01 廠內無母線式600MW機組電廠電氣接線及運行特點探討

1、廠內無母線式600MW機組電廠電氣接線及運行特點探討郝駿張偉宋益山（中國國電集團山東聊城發(fā)電廠）摘要：國電集團山東聊城發(fā)電廠為國內為數(shù)不多的廠內無母線大電廠，本文結合實踐經驗介紹了其一期工程兩臺600MW機組電氣部分主接線、勵磁系統(tǒng)和廠用電接線配置及運行方式，對其運行特點進行分析和探討。關鍵詞：無母線式電氣接線運行特點分析探討經驗總結1聊城電廠概況聊城電廠一期工程是中外合作建設項目，投資方由中國國電集團公司、山東省國際信托投資公司、香港中電投資有限公司、法國電力國際有限公司組成。一期工程為2x600MW燃煤汽輪發(fā)電機組，其主要設備供貨情況為：鍋爐由英國巴布科克能源有限公司（MitsuiBabc

2、ock）提供，汽輪機、發(fā)電機由上海汽輪機發(fā)電機有限公司生產，主變壓器是沈陽變壓器廠生產，控制系統(tǒng)采用英國ABB Symphoy分散控制系統(tǒng)；機組主體工程設計由山東電力咨詢院承擔，山東電力建設二公司負責施工、安裝。1、2機組分別于2002年9月11日、2003年8月2日投產發(fā)電，一期工程靜態(tài)投資55億元，動態(tài)投資66億資元。聊城電廠一期工程電氣部分主接線、勵磁系統(tǒng)和廠用電接線等系統(tǒng)設計思想、空間布局、設備配置等與以往300WM機組、600MW機組相比，有其獨到之處，充分體現(xiàn)了“布置結構緊湊、投資費用低”的特點，廠內不設升壓站（母線），采?。喊l(fā)電機-變壓器-線路組接線方式，即發(fā)電機發(fā)出的電經主變壓

3、器升壓后經線路直接輸送到電網變電站；所有主要一次電氣設備均為國產；但同時存有運營成本高、與電網聯(lián)接薄弱、個別設備接線選型不夠合理等缺點。根據(jù)2年多以來的實際運行經驗，本文對本廠電氣主接線、勵磁系統(tǒng)和廠用電接線等設備接線特點和運行方式進行分析、總結和探討，以供專業(yè)人員參考和新建電廠借鑒。2電氣主設備技術規(guī)范聊城電廠一期工程的所有電氣主設備都是國產的，其主要情況如下：2.1發(fā)電機發(fā)電機為：全封閉、自通風、強制潤滑、水/氫/氫冷卻、圓筒形園轉子、隱極式無刷勵磁同步發(fā)電機主要規(guī)范如下：額定容量：667MVA額定電壓：20kV額定電流：19245A額定功率因數(shù)：0.9滯后短路比：0.54接線方式：Y型，

4、中性點經接地變接地負序電流承受能力：穩(wěn)態(tài)I2：10%暫態(tài)I22*t：10s滅磁方式：發(fā)電機為自然滅磁、勵磁機磁場為0.7電阻滅磁#1、2機分別這上海汽輪發(fā)電機有限公司生產的600MW發(fā)電機第三、四臺產品2.2主變壓器主變壓器是沈陽變壓器有限公司生產的戶外單相油浸式強迫油循環(huán)風冷變壓器，每臺機三臺，兩機共用一臺備用相。主要參數(shù)：額定容量：3x240MVA電壓比：242±2×2.5%/20kV阻抗電壓：14%接線組別：Yn,d112.3高壓廠用變壓器和啟動備用變壓器每臺機兩臺高壓廠用變壓器，兩臺機共用2臺啟動備用變壓器，均由沈陽變壓器有限公司生產。高廠變?yōu)槿喾至?、無載調壓、油

5、自然循環(huán)風冷變壓器；啟備變?yōu)槿喾至?、有載調壓、油自然循環(huán)風冷變壓器。主要參數(shù)： 高廠變 啟備變額定容量：40/25-25MVA 40/25-25MVA電壓比：20±2×2.5%/6.3-6.3kV 230±610×1.25%/6.3-6.3kV 阻抗電壓：Dd- 16% 16.5%接線組別：D,yn1-yn1 Yn,yn0-yn02.4勵磁設備勵磁系統(tǒng)的組成由發(fā)電機轉子、200HZ反樞式交流主勵磁機，400HZ永磁副勵磁機PMG和勵磁電壓調節(jié)器DAVR組成。其旋轉部分包括：交流主勵磁機電樞、旋轉整流盤、永磁副勵機轉子。靜止部分包括：交流主勵機磁場、永磁

6、副勵磁機電樞和勵磁電壓調節(jié)裝置，另配一套50HZ工頻手動勵磁調節(jié)裝置。主勵磁機：額定功率2450KW，額定電壓500V，額定電流4900A，接線方式：3相 8極 8Y副勵磁機：外轉子型永磁式，額定功率86KW，額定電壓250V，額定電流208A，接線方式：3相 16極 4Y旋轉整流盤：雙盤全波橋式整流，有8個獨立并聯(lián)全波整流橋，每橋臂有2個二極管并聯(lián)，每橋臂有2個并聯(lián)的熔斷器。共96個二極管和熔斷器。自動電壓調節(jié)器DAVR：采用日本三菱公司的用于無刷勵磁系統(tǒng)的全雙通道數(shù)字式勵磁電壓調節(jié)裝置MEC5230，DAVR采用32位快速CPU，提供二種控制方式：發(fā)電機恒機端電壓控制和恒主勵磁機磁場電流控

7、制。恒壓控制電壓調節(jié)范圍：發(fā)電機空載工況：10-110額定電壓發(fā)電機負載工況：95-105額定電壓恒流控制電壓調節(jié)范圍發(fā)電機空載工況：10-110額定電壓發(fā)電機負載工況：允許達到110發(fā)電機額定磁場電壓(發(fā)電機在額定負載和額定電壓運行時)調壓精度：<±1采樣周期：20ms2.5發(fā)變組出口兼線路斷路器220kV斷路器由杭州西門子開關廠生產，瓷柱式、單斷口3AQ1EG型、液壓操縱SF6斷路器，額定電流3150KA，開斷電流40KA。3電氣主接線及特點分析3.1電氣主接線聊城電廠一期工程的兩臺600MW汽機發(fā)電機組采取發(fā)電機主變壓器220kV線路組單元制接線方式接入聊城變電站，本發(fā)電

8、廠內不設升壓站（母線），即發(fā)電機發(fā)出20kV的電經主變壓器升壓至220kV后經13.9km的220kV線路（4×LGJ-400四分裂導線）直接輸送到山東電網上的聊城變電站220kV母線（雙母線分段接線），發(fā)電機出口不設開關；接線圖如圖1。規(guī)劃中的二期工程的兩臺600MW汽輪發(fā)電機同樣以發(fā)電機變壓器500kV線路組接入聊城變電站500kV母線。220KV堂聊線圖1聊城電廠發(fā)電機主變壓器線路組單元制主接線圖220KV徐堂線（從7KM外的熱電公司接來）圖2 聊城電廠啟動備用電源接線圖由于廠內不設母線，廠用電系統(tǒng)所需的啟動備用電源必須從廠外電網引入，本廠啟動備用電源采用從電網購電方式，從7K

9、M外的聊城熱電公司220kV母線上引接一路電源，經220kV線路送電至啟備變，兩臺啟備變T接，公用一臺斷路器，每一臺啟備變高壓側布置一組隔離刀閘，可單獨進行一臺啟備變檢修而不影響而另一臺運行，如圖2。將來二期工程時，再引接一路220kV電源，兩路電源做成內橋接線，提高供電的可靠性。3.2主接線的特點(1)此種主接線的優(yōu)點是廠內不設升壓站，廠、站分開，發(fā)電與配電分離，使得廠內接線簡單。(2)投資費用低，發(fā)-變-線路組接線比設置220kV雙母線的電廠減少投資3千萬元，壓縮了總投資，有利于項目的審批。(3)運行維護費用低，維護人員較少，占地面積少。(4)運行操作簡單，尤其大機組實行全能值班，不設升壓

10、站省去許多麻煩，更不易誤操作。(5)主變壓器為單相式，兩臺機共6臺主變，設一臺備用相，對于國產240MVA的大型變壓器是有備無患；但也存在近千萬元的資產浪費。(6)一期工程與將來的二期工程互不影響，不存在過渡問題。3.3主接線存在的問題(1)此種主接線方式電廠運營成本大大提高。由于本廠發(fā)出的電直接送入電網，而啟動備用電源是從電網上外購的，機組正常運行時，廠用電源由本機組高廠變供電，啟備變在充電空載狀態(tài)，但任一臺機組試運行期間、機組大小修或機組跳閘等均由啟備變供電。外購電量均是工業(yè)用電計價，電價高達0.55/KWH，而本廠廠用電只計成本電價，電價低于0.20元/KWH，每年多用發(fā)電成本費用700

11、萬元（參考表1）；隨著廠網關系的完全脫離,原來廠網一家時不收基本電費的承諾將有可能打破，加收基本電費(容量電費)，大致年收費為8萬(兩臺啟備用變容量)×0.14元/KWH/月×12月=1344萬元；電量電費加上基本電費，一年的發(fā)電成本將增加2000萬元以上，大大提高了運營成本，降低了利潤。表1：自2002年投產發(fā)電以來聊城電廠外購電量及費用表2002年2003年2004年機組總啟動試運備注購電量萬KWH購電費萬元購電量萬KWH購電費萬元購電量萬KWH購電費萬元購電量萬KWH購電費萬元#1機組498.68274.271033568.15888.8488.84467.84275

12、.312002.9.11投產#2機組780429759.9417.951299714.452003.8.2投產合計498.68274.271813997.151648.7906.791766.8989.76 本表#1機組試運僅為整組啟動時購電量(2)本廠機組安全可靠性差，與電網聯(lián)接薄弱，受電網及對側變電站的影響較大（參考表2）。機組直接通過線路接入電網，線路故障直接跳機，線路不能設重合閘，對于70%以上的單相瞬時接地，也要造成機組甩負荷、跳閘，對機組的危害很大，線路兩側均有開關、刀閘，檢修、故障機率增加一倍，且對側為220kV雙母線接線，與廠內的母線故障機率一樣。如廠內設220kV雙母線，與系

13、統(tǒng)通過三回線相連，任一線路跳閘不會影響到機組跳閘，可見本廠機組的可靠性差。由于對側是500kV大型變電站由超高壓公司負責運行維護，線路為本廠資產委托聊城供電公司維護檢修，日常的定期檢修維護不好協(xié)調、工期不能嚴格控制；對側變電站出現(xiàn)的問題或線路故障等造成的跳閘異常情況，搶修、查找問題困難，不能及時迅速徹底查明原因，不能及時消除；有時需停機配合對側的工作，影響機組運行和發(fā)電量的完成。表2：2003年、2004年本廠受線路或對側變電站影響的機組跳閘一覽表序號機組跳機時間并網時間影響電量跳閘原因1#1機2003年7月5日18：367月6日2：46336萬KWH刮大風，一塑料刮到A相線路上，線路保護動作

14、跳機、跳線路。2#1機2004年3月8日16：243月9日0:56357萬KWH線路對側聊城變電站220kV雙母線分段開關21F誤跳，造成本廠兩臺機汽機超速OPC保護動作，鍋爐水位低MFT。3#2機2004年3月8日16:243月9日5:30462萬KWH同上。4#2機2004年6月26日12:496月26日15:1098萬KWH聊城變電站#1主變跳閘、#2機線路對側的214開關誤跳，遠跳本廠機組。5#2機2004年6月28日10:457月4日13:506174萬KWH聊城變電站#1主變跳閘、#2機線路對側的214開關誤跳，遠跳本廠機組。6#1機2004年10月30日10:5210月30日12

15、:4080萬KWH聊城變電站五臺開關誤跳，穩(wěn)定控制裝置動作遠跳本廠兩臺機組。7#2機2004年10月30日10:5211月1日16:40164萬KWH同上。本表僅統(tǒng)計機組跳閘對本廠的影響，未統(tǒng)計配合對側工作停機時間。(3)線路部分資產隸屬與責任不清。以往廠內設母線的電廠，廠區(qū)外的線路歸供電部門負責，資產與責任明確，檢修維護及時高質高效，而發(fā)-變-線路組的線路資產供電部門不接收，電廠又沒能力去檢修維護，只能委托供電部門，責任不能明確，積極性和質量不能保證。(4)啟動備用電源為廠外接入，單一線路，長7KM，易受外部環(huán)境影響，供電可靠性稍差。3.4主接線問題的對策根據(jù)2年多的運行經驗，針對發(fā)電機變壓

16、器線路組單元制接線對我們廠的影響和長期效益，我們廠準備在二期工程中對一期主接線進行技術改造，將#2機升壓至500kV與二期兩臺600MW機組構成500kV3/2接線方式，#1機與兩回出線改接成220kV雙母線接線方式，一、二期啟備電源接自220kV母線上，需增投資約6000萬元。 從上述分析及特點、問題對比可以看出，發(fā)電機變壓器線路組單元制接線方式對電廠正常運營很不利，跳機次數(shù)多，安全可靠性差，運行成本高，受制于他人；投入運營后電廠不得不進行技改，且技改費用高，技改難度大。筆者認為這種接線方式很不合理，值得進一步探討和研究，建議新建電廠不宜采用此接線方式。對僅兩臺機組的新建電廠，經與有關專家討

17、論，建議采用以下主接線方式：（1）采用500kV兩回出線，廠內主接線用3/2接線方式，費用約6000萬元；啟動備用變可接至3/2接線的母線上，采用500kV變至6.3kV的變壓器，此類降壓變在國內已開始使用。（2）220kV雙母線的主接線方式，兩回或三回出線，費用約1500萬元；啟備變接至本廠母線，既安全又經濟可靠。4勵磁系統(tǒng)4.1勵磁系統(tǒng)的運行方式發(fā)電機的勵磁方式為無刷高起始響應、可控硅、旋轉整流、三機勵磁方式，如圖3。交流主勵磁機旋轉電樞的交流輸出直接與三相橋式二極管整流盤聯(lián)接，整流盤的正、負直流輸出則與發(fā)電機轉子相聯(lián)，提供發(fā)電機勵磁。靜止的永磁副勵磁機的電樞送出400HZ的電源，通過勵磁

18、電壓調節(jié)器中三相全控橋式可控硅整流器形成可調的直流電送到交流主勵磁機的磁場繞組，通過控制全控橋整流器的導通角來調節(jié)交流主勵磁機的磁場電流，從而達到調節(jié)發(fā)電機勵磁電流的目的。數(shù)字式自動電壓調節(jié)器DAVR有工作、備用兩個通道，每個通道有自動“恒壓”和手動“恒流”兩種方式，工作通道恒壓方式故障自動切至備用通道恒壓方式，備用恒壓方式故障時自動切至工作通道手動恒流方式，工作通道手動恒流故障時自動切至備用通道手動恒流方式，備用通道再故障時跳機。備用、工作通道之間及恒壓通道與恒流通道之間，自動跟蹤，可實現(xiàn)無擾切換。4.2勵磁系統(tǒng)的特點(1)三機無刷旋轉勵磁方式可實現(xiàn)高起始響應，能滿足各種電氣故障下電網的穩(wěn)定

19、要求，能在電力系統(tǒng)故障時0.1秒內達到頂值電壓與額定電壓之差的95%。(2)用旋轉整流盤組件代替了勵磁機、整流子電刷和滑環(huán)電刷裝置，消除了因電刷接觸不良、換電刷不當?shù)瘸霈F(xiàn)的電刷滑環(huán)事故。運行中只需檢查而不用維護，更不用換電刷，無10萬元/年的電刷費用。(3)用雙重化的數(shù)字式AVR代替了傳統(tǒng)的模擬式AVR，各功能塊模塊化設計，相對獨立，便于故障點查找和更換；具有極快的反應速度、1%調壓精度；雙自動/手動通道配置，配有低勵限制器、過勵限制器、過勵保護、V/F限制器、V/F保護和PSS功能等可靠完備的保護、限制及附加調節(jié)功能，提高了勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。圖3聊城電廠勵磁系統(tǒng)圖4.3勵磁系統(tǒng)的不足(1

20、)旋轉整流盤處于高速旋轉狀態(tài)，快速熔斷器容易疲勞變形，是無刷勵磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，元件損壞了運行中也無法更換，運行維護困難，影響裝置的正常運行。隨著制造安裝技術工藝的提高，整流盤的故障大大減少。(2)勵磁系統(tǒng)旋轉部分監(jiān)視手段少，僅有一接地檢測裝置檢測發(fā)電機轉子繞組對地絕緣情況，對勵磁電壓、電流等參數(shù)不能監(jiān)視。(3)三機勵磁方式，使整個汽輪發(fā)電機軸系增長，運行中軸系稍有變化，勵磁機處軸承及發(fā)電機勵端軸承振動變化明顯，不利于機組安全。(4)由于勵磁機采用0.7電阻滅弧，自動調壓器直流側開關跳開后其常閉接點將電阻串入勵磁機的勵磁繞組滅弧，手動50Hz感應調壓器不能作為備用調壓器使用，主要用于做電氣試驗

21、，無需每臺機組一套，浪費資金。5廠用電系統(tǒng)5.1廠用電系統(tǒng)接線聊城一期工程每臺機組廠用電系統(tǒng)配有兩臺同容量高壓廠用變壓器、四段6kV母線，兩臺機共用兩臺高壓廠用啟備變；互為備用及成對出現(xiàn)的高壓電動機及低壓廠用變壓器分別由不同高廠變的相應繞組供電；電動給水泵采用雙電源供電方式。兩臺機組共設兩段煤灰6kV段，供輸煤、柱塞泵等公用負荷。每臺機組各設兩臺汽機、鍋爐低壓廠用變壓器和兩段400V PC母線，兩低壓廠變及PC段互為暗備用；外圍輔助車間根據(jù)負荷分布情況分區(qū)設置動力配電中心，重要的配電PC均采用單母線分段接線方式。400V廠用電系統(tǒng)采用動力配電中心（PC）電動機控制中心（MCC）的接線方式每臺機

22、組汽機及鍋爐各設置兩段保安電機控制中心（MCC）和一套快速起動的1200KW柴油發(fā)電機機組。汽機、鍋爐保安MCC正常工作時分別由400V汽機、鍋爐PC供電，其正常電源失去時，切至柴油發(fā)電機供電。6kV采用中電阻接地，400V采用直接接地。5.2廠用電系統(tǒng)特點(1)雙重配置的高壓廠變及高壓啟備變和6kV母線四段配置，具有運行靈活、供電可靠、負荷分配均勻等優(yōu)點。(2)6kV不設公用段，全廠公用負荷分接于兩臺機組的6kV母線上，提高了公用負荷的供電可靠性，降低了投資。(3)6kV系統(tǒng)中性點經中電阻接地，接地電阻為6.06的不銹鋼電阻。系統(tǒng)在運行過程中，若發(fā)生單相接地故障時，短路電流限制在600A，且提高了系統(tǒng)接地保護的靈敏度。(4)6kV廠用電母線工作、備用開關均采用本體從德國西門子進口的開關，每段母線配置1套可靠的廠用電快切裝置，有效提高了廠用電可靠性。本廠投產發(fā)電2年以來，兩臺機共七十多次停機或跳機，廠用電切換均正常無誤。(5)6kV開關采用真空斷路器與限流熔斷器真空接觸器（FC）相結合的方案，即電源回路及容量1000kV以上的電動機和1250kVA以上的廠用變壓器采用真空斷路器，容量1000kW及以下的電動機