1000MW機組起/備電源引接方案研究

秦志英，姚紹紅

(河南省電力勘測設計院，河南 鄭州 450007)

為了保證機組在起停、正常運行和事故等工況下能對廠用機械等可靠地供電，廠用電源及其引接必須可靠，要求除設置工作電源外，還應設有備用電源。電廠起/備電源的可靠性對電廠的安全運行起著重要作用，同時起/備電源的經濟性對全廠的經濟運行有著較大影響。要求起/備電源可靠性高，經濟性好。尤其對1000MW機組，電廠與系統聯接電壓較高，采用500kV電壓的較多，起/備電源采用由外部電網引接專用線路供電時，受線路走廊設置、各種協議簽訂、備用電源基本容量費收取等影響較大。同時1000MW機組的安全運行對提高電力系統穩定性，起著重要作用，從而對備用電源的要求更高。因此，應對起/備電源的引接方案進行全面的技術經濟比較，確定最佳的方案。

1 工程概況

1.1 工程建設規模

平頂山第二發電廠規劃容量4×1000MW，一期工程建設規模為2×1000MW超超臨界國產化燃煤發電機組，并留有擴建余地。

1.2 500kV電氣主接線

根據平頂山第二發電廠的建設規模、接入系統條件，電廠一期2×1000MW機組以500kV一級電壓接入系統，出線兩回接入平頂山500kV變電站。遠期4×1000MW機組，共3回500kV出線。經技術經濟分析論證，一期工程500kV電氣主接線采用一個半斷路器接線，一期2回500kV出線，2回主變進線，設2個完整串。

1.3 高壓廠用電接線

廠用電系統在保證可靠性的前提下，按盡量簡化接線，降低造價，便于維護管理的原則設計。根據廠用電負荷容量、廠用電負荷計算、電動機起動電壓校驗、電壓調整計算以及短路電流計算結果，經過對廠用電采用10kV一級電壓、6kV一級電壓和10kV～6kV二級電壓進行詳細的技術經濟比較，采用10kV一級電壓，兩臺機高廠變數量少，接線簡單、設備布置清晰，可靠性高。采用10kV電壓時，短路電流及回來工作電流較小，高壓廠用系統可采用開斷電流為40kA的常規開關設備?；芈冯娏鬏^小，使得部分大容量電機電纜截面減小，電纜總量投資相對較少，經濟性好。從運行管理上，備品備件品種少，維護檢修、運行管理工作量小。因此該工程高壓廠用電接線方案為：高壓采用10kV一級電壓，每臺機設一臺容量為78/45～45MVA的高壓廠用分裂變壓器，同時設兩段10kV母線。兩臺機組設一臺容量為78/45～45MVA的起動/備用分裂變壓器。主廠房不設高壓公用段。

2 高壓起動/備用電源引接原則及引接條件

2.1 高壓起動/備用電源引接原則

《火力發電廠廠用電設計技術規定》4.5.5規定：高壓廠用備用或起動/備用電源，可采用下列引接方式：

(1)當無發電機電壓母線時，由高壓母線中電源可靠的最低一級電壓母線或由聯絡變壓器的第三(低壓)繞組引接，并應保證在全廠停電的情況下，能從外部電力系統取得足夠的電源。

(2)當有發電機電壓母線時，由該母線引接1個備用電源。

(3)當技術經濟合理時，可由外部電網引接專用線路供給。

2.2 高壓起動/備用電源引接條件

該工程為新建電廠，發電機升高電壓為500kV一級，廠內無其它較低一級發電機升高電壓。因此，廠用高壓起動/備用變壓器電源有如下引接方式：

(1)由廠內500kV母線引接；

(2)由發電機出口引接；

(3)由外部電網220 kV系統引接；

以上幾種廠用高壓起/備電源的引接方式的差異較大，主要表現在初投資不同、年運行費用不同，生產管理及可靠性也存在差異。

3 高壓起動/備用電源從220kV系統引接的技術及經濟分析

3.1 技術分析

該工程高壓起動/備用電源可從距本廠15km的220kV魯山變電站220kV母線引接。魯山220kV變電站規劃兩臺主變壓器，一期設有1臺150MVA主變壓器，220kV采用雙母線接線，有兩回220kV線路與系統聯系，電源可靠性高，該變電站于2007年9月投運。高壓起動/備用電源單線路引自魯山變220kV母線。該電源可靠性較高，可滿足運行要求。

但15km的220kV線路經過人口稠密的村莊，線路走廊設置較為困難，且線路維護工作量較大。

3.2 經濟分析

(1)初投資

高壓起動/備用電源從外部電網220kV系統引接投資見表1。

表1 220kV電源投資

由220kV引接電源初投資共計約為1656萬元。

(2)電價投資(運行費)

由于廠網分家，由地區電網引接的電廠起動/備用電源將按大工業用戶需收取基本電費和電度電費。按河南省發改委文件及河南電網收費情況(豫發改價管(2005)499號)，大工業用戶的電價包含基本電價和電度電價兩部分，其中基本電價標準為20元/kVA.月(河南地區)。本工程高壓起動/備用變壓器若從外部電網系統引接，則需按大工業用戶繳納基本電價費，同時按使用情況繳納電度電費。因此，不裝設發電機出口斷路器，78/45～45MVA高壓起動/備用變壓器，其每年基本電價為1872萬元。裝設發電機出口斷路器，備用停機變容量按工作變的容量60%～100%設置，即選用50/31.5～31.5MVA高壓備用停機變壓器，其每年基本電價為1200萬元。

通過以上分析，對于高壓起動/備用電源從外部電網220kV系統引接方式，技術可行，但初投資較高，尤其是每年要繳納的基本電價太高，還有每年的線路運行維護費，經濟性明顯很差。故本工程不考慮采用此引接方式。

4 高壓起動/備用變壓器電源引接方案

擬定兩個高壓起動/備用變壓器電源引接方案：

方案一：見圖1 起/備變電源從廠內500kV母線引接。

一期高壓起動/備用變壓器設置一臺容量為78/45～45MVA的有載調壓分裂變壓器，電源從廠內500kV母線引接。

方案二：見圖2 備用變電源從發電機出口引接。

圖2 方案二：備用變電源從發電機出口引接

由于備用電源由主變倒送電，因此必須裝設GCB，備用變容量按工作變的容量60%～100%取，即本期高壓備用變壓器每臺機組設置一臺容量為50/31.5～31.5MVA的有載調壓分裂變壓器，作為另一臺機組的高壓廠用備用電源。其電源由發電機出口斷路器外側引接。

5 高壓起動/備用電源引接方案技術分析及經濟比較

根據上述接線方案，對廠用高壓起動/備用變壓器電源引接方案進行技術分析及經濟比較：

5.1 技術分析

方案一高壓起動/備用電源從廠內500kV配電裝置引接，與系統聯系密切，有較高的可靠性，且有利于廠用備用電源切換，運行維護方便，技術優勢明顯。

本工程500kV母線采用一個半斷路器接線，方案一起動/備用電源從廠內500kV母線引接，可分為“進串”方式和“不進串”方式。

根據本廠情況，500kV采用一個半斷路器接線，兩回進線及兩回出線已組成兩個完整串，若采用“進串”方式，則需設一個不完整串，裝設兩臺斷路器。該接線方式可靠性較高，但投資費用也高。“不進串”方式即高壓起動/備用變壓器通過一臺斷路器接在一組500kV母線上，該接線方式運行操作靈活、方便。

根據2007年5月11日國家電力監管委員會和中國電力企業聯合會聯合舉辦的2007年電力可靠性指標發布會公布的2005年、2006年度電力可靠性指標，500kV母線及500kV斷路器可靠性指標見表2。

表2 可靠性指標及分析結果

由可靠性指標及分析結果可知，高壓起動/備用電源從一組500kV母線上引接，可靠性可以滿足要求。

根據《火力發電廠廠用電設計技術規定》4.5.3 3 ：“容量為600MW的機組，當發電機出口不裝設斷路器或負荷開關時，每兩臺機組應設一臺或兩臺高壓起動/備用變壓器?！痹摴こ虄膳_機組設一臺高壓起動/備用變壓器。該工程采用500kV一級電壓，高壓起動/備用電源從500kV母線上引接，避免了容量電費。起動/備用變壓器采用500kV/10kV(6kV)一級降壓方式，已在多個600MW～1000MW機組工程中有成功的案例。

方案二備用電源由發電機出口引接方案。

根據《火力發電廠廠用電設計技術規定》4.5.3 3 ：“容量為600MW的機組，當發電機出口裝有斷路器和負荷開關時，4臺及以下機組可設置1臺高壓廠用起動/備用變壓器，其容量可為1臺高壓廠用變壓器的60%～100%?！睘楸苊饫U納容量電費，擬采用裝設發電機出口斷路器(GCB)方案，每臺機設置1臺備用變，其電源分別由500kV通過2臺機組的主變倒送取得，兩臺機組交叉提供備用電源。其缺點是主變故障或檢修時，另一臺機組將失去備用停機電源。因此，此方案的備用電源可靠性相對較低。且高壓備用停機變壓器低壓側共箱母線的連接相對方案一復雜，有4條共箱封閉母線相連，交叉布置于主廠房A列外，布置比較困難。

5.2 經濟比較

方案一、方案二主要電氣設備投資經濟比較見表3。

表3 經濟比較

從經濟比較來看，方案二備用電源由發電機出口引接方案，本期投資比方案一不進串方案多投資設備費1701.5萬元，方案一進串比不進串多投資設備費337.1萬元。

6 大變比起動/備用變壓器的應用

6.1 大變比變壓器的優勢

目前，大容量機組的發電廠以500kV一級電壓接入系統、廠內設500kV升壓站的工程，采用大變比起動/備用變壓器的較多，這主要基于：

(1)大變比有載調壓分裂變壓器較之以前的兩級降壓變壓器(即500kV降為110kV，110kV再降為10或6kV)相比，具有設備少、可靠性高等優點。根據可靠性計算原理，對于串聯回路，由于串聯結構的故障率λS大于任一串聯元件的λi，那么串聯系統的壽命也取決于串聯元件中最弱的元件，并且比最弱的元件壽命還短。從延長系統壽命講，應盡可能選擇故障率λi小的元件組成串聯系統，并且元件數目越少，壽命越長，即系統越簡化，可靠性越高。

(2)設備廠家已經具備了生產大變比有載調壓分裂變壓器的能力并逐步積累了經驗。目前我國大型變壓器制造廠商均已生產供貨并順利投運多臺大變比分裂變壓器，且運行狀況良好。

(3)采用單臺變壓器從布置上節省占地，符合國家節約土地資源的政策。

(4)變壓器設備的選型優化，減少了變壓器損耗，達到了節能的目的，同時還減少了運行維護工作量。

6.2 大變比變壓器的結構要求

變壓器采用軸向分裂式。由于分裂繞組變壓器在正常工作和低壓側短路時電抗值不相同，低壓分裂繞組正常運行時的電抗值，只相當兩分裂繞組短路電抗的1/4，當變壓器低壓側發生短路時，電抗值大大增加，從而起到限制短路電流的作用。同時，軸向分裂的變壓器對稱性好，整體結構合理，2個低壓分裂繞組電氣參數相同，則其半穿越電抗值相等。

變壓器鐵心采用高質量、低損耗的晶粒取向冷軋硅鋼片，用先進方法迭裝和緊固，使變壓器鐵心不致因運輸和運行的振動而松動。

變壓器全部繞組用銅導線，繞組應有良好的沖擊電壓波分布。繞組適度加固，引線應充分緊固，器身形成堅固的整體，使其具有足夠耐受短路的強度，保證在運輸時和在運行中不發生相對位移。繞組內部應有較均勻的油流分布，油路通暢，避免繞組局部過熱。

為滿足廠用電源與起動/備用電源短時并列的要求，需選擇變壓器為全Y接線變壓器時，需加一輔助繞組，以減少附加損耗和局部過熱。

7 結論

廠用備用電源主要用于事故情況失去工作電源時，起后備作用，因此要求備用電源具有供電獨立、足夠的供電容量且與電力系統緊密聯系，在全廠停電情況下仍能從系統獲得廠用電源。起動電源對供電的可靠性要求更高。這對保證1000MW大容量機組快速起動，提高電力系統穩定性，起著重要作用。采用大變比起動/備用變壓器從技術上、經濟上具有明顯優勢，保證了起動/備用電源由廠內500kV母線引接、并采用一級電壓降壓的方案在大容量機組發電廠中的應用，從而保證了從高壓系統取得可靠的起動/備用電源。

根據上述技術經濟比較分析，方案一起動/備用電源由廠內500kV母線引接，與系統聯系密切，有較高的可靠性，且有利于廠用備用電源切換，運行維護方便，技術優勢明顯。方案二備用電源由發電機出口引接，其可靠性低于方案一，當一臺機的主變故障或檢修，另一臺機組將失去廠用備用停機電源。且方案二投資高出方案一不進串方案1701.5萬元。

綜上所述，由廠內500kV引接起/備電源可靠性高，初投資最低，運行費用較低，因此，采用設置一臺大變比有載調壓分裂變壓器，由廠內500kV一組母線引接高壓起/備電源方案。

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