雙向6kV保安電源在兩個(gè)獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

李善和，李全超

（垞城電力有限責(zé)任公司，江蘇 徐州 221142）

垞城電力有限責(zé)任公司位于徐州市北郊，毗鄰徐州礦務(wù)集團(tuán)垞城煤礦，以燃燒垞城煤礦低熱值煤為主，是典型的坑口電廠，現(xiàn)有裝機(jī)容量435MW。一期工程3×55MW煤粉鍋爐機(jī)組為1，2，3號(hào)機(jī)組；二期工程2×135MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組，為4，5號(hào)機(jī)組。一、二期工程為單獨(dú)設(shè)計(jì)、單獨(dú)施工的2個(gè)相互獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)，3×55MW機(jī)組通過(guò)雙母線、4回110kV輸電線路與外界連接，并通過(guò)35kV線路向垞城煤礦供電；2×135MW機(jī)組通過(guò)雙母線、2回220kV輸電線路與外界連接。2個(gè)發(fā)電系統(tǒng)均未設(shè)計(jì)保安電源。

1 保安電源必要性分析

發(fā)電廠保安電源是獨(dú)立于主機(jī)交流電源之外的重要后備電源，是為發(fā)電機(jī)組保安負(fù)荷供電的交流電源。所謂保安負(fù)荷，是指為保證機(jī)組安全，在發(fā)電機(jī)組事故停機(jī)、單元發(fā)電系統(tǒng)停機(jī)后一段時(shí)間內(nèi)，必須保持運(yùn)行的負(fù)荷。主要包括熱工控制電源、UPS交流電源，交流潤(rùn)滑油泵、盤車電機(jī)、頂軸油泵電機(jī)及事故照明電源等。一旦保安負(fù)荷停運(yùn)，則會(huì)引起機(jī)組主設(shè)備損壞、自動(dòng)控制失靈，危及人身安全，并有可能延遲恢復(fù)供電的時(shí)間。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，由400V廠用電系統(tǒng)對(duì)保安負(fù)荷供電，當(dāng)廠用電中斷時(shí)，保安電源系統(tǒng)必須快速啟動(dòng)，保證對(duì)保安負(fù)荷的供電，以確保安全停機(jī)和保證主機(jī)設(shè)備安全。根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，“容量為200MW及以上的機(jī)組應(yīng)設(shè)置交流保安電源。”該發(fā)電公司曾經(jīng)發(fā)生2起廠用電停電事故：(1) 2006-06-29，因雷擊及其它原因綜合作用，形成該廠2條110kV聯(lián)絡(luò)線同時(shí)跳閘且不能及時(shí)恢復(fù)，3臺(tái)55MW機(jī)組與系統(tǒng)脫離，形成孤網(wǎng)運(yùn)行的局面。在勉強(qiáng)運(yùn)行10余分鐘后，相繼被迫打閘停機(jī)，造成3×55MW機(jī)組廠用電及35kV系統(tǒng)大面積停電的后果，影響到了對(duì)垞城煤礦的安全供電。

(2) 2005-08-20～22，因供電系統(tǒng)工作需要，該廠2條220kV系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)檢修，造成2臺(tái)135 MW機(jī)組停機(jī)，廠用電全部中斷，只有從另一發(fā)電系統(tǒng)搭接臨時(shí)保安電源。

2個(gè)相互獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)都是單元制機(jī)組，運(yùn)行靈活性相對(duì)較差。如果線路檢修或系統(tǒng)故障造成聯(lián)絡(luò)線同時(shí)跳閘，則會(huì)造成機(jī)組廠用交流電源全停，頂軸油泵、交流潤(rùn)滑油泵等重要輔機(jī)將不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，被迫啟動(dòng)直流油泵來(lái)保證油系統(tǒng)的正常循環(huán)。由于直流充電機(jī)因沒(méi)有交流電源也要停機(jī)，交流不停電電源(UPS)的供電此時(shí)要轉(zhuǎn)為由蓄電池供電，所以，機(jī)組的安危全都寄托在各自的一組蓄電池上。從其它電廠歷次出現(xiàn)的類似事故來(lái)看，這種單一方式的保安措施是不充分的，也是不科學(xué)的，即一旦蓄電池出現(xiàn)故障，后果不堪設(shè)想。因此，發(fā)電機(jī)組裝設(shè)保安電源，保證發(fā)電機(jī)組的安全啟停，最大限度地保證廠用電的正常供電和電網(wǎng)的安全運(yùn)行，是一項(xiàng)很緊迫的工作。

2 保安電源方案

為充分利用2個(gè)不同系統(tǒng)間的穩(wěn)定冗余條件，便于進(jìn)行比較和留有充分選擇的余地，根據(jù)該廠電氣系統(tǒng)實(shí)際接線及設(shè)備布局情況，提出了4種保安電源配置方案(方案中的電源編號(hào)說(shuō)明：3×55MW發(fā)電系統(tǒng)備用段編號(hào)分別為400V備用I段、6kV備用I段；2×135MW發(fā)電系統(tǒng)備用段編號(hào)分別為400V備用II段、6kV備用II段)。

2.1 400V保安電源方案1

400V備用Ⅰ段與400V備用Ⅱ段實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)400V電源相互充當(dāng)保安電源。

2.2 400V保安電源方案2

將距離4，5號(hào)發(fā)電機(jī)組較近的生活段2號(hào)生活變400V側(cè)與400V備用Ⅱ段實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)結(jié)，僅保證3×55MW向2×135MW供電，實(shí)現(xiàn)2×135 MW發(fā)電系統(tǒng)的保安電源。

2.3 6kV保安電源方案3

6kV備用Ⅰ段與6kV備用Ⅱ段，實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)結(jié)，6kV電源相互充當(dāng)保安電源。見圖1。

2.4 6kV保安電源方案4

6kV備用Ⅰ段及0號(hào)高備變6kV側(cè)與6kV備用Ⅱ段，實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)結(jié)，6kV電源相互充當(dāng)保安電源，見圖2

6kV保安電源方案3、方案4相同點(diǎn)：都是在6kV備用Ⅰ段增設(shè)1臺(tái)6kV斷路器(608開關(guān))、1臺(tái)6kV隔離開關(guān)柜(6080刀閘)；在6kV備用Ⅱ段增設(shè)1臺(tái)6kV斷路器(680開關(guān))，680開關(guān)直接搭接至6 kV備用Ⅱ段母線；都可以實(shí)現(xiàn)6kV保安電源互送。

不同點(diǎn)：方案3的608開關(guān)通過(guò)6080隔離開關(guān)與6kV備用Ⅰ段母線搭接，可以啟動(dòng)1臺(tái)給水泵、1臺(tái)循環(huán)水泵、1臺(tái)凝泵對(duì)鍋爐供水及低壓廠用負(fù)荷，但不可以啟動(dòng)鍋爐冷卻風(fēng)機(jī)；方案4是608開關(guān)通過(guò)6080隔離開關(guān)接于0號(hào)高備變低壓側(cè)，同時(shí)通過(guò)600開關(guān)接于6kV備用Ⅰ段，當(dāng)0號(hào)高備變檢修失去備用時(shí)，可以由6kV備用I段接帶負(fù)荷。

3 保安電源方案的確定及可行性分析

3.1 保安電源方案的比較

綜合評(píng)價(jià)4種方案，可得表1所示的結(jié)果。

表1 保安電源方案比較

從表1可以看出，方案4為最佳方案。

3.2 方案4的可行性分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，55MW機(jī)組6kVI段南側(cè)東可以放置2臺(tái)6kV斷路器柜并有足夠空間放置母線邊屏柜(608開關(guān)、6080小車刀閘）；135MW機(jī)組6 kV備用Ⅱ段有預(yù)留間隔，可以放置1臺(tái)6kV開關(guān)柜(680開關(guān))。因此，方案4是可行的。

4 保安電源設(shè)備選型

4.1 保安電源參數(shù)要求

2個(gè)發(fā)電系統(tǒng)保安負(fù)荷計(jì)算，應(yīng)以較大的2×135MW機(jī)組為準(zhǔn)。其參數(shù)如下：

(1) 最大負(fù)荷估算值：9000kVA；

(2) 估計(jì)最大負(fù)荷電流：820A；

(3) 額定電流選?。?600A；

(4) 電纜型號(hào)選?。篩 J V22-63*185；

(5) 電纜長(zhǎng)度選?。?×550m。

4.2 開關(guān)柜參數(shù)及技術(shù)要求

4.2.1 6kV真空斷路器(隔離刀閘)參數(shù)

(1) 額定電流：1600A；

(2) 遮斷電流(周期分量有效值）：31.5KA；

(3) 額定短路開斷次數(shù)：≮50次；

(4) 最大關(guān)合電流(峰值）：≮80KA；

(5) 動(dòng)穩(wěn)定電流(峰值）：≮80A；

(6) 3s熱穩(wěn)定電流(有效值）：≮31.5KA；

(7) 額定短路開斷電流的直流分量：≮35%；

(8) 絕緣水平： ① 全波沖擊：75kV(峰值)對(duì)地，85kV(峰值)隔離斷口；② 工頻1mIn：42kV(有效值)對(duì)地；

(9) 48kV(有效值)隔離斷口；

(10) 操作順序：分-180s-合分-180s-合分；(11) 機(jī)械壽命：30000次。

4.2.2 開關(guān)柜技術(shù)要求

(1) 為防止操作過(guò)電壓，斷路器回路應(yīng)配備過(guò)電壓保護(hù)裝置。

(2) 斷路器應(yīng)具有貯能操作機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)操作電壓為DC220 V；合閘回路和分閘回路的電源電壓，合閘時(shí)在(80%～110%)Ue、分閘時(shí)在(65% ～120%)Ue范圍內(nèi)應(yīng)可靠動(dòng)作，30%Ue以下不分閘。

(3) 除斷路器自身控制回路(如跳合閘、儲(chǔ)能等)所用輔助接點(diǎn)外，至少應(yīng)提供輔助開關(guān)常閉接點(diǎn)8個(gè)，常開接點(diǎn)8個(gè)，供外部聯(lián)鎖和DCS操作系統(tǒng)使用。這些輔助接點(diǎn)必須引至開關(guān)柜內(nèi)的接線端子。輔助接點(diǎn)容量DC220V，2.5A。

(4) 真空斷路器開關(guān)柜為手車式開關(guān)柜，前門能與開關(guān)狀態(tài)聯(lián)鎖，當(dāng)斷路器處于“試驗(yàn)”位置時(shí)，柜門可處于關(guān)閉位置。小車應(yīng)自動(dòng)通過(guò)地刀與接地母線相聯(lián)接(接地母線30×8銅母線)，一次插頭應(yīng)裝設(shè)觸頭盒及安全擋板并自動(dòng)開閉，二次插頭采用多芯航空插頭。

(5) 斷路器應(yīng)具有“防跳”功能，1次合閘指令只能合閘1次。6kV柜內(nèi)的接地刀提供2常開,2常閉輔助接點(diǎn)，供外部聯(lián)鎖用。

(6) 開關(guān)柜采用微機(jī)型綜合保護(hù)裝置。微機(jī)綜合保護(hù)器自帶電能計(jì)量表，并留有與DCS的接口，通信采用硬接線方式，并負(fù)責(zé)和DCS的接口配合。

(7) 開關(guān)柜均應(yīng)具備五防功能。

4.3 斷路器配置電流互感器參數(shù)

電流互感器參數(shù)要求如下：

(1) CT變比：2000/5A；

(2) 級(jí)數(shù)：0.5/5 P10/5 P10/5 P10；

(3) 容量：30.0VA；

(4) 型號(hào)：LZ Z BJ 9-12/185h 40KA，3s。

4.4 斷路器操作時(shí)間

(1) 合閘時(shí)間：≤75ms；

(2) 燃弧時(shí)間：＜15ms；

(3) 分閘時(shí)間：≤40±5ms；

(4) 分?jǐn)鄷r(shí)間：＜75±5ms。

5 保安電源的保護(hù)配置

因該保安電源的特殊性，分別為608開關(guān)、680開關(guān)配置線路式綜合保護(hù)裝置，以保證保安電源在不同運(yùn)行方式下的可靠運(yùn)行。在對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行核算時(shí)，同時(shí)要考慮其與上一級(jí)電氣設(shè)備(01號(hào)啟動(dòng)變和0號(hào)高備變)保護(hù)定值的匹配問(wèn)題。定值見表2。

表2 6 kV保安電源定值單

6 保安電源運(yùn)行原則規(guī)定

由于2×135MW和3×55MW的2個(gè)發(fā)電系統(tǒng)分屬于2個(gè)不同的電網(wǎng)系統(tǒng)，6kV系統(tǒng)存在一定的電壓差，因此，絕對(duì)不允許合環(huán)運(yùn)行，應(yīng)遵循先分后合的原則進(jìn)行倒閘操作。

7 結(jié)束語(yǔ)

6kV保安電源工程經(jīng)安裝、核相、調(diào)試工作完成，轉(zhuǎn)入運(yùn)行階段，為徐州垞城電力有限責(zé)任公司安全生產(chǎn)提供了安全保障，同時(shí)也在一定程度上提高了對(duì)煤礦及地方供電的可靠性。

1 樓樟達(dá), 李 揚(yáng). 發(fā)電廠電氣設(shè)備. 北京: 中國(guó)電力出版社, 1998

2 重慶電力技工學(xué)校. 電氣設(shè)備. 北京: 中國(guó)電力出版社, 1982

3 國(guó)家電力公司華東電力設(shè)計(jì)院. 火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定.北京: 中國(guó)電力出版社, 2002

4 許建安. 繼電保護(hù)整定計(jì)算. 北京: 中國(guó)水利電力出版社, 2003