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高压厂用电系统在大型火力发电厂中的创新应用

2020-07-16 184 上传者：管理员

摘要：高压厂用电系统是火力发电厂的重要组成部分。结合某2×1000MW级大型火力发电机组工程,介绍了常规高压厂用电系统方案,在常规方案基础上对高压厂用电系统的接线方案和运行方式进行了优化和创新,提出了一种具有双机互联与专用停机电源相互切换的高压厂用电系统,并且应用于工程中。这种高压厂用电系统在目前国内外火力发电厂运行机组中较为少见,具有一定的参考价值。

关键词：
停机电源
切换方式
工作电源
接线方案
火力发电厂
高压厂用电系统
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火力发电厂生产过程是将化学能转换成电能并送至电网的过程,在发电的同时自身会消耗一定的电能。为了保证机组顺利发电、保障机组安全可靠运行,火力发电厂配置了各类辅机设备,这些辅机设备大多数采用电驱方式,其电源由火力发电厂的厂用电系统提供。厂用电系统的可靠性和灵活性对火力发电厂安全生产具有十分重要的意义。

1、工程概况

某工程新建2×1000MW级超临界燃煤发电机组,以500kV一级电压接入系统,2回出线。2台1000MW机组装设发电机断路器,以发电机-变压器组单元接线接入厂内500kV配电装置,500kV配电装置采用3/2断路器接线方式。由于500kV送出工程设计施工进度滞后,在时间上不能满足本工程调试用电要求。为了满足本工程基建阶段所需施工电源及机组分部调试所需电源,本工程从附近变电站引接了1路110kV40MVA施工调试电源,厂内设110kV配电装置和施工调试变压器。

2、常规高压厂用电系统

2.1 常规高压厂用电系统方案描述

火力发电厂厂用电系统设计主要遵照的设计标准为《大中型火力发电厂设计规范》(GB50660-2011)(以下简称《大火规》)[1]。按照《大火规》中16.3.1条,对于600MW级及以上的机组,可根据工程具体条件采用6kV一级、10kV一级或6kV、10kV两级高压厂用电压。根据本工程建设方需求、工艺系统用电设备情况、运输条件等因素,经过技术经济比较,本工程确定采用10kV一级高压厂用电系统。

对于装设了发电机断路器的大型火力发电厂,机组正常情况下的启动和停机电源采用厂内高压配电装置经主变压器、高压厂用变压器倒送至高压厂用工作母线。在机组事故情况(如出线线路、高压配电装置、主变或高厂变故障)下,按照《大火规》中16.3.10条、16.3.11条,其停机电源引接方式通常有以下2种方案。

方案一:由外部电网引接专用高压停机电源,通常采用110kV或220kV电压等级,厂内设置1台事故停机变压器,其低压侧接至高压厂用工作母线,机组事故时由停机变压器提供事故停机电源,方案一接线示意图见图1。本工程中的施工调试电源由附近110kV变电站引接,其可靠性和容量等均满足作为事故停机电源的要求,建设方仅需变更其用电性质。

图1 常规高压厂用电系统接线方案一

方案二:当机组台数为2台或偶数、出线回路为2回及以上时,高压厂用电系统接线可采用由一台机组的高压厂用工作变压器低压侧厂用工作母线引接另一台机组的事故停机电源,也就是两台机组高厂变低压侧厂用工作母线拉手(互联),两台机组互为停机电源[2],其接线示意图见图2。

图2 常规高压厂用电系统接线方案二

2.2 常规高压厂用电系统方案分析

方案一,由厂外引接了电力专线、厂内设置了事故停机变压器,由于停机电源与电厂出线属于不同电压等级电网、相对独立,这种接线方案的优点是可靠性高,其缺点是在外接电源故障或事故停机变压器检修时将会失去事故停机电源,需依靠厂内保安电源进行事故停机,存在一定风险,而且在机组停机和检修情况下需要由电网购电,存在容量电费和电度电费问题,引起机组运行费用增加。

方案二,两台机组的高压厂用电系统拉手(互联),互为事故停机电源。这种接线方案的优点是节省了事故停机变压器、从而减轻了运行维护工作量。这种接线方案的缺点也很突出,由于每台机组的事故停机电源均由另一台机组的厂用工作母线引接,在电厂初期建设期间,当第一台机组投运,第二台机组尚未建成时,第一台机组没有事故停机电源,同样当一台机组大修停机时,另一台机组也没有事故停机电源;如果与电网连接的出线均故障或厂内高压配电装置母线故障的情况,会造成两台机组同时失去事故停机电源,需依靠保安电源进行事故停机,可能威胁机组和设备安全。这种接线方案的可靠性较方案一低。

3、高压厂用电系统创新应用

火力发电厂厂用电系统是发电厂的重要组成部分,合理的厂用电的接线,对于保证机组的安全连续满发运行、避免人身伤亡、保障设备安全、方便操作和维护、节省投资都有着重要作用。因此,随着工艺系统改进、电气设备发展以及控制系统进步,有必要对厂用电系统设计进行优化和改进。

3.1 新型高压厂用电系统接线方案

针对常规高压厂用电系统接线方案的优缺点,对高压厂用电系统接线方案进行优化和创新,提出了一种具有双机互联与专用停机电源相互切换的高压厂用电接线方案,其接线示意图如图3所示:

图3 新型高压厂用电接线方案示意图

与方案一相比,本方案在停机电源变压器低压侧与共箱母线T接处增设断路器0A、0B。当采用停机变压器作为停机电源时,开关0A、0B在合闸位置,开关1C、1D、2C、2D分闸,由停机变压器为两台机组提供事故停机电源,机组发生故障时自动合上工作母线段1C、1D(2C、2D)开关,停机电源投入,供给机组事故停机负荷;当两台机组高压厂用电系统互为停机电源时,开关0A、0B在分闸位置,开关1C、1D或2C、2D在合闸位置,机组发生故障时开关2C、2D或1C、1D自动合闸,投入事故停机电源。

将这种高压厂用电接线方案应用在工程中,结合本工程施工调试电源实际情况,本工程高压厂用电接线系统见图4。其中,0A和0B为10kV施工调试母线上增设的事故停机电源馈线断路器,GA和GB为在主厂房侧增设的隔离插头。

图4 工程中高压厂用电接线方案示意图

3.2 新型高压厂用电系统运行方案

事故停机负荷的容量通常小于机组的正常运行工作负荷,在事故切换时需将与机组事故停机无关的负荷切除后再投入事故停机电源。事故停机电源常规采用备用电源自投装置进行电源的投入,备用电源自投装置检测工作母线段电压降低到一定数值后才投入停机电源。通过低电压动作切除非事故停机的辅机,以保证事故停机电源不会过载。这种运行方式的电源切换时间长,对停机电源冲击大、电压波动大,容易造成切换失败。

本工程在停机电源控制柜中增设了运行方式转换开关,用于选择不同的运行方式,停机电源控制采用快速装置,在电源快速切换的同时,发出甩负荷命令切除与机组事故停机无关的辅机,不仅实现了事故停机电源的快速投入,而且避免了过多的负荷接入停机电源,具有切换时间短,成功率高的优点。具体切换过程如下:

运行方式一:事故停机电源来自施工调试变。此时GA、GB开关在合闸位置。当任意工作分支电源故障时,切换装置跳对应母线段工作电源分支开关(如1A/1B或2A/2B),同时跳对应母线段上所接的非事故停机负荷,经延时(延时时间可调)合对应母线段事故停机电源分支开关(如1C/1D或2C/2D)以及施工调试母线段电源馈线开关0A和0B,采用串联切换方式。

运行方式二:事故停机电源由两台机组高压厂用工作母线段拉手(互联)相互提供。此时GA和0A、GB和0B开关在分闸位置。当任意工作分支电源故障时,切换装置跳对应母线段工作电源分支开关(如1A/1B或2A/2B),同时跳对应母线段上所接的非事故停机负荷,经延时(延时时间可调)合事故停机电源分支联络开关(如1C/1D和2C/2D),采用串联切换方式。

运行方式一和运行方式二通过转换开关选择。切换装置控制对象包括1A、1B、2A、2B、1C、1D、2C、2D、0A和0B开关,为保证运行可靠性,在各控制回路中进行必要的硬接线闭锁。

3.3 技术特点

这种高压厂用电接线方案与常规方案相比,具有以下特点:

1) 解决了常规两台机组高压厂用电系统互为事故停机电源接线方案在某些特殊情况下,如建设期间一台机组已投运另一台机组尚未投运的期间、一台机组主变或高厂变大修期间、厂内高压配电装置母线故障或出线均故障的情况等,无法获得机组事故停机电源的问题。

2) 解决了常规外引事故停机电源方案在某些特殊情况下,如外接电源故障或事故停机变压器检修期间,无法获得机组事故停机电源的问题。

3) 解决了基建期间施工调试电源在机组发电投运后长期闲置、造成设备投资浪费的问题。

4) 两台机组的高压厂用电系统拉手(互联)互为事故停机电源、检修电源,减少了电度电费,降低电厂运行费用。

5) 通过切换开关任意选择运行方式,快速装置发出工作电源分闸指令的同时切除工作段上非事故停机负荷,使得切换速度更快,切换成功率更高,运行方式更加灵活。

6) 这种高压厂用电接线方案有效利用了本工程现有条件,增加设备少、增加投资少。与常规方案相比,设备方面主要增加了断路器柜、隔离插头柜和停机电源控制柜,设备初投资有少量增加,约50万元。

7) 这种高压厂用电接线方案提高了机组运行的可靠性,降低了设备损坏概率。

4、结论

本文结合实际工程对常规高压厂用电系统进行了优化和改进,在增加少量设备的同时,提高了高压厂用电系统的运行灵活性和可靠性,提高了机组运行安全性,降低了电厂运行检修费用。这种高压厂用电系统在目前国内外火力发电厂运行机组中较为少见,具有一定的参考价值,可在同类型火力发电机组中推广应用。