火力发电厂保安电源接线研究

国能浙江舟山发电有限责任公司 陈喜龙 中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司 郑 康 夏令龙

交流事故保安电源是指，当电网发生事故或其他原因致使火电厂厂用电长期停电时，提供机组安全停机所必需的交流用电系统[1-3]。本文基于某火力发电厂三期2×660MW扩建工程，研究该电厂保安电源接线方案及保安柴油机选型计算。

1 高压厂用电接线方案

该电厂已建成1台300MW及1台350MW机组，均以220kV接入系统，本期将新建2台660MW机组，通过500kV接入系统。本期新建机组厂用电接线方案如下：主接线采用发电机－变压器单元接线，发电机出口不装设断路器。每台机组设1台分裂绕组厂用工作变压器。两台机组设1台同容量的分裂变压器作高压起动/备用变压器，起动/备用电源从厂内220kV配电装置引接。每台机组设2段6kV母线。全厂设两段6kV输煤段母线A和B，两段间设置联络开关相连，其中#56机6kV输煤A段由6kV 5A段供电，#56机6kV输煤B段由6kV 6A段供电。具体接线如图1所示。

2 保安负荷统计

交流事故保安电源是指，当电网发生事故或其他原因致使火电厂厂用电长期停电时，提供机组安全停机所必需的交流用电系统。该电厂保安负荷进行统计结果见表1。

3 保安电源方案

由于柴油发电机组具有系统独立、可直接自起动、响应迅速等特点，是最可靠的火力发电厂保安电源。根据本项目特点，保安电源考虑如下三种设置方案：

图2 方案一接线示意图（#6机组与#5机组接线方式相同）

图1 厂用电接线方案

表1 保安负荷统计表

方案一（传统接线方案）：按机组设置保安柴油发电机组，分别向本机组保安负荷供电，该方案接线如图2所示。

该方案两台机组的保安电源系统完全独立，每台柴油发电机组功率按满足本台机组保安负荷容量及起动要求选择，工作电源及柴油发电机间控制及闭锁逻辑简单。按表1的负荷统计结果，柴油发电机组功率应大于858kW，容量应大于998kVA。考虑发电机组连续运行能力、首次加载能力、电动机启动压降等要求，初步选择柴油发电机组为1200kW/1500kVA。根据DL/T 515-2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》附录D提供的计算方法对柴油发电机组功率进行复核如下。

一是考虑发电机带负荷启动最大一台电机短时过负荷能力校验，校验公式为：

该电厂最大电动机为汽机交流电动油泵，功率132kW，起动电流倍数取5.5，柴油发电机组短时过载倍数取1.5，计算结果为Se≥1199kVA。所选发电机满足要求。

二是柴油机实际输出功率复核。由于本项目海拔低于100m，最热月平均气温27.1℃，根据制造厂反馈，发动机无需进行功率修正。

三是柴油机持续1h运行状态下输出功率校验，校验公式如下：

配合系数α取1.15，发电机效率η取0.95，计算结果为Px≥944kW，所选柴油发电机组满足要求。

四是柴油机首次加载能力的校验，制造厂保证的柴油发电机组首次加载能力不低于额定功率的50%，为此要求柴油机的实际输出功率不小于2倍初始投入的起动有功功率，校验公式如下：

表1中第1～12项负荷设置为首次加载负荷，总功率为283.2kW，起动电流倍数取5，起动功率因数取0.4，计算结果为Px≥1133kW，所选柴油发电机组满足要求。

五是最大电动起动时母线上的电压水平校验，校验公式如下：

该电厂最大电动机为汽机交流电动油泵，功率132kW，起动电流倍数取5.5，柴油发电机组暂态电抗取0.2，计算结果为Um=90%。所选发电机满足要求。

方案二：按机组设置保安柴油发电机组，两台机组保安段设置联络开关，两台机组的保安电源互为备用，该方案接线如图3所示。

图3 方案二接线示意图

图4 方案三接线示意图

当全厂失电时，若#5柴油发电机正常投入，而#6柴油发电机组无法因故障投入运行，则联络开关闭合，由#5柴油发电机组向#6机组的保安段供电，从而提高保安电源的可靠性。但是本方案两台柴油发电机组互为暗备用，每台柴油发电机组容量除满足本台机组保安负荷容量及起动要求外，还需要考虑另外一台机组的保安负荷容量及起动要求。根据表1统计保安负荷统计结果，并考虑柴油机配合系数等因素，若每台柴油发电机组需按满足两台机的全部保安负荷供电要求计算，则其单台柴油机功率需达到1900kW，需选择2000kW柴油发电机组，投资较高。

表2 保安电源接线方案对比

为减小投资，本方案考虑两台机组柴油发电机不同时备用。柴油发电机容量仅按满足单台机组保安负荷的需求计算，选择1200kW，仅当#5（#6）机组正常运行，#6（#5）机组失电时，将#5（#6）机组的柴油发电机作为#6（#5）机组的后备保安电源，保安母线联络开关为手动投运，并设置闭锁，避免出现一台柴油机同时向两台机组保安负荷供电。

方案三：按机组设置保安柴油发电机组，分别向本机组保安负荷供电，另外设置一台专用保安变压器及保安PC段，为两台机组保安段提供备用电源，该方案接线见图4。

本方案考虑设置一台2500kVA保安PC变压器，每台机组2段保安MCC，共设置4回出线，分别接至#5（6）号机保安MCC A、B段。保安变压器电源可取自老厂#3机组6kA 3A段11A柜备用间隔。该方案柴油发电机按单台机组保安负荷选择，无需增大柴发容量，但是需要新增保安变压器、保安PC段及相关电缆。与方案二类似，由于本方案每段保安母线新增一路备用电源，控制及闭锁逻辑复杂。上述三种方案对比见表2。

4 结语

相对于传统保安接线方案（方案一），方案二通过两台机保安柴油发电机母线设置一回联络电路，即可使两台机组保安柴油机互为备用，进一步提高机组保安电源的可靠性。而对于方案三，投资较大且及控制相对复杂，另外新增保安变压器电源引自#3机组6kV段，实际与高压备用变压器来自同一电源，对提高保安电源可靠性的效果有限。综上所述，该电厂保安电源推荐采用方案二，即为每台机组配置一台保安柴油发电机组，每台柴油发电机组容量选择1200kW，两台机组保安段母线设置联络开关，增强机组保安电源可靠性。