鋼鐵廠65 MW煤氣發(fā)電機(jī)組廠用電系統(tǒng)改造分析

簡永強(qiáng)

摘要：針對某鋼鐵廠65 MW煤氣發(fā)電機(jī)組原設(shè)計中廠用電系統(tǒng)高壓一次部分存在的問題，分析廠用電運(yùn)行方式，結(jié)合廠用電系統(tǒng)配置原則，提出了改造方案，并詳細(xì)介紹了改造后的運(yùn)行方式。改造方案在避免原有設(shè)計弊端和提高廠用電系統(tǒng)安全性和可靠性的同時，可為以后同類型的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：煤氣發(fā)電機(jī)組；廠用電；一次接線；運(yùn)行方式

中圖分類號：TM621文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0024-03

Retrofit Analysis of Power Consumption System of 65 MW Cas Generator Set in Iron and Steed Plant

JIAN Yongqiang

（Fujian Dongguo Energy Conser Vation Technology Co.， Ltd.， Fuzhou Fujian 350003）

Abstract： In view of the problems existing in the high voltage part of the plant power supply system in the original de？ sign of a 65 MW gas generator set， the operation mode of the plant power supply and the configuration principle of the plant power supply system are proposed.The transformation scheme not only avoids the original design disadvantages and improves the safety and reliability of the factory power consumption system， but also provides a reference value for the future design of the same type.

Keywords： gas generator set；plant power consumption；primary wiring；operation mode

1概述

某鋼鐵廠建設(shè)1臺200 t/h超高溫超高壓高爐煤氣鍋爐和1臺65 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組為發(fā)變線路組接線，發(fā)電機(jī)出口設(shè)6 000 A隔離開關(guān)，經(jīng)90 MVA變壓器接入35 kV進(jìn)線柜AH23。AH23柜作為機(jī)組同期點(diǎn)2與發(fā)電機(jī)PT相聯(lián)系，另設(shè)2個（同期點(diǎn)3和同期點(diǎn)4）與35 kV母線PT相聯(lián)系，35 kV出線柜AH21經(jīng)電纜后接入220 kV德勝變35 kVⅢ段母線。此外，另一出線柜AH24作為備用柜。

2原設(shè)計中廠用電系統(tǒng)情況

2.1廠用電系統(tǒng)基本情況

高壓廠用電負(fù)荷設(shè)鍋爐引風(fēng)機(jī)、鍋爐給水泵及凈環(huán)泵等設(shè)備，另設(shè)2臺2 000 kVA廠用干式變壓器作為低壓廠用設(shè)備變壓器，總廠用電負(fù)荷設(shè)計為6 000 kVA。高壓廠用電在機(jī)組未運(yùn)行時由110 kV鎳業(yè)變10 kVⅣ段，經(jīng)廠用進(jìn)線柜AH116接入廠用電母線供電。機(jī)組運(yùn)行時由發(fā)電機(jī)組直接供電，電源點(diǎn)從發(fā)電機(jī)出口隔離開關(guān)二次側(cè)10 kV母線電纜以T接方式引入，引接至發(fā)電機(jī)小室的2 000 A開斷63 kA的大容量爆炸橋，以限制短路電流，再經(jīng)同期點(diǎn)1廠用分支線柜AH117接入廠用電母線，如圖1所示。

2.2廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式

按設(shè)計情況分析機(jī)組與系統(tǒng)并網(wǎng)，需經(jīng)過同期點(diǎn)2或同期點(diǎn)3檢同期并入德勝變35 kVⅢ段母線，而高壓廠用電在機(jī)組未運(yùn)行時由鎳業(yè)變10 kVⅣ段供電。機(jī)組與系統(tǒng)并網(wǎng)后，通過核相試驗(yàn)判斷并網(wǎng)點(diǎn)1兩側(cè)相序相同，但存在相位差。相位計測量發(fā)現(xiàn)，機(jī)組側(cè)超前廠用電母線側(cè)30°。因此，在機(jī)組與系統(tǒng)并網(wǎng)后，機(jī)組與廠用電母線間的相位因存在30°的差異不能檢同期并網(wǎng)，所以設(shè)計中廠用電并入機(jī)組運(yùn)行應(yīng)在機(jī)組與系統(tǒng)并網(wǎng)之前[1]。

機(jī)組開機(jī)時，機(jī)組升至額定電壓后，通過并網(wǎng)點(diǎn)1同期與廠用電并網(wǎng)，此時機(jī)組與鎳業(yè)變10 kV母線的電壓、頻率及相位角等一致。廠用電并網(wǎng)后，廠用電進(jìn)線柜AH116分閘，此時機(jī)組處于孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，電壓、頻率等隨廠用電設(shè)備數(shù)量及工況的變化而變化[2]。在廠用電并入機(jī)組運(yùn)行后，機(jī)組可通過同期點(diǎn)2或同期點(diǎn)3檢同期并入系統(tǒng)，至此完成機(jī)組并入系統(tǒng)，廠用電由機(jī)組直接供電。

機(jī)組在停運(yùn)時，解列過程為倒序操作。機(jī)組需要降低發(fā)電負(fù)荷，直至與廠用電負(fù)荷相近，此時分閘同期點(diǎn)2或同期點(diǎn)3與系統(tǒng)解列，機(jī)組處于孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，電壓、頻率等隨廠用電設(shè)備數(shù)量及工況的變化而變化。因設(shè)計中廠用電進(jìn)線柜AH116不是并網(wǎng)點(diǎn)，廠用電切換至機(jī)組未運(yùn)行的供電方式需要分閘廠用分支線柜AH117柜真空斷路器通過硬接線聯(lián)鎖合閘AH116柜真空斷路器。至此機(jī)組甩負(fù)荷停機(jī)，廠用電由鎳業(yè)變10 kVⅣ段供電。

2.3廠用電運(yùn)行方式存在的問題

①通過對廠用電運(yùn)行方式進(jìn)行分析可知，機(jī)組在投運(yùn)和停運(yùn)兩個階段中都存在孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行存在整體電源品質(zhì)較差、容易造成低頻或高頻事故、容易造成輔機(jī)設(shè)備損壞或影響使用壽命、增加運(yùn)行人員操作量和調(diào)整難度等問題。

②在機(jī)組停運(yùn)時，廠用電無法通過同期操作由鎳業(yè)變10 kVⅣ段進(jìn)行供電，而通過聯(lián)鎖方式切換廠用電供電方式時，一定會出現(xiàn)廠用電系統(tǒng)短暫失電的情況，嚴(yán)重時可能因AH116柜不能及時合閘導(dǎo)致廠用電長時間失電。這對機(jī)組的安全停運(yùn)影響是巨大的：鍋爐重要設(shè)備跳閘，可能出現(xiàn)超壓、爐膛燃爆等事故，嚴(yán)重影響鍋爐安全；汽輪機(jī)各輔機(jī)跳閘也可能造成汽機(jī)葉輪變形、超速及燒瓦等事故，對汽輪機(jī)的安全和壽命影響極大[3]。

③按設(shè)計的運(yùn)行方式，每次機(jī)組停運(yùn)時都會甩負(fù)荷停機(jī)。甩負(fù)荷對機(jī)組安全存在極大的危害性，可能會出現(xiàn)超速造成汽輪機(jī)飛車，出現(xiàn)負(fù)脹差引起動靜摩擦損壞汽輪機(jī)，形成鍋爐超壓運(yùn)行引起安全閥起跳，甚至造成鍋爐變形或爆破，同時也會增加運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度和難度。

3廠用電系統(tǒng)改造方案

廠用電配置原則中明確提出廠用電系統(tǒng)應(yīng)安全、可靠，保證供電的連續(xù)性。廠用電系統(tǒng)應(yīng)盡量簡單、靈活，做到供電的對應(yīng)性，以適應(yīng)正常、事故及檢修等各種情況的要求[4]。結(jié)合上述原則，在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上提出兩種改造方案，以提高廠用電系統(tǒng)的可靠性。

3.1改造方案一

3.1.1概述。機(jī)組與系統(tǒng)側(cè)各并網(wǎng)點(diǎn)不變，廠用電供電電源位置不變，更改接入方法以達(dá)到消除隱患的目的。具體地，由鎳業(yè)變10 kVⅣ段電源經(jīng)廠用進(jìn)線柜AH116接入廠用電母線，更改為鎳業(yè)變10 kVⅣ段電源經(jīng)過轉(zhuǎn)角變進(jìn)行相位改變，再通過廠用進(jìn)線柜AH116接入廠用電母線。新增廠用電進(jìn)線柜AH116為同期點(diǎn)5，與廠用電母線PT相聯(lián)系，如圖2所示。

3.1.2方案一運(yùn)行方式。①機(jī)組未運(yùn)行時，廠用電仍由鎳業(yè)變10 kVⅣ段供電。②機(jī)組開機(jī)時，機(jī)組通過同期點(diǎn)2或同期點(diǎn)3檢同期并入德勝變35 kVⅢ段母線，機(jī)組與系統(tǒng)并網(wǎng)完成；機(jī)組通過同期點(diǎn)1檢同期和廠用電并網(wǎng)，廠用進(jìn)線柜AH116分閘解列，廠用電由機(jī)組直接供電。③機(jī)組停機(jī)時，同期合閘同期點(diǎn)5廠用進(jìn)線柜AH116，廠用分支柜AH117分閘解列；機(jī)組降低負(fù)荷后分閘同期點(diǎn)2或同期點(diǎn)3，機(jī)組與系統(tǒng)解列完成，至此機(jī)組停機(jī)，廠用電由鎳業(yè)變10 kVⅣ段供電。

3.2改造方案二

3.2.1概述。機(jī)組與系統(tǒng)側(cè)各并網(wǎng)點(diǎn)不變，廠用電電源變更至系統(tǒng)側(cè)作為機(jī)組未運(yùn)行時的供電電源。具體地，原由鎳業(yè)變10 kVⅣ段而來接入廠用進(jìn)線柜AH116的電源不做更改，作用變?yōu)閺S用電的備用電源，通過硬接線聯(lián)鎖合閘完成備用；增加高壓廠用變，35 kV側(cè)備用出線柜AH24作為高壓廠用變柜，經(jīng)廠用分支線AH117引至廠用母線，高壓廠用變柜AH24作為廠用電進(jìn)線同期點(diǎn)4與發(fā)電機(jī)PT相聯(lián)系，如圖3所示。

3.2.2方案二運(yùn)行方式。①機(jī)組未運(yùn)行時，由德勝變35 kVⅢ段母線經(jīng)出線開關(guān)柜AH21供電至電廠35 kV母線，再經(jīng)高壓廠用變柜AH24、變壓器、廠用分支線柜AH117引至廠用母線供電。②機(jī)組開機(jī)時，機(jī)組通過同期點(diǎn)2并入35 kV母線，完成機(jī)組與系統(tǒng)并網(wǎng)，廠用電直接由機(jī)組供電。③機(jī)組停運(yùn)時，機(jī)組降低負(fù)荷后分閘同期點(diǎn)2，機(jī)組與系統(tǒng)解列完成。至此，機(jī)組解列，廠用電由德勝變35 kVⅢ段母線供電。

3.3方案對比

①兩種方案都避免了機(jī)組出現(xiàn)孤網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)象，消除了孤網(wǎng)運(yùn)行帶來的隱患和危險，保證了機(jī)組在正常運(yùn)行時廠用電系統(tǒng)的安全性和可靠性[5]。

②兩種方案都避免了機(jī)組停運(yùn)時出現(xiàn)廠用電失電和甩負(fù)荷停機(jī)的情況，消除了失電和甩負(fù)荷帶來的危害，避免出現(xiàn)更嚴(yán)重的事故，保證機(jī)組和各輔機(jī)的設(shè)備安全，延長了設(shè)備的使用壽命。

③與原設(shè)計相比，方案一中廠用電整體接入方式?jīng)]有更改，正常運(yùn)行時主變所帶負(fù)荷經(jīng)外送電負(fù)荷。方案二中正常運(yùn)行時主變負(fù)荷在外送電負(fù)荷的基礎(chǔ)上增加了廠用電負(fù)荷，但原設(shè)計中主變?nèi)萘?0 000 kVA完全滿足此運(yùn)行方式。

④方案二中機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)、停機(jī)解列的操作簡單明了，工作量相較于方案一和原設(shè)計大幅降低，減少了運(yùn)行人員日常操作的失誤率，同時降低了事故發(fā)生的概率。

⑤方案二相較于方案一和原設(shè)計多了一路備用電源，由原設(shè)計中110 kV鎳業(yè)變10 kVⅣ段經(jīng)廠用電進(jìn)線柜AH116接入，在機(jī)組出現(xiàn)跳機(jī)、甩負(fù)荷等故障導(dǎo)致廠用電失電時多一層安全保障。

綜上所述，兩種改造方案整體改動都較小，經(jīng)濟(jì)投入和工作量不大，卻都能解決原設(shè)計中存在的弊端，提高廠用電在機(jī)組運(yùn)行時的安全性和可靠性，其中方案二更優(yōu)。

4結(jié)語

在煤氣發(fā)電機(jī)組的日常生產(chǎn)和運(yùn)行中，廠用電故障會影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行甚至造成人身、設(shè)備傷害。因此，在廠用電系統(tǒng)的設(shè)計中，必須考慮設(shè)備選型、接線方式及生產(chǎn)時的運(yùn)行方式等因素，符合現(xiàn)行國家、行業(yè)的有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，以確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行、降低出現(xiàn)故障的概率，維護(hù)人身安全和重大設(shè)備安全。

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