某火力发电厂启备电源引接方案探讨

引言：我国电力工业的发展建设已进入大电网、大机组、（特）超高压输电阶段，600MW及以上大型发电机组已成为电力系统的主力机组，大型机组的安全满发对系统有着重要作用。合理引接启动/备用电源，有利于保证机组启动的成功率、机组的安全连续满发运行、方便操作和维护、节约建设投资、降低运行成本，增强电厂上网电价的竞争力。

本文通过工程实例，提出了四种可行的启动/备用电源引接方案，并进行了技术经济比较，为后续类似项目启备电源的设计提供了新的思路。

1  工程概况

某火电厂建设2×660MW超超临界一次再热燃煤发电机组，同步建设高效脱硫、脱硝、除尘装置，全厂实现废水零排放。两台机组年利用小时数按4500h考虑。

目前接入系统方案已通过审查，根据接入系统批复意见，电厂以220千伏电压等级接入系统。新建电厂220千伏升压站，出线2回分别接入2个不同220千伏变电站。电厂主接线采用双母线接线型式，正常方式下母联开关开断运行。

2  启动/备用电源的引接方案

关于厂用高压启动/备用电源引接方式，《大中型火力发电厂设计规范》（GB 50660-2011，以下简称“《大火规》”） 中16.3.10条规定：

1  可由电厂高压母线中电源可靠的最低一级电压母线或由联络变压器的第三（低压）绕组引接，并应保证在全厂停“机”的情况下，能从外部电力系统取得足够的电源，包括三绕组变压器的中压侧从高压侧取得电源。

2  当装设发电机出口断路器且机组台数为2台及以上、出线回路数为2回及以上时，还可由1台机组的高压厂用工作变压器低压侧厂用工作母线引接另1台机组的高压事故停机电源。

3  在技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路供给。

根据上述规定，结合本工程接入系统方案、现阶段推荐的电气主接线方案以及发电机出口是否装设GCB的情况，本期工程提出如下四个高压启动/备用变压器（以下简称启/备变）设置及引接方案：

方案一：发电机回路不设GCB，本期工程设置一台专用的高压启动/备用变压器，电源从电厂邻近变电站引接。附近最近的变电站距离本电厂约10km，可从其110kV侧母线引接。机组正常启动、停机或事故停机时，均可通过110kV线路从此变电站词提供所需电源。

方案二：在两台机发电机出口均装设断路器（GCB），电厂不设置专用启动/备用变压器，两台机组的高厂变低压侧工作段互相联络，两台高厂变均可向另一台机组提供事故停机电源。机组正常运行时，由发电机经过高厂变给本机组负荷提供电源。机组启动、正常停机或非主变及高厂变回路故障而导致的事故停机时，厂用电源均可以从系统通过各自220kV线路经主变倒送给高厂变提供启动或停机电源，因此高压厂用工作变压器需配置有载调压装置。当一台机组因主变或高厂变回路故障而导致事故停机时，其事故停机电源可由另一台机组的高厂变供给^[1]。

方案三：发电机回路不设GCB，本期工程设置一台专用的高压启动/备用变压器，电源从厂内220kV母线取得。机组正常启动或停机时，启/备变从厂内220kV配电装置取得机组的启动或停机电源；事故停机时，通过快切装置从高厂变切换至由启/备变供电。本方案高厂变可采用无载调压方式。由于本工程在接入系统报告中对双母线的特殊运行要求，正常方式下母联开关开断运行。此方案需考虑此系统要求对于日后运行操作的特殊性。

方案四：本方案在方案三的基础上进行优化，发电机回路不设GCB，考虑全厂设置两台高压启动/备用变压器，电源从厂内220kV母线取得。每台启备变对应一台机组的高厂变，并且与该机组所在220kV间隔位于不同220kV母线。每台启备变通过共箱封闭母线和断路器只与相应机组的10kV工作A（B）段相连，不与另外机组的10kV工作段相连。机组正常启动或停机时，启/备变从厂内220kV配电装置取得机组的启动或停机电源；事故停机时，通过快切装置从高厂变切换至由启/备变供电，在某条线路失电或者母线故障下，可从另一条线路及母线提供备用电源。

2.1  启/备电源接线方案技术比较

方案一：启/备电源引自厂外邻近变电站110kV侧母线，需设110kV启/备变以及110kV断路器，启/备电源采用单回线路引接自电网，电源和线路的可靠性较高；工作、备用电源之间可能存在相角差，可能存在同期问题，在接入系统报告审定后，业主应另行委托相关单位进行相角差的计算。

在正常运行方式下，启/备变处于空载运行、热备用状态，厂用电负荷由每台机组的高厂变供电。在任意一台机组的高厂变因故障或检修较长时间退出后，启/备变为其提供100%的容量备用，可保证机组的运行，对企业的经济效益来讲，作用是非常明显的。

由于设有专用启/备变， 方案一具有高压厂用备用电源与工作电源独立性强，接线简单，运行业绩广泛的特点。但设置启/备变A排前变压器布置以及相关的封闭母线布置相对较复杂，占地面积和维护工作量相对较大，同时存在正常启/停机时厂用电源需要切换、操作较复杂的问题。

根据与电网公司初步探勘110kV路径后，其线路廊道紧张，需采用电缆或地下廊道穿越工业园区，线路投资费用很高。同时电厂投运后还可能因为缴纳容量电费、购电费用导致费用增加。

方案二在发电机与主变压器之间装设发电机出口断路器，具有一系列的优点，如能有效简化机组启动和停机时厂用电系统切换操作，提高厂用电的可靠性；可防止主变和高厂变故障时故障的扩大，减少主变高压侧非全相运行负序电流对发电机转子的危害；减少高压侧断路器的操作频率和操作时对电气主接线可靠性的影响、系统的冲击以及潮流的变化；避免厂用工作电源和启/备电源因相角差过大导致的厂用电切换不成功等。

该方案由于两台机的高压厂用母线互相联络，当主变或高厂变故障时，事故停机电源由另一机组的高厂变提供，降低了机组间的单元独立性。在本机组高厂变不能供电、需由另一台机组提供事故停机电源时，事故停机电源投入时操作闭锁复杂，且当任一台机组对应的线路、主变、高厂变故障或正常检修等需较长时间退出运行时，另一台机组则没有了高压紧急停机电源，事故停机只能依靠柴油发电机组。在布置上方案二相比方案一减少了110kV启/备变进线间隔设备以及110kV启/备变，配电装置布置相对简单，有利于总平面布局。

方案三：启/备电源引自厂内配电装置，常规只有当本期工程的两回出线全部停电，电厂才会失去启/备电源，但在本工程中一回线路故障，调度切换至正常线路阶段也会失去启备变电源；两条220kV线路接自两个不同变电站，工作、备用电源之间可能存在相角差，可能存在同期问题。在正常运行方式下，启/备变处于空载运行、热备用状态，厂用电负荷由每台机组的高厂变供电。在任意一台机组的高厂变因故障或检修较长时间退出后，启/备变为其提供100%的容量备用，可保证机组的运行，但需考虑外部故障下，对机组操作的影响。对比方案一，无外引线路投资、无可能的容量电费及购电费用^[2]。

由于本工程在接入系统报告中对双母线的特殊运行要求，正常方式下母联开关开断运行。此方案下，正常运行时启备电源接自其中一条母线，若该母线停电或对应外部线路停电，全厂将失去启备电源，需进行启备电源切换操作。目前和电网调度部门沟通，其母联不允许电厂内自行自动操作，需上报后进行手动操作，因此其启备电源切换母线时需按操作票手动切换，操作时间较长，加重全厂失电时间。考虑接入系统要求，母联断路器断开运行，即电网不允许两条线路合环运行，以下按只有当线路断路器断开时，母联断路器才允许合闸考虑。

方案四：本方案解决了方案三的弊端，由于全厂设置两台启备变，每台启备变只对应一台机组，为一对一的备用，且与对应机组接自于不同的220kV母线。当线路故障失电或者母线故障下，220kV本机组间隔失电，高厂变失电，可直接通过快切装置切换至另外一条220kV母线所带的启备变。由于直接通过快切装置切换，避免了220kV设备的动作，操作简单快速。

2.2  启/备电源接线方案对高压厂用电系统的影响

方案一、三、四，高压厂用变压器容量只需为本单元机组负荷以及全厂公用负荷供电即可，即考虑本机组两段10kV工作段以及全厂两段10kV公用段，容量为63/38-38MVA的变压器即可满足要求。方案二高压厂用变压器容量既要为单元机组负荷以及公用负荷供电，又要考虑另一台机组紧急停机负荷（凝结水泵、循环水泵、送风机、引风机各1台，其他机炉低压负荷按2000kVA考虑）的需求，高厂变容量经计算为75/45-45MVA。

2.3  启/备电源接线方案经济性比较

根据现场踏勘及与电网公司、线路设计部门现场探勘，由于受限线路廊道等原因，从附件变电站引接110kV需考虑电缆管廊，其造价估算约4000万元。

通过对四个方案的主要设备一次性投资进行差异比较，相同部分未列出，经济性比较如表2-3所示。

从以上对比表可以看出，方案三的经济性明显占优势，方案二、方案四次之，方案一最贵。

3  结  论

经过上述技术经济比较可以看出：

方案一，设启/备变，从厂外220kV变电站110kV侧引接，其电源独立性和可靠性相较有优势，但备用电源与厂用电源可能存在相角差，切换对厂用电系统会产生冲击，而且线路投资由于线路廊道布置困难，线路造价很高，总的初期投资最高（启备电源引接点对该方案造价影响极大），且后期存在容量电费及购电费用等后续费用。

方案二，设GCB，不设启/备变，具备在机组启动和停机过程中操作简便，无需进行厂用电切换的优势；两台机的高压厂用母线互联降低了机组的单元性，考虑事故停机电源会导致高厂变容量增加较大，事故停机电源投入时操作闭锁复杂，初期投资较高。

方案三，设启/备变，从厂内220kV配电装置引接电源，其可靠性及灵活性受限于220kV母联断路器的影响，对于机组日常运行也需要特殊考虑，其初期投资最低。

方案四，设两台启/备变，从厂内220kV配电装置不同母线引接电源，一对一方式对应相应机组，其可靠性及灵活性较高，事故下操作简单快捷，其初期投资较高。

综上，考虑机组运行可靠性及经济型，本项目采用设两台启/备变，从厂内220kV配电装置不同母线引接电源，一对一方式对应相应机组，在满足机组可靠性的前提下，在经济上也具有一定的优势。

参考文献：

[1]张延林;刘正强;王鹏;1000MW机组启动备用电源引接方案选择[J];华电技术;2016年08期

[2]刘从伟;新疆准东燃煤电厂发电机装设出口断路器及启动/备用电源引接设计方案探讨[J];福建质量管理;2016年05期