发电厂高压备用变压器容量校核分析与应用

周家旭，黄 未

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

专论

发电厂高压备用变压器容量校核分析与应用

周家旭，黄 未

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

发电厂厂用高压工作母线失压等事故情况下，需将电气设备负荷切换至高压备用变压器供电，如果高压备用变压器容量不足，将导致厂用电切换失败，进而造成设备损坏和全厂失电。为保证发电机组安全稳定运行，需要对高压备用变压器容量进行校核，以某2×300 MW火力发电厂为例，详细阐述了高压备用变压器容量计算原则和校核方法，以及成组电动机自启动时厂用高压母线电压分析方法。

母线失压；负荷切换；变压器容量；校核

发电厂高压备用变压器（简称启备变）是发电厂厂用负荷等电气设备的启动和备用电源。在厂用电母线失压等事故情况下，将厂用负荷切换至启备变供电，切换后厂用成组电动机自启动将造成启备变过载和母线电压较低，为保证切换后启备变正常运行及厂用母线电压值在规定允许范围内，需对启备变容量进行校核［1］。同时，发电厂厂用电系统改扩建将导致厂用负荷发生变化，也需要对启备变容量进行校核。如未能及时对发电厂启备变容量进行校核，在机组异常及故障时，将造成厂用电源切换失败，进而造成设备损坏和全厂停电事故［2］。启备变容量校核分启备变容量计算和成组电动机自启动时母线电压校核。

1 厂用电6 kV系统概述

以某2×300 MW发电厂为例，全厂厂用6 kV一次系统如图1所示。厂内配置2台高压厂用变压器和1台高压备用变压器，每台发电机组配置1台高压厂用变压器，高压备用变压器作为发电厂启动和备用电源。发电机组并网正常运行，1号高压厂用变压器带厂用6 kV母线1A段、1B段负荷，2号高压厂用变压器带厂用6 kV母线2A段、2B段负荷，高压备用变压器带公用6 kV母线1C段、2C段负荷，公用1C段母线作为厂用1A段、2A段母线备用电源，公用2C段母线作为厂用1B段、2B段母线备用电源。当厂用1A段、1B段、2A段、2B段母线失压后，通过厂用电快切装置将其切换至备用电源供电。

2 高压备用变压器容量计算

2.1 计算原则

a.经常连续运行的负荷全部计入，如引风机、送风机、电动给水泵、排粉机、凝结水泵等。

图1 某2×300 MW发电厂全厂6 kV一次系统

b.连续不经常运行的负荷应计入，如充电机、备用励磁机、事故备用油泵、备用电动给水泵等。

c.经常断续运行的负荷应计入，如输水泵、空气压缩机等。

d.短时断续不经常运行的负荷一般不予计算，如行车、电焊机等。

e.由同1台变压器供电的互为备用的设备，只计算同时运行的台数。

f.对于分裂变压器，其高低压绕组负荷应分别计算［1］。

2.2 负荷计算

2.2.1 计算方法

高压负荷计算方法采用换算系数法，计算公式为

式中 SH——高压电动机计算负荷；

K——换算系数（如表1所示）；

P——电动机计算功率。

表1 换算系数

低压负荷按厂用变压器额定容量85%计算，计算公式为

高压备用变压器容量应大于高压电动机计算负荷的110%与低压厂用电计算负荷之和［3］，计算公式为

式中：ST为高备变各侧绕组额定容量，如表2所示。

表2 变压器额定参数

2.2.2 数据计算

根据某2×300 MW发电厂提供的6 kV厂用系统图和计算结果，得出发电厂扩建脱硫系统、供热系统后，高备变高压绕组及低压绕组分支所带负荷容量如表3所示。

表3 高备变6 kV低压分支负荷

续表

通过上述分析计算可知高压备用变压器6 kV系统扩建后，高压备用变压器高／低压绕组所带负荷容量均小于高压备用变压器高／低压绕组额定容量，高压备用变压器容量满足6 kV厂用系统扩建后电气设备负荷需求。

3 6 kV母线电压校核

3.1 自启动方式

高压备用变压器一般考虑空载、失压及带负载自启动3种方式［4］。

空载自启动：备用电源空载状态时，自动投入失去电源的工作段所形成的自启动。

失压自启动：运行中突然出现事故低电压，当事故消除电压恢复时形成的自启动。

带负荷自启动：备用电源已带部分负荷，又自动投入失去电源工作段时形成的自启动。

发电机组正常并网运行时高压备用变压器已带部分公用设备负荷运行，经对比分析可知，某2× 300 MW发电厂厂用电切换后，成组电动机自启动方式为带负荷自启动。

3.2 厂用电切换方式

由图1可得出1号、2号发电机组厂用电工作段母线失压时，厂用负荷快速切换可按以下3种极端切换方式切换。

a.1号、2号发电机组同时满负荷运行，1号发电机组厂用6 kV母线2段同时或先后母线失压，将失压母线段负荷切换至备用电源供电。

b.2号发电机组满负荷运行，1号发电机组点火启动供电（启动电动给水泵），此时2号发电机组厂用6 kV母线2段同时或先后失压，将失压母线段负荷切换至备用电源供电。

c.1号、2号发电机组同时满负荷运行，厂用6 kV母线1A段和厂用6 kV母线2A段母线同时发生母线失压（或厂用6 kV母线1B段和厂用6 kV母线2B段母线同时发生母线失压），将2段失压母线负荷同时切换至备用电源供电。

本文不考虑2段以上母线切换至启备变。

3.3 成组电动机自启动母线电压校验

为保证成组电动机自启动成功，应对成组电动机自启动时厂用高母线电压值进行校验。根据《电力工程电气设计手册电气一次部分》规定，自启动时厂用母线电压最低值如表4所示。

表4 自启动要求的最低母线电压

成组电动机自启动时厂用高母线电压（标幺值）［1］，按下式计算：

X∗——变压器电抗（标幺值）；

S∗——合成负荷（标幺值）。

式中 ηDcosφb——电动机额定效率和功率因数乘积，对自启动一般取0.8；

Pn——启动或自启动电动机容量，kW；

SLB——分裂变压器低压绕组额定容量。

式中：K0为启动或自启动电流倍数，对备用电源，其自启动倍数为快速切换时取2.5，为慢速切换时取5；慢速切换指其备用电源自动切换过程的总时间大于0.8 s，快速切换指切换过程总时间小于0.8 s［5］。

3种极限切换方式下厂用工作段负荷切换至备用电源时，各段6 kV母线所带电气设备负荷如表5所示。

表5 6 kV母线所带设备负荷kW

表5中b1为切换时2B段电动给水泵未启动，b2为切换时2B段电动给水泵启动，c1为切换时1B段电动给水泵启动，c2为切换时2B段电动给水泵启动，c3为切换时2台给水泵全部启动。

3.4 成组电动机自启动时高压母线电压值

将电厂提供的和经分析计算得出的参数（如表5所示）带入式（4）～式（8），得出3种快速切换方式下成组电动机自启动时各段6 kV母线电压标幺值如表6所示。

表6 高压母线电压值（标幺值）

由表6中各种切换方式下厂用电6 kV母线电压标幺值，可知6 kV厂用电按3种切换方式切换时，无论为快速切换还是慢速切换成组电动机自启动时各段6 kV母线电压值均符合要求。

3.5 切换成功后高压备用变高／低压绕组所带负荷容量

高压绕组所带负荷，按下式计算：

式中：Pn为各段厂用6 kV母线所带负荷。

将电厂提供的和经分析计算得出的参数（如表5所示）带入式（9）、式（10），计算3种切换方式下高压备用变压器高／低压绕组所带负荷总量，如表7所示。

表7 切换成功后高压备用变压器高／低压绕组所带负荷容量kVA

将表7中高低压绕组负荷容量与高压备用变压器额定容量进行比较，得出厂用电6 kV系统按3种切换方式切换时，切换后高压备用变压器高／低压绕组所带负荷容量小于变压器各侧绕组额定容量，高压备用变压器不会发生过载运行。

4 结束语

高压备用变压器容量校核分为变压器容量计算和成组电动机自启动时母线电压校核两方面。本文以某2×300 MW发电机组厂用电系统为例，详细阐述了高压备用变压器容量计算原则和校核方法，以及成组电动机自启动时厂用高压母线电压分析方法。通过高压备用变压器容量校核可避免因高压备用变压器容量不足导致厂用电切换失败，进而造成设备损坏或全厂停电。

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［12］于吉波，刘 洋，徐建源，等.换流站交流断路器重合闸开断失败分析［J］.东北电力技术，2013，34（8）：7－10.

作者简介：

邹贵荣（1970—），男，硕士，高级工程师，研究方向为直流输电技术。

（收稿日期 2015－08－16）

Analysis and Application on High Voltage Stand⁃by Transformer Capacity Checking of Power Plant

ZHOU Jia⁃xu，HUANG Wei
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

In the case of bus voltage loss accident at high voltage work in power plant，operator needs to switch electrical equipment load to high voltage stand⁃by transformer.If high voltage stand⁃by transformer capacity is insufficient，it cause switch failure，faulty e⁃quipment and the loss of power.High voltage stand⁃by transformer needs to check up capacity for assuring safety and stable operation of the generator units.Take a 2×300 MW fire power plant as an example，the principle and checking method for the calculation of high voltage stand⁃by transformer capacity are elaborated detailedly，as well as analysis method of high voltage bus voltage at group motor self⁃starting.

Busbar voltage loss；Load switching；Transformer capacity；Checking

TM621

A

1004－7913（2015）12－0001－04

周家旭（1982—），男，学士，工程师，从事发电厂保护定值计算工作。

2015－08－10）