F級燃氣輪機聯合循環機組廠用電接線優化探討

深圳能源集團股份有限公司國際能源大廈建設管理分公司 張曉平

1 廠用電接線方式選擇

1.1 傳統的高廠變高備變方式

國內F型燃氣蒸汽聯合循環機組主要采用的是單軸布置，升高電壓一般為220kV，由于啟停頻繁，目前投運的電廠每臺機組均設置有發電機出口斷路器GCB，其高壓廠用備用變壓器的設置可滿足《燃氣—蒸汽聯合循環電廠設計規定》（DL/T5174-2003）中13.3.2條規定,此種接線方式可靠性高，單元性強，但投資大，國內大部分F級天然氣電廠均采用這種方式（圖1）。

圖1 F型燃氣蒸汽聯合循環機組

1.2 少設高廠變方式

為達到更好的經濟性，可以將每3臺聯合循環機組作為1個廠用電的供電單元，從其中1臺機組的發電機出口開關引接廠用分支，并設置發電機出口開關，為防止廠變低壓側短路電流的大幅提升，高廠變使用低壓側2分裂的變壓器，或者3繞組變壓器，在高廠變的每個低壓繞組上T接兩路分支，分別為1#機高壓廠用工作段、2#機高壓廠用工作段、3#機高壓廠用工作段及全廠高壓公用段供電，每臺機只設1個高壓廠用工作段，這樣高壓廠用工作變壓器的容量需要提高到50～60MVA，同時從廠內的高壓系統取備用電源，并設置高壓廠用備用段，其余兩臺機組不再設置GCB及廠用分支，這樣每3套聯合循環機組可以省去2臺GCB及2臺高廠變，而且對于日起停機組，夜間停運時可以免去2臺主變的空載損耗費用，但高廠變及高備變的容量會相應增大。

1.3 不設高廠變方式

借鑒E型燃機聯合循環項目及國外項目的設計經驗[1]，可以將每3套機組分成1組，每組作為1個組合單元，每1個組合單元設置1臺三繞組的引自廠內高壓配電裝置（220kV）的高壓廠用工作變壓器，每1個組合單元設置2段高壓廠用母線，三繞組變壓器的選用使得高廠變低壓側短路容量不會大幅增加，現有的國產設備即可滿足要求，每2個組合單元設置1臺三繞組的引自廠內高壓配電裝置（220kV）的高壓廠用備用變壓器，作為廠用電系統的備用電源，并可根據需要帶公用負荷。一般新建項目一期工程只有1個組合單元，將來擴建可省去其高備變及相應間隔。

此方案取消了所有的發電機出口開關及發電機出口的廠用分支，機組啟停時避免了廠用電的切換，而且在夜間全廠停機時能節省3臺主變和2臺廠變的空載運行費用，大大節省了投資和運行費用，但由于采用的220kV電壓等級的大容量高廠變及高備變造價很高，具體的經濟性還需要進行詳細的技術經濟比較，至于其單元性不強的問題，如果機組在電網故障時不能做到甩負荷帶廠用電運行，則單元性的意義不大，畢竟廠用電系統的可靠性、經濟性和靈活性才是主要的。

此方案的應用還受到廠網分開的制約，需考慮電量計費點的位置，如果計費點設在廠內，高廠變和高備變按大工業用戶電價計費（包括基本電費和電度電費），則此方案對電廠的經濟效益將會大打折扣；如果計費點設在電廠出線側或者變電站內，并延續目前廣東深圳目前的計費方式，則采用此方案的優越性將是非常明顯的（圖2）。

圖2 不設高廠變方式

1.4 不設高備變方式

全廠不設高壓廠用備用變壓器，3臺機組的3臺高壓廠用工作變壓器互為備用，為避免關系過于復雜，可以采取相鄰備用的方式，也即循環備用的方式，即1#高廠變作為2#高廠變的備用，2#高廠變作為3#高廠變的備用，3#高廠變再作為1#高廠變的備用，這樣首尾相接，互不遺漏，又使接線相對簡化，有特殊需要的話可以人工干預備用邏輯，使得運行更加靈活。比照第一個方案，雖然每臺高廠變的容量會有所增加，但容量的增加導致變壓器價格的提高并不明顯，而且省掉了1個220kV間隔的高壓設備和1臺相同電壓等級的高壓備用變壓器，更重要的是，此方案可以完全規避國內電網公司對高備變按大工業用戶電價計費的政策，這種廠用電接線方式在部分機組停機檢修的情況下能節省數量相當可觀的廠用電費用。本方案是全新的方案，在國內還沒有相關運行經驗，但其創新性及優越性也是明顯的，希望在以后的新項目中能嘗試采用（圖3）。

圖3 不設高備變方式

2 發電機啟動電源的設置及接線

F級機組的啟動需要靜態變頻啟動裝置SFC，全廠SFC設置的臺數需根據機組總數、運行方式及SFC可靠性指標來確定。由于SFC價格昂貴、運行時間短暫，為每臺機組單獨配置SFC將是非常不經濟的做法，根據已有的運行經驗，并考慮到靜態變頻器SFC的可靠性已很高，故障率低且采用模塊化設計，即使故障修復時間也很短，原則上10臺以下的機組使用2套SFC已經足夠，如果機組運行方式為日起停制，需要同時起機的機組可能較多，可酌情增加SFC的數量。新建項目一期3臺F級機組設置2套SFC已經足夠，遠景6臺機組視實際情況可增加1臺SFC或不增加。以下提出一種接線方案，以6臺F級機組使用2套SFC為基礎，并使用最靈活的方式，當然也比較費電纜，而且邏輯比較復雜，虛線部分為一期工程沒有、二期需要增加的設備（圖4）。

圖4 發電機啟動電源的設置及接線

3 低壓電氣包的設置

F級單軸機組為快裝模塊式裝置，一般燃機制造廠會成套提供低壓電氣包，內置各種配套380V開關和控制保護設備[2]，包括燃機、汽機、發電機本身小于75kW的電動機均由其供電和控制。為了運行維護方便，可將原廠配套的低壓電氣包拆分為電氣一次、電氣二次、儀控自動劃設備，與設計院設計的各功能區整合到一起。這種方式會使主機廠商與設計院的接口復雜化，設計院與主機廠商配合的工作量加大，對工期也有影響，但優點也是明顯的：將低壓電氣包內各設備整合到全廠功能區塊中能使場地布置簡潔明了，易于各類設備統一維護管理；由于電氣包集裝箱內部空間狹小，對于運行維護和故障處理極為不便，而且要額外考慮照明和空調，對其進行拆分整合后，這些問題迎刃而解；將GT/ST MCC單母線上的負荷拆分到機組400V配電間后，雙套輔機可以掛接在不同的400V工作段上，相比單母線的可靠性大大提高。

4 結語

本文通過對常規9F級燃氣蒸汽聯合循環機組廠用電接線問題幾個方面的探討，分析了各種方案的優點和不足，并提出了一些創新性的主張，能為電力行業從業者提供一定的參考和借鑒，尤其是廠用電接線方式中的不設高備變靠高廠變循環備用方案，很有研究和探討的價值。