发电厂厂用电系统设计综述

2015-05-25张随会孙哲

中国高新技术企业 2015年19期

关键词：厂用电中性点发电厂

张随会　孙哲

摘要：文章通过对火力发电厂的厂用电系统的厂用电母线接线、厂用电中性点接地方式、厂用电电压等级、厂用电用电负荷等方面的分析，提炼出厂用电系统设计的要点，为火力发电厂厂用电设计提供了设计依据和参考，保证了发电厂厂用电系统设计的合理性与经济性。

关键词：火力发电厂；厂用电系统；母线接线；中性点接地；电压等级；厂用电负荷文献标识码：A

中图分类号：TM621 文章编号：1009-2374（2015）19-0014-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.006

1 概述

近年来，我国一直提倡“和谐社会、循环经济”的能源发展模式，在此政策背景下我国逐步加大新能源发电的开发力度，包括风能、光伏发电、核能发电、潮汐发电、生物秸秆发电等发电模式。此类新能源发电较常规火力发电的最大优势是对环境造成的污染少，虽然如此，根据我国2015年度能源结构统计规划表显示：火力发电占能源总份额比为63%；水电和核能发电占能源总份额比为9%；天然气发电占能源总份额比为8.3%；其他化石能源发电占能源总份额比为17.1%；其他非化石能源发电占能源总份额比为2.6%。因此火力发电仍是我国能源的龙头，这是由我国的资源结构决定的。由于火力发电自身的复杂性以及国家对火力发电的高标准要求，火力发电技术需要不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。厂用电系统是火力发电厂设计中一个重要的分块，本文单就火力发电厂厂用电系统进行论述以点带面解析与综合厂用电系统的设计要点。

2 厂用电系统的母线接线

厂用电系统母线接线除了要满足正常运营的相关规范和要求外，还要注意以下六点：（1）厂用电系统母线接线要保证每个用电单元的独立性，不能因为一个用电单元的出现故障而影响整个厂用电系统的正常运行；（2）在供电过程中出现故障是不可避免的，所以在检修的过程中就要协调好与正常供电的切换关系，在尽量不影响正常生产生活的前提下完成相关的事故检修工作；（3）全厂性公用负荷接在专门设立的公用段上，避免厂用电系统的复杂化，无过渡问题。在设计阶段要有预见性，避免重复性等浪费性建设；（4）做好厂供电系统的应急措施，备用电源要有专人看管维护，并且相关电压、容量等参数规格要满足正常的生产要求；（5）为了可持续发展，在设计阶段要给其预留出发展的空间，不至于耽误正常的生产；（6）引进新技术和新设备，科学技术是第一生产力，只有不断创新才能赢得市场的竞争力，所以在厂用电系统中一定要积极引进合理实用的新技术，提高生产效率。

厂用电系统母线分段的主要原则是按锅炉的容量决定厂用母线分段：锅炉容量为65t/h及以下时，高压厂用电母线两炉合用一段母线，低压厂用电母线两炉合用一段母线；锅炉容量介于120～220t/h时，高压厂用电母线每炉一段。低压厂用电母线每炉一段；锅炉容量介于400～670t/h时，高压厂用电母线每炉两段，低压厂用电母线每炉两段；锅炉容量为1000t/h及以上时，高压厂用电母线每一级高压厂用母线为两段，低压厂用电母线每炉两段。之所以采用按锅炉容量分段高、低压厂用电母线，目的是为了保证厂用电系统的供电可靠性和经济性，可以防止运行人员跑错间隔误拉误送。

需要观念延伸的是随着发电机组容量的不断扩大，汽轮机辅机的容量也不断增大，大容量机组都机、炉单元集中控制。

“按炉分段”是高低压母线分段的主要原则，但当分段母线的连接断路器参数（主要是额定电流及短路容量）和电动机启动时的电压降不能满足要求时，可根据实际所选合适的断路器数量决定母线分段数。

3 厂用电系统中性点接地方式

厂用电系统包括高压系统和低压系统两部分。

3.1 高压厂用电系统

高压厂用电系统有以下三种接地方式：

3.1.1 中性点不接地方式。此种接地方式能够阻断流经主变中性点的短路电流，因而此种接地方式所采用的保护方式灵敏度较低，一般发生单相接地故障后，非故障相仍可持续运行2h，保障了供电的可靠性。但若厂用电系统容量大，且线路尤其是电缆线路敷设较长时，会造成单相接地故障时的电容电流过大，当大于某一个值时可能会发生电弧放电，且接地电弧不能自动消除，将产生较高的电弧接地过电压（可达到额定相电压的3.5～5倍），并且故障有可能进一步扩大为多相故障，危害整个厂用电系统。此种情况下接地保护应该动作于跳闸，立刻中断对厂用设备的供电，但由于中性点不接地，其实现选择性保护较困难，需要采用灵敏的零序方向保护，也可采用反映零序过电压的母线监测装置，通过对馈线逐条拉闸来判断出故障回路，实际操作较为复杂和机械，因此在实际中较少运用到，实际设计中应先准确地计算出单相接地时电容电流的大小，以选用更为合理的中性点接地方式。

3.1.2 中性点经高电阻接地方式。此种接地方式的特点是既能保证一定的流经中性点的电流，为保护装置提供采样，同时由于中性点电流的流通避免了故障相过电压倍数过高。为了降低间歇性电弧接地的过电压水平和便于寻找接地故障点的情况，应通过计算选择适当的电阻值，能够控制电压水平在规定阈值之内，保证设备和人员的安全性。此外，这种接地方式最大的优点是具有选择性，当发生单相接地故障时，故障点流过一固定值的电阻性电流，保证故障馈线的零序保护动作，其总接地电流小于15A时可仅动作于信号，当接地电流大于15A时改为中电阻接地方式，保护动作于跳闸。同时该接地方式实际中运用较方便，无需设置大电阻器，采用二次侧接小电阻器的配电变压器可等效为高电阻器，节省了工程造价。其接线示意图见图1：

图1 中性点高电阻接线示意图

3.1.3 中性点经消弧线圈接地方式。此种接地方式适用于单相接地电容电流较大的情况，当出现故障时，这种接地方式可产生感性电流来补偿电容电流，以达到持续供电的目的。此种接地方式最大的优点是不仅具有选择性，还具有可调节的灵敏性。实际运用中在消弧线圈的二次侧并联电阻，并且二次侧并联电阻应有与消弧线圈分接头相匹配的调节分接头，当机组的负荷变化时，通过改变分接头的接地形式来自适应系统电容电流的变化，与此同时还要相应地改变相关的电阻来保障故障电流的不变。这一接地方式的灵活性也注定了其复杂性，消弧线圈接地方式运行比较复杂，需要增设接地投资，保护的设置也较为复杂。其接线示意图见图2：

图2 中性点消弧线圈接线示意图

通过以上的叙述综合可知，高压厂用电系统接地方式的选择依据主要是接地电容电流及接地过电压水平。

3.2 低压厂用电系统

低压厂用电系统有以下两种接地方式：

3.2.1 中性点经高电阻接地方式，适用范围较广，发电厂低压厂用电系统一般均可采用，一旦出现故障就可以自动停止运行，并且此种接地方式也防止了由于熔断器一相熔断造成的电动机两相运转，提高了低压厂用电系统的运行可靠性。

3.2.2 中性点直接接地方式，主要适用于不甚重负的负荷供电。此种接地方式当单相接地发生故障时，中性点电压不会发生位移，可降低系统的额绝缘要求。

4 厂用电系统电压等级

厂用电系统电压等级主要与以下因素相关：厂用电发动机的电压、发电机的额定电压和厂用电网络安全性等方面，另外还需考虑经济和技术层面的可行性综合做出判断。发电厂里各种电动机容量相差很大，从几瓦到几兆瓦，而电动机的电压和容量有关，因此，必须根据所拖动设备的功率以及电动机的制造情况来进行电压选择。电压等级的确定还要注意不要确定过多的等级，若电压等级过多会造成设备接线复杂，反而不会对生产提供较为有利的帮助。我厂厂用电压等级设为两档，分别是高压的6千伏档和低压的0.4千伏档，这种根据实际情况合理的设置可以在保证正常供电的同时，运营维护也简单方便，符合相关的生产实际需要。

5 厂用电系统用电负荷

厂用电负荷根据重要性的不同接入到不同的供电系统，负荷的分类是厂用电系统的设计的基础，厂用电负荷按重要性可大致分为五类：

5.1 Ⅰ类负荷

短时停电除了会损害设备外，还会使相关工作人员的生命财产安全遭到威胁，使机组工作暂停或发电量大幅度下降，此类负荷应设置备用电源，例如发电厂锅炉部分的风机、供煤系统的磨煤机、给煤机、给粉机等。

5.2 Ⅱ类负荷

允许短时停电，但较长时间停电有可能损坏设备或影响机组正常运转的负荷，此类负荷应由两个独立电源供电，例如发电厂锅炉部分备用风机、锅炉启动风机、疏水泵等。

5.3 Ⅲ类负荷

长时间停电不会直接影响生产者，此类负荷一般由一个电源供电，例如发电厂辅助车间油处理设备、电气试验室、通风机等。

5.4 事故保安负荷

当厂区发生断电的故障后，机组停运，但为了设备和相关人员的安全，还需继续供电的负荷，例如发电厂辅机交流润滑油泵、盘车电动机、顶轴油泵、汽机部分润滑油泵等。

5.5 不间断供电负荷

在机组正常运行、停机甚至停机后的阶段，需要进行连续供电的负荷，例如电子计算机、调度通讯、自动控制远动通讯电源、热工保护、调节装置等。