熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)主變調(diào)壓方式選擇

江蘇中圣清潔能源有限公司 張南建

通過(guò)改變變壓器分接頭位置，是電網(wǎng)內(nèi)重要的電壓調(diào)節(jié)手段之一，分為有載調(diào)壓和無(wú)載調(diào)壓兩種方式。有載調(diào)壓就是調(diào)整變壓器分接開關(guān)抽頭時(shí)，無(wú)須將變壓器從電網(wǎng)中切除即可帶負(fù)載調(diào)節(jié)電壓，所采用的分接開關(guān)稱為有載分接開關(guān)(OLTC)，其最大的特點(diǎn)是在線調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜；而無(wú)載調(diào)壓就是切換分接開關(guān)抽頭必須將變壓器從電網(wǎng)中切除，即不帶電切換調(diào)壓，也稱為無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓，所采用的分接開關(guān)稱為無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)(OCTC)，其特點(diǎn)是調(diào)節(jié)前必須停電、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。但是有載調(diào)壓除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高以外，還有一個(gè)缺點(diǎn)就是在線調(diào)節(jié)過(guò)程中容易產(chǎn)生電弧，造成有載調(diào)壓機(jī)構(gòu)發(fā)熱甚至導(dǎo)致瓦斯保護(hù)誤動(dòng)跳閘。

熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)主變壓器到底采用有載調(diào)壓還是無(wú)載調(diào)壓，實(shí)際上業(yè)內(nèi)也沒(méi)有統(tǒng)一。為保守起見(jiàn)，大部分的企業(yè)都設(shè)計(jì)采用有載調(diào)壓，實(shí)際上這是不符合GB50049-2011《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的。該規(guī)范17.1.6明確規(guī)定主變壓器宜采用無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓型變壓器。根據(jù)條文說(shuō)明，在裝機(jī)容量較大（100MW 及以上）且當(dāng)?shù)仉姌I(yè)部門又要求承擔(dān)調(diào)頻調(diào)相任務(wù)時(shí)才可采用有載調(diào)壓，但需經(jīng)過(guò)調(diào)相調(diào)壓計(jì)算論證。本文以中圣科營(yíng)汕頭熱電有限公司項(xiàng)目工程為例，經(jīng)技術(shù)分析論證主變壓器是否一定要采用有載調(diào)壓。

1 項(xiàng)目概況

中圣科營(yíng)汕頭熱電有限公司位于汕頭市潮南區(qū)紡織印染環(huán)保綜合處理中心園區(qū)內(nèi)。根據(jù)以熱定電、熱電氣聯(lián)產(chǎn)、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、因地制宜的原則，規(guī)劃5爐4機(jī)，分兩期建設(shè)。其中一期為3×150t/h 高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐+2臺(tái)CB20MW 抽汽背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組；二期為2×260t/h 高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐+2臺(tái)CB30MW 抽汽背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，以及相應(yīng)的配套設(shè)施，總裝機(jī)容量為100MW。本項(xiàng)目建成后，即關(guān)閉淘汰現(xiàn)有供熱區(qū)域內(nèi)的各企業(yè)自備的分散小鍋爐、燃煤導(dǎo)熱油爐、分散空壓機(jī)，對(duì)潮南區(qū)打造碧水藍(lán)天具有十分重大的意義。

一期配套發(fā)電機(jī)為25WM，通過(guò)110kV、31.5 MVA 主變壓器接入110kV 母線，并通過(guò)兩條0.6km 長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)線接入110kV 雙山變電站與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。雙山變電站通過(guò)兩條小于6km 長(zhǎng)110kV 線路接入220kV 主網(wǎng)田心變電站。電廠主給水采用母管制，電氣110kV 系統(tǒng)采用單母線分段接線。發(fā)電機(jī)出口電壓為10kV，采用發(fā)電機(jī)電壓母線、單母線分段接線，并帶電廠廠用電及擬帶工業(yè)園區(qū)直供電。未設(shè)置高壓廠用備用變壓器，三爐兩機(jī)廠用電互為備用，由另一臺(tái)機(jī)組提供事故停機(jī)電源，系統(tǒng)倒送電提供啟動(dòng)電源。電氣主接線簡(jiǎn)圖如圖1。

圖1 電氣主接線簡(jiǎn)圖

2 基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)與計(jì)算依據(jù)

2.1 基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)

發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)：額定容量25MW(29.4MVA)，額定電壓10.5kV，額定電流1617A，功率因數(shù)0.85，次暫態(tài)電抗X"d13.72%，額定頻率50Hz，額定轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分；主變壓器技術(shù)參數(shù)：型號(hào)SFZ11-31500/110，額定容量31.5MVA，額定電壓121±2×2.5%/10.5kV、無(wú)載調(diào)壓，連接組別Ynd11，短路阻抗10.5%，空載損耗25kW，負(fù)載損耗130kW；計(jì)算分析依據(jù)：《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)一次部分》、《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T5153-2014、《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則》SD325-89、《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/50049-2011、《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》GB/T12325-2008、《汕頭初設(shè)匯總》文字及圖紙部分。

2.2 主要計(jì)算公式

U1e：變壓器高壓側(cè)額定電壓，取121kV；U2e：變壓器低壓側(cè)額定電壓，取10.5kV；Ui：變壓器低壓側(cè)母線基準(zhǔn)電壓，取10kV；n：變壓器分接開關(guān)位置，取-1檔；110kV 母線最高電壓121kV；110kV 母線最低電壓110kV；單機(jī)帶單爐廠用電最大負(fù)荷5668kW（高壓輔機(jī)容量按擬技術(shù)規(guī)范書）；單機(jī)帶兩爐廠用電最大負(fù)荷9491kW。

3 各種運(yùn)行方式下10kV 母線電壓調(diào)整與無(wú)功平衡計(jì)算

3.1 系統(tǒng)倒送電方式下10kV 母線電壓調(diào)整計(jì)算

汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)組不投入運(yùn)行，10kV 系統(tǒng)通過(guò)主變倒送電供電。按照110kV 母線最低電壓、10kV 母線最大負(fù)荷及110kV 母線最高電壓、10kV母線最低負(fù)荷計(jì)算10kV 母線電壓情況，只要這兩種極端情況10kV 母線電壓符合要求，就不會(huì)影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1.1 110kV 母線最低電壓、10kV 母線最大負(fù)荷計(jì)算10kV 母線最低電壓

3.1.2 110kV 母線最高電壓、10kV 母線最小負(fù)荷計(jì)算10kV 母線最高電壓（最小負(fù)荷按0計(jì)算，即母線空載電壓）

Um.max=U0-SZφ=1.077-0×0.073=1.077，略大于《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T5153-2014要求的最低負(fù)荷下最高電壓Um.max ≤1.05（標(biāo)幺值）的要求。但基本符合《電能質(zhì)量供電電壓偏差》GB/T12325-2008規(guī)定的10kV 母線電壓±7%的要求。

3.1.3 發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)后無(wú)功平衡計(jì)算（按照cosφ=0.85計(jì)算）

滿發(fā)時(shí)發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功Q=0.62P=0.62×25=15.5MVar；滿負(fù)荷時(shí)主變壓器所需無(wú)功（ 計(jì)算時(shí)忽略空載勵(lì)磁無(wú)功）；電動(dòng)機(jī)所需無(wú)功：帶單爐運(yùn)行時(shí)Q=0.62P=0.62×5.668≈3.51MVar， 帶雙爐運(yùn)行時(shí)Q=0.62P=0.62×9.491≈5.88MVar；電廠可送出無(wú)功：帶單爐運(yùn)行時(shí)Qs=15.5-3.3-3.51=8.69MVar，帶雙爐運(yùn)行時(shí)Qs=15.5-3.3-5.88=6.32MVar。因發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)能根據(jù)系統(tǒng)電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，所以此方式下完全能通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)，滿足電壓要求。

3.1.4 發(fā)電機(jī)帶直供電方式下無(wú)功平衡計(jì)算（按照cosφ=0.85計(jì)算）

單機(jī)單爐運(yùn)行，可帶直供電：Pz=25-5.668≈19.3MW，所需無(wú)功Qz=0.62×19.3≈12MVar，無(wú)功缺額為Qc=12-8.69=3.31MVar；單機(jī)雙爐運(yùn)行，可帶直供電：Pz=25-9.491=15.51MW，所需無(wú)功Qz=0.62×15.51=9.62MVar，無(wú)功缺額為Qc=9.62-6.32=3.3MVar。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以實(shí)際工程為例，經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛的技術(shù)計(jì)算和論證，證明了在熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)中主變壓器采用無(wú)載調(diào)壓是完全可行的。本文章對(duì)同類型企業(yè)主變壓器的選型，具有一定的參考意義。

選用無(wú)載調(diào)壓主變壓器，在正常的電源電壓偏移和廠用負(fù)荷波動(dòng)的情況下，廠用電各級(jí)母線電壓的偏移滿足規(guī)范要求和電氣設(shè)備安全運(yùn)行要求。無(wú)有載調(diào)壓變壓器比同容量有載調(diào)壓變壓器價(jià)格低10～20%。以上述工程為例，選用無(wú)載調(diào)壓變壓器可以降低造價(jià)上百萬(wàn)元，從節(jié)約投資角度考慮具有現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)于考慮直供電的項(xiàng)目應(yīng)按照無(wú)功就地平衡的原則。在進(jìn)行直供電用戶供配電設(shè)計(jì)時(shí)，需要在用戶側(cè)安裝無(wú)功電容補(bǔ)償裝置補(bǔ)償無(wú)功不足部分，而且一般要求功率因數(shù)按照0.9考慮。進(jìn)行無(wú)功平衡計(jì)算未考慮采用倒送電帶直供電方式。因?yàn)榈顾碗姺绞街惫╇妼?duì)電廠毫無(wú)經(jīng)濟(jì)性可言。至于以熱定電，供熱少、發(fā)電量小的方式下短時(shí)帶直供電可以采用少發(fā)有功、多發(fā)無(wú)功，只要發(fā)電機(jī)不過(guò)流就能滿足電壓要求。