火力發電廠保安電源接線研究

國能浙江舟山發電有限責任公司 陳喜龍 中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司 鄭 康 夏令龍

交流事故保安電源是指，當電網發生事故或其他原因致使火電廠廠用電長期停電時，提供機組安全停機所必需的交流用電系統[1-3]。本文基于某火力發電廠三期2×660MW擴建工程，研究該電廠保安電源接線方案及保安柴油機選型計算。

1 高壓廠用電接線方案

該電廠已建成1臺300MW及1臺350MW機組，均以220kV接入系統，本期將新建2臺660MW機組，通過500kV接入系統。本期新建機組廠用電接線方案如下：主接線采用發電機－變壓器單元接線，發電機出口不裝設斷路器。每臺機組設1臺分裂繞組廠用工作變壓器。兩臺機組設1臺同容量的分裂變壓器作高壓起動/備用變壓器，起動/備用電源從廠內220kV配電裝置引接。每臺機組設2段6kV母線。全廠設兩段6kV輸煤段母線A和B，兩段間設置聯絡開關相連，其中#56機6kV輸煤A段由6kV 5A段供電，#56機6kV輸煤B段由6kV 6A段供電。具體接線如圖1所示。

2 保安負荷統計

交流事故保安電源是指，當電網發生事故或其他原因致使火電廠廠用電長期停電時，提供機組安全停機所必需的交流用電系統。該電廠保安負荷進行統計結果見表1。

3 保安電源方案

由于柴油發電機組具有系統獨立、可直接自起動、響應迅速等特點，是最可靠的火力發電廠保安電源。根據本項目特點，保安電源考慮如下三種設置方案：

圖2 方案一接線示意圖（#6機組與#5機組接線方式相同）

圖1 廠用電接線方案

表1 保安負荷統計表

方案一（傳統接線方案）：按機組設置保安柴油發電機組，分別向本機組保安負荷供電，該方案接線如圖2所示。

該方案兩臺機組的保安電源系統完全獨立，每臺柴油發電機組功率按滿足本臺機組保安負荷容量及起動要求選擇，工作電源及柴油發電機間控制及閉鎖邏輯簡單。按表1的負荷統計結果，柴油發電機組功率應大于858kW，容量應大于998kVA。考慮發電機組連續運行能力、首次加載能力、電動機啟動壓降等要求，初步選擇柴油發電機組為1200kW/1500kVA。根據DL/T 515-2014《火力發電廠廠用電設計技術規程》附錄D提供的計算方法對柴油發電機組功率進行復核如下。

一是考慮發電機帶負荷啟動最大一臺電機短時過負荷能力校驗，校驗公式為：

該電廠最大電動機為汽機交流電動油泵，功率132kW，起動電流倍數取5.5，柴油發電機組短時過載倍數取1.5，計算結果為Se≥1199kVA。所選發電機滿足要求。

二是柴油機實際輸出功率復核。由于本項目海拔低于100m，最熱月平均氣溫27.1℃，根據制造廠反饋，發動機無需進行功率修正。

三是柴油機持續1h運行狀態下輸出功率校驗，校驗公式如下：

配合系數α取1.15，發電機效率η取0.95，計算結果為Px≥944kW，所選柴油發電機組滿足要求。

四是柴油機首次加載能力的校驗，制造廠保證的柴油發電機組首次加載能力不低于額定功率的50%，為此要求柴油機的實際輸出功率不小于2倍初始投入的起動有功功率，校驗公式如下：

表1中第1～12項負荷設置為首次加載負荷，總功率為283.2kW，起動電流倍數取5，起動功率因數取0.4，計算結果為Px≥1133kW，所選柴油發電機組滿足要求。

五是最大電動起動時母線上的電壓水平校驗，校驗公式如下：

該電廠最大電動機為汽機交流電動油泵，功率132kW，起動電流倍數取5.5，柴油發電機組暫態電抗取0.2，計算結果為Um=90%。所選發電機滿足要求。

方案二：按機組設置保安柴油發電機組，兩臺機組保安段設置聯絡開關，兩臺機組的保安電源互為備用，該方案接線如圖3所示。

圖3 方案二接線示意圖

圖4 方案三接線示意圖

當全廠失電時，若#5柴油發電機正常投入，而#6柴油發電機組無法因故障投入運行，則聯絡開關閉合，由#5柴油發電機組向#6機組的保安段供電，從而提高保安電源的可靠性。但是本方案兩臺柴油發電機組互為暗備用，每臺柴油發電機組容量除滿足本臺機組保安負荷容量及起動要求外，還需要考慮另外一臺機組的保安負荷容量及起動要求。根據表1統計保安負荷統計結果，并考慮柴油機配合系數等因素，若每臺柴油發電機組需按滿足兩臺機的全部保安負荷供電要求計算，則其單臺柴油機功率需達到1900kW，需選擇2000kW柴油發電機組，投資較高。

表2 保安電源接線方案對比

為減小投資，本方案考慮兩臺機組柴油發電機不同時備用。柴油發電機容量僅按滿足單臺機組保安負荷的需求計算，選擇1200kW，僅當#5（#6）機組正常運行，#6（#5）機組失電時，將#5（#6）機組的柴油發電機作為#6（#5）機組的后備保安電源，保安母線聯絡開關為手動投運，并設置閉鎖，避免出現一臺柴油機同時向兩臺機組保安負荷供電。

方案三：按機組設置保安柴油發電機組，分別向本機組保安負荷供電，另外設置一臺專用保安變壓器及保安PC段，為兩臺機組保安段提供備用電源，該方案接線見圖4。

本方案考慮設置一臺2500kVA保安PC變壓器，每臺機組2段保安MCC，共設置4回出線，分別接至#5（6）號機保安MCC A、B段。保安變壓器電源可取自老廠#3機組6kA 3A段11A柜備用間隔。該方案柴油發電機按單臺機組保安負荷選擇，無需增大柴發容量，但是需要新增保安變壓器、保安PC段及相關電纜。與方案二類似，由于本方案每段保安母線新增一路備用電源，控制及閉鎖邏輯復雜。上述三種方案對比見表2。

4 結語

相對于傳統保安接線方案（方案一），方案二通過兩臺機保安柴油發電機母線設置一回聯絡電路，即可使兩臺機組保安柴油機互為備用，進一步提高機組保安電源的可靠性。而對于方案三，投資較大且及控制相對復雜，另外新增保安變壓器電源引自#3機組6kV段，實際與高壓備用變壓器來自同一電源，對提高保安電源可靠性的效果有限。綜上所述，該電廠保安電源推薦采用方案二，即為每臺機組配置一臺保安柴油發電機組，每臺柴油發電機組容量選擇1200kW，兩臺機組保安段母線設置聯絡開關，增強機組保安電源可靠性。