國外發(fā)電廠電氣設(shè)計特點(diǎn)淺析

周曉波，高 華，魏 燕

(西北電力設(shè)計院，陜西 西安 710075)

隨著越來越多的國外火力發(fā)電廠及燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站項目執(zhí)行，國外電站項目的設(shè)計原則及與國內(nèi)項目設(shè)計思路的差異逐漸顯現(xiàn)出來。本文根據(jù)近10年西北電力設(shè)計院執(zhí)行的印度、越南、阿曼、沙特、約旦、巴西、馬來西亞、巴基斯坦、斯里蘭卡、印度尼西亞、柬埔寨等國外項目在設(shè)計和咨詢過程中所采用的設(shè)計方案及方案執(zhí)行過程中遇到的問題，淺析了國外項目電氣設(shè)計特點(diǎn)以及與國內(nèi)的差異，供同行參考與借鑒。

1 國外火力發(fā)電廠電氣設(shè)計特點(diǎn)

1.1 電壓等級及頻率選用

國外火力發(fā)電廠采用的電壓等級見表1。

表1 國外火力發(fā)電廠采用的電壓等級

1.2 電氣主接線

國外火力發(fā)電廠的電氣主接線一般采用的接線形式見表2。

表2 國外火力發(fā)電廠的電氣主接線一般采用的接線形式

印度和越南的火力發(fā)電廠廠內(nèi)多設(shè)有聯(lián)絡(luò)變，有兩個及以上電壓等級，主接線較為復(fù)雜。400kV及以上系統(tǒng)一般會配備母線或線路電抗器，用于系統(tǒng)無功補(bǔ)償。

印度電網(wǎng)的計量規(guī)程要求用于計量的CVT需單獨(dú)設(shè)置，因此出線的計量CVT為一個單獨(dú)的兩次級CVT。

圖1是印度某電廠的電氣主接線圖，具有一定的代表性。該電廠有400kV和220kV兩個電壓等級，400kV采用一個半接線，220kV采用雙母線帶旁路母線接線，通過一臺400/220/35kV的自耦聯(lián)絡(luò)變聯(lián)系，起備變電源由220kV升壓站引接，400kV裝設(shè)母線電抗器，每回出線均預(yù)留400kV線路并聯(lián)電抗器。

圖1 印度某2×660MW機(jī)組火力發(fā)電廠電氣主接線

1.3 廠用電接線

國外火力發(fā)電廠的600MW及以上機(jī)組工程，廠用電接線一般采用11kV、6.6kV或11kV、3.3kV兩級電壓，沙特項目采用了13.8 kV、6.6 kV兩級電壓。300MW及以下機(jī)組一般采用6.6kV等級一級電壓。

國外火力發(fā)電廠的廠用電接線根據(jù)是否裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器主要采用以下方案：

⑴發(fā)電機(jī)出口設(shè)斷路器，主要有以下兩種接線。

①取消專用高壓起動(停機(jī))/備用電源，并且不同機(jī)組廠用段采用暗備用方式互相拉手，具體接線見圖2。

②設(shè)置備用/公用變，由發(fā)電機(jī)機(jī)端引接，公用段用于全廠公用負(fù)荷供電，并給機(jī)組廠用工作段提供備用電源。備用/公用段之間再兩兩牽手互為備用，具體接線見圖3。

⑵發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)斷路器時，起動/備用/公用變壓器電源一般由廠內(nèi)升壓站直接引接。廠用電根據(jù)機(jī)組容量不同，有如下接線方式：

①300MW等級機(jī)組廠用電采用一級電壓，廠用高壓變壓器和廠用段的設(shè)置有如下兩個方案：

方案1：每臺發(fā)電機(jī)設(shè)置兩臺雙卷廠用高壓變壓器，每臺機(jī)設(shè)兩段高壓工作段，兩臺機(jī)設(shè)置兩段公用/備用段，兩臺機(jī)設(shè)置2臺互為備用的起動/備用/公用變壓器，給公用/備用段供電。

方案2：與國內(nèi)工程接線相類似，每臺機(jī)設(shè)置一臺分裂變作為廠用高壓變壓器，兩臺機(jī)設(shè)置一臺分裂變作為起動/備用電源。

②600MW等級機(jī)組廠用電一般采用兩級電壓，除起動/公用/備用變壓器電源由廠內(nèi)升壓站引接外，其他接線與圖3一致。

⑶設(shè)置起動/公用/備用變壓器時，單臺起動/公用/備用變壓器的容量選擇考慮以下三種運(yùn)行狀態(tài)下的最大容量：

圖2 某裝設(shè)GCB的沙特2×660MW機(jī)組13.8/6.6kV兩級電壓廠用電接線

圖3 某裝設(shè)GCB的印度2×660MW機(jī)組11/3.3kV兩級電壓廠用電接線

表3 起動/公用/備用變壓器運(yùn)行狀態(tài)

1.4 二次部分

國外火力發(fā)電廠的機(jī)組保護(hù)配置、控制方式等有以下不同特點(diǎn)：

⑴ 保護(hù)配置

① 保護(hù)雙重化方式不同，國內(nèi)大容量機(jī)組保護(hù)多采用完全雙重化保護(hù)配置，國外工程中保護(hù)較多配置發(fā)變組大差動及發(fā)電機(jī)、主變、廠變小差動方式實(shí)現(xiàn)主保護(hù)雙重化，有部分工程發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)采用雙重化配置。

② 中性點(diǎn)接地的變壓器除了配置零序過電流保護(hù)外還需配置限制性接地保護(hù)。

③ 發(fā)電機(jī)相間短路故障后備保護(hù)，國內(nèi)大容量機(jī)組采用復(fù)合電壓(包括負(fù)序電壓及線電壓)起動的過電流保護(hù)，國外工程常要求配置阻抗保護(hù)。

④ 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)除采用零序電壓和三次諧波原理的95%，100%定子接地保護(hù)外。定子接地也有要求配置注入式接地保護(hù)。

⑤ 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)要求采用注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。

⑥ 發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)，國內(nèi)工程根據(jù)保護(hù)規(guī)程配置專用的匝間保護(hù)，國外工程中多不要求配置該原理的匝間保護(hù)。

⑵ 控制方式

國內(nèi)工程電氣均采用計算機(jī)監(jiān)控方式，但在國外一些工程中仍要求采用控制屏(臺)控制方式，個別工程還要求機(jī)組設(shè)置備用的發(fā)電機(jī)控制臺。

1.5 電氣部分計算

國外項目的電氣部分計算主要包含以下內(nèi)容：

短路電流計算；廠內(nèi)潮流計算；廠用高、低壓變壓器容量選擇計算；最大一臺電動機(jī)起動時的壓降計算；直流、蓄電池容量選擇計算；PT、CT選擇計算；接地計算；防雷計算等。

直流、蓄電池容量選擇可根據(jù)IEEE 485標(biāo)準(zhǔn)手算，PT、CT選擇可根據(jù)IEC 60044標(biāo)準(zhǔn)手算。其他計算均可采用商用的計算程序進(jìn)行計算，程序中帶有IEEE、IEC、ANSI等規(guī)程的計算方法，可根據(jù)不同工程在合同中簽訂的計算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的計算。

2 國外燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電站電氣設(shè)計特點(diǎn)

2.1 電氣主接線

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電站的電氣主接線的各電壓等級接線形式基本與火力發(fā)電廠相同，當(dāng)燃機(jī)采用LCI/SFC起動時，需要裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器。一般僅在燃機(jī)出口裝設(shè)廠用高壓變壓器，汽輪發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)廠用高壓變壓器。

見圖4電廠中220kV系統(tǒng)采用一個半接線，發(fā)電機(jī)裝設(shè)出口斷路器，廠用中壓段互相牽手，不裝設(shè)起動/備用變壓器，主接線簡單清晰。

圖4 某2+1燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)項目電氣主接線

2.2 廠用電接線

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電站的廠用電接線多采用僅在燃機(jī)出口裝設(shè)廠用高壓變壓器，汽輪發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)廠用高壓變壓器的廠用電接線。國外項目中廠用高壓段互相牽手，汽機(jī)及廠區(qū)公用系統(tǒng)的高壓負(fù)荷分別連接在不同的燃機(jī)工作段上。

從圖4中可以看出，該電廠設(shè)置兩段廠用高壓段，互相牽手，給全廠輔助用電系統(tǒng)配電。

值得注意的是，國外的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站多有黑起動功能要求，需要根據(jù)項目的實(shí)際情況，研究黑起動柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)置。由于黑起動柴油發(fā)電機(jī)的容量要求較高，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定黑起動柴油機(jī)的數(shù)量和單臺柴油機(jī)的容量。當(dāng)選用多臺小容量柴油機(jī)并機(jī)實(shí)現(xiàn)黑起動功能時，應(yīng)充分考慮其起動邏輯及并機(jī)順序問題。

3 國內(nèi)外電氣部分設(shè)計的差異

根據(jù)已執(zhí)行的國外電廠情況來看，國外項目與國內(nèi)項目的差異主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 電氣主接線的差異

國外火力發(fā)電廠廠內(nèi)升壓站一般有兩個高壓電壓等級，各電壓等級之間采用自耦聯(lián)絡(luò)變壓器聯(lián)系。

國內(nèi)的火力發(fā)電廠，除煤電一體化或自備電廠外，電氣主接線均力求簡潔、清晰，盡量降低投資。一般廠內(nèi)僅設(shè)置一個高壓電壓等級。而國外項目的電氣主接線形式更為復(fù)雜，電氣設(shè)備數(shù)量及其初投資較高，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。

3.2 起備變的設(shè)置

印度項目一般兩臺300MW或600MW等級機(jī)組設(shè)置一臺或兩臺起動/公用/備用變壓器，容量選擇見上文所述，按照該方式計算出的起動/公用/備用變壓器容量大于國內(nèi)機(jī)組。

國內(nèi)兩臺300MW或600MW等級機(jī)組僅設(shè)置一臺雙分裂起動/備用變壓器，且容量僅考慮一臺機(jī)組的備用計算容量，遠(yuǎn)小于國外項目中的起動/公用/備用變壓器容量。

3.3 變壓器檢修方式

國外工程多有設(shè)置變壓器檢修軌道要求，用于檢修時將變壓器拖出至專門的檢修場地。而國內(nèi)的變壓器一般不設(shè)置永久性檢修軌道。

3.4 廠用電接線的差異

國外火力發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)接線也較為復(fù)雜，600MW及以上機(jī)組，廠用電接線一般采用兩級電壓，廠用兩級電壓多采用降壓變由較高電壓等級給較低電壓等級的廠用高壓段供電。而國內(nèi)的600MW機(jī)組，廠用電接線一般采用10 kV或6kV一級電壓，如采用兩級電壓，廠高變也多采用三繞組變壓器，簡化了廠用電接線，減少了廠用中壓系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量，節(jié)約了主廠房內(nèi)的中壓配電室空間。

3.5 設(shè)置獨(dú)立的配電室

由于濕熱帶地區(qū)有雨季問題，一般國外項目會要求所有的電氣配電盤柜，包括MCC，均應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的配電室，而國內(nèi)的MCC是布置在各個工藝車間內(nèi)，不設(shè)置獨(dú)立的配電室。

3.6 防雷接地差異

國外項目的接地設(shè)計一般采用IEEE 80-2000 Guide for Safety in AC Substation Grounding標(biāo)準(zhǔn)或IEEE Std 665 IEEE Guide for Generating Station Grounding標(biāo)準(zhǔn)，防雷設(shè)計可采用IEEE 998-1996 IEEE Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of Substations標(biāo)準(zhǔn)中的滾雷法或NFPA 780 Standard for the Installation of Lightning Protection Systems標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計。

國內(nèi)的防雷接地設(shè)計則采用DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合和DL/T621-1997交流電氣裝置的接地兩個標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進(jìn)行防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計。

國內(nèi)外不同的規(guī)范對于防雷接地設(shè)計的理念有所不同，但結(jié)果基本一致。

3.7 規(guī)程規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)差異

國外項目根據(jù)合同簽訂的內(nèi)容，一般采用IEEE或IEC標(biāo)準(zhǔn)，也有一些中東和南美國家會采用NFPA標(biāo)準(zhǔn)和ANSI標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)項目則采用GB和DL標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行發(fā)電廠的電氣設(shè)計。這些標(biāo)準(zhǔn)中有很多細(xì)節(jié)處不盡相同。對此，應(yīng)在執(zhí)行國外項目時仔細(xì)研讀合同中對于標(biāo)準(zhǔn)的要求，以便按照正確的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和相應(yīng)的選型計算。

4 結(jié)語

綜上所述，國內(nèi)外火力發(fā)電廠及燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站項目在電氣設(shè)計方面還存在較大差異，究其原因，筆者認(rèn)為主要是由于項目所在國家的電網(wǎng)較為薄弱，對于電廠的可靠性要求較高，因此在電氣系統(tǒng)和設(shè)備的配置上都較國內(nèi)電廠的電氣設(shè)計方案復(fù)雜。

[1]高有權(quán)，高華，魏燕.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)設(shè)計及整定計算[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2]IEC 60038-2009，標(biāo)準(zhǔn)電壓[S].