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电厂厂用电结线分析
摘　要　660MW大机组厂用电结线目前在国内仍处于探索阶段，特别是对于660MW及以上大型机组是否装设发电机出口开关及装设发电机出口开关的结线方式仍处于讨论中。广东沙角C电厂3×660MW机组是总承包工程，3台机组均装设发电机出口开关。沙角C电厂用电结线方案选择过程、设计原则、厂用电系统电压等级及切换和开关设备选型可作为我国600MW大机组的厂用电结线借鉴。
关键词　厂用电结线；发电机开关；大型机组
1　方案选择
　　沙角C电厂(简称沙角C厂)有3台660MW机组，每台机组发出的电能都是经各自的主变压器升压至500kV，由500kV变电站进入广东省主网。发电机机端电压为19kV，主变压器为Yo/△接线，每台机有2台容量各为44MVA的△/Yo接线高压厂用工作变压器，2台高压厂用工作变压器各带一10 kV机组段。全厂设1台容量为44MVA的高压厂用备用变压器及设高压厂用公用段10kV两段。厂用电接线如图1所示。对于这样一种结线，在工程谈判阶段业主和设计院曾就电厂的厂用电结线作了两个方案比较。
　　方案一：全厂设高压厂用起动/备用变压器，而不设发电机开关；
　　方案二：每台机装设发电机开关，而全厂只设1台容量较小的高压厂用备用变压器。
　　方案二的优点是：
　　a)机组正常起、停不需切换厂用电，只需操作发电机开关，厂用电可靠性高。
　　b)机组在发生发电机开关以内故障时(如发电机、汽机、锅炉故障)，只需跳开发电机开关，厂用电源不会消失，也不需切换，提高了厂用电的可靠性，同时减轻了操作人员的工作量和紧张度。这一点在沙角C厂的调试过程中，表现非常突出。同时对于国内大型机组采用一机只配一主操作员和一副操作员的值班方式非常有益。
　　c)对保护主变压器、高压厂用工作变压器有利。对于主变压器、高压厂用工作变压器发生内部故障时，由于发电机励磁电流衰减需要一定时间，在发电机-变压器组保护动作切除主变压器高压侧断路器后，发电机在励磁电流衰减阶段仍向故障点供电，而装设发电机开关后由于能快速切开发电机开关，而使主变压器受到更好的保护，这一点对于大型机组非常有利。
　　d)发电机开关以内故障只需跳开发电机开关，不需跳主变压器高压侧500kV开关，对系统的电网结构影响较小，对电网有利。
　　方案一无上述优点。
　　对于方案二，当时我们主要担心发电机开关价格昂贵，增加工程投资，以及发电机开关质量不可靠，增加故障机会。对于工程投资的比较是如果不装设发电机开关，按目前国内大型火力发电厂设计规程要求的2台600MW机组需配2台高压厂用起动／备用变压器的原则，沙角C厂则要配4台较大容量起动／备用变压器，且由于条件所限，起动／备用变压器的电源只能从沙角A厂220kV系统引接。因而，方案一需增加220 kV GIS间隔4个，220 kV电缆4根，220 kV级的较大容量起动／备用变压器4台；方案二需增加33kV电缆1根，33kV级的较小备用变压器1台，发电机开关3台。方案一的投资可能超过方案二。对发电机开关质量问题，经调查了解，当时GEC-ALSTHOM公司法国里昂开关厂生产的空气断路器，额定电流33.7kA，额定开断电流180 kA，这种断路器已供应美国、法国许多大型核电站使用，运行良好。

图1　沙角C厂厂用电结线图
　　因此，我们最终选择了方案二，并选用了GEC-ALSTHOM公司的PKG2C空气断路器。目前这种断路器经在沙角C厂多年的运行，上百次的动作，证明其性能良好。
　　沙角C厂发电机开关的主要技术参数：
型号

PKG2C
灭弧介质

压缩空气
额定电流

33.7 kA
额定电压

21 kV
额定频率

50 Hz
额定对称开断电流

180 kA
额定不对称开断电流

340 kA
额定短路关合电流

509 kA
额定短时承受电流

275 kA
对地工频耐压

70 kV/min
雷电冲击耐压峰值

170 kV
额定开断时间

0.1 s
额定负载下操作顺序

CO—30 min—CO
正常操作压力

3.34 MPa
最低操作压力

3.00 MPa
2　设计原则
2.1　高压厂用工作变压器的容量设计
　　GEC-ALSTHOM公司对高压厂用工作变压器容量的设计原则为：
　　a)带单机负荷的一半，加1台电动给水泵再加公用厂用负荷的一半；
　　b)提供单机辅助负荷一半，再加2台电动给水泵。
2.2　备用变压器容量设计
　　备用变压器的容量选择同高压厂用工作变压器容量。
2.3　10kV厂用电系统运行方式的设计
　　由于受备用变压器容量所限，备用变压器在同一时间内只能带1段10 kV公用段及1段10kV机组段，因此要求在正常情况下公用段尽量由某2台正常运行机组的高压厂用工作变压器各带1段。同时为防止不同机组的10kV段通过公用段并列，在各机组机组段至公用段的联络开关上有电气闭锁。
2.4　10 kV厂用电源事故切换
　　10kV厂用电源事故切换采用自动慢切换，当正在向1段10kV公用段供电的10kV机组段由电压继电器判断为失压，且保护是反应非10kV母线段上故障时，在确认10 kV机组段进线开关已跳开后，将会起动自动慢切换，经5s延时，将备用变压器低压侧10kV开关合上，从而恢复该机组段和原由它供电的公用段的供电。当保护是反应10kV母线段上故障时，则不起动自动慢切换。自动慢切换是采用传统的中间继电器和时间继电器通过硬接线来实现的。虽然备用变压器下接10 kV公用段A和10kV公用段B，但由于备用变压器容量有限，在同一时间内备用变压器只能带1段公用段，从备用变压器来的10 kV公用段A进线开关和10kV公用段B进线开关之间有电气闭锁，防止2个开关同时合上。同样，虽然各机组的10 kV机组段各段与相应的10kV公用段各段都有联络断路器连接，但为防止正常情况下不同机组的10 kV机组段通过10 kV公用段并列，相互之间设有闭锁，防止同一时间2台机的10kV机组段向同一10kV公用段供电。正常情况下，厂用电源的手动切换及由备用变压器供电转为正常供电时厂用电的短时并列供电，要通过手动经同期装置进行，并经200ms延时自动跳开另一开关。
　　由上可知，由于备用变压器受容量及上述运行方式的限制，在事故情况下只能向1段公用段及当时向该公用段供电的机组段供电，因而事故情况下后备电源只能保证机组50%的负荷。而且，如果当时该机组段未带1段公用段，则后备电源将不能向机组提供厂用电源。如果该机组又失去全部厂用电，则需要靠柴油机组来保障机组的安全。因此，该种接线对柴油机组要求较高，而目前沙角C厂使用的柴油机组质量较好，经受了很多次起动的考验。
　　由上可见，备用变压器主要是作为全厂的1个由系统来供电的用于机组停机或停机后的安全电源，且对其中的1台机组起不到提供后备电源的作用。

3　厂用电系统电压等级及切换
3.1　厂用电系统电压等级
　　目前沙角C厂厂用电有3个电压等级：10kV电压，3kV电压，380V电压。其中10kV系统、3kV系统为中阻接地，380V系统为不接地系统。380V的照明用电和其他需要中性点接地的380 V／220V系统，采用△／Yo的变压器来产生。
3.2　各级电压的切换
　　10 kV系统如前所述有电源自动慢速切换。3kV系统机组2段之间、3 kV系统公用2段之间有联络开关，联络开关之间不带同期和自动切换。当需要切换电源时只能通过手动切换。
　　380V系统机组锅炉、汽机、除尘各有2段，公用段也有2段，2段之间有联络开关，联络开关之间不带同期和自动切换。当需要切换电源时只能通过手动切换。

4　开关设备型式
　　10kV系统开关全部采用真空开关，型号HWX。
　　3kV系统的进线开关采用真空开关，馈线采用F-C回路，型号HMC1172。
　　380V系统的进线开关采用空气开关，接触器、熔断器。

5　结束语
　　沙角C厂厂用电结线采用装设发电机开关的接线型式，机组正常启停不需要切换厂用电，在遇到发电机开关以内的故障如发电机、汽轮机、锅炉故障时，只须跳开发电机开关，不需要切换厂用电，厂用电扰动小，可靠性提高，减轻运行人员的工作量，特别是故障情况下的工作量，给运行人员带来极大便利，受到电厂运行人员欢迎。尤其是机组在调试过程中，大部分的机组跳机都是来自锅炉和汽机，这一点在沙角C厂表现非常突出。沙角C厂调试过程中上百次的跳机绝大部分都是锅炉和汽机引起的。沙角C厂由于后备电源作用较组的正确起动要求较高，应选用高可靠起动的柴油机。目前，沙角C厂厂用电结线的缺点是由于只有1台备用变压器且自动投入只对带公用段的机组，而使第3台机的10kV段不能得到后备电源，降低了该台机厂用电的可靠性。在装设发电机出口开关下采用2台机组和1台后备变压器，该台备用变压器容量大于或等于1台高压厂用变压器的容量，或改善备用电源自动切换回路或设专门备用段较为合适。目前台山电厂的评标方案就是采用前一方案的。