發(fā)電廠啟備變環(huán)保節(jié)能改造方案

1、電廠啟備變環(huán)保節(jié)能技術(shù)改造方案一、 啟備變環(huán)保節(jié)能的意義和經(jīng)濟(jì)效益1) 啟備變節(jié)能運(yùn)行的意義隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求與能源消耗日益增加，作為能源動(dòng)力的發(fā)電廠進(jìn)行節(jié)能減排，其意義十分重大。建設(shè)節(jié)約環(huán)保型示范電廠，已經(jīng)成為各大發(fā)電集團(tuán)落實(shí)國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的具體體現(xiàn)，是建設(shè)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力大企業(yè)集團(tuán)的戰(zhàn)略舉措。隨著發(fā)電公司與電網(wǎng)公司的分離，以及電力市場(chǎng)改革的不斷推進(jìn)，各發(fā)電公司發(fā)電廠開始自負(fù)盈虧。對(duì)于火電發(fā)電企業(yè)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，通過兩大經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來反應(yīng)：發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗和廠用電率。在完成發(fā)電任務(wù)的同時(shí)，盡可能降低發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗、降低廠用電率，就可以提高發(fā)電廠的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最

2、大化的目標(biāo)。眾所周知，發(fā)電廠啟備變一直采用熱備用的運(yùn)行狀態(tài)，存在空載損耗。以北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司統(tǒng)計(jì)了下屬發(fā)電廠的啟備變運(yùn)行為例，啟備變?nèi)萘繛?0MW70MW不等，若這些啟備變?nèi)扛挠美鋫溆?，每年可?jié)約空載損耗的電費(fèi)約為2600萬(wàn)元。國(guó)內(nèi)相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，300MW-600MW機(jī)組設(shè)計(jì)廠用電率約為68%，200MW及以下機(jī)組一般在78%，老舊機(jī)組廠用電率一般高于89%。2005年末我國(guó)裝機(jī)容量已達(dá)到5億kW，其中水電機(jī)組1億kW，火電機(jī)組4億kW，火電機(jī)組中300MW以上機(jī)組占42%，300MW以下機(jī)組為58%，平均廠用電率為7.7%。若按照“十一五”規(guī)劃綱要（草案）要求能源消耗降低20%（7

3、.7%×20%=1.54%），則相當(dāng)于新增6200MW裝機(jī)容量，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1300萬(wàn)噸，節(jié)約240億元投資，相應(yīng)地降低了土地占用及相應(yīng)的煤、電消耗，也相應(yīng)地降低水資源和相應(yīng)的材料、機(jī)電設(shè)備等。發(fā)電廠啟備變一直采用熱備用的運(yùn)行狀態(tài)，一是存在空載損耗，二是對(duì)于多數(shù)發(fā)電廠來說，啟備變使用的是電網(wǎng)購(gòu)買的工業(yè)電，電價(jià)高于廠內(nèi)自用電，存在明顯的電價(jià)差，若改為冷備用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。過去有一種認(rèn)識(shí)，認(rèn)為啟備變涉及廠用電安全運(yùn)行，必須采用熱備運(yùn)行才能有較高的可靠性；認(rèn)為空載損耗較小，可忽略不計(jì)；啟備變改為冷備用，雖然降低了損耗，但增加了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。然而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)品的可靠性越來越高，

4、啟備變由熱備用改為冷備用成為了可能。為此，現(xiàn)在我們有必要按照電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，通過分析計(jì)算和相關(guān)的RTDS實(shí)驗(yàn)的研究的驗(yàn)證，進(jìn)行發(fā)電廠啟備變熱備用改冷備用的工程實(shí)施，建設(shè)節(jié)約環(huán)保型電廠。2) 啟備變冷備用的經(jīng)濟(jì)效益分析發(fā)電廠啟備變一直采用熱備用的運(yùn)行狀態(tài)，存在空載損耗（實(shí)測(cè)損耗遠(yuǎn)大于變壓器銘牌空載損耗），據(jù)前期工程實(shí)施中，以北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司下屬發(fā)電廠24臺(tái)啟備變?yōu)檠芯繉?duì)象，若全部改用冷備用，每年可節(jié)約空載損耗的電費(fèi)約為2600萬(wàn)元；另外多數(shù)發(fā)電廠啟備變使用的是電網(wǎng)購(gòu)買的工業(yè)電，電價(jià)高于廠內(nèi)自用電；因此冷備技術(shù)對(duì)于節(jié)能減排、降低廠用電率意義重大，符合時(shí)代潮流。啟備變的空載電流實(shí)測(cè)及空載

5、損耗估算。以我公司實(shí)施工程中的某電廠為例，在電廠#1啟備變冷備用投運(yùn)前，實(shí)測(cè)了熱備用情況下的空載電流。實(shí)測(cè)高壓側(cè)二次電流為3mA，CT變比為600A/5A（由于高壓側(cè)電壓太高，又在運(yùn)行中難于將變壓器的套管CT更換為計(jì)量專用CT，由于套管CT變比是基于負(fù)荷電流、短路電流設(shè)計(jì)的，用于保護(hù)，而非計(jì)量專用，故在空載時(shí)的計(jì)量精度很低，本次實(shí)測(cè)，只是在CT二次串了一塊高精度電流表FLUKE187），折算高壓側(cè)一次電流為0.36A，實(shí)測(cè)高壓側(cè)電壓為232kV，因此，功率：P1 =1.732×232×0.36 × cos = 144.7kW×0.8175 = 118.2

6、9kW。( 注：由啟備變的銘牌參數(shù)可計(jì)算出空載運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)cos = P0/(0.1%Sn) 32.7kW/(0.1%*40MVA) = 0.8175 )實(shí)際上，由于CT精度太低，實(shí)際損耗要比本次實(shí)測(cè)數(shù)還要大。根據(jù)型式試驗(yàn)、及多年電科院的實(shí)測(cè)，一般空載損耗為變壓器額定容量的0.31.0%，若按0.5%考慮，40000kVA的變壓器損耗最少為200kW。以某電廠的啟備變（55MW）為例，如果啟備變改為冷備用，按啟備變空載損耗占額定容量的0.5%估算，每年可節(jié)約電量約55MW×0.5%×24h×300天(冷備)/年 = 198萬(wàn)kWh/年。假設(shè)按工業(yè)電價(jià)0.605

7、5元/kWh計(jì)算，一年可節(jié)約費(fèi)用198萬(wàn)kWh*0.6055元/kWh = 120萬(wàn)元。3) 采用冷備方式后日常運(yùn)行管理的變化啟備變改為冷備用運(yùn)行方式后，在運(yùn)行管理上，應(yīng)做如下規(guī)定：a) 定期啟動(dòng)潛油泵，防止變壓器油中微水結(jié)冰，避免變壓器出現(xiàn)事故。建議冬季定期啟動(dòng)周期縮短。春夏秋季可每月一次；冬季可每半個(gè)月一次。b) 按運(yùn)行規(guī)程要求，定期做變壓器油微水及色譜分析。二、 啟備變環(huán)保節(jié)能技術(shù)改造方案啟備變冷備用的實(shí)施離不開廠用電快切裝置和變壓器保護(hù)裝置的相互配合，其中還涉及到啟備變高低壓側(cè)斷路器合閘方式，以及合閘過程的勵(lì)磁涌流等一系列問題。如果廠用電快切裝置和變壓器保護(hù)裝置配合不好，有可能在關(guān)鍵時(shí)

8、刻出現(xiàn)不能正確地實(shí)現(xiàn)電壓切換的問題，由此引發(fā)的廠用電母線失壓將帶來非常嚴(yán)重的后果。因此，啟備變冷備用在應(yīng)用之前一定要有充分的成功和可靠的試驗(yàn)結(jié)果作為依據(jù)。通過動(dòng)模試驗(yàn)研究（包括物理動(dòng)模和RTDS數(shù)字動(dòng)模），模擬啟備變?cè)诟鞣N工況下（包括事故狀態(tài)）的切換試驗(yàn)，確認(rèn)啟備變冷備用運(yùn)行的可行性。本項(xiàng)目的總體方案是：a) 通過動(dòng)模試驗(yàn)研究（包括物理動(dòng)模和RTDS數(shù)字動(dòng)模），獲得充分而可信的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，作為現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工程改造的重要依據(jù)；b) 采用快切裝置和變壓器保護(hù)裝置（差動(dòng)保護(hù)包含勵(lì)磁涌流閉鎖功能）的配合實(shí)現(xiàn)啟備變冷備運(yùn)行切換。智能切換裝置，采用合理可靠的高壓側(cè)、低壓側(cè)合閘時(shí)序進(jìn)行切，使切換裝置支持熱備與冷備

9、兩種模式，使用時(shí)兩種模式可選其中一種。1) 啟備變熱備改冷備RTDS數(shù)字仿真試驗(yàn)為保證快切冷備技術(shù)對(duì)貴電廠廠用電系統(tǒng)的適用性，需要對(duì)廠用電系統(tǒng)進(jìn)行建模，進(jìn)行RTDS試驗(yàn)驗(yàn)證（相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容請(qǐng)參看海勃灣電廠的動(dòng)模試驗(yàn)報(bào)告），通過RTDS數(shù)字仿真的方法，定量的分析啟備變冷備用的運(yùn)行工況，并通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了啟備變冷備用的可行性與可靠性，保證啟備變冷備用項(xiàng)目的順利實(shí)施。啟備變由熱備用改為冷備用后，啟備變的高、低壓側(cè)斷路器合閘方式發(fā)生了變化。由原來只需合低壓側(cè)斷路器變?yōu)楦?、低壓?cè)斷路器都需要進(jìn)行合閘。在熱備用狀態(tài)下，起備變?cè)诜€(wěn)態(tài)下運(yùn)行，快切動(dòng)作只需合其低壓側(cè)斷路器。起備變改為冷備用后，快切動(dòng)作時(shí)需要合

10、其高、低壓側(cè)斷路器。在起備變剛合上高壓側(cè)時(shí)，隨之產(chǎn)生激磁涌流等一列問題。因激磁涌流最大幅值一般可以達(dá)到額定電流的68倍，且含有大量的高次諧波，故需要從下面幾個(gè)方面研究起備變由熱備用改冷備用的可行性。1) 啟備變空投情況下，勵(lì)磁涌流對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響；2) 啟備變帶不同負(fù)載情況下，勵(lì)磁涌流對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響；3) 研究在不同負(fù)載下母線電壓維持時(shí)間。4) 測(cè)試廠用電快切裝置在各種方式下的切換功能。5) 啟備變高、低壓側(cè)斷路器合閘次序，對(duì)快切和啟備變差動(dòng)保護(hù)的影響；包括同時(shí)合閘，高、低壓側(cè)不同合閘時(shí)間。2) 啟備變熱備改冷備保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)改造配置方案6kV廠用電每段母線配置1臺(tái)廠用電智能快切裝置，對(duì)應(yīng)

11、1臺(tái)發(fā)電機(jī)組屏一面，安裝于其控制室。廠用電智能快切裝置配置組屏方案如下：發(fā)電廠啟備變熱備改冷備保護(hù)組屏方案（單臺(tái)機(jī)組）序號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量生產(chǎn)廠家1#發(fā)電機(jī)組快切保護(hù)柜(每面含)面1北京四方廠用電智能快切裝置CSC-821臺(tái)2北京四方打印機(jī)LQ-300K臺(tái)1北京四方柜體面1北京四方訂購(gòu)快切裝置還需提供的參數(shù)：額定交流電流值：1A或5A；直流電壓：220V或110V，用于開入信號(hào)采集；對(duì)時(shí)方式：GPS 脈沖對(duì)時(shí)或485 接口-B碼對(duì)時(shí)；三、 現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)施1) 每臺(tái)廠用電智能快切裝置裝置需要連接的電纜a） 交流量母線三相電壓、工作分支電壓、備用分支電壓1、備用分支電壓2、工作分支電流、備用分支

12、電流b） 開出量跳工作分支開關(guān)、合工作分支開關(guān)、跳備用分支高壓側(cè)開關(guān)、合備用分支高壓側(cè)開關(guān)、跳備用分支低壓側(cè)開關(guān)、合備用分支低壓側(cè)開關(guān)；低壓減載段出口、低壓減載段出口、啟動(dòng)后加速出口；裝置動(dòng)作、告警信號(hào)；c） 開入量工作分支開關(guān)位置、備用分支高壓側(cè)開關(guān)位置、備用分支低壓側(cè)開關(guān)位置、保護(hù)起動(dòng)切換；閉鎖遠(yuǎn)方操作、檢修狀態(tài)壓板、信號(hào)復(fù)歸、母線PT開關(guān)位置、手動(dòng)啟動(dòng)切換、冷備用方式、保護(hù)閉鎖切換、總閉鎖；d） 其它裝置電源、通訊線等；2) 廠用電智能快切裝置通訊組網(wǎng)CSC-821廠用電智能快切裝置提供的通訊方式：a） 電 RS485 端口：屏蔽雙絞線接口，支持Modbus RTU 規(guī)約；b） 電以太網(wǎng)

13、端口：RJ45接口，支持IEC60870-5-103 規(guī)約可以通過通訊方式將CSC-821廠用電智能快切裝置連接至ECS系統(tǒng)，上傳信息。四、 CSC821廠用電智能快切裝置介紹1) 裝置特點(diǎn)：a) 采用通用的網(wǎng)絡(luò)化硬件平臺(tái)，裝置資源可靈活擴(kuò)展，軟件基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，組態(tài)靈活方便，可滿足不同用戶的需求；b) 核心CPU采用Freescale公司集成通訊處理器的PowerPC嵌入式雙內(nèi)核處理器、基于實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，具有低功耗、壽命長(zhǎng)、可靠性高，適合嚴(yán)酷工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)；c) 獨(dú)特的頻率和相角差測(cè)量方法，具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)，保證快速切換的成功率；d) 采用改進(jìn)的

14、高精度恒定越前時(shí)間算法計(jì)算導(dǎo)前角，確保同期切換時(shí)母線電壓與備用電源電壓第一次滿足相角條件時(shí)合上備用電源；e) 支持備用分支變壓器冷備用；f) 靈活的切換方式組合，可根據(jù)用戶需求自定義不同的切換方式；g) 功能設(shè)置齊備、裝置提供兩段式低壓減載功能，保證在母線電壓低時(shí)，跳開不重要的負(fù)荷；h) 完善的自檢功能，對(duì)于所有的輸入輸出通道均實(shí)時(shí)自診斷；i) 大容量的錄波功能，真實(shí)記錄各種切換方式下，工作/備用分支電壓、母線電壓、工作/備用分支電流等模擬量變化的全過程，為事故分析提供第一手資料；j) 裝置提供工業(yè)以太網(wǎng)接口、RS485接口以及豐富的信號(hào)輸出接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速及可靠的遠(yuǎn)方操作，方便接入DCS系統(tǒng)和

15、電氣監(jiān)控系統(tǒng)；2) 廠用電源切換功能介紹在實(shí)施啟備變熱備用運(yùn)行和冷備用運(yùn)行時(shí)，廠用電快速切換裝置需要具備多種切換功能，如下圖所示。圖1 廠用電快速切換裝置切換功能圖1) 廠用電源切換功能介紹a) 手動(dòng)起動(dòng)的正常切換正常切換是雙向的，可以由工作分支切向備用分支，也可以由備用分支切向工作分支。正常切換有以下幾種方式：1. 正常并聯(lián)切換正常并聯(lián)切換可以保證工作母線的持續(xù)供電。并聯(lián)分為并聯(lián)半自動(dòng)和并聯(lián)自動(dòng)兩種。用戶可以在控制字中整定并聯(lián)切換的實(shí)現(xiàn)方式。1) 熱備時(shí)：n 并聯(lián)半自動(dòng)：裝置自動(dòng)合上備用（工作）分支，延時(shí)等待操作人員手動(dòng)跳開工作（備用）分支。如果超時(shí)(并聯(lián)半自動(dòng)跳閘延時(shí))而未跳開，裝置啟動(dòng)去

16、耦合功能。n 并聯(lián)自動(dòng)：裝置自動(dòng)合上備用（工作）分支，成功后經(jīng)可整定的延時(shí)后再跳開工作（備用）分支。如果超時(shí)(并聯(lián)自動(dòng)跳閘延時(shí))而未跳開，裝置啟動(dòng)去耦合功能。2) 冷備時(shí)：n 并聯(lián)半自動(dòng)：Ø 工作至備用時(shí)，若高壓側(cè)開關(guān)不在合位，裝置自動(dòng)合備用變高壓側(cè)開關(guān)，如果高壓側(cè)已在合位不發(fā)合令，在確認(rèn)高壓側(cè)開關(guān)合上以后，合備用變低壓側(cè)開關(guān)，在確認(rèn)低壓側(cè)開關(guān)合上以后，延時(shí)等待操作人員手動(dòng)跳開工作分支。如果超時(shí)(并聯(lián)半自動(dòng)跳閘延時(shí))而未跳開，裝置啟動(dòng)去耦合功能。Ø 備用至工作時(shí)，裝置自動(dòng)合上工作分支開關(guān)，延時(shí)等待操作人員手動(dòng)跳開備用變低壓側(cè)開關(guān)。如果超時(shí)(并聯(lián)半自動(dòng)跳閘延時(shí))而未跳開低壓側(cè)

17、開關(guān)，裝置啟動(dòng)去耦合功能。n 并聯(lián)自動(dòng)：Ø 工作至備用時(shí)，若高壓側(cè)開關(guān)不在合位，裝置自動(dòng)合備用變高壓側(cè)開關(guān)，在確認(rèn)高壓側(cè)開關(guān)合上以后，延時(shí)10秒合備用變低壓側(cè)開關(guān)，合備用變低壓側(cè)開關(guān)，在確認(rèn)低壓側(cè)開關(guān)合上以后，經(jīng)可整定的延時(shí)后跳開工作分支。如果超時(shí)(并聯(lián)自動(dòng)跳閘延時(shí))未跳開，裝置啟動(dòng)去耦合功能。若在合低壓側(cè)前，高壓側(cè)已在合位則不發(fā)合令，不經(jīng)延時(shí)直接合低壓側(cè)開關(guān)。Ø 備用至工作時(shí)，裝置自動(dòng)合上工作分支開關(guān)，工作開關(guān)合上后，經(jīng)可整定的延時(shí)后再跳開備用變低壓側(cè)開關(guān)。如果超時(shí)(并聯(lián)自動(dòng)跳閘延時(shí))未跳開，裝置啟動(dòng)去耦合功能2. 正常同時(shí)切換正常同時(shí)切換可有三種切換條件，快速、同期、殘

18、壓。1) 熱備時(shí)：手動(dòng)起動(dòng)，先發(fā)跳工作（備用）分支命令，經(jīng)過同時(shí)切換合閘延時(shí)定值后，在切換條件滿足時(shí)，發(fā)合備用（工作）分支命令。2) 冷備時(shí)：Ø 工作至備用時(shí)，手動(dòng)起動(dòng)，先發(fā)跳工作分支命令，若高壓側(cè)開關(guān)不在合位，裝置合備用變高壓側(cè)開關(guān)，經(jīng)延時(shí)T和同時(shí)切換合閘延時(shí)定值的最大值后判斷切換條件，在切換條件滿足時(shí)，發(fā)合備用變低壓側(cè)開關(guān)命令。T的目的是使低壓側(cè)不先于高壓側(cè)合閘。T=高壓側(cè)開關(guān)合閘時(shí)間-低壓側(cè)合閘時(shí)間。如果發(fā)跳工作令時(shí)，高壓側(cè)已在合位，則直接在經(jīng)同時(shí)切換合閘延時(shí)后判切換條件合低壓側(cè)。Ø 備用至工作時(shí)，手動(dòng)起動(dòng)，先發(fā)跳備用變低壓側(cè)開關(guān)命令，經(jīng)延時(shí)同時(shí)切換合閘延時(shí)定值后判斷

19、切換條件，在切換條件滿足時(shí)，發(fā)合工作分支命令。3. 正常串聯(lián)切換1) 熱備時(shí)：手動(dòng)起動(dòng)，先發(fā)跳工作（備用）分支命令，確認(rèn)工作（備用）分支跳開后，在切換條件滿足時(shí)，發(fā)合備用（工作）分支命令。2) 冷備時(shí)：Ø 工作至備用時(shí)，手動(dòng)起動(dòng)，先發(fā)跳工作分支命令，若高壓側(cè)開關(guān)不在合位，裝置合備用變高壓側(cè)開關(guān)，時(shí)間t開始計(jì)時(shí)，工作分支分開后，開始判斷t是否大于T，如果tT則開始判斷切換條件，在切換條件滿足時(shí)，發(fā)合備用變低壓側(cè)開關(guān)命令。延時(shí)T的目的是使低壓側(cè)不先于高壓側(cè)合閘。T=高壓側(cè)開關(guān)合閘時(shí)間-低壓側(cè)合閘時(shí)間。如果發(fā)跳工作令時(shí)，高壓側(cè)已在合位，則直接判切換條件合低壓側(cè)。Ø 備用至工作時(shí)，手動(dòng)起動(dòng)，先發(fā)跳備用變低壓側(cè)開關(guān)命令，確認(rèn)備用變低壓側(cè)開關(guān)分開以后，判斷切換條件，在切換條件滿足時(shí)，發(fā)合工作分支命令。b) 保護(hù)起動(dòng)的事故切換方式事故切換是單向的，只能由工作分支切向備用分支。事故切換有兩種方式：1. 串聯(lián)切換1) 熱備時(shí)：起動(dòng)后，跳工作分支，確認(rèn)跳開后，經(jīng)快速切換、同期切換或殘壓切換后合上備用分支。2) 冷備時(shí)：起動(dòng)后，先發(fā)跳工作分支命令，若高壓側(cè)開