装设、取消启动备用变压器两种主接线方式经济性探讨

庞飞

（华润电力（仙桃）有限公司）

0 引言

随着发电机出口断路器（GCB）在机组上广泛应用及其应用经验不断积累，目前采用取消启备变的主接线方式也越来越受到重视，本文从技术经济性和电能损耗两方面对两种主接线方式进行阐述。

某公司电气主接线原设计为本期新建2 台660MW 机组，以发电机-变压器组单元接线方式接入厂内220kV 配电装置，发电机出口不装设断路器（GCB），主变容量780MVA，每台机组设置一台容量为63/38-38MVA 的高压厂用变压器，其高压侧电源由发电机与主变压器低压侧之间引接，两台机组设置一台容量为63/38-38MVA 的启备变，发电机正常发电和解列通过主变高压侧开关来实现，机组停机运行方式为启备变带电运行，主变和高厂变停运，此种方案为有启备变方案，主接线见图1。

图1 不装设GCB、设置启备变方案接线示意图

后将主接线更改为取消专用启动/备用变压器及相应设备，在发电机出口设置断路器GCB，由于装设发电机出口断路器，机组的正常启动和停机可以通过主变压器-高压厂用变压器由220kV 配电装置倒送电，发电机正常发电和解列可以通过发电机出口断路器GCB 来实现，机组停机运行方式为主变和高厂变带电运行，发电机出口断路器GCB 断开，由一台机组的高压厂用变压器兼做另一台机组的事故停机电源，此种方案为无启备变方案，主接线见图2。

图2 装设GCB、不设启备变方案接线示意图

1 高压厂用变压器容量的确定

由一台机组的高压厂用变压器兼做另一台机组的事故停机电源时，需要确定机组事故停机负荷的容量。事故停机负荷的容量如何计算，目前看法较多，很难统一。 有的认为，事故停机负荷就是事故保安负荷，在设置事故保安柴油发电机组之后，事故停机不是问题，可以保证人身和设备的安全；但有的工程则认为，重要负荷如凝结水泵、循环水泵、开式冷却水泵、闭式冷却水泵、汽机变、锅炉变等均为事故停机负荷。根据各个电厂调研的情况，电厂运行人员认为在事故停机时，凝结水泵、循环水泵、开式冷却水泵、闭式冷却水泵及1 台空压机应计入事故停机负荷。

经过多方调研和与设计院沟通，当一台机组事故停机时，主变和高厂变均失电，厂用电失电，柴油发电机能够保证机组安全停机，仅把照明和检修电源作为单台机组的事故停机负荷，由于机组照明和检修电源容量较小，故高压厂用变压器容量选型与启备变基本一致。

按此原则，高压厂用变压器容量选择为63/38-38MVA，阻抗电压选择为Ud=19%（以高压侧为基准），调压形式为有载调压。

2 两种方案的经济性比较

（1）电气主接线方案技术特点

电气主接线方案技术特点如表1 所示。

表1

（2）电气主接线方案的经济比较

电气主接线方案选择是否合理，不仅体现在供电的可靠性和安全上，也体现在方案的适用性和经济性上，应综合考虑配套设备的供货情况、投资的多少等问题，如表2 所示。

表2

对比两个电气主接线方案，两者在经济上投资接近，而技术上各有优缺点，常规的设置专用起动备用变压器方案的主要优点是保持机组的单元性，检修备用功能较好，当主变或高厂变故障检修时，启备变可带厂用电运行，该接线属于常规接线。不设置专用的启备变时，高压厂用变压器互为停机备用单元的方案具有正常运行时机组操作方便，只需分合发电机出口断路器GCB 就能实现机组启停，接线和布置简单清晰的优点，在机组正常运行时，可以减少启备变空载运行带来的损耗，也为机组运行节省一定费用；其缺点是机组的单元性和检修备用功能略差，主变或高厂变故障检修时厂用电会失电。

3 两种方案电能损耗对比分析

（1）机组安全运行时间统计

在含启备变方案中，正常情况下，为保证机组运行的安全性，在一年运行周期内，除启备变预试时间以外（预试时间若无意外一般为2 天），启备变均应保持运行在近似空载备用状态，理论上启备变空载备用时间为363 天（一年按365 天计算）。

在取消启备变方案中，在正常情况下，为保证机组运行的安全性，在一年运行周期内，若某台机组停机时，因只断开了发电机出口断路器GCB，停机机组的主变和高厂变仍带电，处于近似空载备用状态，为机组厂用电供电，通过调研省内其他电厂运行时间，一般机组运行时间为8～9 个月，即240～270 天。

实际上停运机组仍要保留一部分必要的交流负荷维持运行，一般负载按0.5～2MW 之间，以上提到的近似空载备用状态指的是变压器所带负荷相对于变压器容量来说很小，可以忽略不计，近似空载运行。

（2）变压器空载损耗统计

有启备变方案变压器损耗如表3 所示。

表3

无启备变方案变压器损耗如表4 所示。

表4

4 电能损耗分析计算

造成电能损耗绝大部分是主变、高厂变、启备变在热备用状态的空载损耗，极少量损耗为机组停机状态为维持机组必要的交流负荷经主变、高厂变由系统倒送电能时，在主变、高厂变线圈中引起的负载损耗，在有启备变方案中是经启备变由系统倒送电能时，在启备变线圈中引起的负载损耗。虽说两种方案系统电能倒送路径不同，但经主变、高厂变倒送时引起的负载损耗与经启备变倒送电能引起的负载损耗值差别不大。

由于此种状态时对于主变来说负载率仅为0.06%～0.26%、对于高厂变来说负载率仅为0.8%～3.1%、对于启备变来说负载率仅为0.8%～3.1%（此时，所带负载按0.5MW～2MW 计），负载率很小。负载损耗的大小与负载率的平方成正比，因此计算得出的负载损耗绝对值很小，这种损耗可忽略不计。

考虑有启备变和无启备变两种方案在机组正常运行状态下，高厂变容量不同，其有载损耗亦不同，但生产厂家提供的有载损耗值为满载时计算值，正常运行时，两种方案的厂用负荷是相同的。因此，真正的高厂变有载损耗基本相近，在做两种方案电能损耗对比时，也不必考虑。

根据上述总结，可以建立如下公式：

（P主＋P厂）×24×T＝P启×24×363

通过上式可以求得：T≈47（天）。

式中，P主为主变的空载损耗（kW）；P厂为高厂变的空载损耗（kW）；T为两种方案电能损耗相等时的时间天数（两台机组停机时间之和）。

综上所述，按一年周期统计，两台机组合计停机天数为47 天时，无启备变方案变压器的电能损耗量与有启备变方案时，变压器的电能损耗量相当；当两台机组累计停机时间超过47 天越多，无启备变方案比有启备变方案电能损耗越多；当两台机组累计停机时间低于47 天，无启备变方案比有启备变方案电能量损耗少。

注：上述公式计算未考虑机组大小修情况，在机组大小修时，会出现全停情况，在全停时就没有变压器损耗。

5 结束语

取消专用启备变压器及相应设备，在发电机出口设置断路器方案与常规的设置启备变方案，经过充分的经济性论证，结论为两种方案均可行，投资金额相差不大。在节能方面，通过计算结果表明，在机组质量良好，外部条件允许的前提下，机组长期稳定运行，两台机组在一年周期内合计停运时间不超过47天的情况下，取消启备变方案的电能损耗低于保留启备变的方案。