高压厂用电互联技术方案分析

高 峰,杨沛豪,李海军,孙梦瑶,潘乐宏

1.西安热工研究院有限公司 西安 7100542.中国电工技术学会 北京 1000553.华能铜川照金煤电公司 陕西铜川 727031

1 项目背景

随着电力体制改革的不断深入,电网对高压备用变压器和主变压器反送电收取的电价远高于电厂自身的发电成本,若电厂装机容量大、运行时间长,必将产生大量的外购电费,直接影响企业的经济效益,在机组停运检修期间这一问题尤为突出。机组检修期间使用的高压备用变压器电量属于外购电,价格较高。为了提高机组的经济性,减少外购电,越来越多的发电厂开展高压厂用电互联改造工程,即一台机组检修时,检修电源由另一台正常运行的机组厂用电提供[1-3]。

笔者以广东某发电厂为例,通过对厂用电系统进行研究,提出一种可靠的高压厂用电互联技术方案,对这一方案的安全性、灵活性、经济性进行深入分析。

2 系统情况

某发电厂发电机变压器组采用单元接线,发电机和变压器之间设置断路器,1号、2号发电机每机设置一台分裂高压厂用变压器和一台双绕组高压厂用变压器,3号、4号发电机每机设置一台分裂高压厂用变压器。备用电源接于110 kV系统,四台机组共用一台高压备用变压器。高压厂用电电源切换采用快切方式,仅作为机组事故情况下的安全停机用。6 kV厂用电系统如图1所示[4-5]。

当机组正常运行时,6 kV厂用电系统的运行方式如下:

(1) 6 kV 1A段、1B段由1A号高压厂用变压器供电,6 kV 1C段由1B号高压厂用变压器供电;

(2) 6 kV 2A段、2B段由2A号高压厂用变压器供电,6 kV 2C段由2B号高压厂用变压器供电;

(3) 6 kV 3A段、3B段由3号高压厂用变压器供电;

(4) 6 kV 4A段、4B段由4号高压厂用变压器供电。

1号高压备用变压器用作机组辅机的调试电源和机组的启动电源,同时用作机组运行中任一6 kV母线工作进线开关故障情况下的备用电源,以及发电机变压器组故障情况下保证机组安全停机的备用电源。1号高压备用变压器作备用时,处于运行状态,6 kV侧开关处于热备用状态,快切装置及开关柜压板按保护压板投退清单投退。

机组正常运行,1号高压备用变压器带一段6 kV母线运行,同时另一低压绕组作为对应供电的任一6 kV母线段的紧急备用。1号高压备用变压器在不超过设计容量的情况下,可以带多段6 kV母线运行,运行时注意各分支不得超过高压备用变压器的额定电流。

3 技术方案

根据该发电厂6 kV厂用电系统及未来储能接入的运行情况,提出高压厂用电互供技术方案。1号、2号发电机通过新增互联母线互联,在1号、2号发电机6 kV厂用电段各安装一个互联开关,通过操作互联开关,可以实现1号、2号发电机检修期间的6 kV厂用电任意互联,从而能够实现运行机组的厂用母线向检修机组的厂用母线供电,提高机组的安全性和灵活性。高压厂用电互联技术方案如图2所示。

图2 高压厂用电互联技术方案

4 运行方式与容量分析

在分析厂用电互联技术方案是否可行时,相关高压厂用变压器容量是必须要考虑的因素。

根据以往经验,机组在检修时的用电量很小,通常高压厂用变压器最大负荷只有额定容量的60%,容量富裕度较大,一般均可以满足厂用电互联运行的要求。但是基于安全考虑,要根据互联改造后的连接情况,对高压厂用变压器容量校核进行计算,检验是否可以满足要求。以该发电厂为例,对上述厂用电互联技术方案中的高压厂用变压器容量进行核算分析[6]。

1号发电机检修时,其厂用电由2号发电机提供,厂用电互联方式如图3所示。

图3 1号发电机检修时厂用电互联方式

1号发电机检修时,其它发电机正常运行。1号发电机6 kV厂用电1A段、1B段、1C段由2号发电机6 kV用厂电2C段供电,1号发电机6 kV厂用电1A段正常检修电流为751 A,1B段正常检修电流为810 A,1C段正常检修电流为785 A,2号发电机6 kV厂用电2C段满负荷运行电流为730 A,2B号高压厂用变压器总运行电流为3 076 A,2B号高压厂用变压器总运行容量为33.6 MVA,2B号高压厂用变压器额定容量为32.5 MVA,2B号高压厂用变压器负载率为103.4%。

2号发电机检修时,其厂用电由1号发电机提供,厂用电互联方式如图4所示。

图4 2号发电机检修时厂用电互联方式

2号发电机检修时,其它发电机正常运行。2号发电机6 kV厂用电2A段、2B段、2C段由1号发电机6 kV厂用电1C段供电,2号发电机6 kV厂用电2A段正常检修电流为620 A,2B段正常检修电流为949 A、2C段正常检修电流为501 A,1号发电机6 kV厂用电1C段满负荷运行电流为785 A,1B号高压厂用变压器总运行电流为2 855 A,1B号高压厂用变压器总运行容量为31.2 MVA,1B号高压厂用变压器额定容量为32.5 MVA,1B号高压厂用变压器负载率为96%。

通过以上分析可以得到结论:

(1) 1号发电机检修,6 kV厂用电1A段、1B段、1C段由2号发电机6 kV厂用电2C段供电,此时2B号高压厂用变压器负载率为103.4%,互联时应注意手动控制负荷投入,防止2B号高压厂用变压器过载;

(2) 2号发电机检修,6 kV厂用电2A段、2B段、2C段由1号发电机6 kV厂用电1C段供电,此时1B号高压厂用变压器负载率为96%,1B号高压厂用变压器容量满足厂用电互联要求。

5 保护与连锁回路分析

以2号发电机检修为例,2号发电机的厂用电由厂用电互联母线供电,162a、162b、162c开关闭合,2号发电机的厂用电工作进线602a、602b、602c开关和厂用电备用进线062a、062b、062c开关断开。厂用电互联母线由1号发电机6 kV厂用电1C段供电,161c开关闭合。161c开关作为工作进线601c开关和备用进线061c开关的下一级开关,其保护配置应该和601c、061c开关保护配合,601c、061c开关通常配有一段限时速断保护和一段过流保护。为保证2号发电机的检修负荷不影响1号发电机的正常工作,需要保证2号发电机厂用电上发生的短路故障由161c开关可靠切除。因此,161c开关可配置两段保护,即一段限时速断保护和一段过流保护。对于限时速断保护,动作电流和动作时间应比工作进线601c开关和备用进线061c开关的限时速断保护小一个级差,同时要与下一级电流速断或限时速断保护配合。对于过流保护,动作电流应躲过2号发电机检修负荷的自启动电流,动作时间比工作进线601c开关和备用进线061c开关的过流保护小一个级差。162c开关的保护配合与161c开关相同。

对于161a、161b、162a、162b开关,可以只配置一段过流保护,动作电流按躲过本段检修负荷的自启动电流整定,动作时间按与下级过流保护或限时速断保护配合整定,同时保证不大于上级保护的动作时间[7-10]。

6 安全性分析

6.1 正常运行工况分析

通过对发电厂机组满负荷运行时高压厂用变压器负载率进行分析,得出发电厂正常运行机组向检修机组提供电源是可行的。

6.2 高压厂用变压器过负荷限制措施

由一台正常运行机组向其它检修机组提供厂用电,运行机组能够为其它检修机组提供的最大负荷需经过计算,并留有一定裕度,确保运行机组高压厂用变压器不过负荷。同时应采取以下措施来限制过负荷的影响:

(1) 为保证运行机组的安全,要对大功率用电设备进行排查,结合历史运行情况分析,并经过设计核算,必要时还需经过试验验证,确认检修机组可能出现的最大负荷对运行机组的影响;

(2) 在继电保护中配置过负荷保护,当出现过负荷的情况时,立即切除影响机组运行的检修段负荷;

(3) 检修机组进入辅机系统调试阶段,考虑恢复高压备用变压器或主变压器反送电供电模式,减小调试机组试运系统对运行机组的影响。

军校军事英语教学是建立在已有语言基础上的二语教学。教学对象为军校学员，他们已掌握大量以母语形式呈现的军语；经过前期通用英语学习，积累了一定英语词汇。但与通用英语词汇不同，军事英语词汇专业性更强，但是学时更短，学员学习起来难度更大。感觉词汇记忆困难，汉语军语与英语军语匹配困难。因为在利用本族语(中文)进行军事英语词汇教学实践过程中，学员除了会受到通用英语词汇词义的影响之外，还会因为中英两种语言文化差异，存在词语形式与意义在跨语言匹配上的障碍。

通过以上措施,可以保证正常运行机组为检修机组提供厂用电时的自身厂用电安全性。

6.3 事故分析

(1) 运行机组跳机,主变压器不停运事故。正常运行机组运行中发电机跳闸,主变压器及高压厂用变压器仍然运行,厂用电正常。

(2) 运行机组跳机,主变压器停运事故。分为两种情况。第一种,检修机组提供厂用电的运行机组主变压器跳闸,失去厂用电,可采用长延时闭合高压备用变压器低压侧开关,恢复原设计的备用电源方式。第二种,其它正常运行机组主变压器跳闸,待该机组厂用负荷低电压延时跳闸后,由运行机组通过快切提供厂用电,保证安全停机。

(3) 厂用母线故障。如果运行机组的厂用母线发生故障,原则上过流保护会闭锁快切,防止备用电源投入故障母线。发电厂目前的发电机变压器组保护定值中,高压厂用变压器分支过流保护动作时间为1.1 s,保护动作为跳各自分支开关,闭锁切换。高压厂用变压器低压侧零序保护中,接地保护动作电流为2 A,延时为0.8 s,动作为跳相应分支开关,闭锁切换。可见,母线单相及相间短路故障下,保护均可闭锁快切动作。

若发生备用电源误投入备用故障母线这种保护闭锁失灵导致的三重故障情况,则会发生工作分支越级跳闸。一般设计原则中不考虑多重故障这种小概率事件,但如果发生这种故障,将使采用互联技术方案的正常运行机组一条高压厂用母线失电,从而导致机组降负荷。原系统发生此类故障,会导致备用电源跳闸,但对正常机组无影响。

(4) 备用电源故障。目前,全厂四台机组共用一台高压备用变压器,备用电源来自厂外独立110 kV系统。极端情况下,如果该电源故障,将导致全厂失去备用电源。

7 储能系统分析

根据发电厂发电机组储能辅助调频系统可行性研究报告,拟将20 MW储能系统分为12 MW、8 MW两个子系统,分别接入3号、4号发电机高压厂用变压器6 kV A段和B段备用间隔,两个子系统分别辅助3号、4号发电机参与调频,或合并为20 MW辅助3号、4号发电机参与调频。根据电气核算,6 kV A段实际运行中负荷较低,考虑加入12 MW 储能系统;6 kV B段实际运行中负荷较高,考虑接入8 MW储能系统。开关之间设有电气闭锁回路,保证同一储能子系统不同时接在不同机组的母线段上。储能系统接入3号、4号发电机如图5所示。

图5 储能系统接入3号、4号发电机

3号发电机高压厂用变压器6 kV A段接入12 MW储能系统后最大电流为2 599 A,3号发电机高压厂用变压器6 kV B段接入8 MW储能系统后最大电流为2 753 A,合计运行电流为5 352 A,容量为58.4 MVA,3号高压厂用变压器负载率为102.5%。

4号发电机高压厂用变压器6 kV A段接入12 MW储能系统后最大电流为2 599 A,4号发电机高压厂用变压器6 kV B段接入8 MW储能系统后最大电流为2 733.2 A,合计运行电流为5 332.2 A,容量为58.18 MVA,4号高压厂用变压器负载率为102.1%。

根据储能系统接入3号、4号发电机高压厂用变压器容量校核结果,可知3号、4号发电机接入20 MW储能系统后,高压厂用变压器容量剩余裕度不足,因此3号、4号发电机厂用电互联容量不足,无法采用厂用电互联技术方案。

8 经济效益分析

该发电厂全年检修时间约为55 d,当采用主变压器或1号高压备用变压器供电时,需要向电网按照0.501 6元/kWh付费,电厂的发电成本约为0.233 元/kWh。可见,通过对1号高压备用变压器的共箱母线及厂用接线方式进行改造,使检修机组的6 kV厂用电引自其它运行机组的厂用电,减少从主变压器反送或1号高压备用变压器的用电,可以降低机组检修期间的用电成本。

根据该发电厂分散控制系统统计数据,以发电厂2号发电机小修时间55 d保守计算,折合1 320 h,2号发电机1 a外购电总费用为1 346万元。采用高压厂用电互联技术方案后,2号发电机检修用电由1号发电机厂用电提供,检修电量费用降低为625万元,节约电费721万元。1号发电机检修时,检修电源可由2号发电机厂用电提供,1 a检修用电费用可由1 525万元降低为709万元,节约电费816万元。可见,该发电厂采用高压厂用电互联技术方案后,每年可实现利润1 537万元。采用高压厂用电互联技术方案经济效益见表1。

9 结束语

目前厂用电互联方案较多,需要根据发电厂实际情况进行选择,其中主要的参考因素是技术性和经济效益。在确保厂用电互联安全运行的前提下,笔者提出的高压厂用电互联技术方案有三方面优点。

表1 采用高压厂用电互联技术方案经济效益

(1) 提高机组的安全性。发电厂通过邻机高压厂用电互供,可以在高压备用变压器停运或故障时,通过机组之间的互联母线供电,在很大程度上提高了机组的安全性。

(2) 提高机组的灵活性。机组在检修时,不但可以通过高压备用变压器反送电供电,还可以通过机组之间的互联母线供电。

(3) 节能降耗。通过邻机高压厂用电互供,高压备用变压器可以不需要长期空载运行,降低了损耗。

根据分析,结合现场实际运行及未来储能系统接入要求,建议该发电厂优先采用高压厂用电互联技术方案,1号、2号发电机互联,并保留原有备用电源,改造量小,高压厂用变压器裕度充足。