600 MW級(jí)機(jī)組廠用電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及方案比較

丁益民，程琳，丁柱元

(1.華電國際十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊 277103;2.華能日照發(fā)電廠，山東 日照 276800)

0 引言

廠用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行具有重要影響，廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)既要保證廠用電的連續(xù)供電，又要保證機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在規(guī)劃和設(shè)計(jì)廠用電系統(tǒng)時(shí)，必須充分考慮到它在電廠生產(chǎn)中的重要地位并盡可能設(shè)計(jì)出安全、可靠、運(yùn)行靈活的廠用電系統(tǒng)。本文結(jié)合某電廠負(fù)荷進(jìn)行分析和計(jì)算，對(duì)3種廠用電設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，最終選擇了一種較新穎的廠用電設(shè)計(jì)方案［1－6］。

1 廠用電壓選擇

發(fā)電廠可采用3 kV，6 kV，10 kV作為高壓廠用電的電壓。容量為60 MW及以下的機(jī)組發(fā)電機(jī)電壓為10.5 kV 時(shí)，可采用10.0 kV，發(fā)電機(jī)電壓為6.3 kV時(shí)，可采用6.0 kV，容量為600 MW及以上的機(jī)組可根據(jù)工程具體條件采用6 kV 1級(jí)或3 kV，10 kV 2級(jí)高壓廠用電壓。

3 kV電壓供電具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)3 kV電動(dòng)機(jī)效率比6 kV電動(dòng)機(jī)高1%～15%，價(jià)格約低20%。

(2)3 kV電動(dòng)機(jī)的最小容量比6 kV電動(dòng)機(jī)小，可將75 kW以上的電動(dòng)機(jī)接到3 kV電壓母線上，從而使低壓廠用變壓器容量減小、數(shù)量減少。

(3)由于減少了380 V電動(dòng)機(jī)數(shù)量，使較大截面的電纜數(shù)量減少，從而降低了低壓供電網(wǎng)絡(luò)投資。

6 kV電壓供電具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)對(duì)同樣的廠用電系統(tǒng)，6 kV網(wǎng)絡(luò)不僅節(jié)省有色金屬及投資費(fèi)用，而且短路電流亦較小。

(2)6 kV電動(dòng)機(jī)的功率可制造得較大，以滿足大容量機(jī)組要求。

(3)發(fā)電機(jī)電壓若為6 kV時(shí)，可省去高壓廠用變壓器，直接由發(fā)電機(jī)電壓母線經(jīng)電抗器向廠用高壓負(fù)荷供電。

10 kV電壓可作為廠用電系統(tǒng)電壓，只用于300 MW以上大容量機(jī)組，且不能作為單一廠用高壓，因?yàn)椴荒軡M足全廠所有高壓電動(dòng)機(jī)的要求，因此，如無特殊要求不推薦采用。

目前，我國6 kV 1級(jí)或3 kV，10 kV 2級(jí)高壓廠用電壓2種方式均存在［7－8］，采用6 kV 1級(jí)電壓目前為國內(nèi)工程所普遍采用，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也十分豐富。10 kV和3 kV 2級(jí)電壓通常為國外引進(jìn)型機(jī)組所采用，國內(nèi)設(shè)計(jì)的機(jī)組很少采用。3 kV電壓等級(jí)多年來僅在一些老企業(yè)中應(yīng)用，有逐步淘汰的趨勢，因此，600 MW機(jī)組一般均采用6 kV 1級(jí)廠用電壓等級(jí)。

2 廠用電接線方式

600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組高壓廠用電系統(tǒng)常用的設(shè)計(jì)方案可以分為2類。方案1為不設(shè)6 kV公用負(fù)荷段，將全廠公用負(fù)荷(如輸煤、除灰、化水等)分別接在各機(jī)組A，B段母線上。方案2為單獨(dú)設(shè)置2段公用負(fù)荷母線，集中供全廠公用負(fù)荷用電。在正常情況下，該公用負(fù)荷段每臺(tái)高壓廠用變壓器供1段母線。

方案1的優(yōu)點(diǎn)是公用負(fù)荷分接于不同機(jī)組變壓器上，供電可靠性高，投資省，但由于公用負(fù)荷分接于各機(jī)組工作母線上，在清掃機(jī)組工作母線時(shí)，會(huì)影響公用負(fù)荷的備用。另外，由于公用負(fù)荷分接于2臺(tái)機(jī)組的工作母線上，因此，在第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)，必須安裝好第2臺(tái)機(jī)組的6 kV廠用配電裝置并用啟動(dòng)備用變壓器供電。

方案2的優(yōu)點(diǎn)是公用負(fù)荷集中，無過渡問題，各單元機(jī)組獨(dú)立性強(qiáng)，便于各機(jī)組廠用母線清掃。其缺點(diǎn)是由于公用負(fù)荷集中，并因啟動(dòng)備用變壓器要用工作變壓器作為備用(若無第2臺(tái)啟動(dòng)備用變壓器作備用時(shí))，故工作變壓器也要考慮在啟動(dòng)備用變壓器檢修或故障時(shí)帶公用段運(yùn)行。因此，啟動(dòng)備用變壓器和工作變壓器均較方案1變壓器分支的容量大，配電裝置也增多，投資較大。

由于2種方案各有優(yōu)、缺點(diǎn)，應(yīng)經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后確定。

3 廠用電系統(tǒng)啟動(dòng)備用變壓器的選擇

廠用啟動(dòng)備用變壓器系統(tǒng)選擇的基本依據(jù)是DL/T 5153—2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中第4.5.3條規(guī)定，其選擇原則如下:容量為600MW的機(jī)組，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)斷路器或負(fù)荷開關(guān)時(shí)，每2臺(tái)機(jī)組應(yīng)設(shè)置1臺(tái)或2臺(tái)高壓啟動(dòng)備用變壓器;在配置2臺(tái)高壓啟動(dòng)備用變壓器時(shí)，應(yīng)考慮到一臺(tái)高壓廠用啟動(dòng)備用變壓器檢修不會(huì)影響另一臺(tái)機(jī)組的啟、停;當(dāng)發(fā)電機(jī)出口裝有斷路器或負(fù)荷開關(guān)時(shí)，4臺(tái)及以下機(jī)組可設(shè)置1臺(tái)高壓廠用啟動(dòng)備用變壓器，其容量可為1臺(tái)高壓廠用工作變壓器的60%～100%。全廠有5臺(tái)及以上同容量機(jī)組時(shí)，可設(shè)置1臺(tái)不接線的高壓廠用工作變壓器作為備用［9－10］。

4 某電廠廠用電方案比選

4.1 負(fù)荷資料

根據(jù)負(fù)荷資料，對(duì)該工程200 kW以上的高壓電動(dòng)機(jī)及低壓變壓器進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果見表1和表2。

4.2 廠用電接線方案

廠用電系統(tǒng)的接線應(yīng)根據(jù)廠用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果和廠用電動(dòng)機(jī)的容量進(jìn)行綜合考慮，在廠用系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，要考慮到電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和自啟動(dòng)時(shí)母線電壓的波動(dòng)范圍，同時(shí)限制母線短路電流在合適的范圍內(nèi)，本著廠用電接線方案盡量減少電壓等級(jí)，盡量減少廠用電母線段數(shù)的原則，確定如下3個(gè)電氣方案。

方案1。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1臺(tái)47/31－31 MV·A的高壓廠用分裂變壓器和1臺(tái)15 MV·A的高壓廠用雙卷變壓器。主廠房內(nèi)6kV設(shè)A，B，C 3段，分別為6kV ⅧA(ⅨA)，6kV ⅧB(ⅨB)，6kV ⅧC(ⅨC)段。脫硫負(fù)荷作為機(jī)組負(fù)荷由主廠房工作段供電，在輸煤綜合樓內(nèi)設(shè)煤灰6 kV段，由主廠房工作段供電。2臺(tái)機(jī)組共設(shè)置1臺(tái)47/31－31 MV·A的有載調(diào)壓分裂變壓器和1臺(tái)15 MV·A的有載調(diào)壓雙卷變壓器作為該期的啟動(dòng)/備用電源，如圖1所示。

表1 高壓電動(dòng)機(jī)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

表2 低壓變壓器負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

方案2。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1臺(tái)42/25－25 MV·A的高壓廠用分裂變壓器和1臺(tái)25 MV·A高壓廠用雙卷變壓器。主廠房內(nèi)6kV設(shè)A，B，C 3段，分別為6 kV ⅧA(ⅨA)，6 kV ⅧB(ⅨB)，6 kV ⅧC(ⅨC)段。在脫硫綜合樓和輸煤綜合樓內(nèi)分別設(shè)脫硫段及煤灰段，由主廠房6kVⅧC(ⅨC)段供電。2臺(tái)機(jī)組共設(shè)置1臺(tái)42/25－25MV·A的分裂變壓器和1臺(tái)25 MV·A的雙卷變壓器作為該期的啟動(dòng)/備用電源，如圖2所示。

方案3。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1臺(tái)42/25－25 MV·A的高壓廠用分裂變壓器和1臺(tái)25 MV·A高壓廠用雙卷變壓器。主廠房6 kV設(shè)3段，機(jī)組負(fù)荷接到分裂高壓廠用變壓器的2段母線上，公用及脫硫負(fù)荷接在公用段上，2臺(tái)機(jī)組共設(shè)置1臺(tái)50/30－30 MV·A的分裂變壓器作為該期的啟動(dòng)/備用電源，如圖3所示。

4.3 技術(shù)比較

方案1。在高壓廠用電電壓采用6 kV的情況下，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1臺(tái)47/31－31 MV·A分裂高壓廠用變壓器和1臺(tái)15 MV·A的高壓雙卷變壓器，2臺(tái)機(jī)組共設(shè)置1臺(tái)47/31－31 MV·A的有載調(diào)壓分裂變壓器和1臺(tái)15 MV·A的有載調(diào)壓雙卷變壓器作為該期的啟動(dòng)/備用電源。

該方案的脫硫負(fù)荷作為機(jī)組負(fù)荷分散供電于廠用變壓器，它與方案2的脫硫及煤灰負(fù)荷由廠用雙卷變壓器供電相比，方案1的單元性更好。但該方案負(fù)荷分配不均衡，相對(duì)于分裂變壓器而言，雙卷變壓器容量過小，方案2負(fù)荷分配更為均衡。

方案2。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1臺(tái)42/25－25 MV·A的高壓廠用分裂變壓器和1臺(tái)25MV·A高壓廠用雙卷變壓器。2臺(tái)機(jī)組共設(shè)置1臺(tái)42/25－25 MV·A的分裂變壓器和1臺(tái)25MV·A的雙卷變壓器作為該期的啟動(dòng)/備用電源。

該方案脫硫及煤灰段由主廠房6 kVⅧC(ⅨC)段供電，同方案1比較，該方案均衡了負(fù)荷的分配，使廠用變壓器的選擇更加合理。

圖1 47/31－31 MV·A的有載調(diào)壓分裂變壓器和15 MV·A的有載調(diào)壓雙卷變壓器為啟動(dòng)/備用電源

方案3。根據(jù)前面的分析，該方案同方案2高壓廠用變壓器接線方式相同，啟動(dòng)備用變壓器接引方式不同。因此，方案3擁有方案2所有的優(yōu)點(diǎn)，同方案2比較，采用1臺(tái)啟動(dòng)備用變壓器的方式，節(jié)約了投資，布置更加簡單。

通過計(jì)算，以上3種廠用電布置方案，技術(shù)上均可行。

4.4 經(jīng)濟(jì)比較

方案1和方案2由于脫硫電源的引接方式不同，斷路器柜的數(shù)目存在差異;方案3在方案1、方案2的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化了啟動(dòng)備用電源的配置，減少1臺(tái)啟動(dòng)備用變壓啟及相關(guān)聯(lián)的設(shè)備。其他諸如電纜、F－C回路數(shù)等無太大差異，經(jīng)濟(jì)性比較見表3。

表3 廠用電方案經(jīng)濟(jì)比較萬元

4.5 方案比選

從滿足電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、廠用電壓調(diào)整、開關(guān)設(shè)備選型等方面3個(gè)方案都能滿足設(shè)計(jì)要求。方案1與方案2都是工程設(shè)計(jì)中采用較多且較成熟的廠用電接線方式，具有較高的供電可靠性，方案1與方案2相比，機(jī)組單元性更強(qiáng)，但2臺(tái)廠用變壓器負(fù)荷分配不均衡。方案2將脫硫負(fù)荷移至雙卷變壓器供電，很大程度上均衡了負(fù)荷的分配，使廠用變壓器的選擇更加合理。方案3為文獻(xiàn)［11］提出的一種新的廠用電接線方式，負(fù)荷供電方式與方案2相似，但采用1臺(tái)啟動(dòng)備用變壓器，在經(jīng)濟(jì)性方面，方案3略好于方案2，因此，推薦采用方案3。

5 結(jié)論

隨著電力市場的深入發(fā)展，電力系統(tǒng)中的競爭將更加激烈。因此，發(fā)電廠在基建階段，控制好成本，選擇好合理的廠用電一次接線方式顯得尤為重要。本文在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合某電廠實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)2種工程設(shè)計(jì)中采用的廠用電接線方式和文獻(xiàn)［11］提出的廠用電接線方式進(jìn)行了比較，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)2個(gè)方面進(jìn)行了分析，最終選擇了一種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)都更加優(yōu)良的方案，為其他電廠的方案比選提供了參考。

［1］DL 5000—2000，火電發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］DL/T 5153—2002，火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［3］劉慧軍.關(guān)于1 000 MW機(jī)組高壓廠用電配配置的探討［J］.電力建設(shè)，2004，25(12):1 －4.

［4］鐘史明.火電廠設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京:中國電力出版社，1998.

［5］卓樂友.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:中國電力出版社，1996.

［6］時(shí)可.600 MW機(jī)組高壓廠用電接線優(yōu)化［J］.電力建設(shè)，2004，25(3):7 －9.

［7］曾小超.大型空冷機(jī)組廠用電電壓等級(jí)選擇［J］.電氣設(shè)計(jì)技術(shù)，2006(1):1－10.

［8］邱嶺，周才洋.1 000 MW等級(jí)火電機(jī)組廠用電電壓等級(jí)的選擇［J］.電力建設(shè)，2006，27(6):23 －27.

［9］喬崗杰.關(guān)于電廠啟動(dòng)和備用電源系統(tǒng)改進(jìn)的探討［J］.山西電力，2010(1):65－67.

［10］田浩，尹蘭.大型火電廠高壓啟動(dòng)/備用變壓器設(shè)置原則及容量選擇［J］.吉林電力，2007，35(4):8 －11.

［11］王鋒，王雷鳴，許衛(wèi)東.600 MW火電機(jī)組高壓廠用電接線新型方案［J］.電力建設(shè)，2008(12):70－73.