發(fā)電廠高壓備用變壓器容量校核分析與應(yīng)用

周家旭，黃 未

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

專論

發(fā)電廠高壓備用變壓器容量校核分析與應(yīng)用

周家旭，黃 未

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

發(fā)電廠廠用高壓工作母線失壓等事故情況下，需將電氣設(shè)備負(fù)荷切換至高壓備用變壓器供電，如果高壓備用變壓器容量不足，將導(dǎo)致廠用電切換失敗，進(jìn)而造成設(shè)備損壞和全廠失電。為保證發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)高壓備用變壓器容量進(jìn)行校核，以某2×300 MW火力發(fā)電廠為例，詳細(xì)闡述了高壓備用變壓器容量計(jì)算原則和校核方法，以及成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)廠用高壓母線電壓分析方法。

母線失壓；負(fù)荷切換；變壓器容量；校核

發(fā)電廠高壓備用變壓器（簡稱啟備變）是發(fā)電廠廠用負(fù)荷等電氣設(shè)備的啟動(dòng)和備用電源。在廠用電母線失壓等事故情況下，將廠用負(fù)荷切換至啟備變供電，切換后廠用成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)將造成啟備變過載和母線電壓較低，為保證切換后啟備變正常運(yùn)行及廠用母線電壓值在規(guī)定允許范圍內(nèi)，需對(duì)啟備變?nèi)萘窟M(jìn)行校核［1］。同時(shí)，發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)改擴(kuò)建將導(dǎo)致廠用負(fù)荷發(fā)生變化，也需要對(duì)啟備變?nèi)萘窟M(jìn)行校核。如未能及時(shí)對(duì)發(fā)電廠啟備變?nèi)萘窟M(jìn)行校核，在機(jī)組異常及故障時(shí)，將造成廠用電源切換失敗，進(jìn)而造成設(shè)備損壞和全廠停電事故［2］。啟備變?nèi)萘啃：朔謫渥內(nèi)萘坑?jì)算和成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)母線電壓校核。

1 廠用電6 kV系統(tǒng)概述

以某2×300 MW發(fā)電廠為例，全廠廠用6 kV一次系統(tǒng)如圖1所示。廠內(nèi)配置2臺(tái)高壓廠用變壓器和1臺(tái)高壓備用變壓器，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組配置1臺(tái)高壓廠用變壓器，高壓備用變壓器作為發(fā)電廠啟動(dòng)和備用電源。發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)正常運(yùn)行，1號(hào)高壓廠用變壓器帶廠用6 kV母線1A段、1B段負(fù)荷，2號(hào)高壓廠用變壓器帶廠用6 kV母線2A段、2B段負(fù)荷，高壓備用變壓器帶公用6 kV母線1C段、2C段負(fù)荷，公用1C段母線作為廠用1A段、2A段母線備用電源，公用2C段母線作為廠用1B段、2B段母線備用電源。當(dāng)廠用1A段、1B段、2A段、2B段母線失壓后，通過廠用電快切裝置將其切換至備用電源供電。

2 高壓備用變壓器容量計(jì)算

2.1 計(jì)算原則

a.經(jīng)常連續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷全部計(jì)入，如引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、電動(dòng)給水泵、排粉機(jī)、凝結(jié)水泵等。

圖1 某2×300 MW發(fā)電廠全廠6 kV一次系統(tǒng)

b.連續(xù)不經(jīng)常運(yùn)行的負(fù)荷應(yīng)計(jì)入，如充電機(jī)、備用勵(lì)磁機(jī)、事故備用油泵、備用電動(dòng)給水泵等。

c.經(jīng)常斷續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷應(yīng)計(jì)入，如輸水泵、空氣壓縮機(jī)等。

d.短時(shí)斷續(xù)不經(jīng)常運(yùn)行的負(fù)荷一般不予計(jì)算，如行車、電焊機(jī)等。

e.由同1臺(tái)變壓器供電的互為備用的設(shè)備，只計(jì)算同時(shí)運(yùn)行的臺(tái)數(shù)。

f.對(duì)于分裂變壓器，其高低壓繞組負(fù)荷應(yīng)分別計(jì)算［1］。

2.2 負(fù)荷計(jì)算

2.2.1 計(jì)算方法

高壓負(fù)荷計(jì)算方法采用換算系數(shù)法，計(jì)算公式為

式中 SH——高壓電動(dòng)機(jī)計(jì)算負(fù)荷；

K——換算系數(shù)（如表1所示）；

P——電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率。

表1 換算系數(shù)

低壓負(fù)荷按廠用變壓器額定容量85%計(jì)算，計(jì)算公式為

高壓備用變壓器容量應(yīng)大于高壓電動(dòng)機(jī)計(jì)算負(fù)荷的110%與低壓廠用電計(jì)算負(fù)荷之和［3］，計(jì)算公式為

式中：ST為高備變各側(cè)繞組額定容量，如表2所示。

表2 變壓器額定參數(shù)

2.2.2 數(shù)據(jù)計(jì)算

根據(jù)某2×300 MW發(fā)電廠提供的6 kV廠用系統(tǒng)圖和計(jì)算結(jié)果，得出發(fā)電廠擴(kuò)建脫硫系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)后，高備變高壓繞組及低壓繞組分支所帶負(fù)荷容量如表3所示。

表3 高備變6 kV低壓分支負(fù)荷

續(xù)表

通過上述分析計(jì)算可知高壓備用變壓器6 kV系統(tǒng)擴(kuò)建后，高壓備用變壓器高／低壓繞組所帶負(fù)荷容量均小于高壓備用變壓器高／低壓繞組額定容量，高壓備用變壓器容量滿足6 kV廠用系統(tǒng)擴(kuò)建后電氣設(shè)備負(fù)荷需求。

3 6 kV母線電壓校核

3.1 自啟動(dòng)方式

高壓備用變壓器一般考慮空載、失壓及帶負(fù)載自啟動(dòng)3種方式［4］。

空載自啟動(dòng)：備用電源空載狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)投入失去電源的工作段所形成的自啟動(dòng)。

失壓自啟動(dòng)：運(yùn)行中突然出現(xiàn)事故低電壓，當(dāng)事故消除電壓恢復(fù)時(shí)形成的自啟動(dòng)。

帶負(fù)荷自啟動(dòng)：備用電源已帶部分負(fù)荷，又自動(dòng)投入失去電源工作段時(shí)形成的自啟動(dòng)。

發(fā)電機(jī)組正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)高壓備用變壓器已帶部分公用設(shè)備負(fù)荷運(yùn)行，經(jīng)對(duì)比分析可知，某2× 300 MW發(fā)電廠廠用電切換后，成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)方式為帶負(fù)荷自啟動(dòng)。

3.2 廠用電切換方式

由圖1可得出1號(hào)、2號(hào)發(fā)電機(jī)組廠用電工作段母線失壓時(shí)，廠用負(fù)荷快速切換可按以下3種極端切換方式切換。

a.1號(hào)、2號(hào)發(fā)電機(jī)組同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行，1號(hào)發(fā)電機(jī)組廠用6 kV母線2段同時(shí)或先后母線失壓，將失壓母線段負(fù)荷切換至備用電源供電。

b.2號(hào)發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，1號(hào)發(fā)電機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)供電（啟動(dòng)電動(dòng)給水泵），此時(shí)2號(hào)發(fā)電機(jī)組廠用6 kV母線2段同時(shí)或先后失壓，將失壓母線段負(fù)荷切換至備用電源供電。

c.1號(hào)、2號(hào)發(fā)電機(jī)組同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行，廠用6 kV母線1A段和廠用6 kV母線2A段母線同時(shí)發(fā)生母線失壓（或廠用6 kV母線1B段和廠用6 kV母線2B段母線同時(shí)發(fā)生母線失壓），將2段失壓母線負(fù)荷同時(shí)切換至備用電源供電。

本文不考慮2段以上母線切換至啟備變。

3.3 成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)母線電壓校驗(yàn)

為保證成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)成功，應(yīng)對(duì)成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)廠用高母線電壓值進(jìn)行校驗(yàn)。根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊電氣一次部分》規(guī)定，自啟動(dòng)時(shí)廠用母線電壓最低值如表4所示。

表4 自啟動(dòng)要求的最低母線電壓

成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)廠用高母線電壓（標(biāo)幺值）［1］，按下式計(jì)算：

X?——變壓器電抗（標(biāo)幺值）；

S?——合成負(fù)荷（標(biāo)幺值）。

式中 ηDcosφb——電動(dòng)機(jī)額定效率和功率因數(shù)乘積，對(duì)自啟動(dòng)一般取0.8；

Pn——啟動(dòng)或自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量，kW；

SLB——分裂變壓器低壓繞組額定容量。

式中：K0為啟動(dòng)或自啟動(dòng)電流倍數(shù)，對(duì)備用電源，其自啟動(dòng)倍數(shù)為快速切換時(shí)取2.5，為慢速切換時(shí)取5；慢速切換指其備用電源自動(dòng)切換過程的總時(shí)間大于0.8 s，快速切換指切換過程總時(shí)間小于0.8 s［5］。

3種極限切換方式下廠用工作段負(fù)荷切換至備用電源時(shí)，各段6 kV母線所帶電氣設(shè)備負(fù)荷如表5所示。

表5 6 kV母線所帶設(shè)備負(fù)荷kW

表5中b1為切換時(shí)2B段電動(dòng)給水泵未啟動(dòng)，b2為切換時(shí)2B段電動(dòng)給水泵啟動(dòng)，c1為切換時(shí)1B段電動(dòng)給水泵啟動(dòng)，c2為切換時(shí)2B段電動(dòng)給水泵啟動(dòng)，c3為切換時(shí)2臺(tái)給水泵全部啟動(dòng)。

3.4 成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)高壓母線電壓值

將電廠提供的和經(jīng)分析計(jì)算得出的參數(shù)（如表5所示）帶入式（4）～式（8），得出3種快速切換方式下成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)各段6 kV母線電壓標(biāo)幺值如表6所示。

表6 高壓母線電壓值（標(biāo)幺值）

由表6中各種切換方式下廠用電6 kV母線電壓標(biāo)幺值，可知6 kV廠用電按3種切換方式切換時(shí)，無論為快速切換還是慢速切換成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)各段6 kV母線電壓值均符合要求。

3.5 切換成功后高壓備用變高／低壓繞組所帶負(fù)荷容量

高壓繞組所帶負(fù)荷，按下式計(jì)算：

式中：Pn為各段廠用6 kV母線所帶負(fù)荷。

將電廠提供的和經(jīng)分析計(jì)算得出的參數(shù)（如表5所示）帶入式（9）、式（10），計(jì)算3種切換方式下高壓備用變壓器高／低壓繞組所帶負(fù)荷總量，如表7所示。

表7 切換成功后高壓備用變壓器高／低壓繞組所帶負(fù)荷容量kVA

將表7中高低壓繞組負(fù)荷容量與高壓備用變壓器額定容量進(jìn)行比較，得出廠用電6 kV系統(tǒng)按3種切換方式切換時(shí)，切換后高壓備用變壓器高／低壓繞組所帶負(fù)荷容量小于變壓器各側(cè)繞組額定容量，高壓備用變壓器不會(huì)發(fā)生過載運(yùn)行。

4 結(jié)束語

高壓備用變壓器容量校核分為變壓器容量計(jì)算和成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)母線電壓校核兩方面。本文以某2×300 MW發(fā)電機(jī)組廠用電系統(tǒng)為例，詳細(xì)闡述了高壓備用變壓器容量計(jì)算原則和校核方法，以及成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)廠用高壓母線電壓分析方法。通過高壓備用變壓器容量校核可避免因高壓備用變壓器容量不足導(dǎo)致廠用電切換失敗，進(jìn)而造成設(shè)備損壞或全廠停電。

［1］能源部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊（第一冊電氣二次部分）［M］.北京：中國電力出版社，1991.

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作者簡介：

鄒貴榮（1970—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橹绷鬏旊娂夹g(shù)。

（收稿日期 2015－08－16）

Analysis and Application on High Voltage Stand?by Transformer Capacity Checking of Power Plant

ZHOU Jia?xu，HUANG Wei
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

In the case of bus voltage loss accident at high voltage work in power plant，operator needs to switch electrical equipment load to high voltage stand?by transformer.If high voltage stand?by transformer capacity is insufficient，it cause switch failure，faulty e?quipment and the loss of power.High voltage stand?by transformer needs to check up capacity for assuring safety and stable operation of the generator units.Take a 2×300 MW fire power plant as an example，the principle and checking method for the calculation of high voltage stand?by transformer capacity are elaborated detailedly，as well as analysis method of high voltage bus voltage at group motor self?starting.

Busbar voltage loss；Load switching；Transformer capacity；Checking

TM621

A

1004－7913（2015）12－0001－04

周家旭（1982—），男，學(xué)士，工程師，從事發(fā)電廠保護(hù)定值計(jì)算工作。

2015－08－10）