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沙角C電廠(chǎng)廠(chǎng)用電結線(xiàn)分析
摘 要 660MW大機組廠(chǎng)用電結線(xiàn)目前在國內仍處于探索階段，特別是對于660MW及以上大型機組是否裝設發(fā)電機出口開(kāi)關(guān)及裝設發(fā)電機出口開(kāi)關(guān)的結線(xiàn)方式仍處于討論中。廣東沙角C電廠(chǎng)3×660MW機組是總承包工程，3臺機組均裝設發(fā)電機出口開(kāi)關(guān)。沙角C電廠(chǎng)用電結線(xiàn)方案選擇過(guò)程、設計原則、廠(chǎng)用電系統電壓等級及切換和開(kāi)關(guān)設備選型可作為我國600MW大機組的廠(chǎng)用電結線(xiàn)借鑒。1 方案選擇
沙角C電廠(chǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)沙角C廠(chǎng))有3臺660MW機組，每臺機組發(fā)出的電能都是經(jīng)各自的主變壓器升壓至500kV，由500kV變電站進(jìn)入廣東省主網(wǎng)。發(fā)電機機端電壓為19kV，主變壓器為Yo/△接線(xiàn)，每臺機有2臺容量各為44MVA的△/Yo接線(xiàn)高壓廠(chǎng)用工作變壓器，2臺高壓廠(chǎng)用工作變壓器各帶一10kV機組段。全廠(chǎng)設1臺容量為44MVA的高壓廠(chǎng)用備用變壓器及設高壓廠(chǎng)用公用段10kV兩段。廠(chǎng)用電接線(xiàn)如圖1所示。對于這樣一種結線(xiàn)，在工程談判階段業(yè)主和設計院曾就電廠(chǎng)的廠(chǎng)用電結線(xiàn)作了兩個(gè)方案比較。
方案一：全廠(chǎng)設高壓廠(chǎng)用起動(dòng)/備用變壓器，而不設發(fā)電機開(kāi)關(guān)；
方案二：每臺機裝設發(fā)電機開(kāi)關(guān)，而全廠(chǎng)只設1臺容量較小的高壓廠(chǎng)用備用變壓器。
方案二的優(yōu)點(diǎn)是：
a)機組正常起、停不需切換廠(chǎng)用電，只需操作發(fā)電機開(kāi)關(guān)，廠(chǎng)用電可靠性高。
b)機組在發(fā)生發(fā)電機開(kāi)關(guān)以?xún)裙收蠒r(shí)(如發(fā)電機、汽機、鍋爐故障)，只需跳開(kāi)發(fā)電機開(kāi)關(guān)，廠(chǎng)用電源不會(huì )消失，也不需切換，提高了廠(chǎng)用電的可靠性，同時(shí)減輕了操作人員的工作量和緊張度。這一點(diǎn)在沙角C廠(chǎng)的調試過(guò)程中，表現非常突出。同時(shí)對于國內大型機組采用一機只配一主操作員和一副操作員的值班方式非常有益。
c)對保護主變壓器、高壓廠(chǎng)用工作變壓器有利。對于主變壓器、高壓廠(chǎng)用工作變壓器發(fā)生內部故障時(shí)，由于發(fā)電機勵磁電流衰減需要一定時(shí)間，在發(fā)電機-變壓器組保護動(dòng)作切除主變壓器高壓側斷路器后，發(fā)電機在勵磁電流衰減階段仍向故障點(diǎn)供電，而裝設發(fā)電機開(kāi)關(guān)后由于能快速切開(kāi)發(fā)電機開(kāi)關(guān)，而使主變壓器受到更好的保護，這一點(diǎn)對于大型機組非常有利。
d)發(fā)電機開(kāi)關(guān)以?xún)裙收现恍杼_(kāi)發(fā)電機開(kāi)關(guān)，不需跳主變壓器高壓側500kV開(kāi)關(guān)，對系統的電網(wǎng)結構影響較小，對電網(wǎng)有利。
方案一無(wú)上述優(yōu)點(diǎn)。
對于方案二，當時(shí)我們主要擔心發(fā)電機開(kāi)關(guān)價(jià)格昂貴，增加工程投資，以及發(fā)電機開(kāi)關(guān)質(zhì)量不可靠，增加故障機會(huì )。對于工程投資的比較是如果不裝設發(fā)電機開(kāi)關(guān)，按目前國內大型火力發(fā)電廠(chǎng)設計規程要求的2臺600MW機組需配2臺高壓廠(chǎng)用起動(dòng)／備用變壓器的原則，沙角C廠(chǎng)則要配4臺較大容量起動(dòng)／備用變壓器，且由于條件所限，起動(dòng)／備用變壓器的電源只能從沙角A廠(chǎng)220kV系統引接。因而，方案一需增加220kVGIS間隔4個(gè)，220kV電纜4根，220kV級的較大容量起動(dòng)／備用變壓器4臺；方案二需增加33kV電纜1根，33kV級的較小備用變壓器1臺，發(fā)電機開(kāi)關(guān)3臺。方案一的投資可能超過(guò)方案二。對發(fā)電機開(kāi)關(guān)質(zhì)量問(wèn)題，經(jīng)調查了解，當時(shí)GEC-ALSTHOM公司法國里昂開(kāi)關(guān)廠(chǎng)生產(chǎn)的空氣斷路器，額定電流33.7kA，額定開(kāi)斷電流180kA，這種斷路器已供應美國、法國許多大型核電站使用，運行良好。
因此，我們最終選擇了方案二，并選用了GEC-ALSTHOM公司的PKG2C空氣斷路器。目前這種斷路器經(jīng)在沙角C廠(chǎng)多年的運行，上百次的動(dòng)作，證明其性能良好。
沙角C廠(chǎng)發(fā)電機開(kāi)關(guān)的主要技術(shù)參數：
型號
滅弧介質(zhì)
額定電流
額定電壓
額定頻率
額定對稱(chēng)開(kāi)斷電流
額定不對稱(chēng)開(kāi)斷電流
額定短路關(guān)合電流
額定短時(shí)承受電流
對地工頻耐壓
雷電沖擊耐壓峰值
額定開(kāi)斷時(shí)間
額定負載下操作順序
正常操作壓力
最低操作壓力PKG2C
壓縮空氣
33.7kA
21kV
50Hz
180kA
340kA
509kA
275kA
70kV/min
170kV
0.1s
CO—30min—CO
3.34MPa
3.00MPa
2 設計原則
2.1 高壓廠(chǎng)用工作變壓器的容量設計
GEC-ALSTHOM公司對高壓廠(chǎng)用工作變壓器容量的設計原則為：
a)帶單機負荷的一半，加1臺電動(dòng)給水泵再加公用廠(chǎng)用負荷的一半；
b)提供單機輔助負荷一半，再加2臺電動(dòng)給水泵。
2.2 備用變壓器容量設計
備用變壓器的容量選擇同高壓廠(chǎng)用工作變壓器容量。
2.3 10kV廠(chǎng)用電系統運行方式的設計
由于受備用變壓器容量所限，備用變壓器在同一時(shí)間內只能帶1段10kV公用段及1段10kV機組段，因此要求在正常情況下公用段盡量由某2臺正常運行機組的高壓廠(chǎng)用工作變壓器各帶1段。同時(shí)為防止不同機組的10kV段通過(guò)公用段并列，在各機組機組段至公用段的聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)上有電氣閉鎖。
2.4 10kV廠(chǎng)用電源事故切換
10kV廠(chǎng)用電源事故切換采用自動(dòng)慢切換，當正在向1段10kV公用段供電的10kV機組段由電壓繼電器判斷為失壓，且保護是反應非10kV母線(xiàn)段上故障時(shí)，在確認10kV機組段進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)已跳開(kāi)后，將會(huì )起動(dòng)自動(dòng)慢切換，經(jīng)5s延時(shí)，將備用變壓器低壓側10kV開(kāi)關(guān)合上，從而恢復該機組段和原由它供電的公用段的供電。當保護是反應10kV母線(xiàn)段上故障時(shí)，則不起動(dòng)自動(dòng)慢切換。自動(dòng)慢切換是采用傳統的中間繼電器和時(shí)間繼電器通過(guò)硬接線(xiàn)來(lái)實(shí)現的。雖然備用變壓器下接10kV公用段A和10kV公用段B，但由于備用變壓器容量有限，在同一時(shí)間內備用變壓器只能帶1段公用段，從備用變壓器來(lái)的10kV公用段A進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和10kV公用段B進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)之間有電氣閉鎖，防止2個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)合上。同樣，雖然各機組的10kV機組段各段與相應的10kV公用段各段都有聯(lián)絡(luò )斷路器連接，但為防止正常情況下不同機組的10kV機組段通過(guò)10kV公用段并列，相互之間設有閉鎖，防止同一時(shí)間2臺機的10kV機組段向同一10kV公用段供電。正常情況下，廠(chǎng)用電源的手動(dòng)切換及由備用變壓器供電轉為正常供電時(shí)廠(chǎng)用電的短時(shí)并列供電，要通過(guò)手動(dòng)經(jīng)同期裝置進(jìn)行，并經(jīng)200ms延時(shí)自動(dòng)跳開(kāi)另一開(kāi)關(guān)。
由上可知，由于備用變壓器受容量及上述運行方式的限制，在事故情況下只能向1段公用段及當時(shí)向該公用段供電的機組段供電，因而事故情況下后備電源只能保證機組50%的負荷。而且，如果當時(shí)該機組段未帶1段公用段，則后備電源將不能向機組提供廠(chǎng)用電源。如果該機組又失去全部廠(chǎng)用電，則需要靠柴油機組來(lái)保障機組的安全。因此，該種接線(xiàn)對柴油機組要求較高，而目前沙角C廠(chǎng)使用的柴油機組質(zhì)量較好，經(jīng)受了很多次起動(dòng)的考驗。
由上可見(jiàn)，備用變壓器主要是作為全廠(chǎng)的1個(gè)由系統來(lái)供電的用于機組停機或停機后的安全電源，且對其中的
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