作為全廠的1個(gè)由系統(tǒng)來(lái)供電的用于機(jī)組停機(jī)或停機(jī)后的安全
電源，且對(duì)其中的1臺(tái)機(jī)組起不到提供后備電源的作用。
3 廠用電系統(tǒng)電壓等級(jí)及切換
3.1 廠用電系統(tǒng)電壓等級(jí)
目前沙角C廠廠用電有3個(gè)電壓等級(jí)：10kV電壓，3kV電壓，380V電壓。其中10kV系統(tǒng)、3kV系統(tǒng)為中阻接地，380V系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)。380V的照明用電和其他需要中性點(diǎn)接地的380V／220V系統(tǒng)，采用△／Yo的變壓器來(lái)產(chǎn)生。
3.2 各級(jí)電壓的切換
10kV系統(tǒng)如前所述有電源自動(dòng)慢速切換。3kV系統(tǒng)機(jī)組2段之間、3kV系統(tǒng)公用2段之間有聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)之間不帶同期和自動(dòng)切換。當(dāng)需要切換電源時(shí)只能通過(guò)手動(dòng)切換。
380V系統(tǒng)機(jī)組鍋爐、汽機(jī)、除塵各有2段，公用段也有2段，2段之間有聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)之間不帶同期和自動(dòng)切換。當(dāng)需要切換電源時(shí)只能通過(guò)手動(dòng)切換。
4 開(kāi)關(guān)設(shè)備型式
10kV系統(tǒng)開(kāi)關(guān)全部采用真空開(kāi)關(guān)，型號(hào)HWX。
3kV系統(tǒng)的進(jìn)線開(kāi)關(guān)采用真空開(kāi)關(guān)，饋線采用F-C回路，型號(hào)HMC1172。
380V系統(tǒng)的進(jìn)線開(kāi)關(guān)采用空氣開(kāi)關(guān)，接觸器、熔斷器。
5 結(jié)束語(yǔ)
沙角C廠廠用電結(jié)線采用裝設(shè)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)的接線型式，機(jī)組正常啟停不需要切換廠用電，在遇到發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)以內(nèi)的故障如發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、鍋爐故障時(shí)，只須跳開(kāi)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，不需要切換廠用電，廠用電擾動(dòng)小，可靠性提高，減輕運(yùn)行人員的工作量，特別是故障情況下的工作量，給運(yùn)行人員帶來(lái)極大便利，受到電廠運(yùn)行人員歡迎。尤其是機(jī)組在調(diào)試過(guò)程中，大部分的機(jī)組跳機(jī)都是來(lái)自鍋爐和汽機(jī)，這一點(diǎn)在沙角C廠表現(xiàn)非常突出。沙角C廠調(diào)試過(guò)程中上百次的跳機(jī)絕大部分都是鍋爐和汽廠調(diào)試過(guò)程中上百次的跳機(jī)絕大部分都是鍋爐和汽機(jī)引起的。沙角C廠由于后備電源作用較組的正確起動(dòng)要求較高，應(yīng)選用高可靠起動(dòng)的柴油機(jī)。目前，沙角C廠廠用電結(jié)線的缺點(diǎn)是由于只有1臺(tái)備用變壓器且自動(dòng)投入只對(duì)帶公用段的機(jī)組，而使第3臺(tái)機(jī)的10kV段不能得到后備電源，降低了該臺(tái)機(jī)廠用電的可靠性。在裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)下采用2臺(tái)機(jī)組和1臺(tái)后備變壓器，該臺(tái)備用變壓器容量大于或等于1臺(tái)高壓廠用變壓器的容量，或改善備用電源自動(dòng)切換回路或設(shè)專門(mén)備用段較為合適。目前臺(tái)山電廠的評(píng)標(biāo)方案就是采用前一方案的。
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