超臨界機(jī)組臨時(shí)電源方式下試運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

朱愛(ài)軍，梁廣擎，董冠良，紀(jì)連舉，田永志，王 欣

(1. 吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021；2. 長(zhǎng)春電力集團(tuán)有限公司，長(zhǎng)春 130021 ；3. 吉林電力股份有限公司長(zhǎng)春熱電分公司，長(zhǎng)春 130607)

臨時(shí)電源方式下試運(yùn)行是新建機(jī)組調(diào)試階段常采取的一種手段，其主要風(fēng)險(xiǎn)包括：容量核算；系統(tǒng)不同擺布方式下的負(fù)荷計(jì)算；通風(fēng)、吹管、沖轉(zhuǎn)等3個(gè)階段的主要風(fēng)險(xiǎn)；各專業(yè)擬采取的相應(yīng)措施等。吉林某電廠2×350 MW機(jī)組為新建工程，屬區(qū)域城市熱電廠，本期建設(shè)規(guī)模為2×350 MW國(guó)產(chǎn)燃煤超臨界供熱機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝設(shè)施。由于電廠與電網(wǎng)連絡(luò)線不能按工期及時(shí)投入，該電廠調(diào)試臨時(shí)電源10 kV配電工程需由某66 kV變電站供電，通過(guò)臨時(shí)變壓器將10 kV降為6 kV接至啟動(dòng)/備用變壓器6 kV側(cè)共箱母線，經(jīng)6 kV廠用母線備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)接到廠用母線上[1-2]。

由于該電廠臨時(shí)電源容量有限，試運(yùn)行過(guò)程中廠用電全停概率大、風(fēng)險(xiǎn)高，還存在著臨時(shí)變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行等諸多風(fēng)險(xiǎn)。為確保臨時(shí)用電工作的順利開(kāi)展，并為今后并網(wǎng)發(fā)電創(chuàng)造有利條件，同時(shí)亦為同類工程積累經(jīng)驗(yàn)，需對(duì)該電廠臨時(shí)電源方式下試運(yùn)行進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，分階段、分專業(yè)進(jìn)行臨時(shí)電源啟動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)可控性研究，并制定相應(yīng)措施[3-4]。

1 設(shè)備概況

鍋爐型號(hào)HG-1110/25.4-HM2，為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 110 t/h，保證效率不小于92 %。汽輪機(jī)型號(hào)CLN350-24.2/566/566。發(fā)電機(jī)型號(hào)QFSN-350-2，為三相、二極、隱極式轉(zhuǎn)子同步型式。啟動(dòng)/備用變壓器為SFFZ10-38000/220型，三相自然油循環(huán)風(fēng)冷分裂繞組有載調(diào)壓高壓?jiǎn)?dòng)/備用變壓器，戶外式，額定容量為38/23-23 MVA。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況與臨時(shí)電源系統(tǒng)

電廠臨時(shí)電源從某66 kV變電站接引，該變電站由2臺(tái)31 500 kVA的主變壓器組成。臨時(shí)電源取自該變電站的10 kV母線，通過(guò)大約2 km的電纜接至電廠臨時(shí)電源變壓器的10 kV側(cè)，臨時(shí)電源變壓器型號(hào)為S11-±2×2.5×10.5/6.3/15 000，容量為15 000 kVA。通過(guò)臨時(shí)變壓器將10 kV降為6 kV接至啟動(dòng)/備用變壓器6 kV側(cè)共箱母線，經(jīng)6 kV廠用母線備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)接到廠用母線上[5]。臨時(shí)電源變壓器容量為15 000 kVA，為保證臨時(shí)電源容量的正常運(yùn)行，下面進(jìn)行相關(guān)容量核算。

2.1 變電站承諾容量

變電站2臺(tái)31 500 kVA的主變總?cè)萘繛?3 000 kVA，供電公司做出承諾供給臨時(shí)電源容量為15 000 kVA(變電站主變壓器剩余容量為48 000 kVA，負(fù)荷均值為76.19%，基本滿足變電站負(fù)荷高限70%～80%的負(fù)荷要求)。

2.2 電纜容量核算

從66 kV變電站到電廠臨時(shí)變壓器采用兩回電纜送電，電纜長(zhǎng)度大約2 km，電纜型號(hào)為YJTY22-8.7/15kV-3×400，其單回路額定載流量為680 A，兩條電纜的額定輸送容量為23 555 kVA，電纜容量可以滿足試運(yùn)行要求[6]。

2.3 最大用電容量核算

臨時(shí)電源變壓器容量為15 000 kVA，為確保臨時(shí)電源容量的正常運(yùn)行，在該方式條件下，需要詳細(xì)核算大負(fù)荷工況時(shí)所需負(fù)荷數(shù)，大負(fù)荷工況主要有冷態(tài)通風(fēng)及空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)、吹管、機(jī)組沖轉(zhuǎn)及電氣試驗(yàn)等；系統(tǒng)擺布方式主要為風(fēng)機(jī)單側(cè)和雙側(cè)運(yùn)行，吹管方式為汽泵或電泵等，多種運(yùn)行方式經(jīng)詳細(xì)核算得出所需用電容量。

通過(guò)計(jì)算，用電容量最大可能性在于電泵吹管形式下雙側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式。鍋爐風(fēng)機(jī)雙側(cè)運(yùn)行耗電量較大的設(shè)備主要有：投運(yùn)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)、2臺(tái)送風(fēng)機(jī)、2臺(tái)磨煤機(jī)、2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、1臺(tái)電動(dòng)給水泵、1臺(tái)凝結(jié)水泵、1臺(tái)循環(huán)水泵等。全部系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算統(tǒng)計(jì)值為15 406 kW，按照綜合功率因數(shù)為0.85計(jì)算，系統(tǒng)負(fù)荷為18 124 kVA。超出臨時(shí)電源承諾負(fù)荷值3 124 kVA。在此工況下，臨時(shí)變壓器電流將達(dá)到額定電流的1.21倍，如果持續(xù)運(yùn)行超過(guò)24 h(吹管第一階段或第二階段)，則臨時(shí)變壓器安全性無(wú)法保證。

2.4 不同方式下6.3 kV廠用母線電壓跌落校驗(yàn)

選取6.3 kV廠用母線負(fù)荷中額定功率最大設(shè)備進(jìn)行電壓校驗(yàn)，即引風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)母線電壓跌落計(jì)算，引風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)額定功率為3 800 kW，額定電流為404 A。在確定臨時(shí)變壓器容量為15 000 MVA的前提條件下，按照6種工況計(jì)算，雙側(cè)風(fēng)機(jī)工況按照可能出現(xiàn)的極限情況計(jì)算(最大基礎(chǔ)負(fù)荷下啟動(dòng)第2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，如果檔板不嚴(yán)，風(fēng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)情況下啟動(dòng)，則啟動(dòng)電流可能達(dá)到10倍額定電流)，單側(cè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)按照8倍額定電流計(jì)算，6種工況下(不包括化水系統(tǒng)和輸煤系統(tǒng))引風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)6.3 kV廠用母線電壓跌落程度如下。

a. 雙側(cè)風(fēng)機(jī)冷態(tài)通風(fēng)及空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)。變壓器短路阻抗設(shè)計(jì)值為6%，第2臺(tái)引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)理論啟動(dòng)電流倍數(shù)為10倍額定電流，基礎(chǔ)負(fù)荷為10 128 kW(第2臺(tái)送風(fēng)機(jī)未啟動(dòng))，第2臺(tái)引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)廠用母線電壓下降為額定電壓的84.33%，即5.31 kV。

b. 單側(cè)風(fēng)機(jī)冷態(tài)通風(fēng)及空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)。變壓器短路阻抗設(shè)計(jì)值為6%，引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)理論啟動(dòng)電流為8倍額定電流，基礎(chǔ)負(fù)荷為3 995 kW(送風(fēng)機(jī)未啟動(dòng))，引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)廠用母線電壓下降為額定電壓的89.13%，即5.62 kV。

c.雙側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行(電泵吹管)。變壓器短路阻抗設(shè)計(jì)值為6%，第2臺(tái)引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)理論啟動(dòng)電流為10倍額定電流，基礎(chǔ)負(fù)荷為10 896 kW(第2臺(tái)送風(fēng)機(jī)未啟動(dòng))，第2臺(tái)引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)廠用母線電壓下降為額定電壓的84.1%，即5.30 kV。

d.單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行(電泵吹管)。變壓器短路阻抗設(shè)計(jì)值為6%，引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)理論啟動(dòng)電流倍數(shù)為8倍額定電流，基礎(chǔ)負(fù)荷為8 757 kW(送風(fēng)機(jī)未啟動(dòng))，引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)廠用母線電壓下降為額定電壓的87.57%，即5.52 kV。

e. 雙側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行(汽泵吹管)。變壓器短路阻抗設(shè)計(jì)值為6%，第2臺(tái)引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)理論啟動(dòng)電流為10倍額定電流，基礎(chǔ)負(fù)荷為8 896kW(第2臺(tái)送風(fēng)機(jī)未啟動(dòng))，第2臺(tái)引風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)廠用母線電壓下降為額定電壓的84.7%，即5.33 kV。

f.單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行(汽泵吹管)。變壓器短路阻抗設(shè)計(jì)值為6%，引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)理論啟動(dòng)電流為8倍額定電流，基礎(chǔ)負(fù)荷為6 757 kW(送風(fēng)機(jī)未啟動(dòng))，引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)廠用母線電壓下降為額定電壓的88.22%，即5.56 kV。

DL/T5153-2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》要求最大容量(功率)的電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)，廠用母線的電壓應(yīng)不低于額定電壓80%，綜上可見(jiàn)，母線電壓跌落最嚴(yán)重的工況為雙側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行(電泵吹管)，第2臺(tái)引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)廠用母線電壓下降為額定電壓的84.1%，即5.30 kV，當(dāng)考慮10 kV電纜壓降疊加效應(yīng)，在電壓下降84.1%的基礎(chǔ)上再次下降約1%，即母線電壓下降為額定電壓的83.1%，降到5.235 kV，母線電壓下降校驗(yàn)結(jié)果滿足DL/T 5153-2002要求，以上計(jì)算存在一些假定因素，具體啟動(dòng)時(shí)的電壓下降還需進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。

3 機(jī)組各階段試運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

3.1 通風(fēng)階段風(fēng)險(xiǎn)

通風(fēng)試驗(yàn)的主要目的是標(biāo)定煙風(fēng)系統(tǒng)流量裝置，考驗(yàn)風(fēng)機(jī)工作能力；并在調(diào)平一次及二次風(fēng)后進(jìn)行冷態(tài)?；碌臓t膛內(nèi)氣流流態(tài)測(cè)試。主要內(nèi)容包括冷態(tài)通風(fēng)試驗(yàn)檢查、風(fēng)量測(cè)量裝置標(biāo)定、阻力特性試驗(yàn)、風(fēng)量均勻性檢查等。臨時(shí)電源方式下存在的主要風(fēng)險(xiǎn)有六大風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，在最大風(fēng)量工況下容量計(jì)算為14 638 kW，超出臨時(shí)變壓器容量；第2臺(tái)引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)可能發(fā)生風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，造成風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等。

3.2 吹管階段風(fēng)險(xiǎn)

吹管試驗(yàn)的主要目的是由于鍋爐受熱面在制造、儲(chǔ)存及安裝過(guò)程中,其內(nèi)部不可避免地存在焊渣、砂石等雜物，在啟動(dòng)投運(yùn)之前必須通過(guò)蒸汽吹管，將其內(nèi)部吹掃干凈，以保證合格的蒸汽品質(zhì)。主要內(nèi)容包括第一階段過(guò)熱器、主蒸汽管道及高壓旁路吹掃等；第二階段過(guò)熱器、再熱器串聯(lián)吹掃等。臨時(shí)電源方式下存在的主要風(fēng)險(xiǎn)有廠用電全停、頻繁點(diǎn)爐、鍋爐爆燃、母線電壓過(guò)低導(dǎo)致鍋爐斷水等。

3.3 沖轉(zhuǎn)階段風(fēng)險(xiǎn)

沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)的主要目的是沖轉(zhuǎn)暖機(jī)。沖轉(zhuǎn)對(duì)于機(jī)組來(lái)講是避免使機(jī)組因加載過(guò)快而損壞機(jī)組，綜合各方面而言，沖轉(zhuǎn)就是為了讓機(jī)組更健康更安全地啟動(dòng)。主要內(nèi)容包括利用高壓蒸汽將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子沖動(dòng)起來(lái)，蒸汽在進(jìn)入汽輪機(jī)后，沖擊轉(zhuǎn)子上的葉片，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。臨時(shí)電源方式下存在的主要風(fēng)險(xiǎn)有：廠用電全停、鍋爐爆燃、汽輪機(jī)斷油、氫氣泄漏、臨時(shí)變壓器超載等風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

按照現(xiàn)有容量的臨時(shí)電源方式可以用于機(jī)組試運(yùn)行，但存在較多風(fēng)險(xiǎn)因素，尤其是在機(jī)組整套試驗(yàn)階段，風(fēng)險(xiǎn)尤為突出。各單位相關(guān)專業(yè)應(yīng)制定詳細(xì)措施，并最終由運(yùn)行總負(fù)責(zé)，其他單位各司其職，確保電廠試運(yùn)行工作的順利完成。

a.生產(chǎn)單位負(fù)責(zé)試運(yùn)行階段的運(yùn)行操作，各專業(yè)編制詳細(xì)的操作措施、事故預(yù)案并進(jìn)行演練。協(xié)助安裝單位進(jìn)行重要設(shè)備的監(jiān)護(hù)，負(fù)責(zé)臨時(shí)電源方式下的對(duì)外溝通協(xié)調(diào)工作。嚴(yán)格執(zhí)行工作票制度，防止設(shè)備誤操作及人身觸電事故，做好變壓器10 kV電纜的防外力破壞工作。

b.調(diào)試單位負(fù)責(zé)試運(yùn)行階段的技術(shù)指導(dǎo)、試運(yùn)行指揮工作，將各專業(yè)編制的操作措施融入到調(diào)試方案中。

c.安裝單位負(fù)責(zé)試運(yùn)行設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)。

d.監(jiān)理單位檢查臨時(shí)電源方式下試運(yùn)行的各項(xiàng)工作落實(shí)完善情況，負(fù)責(zé)調(diào)試設(shè)備的質(zhì)量監(jiān)督檢查工作并對(duì)調(diào)試全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

e.設(shè)備生產(chǎn)廠家針對(duì)設(shè)備頻繁啟停及臨時(shí)電源方式下相關(guān)設(shè)備問(wèn)題提供支撐。