發電廠高壓備用變壓器容量校核分析與應用

周家旭，黃 未

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

專論

發電廠高壓備用變壓器容量校核分析與應用

周家旭，黃 未

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

發電廠廠用高壓工作母線失壓等事故情況下，需將電氣設備負荷切換至高壓備用變壓器供電，如果高壓備用變壓器容量不足，將導致廠用電切換失敗，進而造成設備損壞和全廠失電。為保證發電機組安全穩定運行，需要對高壓備用變壓器容量進行校核，以某2×300 MW火力發電廠為例，詳細闡述了高壓備用變壓器容量計算原則和校核方法，以及成組電動機自啟動時廠用高壓母線電壓分析方法。

母線失壓；負荷切換；變壓器容量；校核

發電廠高壓備用變壓器（簡稱啟備變）是發電廠廠用負荷等電氣設備的啟動和備用電源。在廠用電母線失壓等事故情況下，將廠用負荷切換至啟備變供電，切換后廠用成組電動機自啟動將造成啟備變過載和母線電壓較低，為保證切換后啟備變正常運行及廠用母線電壓值在規定允許范圍內，需對啟備變容量進行校核［1］。同時，發電廠廠用電系統改擴建將導致廠用負荷發生變化，也需要對啟備變容量進行校核。如未能及時對發電廠啟備變容量進行校核，在機組異常及故障時，將造成廠用電源切換失敗，進而造成設備損壞和全廠停電事故［2］。啟備變容量校核分啟備變容量計算和成組電動機自啟動時母線電壓校核。

1 廠用電6 kV系統概述

以某2×300 MW發電廠為例，全廠廠用6 kV一次系統如圖1所示。廠內配置2臺高壓廠用變壓器和1臺高壓備用變壓器，每臺發電機組配置1臺高壓廠用變壓器，高壓備用變壓器作為發電廠啟動和備用電源。發電機組并網正常運行，1號高壓廠用變壓器帶廠用6 kV母線1A段、1B段負荷，2號高壓廠用變壓器帶廠用6 kV母線2A段、2B段負荷，高壓備用變壓器帶公用6 kV母線1C段、2C段負荷，公用1C段母線作為廠用1A段、2A段母線備用電源，公用2C段母線作為廠用1B段、2B段母線備用電源。當廠用1A段、1B段、2A段、2B段母線失壓后，通過廠用電快切裝置將其切換至備用電源供電。

2 高壓備用變壓器容量計算

2.1 計算原則

a.經常連續運行的負荷全部計入，如引風機、送風機、電動給水泵、排粉機、凝結水泵等。

圖1 某2×300 MW發電廠全廠6 kV一次系統

b.連續不經常運行的負荷應計入，如充電機、備用勵磁機、事故備用油泵、備用電動給水泵等。

c.經常斷續運行的負荷應計入，如輸水泵、空氣壓縮機等。

d.短時斷續不經常運行的負荷一般不予計算，如行車、電焊機等。

e.由同1臺變壓器供電的互為備用的設備，只計算同時運行的臺數。

f.對于分裂變壓器，其高低壓繞組負荷應分別計算［1］。

2.2 負荷計算

2.2.1 計算方法

高壓負荷計算方法采用換算系數法，計算公式為

式中 SH——高壓電動機計算負荷；

K——換算系數（如表1所示）；

P——電動機計算功率。

表1 換算系數

低壓負荷按廠用變壓器額定容量85%計算，計算公式為

高壓備用變壓器容量應大于高壓電動機計算負荷的110%與低壓廠用電計算負荷之和［3］，計算公式為

式中：ST為高備變各側繞組額定容量，如表2所示。

表2 變壓器額定參數

2.2.2 數據計算

根據某2×300 MW發電廠提供的6 kV廠用系統圖和計算結果，得出發電廠擴建脫硫系統、供熱系統后，高備變高壓繞組及低壓繞組分支所帶負荷容量如表3所示。

表3 高備變6 kV低壓分支負荷

續表

通過上述分析計算可知高壓備用變壓器6 kV系統擴建后，高壓備用變壓器高／低壓繞組所帶負荷容量均小于高壓備用變壓器高／低壓繞組額定容量，高壓備用變壓器容量滿足6 kV廠用系統擴建后電氣設備負荷需求。

3 6 kV母線電壓校核

3.1 自啟動方式

高壓備用變壓器一般考慮空載、失壓及帶負載自啟動3種方式［4］。

空載自啟動：備用電源空載狀態時，自動投入失去電源的工作段所形成的自啟動。

失壓自啟動：運行中突然出現事故低電壓，當事故消除電壓恢復時形成的自啟動。

帶負荷自啟動：備用電源已帶部分負荷，又自動投入失去電源工作段時形成的自啟動。

發電機組正常并網運行時高壓備用變壓器已帶部分公用設備負荷運行，經對比分析可知，某2× 300 MW發電廠廠用電切換后，成組電動機自啟動方式為帶負荷自啟動。

3.2 廠用電切換方式

由圖1可得出1號、2號發電機組廠用電工作段母線失壓時，廠用負荷快速切換可按以下3種極端切換方式切換。

a.1號、2號發電機組同時滿負荷運行，1號發電機組廠用6 kV母線2段同時或先后母線失壓，將失壓母線段負荷切換至備用電源供電。

b.2號發電機組滿負荷運行，1號發電機組點火啟動供電（啟動電動給水泵），此時2號發電機組廠用6 kV母線2段同時或先后失壓，將失壓母線段負荷切換至備用電源供電。

c.1號、2號發電機組同時滿負荷運行，廠用6 kV母線1A段和廠用6 kV母線2A段母線同時發生母線失壓（或廠用6 kV母線1B段和廠用6 kV母線2B段母線同時發生母線失壓），將2段失壓母線負荷同時切換至備用電源供電。

本文不考慮2段以上母線切換至啟備變。

3.3 成組電動機自啟動母線電壓校驗

為保證成組電動機自啟動成功，應對成組電動機自啟動時廠用高母線電壓值進行校驗。根據《電力工程電氣設計手冊電氣一次部分》規定，自啟動時廠用母線電壓最低值如表4所示。

表4 自啟動要求的最低母線電壓

成組電動機自啟動時廠用高母線電壓（標幺值）［1］，按下式計算：

X?——變壓器電抗（標幺值）；

S?——合成負荷（標幺值）。

式中 ηDcosφb——電動機額定效率和功率因數乘積，對自啟動一般取0.8；

Pn——啟動或自啟動電動機容量，kW；

SLB——分裂變壓器低壓繞組額定容量。

式中：K0為啟動或自啟動電流倍數，對備用電源，其自啟動倍數為快速切換時取2.5，為慢速切換時取5；慢速切換指其備用電源自動切換過程的總時間大于0.8 s，快速切換指切換過程總時間小于0.8 s［5］。

3種極限切換方式下廠用工作段負荷切換至備用電源時，各段6 kV母線所帶電氣設備負荷如表5所示。

表5 6 kV母線所帶設備負荷kW

表5中b1為切換時2B段電動給水泵未啟動，b2為切換時2B段電動給水泵啟動，c1為切換時1B段電動給水泵啟動，c2為切換時2B段電動給水泵啟動，c3為切換時2臺給水泵全部啟動。

3.4 成組電動機自啟動時高壓母線電壓值

將電廠提供的和經分析計算得出的參數（如表5所示）帶入式（4）～式（8），得出3種快速切換方式下成組電動機自啟動時各段6 kV母線電壓標幺值如表6所示。

表6 高壓母線電壓值（標幺值）

由表6中各種切換方式下廠用電6 kV母線電壓標幺值，可知6 kV廠用電按3種切換方式切換時，無論為快速切換還是慢速切換成組電動機自啟動時各段6 kV母線電壓值均符合要求。

3.5 切換成功后高壓備用變高／低壓繞組所帶負荷容量

高壓繞組所帶負荷，按下式計算：

式中：Pn為各段廠用6 kV母線所帶負荷。

將電廠提供的和經分析計算得出的參數（如表5所示）帶入式（9）、式（10），計算3種切換方式下高壓備用變壓器高／低壓繞組所帶負荷總量，如表7所示。

表7 切換成功后高壓備用變壓器高／低壓繞組所帶負荷容量kVA

將表7中高低壓繞組負荷容量與高壓備用變壓器額定容量進行比較，得出廠用電6 kV系統按3種切換方式切換時，切換后高壓備用變壓器高／低壓繞組所帶負荷容量小于變壓器各側繞組額定容量，高壓備用變壓器不會發生過載運行。

4 結束語

高壓備用變壓器容量校核分為變壓器容量計算和成組電動機自啟動時母線電壓校核兩方面。本文以某2×300 MW發電機組廠用電系統為例，詳細闡述了高壓備用變壓器容量計算原則和校核方法，以及成組電動機自啟動時廠用高壓母線電壓分析方法。通過高壓備用變壓器容量校核可避免因高壓備用變壓器容量不足導致廠用電切換失敗，進而造成設備損壞或全廠停電。

［1］能源部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊（第一冊電氣二次部分）［M］.北京：中國電力出版社，1991.

［2］曾祥輝.燃機電廠高壓工作電源的引接［J］.東北電力技術，2009，30（9）：29－33.

［3］金 良，李太宇，薛曉敏.備自投裝置運行方式分析［J］.東北電力技術，2004，25（5）：8－10.

［4］田豐源，姜 偉，張艷鵬.發電廠廠用電整定計算分析［J］.東北電力技術，2011，32（9）：17－18.

［5］任 俊，侯紅梅，范 華.用電源自投裝置規范化［J］.華北電力技術，2014，35（7）：31－36.

［9］Jfang W，＆K Yatsui，＆K Takayama，et a1.Compact Solid State?Switched Pulsed Power and its Applications［J］.Proc of the IEEE，2004，92（7）：1 180－1 196.

［10］王 瑩，孫元章，阮江軍，等.脈沖功率科學與技術［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2010.

［11］張 磊，鄂士平.輸電線路斷路器的合閘電阻仿真研究［J］.東北電力技術，2014，35（12）：29－31.

［12］于吉波，劉 洋，徐建源，等.換流站交流斷路器重合閘開斷失敗分析［J］.東北電力技術，2013，34（8）：7－10.

作者簡介：

鄒貴榮（1970—），男，碩士，高級工程師，研究方向為直流輸電技術。

（收稿日期 2015－08－16）

Analysis and Application on High Voltage Stand?by Transformer Capacity Checking of Power Plant

ZHOU Jia?xu，HUANG Wei
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

In the case of bus voltage loss accident at high voltage work in power plant，operator needs to switch electrical equipment load to high voltage stand?by transformer.If high voltage stand?by transformer capacity is insufficient，it cause switch failure，faulty e?quipment and the loss of power.High voltage stand?by transformer needs to check up capacity for assuring safety and stable operation of the generator units.Take a 2×300 MW fire power plant as an example，the principle and checking method for the calculation of high voltage stand?by transformer capacity are elaborated detailedly，as well as analysis method of high voltage bus voltage at group motor self?starting.

Busbar voltage loss；Load switching；Transformer capacity；Checking

TM621

A

1004－7913（2015）12－0001－04

周家旭（1982—），男，學士，工程師，從事發電廠保護定值計算工作。

2015－08－10）