大容量跨区送电火电机组厂用电源切换方案.pdf

第 3 8卷 第 4期 2 0 1 6年 4月 华 电擞 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 ． 3 8 N o ． 4 Ap r ． 2 01 6 大容量跨 区送 电火 电机组厂用 电源切换方案 朱皓 陕西能源赵石畔煤电有限公司， 陕西 榆林7 1 9 0 0 0 摘要 我国现有六大区域电网交流未联网， 各电网分别以各 自的频率运行。火电厂若跨区域送电， 会存在厂用工作电 源和备用电源不同网无法并联切换的问题。分析了厂用电源切换困难的原因， 提出了电厂设计时将启动备用变压器电 源从升压站母线引接或发电机出口设置断路器等措施。对已建成电厂， 两个厂用电源来 自两个区域电网时， 可将厂用工 作、 备用电源开关接入同期装置， 启、 停机时发电机带厂用电运行作为中间环节， 完成厂用电源的并列切换。 关键词 电网； 差频电源； 厂用电切换 ； 启备变电源 ； 发电机出口断路器 中图分类号 T M 6 2 1 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 6 o 4 0 0 3 7一 o 3 0 引言 近期， 国家规划了 1 2条跨区域输电通道， 将内 蒙古、 山西、 陕西和云南等地的电力资源向京津冀、 长三角和珠三角地 区输送 ， 用 以解决这些区域 日益 严重的雾霾和电力短缺问题 ， 并将逐步建设一批超 超临界百万千瓦 级火 电机组 。电能跨 区域 电网输 送 ， 会出现机组厂用工作 电源和备用 电源不同网的 问题 ， 给厂用电源的并联切换带来困难。 1 厂 用工作 电源 和备 用电源 不能 并 列切 换 的原因 单机容量 3 0 0 MW 以上 的大 型火 电机组 ， 往往 采用发 电机 一主变压器 一厂用变压器 以下简称发 变组 单元制接线， 发电机出口不设断路器， 厂用启 动备用变压器 以下简称启备变 电源从本地 电网 引接。如图 1所示 ， 两台机组厂用 6 k V或 1 0 k V的 4段母线 ， 工作 电源由厂用变压器供 电， 备用 电源由 启备变供电。若启备变 电源引接 的本地电网和发变 组的接人电网处 于同一区域 电网 ， 则厂用工作电源 和备用 电源频率相 同， 厂用变压器和启备变降压后 电压幅值基本一致 ， 厂用 工作 电源和备用 电源的相 角差基本为固定值 ， 大小取决于两 电源到 电网的电 气距离差值 ， 一般不会超过 1 0 。 ， 满足技术规程规定 的相角差小于 3 O 。 的并列条件 。在机组启 、 停时 ， 厂用工作电源和备用电源可以并列切换 ， 厂用负荷 供电不 中断。 由于我国煤炭储藏分布不均和经济发展的不平 衡 ， “ 西 电东送” 工程 中单机容量达 1 0 0 0 MW 的新建 电厂不断增多 ， 启备变电源引接 自电网， 发变组接人 收稿 日期 2 0 1 6 0 21 8 ； 修回 日期 2 0 1 6 0 3 2 0 接入电网 接入电网 图 1 发 变组一次 系统 电网， 厂用工作电源和备用电源分别来至两个区域 电网的情况经 常出现 ， 两 电网运行频率不 同 为差 频电源 ， 相角差随时间不断变化 ， 变化速率与两电 网的频率差有关。厂用工作电源和备用电源的相量 图如图2所示 ， 厂用工作电源相量 和备用电源相 量 以不 同的速度绕 O点旋转 ， 相角差 不断变 化 ， 两电源的相量差 △￡ ， 2 U s i n 2 也随之变 化 ， 不满足并列条件， 两电源系统无法并列切换 ， 只 能采用 “ 先 断后合”的切 换方式 ， 而火 电机组厂用 6 k V 或 1 0 k V 母线失压 ， 机组是无法承受的。 即使厂用高压母线配置快切装置 ， 但 由于两电 源系统严禁并列 ， 无论 由工作电源切至备用电源 ， 还 是由备用电源切至工作电源， 快切装置手动切换方 式都不能投并联方式 ， 只能投 串联方式。以工作电 源切至备用电源为例 装置先断开工作电源开关 ， 检 测母线残压和备用电源的频差、 相差， 若满足条件完 成快速切换 ， 在断开开关 1 0 0 m s左右 ， 母线 电压下 降至9 0 ％ ～ 9 5 ％额定电压时合上备用电源开关， 对 母线上的负荷供电基本无影响； 若不满足快速切换条 件 ， 装置转入同期捕捉切换逻辑 ， 在断开开关 5 0 0 ms 3 8 华 电技 术 第 3 8卷 0 图 2差频电源相量图 左右， 母线电压降至 6 5 ％ ～ 7 0 ％额定电压时合上备 用 电源开关 ， 对母线上的负荷供电有一定影响 ； 若装 置 同期 捕 捉不 成 功 ， 转入 残 压切 换 ， 在 断 开开 关 1 5 0 0 m s 左右， 母线电压降至 2 0 ％ ～ 4 0 ％额定电压 时合上备用电源开关 ， 对母线上 的负荷供 电有较大 影响 ； 若残压切换不成 功 ， 装置转入 长延 时切换 ， 在 断开开关 4 0 0 0 m s 左右 ， 母线电压降至 0 V时合上备 用电源开关 ， 对母线上的负荷供电影响非常大。快 切装置究竞 以何种方式完成快速切换 、 同期捕捉切 换 、 残压切换或长延时切换不可控 ， 与母线 电源开关 断开前两 电源 间的相角差和频率差有关 ， 差值越小 完成快速切换 的可能性越大。两个差频电源装置多 数完成同期捕捉切换 ， 很少完成快速切换 ， 也有进行 残压切换 的。 可见， 百万千瓦火电机组在跨区域电网送电时， 由 于启备变电源的引接电网和机组的送出电网属于两个 区域电网， 给机组启、 停时厂用电的切换带来困难。使 用快切装置时， 串联切换过程不可控， 风险较大。 2 厂用电源切换方案 单机容量百万千瓦的火电机组， 升压站电压等 级一般为交流 5 0 0 ， 7 5 0 ， 1 0 0 0 k V， 下面分 3种情况探 讨厂用 电的切换方案。 2 ． 1 外送线路 电压等级为 5 0 0 k V的电厂 对于外送线路为 5 0 0 k V、 单机容量百万千瓦 的 新建电厂 ， 由于 5 0 0 k V等级 的配电设备或 s F 6 封闭 式组合电器 G I S 配电装置价位相对较低， 启备变 电源可以从 5 0 0k V升压站母线引接 ， 这样厂用备用 电源和工作电源均来 自同一个区域电网， 两电源频 率一致 ， 相角差一般不超过 1 5 。 ， 厂用 电源 由备用切 至工作， 或由工作切至备用， 均可进行并列切换， 不 影响厂用负荷的供电。如陕西国华锦界能源有限责 任公司 4台 6 0 0 MW 机组 地处西北 ， 向华北 电网送 电， 启备变电源从升压站 5 0 0 k V母线 引接 ， 避免了 厂用电源在两个 区域 电网切换的问题。 2 ． 2 外送线路 电压等级 为 7 5 0 k V或 1 O 0 0 k V 的 电厂 对于外送线路为 7 5 0 k V或 1 0 0 0 k V、 单机容量 百万千瓦的新建电厂， 由于7 5 0 k V或 1 0 0 0 k V等级 的 G I S配电装置 价位很 高 ， 1 0 0 0 k V的变压器和高 压套管造价都很高 ， 启备变电源不可能从 升压站母 线上引接 ， 只能从 当地 区域 电网就近引接 ， 而厂用工 作电源属于外送的区域 电网， 给厂用 电源的切换带 来了困难。按照 D IM T 5 1 5 3 --2 0 1 4 火力发电厂厂 用电设计技术规程 的规定 ， 在厂用 电源切换 困 难时可在发 电机出 口设置断路器 ， 且近几年发 电机 出口断路器价格下降较快， 在百万千瓦级机组应用 越来越广泛 。发 电机出 口设置断路器后 ， 机组在运 行和停机状态下 ， 厂用 电源 由外送线路经主变压 器 和高压厂用变 压器 以下简称高厂变 降压后 给厂 用母线供电， 仅需从本地电网引一路 电源 ， 保证外送 线路 、 主变压器或高厂变故障时机组 的安全停机用 电即可。本方案每台机组需增加一台发电机出 口断 路器 ， 高厂变需增加有载调压装置 ， 费用有所增加 ， 但启备变所需容量降低 ， 费用有所减少 ， 一台百万千 瓦级机组需增加投资约 1 0 0 0万元 ， 但机组启 、 停时 厂用 电源不需要切换 ， 系统简洁 、 操作简单 ， 减少了 厂用系统的非 同期并列点 ， 提高 了系统运行 的安全 性。如湖南华润电力鲤鱼江有限公司二期工程 2台 6 0 0 MW 机组向南方 电网送电， 从华中电网引接停机 电源， 设置了发电机出口断路器。 2 ． 3 厂用两电源处于两个区域电网 对于已建成 电厂 ， 厂用备用 电源和工作电源来 自两个区域电网， 发电机出口也未设置断路器时， 可 采用机组启 、 停时发 电机带厂用 电运行作为中间环 节进行厂用电源的切换 。如 图3所示 ， 以 1机组启 动为例 厂用 电由本地 电网经启备变通过 0 1 A， 0 1 B 开关供电 ， 1机组冲转定速发电机加励磁升压至额 定电压 ， 1 Z K开关在断开状态 ， 投入同期装置 ； 1 发 电机调速 、 调压相角差为 0时 ， 1 发 电机和本地电 网并列 ， 合上 1 A开关 ， 断开 0 1 A开关 ， 再次投入 同 期装置 ； 1发电机调速 、 调压相角差 为 0时， 1发 电机和本 地 电网并列 ， 合上 1 B开关 ， 断开 O 1 B开 关 ， 1发电机经 1 厂用变带厂用 电负荷孤网运行 ， 投入同期装置 ； 1 发电机调速 、 调压相角差为 0时， 1发电机和接入电网并列 ， 合上 1 Z K开关 。 1机组 停机时 ， 机组减负荷至和厂用负荷相当时 ， 退出 1 Z K 分闸关主汽 门保护 ， 拉开 1 Z K开关 ， 1 发 电机和接 人电网断开 ， 1发电机经 1厂用变压器带厂用 电 负荷孤网运行 ， 投入同期装置 ； 1发电机调速、 调压 相 角差 为 0时 ， 1发 电机和 本地 电网并 列 ， 合上 第4期 朱皓 大容量跨 区送电火电机组厂用电源切换方案 3 9． 接入 电网 接入 电网 机 图 3 发 变组及厂用电源一次 系统 0 1 A开关 ， 断开 1 A开关 ， 再次投入 同期装置 ； 1发 电机调速、 调压相角差为 0时 ， 1发电机和本地 电 网并列， 合上0 1 B开关， 断开 1 B开关， 1 机组厂用 负荷切至本地 电网经启备变供电 ， 1 发电机空载运 行 ， 断开 1发电机灭磁开关 ， 1汽 轮机打闸停机 。 此方案需将厂用电工作电源和备用电源开关作为同 期并列点接入同期 回路 ， 发电机需带 厂用 电负荷孤 网运行 ， 对汽轮机调速系统要求较高 ， 低负荷孤网运 行下对汽轮机、 锅 炉热力 系统 的要求很高。如 山西 省阳城电厂 J ， 启备变 电源从 华北 电网引接 ， 外送 线路至华东电网， 采用了上述方法进行 厂用 电源在 两个 区域 电网间的切换。湖南华润 电力鲤鱼江有限 公司一期工程 2台 3 0 0 M W 机组 ， 启备变电源从华 中电网引接 ， 外送线路至南方电网， 也采用了上述方 法进行厂用 电源在两个区域电网间的切换 。 3结束语 大型火电机组若跨区域送电， 往往存在机组厂 用备用电源来自本地区域电网， 而厂用工作电源来 自其他 区域 电网的情况 ， 两 电源间存在不断变化的 相角差 ， 导致厂用电源切换 困难 ， 给机组的启 、 停带 来安全隐患。可通过启备变 电源从升压站母线 引 接 、 发电机出口设 置断路器 ， 或机组启 、 停时发电机 带厂用电运行等方法解决此问题。 参考文献 [ 1 ] 火 力发 电厂、 变 电所二次 接线设 计技术规 程 D I MT 5 1 3 6 --2 0 1 2[ S ] ． [ 2 ] 邱关源． 电路 [ M] ． 4版． 北京 高等教育出版社， 1 9 9 9 1 8 0． [ 3 ] 火力发 电厂厂用 电设计技术规 程 D I MT 5 1 5 3 --2 0 1 4 [ s ] ． [ 4 ] 姜敏， 刘少龙． 阳城电厂厂用电切换 [ J ] ． 山西电力， 2 0 0 2 7 5 2 5 3 ． 本文责编 刘芳 作者简介 朱皓 1 9 7 5 一 ， 男 ， 陕西咸阳人， 工程师， 从事大型火电 厂电气 设备 及 系 统 的运 维 和 技 术 管 理 工 作 E ． ma i l 8 6 3 5 2 5 4 5 1 6 3 ． e o m 。 ●● 9 ●◇●o●●◇●●o●0●◇●o●●●o● ●o●o●●0●●0●o●●o●◇●o◇●0●0●◇●o●o●0●◇●0●o●◇●o●t 0}●o●o●o●0●0● 上接第3 6页 提供工程设计借鉴经验， 对供热改造项 目的顺利实 绕表 施和项 目的安全性也具有积极 的作用。 3 ． 6 热工检测仪表 根据业主要求 ， 为 了能够满足其检修人员 的维 护和检修方便性要求 ， 此次改造设计 中热工仪表的 选型与原机组热控设备选型保持一致， 以减少备品、 备件的品种和数量 。 4 结论 根据实际工程 ， 对某电厂的 2 x 3 0 0 Mw 纯凝 机 组进行了供热改造的设计， 本文内容可为同类工程 参考文献 [ 1 ] 许锐锋， 赵俊英 ， 张东海． 6 0 0 M w 机组供热改造系统的 设计与控制[ J ] ． 中国电力， 2 0 1 5， 4 8 7 7 2 7 5 ． [ 2 ] 魏斌 ， 王秋月． 自动控制技术在电厂供热改造中的应用 [ J ] 。 山东工业技术， 2 0 1 5 1 1 1 7 81 7 8 ． [ 3 ] 刘兵， 盖东飞．火力发电厂纯凝机组供热改造 中控制系 统设计分析[ J ] ． 华电技术， 2 0 1 6 ， 3 8 1 2 2 2 4 ． [ 4 ] 谢明， 罗建科．X D C 8 0 0分散控制系统在 3 0 0 MW 大型发 电机组上应用[ J ] ．装备制造， 2 0 1 4 s 2 6 3 6 4 ． [ 5 ] 张林广， 耿庆芝．X D C 8 0 0控制系统在 1 2 5 MW汽轮机组 D E H上的应用[ J ] ．热电技术 ， 2 0 1 1 4 2 6 5 6 ． 本文责编 白银雷 作者简介 常绪成 1 9 8 3 一 ， 男， 山东东平人， 工程师， 工学博士， 从事电厂热工自动化设计方面的工作 E - m a i l c h a n g x c h d ． m d i ． 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