大型火电厂高压厂用电互供技术方案设计与应用 / 开普饭

第34届世界电动车大会征文专区

华能海门电厂、西安热工研究院有限公司的研究人员陈飞文、吴斌、兀鹏越、邹炯斌、李洪，在2020年第11期《电气技术》上撰文，针对某大型火电厂高压厂用电在恶劣气候条件下面临失去备用电源的安全风险，分析了进行机组间高压厂用电互联的必要性，提出了互联改造方案，并对改造后的运行方式，以及可能出现的异常工况进行了分析研究，确认了方案的技术可行性与安全性，还对方案的经济性进行了论证。

广东沿海属于热带海洋气候，是台风多发地区。在台风袭击期间，某大型火力电厂可能出现多台机组及110kV备用电源线路跳闸的严重情况。为确保机组在恶劣天气条件下，不失去备用电源，提高电厂运行可靠性，可通过不同机组厂用电互供实现机组厂用电负荷的互为备用。

同时，机组调停备用、检修期间使用的高备变以及主变反方向送电电量均属于外购电，价格较高。通过运行机组为检修机组提供厂用电，可节约外购电，具有较好的经济性。因此，研究大型火电机组高压厂用电互供技术具有现实意义。

1 系统概况

某电厂共有4台1036MW超超临界机组，发电机变压器组采用单元接线，发电机和变压器之间设置断路器，厂用工作电源接于500kV系统，每机设置2台分裂高厂变，容量均为50MVA，高压厂用电压为6kV。备用电源接于110kV系统，备变容量为50MVA，4台机组共用1台备用变。

2 可行性分析

2.1 互联必要性

1）提高厂用电安全性

电厂地处沿海地区，电厂和输电线路每年都面临台风威胁。为提高在极端天气下机组厂用电的安全性，有必要进行厂用电互联改造，使得机组之间具备厂用电互供的能力，在高备变系统失电的情况下，保障机组厂用电源安全性。

同时，在#01高压备用变停电检修时，如果某台机组在此时失去6kV厂用电，也会存在较大的安全隐患。此次改造后，在检修高备变时，仍然可以通过厂用电互供确保机组6kV厂用电，保障机组安全性。

2）提高厂用电灵活性

电厂#01高压备用变在事故或检修的情况下，#1、#2、#3、#4机组厂用电系统可以互为备用，保证四台机组中三台机组在停运或检修时，有可靠的检修电源和照明，同时提高电厂6kV厂用电系统运行方式的灵活性。

3）节省外购电费

随着电力体制的不断改革，电网对#01高压备用变的用电电价高于电厂自己的发电成本，电厂装机容量大、运行时间长必将产生大量的#01高压备用变用电，直接影响企业的经济效益，在机组停运检修期间尤为突出。

表1 减少外购电费计算

2.2 厂用变压器容量分析

根据数据收集系统（data collection system, DCS）历史数据，对电厂1—4号机组厂用电6kV各段母线电流历史峰值进行统计。从表2中的实际运行数据可见，每台机组厂用变容量及6kV母线载流量还有较大裕度，尤其是A、D段厂用母线负载只有额定容量的一半，具备向检修机组供电的可能性。

表2 1号机6kV各段母线电流历史峰值（单位: A）

3 技术方案设计

3.1 设计原则

1）机组正常运行时，机组的事故切换和不正常切换，保持原有运行方式不变。
2）任何运行方式下一个备用分支母线只能一个电源运行（负担允许多个），不允许两个及以上电源并联运行。
3）机组互联采用手动操作，不采用自动互联。
4）在机组互联方式下，不能作为检修机组的起动电源，以免6kV大功率设备起动，造成供电电源分支过流，影响运行机组的安全。
5）在机组互联方式下，供其他机组运负担不能超出供电电源富余部分，以免造成供电电源分支过流，影响运行机组的安全。

3.2 改造方案

根据电厂6kV厂用电系统的运行状况，提出高压厂用电互供改造方案为，在#01高压备用变的两个6kV分支处分别增加一台6kV断路器（CB1、CB2），如图1所示。经断路器隔离后再接入6kV备用电源共箱母线，可以实现机组检修期间的6kV厂用电引自其他运行机组，增加机组的安全性和灵活性。

当机组检修时，断开#01高压备用变6kV分支处的CB1、CB2，利用已有的6kV备用电源共箱母线，通过该母线上开关的操作，实现4台机组厂用母线的任意互通，从而能够从运行机组的厂用母线向检修机组厂用母线供电。

图1 电厂系统图

3.3 改造后的运行方式

电厂邻机高压厂用电互供改造后，在机组检修及故障时，可以通过其他的运行机组给停运机组供电，大大提高了电厂6kV厂用电系统的灵活性，具体运行方式如下：

1）#1—#4机组正常运行时。

高备变退出运行，其高低压侧开关均为分闸位置。
2）1台机组检修，其他机组正常运行时。

该机组6kV厂用电由任意一台运行机组通过互联母线供电。
3）2台机组检修，其余2台机组正常运行时。

这两台机组的厂用电，可由其余任一台运行机组过互联母线供电。
4）3台机组检修，1台机组正常运行时，由这一台机组为3台检修机组提供厂用电。
5）4台机组检修时，由#01高备变供电。

3.4 改造后的正常工况负载分析

根据本次改造方案，在起备变低压侧加装断路器以后，起备变将退出运行，由运行机组利用备用电源共箱母线向检修机组供电。

由于机组正常运行时高厂变负载率仅为50%左右（见表3），具有较大的裕度，而高厂变采用的是油浸式变压器，具有较强的事故过负荷能力，因此，由运行机组向检修机组提供电源是可行的。

表3 #1机高厂变运行负荷（机组95%出力）

3.5 改造后的异常工况分析

1）运行机组跳机（主变不停运）事故时。

正常机组运行中发电机跳闸，主变及高厂变仍然运行，厂用电正常，备自投不动作，不涉及改造内容。

2）运行机组跳机（主变停运）事故时。

分两种情况：①为检修机组提供厂用电的运行机组主变跳闸，厂用电失去，可采用长延时合起备变低压侧开关，恢复原设计的备用电源方式；②其他正常运行机组主变跳闸，待该机组厂用负荷低电压延时跳闸后，由运行机组通过备自投提供厂用电，保证安全停机。这两种情况下的厂用电安全与未改造前基本一样。

3）厂用母线故障情况。

如果在运行机组厂用母线故障，原则上过流保护会闭锁备自投，防止备用电源投入到故障母线。

4）备用电源故障的情况。

目前，全厂4台机组共用一台起备变，备用电源来自厂外独立110kV系统。极端情况下（如台风）如果该电源故障，将导致全厂失去备用电源。通过本次改造，使得4台机组厂用电实现了互为备用，极大地提高了极端情况下机组厂用电的安全性。

3.6 其他问题

1）保护及连锁。

为防止正常运行机组厂用电过负荷，在相应备用分支的过负荷保护应调整定值。当正常机组厂用电过负荷时，先切除为其他机组的供电的负载。另外，要解除原工作电源开关和备用电源开关之间的闭锁，需要增加新增开关的控制电缆。

2）高厂变过负荷限制。

如由一台正常运行机组向其他检修机组提供厂用电，运行机组能够为其他检修机组提供的最大负荷需经过计算，并留有一定裕度，确保运行机组高厂变不过负荷。通过配置过负荷保护，当出现过负荷的情况，立即切除影响机组运行的检修段负荷。

4 经济性分析

工程静态投资120万元。目前外购电价格0.5016元/(kW·h)，邻机高压厂用电互联改造后采用电厂的自用电，近三年电厂发电成本约为0.283元/(kW·h)，改自用电后总电费约为1323.10万元，根据电价差异将产生效益。改自用电后平均每年约为441.03万元。可以看出，厂用电互联改造后，每年实现利润约360.68万元。

5 工程实施

改造工程2018年10月立项，2019年3月设计完成，6月完成设备安装，11月15日利用机组停电检修机会完成系统接入，经试验单位调试后，顺利完成设备受电。2019年底，项目完成竣工验收，各项功能完全达到设计要求。

6 结论

在新的形势下，火电机组采用高压厂用电互供技术，具有一定的经济性，并且可以提高一些发电厂恶劣天气条件下的安全性。通过合理利用原有设备的容量裕度，根据机组实际情况设计运行方式，并改进和完善继电保护和控制逻辑回路，在工程上能够实现厂用电互联。该项目是首个实现大型火电机组高压厂用电互联的工程项目，对类似工程具有参考借鉴作用。

大型火电厂高压厂用电互供技术方案设计与应用

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