雙向6kV保安電源在兩個獨立發電系統中的應用

李善和，李全超

（垞城電力有限責任公司，江蘇 徐州 221142）

垞城電力有限責任公司位于徐州市北郊，毗鄰徐州礦務集團垞城煤礦，以燃燒垞城煤礦低熱值煤為主，是典型的坑口電廠，現有裝機容量435MW。一期工程3×55MW煤粉鍋爐機組為1，2，3號機組；二期工程2×135MW循環流化床鍋爐機組，為4，5號機組。一、二期工程為單獨設計、單獨施工的2個相互獨立的發電系統，3×55MW機組通過雙母線、4回110kV輸電線路與外界連接，并通過35kV線路向垞城煤礦供電；2×135MW機組通過雙母線、2回220kV輸電線路與外界連接。2個發電系統均未設計保安電源。

1 保安電源必要性分析

發電廠保安電源是獨立于主機交流電源之外的重要后備電源，是為發電機組保安負荷供電的交流電源。所謂保安負荷，是指為保證機組安全，在發電機組事故停機、單元發電系統停機后一段時間內，必須保持運行的負荷。主要包括熱工控制電源、UPS交流電源，交流潤滑油泵、盤車電機、頂軸油泵電機及事故照明電源等。一旦保安負荷停運，則會引起機組主設備損壞、自動控制失靈，危及人身安全，并有可能延遲恢復供電的時間。機組正常運行時，由400V廠用電系統對保安負荷供電，當廠用電中斷時，保安電源系統必須快速啟動，保證對保安負荷的供電，以確保安全停機和保證主機設備安全。根據《火力發電廠設計技術規程》規定，“容量為200MW及以上的機組應設置交流保安電源。”該發電公司曾經發生2起廠用電停電事故：(1) 2006-06-29，因雷擊及其它原因綜合作用，形成該廠2條110kV聯絡線同時跳閘且不能及時恢復，3臺55MW機組與系統脫離，形成孤網運行的局面。在勉強運行10余分鐘后，相繼被迫打閘停機，造成3×55MW機組廠用電及35kV系統大面積停電的后果，影響到了對垞城煤礦的安全供電。

(2) 2005-08-20～22，因供電系統工作需要，該廠2條220kV系統聯絡線轉檢修，造成2臺135 MW機組停機，廠用電全部中斷，只有從另一發電系統搭接臨時保安電源。

2個相互獨立的發電系統都是單元制機組，運行靈活性相對較差。如果線路檢修或系統故障造成聯絡線同時跳閘，則會造成機組廠用交流電源全停，頂軸油泵、交流潤滑油泵等重要輔機將不能正常運轉，被迫啟動直流油泵來保證油系統的正常循環。由于直流充電機因沒有交流電源也要停機，交流不停電電源(UPS)的供電此時要轉為由蓄電池供電，所以，機組的安危全都寄托在各自的一組蓄電池上。從其它電廠歷次出現的類似事故來看，這種單一方式的保安措施是不充分的，也是不科學的，即一旦蓄電池出現故障，后果不堪設想。因此，發電機組裝設保安電源，保證發電機組的安全啟停，最大限度地保證廠用電的正常供電和電網的安全運行，是一項很緊迫的工作。

2 保安電源方案

為充分利用2個不同系統間的穩定冗余條件，便于進行比較和留有充分選擇的余地，根據該廠電氣系統實際接線及設備布局情況，提出了4種保安電源配置方案(方案中的電源編號說明：3×55MW發電系統備用段編號分別為400V備用I段、6kV備用I段；2×135MW發電系統備用段編號分別為400V備用II段、6kV備用II段)。

2.1 400V保安電源方案1

400V備用Ⅰ段與400V備用Ⅱ段實現電氣聯結，實現400V電源相互充當保安電源。

2.2 400V保安電源方案2

將距離4，5號發電機組較近的生活段2號生活變400V側與400V備用Ⅱ段實現電氣聯結，僅保證3×55MW向2×135MW供電，實現2×135 MW發電系統的保安電源。

2.3 6kV保安電源方案3

6kV備用Ⅰ段與6kV備用Ⅱ段，實現電氣聯結，6kV電源相互充當保安電源。見圖1。

2.4 6kV保安電源方案4

6kV備用Ⅰ段及0號高備變6kV側與6kV備用Ⅱ段，實現電氣聯結，6kV電源相互充當保安電源，見圖2

6kV保安電源方案3、方案4相同點：都是在6kV備用Ⅰ段增設1臺6kV斷路器(608開關)、1臺6kV隔離開關柜(6080刀閘)；在6kV備用Ⅱ段增設1臺6kV斷路器(680開關)，680開關直接搭接至6 kV備用Ⅱ段母線；都可以實現6kV保安電源互送。

不同點：方案3的608開關通過6080隔離開關與6kV備用Ⅰ段母線搭接，可以啟動1臺給水泵、1臺循環水泵、1臺凝泵對鍋爐供水及低壓廠用負荷，但不可以啟動鍋爐冷卻風機；方案4是608開關通過6080隔離開關接于0號高備變低壓側，同時通過600開關接于6kV備用Ⅰ段，當0號高備變檢修失去備用時，可以由6kV備用I段接帶負荷。

3 保安電源方案的確定及可行性分析

3.1 保安電源方案的比較

綜合評價4種方案，可得表1所示的結果。

表1 保安電源方案比較

從表1可以看出，方案4為最佳方案。

3.2 方案4的可行性分析

經過現場核實，55MW機組6kVI段南側東可以放置2臺6kV斷路器柜并有足夠空間放置母線邊屏柜(608開關、6080小車刀閘）；135MW機組6 kV備用Ⅱ段有預留間隔，可以放置1臺6kV開關柜(680開關)。因此，方案4是可行的。

4 保安電源設備選型

4.1 保安電源參數要求

2個發電系統保安負荷計算，應以較大的2×135MW機組為準。其參數如下：

(1) 最大負荷估算值：9000kVA；

(2) 估計最大負荷電流：820A；

(3) 額定電流選取：1600A；

(4) 電纜型號選取：Y J V22-63*185；

(5) 電纜長度選取：2×550m。

4.2 開關柜參數及技術要求

4.2.1 6kV真空斷路器(隔離刀閘)參數

(1) 額定電流：1600A；

(2) 遮斷電流(周期分量有效值）：31.5KA；

(3) 額定短路開斷次數：≮50次；

(4) 最大關合電流(峰值）：≮80KA；

(5) 動穩定電流(峰值）：≮80A；

(6) 3s熱穩定電流(有效值）：≮31.5KA；

(7) 額定短路開斷電流的直流分量：≮35%；

(8) 絕緣水平： ① 全波沖擊：75kV(峰值)對地，85kV(峰值)隔離斷口；② 工頻1mIn：42kV(有效值)對地；

(9) 48kV(有效值)隔離斷口；

(10) 操作順序：分-180s-合分-180s-合分；(11) 機械壽命：30000次。

4.2.2 開關柜技術要求

(1) 為防止操作過電壓，斷路器回路應配備過電壓保護裝置。

(2) 斷路器應具有貯能操作機構。該機構操作電壓為DC220 V；合閘回路和分閘回路的電源電壓，合閘時在(80%～110%)Ue、分閘時在(65% ～120%)Ue范圍內應可靠動作，30%Ue以下不分閘。

(3) 除斷路器自身控制回路(如跳合閘、儲能等)所用輔助接點外，至少應提供輔助開關常閉接點8個，常開接點8個，供外部聯鎖和DCS操作系統使用。這些輔助接點必須引至開關柜內的接線端子。輔助接點容量DC220V，2.5A。

(4) 真空斷路器開關柜為手車式開關柜，前門能與開關狀態聯鎖，當斷路器處于“試驗”位置時，柜門可處于關閉位置。小車應自動通過地刀與接地母線相聯接(接地母線30×8銅母線)，一次插頭應裝設觸頭盒及安全擋板并自動開閉，二次插頭采用多芯航空插頭。

(5) 斷路器應具有“防跳”功能，1次合閘指令只能合閘1次。6kV柜內的接地刀提供2常開,2常閉輔助接點，供外部聯鎖用。

(6) 開關柜采用微機型綜合保護裝置。微機綜合保護器自帶電能計量表，并留有與DCS的接口，通信采用硬接線方式，并負責和DCS的接口配合。

(7) 開關柜均應具備五防功能。

4.3 斷路器配置電流互感器參數

電流互感器參數要求如下：

(1) CT變比：2000/5A；

(2) 級數：0.5/5 P10/5 P10/5 P10；

(3) 容量：30.0VA；

(4) 型號：LZ Z BJ 9-12/185h 40KA，3s。

4.4 斷路器操作時間

(1) 合閘時間：≤75ms；

(2) 燃弧時間：＜15ms；

(3) 分閘時間：≤40±5ms；

(4) 分斷時間：＜75±5ms。

5 保安電源的保護配置

因該保安電源的特殊性，分別為608開關、680開關配置線路式綜合保護裝置，以保證保安電源在不同運行方式下的可靠運行。在對保護定值進行核算時，同時要考慮其與上一級電氣設備(01號啟動變和0號高備變)保護定值的匹配問題。定值見表2。

表2 6 kV保安電源定值單

6 保安電源運行原則規定

由于2×135MW和3×55MW的2個發電系統分屬于2個不同的電網系統，6kV系統存在一定的電壓差，因此，絕對不允許合環運行，應遵循先分后合的原則進行倒閘操作。

7 結束語

6kV保安電源工程經安裝、核相、調試工作完成，轉入運行階段，為徐州垞城電力有限責任公司安全生產提供了安全保障，同時也在一定程度上提高了對煤礦及地方供電的可靠性。

1 樓樟達, 李 揚. 發電廠電氣設備. 北京: 中國電力出版社, 1998

2 重慶電力技工學校. 電氣設備. 北京: 中國電力出版社, 1982

3 國家電力公司華東電力設計院. 火力發電廠廠用電設計技術規定.北京: 中國電力出版社, 2002

4 許建安. 繼電保護整定計算. 北京: 中國水利電力出版社, 2003