劉元博，卞興煒

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232000)

發(fā)變組單元接線方式加裝出口斷路器的改造

劉元博，卞興煒

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232000)

某電廠接入特高壓系統(tǒng)后，工作電源與備用電源的相角差偏大，影響了工作電源與備用電源間的正常切換。提出了3種改造方案，綜合考慮優(yōu)缺點(diǎn)后選取了加裝發(fā)電機(jī)出口斷路器的改造方案。改造方案實(shí)施后，解決了相角差偏大的問題，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

相角差；出口斷路器；并聯(lián)切換；閉鎖快切

0 引言

某電廠1期1，2號(hào)發(fā)電機(jī)組為630 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，采用發(fā)電機(jī)-變壓器單元組接線方式，發(fā)電機(jī)出口電壓為20 kV，不設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器。2期3，4號(hào)發(fā)電機(jī)組為660 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口電壓為20 kV，裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器。4臺(tái)機(jī)組均通過全連接式離相封閉母線相連接，經(jīng)主變壓器接入500 kV系統(tǒng)。500 kV系統(tǒng)采用3/2接線，發(fā)電機(jī)采用自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。

廠用電接線方式為1臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)三相雙繞組35 MVA，20±2×2．5 %/6．3 kV的無載調(diào)壓變壓器作為高壓工作廠用變壓器，中壓廠用電采用6 kV電壓等級(jí)，廠用母線分為A，B兩段6 kV母線。正常運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)變壓器各帶一段母線，每段母線設(shè)置1臺(tái)開斷容量為50 kA、額定電流為4 000 A的進(jìn)線斷路器，2段母線之間設(shè)置1臺(tái)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

啟動(dòng)備用電源采用屋外敞開式斷路器單列式布置，由A變電站220 kV線路供電。

在機(jī)組啟停和事故跳閘期間，通過快切裝置實(shí)現(xiàn)廠用電電源和啟動(dòng)備用電源之間的相互切換，以滿足機(jī)組啟停和事故期間廠用電的需求，保證機(jī)組的安全啟停。

1 改造的必要性

該電廠在2013年9月接入某特高壓站后，由于1 000 kV B站與當(dāng)?shù)?00 kV電網(wǎng)不發(fā)生直接電氣聯(lián)系，220 kV線路所帶的啟備變與電廠高廠變之間的相角差要求有可能得不到滿足。隨著電網(wǎng)運(yùn)行方式及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的改變，相角差有進(jìn)一步增大的可能。根據(jù)華東設(shè)計(jì)院對(duì)特高壓電網(wǎng)、電廠500 kV母線與220 kV A站運(yùn)行相角的計(jì)算分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)相角差受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響較大，在典型運(yùn)行方式下，啟備變低壓側(cè)和高廠變低壓側(cè)的相角差達(dá)到22°—35°。

通過和6 kV快切裝置的廠家溝通，得知快切裝置在并聯(lián)切換方式下可設(shè)定的最大相角差為20°，當(dāng)相角差超過20°后，除非解除快切閉鎖，否則并聯(lián)切換不會(huì)成功。該電廠1，2號(hào)機(jī)在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，都會(huì)遇到此類問題；3，4號(hào)機(jī)因發(fā)電機(jī)裝設(shè)了發(fā)電機(jī)出口斷路器，廠用電直接從500 kV系統(tǒng)受電，故不存此類問題情況。若相角差過大，強(qiáng)行切換解除快切閉鎖，則可能損壞運(yùn)行中的一次設(shè)備。

接入1 000 kV系統(tǒng)使該電廠廠用電工作電源和備用電源間存在相角差偏大的問題，這對(duì)電廠的安全生產(chǎn)造成非常大的安全隱患，必須采取措施予以解決。

2 改造方案的比較

針對(duì)相角差偏大、廠用電切換過程中出現(xiàn)的問題，現(xiàn)擬3種方案嘗試解決。

2.1 方案1

在開關(guān)站增加1臺(tái)電壓變比為500 kV/220 kV、容量為10 MVA的聯(lián)絡(luò)變，1臺(tái)500 kV開關(guān)，1臺(tái)220 kV開關(guān)及相應(yīng)隔離刀閘、接地刀閘、CT等設(shè)備。開關(guān)站已設(shè)置備用龍門架。

優(yōu)點(diǎn)：徹底解決相角差的問題。

缺點(diǎn)：500 kV系統(tǒng)(與1 000 kV系統(tǒng)聯(lián)系)通過聯(lián)絡(luò)變和220 kV系統(tǒng)聯(lián)系起來，將增大220 kV系統(tǒng)的短路電流水平，故應(yīng)考慮220 kV系統(tǒng)開關(guān)額定短路開斷電流、保護(hù)CT誤差限值系數(shù)等參數(shù)是否滿足要求?，F(xiàn)實(shí)中，隨著大電源的大量接入，有些220 kV電網(wǎng)短路電流水平大大超出開關(guān)實(shí)際開斷容量，不得不將電網(wǎng)分區(qū)分片運(yùn)行。此外，此方案改造費(fèi)用昂貴，且施工難度大。

2.2 方案2

機(jī)組采用2次并網(wǎng)模式實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)過程中的廠用電切換，改造廠用電切換的二次回路設(shè)備，在機(jī)組6 kV電源進(jìn)線開關(guān)和備用電源進(jìn)線開關(guān)之間加裝同期裝置。機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)前，先進(jìn)行6 kV廠用電同期并網(wǎng)切換，然后斷開6 kV備用電源開關(guān)，使發(fā)電機(jī)孤島運(yùn)行，最后進(jìn)行500 kV開關(guān)同期并網(wǎng)運(yùn)行。

優(yōu)點(diǎn)：能解決相角差偏大的問題，改造成本相對(duì)較低。

缺點(diǎn)：要進(jìn)行多次試驗(yàn)，證明發(fā)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行要求；由于并網(wǎng)點(diǎn)較多，且運(yùn)行操作方式復(fù)雜，造成運(yùn)行控制難度高。

2.3 方案3

在發(fā)電機(jī)出口加裝出口斷路器(見圖1中的點(diǎn)劃線矩形框部分)，把發(fā)電機(jī)出口與主變壓器之間的封閉母線割開，選定合適位置加裝出口斷路器及其附屬設(shè)備。

優(yōu)點(diǎn)：能徹底解決機(jī)組啟停期間廠用電切換時(shí)備用電源和工作電源間相角差大的問題，在機(jī)組啟停和檢修期間廠用電直接取自本廠500 kV系統(tǒng)，無需外購(gòu)電量，減少外購(gòu)電成本。

缺點(diǎn)：涉及一、二次回路改動(dòng)，且投資比較大，施工周期比較長(zhǎng)。

綜合分析以上改造方案，結(jié)合工程難度、資金投入和后續(xù)運(yùn)維情況，最終采用了方案3。

3 改造方案的實(shí)施

通過對(duì)現(xiàn)在主流發(fā)電機(jī)出口斷路器廠家的調(diào)研，并在華東電網(wǎng)的指導(dǎo)下，著重對(duì)ABB公司和ALSTHOM公司進(jìn)行考察，最終選定ABB公司的HEC-7型發(fā)電機(jī)出口斷路器。

圖1 1號(hào)發(fā)電機(jī)加裝出口斷路器接線示意

在2015年1號(hào)機(jī)A級(jí)停電檢修期間和2016年2號(hào)機(jī)A級(jí)停電檢修期間，根據(jù)設(shè)備選型和設(shè)計(jì)圖紙要求，對(duì)發(fā)電機(jī)出口斷路器進(jìn)行改造。根據(jù)施工要求，安排專業(yè)人員對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，包括封閉母線的切割、出口斷路器吊裝、出口斷路器整體安裝、回路接線、并網(wǎng)同期點(diǎn)重新選擇、單體調(diào)試、整組試驗(yàn)等，確保改造工作的順利實(shí)施。

(1) 由于加裝了發(fā)電機(jī)出口斷路器，發(fā)變組保護(hù)出口方式也發(fā)生了相應(yīng)改變。在加裝發(fā)電機(jī)出口斷路器前，出口方式為全停，即跳開500 kV邊斷路器5011、跳開中斷路器5012、跳開滅磁開關(guān)、關(guān)閉主汽門，及啟動(dòng)廠用電切換。改造后，發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁變保護(hù)動(dòng)作后，只跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器2001、跳開滅磁開關(guān)，關(guān)閉主汽門，此時(shí)主變及高廠變?nèi)岳^續(xù)運(yùn)行(當(dāng)主變或高廠變保護(hù)動(dòng)作后，才采用全停出口方式)。

(2) 發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)配置也做出相應(yīng)調(diào)整。改造前，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)采用發(fā)電機(jī)機(jī)端與中性點(diǎn)CT；改造后，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)采用發(fā)電機(jī)出口斷路器CT與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT構(gòu)成，與主變差動(dòng)保護(hù)范圍重疊，避免了保護(hù)死區(qū)。

(3) 為防止發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)在并網(wǎng)時(shí)誤動(dòng)作，差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)CT選用型號(hào)相同、變比一致、伏安特性曲線基本一致的TPY暫態(tài)型電流互感器，同時(shí)在整定計(jì)算中考慮了不平衡電流的影響，可有效避免暫態(tài)時(shí)誤動(dòng)。

(4) 加裝出口斷路器后，并網(wǎng)的同期點(diǎn)改為由出口斷路器兩側(cè)電壓互感器實(shí)現(xiàn)。

4 改造后的安全性和經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 安全效益

在發(fā)電機(jī)出口加裝斷路器，徹底解決了在機(jī)組啟停期間因廠用電的工作電源和備用電源間相角差過大問題，避免了切換時(shí)對(duì)一次設(shè)備產(chǎn)生沖擊和切換不成功的問題。從安全角度來說，保證了機(jī)組啟停的安全，避免因切換不成功發(fā)生跳機(jī)停爐等事故；規(guī)避了因相角差偏大造成切換時(shí)形成的環(huán)流對(duì)一次設(shè)備的巨大沖擊，從而有效保證了電廠一次設(shè)備的運(yùn)行安全。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

1臺(tái)發(fā)電機(jī)加裝的出口斷路器總費(fèi)用大約1 000萬(wàn)元。由于機(jī)組啟停機(jī)和檢修期間廠用電源可取自該廠的500 kV系統(tǒng)，無需向外購(gòu)電，根據(jù)歷年來機(jī)組啟停和檢修期間所消耗的電量計(jì)算，改造后每年可節(jié)約外購(gòu)電費(fèi)約100萬(wàn)元。在機(jī)組啟機(jī)過程中避免了一次快切不成功導(dǎo)致的停機(jī)停爐事件，可挽回經(jīng)濟(jì)損失約110萬(wàn)元。綜合計(jì)算，預(yù)計(jì)4—5年即可收回改造成本。

加裝出口斷路器避免了因相角差偏大造成切換時(shí)形成的環(huán)流對(duì)一次設(shè)備的巨大沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，降低了維護(hù)成本和維護(hù)工作量，這種隱形的經(jīng)濟(jì)效益也是長(zhǎng)期存在的。

5 結(jié)束語(yǔ)

改造后的發(fā)變組單元接線方式，消除了機(jī)組啟停期間因工作電源與備用電源相角差偏大切換不成功，對(duì)一次設(shè)備造成沖擊的安全隱患，提高了設(shè)備的可靠性。加裝出口斷路器后，機(jī)組啟停時(shí)無需外購(gòu)電量，每年節(jié)省的資金也相當(dāng)可觀。

1 王維儉．電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M](第2版)．北京：中國(guó)電力出版社，2001．

2 毛錦慶．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)定匯編[M]（第2版）．北京：中國(guó)電力出版社，2000．

3 連 杰．發(fā)變組斷路器失靈保護(hù)“解除復(fù)壓閉鎖”問題的解決[J]．電力安全技術(shù)，2011，13(5)：38-40．

2016-09-22；

2016-11-08。

劉元博(1988—)，男，助理工程師，主要從事發(fā)電廠繼電保護(hù)專業(yè)點(diǎn)檢工作，email：470855639@qq．com。

卞興煒(1983—)，男，助理工程師，主要從事發(fā)電廠繼電保護(hù)專業(yè)點(diǎn)檢工作。