廣東沿海屬于熱帶海洋氣候，是臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)。在臺(tái)風(fēng)襲擊期間，某大型火力電廠可能出現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組及110kV備用電源線路跳閘的嚴(yán)重情況。為確保機(jī)組在惡劣天氣條件下，不失去備用電源，提高電廠運(yùn)行可靠性，可通過不同機(jī)組廠用電互供實(shí)現(xiàn)機(jī)組廠用電負(fù)荷的互為備用。

同時(shí)，機(jī)組調(diào)停備用、檢修期間使用的高備變以及主變反方向送電電量均屬于外購(gòu)電，價(jià)格較高。通過運(yùn)行機(jī)組為檢修機(jī)組提供廠用電，可節(jié)約外購(gòu)電，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。因此，研究大型火電機(jī)組高壓廠用電互供技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)概況

某電廠共有4臺(tái)1036MW超超臨界機(jī)組，發(fā)電機(jī)變壓器組采用單元接線，發(fā)電機(jī)和變壓器之間設(shè)置斷路器，廠用工作電源接于500kV系統(tǒng)，每機(jī)設(shè)置2臺(tái)分裂高廠變，容量均為50MVA，高壓廠用電壓為6kV。備用電源接于110kV系統(tǒng)，備變?nèi)萘繛?0MVA，4臺(tái)機(jī)組共用1臺(tái)備用變。

2 可行性分析

2.1 互聯(lián)必要性

1）提高廠用電安全性

電廠地處沿海地區(qū)，電廠和輸電線路每年都面臨臺(tái)風(fēng)威脅。為提高在極端天氣下機(jī)組廠用電的安全性，有必要進(jìn)行廠用電互聯(lián)改造，使得機(jī)組之間具備廠用電互供的能力，在高備變系統(tǒng)失電的情況下，保障機(jī)組廠用電源安全性。

同時(shí)，在#01高壓備用變停電檢修時(shí)，如果某臺(tái)機(jī)組在此時(shí)失去6kV廠用電，也會(huì)存在較大的安全隱患。此次改造后，在檢修高備變時(shí)，仍然可以通過廠用電互供確保機(jī)組6kV廠用電，保障機(jī)組安全性。

2）提高廠用電靈活性

電廠#01高壓備用變?cè)谑鹿驶驒z修的情況下，#1、#2、#3、#4機(jī)組廠用電系統(tǒng)可以互為備用，保證四臺(tái)機(jī)組中三臺(tái)機(jī)組在停運(yùn)或檢修時(shí)，有可靠的檢修電源和照明，同時(shí)提高電廠6kV廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式的靈活性。

3）節(jié)省外購(gòu)電費(fèi)

隨著電力體制的不斷改革，電網(wǎng)對(duì)#01高壓備用變的用電電價(jià)高于電廠自己的發(fā)電成本，電廠裝機(jī)容量大、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)必將產(chǎn)生大量的#01高壓備用變用電，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，在機(jī)組停運(yùn)檢修期間尤為突出。

表1 減少外購(gòu)電費(fèi)計(jì)算

2.2 廠用變壓器容量分析

根據(jù)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（data collection system, DCS）歷史數(shù)據(jù)，對(duì)電廠1—4號(hào)機(jī)組廠用電6kV各段母線電流歷史峰值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。從表2中的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可見，每臺(tái)機(jī)組廠用變?nèi)萘考?kV母線載流量還有較大裕度，尤其是A、D段廠用母線負(fù)載只有額定容量的一半，具備向檢修機(jī)組供電的可能性。

表2 1號(hào)機(jī)6kV各段母線電流歷史峰值

3 技術(shù)方案設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

• 1）機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的事故切換和不正常切換，保持原有運(yùn)行方式不變。
• 2）任何運(yùn)行方式下一個(gè)備用分支母線只能一個(gè)電源運(yùn)行（負(fù)擔(dān)允許多個(gè)），不允許兩個(gè)及以上電源并聯(lián)運(yùn)行。
• 3）機(jī)組互聯(lián)采用手動(dòng)操作，不采用自動(dòng)互聯(lián)。
• 4）在機(jī)組互聯(lián)方式下，不能作為檢修機(jī)組的起動(dòng)電源，以免6kV大功率設(shè)備起動(dòng)，造成供電電源分支過流，影響運(yùn)行機(jī)組的安全。
• 5）在機(jī)組互聯(lián)方式下，供其他機(jī)組運(yùn)負(fù)擔(dān)不能超出供電電源富余部分，以免造成供電電源分支過流，影響運(yùn)行機(jī)組的安全。

3.2 改造方案

根據(jù)電廠6kV廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，提出高壓廠用電互供改造方案為，在#01高壓備用變的兩個(gè)6kV分支處分別增加一臺(tái)6kV斷路器（CB1、CB2），如圖1所示。經(jīng)斷路器隔離后再接入6kV備用電源共箱母線，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組檢修期間的6kV廠用電引自其他運(yùn)行機(jī)組，增加機(jī)組的安全性和靈活性。

當(dāng)機(jī)組檢修時(shí)，斷開#01高壓備用變6kV分支處的CB1、CB2，利用已有的6kV備用電源共箱母線，通過該母線上開關(guān)的操作，實(shí)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組廠用母線的任意互通，從而能夠從運(yùn)行機(jī)組的廠用母線向檢修機(jī)組廠用母線供電。

圖1 電廠系統(tǒng)圖

3.3 改造后的運(yùn)行方式

電廠鄰機(jī)高壓廠用電互供改造后，在機(jī)組檢修及故障時(shí)，可以通過其他的運(yùn)行機(jī)組給停運(yùn)機(jī)組供電，大大提高了電廠6kV廠用電系統(tǒng)的靈活性，具體運(yùn)行方式如下：

• 1）#1—#4機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)。高備變退出運(yùn)行，其高低壓側(cè)開關(guān)均為分閘位置。
• 2）1臺(tái)機(jī)組檢修，其他機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)。該機(jī)組6kV廠用電由任意一臺(tái)運(yùn)行機(jī)組通過互聯(lián)母線 供電。
• 3）2臺(tái)機(jī)組檢修，其余2臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)。這兩臺(tái)機(jī)組的廠用電，可由其余任一臺(tái)運(yùn)行機(jī)組過互聯(lián)母線供電。
• 4）3臺(tái)機(jī)組檢修，1臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，由這一臺(tái)機(jī)組為3臺(tái)檢修機(jī)組提供廠用電。
• 5）4臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)，由#01高備變供電。

3.4 改造后的正常工況負(fù)載分析

根據(jù)本次改造方案，在起備變低壓側(cè)加裝斷路器以后，起備變將退出運(yùn)行，由運(yùn)行機(jī)組利用備用電源共箱母線向檢修機(jī)組供電。

由于機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)高廠變負(fù)載率僅為50%左右（見表3），具有較大的裕度，而高廠變采用的是油浸式變壓器，具有較強(qiáng)的事故過負(fù)荷能力，因此，由運(yùn)行機(jī)組向檢修機(jī)組提供電源是可行的。

表3 #1機(jī)高廠變運(yùn)行負(fù)荷（機(jī)組95%出力）

3.5 改造后的異常工況分析

1）運(yùn)行機(jī)組跳機(jī)（主變不停運(yùn)）事故時(shí)。

正常機(jī)組運(yùn)行中發(fā)電機(jī)跳閘，主變及高廠變?nèi)匀贿\(yùn)行，廠用電正常，備自投不動(dòng)作，不涉及改造內(nèi)容。

2）運(yùn)行機(jī)組跳機(jī)（主變停運(yùn)）事故時(shí)。

分兩種情況：①為檢修機(jī)組提供廠用電的運(yùn)行機(jī)組主變跳閘，廠用電失去，可采用長(zhǎng)延時(shí)合起備變低壓側(cè)開關(guān)，恢復(fù)原設(shè)計(jì)的備用電源方式；②其他正常運(yùn)行機(jī)組主變跳閘，待該機(jī)組廠用負(fù)荷低電壓延時(shí)跳閘后，由運(yùn)行機(jī)組通過備自投提供廠用電，保證安全停機(jī)。這兩種情況下的廠用電安全與未改造前基本一樣。

3）廠用母線故障情況。

如果在運(yùn)行機(jī)組廠用母線故障，原則上過流保護(hù)會(huì)閉鎖備自投，防止備用電源投入到故障母線。

4）備用電源故障的情況。

目前，全廠4臺(tái)機(jī)組共用一臺(tái)起備變，備用電源來自廠外獨(dú)立110kV系統(tǒng)。極端情況下（如臺(tái)風(fēng)）如果該電源故障，將導(dǎo)致全廠失去備用電源。通過本次改造，使得4臺(tái)機(jī)組廠用電實(shí)現(xiàn)了互為備用，極大地提高了極端情況下機(jī)組廠用電的安全性。

3.6 其他問題

1）保護(hù)及連鎖。

為防止正常運(yùn)行機(jī)組廠用電過負(fù)荷，在相應(yīng)備用分支的過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)調(diào)整定值。當(dāng)正常機(jī)組廠用電過負(fù)荷時(shí)，先切除為其他機(jī)組的供電的負(fù)載。另外，要解除原工作電源開關(guān)和備用電源開關(guān)之間的閉鎖，需要增加新增開關(guān)的控制電纜。

2）高廠變過負(fù)荷限制。

如由一臺(tái)正常運(yùn)行機(jī)組向其他檢修機(jī)組提供廠用電，運(yùn)行機(jī)組能夠?yàn)槠渌麢z修機(jī)組提供的最大負(fù)荷需經(jīng)過計(jì)算，并留有一定裕度，確保運(yùn)行機(jī)組高廠變不過負(fù)荷。通過配置過負(fù)荷保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)過負(fù)荷的情況，立即切除影響機(jī)組運(yùn)行的檢修段負(fù)荷。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

工程靜態(tài)投資120萬元。目前外購(gòu)電價(jià)格0.5016元/(kW?h)，鄰機(jī)高壓廠用電互聯(lián)改造后采用電廠的自用電，近三年電廠發(fā)電成本約為0.283元/(kW?h)，改自用電后總電費(fèi)約為1323.10萬元，根據(jù)電價(jià)差異將產(chǎn)生效益。改自用電后平均每年約為441.03萬元。可以看出，廠用電互聯(lián)改造后，每年實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)約360.68萬元。

5 工程實(shí)施

改造工程2018年10月立項(xiàng)，2019年3月設(shè)計(jì)完成，6月完成設(shè)備安裝，11月15日利用機(jī)組停電檢修機(jī)會(huì)完成系統(tǒng)接入，經(jīng)試驗(yàn)單位調(diào)試后，順利完成設(shè)備受電。2019年底，項(xiàng)目完成竣工驗(yàn)收，各項(xiàng)功能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

在新的形勢(shì)下，火電機(jī)組采用高壓廠用電互供技術(shù)，具有一定的經(jīng)濟(jì)性，并且可以提高一些發(fā)電廠惡劣天氣條件下的安全性。通過合理利用原有設(shè)備的容量裕度，根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況設(shè)計(jì)運(yùn)行方式，并改進(jìn)和完善繼電保護(hù)和控制邏輯回路，在工程上能夠?qū)崿F(xiàn)廠用電互聯(lián)。該項(xiàng)目是首個(gè)實(shí)現(xiàn)大型火電機(jī)組高壓廠用電互聯(lián)的工程項(xiàng)目，對(duì)類似工程具有參考借鑒作用。