单元制机组厂用电系统优化与应用

张文祥

摘 要：当前电力市场竞争激烈，火力发电利用小时不断下降，导致众多火电机组长期处于停备状态，不少电厂需要高价采购电网外部电量，本文介绍了一种厂用电系统优化接线方案，不仅可以实现双机电源互联，还可以实现本机电源、邻机电源与外部电源相互切换，对于火力发电企业降低外购电成本，提高厂用电系统灵活性和可靠性，具有一定的参考价值。

关键词：火力发电厂; 厂用电; 互联; 快切

中图分类号：TM645

0  引言

近年来，火力发电装机容量上升迅猛，甚至出现了局部过剩现象，同时为了确保风电、光伏为代表的新能源优先发电，导致火力发电机组利用小时数不断下降，许多机组处于长期停备状态。由于不少火电厂在基建时采用单元制接线方式，没有考虑机组长期停备的情况，导致停备机组需要从电网购电，电厂外购电成本上升。在电力市场竞争日益激烈的形势下，有必要在确保机组安全运行的条件下，对厂用电系统进行优化，以进一步降低发电成本，提高企业市场竞争力。

1  HY电厂厂用电源接线及运行方式

HY电厂现有两台330MW机组，均为单元制接线，按《大中型火力发电厂设计规范》（GB 50660-2011）标准，交流厂用电系统采用6kV一级高压厂用电电压。其中#3机组6kV厂用电包括6kV3A段、6kV3B段，#4机组6kV厂用电包括6kV4A段、6kV4B段，机组正常运行时，厂用电取自各自高厂变低压侧，高厂变电压来自发电机，机组启动、备用时厂用电分别取自#2、3启备变，启备变电源来自电网110kV线路。具体接线方式如图1。

由于近年来发电利用小时数下降较多，HY电厂长时间处于单机运行状态，停运机组6kV厂用电系统通过启备变供电，按近三年来平均下网电量800万kWh/年、启备变关口下网电价0.6118元/kWh、机组主变关口上网电价0.391元/kWh计算，由于上网电价与下网电价价差，导致电厂每年多支付差额电费176万元。随着电力市场改革的不断推进，上网电价采取市场定价方式，其价格还有进一步下降趋势，上述差额电费还将扩大。

同时，启备变的运行方式也缺少灵活性。启备变停电检修工作必须在机组运行时才能进行，否则将导致机组厂用电源失去。而机组运行时进行启备变停电检修，又导致机组无备用电源，系统运行方式薄弱，一旦机组故障停机，需要依靠保安电源进行事故停机，安全风险大。为了减少下网电量、降低企业成本，同时提高系统可靠性、灵活性，HY电厂拟对6kV厂用电系统进行优化。

2  6kV厂用电系统优化方案

根据《大中型火力发电厂设计规范》16.3.10条，对于大型火力发电厂，机组的启动和备用电源可以采用以下两种方式接入：（1）接入外部电力系统，通过启动/备用变压器降压后供给厂用工作母线;（2）当机组台数为2台及以上且装有发电机断路器（Generator Circuit-Breaker，GCB）的，可以由一台高压厂用变压器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。方式一的优点是可靠性高，备用电源采用明备用，通过快切可以实现无扰切换，有利于事故处理，缺点是经济性差。方式二的优点是节省变压器的投资，缺点是可靠性差，当一台机组停运时，会导致运行机组厂用电缺少备用电源。

针对上述两种接线方案的优缺点，本文提出一种新的接线方案，可以实现高厂变、启备变电源及双机互供厂用电。其接线示意图如图2。

本方案在保留原启备变的情况下，将#3机组6kVA段与#4机组6kVB段通过联络开关实现互联，增加两套快切装置，通过串联切换实现电源切换。当两台机组正常运行时，本机6kV厂用工作母线由本机高厂变供电，本机启备变为第一事故备用电源（明备用），联络开关6143、6444处冷备，必要时邻机6kV母线可以作为本机第二事故电源（暗备用）。当一台机组运行、一台机组停机备用时，运行机组6kV厂用工作母线由本机高厂变供电，本机启备变为事故备用电源，联络开关6143、6444处运行，由运行机组向停运机组供电。当两台机组全停时，每台机组的厂用工作母线由本机启备变供电，联络开关6143、6444处热备，两台机组6kV母线互为备用电源。

3  实施效果及应用注意事项

基于前述方案，HY电厂对#3、4机组进行了两台机组6kV厂用电系统互联优化改造。通过改造，达到了以下效果：

（1）两台机组的6kV厂用电系统互为备用电源，在单机运行时，可以大幅减少下网电量，减低购电费用，节约成本，经测算每年预計可以节省下网电费100余万元。

（2）项目增加设备少、改造费用低，通过增加两组联络开关、联络电缆、快切装置，并对DCS逻辑部分优化即可实现预期目标。

（3）在外接110kV电源故障或启备变检修时，可以采用邻机电源作为备用电源，提高了运行机组的可靠性，降低了安全风险。

（4）通过快切装置串联方式进行电源切换，减少了人工倒闸的繁琐操作，又减少对系统的冲击，实现无扰切换。

当然，由于这种厂用电系统接线方案在国内外火电厂种较为罕见，目前属于一种非典型设计，因此在实施和应用时，需要特别关注以下事项：

（1）需要核算负荷容量，确保一台机组运行、一台机组备用时的总负荷小于高厂变的额定容量。

（2）由于改造后6kV母线有三路电源，为避免误操作，需要增加五防闭锁功能，严禁三路电源开关同时处于热备或运行位置。

（3）为避免非同期合闸对运行机组造成冲击，当准备由运行机组对停备机组供电时，必须通过快切装置进行电源切换，且宜采用串联方式。通过快切装置检测压差、频差、相角差满足条件后方可合闸联络开关，如果快切闭锁，说明同期条件不满足，则必须通过6kV母线停电的方式进行人工倒闸操作。

（4）在保护配置及定值整定方面，优先考虑保护运行机组安全，新增联络开关6143、6444过流动作电流及时间应小于工作电源开关6101、6202设置值，确保不因停备机组厂用电母线或负载故障，导致事故扩大至在运机组。

4  结论

本文结合实际项目对6kV厂用电系统进行优化改造，在少量增加设备的情况下，提高了系统可靠性和经济性，有效降低了电厂外购电量，同时提出了改造中的注意事项，具有一定的参考价值，可在同类型机组中推广应用。

参 考 文 献

[1] 钱亢木. 大型火力发电厂厂用电系统[M]. 中国电力出版社， 2001.

[2] 孙锐，陆国栋，许继刚，等.大中型火力发电厂设计规范 GB 50660-2011[S].中国计划出版社，2011 发布，2017实施.