裝設、取消啟動備用變壓器兩種主接線方式經濟性探討

龐飛

（華潤電力（仙桃）有限公司）

0 引言

隨著發電機出口斷路器（GCB）在機組上廣泛應用及其應用經驗不斷積累，目前采用取消啟備變的主接線方式也越來越受到重視，本文從技術經濟性和電能損耗兩方面對兩種主接線方式進行闡述。

某公司電氣主接線原設計為本期新建2 臺660MW 機組，以發電機-變壓器組單元接線方式接入廠內220kV 配電裝置，發電機出口不裝設斷路器（GCB），主變容量780MVA，每臺機組設置一臺容量為63/38-38MVA 的高壓廠用變壓器，其高壓側電源由發電機與主變壓器低壓側之間引接，兩臺機組設置一臺容量為63/38-38MVA 的啟備變，發電機正常發電和解列通過主變高壓側開關來實現，機組停機運行方式為啟備變帶電運行，主變和高廠變停運，此種方案為有啟備變方案，主接線見圖1。

圖1 不裝設GCB、設置啟備變方案接線示意圖

后將主接線更改為取消專用啟動/備用變壓器及相應設備，在發電機出口設置斷路器GCB，由于裝設發電機出口斷路器，機組的正常啟動和停機可以通過主變壓器-高壓廠用變壓器由220kV 配電裝置倒送電，發電機正常發電和解列可以通過發電機出口斷路器GCB 來實現，機組停機運行方式為主變和高廠變帶電運行，發電機出口斷路器GCB 斷開，由一臺機組的高壓廠用變壓器兼做另一臺機組的事故停機電源，此種方案為無啟備變方案，主接線見圖2。

圖2 裝設GCB、不設啟備變方案接線示意圖

1 高壓廠用變壓器容量的確定

由一臺機組的高壓廠用變壓器兼做另一臺機組的事故停機電源時，需要確定機組事故停機負荷的容量。事故停機負荷的容量如何計算，目前看法較多，很難統一。 有的認為，事故停機負荷就是事故保安負荷，在設置事故保安柴油發電機組之后，事故停機不是問題，可以保證人身和設備的安全；但有的工程則認為，重要負荷如凝結水泵、循環水泵、開式冷卻水泵、閉式冷卻水泵、汽機變、鍋爐變等均為事故停機負荷。根據各個電廠調研的情況，電廠運行人員認為在事故停機時，凝結水泵、循環水泵、開式冷卻水泵、閉式冷卻水泵及1 臺空壓機應計入事故停機負荷。

經過多方調研和與設計院溝通，當一臺機組事故停機時，主變和高廠變均失電，廠用電失電，柴油發電機能夠保證機組安全停機，僅把照明和檢修電源作為單臺機組的事故停機負荷，由于機組照明和檢修電源容量較小，故高壓廠用變壓器容量選型與啟備變基本一致。

按此原則，高壓廠用變壓器容量選擇為63/38-38MVA，阻抗電壓選擇為Ud=19%（以高壓側為基準），調壓形式為有載調壓。

2 兩種方案的經濟性比較

（1）電氣主接線方案技術特點

電氣主接線方案技術特點如表1 所示。

表1

（2）電氣主接線方案的經濟比較

電氣主接線方案選擇是否合理，不僅體現在供電的可靠性和安全上，也體現在方案的適用性和經濟性上，應綜合考慮配套設備的供貨情況、投資的多少等問題，如表2 所示。

表2

對比兩個電氣主接線方案，兩者在經濟上投資接近，而技術上各有優缺點，常規的設置專用起動備用變壓器方案的主要優點是保持機組的單元性，檢修備用功能較好，當主變或高廠變故障檢修時，啟備變可帶廠用電運行，該接線屬于常規接線。不設置專用的啟備變時，高壓廠用變壓器互為停機備用單元的方案具有正常運行時機組操作方便，只需分合發電機出口斷路器GCB 就能實現機組啟停，接線和布置簡單清晰的優點，在機組正常運行時，可以減少啟備變空載運行帶來的損耗，也為機組運行節省一定費用；其缺點是機組的單元性和檢修備用功能略差，主變或高廠變故障檢修時廠用電會失電。

3 兩種方案電能損耗對比分析

（1）機組安全運行時間統計

在含啟備變方案中，正常情況下，為保證機組運行的安全性，在一年運行周期內，除啟備變預試時間以外（預試時間若無意外一般為2 天），啟備變均應保持運行在近似空載備用狀態，理論上啟備變空載備用時間為363 天（一年按365 天計算）。

在取消啟備變方案中，在正常情況下，為保證機組運行的安全性，在一年運行周期內，若某臺機組停機時，因只斷開了發電機出口斷路器GCB，停機機組的主變和高廠變仍帶電，處于近似空載備用狀態，為機組廠用電供電，通過調研省內其他電廠運行時間，一般機組運行時間為8～9 個月，即240～270 天。

實際上停運機組仍要保留一部分必要的交流負荷維持運行，一般負載按0.5～2MW 之間，以上提到的近似空載備用狀態指的是變壓器所帶負荷相對于變壓器容量來說很小，可以忽略不計，近似空載運行。

（2）變壓器空載損耗統計

有啟備變方案變壓器損耗如表3 所示。

表3

無啟備變方案變壓器損耗如表4 所示。

表4

4 電能損耗分析計算

造成電能損耗絕大部分是主變、高廠變、啟備變在熱備用狀態的空載損耗，極少量損耗為機組停機狀態為維持機組必要的交流負荷經主變、高廠變由系統倒送電能時，在主變、高廠變線圈中引起的負載損耗，在有啟備變方案中是經啟備變由系統倒送電能時，在啟備變線圈中引起的負載損耗。雖說兩種方案系統電能倒送路徑不同，但經主變、高廠變倒送時引起的負載損耗與經啟備變倒送電能引起的負載損耗值差別不大。

由于此種狀態時對于主變來說負載率僅為0.06%～0.26%、對于高廠變來說負載率僅為0.8%～3.1%、對于啟備變來說負載率僅為0.8%～3.1%（此時，所帶負載按0.5MW～2MW 計），負載率很小。負載損耗的大小與負載率的平方成正比，因此計算得出的負載損耗絕對值很小，這種損耗可忽略不計。

考慮有啟備變和無啟備變兩種方案在機組正常運行狀態下，高廠變容量不同，其有載損耗亦不同，但生產廠家提供的有載損耗值為滿載時計算值，正常運行時，兩種方案的廠用負荷是相同的。因此，真正的高廠變有載損耗基本相近，在做兩種方案電能損耗對比時，也不必考慮。

根據上述總結，可以建立如下公式：

（P主＋P廠）×24×T＝P啟×24×363

通過上式可以求得：T≈47（天）。

式中，P主為主變的空載損耗（kW）；P廠為高廠變的空載損耗（kW）；T為兩種方案電能損耗相等時的時間天數（兩臺機組停機時間之和）。

綜上所述，按一年周期統計，兩臺機組合計停機天數為47 天時，無啟備變方案變壓器的電能損耗量與有啟備變方案時，變壓器的電能損耗量相當；當兩臺機組累計停機時間超過47 天越多，無啟備變方案比有啟備變方案電能損耗越多；當兩臺機組累計停機時間低于47 天，無啟備變方案比有啟備變方案電能量損耗少。

注：上述公式計算未考慮機組大小修情況，在機組大小修時，會出現全停情況，在全停時就沒有變壓器損耗。

5 結束語

取消專用啟備變壓器及相應設備，在發電機出口設置斷路器方案與常規的設置啟備變方案，經過充分的經濟性論證，結論為兩種方案均可行，投資金額相差不大。在節能方面，通過計算結果表明，在機組質量良好，外部條件允許的前提下，機組長期穩定運行，兩臺機組在一年周期內合計停運時間不超過47天的情況下，取消啟備變方案的電能損耗低于保留啟備變的方案。