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沙角C電廠廠用電結(jié)線分析
摘 要 660MW大機組廠用電結(jié)線目前在國內(nèi)仍處于探索階段，特別是對于660MW及以上大型機組是否裝設(shè)發(fā)電機出口開關(guān)及裝設(shè)發(fā)電機出口開關(guān)的結(jié)線方式仍處于討論中。廣東沙角C電廠3×660MW機組是總承包工程，3臺機組均裝設(shè)發(fā)電機出口開關(guān)。沙角C電廠用電結(jié)線方案選擇過程、設(shè)計原則、廠用電系統(tǒng)電壓等級及切換和開關(guān)設(shè)備選型可作為我國600MW大機組的廠用電結(jié)線借鑒。1 方案選擇
沙角C電廠(簡稱沙角C廠)有3臺660MW機組，每臺機組發(fā)出的電能都是經(jīng)各自的主變壓器升壓至500kV，由500kV變電站進入廣東省主網(wǎng)。發(fā)電機機端電壓為19kV，主變壓器為Yo/△接線，每臺機有2臺容量各為44MVA的△/Yo接線高壓廠用工作變壓器，2臺高壓廠用工作變壓器各帶一10kV機組段。全廠設(shè)1臺容量為44MVA的高壓廠用備用變壓器及設(shè)高壓廠用公用段10kV兩段。廠用電接線如圖1所示。對于這樣一種結(jié)線，在工程談判階段業(yè)主和設(shè)計院曾就電廠的廠用電結(jié)線作了兩個方案比較。
方案一：全廠設(shè)高壓廠用起動/備用變壓器，而不設(shè)發(fā)電機開關(guān)；
方案二：每臺機裝設(shè)發(fā)電機開關(guān)，而全廠只設(shè)1臺容量較小的高壓廠用備用變壓器。
方案二的優(yōu)點是：
a)機組正常起、停不需切換廠用電，只需操作發(fā)電機開關(guān)，廠用電可靠性高。
b)機組在發(fā)生發(fā)電機開關(guān)以內(nèi)故障時(如發(fā)電機、汽機、鍋爐故障)，只需跳開發(fā)電機開關(guān)，廠用電源不會消失，也不需切換，提高了廠用電的可靠性，同時減輕了操作人員的工作量和緊張度。這一點在沙角C廠的調(diào)試過程中，表現(xiàn)非常突出。同時對于國內(nèi)大型機組采用一機只配一主操作員和一副操作員的值班方式非常有益。
c)對保護主變壓器、高壓廠用工作變壓器有利。對于主變壓器、高壓廠用工作變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時，由于發(fā)電機勵磁電流衰減需要一定時間，在發(fā)電機-變壓器組保護動作切除主變壓器高壓側(cè)斷路器后，發(fā)電機在勵磁電流衰減階段仍向故障點供電，而裝設(shè)發(fā)電機開關(guān)后由于能快速切開發(fā)電機開關(guān)，而使主變壓器受到更好的保護，這一點對于大型機組非常有利。
d)發(fā)電機開關(guān)以內(nèi)故障只需跳開發(fā)電機開關(guān)，不需跳主變壓器高壓側(cè)500kV開關(guān)，對系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響較小，對電網(wǎng)有利。
方案一無上述優(yōu)點。
對于方案二，當時我們主要擔心發(fā)電機開關(guān)價格昂貴，增加工程投資，以及發(fā)電機開關(guān)質(zhì)量不可靠，增加故障機會。對于工程投資的比較是如果不裝設(shè)發(fā)電機開關(guān)，按目前國內(nèi)大型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)程要求的2臺600MW機組需配2臺高壓廠用起動／備用變壓器的原則，沙角C廠則要配4臺較大容量起動／備用變壓器，且由于條件所限，起動／備用變壓器的電源只能從沙角A廠220kV系統(tǒng)引接。因而，方案一需增加220kVGIS間隔4個，220kV電纜4根，220kV級的較大容量起動／備用變壓器4臺；方案二需增加33kV電纜1根，33kV級的較小備用變壓器1臺，發(fā)電機開關(guān)3臺。方案一的投資可能超過方案二。對發(fā)電機開關(guān)質(zhì)量問題，經(jīng)調(diào)查了解，當時GEC-ALSTHOM公司法國里昂開關(guān)廠生產(chǎn)的空氣斷路器，額定電流33.7kA，額定開斷電流180kA，這種斷路器已供應(yīng)美國、法國許多大型核電站使用，運行良好。
因此，我們最終選擇了方案二，并選用了GEC-ALSTHOM公司的PKG2C空氣斷路器。目前這種斷路器經(jīng)在沙角C廠多年的運行，上百次的動作，證明其性能良好。
沙角C廠發(fā)電機開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)：
型號
滅弧介質(zhì)
額定電流
額定電壓
額定頻率
額定對稱開斷電流
額定不對稱開斷電流
額定短路關(guān)合電流
額定短時承受電流
對地工頻耐壓
雷電沖擊耐壓峰值
額定開斷時間
額定負載下操作順序
正常操作壓力
最低操作壓力 PKG2C
壓縮空氣
33.7kA
21kV
50Hz
180kA
340kA
509kA
275kA
70kV/min
170kV
0.1s
CO—30min—CO
3.34MPa
3.00MPa
2 設(shè)計原則
2.1 高壓廠用工作變壓器的容量設(shè)計
GEC-ALSTHOM公司對高壓廠用工作變壓器容量的設(shè)計原則為：
a)帶單機負荷的一半，加1臺電動給水泵再加公用廠用負荷的一半；
b)提供單機輔助負荷一半，再加2臺電動給水泵。
2.2 備用變壓器容量設(shè)計
備用變壓器的容量選擇同高壓廠用工作變壓器容量。
2.3 10kV廠用電系統(tǒng)運行方式的設(shè)計
由于受備用變壓器容量所限，備用變壓器在同一時間內(nèi)只能帶1段10kV公用段及1段10kV機組段，因此要求在正常情況下公用段盡量由某2臺正常運行機組的高壓廠用工作變壓器各帶1段。同時為防止不同機組的10kV段通過公用段并列，在各機組機組段至公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)上有電氣閉鎖。
2.4 10kV廠用電源事故切換
10kV廠用電源事故切換采用自動慢切換，當正在向1段10kV公用段供電的10kV機組段由電壓繼電器判斷為失壓，且保護是反應(yīng)非10kV母線段上故障時，在確認10kV機組段進線開關(guān)已跳開后，將會起動自動慢切換，經(jīng)5s延時，將備用變壓器低壓側(cè)10kV開關(guān)合上，從而恢復(fù)該機組段和原由它供電的公用段的供電。當保護是反應(yīng)10kV母線段上故障時，則不起動自動慢切換。自動慢切換是采用傳統(tǒng)的中間繼電器和時間繼電器通過硬接線來實現(xiàn)的。雖然備用變壓器下接10kV公用段A和10kV公用段B，但由于備用變壓器容量有限，在同一時間內(nèi)備用變壓器只能帶1段公用段，從備用變壓器來的10kV公用段A進線開關(guān)和10kV公用段B進線開關(guān)之間有電氣閉鎖，防止2個開關(guān)同時合上。同樣，雖然各機組的10kV機組段各段與相應(yīng)的10kV公用段各段都有聯(lián)絡(luò)斷路器連接，但為防止正常情況下不同機組的10kV機組段通過10kV公用段并列，相互之間設(shè)有閉鎖，防止同一時間2臺機的10kV機組段向同一10kV公用段供電。正常情況下，廠用電源的手動切換及由備用變壓器供電轉(zhuǎn)為正常供電時廠用電的短時并列供電，要通過手動經(jīng)同期裝置進行，并經(jīng)200ms延時自動跳開另一開關(guān)。
由上可知，由于備用變壓器受容量及上述運行方式的限制，在事故情況下只能向1段公用段及當時向該公用段供電的機組段供電，因而事故情況下后備電源只能保證機組50%的負荷。而且，如果當時該機組段未帶1段公用段，則后備電源將不能向機組提供廠用電源。如果該機組又失去全部廠用電，則需要靠柴油機組來保障機組的安全。因此，該種接線對柴油機組要求較高，而目前沙角C廠使用的柴油機組質(zhì)量較好，經(jīng)受了很多次起動的考驗。
由上可見，備用變壓器主要是作為全廠的1個由系統(tǒng)來供電的用于機組停機或停機后的安全
電源，且對其中的1臺機組起不到提供后備電源的作用。
3 廠用電系統(tǒng)電壓等級及切換
3.1 廠用電系統(tǒng)電壓等級
目前沙角C廠廠用電有3個電壓等級：10kV電壓，3kV電壓，380V電壓。其中10kV系統(tǒng)、3kV系統(tǒng)為中阻接地，380V系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)。380V的照明用電和其他需要中性點接地的380V／220V系統(tǒng)，采用△／Yo的變壓器來產(chǎn)生。
3.2 各級電壓的切換
10kV系統(tǒng)如前所述有電源自動慢速切換。3kV系統(tǒng)機組2段之間、3kV系統(tǒng)公用2段之間有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間不帶同期和自動切換。當需要切換電源時只能通過手動切換。
380V系統(tǒng)機組鍋爐、汽機、除塵各有2段，公用段也有2段，2段之間有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間不帶同期和自動切換。當需要切換電源時只能通過手動切換。
4 開關(guān)設(shè)備型式
10kV系統(tǒng)開關(guān)全部采用真空開關(guān)，型號HWX。
3kV系統(tǒng)的進線開關(guān)采用真空開關(guān)，饋線采用F-C回路，型號HMC1172。
380V系統(tǒng)的進線開關(guān)采用空氣開關(guān)，接觸器、熔斷器。
5 結(jié)束語
沙角C廠廠用電結(jié)線采用裝設(shè)發(fā)電機開關(guān)的接線型式，機組正常啟停不需要切換廠用電，在遇到發(fā)電機開關(guān)以內(nèi)的故障如發(fā)電機、汽輪機、鍋爐故障時，只須跳開發(fā)電機開關(guān)，不需要切換廠用電，廠用電擾動小，可靠性提高，減輕運行人員的工作量，特別是故障情況下的工作量，給運行人員帶來極大便利，受到電廠運行人員歡迎。尤其是機組在調(diào)試過程中，大部分的機組跳機都是來自鍋爐和汽機，這一點在沙角C廠表現(xiàn)非常突出。沙角C廠調(diào)試過程中上百次的跳機絕大部分都是鍋爐和汽廠調(diào)試過程中上百次的跳機絕大部分都是鍋爐和汽機引起的。沙角C廠由于后備電源作用較組的正確起動要求較高，應(yīng)選用高可靠起動的柴油機。目前，沙角C廠廠用電結(jié)線的缺點是由于只有1臺備用變壓器且自動投入只對帶公用段的機組，而使第3臺機的10kV段不能得到后備電源，降低了該臺機廠用電的可靠性。在裝設(shè)發(fā)電機出口開關(guān)下采用2臺機組和1臺后備變壓器，該臺備用變壓器容量大于或等于1臺高壓廠用變壓器的容量，或改善備用電源自動切換回路或設(shè)專門備用段較為合適。目前臺山電廠的評標方案就是采用前一方案的。
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