600MW火電機(jī)組廠用電互聯(lián)改造方案研究

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(gòu)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(gòu)電,具有較好的經(jīng)濟(jì)性^[2-3]。因此,以某電廠為例,給出了600MW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(duì)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(hào)機(jī)組容量為600MW,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(tái)機(jī)組設(shè)兩臺(tái)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(hào)機(jī)組共設(shè)兩臺(tái)40/25-25 MVA的啟動(dòng)/備用變,電源引接于本廠220 kV母線。在機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)期間,6 kV母線由啟動(dòng)/備用變供電,啟動(dòng)完畢通過主變高壓側(cè)斷路器同期并網(wǎng)后,通過DCS手動(dòng)啟動(dòng)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(hào)機(jī)組每臺(tái)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(tái)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(dòng)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(hào)機(jī)組6 kV1A、1B、1C、1D段每段增加一臺(tái)聯(lián)絡(luò)開關(guān)及相應(yīng)保護(hù);在2號(hào)機(jī)組6 kV2A、2B、2C、2D段每段增加一臺(tái)聯(lián)絡(luò)開關(guān)及相應(yīng)保護(hù);用電纜將6 kV1A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(hào)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 AVD4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185mm2 的動(dòng)力電纜互聯(lián),最大載流量為2 500 A,當(dāng)單臺(tái)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(hào)為PCS-9624C,CT變比N為1 000/10根據(jù)停機(jī)負(fù)荷(停風(fēng)組后)來看,各臺(tái)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(tái)運(yùn)行機(jī)組帶另一臺(tái)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(dòng)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(tái)機(jī)組正常運(yùn)行帶另一臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)(點(diǎn)火前)負(fù)荷表,經(jīng)過調(diào)整負(fù)荷,1、2號(hào)機(jī)組在單機(jī)運(yùn)行期間,高廠變?nèi)萘磕軡M足一臺(tái)運(yùn)行機(jī)組帶另一臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)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(dòng)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21187 A,動(dòng)作值為:

式中:I⁽²⁾_minn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√ 3/2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(dòng)作電流按下列條件整定:根據(jù)上列停運(yùn)、啟動(dòng)負(fù)荷比較,啟動(dòng)時(shí)所帶負(fù)荷量更大,考慮按啟動(dòng)時(shí)負(fù)荷計(jì)算。1(2)A段啟動(dòng)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(dòng)時(shí)機(jī)組帶負(fù)荷3819 KVA,負(fù)荷電流約325 A;1 (2)B段啟動(dòng)時(shí)機(jī)組帶負(fù)荷6765 KVA,負(fù)荷電流約651 A;1 (2)C段啟動(dòng)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(dòng)(點(diǎn)火前)機(jī)組母線所接電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電流之和整定^[7]:

I_dz=K_k×K_zq×I_e    (2)

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

式中:U_d%為歸算到分支額定容量的變壓器的半穿越阻抗百分值;W_e為變壓器低壓繞組的額定容量;K_qd為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流倍數(shù),取K_qd的平均值為5;W_dΣ為需要自啟動(dòng)的全部電動(dòng)機(jī)的總?cè)萘俊?

躲過2號(hào)機(jī)組啟動(dòng)(點(diǎn)火前),1號(hào)機(jī)組母線所接電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電流之和整定計(jì)算結(jié)果如表3所示;躲過1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)(點(diǎn)火前),2號(hào)機(jī)組母線所接電動(dòng) 機(jī)最大啟動(dòng)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:

I_dz=K_k?I_fh=1.1I_fh    (4)

式中:I_fh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(jí)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,0.6s;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,0.6s;2D互聯(lián)開關(guān)過流4.0 A,0.6 s。

靈敏度校驗(yàn):

K_lm=I⁽²⁾_min/I_dz>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,1.5s;2A互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷2.2 A,1.5s;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,1.5s;2C互聯(lián)開關(guān)過負(fù)荷2.4 A,1.5s;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0.5s。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(jí)間隔零序保護(hù)和高廠變低壓側(cè)零序保護(hù)有級(jí)差配合,動(dòng)作電流一次值取40 A,時(shí)間:與下級(jí)變壓器及電動(dòng)機(jī)配合,T=ΔT+T,跳開關(guān)。二次動(dòng)作值為I0=0.8 A,動(dòng)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(hào)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(tái)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(zhǎng)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(zhēng)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(zhǎng)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(dòng)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(tái)機(jī)組的6 kV廠用電作為另一臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)運(yùn)行方式;禁止將6 kV段的兩電源長(zhǎng)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(tái)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(hào)機(jī)組6 kV1A段和2號(hào)機(jī)組6 kV 2D段為例,2號(hào)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(hào)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(tái)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(huì)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(hào)機(jī)組在機(jī)組啟動(dòng)、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(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì),市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)下,機(jī)組年利用小時(shí)下降(大約為4 000h),機(jī)組停備時(shí)間增多,加上機(jī)組A、C級(jí)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(cè),1、2號(hào)機(jī)組每年外購(gòu)電約1800萬kw?h,扣除啟、停機(jī)用電量,每年約減少外購(gòu)電1000萬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。

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2024年第21期第15篇