津巴布韦某坑口火电厂备用电源引接方案探讨

曾祥兵

摘 要：基于津巴布韦电力系统的实际情况，结合国内火电厂的设计案例，对津巴布韦西北部某坑口火电厂的备用电源引接方式进行了分析，并提出了改进建议。

关键词：备用电源；高备变；高厂变；断路器

中图分类号：TM621 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.077

截至目前，津巴布韦共有发电厂5座，总装机容量为1 960 MW，除万基电厂建于20世纪80年代外，其余均建于上20世纪四五十年代，设备状况极差。

本文研讨的项目位于津巴布韦西北部Gwayi地区，拟建2×300 MW的燃煤机组及配套煤矿工程，建成后将成为津巴布韦国内单机功率最大的电厂，属于典型坑口火电厂。《火力发电厂厂用电技术规定》（DL/T 5153—2002）中第4.5.2条规定，全厂应设置可靠的高压厂用备用电源或起动备用电源，但电厂备用电源的引接难度加大。本文结合项目的实际情况以及大量调查资料对电厂备用电源的引接方案进行分析论证，并提出了改进建议。

1 电厂主接线概述

该电厂的2台300 MW机组均采用发电机-变压器组单元，升压后接至厂内400 kV开关站，开关站采用双母线接线方式。新建的2回400 kV出线接至电厂西南侧20 km处的拟建400 kV线路解口点，发电机出口装有断路器，高厂变在主变低压侧与发电机出口断路器引接。

由于当地电力严重短缺，本工程配套的矿区、生活区、厂区取水泵房均考虑直接从建成后的电厂引接电源，加之机组厂用电的容量和预留业主自主支配的售电容量较大，经过相关计算和论证后，每台机组中考虑设置1台高压公用变和1台三相双分裂绕组高厂变。

2 电厂备用电源的常规引接方式

《大中型火力发电厂设计规范》（GB 50660—2011）中第16.3.10节指出，高压厂用备用电源可采用下列3种引接方式：①可由高压母线中电源可靠性最低的电压母线或由联络变压器第三（低压）绕组引接电源，并应保证在全厂停机的情况下，能从外部电力系统取得足够的电能，包括三绕组变压器的中压侧从高压侧获取电能；②在装设发电机断路器后，机组台数为2台及以上、出线回路为2回及以上时，还可由一台机组的高厂变低压侧厂用工作母线引接另一台机组的高压事故停机电源；③在条件允许的情况下，可由外部电网引接专用线路供电。

以上几种引接方式各有利弊，应结合工程的实际情况具体分析。对于第3种引接方式，经过电厂实地踏勘以及咨询当地电网公司得知，项目所在地区多为农村，附近仅有1条11 kV线路，电源容量非常小，电厂在施工用电高峰期需通过自配的柴油发电机保证供电，仅在电厂西北方向80 km以外的万基变电站才有可引接的132 kV电源。经初步计算，如果采用建设80 km的132 kV专线作为电厂的备用电源，则设备购置费约为550万美元，业主直接否定了该方案。由此可见，只能考虑采用规范中的前两种备用电源引接方式。

2.1 备用电源从电厂内高压母线引接

对于上述设计规范中的第一种方案，由于该电厂的电网非常薄弱，在排除外引专线的情况下，备用电源只能从厂内开关站400 kV母线经400/6.3 kV高备变引接，如图1所示。

该备用电源引接方式的最大特点是需增设大变比、小容量的高备变。以往，该变压器的制造尚处于起步阶段，缺乏运行基础，制约了该方案的应用。然而，随着技术的不断发展，目前，国内已有部分电厂选用了大变比、小容量的变压器，且其运行状况良好。但基于需要专门订制、价格昂贵等因素，应按31.5/20-20 MVA的标准确定高备变的容量。此外，考虑到出口等因素，其购置费及相应配套设备费总计达450万元。

该方案需要占用1个400 kV的出线间隔，进而增加了土建用地，提升了运维成本。此外，由于电厂与电网之间的关口计量点设置在主变高压侧，所以，电网公司会向电厂征收备用电费。经初步估算，业主每年将支付上百万的额外费用。

2.2 厂用母线之间相互引接备用电源

当地电网系统的容量非常小，整个津巴布韦的电力系统基本未配置专门的调峰和事故备用电源，仅有发电机额定容量为5%左右的旋转备用电源，且这些发电机与新建电厂的距离较远。因此，即使采用上述第一种设计方案，电网公司也无法保证预留足够的备用容量。在此情况下，当某机组主变-高厂变回路故障时，必须依靠相邻机组通过400 kV母线和高备变提供电能，以确保安全停机。因此，提出了将2台机组6 kV厂用段互联作为彼此备用电源的设计方案，如图2所示。值得注意的是，高压公用变的接线方式和容量按照相互备用的原则设计。

图2 2台机组6 kV厂用母线相互引接备用电源示意图

由图2可知，高厂变回路检修或故障时，其事故停机负荷由另一台机组高厂变提供，这会破坏厂用电系统的单元性，这也是上述第二种方案最大的缺点，且该方案只能满足机组事故停机或检修的需求。如果待停机组6 kV厂用电系统发生故障，只要保护正确动作，则不会对另一台正常机组的运行造成影响；如果保护拒动或因设备故障而导致越级跳闸，则只会影响另一台正常机组的6 kV厂用母线，不会造成立即停机。此外，当检修一台机组的主变和高厂变，另一机组的主变或高厂变发生故障时，机组不会失去备用电源，这是因为高厂变的非计划停运时间短于0.5 h/（台·年），且每台机组有应急柴油机作为后备电源保障。

如果一台机组的停机负荷由另一台机组的高厂变提供，则会增大高厂变的容量，进而在一定程度上增大了6 kV厂用电系统的短路电流。但通过合理选择电气参数可将6 kV系统的短路电流控制在40 kA以下。

对于事故停机负荷而言，相关工作人员应主要考虑凝结水泵、循环水泵、开式/闭式冷却水泵、空压机、汽轮机和锅炉变压器等的负荷。中国电力工程顾问集团公司编写的《大中型火力发电厂设计规范——电气专业调研报告》中指出，单台机组事故停机负荷容量一般为单元机组负荷总容量的30%.按此计算，选用高厂变40/25MVA-25 MVA即可满足相互引接备用电源的要求。

3 经济性比较

对于第一种方案，由于设置了高备变，所以，可选择容量较小的高厂变。经初步计算，可选择高厂变35/20-20 MVA。经过询价后得知，第一种方案与第二种方案的设备初期投资比较结果如表1所示。

由此可见，采用第二种方案的设备初期投资比第一种方案少约700万元，且采用第一种方案会额外收取电费，因此，第二种方案经济性优势非常明显。

4 结束语

综上所述，第一种方案与第二种方案相比，在技术上是相近的，唯一的差别就是在第一种方案中升压至400 kV后可实现迂回倒送供电，而第二种方案则直接由厂用6 kV母线互联供电；在经济性方面，第一种方案的初期投资比第二种方案多。因此，经过技术、经济方面的综合比较后，本文推荐选用第二种方案。

参考文献

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[2]田浩.大型火电厂取消专用高压备用变压器方案研究[J].电气应用，2011（01）.

[3]曹群佼，陈剑，徐秋蒙.无专用高压备用变压器时厂用电源切换方式探讨[J].电力建设，2014（02）.

〔编辑：张思楠〕