無專用高壓備用變壓器時(shí)廠用電源切換方式探討

曹群佼，陳劍，徐秋蒙

(1.中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市430071;2.華潤電力控股有限公司，廣東省深圳市518001;3.華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，武漢市430074)

0 引言

2012年3月1日開始實(shí)行的GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］(簡稱“設(shè)計(jì)規(guī)范”)中第16.3.13節(jié)對(duì)高壓廠用備用或者啟動(dòng)/備用變壓器的臺(tái)數(shù)配置作了規(guī)定:“600MW級(jí)及以上的機(jī)組，當(dāng)裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器或者負(fù)荷開關(guān)時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定:……2)當(dāng)從另一臺(tái)機(jī)組的高壓廠用工作變壓器低壓側(cè)廠用工作母線引接本機(jī)組的高壓停機(jī)電源，互為事故停機(jī)電源時(shí)，則可不設(shè)專用的高壓廠用備用變壓器?！蓖瑫r(shí)，在此條文說明中指出:“但這種接線降低了機(jī)組之間的獨(dú)立性，高壓事故停機(jī)電源投入仍有一定的風(fēng)險(xiǎn)，操作閉鎖復(fù)雜，工程中應(yīng)謹(jǐn)慎采用。”湘潭電廠二期工程采用此接線，但是二期工程廠用系統(tǒng)同時(shí)引接了一期工程專用備用電源［2］。

宜昌某電廠新建2臺(tái)350MW燃煤供熱機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口設(shè)置斷路器，無專用的高壓廠用備用變壓器，2臺(tái)機(jī)組廠用6kV母線可以互為停機(jī)備用電源。

“設(shè)計(jì)規(guī)范”并未對(duì)廠用電源切換方式給出建議，且DLT 5153—2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》［3］未更新。結(jié)合宜昌某電廠工程廠用電接線并借鑒文獻(xiàn)［4-7］中對(duì)于快切的選擇和應(yīng)用的建議，本文對(duì)采用此接線方式的新建電廠廠用電源切換方式進(jìn)行探討。

1 宜昌某電廠廠用電接線

該電廠廠用電系統(tǒng)采用6kV和380/220 V 2級(jí)電壓。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1臺(tái)容量為60/38－38 MVA分裂結(jié)構(gòu)(有載調(diào)壓)的高壓廠用工作變壓器和A、B段6kV工作母線段，為機(jī)組的廠用負(fù)荷提供電源。2臺(tái)機(jī)組的6kV工作段母線A、B段互相關(guān)聯(lián)，互為停機(jī)備用電源。不設(shè)置公用段，公用負(fù)荷分別接至2臺(tái)機(jī)的6kV工作母線段。圖1為該電廠6kV廠用電接線簡圖。

圖1 6kV廠用電接線簡圖Fig.1 Connection diagram of 6kV auxiliary power

2 廠用電快切方案分析

2.1 廠用電快切裝置功能

通常，發(fā)電廠高壓廠用電源事故切換時(shí)間如不大于0.1 s，則稱為快速切換［8-9］。每臺(tái)廠用電快切裝置能對(duì)1段廠用電母線的工作電源與停機(jī)備用電源實(shí)現(xiàn)快切，若快速切換失敗，可自動(dòng)轉(zhuǎn)入同期捕捉和慢速切換。裝置應(yīng)具有同期檢定和只動(dòng)作1次的功能。

事故切換:裝置能在工作電源故障的情況下，單方向從工作電源切換至停機(jī)備用電源。

不正常切換:是由母線非故障性低電壓引起的切換，只能單方向由工作電源切換至停機(jī)備用電源。

2.2 宜昌某電廠廠用電快切情況

2.2.1 廠用電快切裝置配置

該工程每臺(tái)機(jī)組的2段6kV工作段各設(shè)置1臺(tái)快切裝置，2臺(tái)快切裝置組成1面屏。采用深圳市國立智能電力科技有限公司生產(chǎn)的SID-8BT-A型廠用電快速切換裝置。

2.2.2 廠用電快切要求

因該工程高壓廠用變壓器容量不足以承擔(dān)2臺(tái)機(jī)組的正常廠用電負(fù)荷，故當(dāng)1臺(tái)機(jī)組高壓廠用變壓器事故時(shí)，另一臺(tái)機(jī)組高壓廠用變壓器經(jīng)快切僅能帶高壓廠用變壓器事故機(jī)組6kV廠用停機(jī)保留負(fù)荷。

據(jù)此，設(shè)計(jì)院鍋爐、汽機(jī)、供水、化水、輸煤、除灰等專業(yè)及電廠相關(guān)生產(chǎn)管理及運(yùn)行人員參與了關(guān)于停機(jī)保留負(fù)荷的討論，最終確定了事故停機(jī)負(fù)荷。當(dāng)事故停機(jī)起動(dòng)廠用電快切時(shí)，快切裝置需要先切除事故停機(jī)保留負(fù)荷以外的其余6kV負(fù)荷，再切換到另一臺(tái)機(jī)組的廠用電系統(tǒng)。

2.2.3 負(fù)荷切除方案

2.2.3.1 用DCS實(shí)現(xiàn)負(fù)荷切除(方案一)

當(dāng)事故停機(jī)啟動(dòng)廠用電快切時(shí)，按照工藝設(shè)備的控制系統(tǒng)的設(shè)置特點(diǎn)，快切裝置分別通過4個(gè)出口將信息送至分散控制系統(tǒng)(distributed control systems，DCS):出口1送至主機(jī)DCS系統(tǒng);出口2送至輔網(wǎng)DCS系統(tǒng);出口3送至輸煤DCS系統(tǒng);出口4送至脫硫DCS系統(tǒng)。4個(gè)出口同時(shí)發(fā)出信息至各系統(tǒng)，系統(tǒng)收到信號(hào)后執(zhí)行相應(yīng)負(fù)荷跳閘。

方案一優(yōu)點(diǎn):

(1)節(jié)省大量二次控制電纜。

(2)事故停機(jī)負(fù)荷可根據(jù)機(jī)組多種運(yùn)行方式在DCS中設(shè)置多套切除方案，運(yùn)行更方便。

方案一缺點(diǎn):

(1)DCS接收信號(hào)后發(fā)出指令周期為20 ms(保護(hù)裝置出口時(shí)間)+500 ms(DCS掃描時(shí)間)=520 ms，斷路器分段時(shí)間為50 ms，故裝置出口時(shí)間為570 ms。快切裝置如果按照600 ms延時(shí)整定切換廠用電會(huì)導(dǎo)致快切失敗;如果按照100 ms延時(shí)整定切換廠用電，另一臺(tái)廠用變壓器會(huì)承受短時(shí)過負(fù)荷。

(2)每一次負(fù)荷調(diào)整均需要熱工、電氣、輔助系統(tǒng)等幾個(gè)部門共同配合，增加了潛在的誤操作幾率。

2.2.3.2 用廠用電快切裝置實(shí)現(xiàn)負(fù)荷切除(方案二)

當(dāng)事故停機(jī)啟動(dòng)廠用電快切時(shí)，快切裝置通過硬接線出口快速切除除事故停機(jī)保留負(fù)荷以外的其余6kV負(fù)荷后，再切換到另一臺(tái)機(jī)組的廠用電系統(tǒng)。

每臺(tái)快切裝置出口分為2類。第1類:配置跳閘總壓板，快切裝置跳閘出口啟動(dòng)后直接切除對(duì)應(yīng)負(fù)荷;第2類:每個(gè)跳閘出口單獨(dú)配置壓板，運(yùn)行人員可以以設(shè)計(jì)院各相關(guān)專業(yè)及電廠相關(guān)生產(chǎn)管理部門共同參與，形成的“關(guān)于事故停機(jī)負(fù)荷的討論”會(huì)議紀(jì)要為依據(jù)，編制事故處理規(guī)程，通過投退壓板的方式，靈活決定停機(jī)負(fù)荷。

負(fù)荷分類的原則是第1類負(fù)荷選取為事故停機(jī)時(shí)可以立即切除的負(fù)荷;第2類負(fù)荷選取為可由運(yùn)行人員根據(jù)需要自行調(diào)整的負(fù)荷。

方案二優(yōu)點(diǎn):

(1)保證了快切成功率，減少了快切對(duì)另一臺(tái)機(jī)組的沖擊。

(2)可由電氣專業(yè)單獨(dú)操作，減少了專業(yè)間的配合工作。

方案二缺點(diǎn):

(1)電纜多，需增加1面快切輔助繼電器屏。

(2)運(yùn)行維護(hù)工作量增加。

(3)不能與熱工專業(yè)停機(jī)邏輯配合。

2.2.3.3 方案選擇

經(jīng)與業(yè)主、運(yùn)行人員充分溝通，減少對(duì)另一臺(tái)機(jī)組的沖擊是電廠方認(rèn)為最重要的優(yōu)點(diǎn)，故最終選擇了方案二。

2.3 廠用電快切對(duì)保護(hù)的影響

2.3.1 設(shè)置專用備用電源按照規(guī)程規(guī)定，如果設(shè)置備用電源，出口方式為:

(1)高壓廠用變壓器復(fù)合電壓過流(第一時(shí)限)，整定的出口方式為切換廠用電;

(2)高壓廠用變壓器復(fù)合電壓過流(第二時(shí)限)，整定的出口方式為全停;

(3)高壓廠用變壓器油溫高(高定值)，整定的出口方式為切換廠用電;

(4)高壓廠用變壓器繞組溫度高(高定值)，整定的出口方式為切換廠用電;

(5)高壓廠用變壓器散熱器故障，整定的出口方式為切換廠用電。

2.3.2 不設(shè)置專用備用電源

因GB/T 14285—2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》［10］無針對(duì)不設(shè)置專用備用電源的出口方式建議，本工程根據(jù)運(yùn)行人員多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將出口方式進(jìn)行了如下修改:

(1)高壓廠用變壓器復(fù)合電壓過流(第一時(shí)限)，整定的出口方式為全停;

(2)高壓廠用變壓器油溫高(高定值)，整定的出口方式為發(fā)信號(hào);

(3)高壓廠用變壓器繞組溫度高(高定值)，整定的出口方式為發(fā)信號(hào);

(4)高壓廠用變壓器散熱器故障，整定的出口方式為發(fā)信號(hào)。

3 結(jié)語

因“設(shè)計(jì)規(guī)范”對(duì)高壓廠用備用變壓器的配置作了簡化，而相關(guān)規(guī)程沒有相應(yīng)更新，故無專用備用變壓器時(shí)廠用電源切換的實(shí)現(xiàn)方式值得作為一個(gè)新的專題進(jìn)行討論。本文結(jié)合工程實(shí)際，分析了無專用備用變壓器時(shí)廠用電源切換的實(shí)現(xiàn)方式，得到以下結(jié)論:

(1)廠用電接線的變化對(duì)發(fā)變組保護(hù)的出口方式有很大的影響，宜昌某電廠工程的出口方式能給類似工程提供參考。

(2)宜昌某電廠工程廠用電源切換所采用的方案為將負(fù)荷分類后再由運(yùn)行人員按照既定的原則靈活決定停機(jī)負(fù)荷。此方案具有保證快切成功率，減少快切對(duì)另一臺(tái)機(jī)組的沖擊，減少運(yùn)行時(shí)各專業(yè)間的配合等優(yōu)點(diǎn)，可供相同接線類型電廠借鑒。

［1］GB 50660—2011大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］伍定華，吳厚濃，廖利民，等.湘潭電廠二期2×600MW機(jī)組電氣主接線的特點(diǎn)探討［J］.電力建設(shè)，2007，28(28):36-38.

［3］DL/T 5153—2002火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［4］符建.微機(jī)廠用電快切裝置在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用中的問題及改進(jìn)［J］.電力安全技術(shù)，2012(5):37-39.

［5］劉浩軍.電源快速切換裝置與備自投的比較［J］.電氣應(yīng)用，2012(22):51-54.

［6］崔立強(qiáng).高壓電源快切對(duì)繼電保護(hù)影響的研究［D］.天津:天津理工大學(xué)，2012.

［7］陳迎保，蘭小軍.豐城發(fā)電廠機(jī)組廠用電快切不成功過程分析［J］.江西電力，2013(3):78-80.

［8］DL/T 5136—2012火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

［9］水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè):電氣二次部分［M］.北京:中國水利水電出版社，1989.

［10］GB/T 14285—2006繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程［S］.