600 MW級機組廠用電系統優化設計及方案比較

丁益民，程琳，丁柱元

(1.華電國際十里泉發電廠，山東 棗莊 277103;2.華能日照發電廠，山東 日照 276800)

0 引言

廠用電系統的設計對機組的安全運行具有重要影響，廠用電系統設計既要保證廠用電的連續供電，又要保證機組安全和經濟運行。在規劃和設計廠用電系統時，必須充分考慮到它在電廠生產中的重要地位并盡可能設計出安全、可靠、運行靈活的廠用電系統。本文結合某電廠負荷進行分析和計算，對3種廠用電設計方案進行比選，最終選擇了一種較新穎的廠用電設計方案［1－6］。

1 廠用電壓選擇

發電廠可采用3 kV，6 kV，10 kV作為高壓廠用電的電壓。容量為60 MW及以下的機組發電機電壓為10.5 kV 時，可采用10.0 kV，發電機電壓為6.3 kV時，可采用6.0 kV，容量為600 MW及以上的機組可根據工程具體條件采用6 kV 1級或3 kV，10 kV 2級高壓廠用電壓。

3 kV電壓供電具有以下優點:

(1)3 kV電動機效率比6 kV電動機高1%～15%，價格約低20%。

(2)3 kV電動機的最小容量比6 kV電動機小，可將75 kW以上的電動機接到3 kV電壓母線上，從而使低壓廠用變壓器容量減小、數量減少。

(3)由于減少了380 V電動機數量，使較大截面的電纜數量減少，從而降低了低壓供電網絡投資。

6 kV電壓供電具有以下優點:

(1)對同樣的廠用電系統，6 kV網絡不僅節省有色金屬及投資費用，而且短路電流亦較小。

(2)6 kV電動機的功率可制造得較大，以滿足大容量機組要求。

(3)發電機電壓若為6 kV時，可省去高壓廠用變壓器，直接由發電機電壓母線經電抗器向廠用高壓負荷供電。

10 kV電壓可作為廠用電系統電壓，只用于300 MW以上大容量機組，且不能作為單一廠用高壓，因為不能滿足全廠所有高壓電動機的要求，因此，如無特殊要求不推薦采用。

目前，我國6 kV 1級或3 kV，10 kV 2級高壓廠用電壓2種方式均存在［7－8］，采用6 kV 1級電壓目前為國內工程所普遍采用，運行經驗也十分豐富。10 kV和3 kV 2級電壓通常為國外引進型機組所采用，國內設計的機組很少采用。3 kV電壓等級多年來僅在一些老企業中應用，有逐步淘汰的趨勢，因此，600 MW機組一般均采用6 kV 1級廠用電壓等級。

2 廠用電接線方式

600 MW汽輪發電機組高壓廠用電系統常用的設計方案可以分為2類。方案1為不設6 kV公用負荷段，將全廠公用負荷(如輸煤、除灰、化水等)分別接在各機組A，B段母線上。方案2為單獨設置2段公用負荷母線，集中供全廠公用負荷用電。在正常情況下，該公用負荷段每臺高壓廠用變壓器供1段母線。

方案1的優點是公用負荷分接于不同機組變壓器上，供電可靠性高，投資省，但由于公用負荷分接于各機組工作母線上，在清掃機組工作母線時，會影響公用負荷的備用。另外，由于公用負荷分接于2臺機組的工作母線上，因此，在第1臺機組發電時，必須安裝好第2臺機組的6 kV廠用配電裝置并用啟動備用變壓器供電。

方案2的優點是公用負荷集中，無過渡問題，各單元機組獨立性強，便于各機組廠用母線清掃。其缺點是由于公用負荷集中，并因啟動備用變壓器要用工作變壓器作為備用(若無第2臺啟動備用變壓器作備用時)，故工作變壓器也要考慮在啟動備用變壓器檢修或故障時帶公用段運行。因此，啟動備用變壓器和工作變壓器均較方案1變壓器分支的容量大，配電裝置也增多，投資較大。

由于2種方案各有優、缺點，應經過技術、經濟比較后確定。

3 廠用電系統啟動備用變壓器的選擇

廠用啟動備用變壓器系統選擇的基本依據是DL/T 5153—2002《火力發電廠廠用電設計技術規定》中第4.5.3條規定，其選擇原則如下: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2臺機組應設置1臺或2臺高壓啟動備用變壓器;在配置2臺高壓啟動備用變壓器時，應考慮到一臺高壓廠用啟動備用變壓器檢修不會影響另一臺機組的啟、停;當發電機出口裝有斷路器或負荷開關時，4臺及以下機組可設置1臺高壓廠用啟動備用變壓器，其容量可為1臺高壓廠用工作變壓器的60%～100%。全廠有5臺及以上同容量機組時，可設置1臺不接線的高壓廠用工作變壓器作為備用［9－10］。

4 某電廠廠用電方案比選

4.1 負荷資料

根據負荷資料，對該工程200 kW以上的高壓電動機及低壓變壓器進行了統計，其結果見表1和表2。

4.2 廠用電接線方案

廠用電系統的接線應根據廠用電負荷統計結果和廠用電動機的容量進行綜合考慮，在廠用系統最大運行方式下，要考慮到電動機啟動和自啟動時母線電壓的波動范圍，同時限制母線短路電流在合適的范圍內，本著廠用電接線方案盡量減少電壓等級，盡量減少廠用電母線段數的原則，確定如下3個電氣方案。

方案1。每臺機組設置1臺47/31－31 MV·A的高壓廠用分裂變壓器和1臺15 MV·A的高壓廠用雙卷變壓器。主廠房內6kV設A，B，C 3段，分別為6kV ⅧA(ⅨA)，6kV ⅧB(ⅨB)，6kV ⅧC(ⅨC)段。脫硫負荷作為機組負荷由主廠房工作段供電，在輸煤綜合樓內設煤灰6 kV段，由主廠房工作段供電。2臺機組共設置1臺47/31－31 MV·A的有載調壓分裂變壓器和1臺15 MV·A的有載調壓雙卷變壓器作為該期的啟動/備用電源，如圖1所示。

表1 高壓電動機負荷統計

表2 低壓變壓器負荷統計

方案2。每臺機組設置1臺42/25－25 MV·A的高壓廠用分裂變壓器和1臺25 MV·A高壓廠用雙卷變壓器。主廠房內6kV設A，B，C 3段，分別為6 kV ⅧA(ⅨA)，6 kV ⅧB(ⅨB)，6 kV ⅧC(ⅨC)段。在脫硫綜合樓和輸煤綜合樓內分別設脫硫段及煤灰段，由主廠房6kVⅧC(ⅨC)段供電。2臺機組共設置1臺42/25－25MV·A的分裂變壓器和1臺25 MV·A的雙卷變壓器作為該期的啟動/備用電源，如圖2所示。

方案3。每臺機組設置1臺42/25－25 MV·A的高壓廠用分裂變壓器和1臺25 MV·A高壓廠用雙卷變壓器。主廠房6 kV設3段，機組負荷接到分裂高壓廠用變壓器的2段母線上，公用及脫硫負荷接在公用段上，2臺機組共設置1臺50/30－30 MV·A的分裂變壓器作為該期的啟動/備用電源，如圖3所示。

4.3 技術比較

方案1。在高壓廠用電電壓采用6 kV的情況下，每臺機組設置1臺47/31－31 MV·A分裂高壓廠用變壓器和1臺15 MV·A的高壓雙卷變壓器，2臺機組共設置1臺47/31－31 MV·A的有載調壓分裂變壓器和1臺15 MV·A的有載調壓雙卷變壓器作為該期的啟動/備用電源。

該方案的脫硫負荷作為機組負荷分散供電于廠用變壓器，它與方案2的脫硫及煤灰負荷由廠用雙卷變壓器供電相比，方案1的單元性更好。但該方案負荷分配不均衡，相對于分裂變壓器而言，雙卷變壓器容量過小，方案2負荷分配更為均衡。

方案2。每臺機組設置1臺42/25－25 MV·A的高壓廠用分裂變壓器和1臺25MV·A高壓廠用雙卷變壓器。2臺機組共設置1臺42/25－25 MV·A的分裂變壓器和1臺25MV·A的雙卷變壓器作為該期的啟動/備用電源。

該方案脫硫及煤灰段由主廠房6 kVⅧC(ⅨC)段供電，同方案1比較，該方案均衡了負荷的分配，使廠用變壓器的選擇更加合理。

圖1 47/31－31 MV·A的有載調壓分裂變壓器和15 MV·A的有載調壓雙卷變壓器為啟動/備用電源

方案3。根據前面的分析，該方案同方案2高壓廠用變壓器接線方式相同，啟動備用變壓器接引方式不同。因此，方案3擁有方案2所有的優點，同方案2比較，采用1臺啟動備用變壓器的方式，節約了投資，布置更加簡單。

通過計算，以上3種廠用電布置方案，技術上均可行。

4.4 經濟比較

方案1和方案2由于脫硫電源的引接方式不同，斷路器柜的數目存在差異;方案3在方案1、方案2的基礎上，進一步優化了啟動備用電源的配置，減少1臺啟動備用變壓啟及相關聯的設備。其他諸如電纜、F－C回路數等無太大差異，經濟性比較見表3。

表3 廠用電方案經濟比較萬元

4.5 方案比選

從滿足電動機啟動、廠用電壓調整、開關設備選型等方面3個方案都能滿足設計要求。方案1與方案2都是工程設計中采用較多且較成熟的廠用電接線方式，具有較高的供電可靠性，方案1與方案2相比，機組單元性更強，但2臺廠用變壓器負荷分配不均衡。方案2將脫硫負荷移至雙卷變壓器供電，很大程度上均衡了負荷的分配，使廠用變壓器的選擇更加合理。方案3為文獻［11］提出的一種新的廠用電接線方式，負荷供電方式與方案2相似，但采用1臺啟動備用變壓器，在經濟性方面，方案3略好于方案2，因此，推薦采用方案3。

5 結論

隨著電力市場的深入發展，電力系統中的競爭將更加激烈。因此，發電廠在基建階段，控制好成本，選擇好合理的廠用電一次接線方式顯得尤為重要。本文在總結前人經驗的基礎上，結合某電廠實際數據，對2種工程設計中采用的廠用電接線方式和文獻［11］提出的廠用電接線方式進行了比較，從技術和經濟2個方面進行了分析，最終選擇了一種技術、經濟都更加優良的方案，為其他電廠的方案比選提供了參考。

［1］DL 5000—2000，火電發電廠設計技術規程［S］.

［2］DL/T 5153—2002，火力發電廠廠用電設計技術規定［S］.

［3］劉慧軍.關于1 000 MW機組高壓廠用電配配置的探討［J］.電力建設，2004，25(12):1 －4.

［4］鐘史明.火電廠設計基礎［M］.北京:中國電力出版社，1998.

［5］卓樂友.電力工程電氣設計手冊［M］.北京:中國電力出版社，1996.

［6］時可.600 MW機組高壓廠用電接線優化［J］.電力建設，2004，25(3):7 －9.

［7］曾小超.大型空冷機組廠用電電壓等級選擇［J］.電氣設計技術，2006(1):1－10.

［8］邱嶺，周才洋.1 000 MW等級火電機組廠用電電壓等級的選擇［J］.電力建設，2006，27(6):23 －27.

［9］喬崗杰.關于電廠啟動和備用電源系統改進的探討［J］.山西電力，2010(1):65－67.

［10］田浩，尹蘭.大型火電廠高壓啟動/備用變壓器設置原則及容量選擇［J］.吉林電力，2007，35(4):8 －11.

［11］王鋒，王雷鳴，許衛東.600 MW火電機組高壓廠用電接線新型方案［J］.電力建設，2008(12):70－73.