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        綜合利用電廠發(fā)供電系統(tǒng)的優(yōu)化

        2011-06-23 09:49:28曹亞楠徐中偉胡志堅(jiān)王秀娟
        電氣技術(shù) 2011年9期
        關(guān)鍵詞:斷線零序測(cè)控

        張 永 曹亞楠 徐中偉 胡志堅(jiān) 王秀娟

        (山東華聚能源股份有限公司,山東 鄒城 273500)

        1 現(xiàn)狀分析

        華聚能源南屯礦電廠作為兗礦集團(tuán)首家綜合利用電廠始建于上世紀(jì)80年代末。電廠自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái),為保證礦井生產(chǎn)及礦區(qū)人民生活用電,促進(jìn)非煤產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,緩解就業(yè)矛盾,減輕環(huán)境污染曾經(jīng)做出了一定貢獻(xiàn),取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和較好的社會(huì)效益。隨著時(shí)間的推移,設(shè)備老化、常規(guī)控制及繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性差、維護(hù)量大、監(jiān)控覆蓋面窄、運(yùn)行人員負(fù)擔(dān)重等問(wèn)題日益突出,極大的制約了南屯礦電廠前進(jìn)的步伐。

        這些問(wèn)題歸納起來(lái)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

        1)所有保護(hù)包括發(fā)電機(jī)保護(hù)、主變保護(hù)、線路保護(hù)、廠變保護(hù)等均采用機(jī)械式繼電器保護(hù)模式,所有監(jiān)控儀表均采用機(jī)械式儀表,同期方式采用手動(dòng)集中準(zhǔn)同期方式,廠用電源備自投方式也采用的是機(jī)械式繼電器方式,具有明顯可靠性差、易損壞、自動(dòng)化程度低、抗干擾能力差等缺點(diǎn)。

        2)廠用電系統(tǒng)中采用的已被淘汰的高耗能的S7-1000型油浸式變壓器,它主要有結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維護(hù)、保養(yǎng)困難,能耗高,污染環(huán)境,故障率較高等缺點(diǎn),尤其是我廠1#廠變問(wèn)題突出,不利于我廠推進(jìn)清潔生產(chǎn)工作的開展。

        3)400V低壓系統(tǒng)負(fù)荷不斷增加,負(fù)擔(dān)越來(lái)越重,開關(guān)設(shè)備老化,無(wú)備用屏位,布置不合理現(xiàn)象日益突出,影響到電廠安全運(yùn)行。

        4)400V低壓系統(tǒng)沒有無(wú)功功率集中補(bǔ)償裝置,功率因數(shù)在0.82~0.85之間,低于國(guó)家能源監(jiān)測(cè)要求達(dá)到的0.90標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致變壓器的電能損耗大,負(fù)載能力和利用率低。

        鑒于上述內(nèi)容所體現(xiàn)出的代表性問(wèn)題,為保證發(fā)供電系統(tǒng)以及供暖系統(tǒng)的可靠性,南屯礦電廠決定對(duì)目前的發(fā)供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)部分和廠用電部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造,以全面提升電廠發(fā)供電系統(tǒng)的可靠性。

        2 解決方案

        1)電氣綜合自動(dòng)化改造

        引進(jìn)電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù),對(duì)電廠發(fā)供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微機(jī)監(jiān)測(cè)、微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、故障錄波、四遙遠(yuǎn)傳等多種功能,來(lái)提高發(fā)電質(zhì)量和供電可靠性,實(shí)現(xiàn)電廠電氣系統(tǒng)綜合自動(dòng)化,提高電廠綜合自動(dòng)化水平。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1

        南屯礦電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)選用的是積成電子股份公司生產(chǎn)的CAN2000型綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。具體選型及功能實(shí)現(xiàn)如下:

        (1)發(fā)電機(jī)保護(hù):(CAG211+CAG221+CAE241)發(fā)電機(jī)保護(hù)及測(cè)控裝置是一種靈活,可靠,含有保護(hù)、控制、監(jiān)視和測(cè)量功能的保護(hù)裝置。該保護(hù)具有全面的保護(hù)、控制功能,適用于135MKW以下的中小型發(fā)電機(jī)。該裝置實(shí)現(xiàn):發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù);橫差保護(hù)(匝間保護(hù));發(fā)電機(jī)定子回路 100%接地保護(hù);發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù);發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二點(diǎn)接地保護(hù);復(fù)合電壓閉鎖的過(guò)電流保護(hù);發(fā)電機(jī)低勵(lì)失磁保護(hù);過(guò)負(fù)荷保護(hù);過(guò)電壓/低電壓保護(hù);低頻/高頻保護(hù);逆功率保護(hù);負(fù)序過(guò)電流保護(hù);零序過(guò)電流/零序過(guò)電壓保護(hù);CT斷線告警及閉鎖;PT斷線告警及閉鎖;非電量保護(hù);故障錄波、故障記錄等保護(hù)功能。

        (2)主變壓器保護(hù):(變壓器主保護(hù) CAT221+變壓器后備保護(hù)CAT212)CAT221變壓器差動(dòng)保護(hù)功能:變壓器差動(dòng)速斷保護(hù);二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)保護(hù);CT斷線判別及閉鎖;本體重瓦斯跳閘或發(fā)信,有載開關(guān)重瓦斯跳閘或發(fā)信;本體及有載開關(guān)輕瓦斯發(fā)信,壓力釋放跳閘或發(fā)信故障錄波。CAT212變壓器后備保護(hù) (35KV與6KV每側(cè)配置1臺(tái))功能:三段復(fù)合電壓閉鎖的方向過(guò)流保護(hù)(每段兩時(shí)限);三段過(guò)負(fù)荷保護(hù)(發(fā)信、起動(dòng)風(fēng)冷、閉鎖調(diào)壓);兩段零序電壓閉鎖的零序過(guò)流保護(hù);PT斷線檢測(cè);故障錄波、事件記錄;遙控及操作回路功能;測(cè)控等功能。

        (3)發(fā)變組保護(hù):發(fā)電機(jī)主保護(hù)CAG221+發(fā)電機(jī)后備保護(hù) CAG211+發(fā)變組大差保護(hù) CAT231+變壓器后備保護(hù)CAT212。

        CAG221+CAG211發(fā)電機(jī)保護(hù)及測(cè)控裝置是一種靈活,可靠,含有保護(hù)、控制、監(jiān)視和測(cè)量功能的保護(hù)裝置。該保護(hù)具有全面的保護(hù)、控制功能,適用于135MKW以下的中小型發(fā)電機(jī)測(cè)控保護(hù)。該裝置實(shí)現(xiàn)的保護(hù)功能:發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù);橫差保護(hù)(匝間保護(hù));發(fā)電機(jī)定子回路100%接地保護(hù);發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù);發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二點(diǎn)接地保護(hù);復(fù)合電壓閉鎖的過(guò)電流保護(hù);發(fā)電機(jī)低勵(lì)失磁保護(hù);過(guò)負(fù)荷保護(hù);過(guò)電壓/低電壓保護(hù);低頻保護(hù);逆功率保護(hù);負(fù)序過(guò)電流保護(hù);零序過(guò)電流/零序過(guò)電壓保護(hù);CT斷線告警及閉鎖;PT斷線告警及閉鎖;非電量保護(hù)(勵(lì)磁機(jī)、汽機(jī)故障);發(fā)電機(jī)端斷路器操作回路(含遙控功能);故障錄波、故障記錄。

        CAT231發(fā)變組大差保護(hù)功能:發(fā)變組差動(dòng)速斷保護(hù)(三側(cè)差動(dòng));二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)保護(hù);CT斷線判別及閉鎖;本體重瓦斯跳閘或發(fā)信,有載開關(guān)重瓦斯跳閘或發(fā)信;本體及有載開關(guān)輕瓦斯發(fā)信,壓力釋放跳閘或發(fā)信;故障錄波。

        CAT212變壓器后備保護(hù)功能如前所述。

        (4)35kV聯(lián)絡(luò)線、饋出線測(cè)控保護(hù):CAL212保護(hù)測(cè)控裝置保護(hù)功能:三段式電壓閉鎖方向過(guò)流保護(hù);合閘后加速保護(hù);過(guò)負(fù)荷保護(hù);檢無(wú)壓三相二次重合閘;低周減載;小電流接地選線;測(cè)控等功能。

        (5)35kV 、6kV母聯(lián)測(cè)控保護(hù):配置CAL211測(cè)控保護(hù)裝置,控制室內(nèi)組屏安裝。裝置功能:三段式過(guò)電流保護(hù);過(guò)負(fù)荷保護(hù);合閘后加速;PT斷線檢測(cè)及閉鎖;故障錄波功能;遙測(cè);16路遙信(斷路器位置已內(nèi)部采集);遙控及操作回路功能。

        (6)6kV 廠用工作/備用變壓器測(cè)控保護(hù)配置CAT213測(cè)控保護(hù)裝置,控制室內(nèi)組屏安裝。裝置功能:三段過(guò)流保護(hù);過(guò)負(fù)荷;低壓側(cè)零序過(guò)流保護(hù);小電流接地選線(零序功率方向);零序過(guò)壓;母線PT斷線判別;控制回路斷線判別;非電量保護(hù);故障錄波等。

        (7)0.4kV備用電源自投裝置CAB212備用電源自投裝置完成工作變壓器與備用變壓器的備自投功能,備自投裝置完成如下功能:廠用變備自投;母線充電保護(hù);PT斷線告警;兩段式過(guò)電流;電量遙測(cè);1路遙控(分、合)及操作回路功能。

        (8)6kV饋出線測(cè)控保護(hù)配置CAL211測(cè)控保護(hù)裝置,分散安裝在高壓柜上。裝置功能如前所述。

        (9)6kV高壓電動(dòng)機(jī)測(cè)控保護(hù):配置CAD211測(cè)控保護(hù)裝置,分散安裝在高壓柜上。裝置功能:三段過(guò)流保護(hù)(III段可以定時(shí)限或反時(shí)限);兩段負(fù)序過(guò)流保護(hù)(II段可以定時(shí)限或反時(shí)限);過(guò)熱保護(hù);過(guò)負(fù)荷保護(hù);低電壓保護(hù);過(guò)電壓保護(hù);零序過(guò)流保護(hù);小電流接地選線(零序功率方向);連續(xù)起動(dòng)閉鎖;兩路非電量保護(hù)(可以獨(dú)立整定);PT斷線檢測(cè)及閉鎖;故障錄波;遙測(cè);16路遙信(斷路器位置已內(nèi)部采集);遙控及操作回路功能。

        (10)電壓并列配置 CAE231電壓并列裝置 1臺(tái),實(shí)現(xiàn)兩側(cè)母線并列功能。

        2)廠用電系統(tǒng)優(yōu)化改造

        (1)重新優(yōu)化廠用電系統(tǒng)布置

        將 3#鍋爐改造增加的 314kW 大負(fù)荷轉(zhuǎn)移至6kV電壓等級(jí)系統(tǒng),減輕了400V低壓系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),消除了大電機(jī)起動(dòng)對(duì)廠用系統(tǒng)的影響。

        (2)淘汰了5臺(tái)高耗能的已淘汰的S7-1000/6.3型油浸變壓器,引進(jìn)先進(jìn)的SC10-1000型干式變壓器,降低廠用變壓器的損耗,減少檢修工作量。

        (3)引進(jìn)先進(jìn)的復(fù)合開關(guān)投切的GGJ2A-10型智能低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置,補(bǔ)償?shù)蛪贺?fù)荷所需的無(wú)功功率,提高低壓配電網(wǎng)的功率因數(shù),降低線路和變壓器的電能損耗,提高配電變壓器的負(fù)載能力和利用率,維持電壓穩(wěn)定,提高負(fù)載端的供電質(zhì)量。

        (4)淘汰了 8臺(tái)傳統(tǒng)的低壓進(jìn)線萬(wàn)能式斷路器,引進(jìn)先進(jìn)的CDW1型智能萬(wàn)能式斷路器,并接入電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng),提高了低壓配電系統(tǒng)的自動(dòng)化和可靠性。

        (5)完善廠用弱電系統(tǒng)防雷設(shè)施,提高電子設(shè)備對(duì)雷電電磁脈沖的防護(hù)水平,提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

        3 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

        1)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)硬件平臺(tái)采用 Intel低功耗奔騰CPU,免風(fēng)扇設(shè)計(jì)。

        2)保護(hù)、測(cè)控雙CPU并行工作模式,系統(tǒng)CPU板具有硬件DOG功能。

        3)系統(tǒng)采用CANBUS網(wǎng)絡(luò),實(shí)時(shí)運(yùn)行存儲(chǔ)介質(zhì)采用電子盤。

        4)軟件平臺(tái)選用基于Client/Server方式設(shè)計(jì)的嵌入式Windows操作系統(tǒng)。

        5)系統(tǒng)應(yīng)用軟件模塊采用規(guī)范的模塊化結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)“即裝即用”;數(shù)據(jù)庫(kù)采用 ODBC或SQL編程,使用ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)文件格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

        6)系統(tǒng)具有針對(duì)變電站的基本SCADA功能。

        7)集電氣系統(tǒng)的保護(hù)、測(cè)量、遙控、搖信、遙測(cè)及信號(hào)為一體,實(shí)現(xiàn)了電氣系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化;通過(guò)撥號(hào)MODEM可進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。

        8)獨(dú)立的保護(hù)、測(cè)控的交流電流輸入回路。

        9)積成電子創(chuàng)造性的“快捷菜單”查詢模式。

        10)重新優(yōu)化了廠用電系統(tǒng)布置,使各段負(fù)荷相對(duì)平衡和獨(dú)立。

        11)引進(jìn)先進(jìn)的SC10-1000型干式變壓器。

        12)引進(jìn)先進(jìn)的復(fù)合開關(guān)投切的 GGJ2A-10型智能低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置。

        13)引進(jìn)為先進(jìn)的CDW1型智能萬(wàn)能式斷路器,并接入電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

        14)引進(jìn)電磁浪涌保護(hù)器,加強(qiáng)重點(diǎn)電子設(shè)備防雷保護(hù)。

        4 效益評(píng)價(jià)

        1)經(jīng)濟(jì)效益

        (1)微機(jī)保護(hù)運(yùn)行以來(lái),發(fā)供電系統(tǒng)穩(wěn)定,未出現(xiàn)一次誤跳閘、越級(jí)跳閘事故。按照近年來(lái)高壓開關(guān)平均發(fā)生2次跳閘事故計(jì)算(根據(jù)高壓開關(guān)跳閘記錄統(tǒng)計(jì)),產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)損失近 36000元[3×6000kW×約 2h(從跳閘到恢復(fù)原運(yùn)行方式需要的時(shí)間)×0.5 元/kW·h×2 次≈36000 元]。

        (2)取消了大量的二次儀表,減少儀表備件費(fèi)和每年的校驗(yàn)費(fèi)合計(jì)10400元。

        (3)取消了大量的機(jī)械式繼電器,減少了繼電器校驗(yàn)時(shí)間,使春試秋檢的時(shí)間縮短近2天的時(shí)間,產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益近 432000元[3×6000kW×約48h×0.5 元/kW·h≈432000 元]。

        (4)每年春試秋檢中,要更換大量不合格的機(jī)械式繼電器。采用微機(jī)保護(hù),其軟硬件的高可靠性,大大減少這部分費(fèi)用近18000元。

        (5)新廠用變投運(yùn)以來(lái),通過(guò)變壓器運(yùn)行日志計(jì)算,與往年同期相比,每天可平均節(jié)約廠用電約770kW·h,每kW·h廠用電按0.5元計(jì)算,每年(按照分公司發(fā)電設(shè)備平均利用時(shí)間6278h,約262天)可節(jié)約 770kW·h/天×0.5 元/kW·h×262 天=100870 元,加上每年減少的變壓器油試驗(yàn)和廢油處理的費(fèi)用2500元,可產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益100870元+2500元=103370萬(wàn)元。

        (6)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置安裝后,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),I段有功功率降低 32.63kW,II段有功功率降低0.12kW,III段有功功率降低-4.56kW,V段有功功率降低18.66kW,總的有功功率降低為46.85kW,按年運(yùn)行時(shí)間5000h算,每年節(jié)約電能為46.85kW×5000h=23.43kW·h,按每度電 0.5元來(lái)算,年可獲得收益117000元,一年內(nèi)即可收回成本,其節(jié)能增效的效果是不錯(cuò)的。

        綜合以上每年經(jīng)濟(jì)效益共計(jì)約706370元。

        2)社會(huì)效益

        (1)通過(guò)實(shí)施電氣系統(tǒng)微機(jī)化改造,重要系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制運(yùn)行,減少了設(shè)備之間的硬接線,大大減少了人為因素造成的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定,提高了綜合利用電廠整體技術(shù)裝備和安全可靠性。

        (2)保護(hù)動(dòng)作行為及過(guò)程的透明化和智能化分析,有助于技術(shù)人員和運(yùn)行人員正確的分析故障原因,縮短事故處理時(shí)間,徹底消除保護(hù)裝置原因不明的不正確動(dòng)作行為,提高保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率。

        (3)可以減少硬件品種數(shù)量和用戶的備品備件,減輕軟件及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的工作量,顯著提高軟硬件的可靠性,提高裝置運(yùn)行的可靠性。

        3)環(huán)境效益

        (1)微機(jī)保護(hù)和智能斷路器以其先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能納入到電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)之中,提高了設(shè)備的監(jiān)控水平,改善了運(yùn)行工人的勞動(dòng)環(huán)境,降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了現(xiàn)場(chǎng)文明形象和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平。

        (2)干式廠用變壓器改造后,無(wú)滲漏油現(xiàn)象,維護(hù)工作量少,安全文明形象大有轉(zhuǎn)變。

        (3)各種微電子設(shè)備對(duì)人為的或自然的電壓、電流的沖擊越來(lái)越頻繁,它給我們生活和工作帶來(lái)了無(wú)法估算的損失,采用電磁浪涌保護(hù)器等防雷措施可減少電磁脈沖的沖擊,具有很重要的社會(huì)意義。

        5 結(jié)論

        通過(guò)方案的實(shí)施,為南屯礦電廠建設(shè)“安全高效型、本質(zhì)安全型”電廠提供了可靠的保障,為同類型綜合利用電廠電廠可靠性建設(shè)、提高自動(dòng)化水平提供了積極的示范和帶動(dòng)作用。其中關(guān)鍵技術(shù)“低壓負(fù)荷轉(zhuǎn)移為高壓負(fù)荷、新型變壓器的應(yīng)用、智能型無(wú)功補(bǔ)償裝置和智能開關(guān)的應(yīng)用,先進(jìn)的微機(jī)保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用”可以應(yīng)用到同類型的配電系統(tǒng)中。

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