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)

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)缺點后選取了加裝發(fā)電機出口斷路器的改造方案。改造方案實施后，解決了相角差偏大的問題，提高了機組運行的安全穩(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號發(fā)電機組為630 MW汽輪發(fā)電機組，采用發(fā)電機-變壓器單元組接線方式，發(fā)電機出口電壓為20 kV，不設(shè)發(fā)電機出口斷路器。2期3，4號發(fā)電機組為660 MW汽輪發(fā)電機組，發(fā)電機出口電壓為20 kV，裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器。4臺機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)電機采用自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。

廠用電接線方式為1臺機組配置2臺三相雙繞組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，廠用母線分為A，B兩段6 kV母線。正常運行時，每臺變壓器各帶一段母線，每段母線設(shè)置1臺開斷容量為50 kA、額定電流為4 000 A的進線斷路器，2段母線之間設(shè)置1臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

啟動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。

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

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?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)運行方式及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的改變，相角差有進一步增大的可能。根據(jù)華東設(shè)計院對特高壓電網(wǎng)、電廠500 kV母線與220 kV A站運行相角的計算分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)相角差受系統(tǒng)運行方式影響較大，在典型運行方式下，啟備變低壓側(cè)和高廠變低壓側(cè)的相角差達到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°，當相角差超過20°后，除非解除快切閉鎖，否則并聯(lián)切換不會成功。該電廠1，2號機在機組啟動時，都會遇到此類問題；3，4號機因發(fā)電機裝設(shè)了發(fā)電機出口斷路器，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，強行切換解除快切閉鎖，則可能損壞運行中的一次設(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臺電壓變比為500 kV/220 kV、容量為10 MVA的聯(lián)絡(luò)變，1臺500 kV開關(guān)，1臺220 kV開關(guān)及相應隔離刀閘、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：徹底解決相角差的問題。

缺點：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，故應考慮220 kV系統(tǒng)開關(guān)額定短路開斷電流、保護CT誤差限值系數(shù)等參數(shù)是否滿足要求。現(xiàn)實中，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)實際開斷容量，不得不將電網(wǎng)分區(qū)分片運行。此外，此方案改造費用昂貴，且施工難度大。

2.2 方案2

機組采用2次并網(wǎng)模式實現(xiàn)機組啟動過程中的廠用電切換，改造廠用電切換的二次回路設(shè)備，在機組6 kV電源進線開關(guān)和備用電源進線開關(guān)之間加裝同期裝置。機組啟動并網(wǎng)前，先進行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)電機孤島運行，最后進行500 kV開關(guān)同期并網(wǎng)運行。

優(yōu)點：能解決相角差偏大的問題，改造成本相對較低。

缺點：要進行多次試驗，證明發(fā)電機能實現(xiàn)孤島運行要求；由于并網(wǎng)點較多，且運行操作方式復雜，造成運行控制難度高。

2.3 方案3

在發(fā)電機出口加裝出口斷路器(見圖1中的點劃線矩形框部分)，把發(fā)電機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：能徹底解決機組啟停期間廠用電切換時備用電源和工作電源間相角差大的問題，在機組啟停和檢修期間廠用電直接取自本廠500 kV系統(tǒng)，無需外購電量，減少外購電成本。

缺點：涉及一、二次回路改動，且投資比較大，施工周期比較長。

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)運維情況，最終采用了方案3。

3 改造方案的實施

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

圖1 1號發(fā)電機加裝出口斷路器接線示意

在2015年1號機A級停電檢修期間和2016年2號機A級停電檢修期間，根據(jù)設(shè)備選型和設(shè)計圖紙要求，對發(fā)電機出口斷路器進行改造。根據(jù)施工要求，安排專業(yè)人員對各個工序進行嚴格把關(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)同期點重新選擇、單體調(diào)試、整組試驗等，確保改造工作的順利實施。

(1) 由于加裝了發(fā)電機出口斷路器，發(fā)變組保護出口方式也發(fā)生了相應改變。在加裝發(fā)電機出口斷路器前，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，及啟動廠用電切換。改造后，發(fā)電機、勵磁變保護動作后，只跳開發(fā)電機出口斷路器2001、跳開滅磁開關(guān)，關(guān)閉主汽門，此時主變及高廠變?nèi)岳^續(xù)運行(當主變或高廠變保護動作后，才采用全停出口方式)。

(2) 發(fā)變組差動保護配置也做出相應調(diào)整。改造前，發(fā)電機差動保護采用發(fā)電機機端與中性點CT；改造后，發(fā)電機差動保護采用發(fā)電機出口斷路器CT與發(fā)電機中性點CT構(gòu)成，與主變差動保護范圍重疊，避免了保護死區(qū)。

(3) 為防止發(fā)電機差動保護在并網(wǎng)時誤動作，差動保護兩側(cè)CT選用型號相同、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，同時在整定計算中考慮了不平衡電流的影響，可有效避免暫態(tài)時誤動。

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

4 改造后的安全性和經(jīng)濟性分析

4.1 安全效益

在發(fā)電機出口加裝斷路器，徹底解決了在機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，避免了切換時對一次設(shè)備產(chǎn)生沖擊和切換不成功的問題。從安全角度來說，保證了機組啟停的安全，避免因切換不成功發(fā)生跳機停爐等事故；規(guī)避了因相角差偏大造成切換時形成的環(huán)流對一次設(shè)備的巨大沖擊，從而有效保證了電廠一次設(shè)備的運行安全。

4.2 經(jīng)濟效益

1臺發(fā)電機加裝的出口斷路器總費用大約1 000萬元。由于機組啟停機和檢修期間廠用電源可取自該廠的500 kV系統(tǒng)，無需向外購電，根據(jù)歷年來機組啟停和檢修期間所消耗的電量計算，改造后每年可節(jié)約外購電費約100萬元。在機組啟機過程中避免了一次快切不成功導致的停機停爐事件，可挽回經(jīng)濟損失約110萬元。綜合計算，預計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形成的環(huán)流對一次設(shè)備的巨大沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命，降低了維護成本和維護工作量，這種隱形的經(jīng)濟效益也是長期存在的。

5 結(jié)束語

改造后的發(fā)變組單元接線方式，消除了機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，機組啟停時無需外購電量，每年節(jié)省的資金也相當可觀。

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

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

3 連 杰．發(fā)變組斷路器失靈保護“解除復壓閉鎖”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)電廠繼電保護專業(yè)點檢工作，email：470855639@qq．com。

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