600 MW级机组厂用电系统优化设计及方案比较

丁益民，程琳，丁柱元

(1.华电国际十里泉发电厂，山东 枣庄 277103;2.华能日照发电厂，山东 日照 276800)

0 引言

厂用电系统的设计对机组的安全运行具有重要影响，厂用电系统设计既要保证厂用电的连续供电，又要保证机组安全和经济运行。在规划和设计厂用电系统时，必须充分考虑到它在电厂生产中的重要地位并尽可能设计出安全、可靠、运行灵活的厂用电系统。本文结合某电厂负荷进行分析和计算，对3种厂用电设计方案进行比选，最终选择了一种较新颖的厂用电设计方案［1－6］。

1 厂用电压选择

发电厂可采用3 kV，6 kV，10 kV作为高压厂用电的电压。容量为60 MW及以下的机组发电机电压为10.5 kV 时，可采用10.0 kV，发电机电压为6.3 kV时，可采用6.0 kV，容量为600 MW及以上的机组可根据工程具体条件采用6 kV 1级或3 kV，10 kV 2级高压厂用电压。

3 kV电压供电具有以下优点:

(1)3 kV电动机效率比6 kV电动机高1%～15%，价格约低20%。

(2)3 kV电动机的最小容量比6 kV电动机小，可将75 kW以上的电动机接到3 kV电压母线上，从而使低压厂用变压器容量减小、数量减少。

(3)由于减少了380 V电动机数量，使较大截面的电缆数量减少，从而降低了低压供电网络投资。

6 kV电压供电具有以下优点:

(1)对同样的厂用电系统，6 kV网络不仅节省有色金属及投资费用，而且短路电流亦较小。

(2)6 kV电动机的功率可制造得较大，以满足大容量机组要求。

(3)发电机电压若为6 kV时，可省去高压厂用变压器，直接由发电机电压母线经电抗器向厂用高压负荷供电。

10 kV电压可作为厂用电系统电压，只用于300 MW以上大容量机组，且不能作为单一厂用高压，因为不能满足全厂所有高压电动机的要求，因此，如无特殊要求不推荐采用。

目前，我国6 kV 1级或3 kV，10 kV 2级高压厂用电压2种方式均存在［7－8］，采用6 kV 1级电压目前为国内工程所普遍采用，运行经验也十分丰富。10 kV和3 kV 2级电压通常为国外引进型机组所采用，国内设计的机组很少采用。3 kV电压等级多年来仅在一些老企业中应用，有逐步淘汰的趋势，因此，600 MW机组一般均采用6 kV 1级厂用电压等级。

2 厂用电接线方式

600 MW汽轮发电机组高压厂用电系统常用的设计方案可以分为2类。方案1为不设6 kV公用负荷段，将全厂公用负荷(如输煤、除灰、化水等)分别接在各机组A，B段母线上。方案2为单独设置2段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电。在正常情况下，该公用负荷段每台高压厂用变压器供1段母线。

方案1的优点是公用负荷分接于不同机组变压器上，供电可靠性高，投资省，但由于公用负荷分接于各机组工作母线上，在清扫机组工作母线时，会影响公用负荷的备用。另外，由于公用负荷分接于2台机组的工作母线上，因此，在第1台机组发电时，必须安装好第2台机组的6 kV厂用配电装置并用启动备用变压器供电。

方案2的优点是公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。其缺点是由于公用负荷集中，并因启动备用变压器要用工作变压器作为备用(若无第2台启动备用变压器作备用时)，故工作变压器也要考虑在启动备用变压器检修或故障时带公用段运行。因此，启动备用变压器和工作变压器均较方案1变压器分支的容量大，配电装置也增多，投资较大。

由于2种方案各有优、缺点，应经过技术、经济比较后确定。

3 厂用电系统启动备用变压器的选择

厂用启动备用变压器系统选择的基本依据是DL/T 5153—2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》中第4.5.3条规定，其选择原则如下:容量为600MW的机组，当发电机出口不装设断路器或负荷开关时，每2台机组应设置1台或2台高压启动备用变压器;在配置2台高压启动备用变压器时，应考虑到一台高压厂用启动备用变压器检修不会影响另一台机组的启、停;当发电机出口装有断路器或负荷开关时，4台及以下机组可设置1台高压厂用启动备用变压器，其容量可为1台高压厂用工作变压器的60%～100%。全厂有5台及以上同容量机组时，可设置1台不接线的高压厂用工作变压器作为备用［9－10］。

4 某电厂厂用电方案比选

4.1 负荷资料

根据负荷资料，对该工程200 kW以上的高压电动机及低压变压器进行了统计，其结果见表1和表2。

4.2 厂用电接线方案

厂用电系统的接线应根据厂用电负荷统计结果和厂用电动机的容量进行综合考虑，在厂用系统最大运行方式下，要考虑到电动机启动和自启动时母线电压的波动范围，同时限制母线短路电流在合适的范围内，本着厂用电接线方案尽量减少电压等级，尽量减少厂用电母线段数的原则，确定如下3个电气方案。

方案1。每台机组设置1台47/31－31 MV·A的高压厂用分裂变压器和1台15 MV·A的高压厂用双卷变压器。主厂房内6kV设A，B，C 3段，分别为6kV ⅧA(ⅨA)，6kV ⅧB(ⅨB)，6kV ⅧC(ⅨC)段。脱硫负荷作为机组负荷由主厂房工作段供电，在输煤综合楼内设煤灰6 kV段，由主厂房工作段供电。2台机组共设置1台47/31－31 MV·A的有载调压分裂变压器和1台15 MV·A的有载调压双卷变压器作为该期的启动/备用电源，如图1所示。

表1 高压电动机负荷统计

表2 低压变压器负荷统计

方案2。每台机组设置1台42/25－25 MV·A的高压厂用分裂变压器和1台25 MV·A高压厂用双卷变压器。主厂房内6kV设A，B，C 3段，分别为6 kV ⅧA(ⅨA)，6 kV ⅧB(ⅨB)，6 kV ⅧC(ⅨC)段。在脱硫综合楼和输煤综合楼内分别设脱硫段及煤灰段，由主厂房6kVⅧC(ⅨC)段供电。2台机组共设置1台42/25－25MV·A的分裂变压器和1台25 MV·A的双卷变压器作为该期的启动/备用电源，如图2所示。

方案3。每台机组设置1台42/25－25 MV·A的高压厂用分裂变压器和1台25 MV·A高压厂用双卷变压器。主厂房6 kV设3段，机组负荷接到分裂高压厂用变压器的2段母线上，公用及脱硫负荷接在公用段上，2台机组共设置1台50/30－30 MV·A的分裂变压器作为该期的启动/备用电源，如图3所示。

4.3 技术比较

方案1。在高压厂用电电压采用6 kV的情况下，每台机组设置1台47/31－31 MV·A分裂高压厂用变压器和1台15 MV·A的高压双卷变压器，2台机组共设置1台47/31－31 MV·A的有载调压分裂变压器和1台15 MV·A的有载调压双卷变压器作为该期的启动/备用电源。

该方案的脱硫负荷作为机组负荷分散供电于厂用变压器，它与方案2的脱硫及煤灰负荷由厂用双卷变压器供电相比，方案1的单元性更好。但该方案负荷分配不均衡，相对于分裂变压器而言，双卷变压器容量过小，方案2负荷分配更为均衡。

方案2。每台机组设置1台42/25－25 MV·A的高压厂用分裂变压器和1台25MV·A高压厂用双卷变压器。2台机组共设置1台42/25－25 MV·A的分裂变压器和1台25MV·A的双卷变压器作为该期的启动/备用电源。

该方案脱硫及煤灰段由主厂房6 kVⅧC(ⅨC)段供电，同方案1比较，该方案均衡了负荷的分配，使厂用变压器的选择更加合理。

图1 47/31－31 MV·A的有载调压分裂变压器和15 MV·A的有载调压双卷变压器为启动/备用电源

方案3。根据前面的分析，该方案同方案2高压厂用变压器接线方式相同，启动备用变压器接引方式不同。因此，方案3拥有方案2所有的优点，同方案2比较，采用1台启动备用变压器的方式，节约了投资，布置更加简单。

通过计算，以上3种厂用电布置方案，技术上均可行。

4.4 经济比较

方案1和方案2由于脱硫电源的引接方式不同，断路器柜的数目存在差异;方案3在方案1、方案2的基础上，进一步优化了启动备用电源的配置，减少1台启动备用变压启及相关联的设备。其他诸如电缆、F－C回路数等无太大差异，经济性比较见表3。

表3 厂用电方案经济比较万元

4.5 方案比选

从满足电动机启动、厂用电压调整、开关设备选型等方面3个方案都能满足设计要求。方案1与方案2都是工程设计中采用较多且较成熟的厂用电接线方式，具有较高的供电可靠性，方案1与方案2相比，机组单元性更强，但2台厂用变压器负荷分配不均衡。方案2将脱硫负荷移至双卷变压器供电，很大程度上均衡了负荷的分配，使厂用变压器的选择更加合理。方案3为文献［11］提出的一种新的厂用电接线方式，负荷供电方式与方案2相似，但采用1台启动备用变压器，在经济性方面，方案3略好于方案2，因此，推荐采用方案3。

5 结论

随着电力市场的深入发展，电力系统中的竞争将更加激烈。因此，发电厂在基建阶段，控制好成本，选择好合理的厂用电一次接线方式显得尤为重要。本文在总结前人经验的基础上，结合某电厂实际数据，对2种工程设计中采用的厂用电接线方式和文献［11］提出的厂用电接线方式进行了比较，从技术和经济2个方面进行了分析，最终选择了一种技术、经济都更加优良的方案，为其他电厂的方案比选提供了参考。

［1］DL 5000—2000，火电发电厂设计技术规程［S］.

［2］DL/T 5153—2002，火力发电厂厂用电设计技术规定［S］.

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