津巴布韋某坑口火電廠備用電源引接方案探討

曾祥兵

摘 要：基于津巴布韋電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)火電廠的設(shè)計(jì)案例，對(duì)津巴布韋西北部某坑口火電廠的備用電源引接方式進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：備用電源；高備變；高廠變；斷路器

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.077

截至目前，津巴布韋共有發(fā)電廠5座，總裝機(jī)容量為1 960 MW，除萬基電廠建于20世紀(jì)80年代外，其余均建于上20世紀(jì)四五十年代，設(shè)備狀況極差。

本文研討的項(xiàng)目位于津巴布韋西北部Gwayi地區(qū)，擬建2×300 MW的燃煤機(jī)組及配套煤礦工程，建成后將成為津巴布韋國(guó)內(nèi)單機(jī)功率最大的電廠，屬于典型坑口火電廠。《火力發(fā)電廠廠用電技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5153—2002）中第4.5.2條規(guī)定，全廠應(yīng)設(shè)置可靠的高壓廠用備用電源或起動(dòng)備用電源，但電廠備用電源的引接難度加大。本文結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況以及大量調(diào)查資料對(duì)電廠備用電源的引接方案進(jìn)行分析論證，并提出了改進(jìn)建議。

1 電廠主接線概述

該電廠的2臺(tái)300 MW機(jī)組均采用發(fā)電機(jī)-變壓器組單元，升壓后接至廠內(nèi)400 kV開關(guān)站，開關(guān)站采用雙母線接線方式。新建的2回400 kV出線接至電廠西南側(cè)20 km處的擬建400 kV線路解口點(diǎn)，發(fā)電機(jī)出口裝有斷路器，高廠變?cè)谥髯兊蛪簜?cè)與發(fā)電機(jī)出口斷路器引接。

由于當(dāng)?shù)仉娏?yán)重短缺，本工程配套的礦區(qū)、生活區(qū)、廠區(qū)取水泵房均考慮直接從建成后的電廠引接電源，加之機(jī)組廠用電的容量和預(yù)留業(yè)主自主支配的售電容量較大，經(jīng)過相關(guān)計(jì)算和論證后，每臺(tái)機(jī)組中考慮設(shè)置1臺(tái)高壓公用變和1臺(tái)三相雙分裂繞組高廠變。

2 電廠備用電源的常規(guī)引接方式

《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50660—2011）中第16.3.10節(jié)指出，高壓廠用備用電源可采用下列3種引接方式：①可由高壓母線中電源可靠性最低的電壓母線或由聯(lián)絡(luò)變壓器第三（低壓）繞組引接電源，并應(yīng)保證在全廠停機(jī)的情況下，能從外部電力系統(tǒng)取得足夠的電能，包括三繞組變壓器的中壓側(cè)從高壓側(cè)獲取電能；②在裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器后，機(jī)組臺(tái)數(shù)為2臺(tái)及以上、出線回路為2回及以上時(shí)，還可由一臺(tái)機(jī)組的高廠變低壓側(cè)廠用工作母線引接另一臺(tái)機(jī)組的高壓事故停機(jī)電源；③在條件允許的情況下，可由外部電網(wǎng)引接專用線路供電。

以上幾種引接方式各有利弊，應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況具體分析。對(duì)于第3種引接方式，經(jīng)過電廠實(shí)地踏勘以及咨詢當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司得知，項(xiàng)目所在地區(qū)多為農(nóng)村，附近僅有1條11 kV線路，電源容量非常小，電廠在施工用電高峰期需通過自配的柴油發(fā)電機(jī)保證供電，僅在電廠西北方向80 km以外的萬基變電站才有可引接的132 kV電源。經(jīng)初步計(jì)算，如果采用建設(shè)80 km的132 kV專線作為電廠的備用電源，則設(shè)備購(gòu)置費(fèi)約為550萬美元，業(yè)主直接否定了該方案。由此可見，只能考慮采用規(guī)范中的前兩種備用電源引接方式。

2.1 備用電源從電廠內(nèi)高壓母線引接

對(duì)于上述設(shè)計(jì)規(guī)范中的第一種方案，由于該電廠的電網(wǎng)非常薄弱，在排除外引專線的情況下，備用電源只能從廠內(nèi)開關(guān)站400 kV母線經(jīng)400/6.3 kV高備變引接，如圖1所示。

該備用電源引接方式的最大特點(diǎn)是需增設(shè)大變比、小容量的高備變。以往，該變壓器的制造尚處于起步階段，缺乏運(yùn)行基礎(chǔ)，制約了該方案的應(yīng)用。然而，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，國(guó)內(nèi)已有部分電廠選用了大變比、小容量的變壓器，且其運(yùn)行狀況良好。但基于需要專門訂制、價(jià)格昂貴等因素，應(yīng)按31.5/20-20 MVA的標(biāo)準(zhǔn)確定高備變的容量。此外，考慮到出口等因素，其購(gòu)置費(fèi)及相應(yīng)配套設(shè)備費(fèi)總計(jì)達(dá)450萬元。

該方案需要占用1個(gè)400 kV的出線間隔，進(jìn)而增加了土建用地，提升了運(yùn)維成本。此外，由于電廠與電網(wǎng)之間的關(guān)口計(jì)量點(diǎn)設(shè)置在主變高壓側(cè)，所以，電網(wǎng)公司會(huì)向電廠征收備用電費(fèi)。經(jīng)初步估算，業(yè)主每年將支付上百萬的額外費(fèi)用。

2.2 廠用母線之間相互引接備用電源

當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)的容量非常小，整個(gè)津巴布韋的電力系統(tǒng)基本未配置專門的調(diào)峰和事故備用電源，僅有發(fā)電機(jī)額定容量為5%左右的旋轉(zhuǎn)備用電源，且這些發(fā)電機(jī)與新建電廠的距離較遠(yuǎn)。因此，即使采用上述第一種設(shè)計(jì)方案，電網(wǎng)公司也無法保證預(yù)留足夠的備用容量。在此情況下，當(dāng)某機(jī)組主變-高廠變回路故障時(shí)，必須依靠相鄰機(jī)組通過400 kV母線和高備變提供電能，以確保安全停機(jī)。因此，提出了將2臺(tái)機(jī)組6 kV廠用段互聯(lián)作為彼此備用電源的設(shè)計(jì)方案，如圖2所示。值得注意的是，高壓公用變的接線方式和容量按照相互備用的原則設(shè)計(jì)。

圖2 2臺(tái)機(jī)組6 kV廠用母線相互引接備用電源示意圖

由圖2可知，高廠變回路檢修或故障時(shí)，其事故停機(jī)負(fù)荷由另一臺(tái)機(jī)組高廠變提供，這會(huì)破壞廠用電系統(tǒng)的單元性，這也是上述第二種方案最大的缺點(diǎn)，且該方案只能滿足機(jī)組事故停機(jī)或檢修的需求。如果待停機(jī)組6 kV廠用電系統(tǒng)發(fā)生故障，只要保護(hù)正確動(dòng)作，則不會(huì)對(duì)另一臺(tái)正常機(jī)組的運(yùn)行造成影響；如果保護(hù)拒動(dòng)或因設(shè)備故障而導(dǎo)致越級(jí)跳閘，則只會(huì)影響另一臺(tái)正常機(jī)組的6 kV廠用母線，不會(huì)造成立即停機(jī)。此外，當(dāng)檢修一臺(tái)機(jī)組的主變和高廠變，另一機(jī)組的主變或高廠變發(fā)生故障時(shí)，機(jī)組不會(huì)失去備用電源，這是因?yàn)楦邚S變的非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間短于0.5 h/（臺(tái)·年），且每臺(tái)機(jī)組有應(yīng)急柴油機(jī)作為后備電源保障。

如果一臺(tái)機(jī)組的停機(jī)負(fù)荷由另一臺(tái)機(jī)組的高廠變提供，則會(huì)增大高廠變的容量，進(jìn)而在一定程度上增大了6 kV廠用電系統(tǒng)的短路電流。但通過合理選擇電氣參數(shù)可將6 kV系統(tǒng)的短路電流控制在40 kA以下。

對(duì)于事故停機(jī)負(fù)荷而言，相關(guān)工作人員應(yīng)主要考慮凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵、開式/閉式冷卻水泵、空壓機(jī)、汽輪機(jī)和鍋爐變壓器等的負(fù)荷。中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)公司編寫的《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范——電氣專業(yè)調(diào)研報(bào)告》中指出，單臺(tái)機(jī)組事故停機(jī)負(fù)荷容量一般為單元機(jī)組負(fù)荷總?cè)萘康?0%.按此計(jì)算，選用高廠變40/25MVA-25 MVA即可滿足相互引接備用電源的要求。

3 經(jīng)濟(jì)性比較

對(duì)于第一種方案，由于設(shè)置了高備變，所以，可選擇容量較小的高廠變。經(jīng)初步計(jì)算，可選擇高廠變35/20-20 MVA。經(jīng)過詢價(jià)后得知，第一種方案與第二種方案的設(shè)備初期投資比較結(jié)果如表1所示。

由此可見，采用第二種方案的設(shè)備初期投資比第一種方案少約700萬元，且采用第一種方案會(huì)額外收取電費(fèi)，因此，第二種方案經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)非常明顯。

4 結(jié)束語

綜上所述，第一種方案與第二種方案相比，在技術(shù)上是相近的，唯一的差別就是在第一種方案中升壓至400 kV后可實(shí)現(xiàn)迂回倒送供電，而第二種方案則直接由廠用6 kV母線互聯(lián)供電；在經(jīng)濟(jì)性方面，第一種方案的初期投資比第二種方案多。因此，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的綜合比較后，本文推薦選用第二種方案。

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〔編輯：張思楠〕