龍口自備熱電廠10kV廠用電互聯(lián)改造方案研究

引言

龍口自備熱電廠作為福海創(chuàng)石油化工有限公司的能源動(dòng)力中心,擔(dān)負(fù)著給石油化工廠區(qū)供汽、供熱、供電的主要任務(wù),對化工廠區(qū)的安全生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用,并且多余電量通過總降站上網(wǎng)。目前已建成4爐3機(jī)(4×670t/h＋3×150Mw）燃煤機(jī)組,機(jī)組采用母管制,每臺機(jī)組配備1臺升壓變、1臺高廠變(高壓廠用變壓器）,其中#1、#2機(jī)組分別配置1臺50Mw的高廠變,#3機(jī)組配備1臺25Mw的高廠變,3臺機(jī)組共用1臺50Mw的啟備變(啟動(dòng)備用變壓器）。

高壓廠用電共分8段10kV母線:#1機(jī)組10kV廠用電IA、IB段,供#1鍋爐廠用電:公用10kV廠用電A、B段,供#2鍋爐廠用電:#2機(jī)組10kV廠用電ⅡA、ⅡB段,供#3鍋爐廠用電:#4機(jī)組10kV廠用電ⅢA、ⅣB段,供#4鍋爐廠用電。每段10kV母線有兩個(gè)電源進(jìn)線,分別取自高廠變低壓側(cè)及啟備變低壓側(cè),接線方式如圖1所示,兩路電源進(jìn)線互為備用,采用快切裝置進(jìn)行切換。

1廠用電互聯(lián)改造的必要性

由于龍口自備熱電廠機(jī)組采用母管制,發(fā)電機(jī)停機(jī)后,其出口高廠變對應(yīng)的10kV廠用段上鍋爐負(fù)荷可能仍需供電,此時(shí)高廠變無法供電,需由啟備變供電。因啟備變電源由總降站#1主變提供,即使使用的電量為熱電廠自發(fā)自用,根據(jù)與國網(wǎng)公司購售電合同,其電費(fèi)仍需征收政府基金和附加收費(fèi),導(dǎo)致熱電廠需向電網(wǎng)繳納大量電費(fèi)。且10kV母線經(jīng)常一路啟備變供電,啟備變故障或檢修時(shí),鍋爐將被迫停運(yùn),嚴(yán)重時(shí)將影響化工廠區(qū)供熱的安全可靠性。

熱電廠通過10kV電源互聯(lián)改造,可使熱電廠鍋爐負(fù)荷電源在絕大多數(shù)工況下都有主備兩路電源,在一路電源故障情況下能實(shí)現(xiàn)快速備自投,保證鍋爐輔機(jī)電源安全可靠性、靈活性。且改造后,發(fā)電機(jī)組與鍋爐運(yùn)行方式無直接聯(lián)系,鍋爐負(fù)荷電源不再單一,3臺高廠變和1臺啟備變均可作為任一鍋爐負(fù)荷的電源,從而能減少通過啟備變從電網(wǎng)獲取電能,減少電費(fèi)交接,提高熱電廠經(jīng)濟(jì)效益,達(dá)到降本增效的目的。因此,有必要進(jìn)行廠用電互聯(lián)改造。

2廠用電互聯(lián)改造方案

2.1廠用電互聯(lián)方式的選擇

為了增加熱電廠機(jī)組、鍋爐運(yùn)行方式的安全可靠性、靈活性與經(jīng)濟(jì)性,新增一10kV啟動(dòng)備用高壓配電室,選擇布置于主廠房17至18軸之間,新增3段10kV啟動(dòng)備用母線(A、B、C段）。對原有10kV共箱母線進(jìn)行改造,將各高廠變共箱封閉母線進(jìn)線段打斷,并拆除一段2m左右的直線段,形成一個(gè)斷口。將新增的10kV配電裝置母線與10kV共箱母線改造點(diǎn)斷口兩端采用全絕緣澆注母線連接,具體連接為:10kV啟動(dòng)備用A段設(shè)置一路斷路器進(jìn)線,由#1高廠變引接,一路隔離插頭出線接至廠用10kVIA/IB/公用A母線段:10kV啟動(dòng)備用B段設(shè)置一路進(jìn)線,由#2高廠變引接,一路隔離插頭出線接至廠用10kVⅡA/ⅡB/公用B母線段:啟動(dòng)備用C段設(shè)置一路進(jìn)線,由#3高廠變引接,一路隔離插頭出線接至廠用10kVIA/IB母線段:10kV啟動(dòng)備用A段與10kV啟動(dòng)備用B段、10kV啟動(dòng)備用B段與10kV啟動(dòng)備用C段之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān),通過新增3套快切裝置進(jìn)行切換。

改造后接線方式如圖2所示。

2.2廠用電互聯(lián)改造分析

(1）廠用電互聯(lián)改造后,高廠變與各10kV母線段不再是一一對應(yīng)關(guān)系,發(fā)電機(jī)組與鍋爐運(yùn)行方式無直接聯(lián)系,鍋爐負(fù)荷可由其他發(fā)電機(jī)高廠變電源得電,增加了運(yùn)行靈活性。一臺高廠變失電,不必啟動(dòng)啟備變,節(jié)約了需要向電網(wǎng)繳納的費(fèi)用。

(2）根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及查看DCs歷史記錄,熱電廠3爐2機(jī)運(yùn)行時(shí),廠用電容量47,MV,即一臺50,MV變壓器可帶4段10kM廠用段和2段10kM公用段。需要注意的是,原電廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表中3爐2機(jī)的計(jì)算負(fù)荷不止47,MV,約為69,MV,現(xiàn)場運(yùn)行過程中如發(fā)現(xiàn)電負(fù)荷超過該數(shù)值,需啟動(dòng)#01啟備變。

（3）通過該方案改造后,在絕大多數(shù)運(yùn)行工況下:4爐3機(jī)、4爐2機(jī)、3爐2機(jī)、3爐1機(jī)、2爐1機(jī)均有主備兩路電源,提高了供電可靠性。

（4）采用此方案改造工程量較小:增加3段10kM啟動(dòng)備用母線段（V、B、C三段）,改造3處10kM共箱母線,新增6段10kM全絕緣澆注母線,保留原有10kM母線段快切功能。

（5）此改造方案對熱電廠正常生產(chǎn)影響較小,可先安裝10kM啟動(dòng)備用段,待需對高廠變電源進(jìn)線進(jìn)行改造時(shí),10kM廠用電可改由#01啟備變供電。

2.3新增快切切換方式分析

2.3.1新增快切切換原則

新增3段l0kM啟動(dòng)備用母線段（V、B、C段）,通過2個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)相互連接,配備3套新的快切裝置,并設(shè)置快切投/退開關(guān)進(jìn)行切換,切換原則如下:

（1）#0l啟備變未檢修情況下,3段上級母線（新增l0kM啟動(dòng)備用母線段）快切退出,8段下級母線（原l0kM母線段）快切投入,一旦上級母線失電,下級母線通過快切立刻切換至#0l啟備變供電,從而保證可靠性。然后上級母線段通過上級快切裝置的手動(dòng)切換功能,使得失電的上級母線重新帶電,下級母線通過下級快切重新切換回高廠變供電,從而保證經(jīng)濟(jì)性。

（2）#0l啟備變檢修情況下,3段上級母線快切投入,8段下級母線快切退出。

2.3.2新增3臺快切配置及切換邏輯

如圖3所示,在l0kM啟動(dòng)備用段V/B/C段設(shè)置3臺快切,以應(yīng)對不同運(yùn)行方式下的切換問題。

具體分析如下:

2.3.2.14爐3機(jī)運(yùn)行

4爐3機(jī)運(yùn)行方式如圖4所示,此時(shí)將#l快切和#2快切投入,#3快切退出。快切動(dòng)作配合邏輯如下:#l快切通過外部開入選擇雙方向切換（#l高廠變和#2高廠變通過CB2互相切換）,當(dāng)#l高廠變故障時(shí),#l快切啟動(dòng)跳CBl,合CB2:當(dāng)#2高廠變故障時(shí),#l快切啟動(dòng)跳CB3,合CB2。#2快切通過外部開入選擇單方向切換（只能進(jìn)行#3高廠變到CB4的切換）,當(dāng)#3高廠變故障時(shí),#2快切啟動(dòng)跳CB5,合CB4:當(dāng)#2高廠變故障時(shí),由#l快切動(dòng)作,#2快切自動(dòng)閉鎖。

2.3.2.24爐2機(jī)運(yùn)行

#1/#2高廠變帶電運(yùn)行方式如圖5所示,此時(shí)將#l快切投入,#2快切和#3快切退出。#1快切通過外部開入選擇雙方向切換（#l高廠變和#2高廠變通過CB2互相切換）,當(dāng)#1高廠變故障時(shí),#1快切啟動(dòng)跳CB1,合CB2:當(dāng)#2高廠變故障時(shí),#1快切啟動(dòng)跳CB3,合CB2。

#2/#3高廠變帶電運(yùn)行方式如圖6所示,此時(shí)將#2快切投入,#1快切和#3快切退出。#2快切通過外部開入選擇雙方向切換(#2高廠變和#3高廠變通過CB4互相切換),當(dāng)#2高廠變故障時(shí),#2快切啟動(dòng)跳CB3,合CB4:當(dāng)#3高廠變故障時(shí),#2快切啟動(dòng)跳CB5,合CB4。

#1/#3高廠變帶電運(yùn)行方式如圖7所示,此時(shí)將#3快切投入,#1快切和#2快切退出。#3快切通過外部開入選擇雙方向切換(#1高廠變和#3高廠變通過CB4互相切換),當(dāng)#1高廠變故障時(shí),#3快切啟動(dòng)跳CB1,合CB4:當(dāng)#3高廠變故障時(shí),#3快切啟動(dòng)跳CB5,合CB4。

當(dāng)#3高廠變擴(kuò)容后,#1/#3高廠變帶電運(yùn)行的方式也可能如圖8所示,CB4合位,CB2分位。#3快切通過外部開入選擇雙方向切換(#1高廠變和#3高廠變通過CB2互相切換),當(dāng)#1高廠變故障時(shí),#3快切啟動(dòng)跳CB1,合CB2:當(dāng)#3高廠變故障時(shí),#3快切啟動(dòng)跳CB5,合CB2。

2.3.2.33爐2機(jī)運(yùn)行

3爐2機(jī)的高廠變運(yùn)行方式與4爐2機(jī)高廠變運(yùn)行方式相同,因此快切配合及切換邏輯方案也一致。

2.3.2.43爐1機(jī)運(yùn)行

3爐1機(jī)運(yùn)行時(shí)3臺快切裝置均處于閉鎖狀態(tài)。

2.3.2.52爐1機(jī)運(yùn)行

2爐1機(jī)運(yùn)行時(shí)3臺快切裝置均處于閉鎖狀態(tài)。

3廠用電互聯(lián)二次回路及繼保改造

為了保證改造后上下級10kV母線段之間故障時(shí)繼電保護(hù)的速度性與選擇性,新增一面母線差動(dòng)保護(hù)柜,將整個(gè)啟動(dòng)備用段囊括進(jìn)其保護(hù)范圍,且具有大差與小差同時(shí)判斷、同時(shí)動(dòng)作的功能。啟備變未檢修時(shí),新增快切退出,原有下級10kV母線快切投入,以保證降低啟備變使用率的同時(shí)確保鍋爐不停止工作。當(dāng)發(fā)變組、高廠變或母線故障時(shí),先由發(fā)變組保護(hù)或母差保護(hù)的跳閘出口啟動(dòng)相應(yīng)下級10kV母線快切。

改造后,前期已有的10kVⅠA、ⅠB、ⅡA、ⅢB、ⅢA、ⅢB以及公用A、B段快切的切換進(jìn)線電源動(dòng)作由各發(fā)變組保護(hù)以及新增母線差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作出口啟動(dòng)。

當(dāng)有機(jī)組檢修或故障時(shí),由其他機(jī)組負(fù)責(zé)給本機(jī)組負(fù)荷供電時(shí)(4爐2機(jī)、3爐1機(jī)等運(yùn)行方式),供電機(jī)組的發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作或其所在啟動(dòng)備用段的母差小差動(dòng)作,除啟動(dòng)本機(jī)組各段下級10kV母線快切動(dòng)作外,還應(yīng)啟動(dòng)原本其負(fù)責(zé)供電的其他故障機(jī)組的下級10kV母線快切動(dòng)作,以上邏輯的實(shí)現(xiàn)通過母差保護(hù)的跳閘出口及各發(fā)變組保護(hù)的跳閘出口各自經(jīng)硬壓板引出,并且并聯(lián)后接入前期已有下級10kV母線快切。

4經(jīng)濟(jì)效益分析

改造前,由于為母管制機(jī)組,發(fā)電機(jī)停機(jī)后其出口高廠變對應(yīng)的10kV廠用段上鍋爐負(fù)荷可能仍需供電,此時(shí)高廠變無法供電,需由啟備變供電。雖然啟備變使用的電量為熱電廠自發(fā)自用,但其電費(fèi)仍需征收政府性基金及附加收費(fèi)(含交叉補(bǔ)貼)0.148368元/(kW·h),按2019、2020年電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表,啟備變用電平均7700萬kW·h/a,電費(fèi)7700×0.148368≈1142.43萬元/a。在對10kV廠用電系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)改造后,鍋爐負(fù)荷主要電源將由熱電廠高廠變提供,啟備變僅作為緊急備用電源,啟備變用電將大幅下降,預(yù)計(jì)每年可節(jié)省電量7000萬kW·h以上,每年可節(jié)省費(fèi)用7000×0.148368=1038.576萬元。

本項(xiàng)目共投資920萬元,主要是用在設(shè)備采購費(fèi)(澆筑母線、10kV開關(guān)柜、電纜、快切裝置等）和施工費(fèi)上。按照前兩年啟備變用電量計(jì)算,改造后一年將節(jié)約費(fèi)用10kV萬元左右,一年就能收回投資,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5結(jié)語

本文介紹了龍口自備熱電廠母管制機(jī)組10kV廠用電系統(tǒng),通過新增啟動(dòng)備用段母線,采用全絕緣澆筑母線互聯(lián)的改造方案,改造后實(shí)現(xiàn)了高廠變與各10kV母線段不再是一一對應(yīng)關(guān)系,即一臺高廠變可帶其他鍋爐負(fù)荷,保證了鍋爐負(fù)荷用電的安全可靠性、靈活性,并且能大幅度減少啟備變用電量,一年可收回投資成本,經(jīng)濟(jì)效益明顯,達(dá)到了降本增效的目的。