廠用電系統研究與切換方法探討

李玉濤

[摘要]發電廠廠用電系統是發電廠的重要組成部分，對發電廠廠用電系統及其切換方法進行研究，希望能對改進發電廠的生產有所幫助。

[關鍵詞]廠用電系統 切換方法 高壓 低壓

中圖分類號：TM7文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0220023－01

廠用電系統是發電廠的重要組成部分，本文主要分析了廠用電系統的接地，負荷優化和切換等。

一、廠用電系統接地

廠用電系統接地在理論和實踐上主要分為高壓和低壓兩種條件。高壓廠用電系統接地方式涉及發電廠的安全運行、供電連續性等重要問題，同時在專業技術方面還涉及廠用電系統過電壓與絕緣配合、繼電保護、地設計等諸多領域。發電廠高壓廠用電系統中性點最常見的接地方式有：①經消弧線圈接地；②不接地；③直接接地；④經中阻電阻接地。根據相關國家標準和行業標準中提到的低壓配電系統共有3種接地型式，并分為5種接地系統接地型式：TN，TT，IT。接地系統：TN-CTN-C-STN-S（總稱TN系統）TT，IT。第一個字母用來表示配電系統的接地關系即：T電源端有一點直接接地；I電源端所有帶電部分與地絕緣，或有一點經阻抗接地。第二個字母用來表示電氣裝置外露可導電部分與地的關系，即：N裝置外露可導電部分與配電系統的接地點直接電氣上連接，在交流電系統中，這個接地點通常是中性點；T裝置外露可導電部分對地直接電氣上連接，但這種連接與配電系統的任何接地點無關。TN-C系統宜用于三相負荷比較平衡，電路中三次諧波電流不大，并有專業人員維護管理的一般性工業廠房和場所。TN-C-S系統宜用于以TN-C系統為主的工業廠房和場所中某些不宜使用TN-C系統的局部區域的、分散的裝有重復接地設施的建筑物。TN-S系統宜用于單相負荷比較集中的科研試驗部門，產生三次諧波電流的設備比較多的場所，設有變電所的高層建筑、對系統接地型式無特殊要求的設有精密電子設備和數據處理設備的場所，以及對防火、防爆有要求的場所。TT系統宜用于由當地供電部門以低壓配電系統供電和遠離變電所的建筑物、對接地要求高的精密電子設備和數據處理設備的場所，以及對環境有防火、防爆要求的場所。IT系統宜用于某些對不間斷供電要求高的場所和對環境有防火、防爆要求的場所。

二、廠用電系統負荷優化

廠用電系統負荷轉移法是在對廠用電系統正常、異常和事故工況下的用電潮流進行測算后，按照廠用電供電可靠性100%和來自系統的外購電量最小的原則進行設計優化的極佳選擇。該方法在部分發電廠的廠用電系統優化中得到了應用，顯著地減少了外購電量，并使廠用電系統運行的方式更加靈活。舉例如下：某廠一次設備接線如圖所示。原廠用電系統接線為典型設計方式：正常2臺機組運行時機組各帶本機廠用負荷，高備變帶6KV備用段所有公用負荷，并做2臺機組的備用電源。任1臺機組停機時，通過廠用電快切裝置將其廠用電切至高備變帶，可見，高備變在正常運行中不僅帶大量的公用負荷，而且任1臺機組停機時高備變還帶該機的檢修負荷。由于6KV備用段帶有輸煤、化水、主廠房公用和灰漿泵等公用負荷，故在機組運行中高備變不允許停運，從而使高備變的停運檢修極為困難。

通過加裝兩套快切裝置并對安裝前后的數據進行分析得出負荷轉移優化方案如下：輸煤段開關M6A、1號化水變高壓側開關H61由6KV備用OA段段備用開關→6K VIIA段備用開關；輸煤段開關M6B、2號化水變高壓側開關H62由6KV備用OB段→6KV IB段備用開關；1號公用變高壓側開關G61由6KV備用OA段→6KV IA段段備用開關。2號公用變高壓側開關G62由6KV備用OB段6KV IIB備用開關。改造后的輸煤段、化水段和主廠房公用段運行方式不變，正常仍分段運行，母聯開關在備用狀態。改造后2臺機組運行時高備變正常的負荷由1.8MW降至0.7MW左右。此次改造的總費用約70萬元，但通過此次優化單機運行時每小時節約外購電費1000元以上，2臺機組年運行小時為6000h的情況下改造后的系統較原系統年節約外購電費約300萬元，優化改造資金回收年限為0.2a，取得了十分可觀的經濟效益。

三、廠用電系統切換

目前廠用電切換技術已非常成熟、可靠；對于不同電網系統由于其發、輸電系統的特殊性，廠用電切換在兩個不同電網之間進行，這為機組在啟、停過程中廠用電的切換帶來很大的困難。為此必須在原設計的基礎上，利用廠用電功能在DCS中實現的優勢，通過大量的試驗研究予以改進和實施，以解決不同電網系統電廠廠用電的切換問題。如以陽城電廠為例，其機組采用專線為江蘇電網輸電，而機組的備用電源由山西電網提供， 陽城電廠是山西省專廠、專線、專供江蘇省的燃煤發電廠，該廠6×350MW發電機組，通過500kV的超高壓輸電線路與江蘇電網連接，而機組的備用電源由山西電網提供，機組啟動后必須轉入自帶廠用電運行，這種結構的發電、輸電系統在全國尚屬首例。這樣，由于兩個電網之間不能并列運行，而且兩網之間的參數及動態模型的不確定性，為機組在啟、停過程中廠用電的切換帶來很大的困難，因此，廠用電切換是該廠嚴重的安全問題。（1）原設計在機組啟動過程中，先由山西電網提供廠用電源，機組并網時，先通過第一次同期，汽輪機DEH控制系統通過轉速控制回路自帶廠用電運行，再通過第二次同期與江蘇電網并列。但這一過程全部的參數無法確定，我們借助陽城電廠在首臺機組試運前期與山西網并列的有利條件，進行了反復的模擬試驗，確定了汽輪發電機組切換過程中的動態特性和全部轉動機械暫時失電的動態特性以及機組廠用組合負荷狀態，最終確定了相關的切換方案。（2）原設計在機組停運過程中，設計思路是機組首先降負荷到逆功保護動作與江蘇電網解列后，汽輪機在轉速控制回路自帶廠用電運行，再啟動同期裝置與山西電網同期，將廠用電正常切換到山西電網后發電機解列. 這種廠用電切換方式必然造成廠用電中斷時間較長，轉動機械停運，特別是保安設備停運，危及機組的安全。為此，采用“設備操作功能塊”構成了“廠用電瞬間失電恢復后設備自啟動”功能。這樣對于操作電源采用直流系統或不停電電源的轉動機械（如6kV電機和汽機側380V低電壓機），采用該方案通過在山西電網多次廠用電切換模擬試驗，有效解決了這一問題。

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