徐塘电厂300MW单元制机组启动备用高压厂用电互供研究

1、徐塘电厂300MW单元制机组启动备用高压厂用电互供研究倪 洲,陈国强（大唐集团江苏徐塘发电公司，江苏 徐塘 221300）Research on Auxiliary Standby High-Voltage Factory Electricity Mutual-Supply for 300MW Power Unit in Xutang Power PlantNI Zhou，Chen Guoqiang(Jiangsu Xutang Power Plant, Datang International Power Generation Co, 221300)Abstract: In this pap

2、er, based on deep inspection and data processing, in conjunction with actual situation of Xutang Power Plant and current sales rate of electricity, a systematic research was made for 300MW power unit to utilize auxiliary standby power system. The proposed scheme implements mutual-supply for neighbor

3、ing power units, and reduce electricity purchased by power plant from power grid greatly. Our scheme makes full use of surplus capacity of original auxiliary transformer in Xutang Power Plant, one auxiliary transformer connect with two power units. Based on the stability and voltage of the primary e

4、lectrical system, we proposed a relay protection and fast switching method among different power systems, which provides scientific basis for the upgrading project. Keywords: Power unit, Mutual-supply power system, Upgrading摘 要：本文通过系统调查和数据整理，结合徐塘发电厂实际情况，研究了在目前电网与发电厂结算形式下，对 300MW单元制机组启动备用电源系统进行改造，实现了

5、相邻机组互供电，减少下网电量。本方案充分利用原高厂变的富余容量，由一台高厂变向二台机组辅机供电，并对改造后一次系统的稳定性及电压进行校验，提出改造后系统的继电保护和各电源之间快速切换解决方案，为实施改造提供依据。关键词：单元机组；互供电源；改造1 概述随着电力系统的改革和厂网分开，许多发电厂的启动备用电源由原来的按自用电结算发展成按下网电价结算，徐塘发电公司（电厂）4台300MW机组（编号为47号），单元制接线，每2台机组使用1台独立的启备变作为高压启动备用电源，接在厂内的110kV系统上,现在按下网电价结算电量，由原来按厂用电计算的3000元/万kWh，上升至现在按下网电价的7830元/万k

6、Wh，生产成本加大，具经营部门提供数据显示，2008年2台启备变共使用下网电量1339万kWh。互供电改造后,二台机组运行时，机组高压厂用电通过各自的高厂变取自发电机出口，启备变同时作为2台机组的高压备用电源，同改造前一样；一台机组停机检修时，运行机组向相邻停运机组辅机供电，启备变作为运行机组的高压备用电源；2台机组全部停运时，启备变同时向2台机组供电。改造后每年可减少下网电量1000万kWh以上，获得经济效益近400万元。2 互供电改造能提高机组的安全性按照相关规定，单元制机组的各机组系统之间需相互独立，备用电源可靠。但在实际应用中，备用电源一般是公用的，有些情况下备用电源的可靠性并不高。徐

7、塘发电公司2台机组共用1台启动备用变压器，从110kV系统引入电源，由于历史原因，公司110kV系统设备几经减少，由原来的电源点改变为变电站，可靠性逐渐降低，已经出现过几次全部停电故障，最长一次停电时间四十多小时。如果这时机组跳闸，没有启动备用电源无法开机，很难保证机组安全，因此有必要结合实际情况对机组的启动备用电源进行改造。通过方案对比、专家咨询等，认为实施相邻机组启动备用电源互供电改造，可以降低110kV系统失电对机组安全性的影响，同时当一台机组检修时减少下网电量，提高经济性。3 互供电改造是建立在设备先进可靠、改动小的前提下上世纪八十年代国产配电设备故障率高，可靠性低，安全性差，维修工作

8、量大，年运行时间短；继电保护、自动装置性能差，功能简单。随着科学技术的进步，改革开放后的技术引进，目前的配电设备故障率极低，可靠性大幅提高，公司目前运行的212台6kV开关，是合资企业产品，技术成熟，性能稳定，连续运行几年，无一故障，并且维护工作量小、时间短，运行非常可靠。继电保护方面，目前使用的是微机型继电保护系统，功能强大，反应速度快，参数整定灵活，动作可靠。现在厂用电中普遍使用的快切系统，能够对“工作”及“备用”系统运行参数进行事实检测分析，按照不同的设定，采用“串联”或“并联”方式，对2个厂用电供电系统进行自动切换，成功率非常高。在改造的工作中，需要把启备变低压侧的刀闸更换为断路器，共

9、2台，型号3AH3-12/3150-40真空断路器；增加综合保护器4套。型号：WDZ-410；快切装置4套，型号：MFC2000-3A，增加设备很少，改动工作量不大，总投入不到百万元。因此，配电设备可靠性高、继电保护、快切系统先进、设备改动小、资金投入小等，是机组互供电改造得以实施的前提。4、5号机组启动备用电源互供电系统见图1。图1 徐塘电厂4、5号机组启动备用电源互供电改造系统图4 互供电改造中的高厂变容量问题徐塘电厂的高厂变、启备变容量都是40MVA/25 MVA25 MVA的双分裂变压器，低压侧额定电流：229122914552A，设计时的负荷计算见附表1。在实际运行中，由于推广了许多

10、节能改造措施（如：变频调速技术、高效电除尘器控制等）及合理调度，机组辅机总的实际运行负荷远小于设计时的计算负荷，当机组负荷在250300MW时,厂用辅机负荷只有1318MW, 高厂变的低压二分支绕组输出电流之和在15001900A之间，也就是说高厂变的出力在1/31/2额定容量。4号机组实际计算负荷见附表2，实际运行负荷见图2的运行画面截图，图中高厂变的负荷12.58MW小于实际计算负荷，远小于设计时的负荷计算，参考实际运行数据，4号机组的厂用电实际计算负荷23912.9kVA是可信的。图2 发电机组满负荷时事实画面截图进行互供电改造后，经过运行优化（汽动给水泵开机，锅炉单风机系统启动），需要

11、增加的另一台机组辅机容量见下附表3，实际机组启动时的总负荷见图3的运行画面截图，辅机总负荷6.5MW，启动机组（4号机组启动）已经可以发电48MW，能够切换到自带厂用电，实际运行值还小于计算的10563.8 kVA。图3 机组启动高压厂用电切换前辅机的总负荷通过以上的计算和实际数据说明，改造后4号高厂变带5号机组启动时总负荷（23912.910563.834476.7kVA）小于高厂变的额定容量，高厂变容量能够满足要求。5 互供电改造后的电压降问题电动机启动时，冲击电流使母线电压降低，根据相关规定，单台电机启动时允许电压不低于80%额定电压，整组电机启动时，电压不低于70%额定电压。计算如下：

12、5.1计算条件(1) 依据火力发电厂厂用电设计技术规定（SDGJ-17-88）(2) 4、5号高压厂用变压器为SFF10-40000/20，40/25-25MVA，20±2X2.5% /6.3-6.3 kV，UdI-II=15.5%,D yn1-yn1(3) 1号高压厂用启动/备用变压器为SFFZ10-CY-40000/110，40/25-25MVA，115±8x1.25%/6.3-6.3kV，UdI-II=16%,YN yn0-yn0-d11(4) 最大容量电动机为电动给水泵 YKS5400-4，5400kW，Ie610A(5) 高压厂用备用电源为快速切换5.2 电动机正

13、常起动时的电压计算（最大容量电动机正常单台起动）Um=Um电动机正常起动时的母线电压（标么值）U0厂用母线上的空载电压（标么值），对电抗器取1，对无励磁调压变压器取1.05，对有载调压变压器取1.1。S合成负荷（标么值）S=S1+SqS1电动机起动前厂用母线上已有负荷（标么值）Sq起动电动机的起动容量（标么值）Sq=Kq电动机的起动电流倍数Ped电动机的额定功率（kW）d电动机的额定效率电动机的额定功率因数X变压器的电抗XB=0.1066对于给水泵 YKS5400-4Kq=5.8Ped=5400kWd=96.4%=0.88厂用负荷统计以4号高厂变41段带负荷起动给水泵为最严重S1=（20709

14、.75672.95）1.1×540026382.651.1×540020442.65 (kVA)标么值S1=20442.65/250000.8337Sq =1.4768S=S1+Sq=0.8337+1.4768=2.3105Um=0.8425>0.8可以保证任何单台电动机正常起动。5.3电动机成组自起动时的电压计算Um=Um电动机正常起动时的母线电压（标么值）U0厂用母线上的空载电压（标么值），对电抗器取1，对无励磁调压变压器取1.05，对有载调压变压器取1.1。S合成负荷（标么值）S=S1+SQS1自起动前厂用母线上已有负荷（标么值），失压自起动或空载自起动时S1=

15、0Sqz自起动容量（标么值）Sqz=式中：Kqz自起动电流倍数，备用电源为快速切换时取2.5，慢速切换时取5；Ped参加自起动的电动机的额定功率总和（kW）；电动机的额定效率和额定功率因数地乘积，可取0.8。表1为参加自起动的电动机。表1 参加自起动的电动机（I类负荷电动机）6kV41段42段51段52段电动给水泵5400汽动前置泵250250250250凝结水泵10001000送风机710710710710吸风机1800180018001800一次风机1400140014001400循环水泵140014001400炉水循环水泵210420210210低压厂用工作变306.24302.7430

16、6.24302.74合计12476.246282.744676.247072.74注：以上数据来源于设计院32-F1654C-D图纸资料厂用工作电源只考虑失压自起动，高压厂用备用电源为快速切换Kqz=2.5以6kV41段或6kV 51段为最严重,=12476.24467617152Sqz=2.144Um=0.8546>0.7可以保证电动机整组自起动。以上计算数据说明，改造后母线电压能够满足任一台电动机单独启动和电动机整组自起动要求。不存在电压降超过规定值的问题。6 互供电改造后6kV系统短路电流稳定校验负荷容量增加后，故障短路时电动机反馈电流增加，应重新校验开关设备的动稳定和热稳定电流，

17、校验的一般原则应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。检验的短路电流，一般取最大运行方式下三相短路时的短路电流，小于开关设备的额定动稳定、热稳定电流即可。徐塘电厂6kV系统使用西门子真空开关，部分参数如表2。表2 西门子真空开关部分参数表额定开断电流/kA额定动稳定/kA3s热稳定电流/kA4010040以4号高厂变负荷较大的A段计算6.1三相短路电流周期分量起始值的计算 20.714KA （徐塘电厂保护定值计算书数据） （包括一台给水泵时9.82 kA）厂用电流短路周期分量电动机反馈电流周期分量高厂变电抗（标么值）（0.3645）系统电抗（标么值）（0.0554）基准电流（KA），当取

18、基准容量100MVA,基准电压6.3KV时，9.16 kA电动机平均电流反馈倍数，取5.56计及反馈的电机额定电流之和（A）计及反馈的电机额定功率之和(kW)电动机的平均效率和功率因数乘机，取0.8电动机的额定电压（kV）6.2 动稳定校验（短路冲击电流校验）式中：短路冲击电流（kA）；厂用电源的短路峰值电流（kA）；电动机反馈的峰值电流（kA）；厂用电源短路电流峰值系数，分裂变取1.85；电动机反馈电流的峰值系数，125MW以上机组取1.7。短路的动稳定条件：ichidf 或IchIdf  ich三相短路冲击电流峰值（kA）idf设备允许通过的动稳定（极限）电流

19、峰值Ich三相短路冲击电流有效值（kA）Idf电器设备允许通过的动稳定（极限）电流有效值（kA） （包括一台给水泵时80.12 kA）6.3热稳定校验（三相短路电流热效应）短路的热稳定条件：It2tQt式中：Qt在计算时间ts秒内，短路电流的热效应（kA2.S）；Itt秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）；t设备允许通过的热稳定电流时间（S）。 简化计算公式： i短路电流瞬时值（kA）t短路电流热效应计算时间（s），取0.2计算电动机反馈电流的衰减时间常数（s），取0.062厂用电源非周期分量的衰减时间常数（s），取0.06代入相关数据得： 0.26×428.4931.8890

20、.09×41.203146.99 以上计算说明，徐塘电厂6kV开关能够满足改造后增加容量对短路稳定性的要求。7 互供电改造快切系统的问题改造后为了满足各系统之间的快速切换，需要增加部分快切设备，并对原来的快切系统进行适当改造。原快切系统的作用情况如表3。表3 原快切系统的作用情况表厂变开关切换形式备用电源开关高厂41自动手动备41高厂42自动手动备42高厂51自动手动备51高厂52自动手动备52表中切换形式的“自动”是指工作电源开关（高厂开关）跳闸后备用电源开关自动合闸，不需人员操纵；“手动”是指运行人员通过快切系统手动切换。改造后的快切系统除应满足原来的开关切换外，还应满足如表4、

21、表5情况。表4 改造后的快切系统的开关切换需实现的作用情况表厂变开关切换形式备用电源开关高厂41自动手动备01高厂51自动手动备01高厂42自动手动备02高厂52自动手动备02表5 改造后的快切系统的电源开关切换需实现的作用情况表电源开关切换形式备用电源开关备41手动手动备01备51手动手动备01备42手动手动备02备52手动手动备02通过对以上切换逻辑分析，改造方案如下：(1) 改造原有快切装置，增加快切装置出口，满足高厂变开关跳闸后合备01、备02的回路。原来的快切装置是东大金智的MFC2000-2快切装置，2002年投运，一直运行稳定，由设备制造厂家对原来老快切装置进行适当改造，增加快切

22、装置出口继电器，并修改装置程序，实现合备01和备41、备01和备51、备02和备42、备02和备52开关的功能，实现如表6功能。表6 改造后的快切系统作用情况厂变开关切换形式备用电源开关高厂41自动手动备41或备01高厂42自动手动备42或备02高厂51自动手动备51或备01高厂52自动手动备52或备02(2) 增加快切装置（东大金智MFC2000-3A），满足备01和备41、备51及备02和备42、备52开关的切换需要。新增快切装置的取样比较电压，接在各6KV工作段和1号启备变低压侧的电压互感器上。总之，通过适当改造和增加部分设备，能够实现各电源之间的快速切换。8 互供电改造的继电保护问题原

23、系统中备41、备51、备42、备52开关作为1号启备变的低压侧开关，是启备变的保护作用，定值见表7。表7 1号启备变保护定值序号保护名称定值动作时间备注1启备变差动20.29A2瓦斯保护260cm31.0s3过流I段10.3A1.40s4过流II段11.3A1.70s5零序过流I段1.00A3.00s6复合电压过流负序电压6V低电压：60V过电流3.72.00s7断路失灵保护电流定值 2.18零序电流定值0.420.10s8间隙零序电流定值6.6A0.5 s9零序电压定值(高压侧)180V0.5 s10零序电流I段(高压侧）16.74.6 s跳母联11零序电流II段(高压侧)16.75.1 s

24、改造后备01、备02开关是1号启备变的低压侧开关，由启备变的保护作用，使用上表定值。备41、备51、备42、备52开关作为电源线路开关，应安装独立的厂用电线路保护，经过相关技术人员论证，在备41、备51、备42、备52开关上分别安装微机厂用电线路综合保护器，型号是WDZ-410EX，使用过电流保护、零序电流保护，定值和原来相同，动作时间减少0.5 S。即在进行互供电改造时，继电保护方面的工作就是将启备变保护动作原来跳备41、42、51、52的回路改至跳备01，02开关回路上，并在备41、42、51、52开关上增装厂用电线路综合保护器，单独作用在每台备用开关上。9 改造后的运行操作步骤当2台机组

25、全部运行时，厂用电运行方式同改造前一样，即备01、备02开关合上，备41、42、51、52开关分开，自动快切投入备用，在工作电源开关跳闸后，备用电源开关自动合闸，运行人员无需操作；当1台机组停运或检修时，由运行人员手动操作，运行机组通过备用开关向停运机组供电，具体操作如下：假使4机组正常运行，5机组准备停机检修（5机组正常运行，4机组准备停机检修情况相同，操作开关不同）9.1停机时切换情况(1) 通过快切装置手动切换，合备51、备52开关，分开高厂51、高厂52开关，由启备变带5号机组厂用负荷；（同改造前一样） (2) 运行稳定后仍通过快切装置合上备41、备42开关，分开备01、备02开关，由

26、4号高厂变带5号机组厂用电负荷。(3) 保持备01、备02开关分开和高厂41、高厂42之间自动快切备用，即运行中4号高厂变失电时，高厂41、高厂42开关跳开，备01、备02开关自动合上。9.2开机时切换情况5号机组已具备接待负荷能力，出力已达80MW以上。(1) 通过快切装置手动切换，合备01、备02开关，分开备41、备42开关，由启备变带5号机组厂用负荷；（机组之间直接切换时可省略此步）(2) 运行稳定后通过快切装置合上高厂51、高厂52开关，分开备51、备52开关；(3) 备41、备42开关和备51、备52开关均在分开位置，备01、备02开关在合闸位置，恢复正常备用方式，即运行中高厂变失电

27、时，对应的备41、备42或备51、备52开关自动合上。对于运行人员操作工作，同改造前基本相同，只是增加了检修停用机组和运行机组之间的手动切换，及部分信号的复位工作。10 结论通过以上分析计算，结合实际运行情况，认为机组原高厂变、启备变容量完全能够满足互供电改造后的容量需要，母线电压符合电机启动要求，开关设备满足短路稳定性要求；对二次保护设备、自动快切系统进行适当改造，依靠先进的现代技术，能够满足改造后各电源系统之间的自动、手动切换和故障保护功能；系统改造范围小，增加设备少，投资回报高，经济效益明显，徐塘电厂300MW单元制机组启动备用电源改造是科学的，方案是可行的，应积极推广应用。11 进一步

28、探讨(1) 二台相邻机组高压厂用电之间不经过启备变过度的直接切换；(2) 四台机组启动备用电源的共用，由任一台运行机组提供启动备用电源。参考文献：1 火力发电厂厂用电设计技术规定2 MFC2000-3A型微机厂用电快速切换装置技术说明书 作者简介：倪 洲(1955-)，男，江苏邳州人，电气工程师，长期从事发电厂技术工作；陈国强(1968-)，男，浙江永康人，高级工程师，长期从事发电厂技术管理工作。联系方式：地址：江苏省邳州市光明路1号邮编：221300电话：051683438086附表1 徐塘电厂4号机组设计负荷计算表设备名称设备数据6kV 41段6kV42段额定容量安装数量工作数量换算系数计

29、算容量安装数量 工作容量 安装数量工作容量单位kW/kVA台(回)台(回)KKVA台(回)kVA台(回)kVA电动给水泵540011154001540000电动给水泵前置泵250220.85212.51212.51212.5循环水泵 140022114001140011400中速磨煤机450550.85382.531147.52765送风机710220.85603.51603.51603.5吸风机 1800220.8515301153011530一次风机 1400220.8511901119011190炉水循环泵210320.85178.51178.51178.5凝结水泵 1000211100

30、01100011000灰浆泵250220.8542524250合计S1130876879.5脱硫装置电源2500220.8542501212512125厂用变 2000220.8511784.911784.9低压公用变 1250110.851904.2照明变 630110.851590检修变 4001101电除尘变1600220.851332.1519101857水工变压器 800110.85607.61607.6化学水变 630110.85523.951523.95除灰变630110.855231523.95合计S26314.16421.45S=1.1S1+S220709.713989.9高压绕组负荷/kVA34698.6所选变压器容量/kVA40000/25000-25000附表2 4号机组实际运行中的计算负荷表设备名称设备数据6kV 41段6kV42段额定容量安装数量工作数量换算系数计算容量安装数量工作容量安装数量工作容量单位kW/kVA台(回)台(回)KKVA台(回)kVA台(回)kVA电动给水