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        600 MW火電機(jī)組廠用電互聯(lián)改造方案研究

        2024-12-31 00:00:00賈瑞劉建辛
        機(jī)電信息 2024年21期

        摘要:基于國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,給出了600 MW火電廠單元制接線機(jī)組6 kV廠用電系統(tǒng)采用電纜互聯(lián)的改造實(shí)施方案、保護(hù)整定和運(yùn)行方式。研究表明:使用快切裝置后,實(shí)現(xiàn)了一臺機(jī)組停備期間,另一臺機(jī)組高廠變可靠智慧串帶兩臺機(jī)組的廠用電,節(jié)約了啟備變外購電用電量,經(jīng)濟(jì)效益明顯,具有可推廣性。

        關(guān)鍵詞:火電機(jī)組;單元制;廠用電;互聯(lián);改造方案

        中圖分類號:TM621" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A" " 文章編號:1671-0797(2024)21-0061-05

        DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.21.015

        0" " 引言

        “雙碳”目標(biāo)背景下,隨著光伏和風(fēng)電機(jī)組容量占比日益增大,火電機(jī)組慢慢由主力電源成為調(diào)節(jié)性的保障電源,600 MW及以上大型火電廠單元制接線的機(jī)組單機(jī)運(yùn)行也逐漸成為常態(tài)[1]。機(jī)組停備期間,廠用電由電網(wǎng)通過啟備變反向輸電,由于正反向電價(jià)差的存在,電廠將產(chǎn)生大量外購電支出。通過廠用電源段互聯(lián)改造,單元制接線的運(yùn)行機(jī)組給停備機(jī)組提供廠用電,可以減少外購電,具有較好的經(jīng)濟(jì)性[2-3]。因此,以某電廠為例,給出了600 MW火電廠單元制接線機(jī)組6 kV廠用電系統(tǒng)采用電纜互聯(lián)的改造實(shí)施方案、保護(hù)整定和運(yùn)行方式,研究結(jié)果對大型火電廠單元制接線機(jī)組廠用電互聯(lián)改造有一定的推廣和借鑒意義。

        1" " 廠用電互聯(lián)改造方案

        1.1" " 原接線方式

        某電廠1、2號機(jī)組容量為600 MW,發(fā)電機(jī)與雙卷主變壓器均按發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線型式接入220 kV系統(tǒng),發(fā)電機(jī)出口不設(shè)出口斷路器,每臺機(jī)組設(shè)兩臺40/25-25 MVA高廠用變,引接于發(fā)電機(jī)與主變低壓側(cè)之間。

        1、2號機(jī)組共設(shè)兩臺40/25-25 MVA的啟動/備用變,電源引接于本廠220 kV母線。在機(jī)組啟動、停機(jī)期間,6 kV母線由啟動/備用變供電,啟動完畢通過主變高壓側(cè)斷路器同期并網(wǎng)后,通過DCS手動啟動廠用電快速切換裝置,以并聯(lián)切換方式將6 kV廠用母線切換至單元高壓廠用變供電。1、2號機(jī)組每臺機(jī)組廠用電系統(tǒng)有4段6 kV母線。

        1.2" " 改造方案

        以兩臺機(jī)組高壓廠用段互聯(lián),從安全性出發(fā),此設(shè)計(jì)需考慮運(yùn)行機(jī)組串帶停運(yùn)機(jī)組廠用電時(shí)的高廠變分支母線容量,以免發(fā)生過流[4];同時(shí),廠用電互聯(lián)方式下,高廠變?nèi)萘啃铦M足供運(yùn)行機(jī)組啟動的負(fù)荷,以免造成供電電源分支過流或拉低6 kV母線電壓,影響機(jī)組運(yùn)行安全。方案即在1號機(jī)組6 kV 1A、1B、1C、1D段每段增加一臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)及相應(yīng)保護(hù);在2號機(jī)組6 kV 2A、2B、2C、2D段每段增加一臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)及相應(yīng)保護(hù);用電纜將6 kV 1A段和2D段、1D段和2A段、1B段和2C段、1C段和2B段相連,以達(dá)到將1、2號機(jī)組6 kV廠用電互聯(lián)的目的,如圖1所示。同時(shí)各段增加廠用電切換裝置,以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行方式改變、不斷電安全切換廠用電電源的要求[5]。

        每段廠用段新增聯(lián)絡(luò)開關(guān)選用額定電流1 250 A VD4型真空斷路器,額定容量13 MVA,兩段6 kV母線間分別使用兩根185 mm2的動力電纜互聯(lián),最大載流量為2 500 A,當(dāng)單臺機(jī)組停運(yùn),開關(guān)容量能滿足要求。

        2" " 保護(hù)整定

        新增聯(lián)絡(luò)開關(guān)保護(hù)型號為PCS-9624C,CT變比N為1 000/1。根據(jù)停機(jī)負(fù)荷(停風(fēng)組后)來看,各臺機(jī)組的計(jì)算負(fù)荷均滿足雙機(jī)同時(shí)運(yùn)行,高廠變?nèi)萘繚M足一臺運(yùn)行機(jī)組帶另一臺機(jī)組停機(jī)的要求。停運(yùn)時(shí)的機(jī)組廠用電負(fù)荷分配情況如表1所示,啟動切換前的機(jī)組廠用電負(fù)荷分配情況如表2所示。

        根據(jù)一臺機(jī)組正常運(yùn)行帶另一臺機(jī)組啟動時(shí)(點(diǎn)火前)負(fù)荷表,經(jīng)過調(diào)整負(fù)荷,1、2號機(jī)組在單機(jī)運(yùn)行期間,高廠變?nèi)萘磕軡M足一臺運(yùn)行機(jī)組帶另一臺機(jī)組啟動要求(點(diǎn)火前)。

        為考慮盡快切除故障,增加過流一段,按低壓短路時(shí)保護(hù)有大于2倍靈敏度原則整定;考慮速動性,考慮低壓側(cè)兩相短路時(shí)有大于2倍靈敏系數(shù)整定[6]。高廠變低壓側(cè)三相短路電流為21 187 A,動作值為:

        Idz==≈7.3 A(1)

        式中:I (2) min為本6 kV母線發(fā)生兩相短路時(shí)產(chǎn)生的最小兩相短路電流,兩相短路電流是三相短路電流的/2倍,取0.866;Klm取大于2倍靈敏系數(shù),如取2.5;N為CT變比,即1 000。

        過流二段保護(hù)動作電流按下列條件整定:根據(jù)上列停運(yùn)、啟動負(fù)荷比較,啟動時(shí)所帶負(fù)荷量更大,考慮按啟動時(shí)負(fù)荷計(jì)算。1(2)A段啟動時(shí)機(jī)組帶負(fù)荷7 419 kVA,負(fù)荷電流約714 A;1(2)D段啟動時(shí)機(jī)組帶負(fù)荷3 819 kVA,負(fù)荷電流約325 A;1(2)B段啟動時(shí)機(jī)組帶負(fù)荷6 765 kVA,負(fù)荷電流約651 A;1(2)C段啟動時(shí)機(jī)組帶負(fù)荷8 729 kVA,負(fù)荷電流約840 A。

        按躲過啟動(點(diǎn)火前)機(jī)組母線所接電動機(jī)最大啟動電流之和整定[7]:

        Idz=Kk×Kzq×Ie(2)

        式中:Ie為分支線上的額定電流;Kk為可靠系數(shù),取1.1;Kzq為需要自啟動的全部電動機(jī)在自啟動時(shí)所引起的過電流倍數(shù),一般可近似由以下公式求出:

        Kzq=1/

        +

        (3)

        式中:Ud%為歸算到分支額定容量的變壓器的半穿越阻抗百分值;We為變壓器低壓繞組的額定容量;Kqd為電動機(jī)啟動時(shí)的電流倍數(shù),取Kqd的平均值為5;Wd∑為需要自啟動的全部電動機(jī)的總?cè)萘俊?/p>

        躲過2號機(jī)組啟動(點(diǎn)火前),1號機(jī)組母線所接電動機(jī)最大啟動電流之和整定計(jì)算結(jié)果如表3所示;躲過1號機(jī)組啟動(點(diǎn)火前),2號機(jī)組母線所接電動機(jī)最大啟動電流之和整定計(jì)算結(jié)果如表4所示。

        考慮按互聯(lián)后最大負(fù)荷電流整定計(jì)算,過流定值為:

        Idz=Kk·Ifh=1.1Ifh(4)

        式中:Ifh為最大負(fù)荷電流。

        互聯(lián)后最大負(fù)荷電流整定計(jì)算結(jié)果如表5所示。綜合上述分析,考慮1A段與2D段、1D段與2A段、1B段與2C段、1C段與2B段互為互聯(lián)開關(guān),電流定值統(tǒng)一取兩者最大值整定,即1A段與2D段取值4.0 A,2A段與1D段取值4.0 A,1B段與2C段取值4.5 A,1C段與2B段取值4.5 A。

        過流時(shí)間考慮與高廠變進(jìn)線保護(hù)過流時(shí)間配合,級差0.2 s,過流二段時(shí)間為0.6 s。

        綜合以上結(jié)果,互聯(lián)開關(guān)保護(hù)過流二段定值設(shè)為:1A互聯(lián)開關(guān)過流4.0 A,0.6 s;2A互聯(lián)開關(guān)過流4.0 A,0.6 s;1B互聯(lián)開關(guān)過流4.5 A,0.6 s;2B互聯(lián)開關(guān)過流4.5 A,0.6 s;1C互聯(lián)開關(guān)過流4.5 A,0.6 s;2C互聯(lián)開關(guān)過流4.5 A,0.6 s;1D互聯(lián)開關(guān)過流4.0 A,0.6 s;2D互聯(lián)開關(guān)過流4.0 A,0.6 s。

        靈敏度校驗(yàn):

        Klm=I (2) min/Idzgt;2(5)

        過負(fù)荷告警:考慮防止互聯(lián)切換時(shí)分支過載,考慮與高廠變的過負(fù)荷配合,可靠系數(shù)調(diào)整為1.0,按方案的負(fù)荷分配表計(jì)算,過載后延時(shí)1.5 s告警?;ヂ?lián)后過負(fù)荷保護(hù)電流整定計(jì)算結(jié)果如表6所示。

        綜合表6結(jié)果,考慮1A與2D、1D與2A、1B與2C、1C與2B互為互聯(lián)開關(guān),電流定值統(tǒng)一取兩者中較大值整定,互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷保護(hù)定值設(shè)為:1A互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷2.2 A,1.5 s;2A互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷2.2 A,1.5 s;1B互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷2.4 A,1.5 s;2B互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷2.4 A,1.5 s;1C互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷2.4 A,1.5 s;2C互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷2.4 A,1.5 s;1D互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷2.2 A,1.5 s;2D互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷2.2 A,1.5 s。

        零序過流時(shí)間:與高廠變配合,時(shí)間取0.5 s。零序中性點(diǎn)CT變比50/1。#1啟備變和#1、#2高廠變6 kV側(cè)中性點(diǎn)接地電阻均為23 Ω,此電阻遠(yuǎn)大于啟備變和高廠變的零序阻抗。6 kV系統(tǒng)的單相接地電流約為158 A。

        考慮靈敏度為3~4,且與下級間隔零序保護(hù)和高廠變低壓側(cè)零序保護(hù)有級差配合,動作電流一次值取40 A,時(shí)間:與下級變壓器及電動機(jī)配合,T=ΔT+T,跳開關(guān)。二次動作值為I0=0.8 A,動作時(shí)間0.5 s。

        3" " 改造后廠用電運(yùn)行及互聯(lián)方式

        1、2號機(jī)組雙機(jī)運(yùn)行時(shí)工作電源由高廠變帶各自機(jī)組的4段6 kV廠用電正常運(yùn)行,備用電源段進(jìn)線帶電運(yùn)行,各段備用進(jìn)線開關(guān)在熱備用狀態(tài)。

        為防止廠用電互聯(lián)的兩臺機(jī)組同時(shí)運(yùn)行,誤將互聯(lián)的兩段6 kV廠用電段合環(huán),在停運(yùn)機(jī)組由運(yùn)行機(jī)組互聯(lián)串帶恢復(fù)至本機(jī)組電源帶時(shí),只斷開停運(yùn)機(jī)組側(cè)的互聯(lián)電源開關(guān),并將其搖至試驗(yàn)位置。為防止兩段間的互聯(lián)電纜長期不帶電導(dǎo)致電纜絕緣下降,及避免搖絕緣帶來的煩瑣程序,爭取實(shí)現(xiàn)停機(jī)時(shí)的快速互聯(lián),保持另一側(cè)的互聯(lián)電源開關(guān)長期處于合閘狀態(tài)帶電纜空載運(yùn)行?;ヂ?lián)快切屏的保護(hù)壓板在不進(jìn)行串帶操作時(shí)保持在退出狀態(tài),只有實(shí)際需要串帶停運(yùn)機(jī)組操作時(shí)將停運(yùn)機(jī)組側(cè)的互聯(lián)開關(guān)送至工作位置,然后投上互聯(lián)快切屏的壓板進(jìn)行互聯(lián)電源切換。

        在轉(zhuǎn)高廠變供電或轉(zhuǎn)互聯(lián)電源供電的過程中,需要啟備變進(jìn)行過渡。單機(jī)運(yùn)行期間若運(yùn)行機(jī)組突然停運(yùn),備用電源仍可由快切裝置自動切換到備用電源,保證運(yùn)行機(jī)組安全停運(yùn)。

        為增強(qiáng)單元機(jī)組廠用電源的安全性,避免保護(hù)配置的困難,不考慮一臺機(jī)組的6 kV廠用電作為另一臺機(jī)組的啟動運(yùn)行方式;禁止將6 kV段的兩電源長期并列運(yùn)行。廠用電互聯(lián)快切示意圖如圖2所示。

        每段6 kV母線增加一臺互聯(lián)快切裝置,用于互聯(lián)電源聯(lián)絡(luò)開關(guān)和備用電源進(jìn)線開關(guān)之間的快速無擾智慧切換。以1號機(jī)組6 kV 1A段和2號機(jī)組6 kV 2D段為例,2號高廠變運(yùn)行,原快切裝置1和2在工作狀態(tài),互聯(lián)快切裝置3和4在閉鎖狀態(tài),1號機(jī)組停機(jī)時(shí)先通過快切裝置1將廠用電切換為啟備變供電(圖2),然后退出原快切裝置1,投入互聯(lián)快切裝置3,將廠用電切換為6 kV 2D段供電。

        4" " 安全經(jīng)濟(jì)性分析

        4.1" " 安全可靠性方面

        廠用電實(shí)現(xiàn)智慧互聯(lián),進(jìn)一步加強(qiáng)了可靠性。當(dāng)單臺機(jī)組停運(yùn)時(shí),啟備變故障,同時(shí)柴油機(jī)故障,此時(shí)廠用電備用電源全失,會嚴(yán)重危害停運(yùn)機(jī)組設(shè)備安全。增加聯(lián)絡(luò)開關(guān)后,危機(jī)情況下,可以使用運(yùn)行機(jī)組提供停運(yùn)機(jī)組廠用電,這樣可以有效避免因廠用電消失而造成設(shè)備損壞的重大事故。

        4.2" " 經(jīng)濟(jì)性方面

        本工程改造可以大幅度降低1、2號機(jī)組在機(jī)組啟動、停機(jī)、檢修及備用狀態(tài)下反向(電網(wǎng)輸出)電量的用量,根據(jù)目前電力市場的發(fā)展趨勢,市場競爭激勵(lì)下,機(jī)組年利用小時(shí)下降(大約為4 000 h),機(jī)組停備時(shí)間增多,加上機(jī)組A、C級定期檢修,并結(jié)合機(jī)組近三年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)預(yù)測,1、2號機(jī)組每年外購電約1 800萬kW·h,扣除啟、停機(jī)用電量,每年約減少外購電1 000萬kW·h,節(jié)約費(fèi)用100萬元左右。

        5" " 結(jié)論

        1)改造后使用快切裝置實(shí)現(xiàn)廠用電正常電源至互聯(lián)電源的無擾快速切換,保證廠用電在正常及事故工況下可靠智慧運(yùn)行。

        2)改造工程不僅可以作為停運(yùn)機(jī)組廠用電第三路電源,保障停運(yùn)機(jī)組廠用電的可靠性,且投入少、收益大,達(dá)到了節(jié)能降耗、創(chuàng)效增收的目的。

        3)該設(shè)計(jì)方案使廠用電運(yùn)行方式更加靈活,不論是從安全穩(wěn)定性還是節(jié)能降耗上來講,效果都十分明顯,為后續(xù)600 MW火電機(jī)組廠用電的設(shè)計(jì)提供了十分有益的借鑒。

        [參考文獻(xiàn)]

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        收稿日期:2024-05-31

        作者簡介:賈瑞(1986—),男,山西太原人,碩士研究生,工程師,研究方向:變配電設(shè)備檢修與管理。

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