大中型火力發(fā)電廠主接線及高壓廠用電系統(tǒng)方案研究

大中型火力發(fā)電廠主接線及高壓廠用電系統(tǒng)方案研究電氣主接線是發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)的首要部分，高壓廠用電系統(tǒng)則是火力發(fā)電廠正常運(yùn)行時(shí)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的作用。本文基于大中型火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)規(guī)范，探討大中型火力發(fā)電廠主接線及高壓廠用電方案，以實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)計(jì)方案的安全合理性。關(guān)鍵詞：火力發(fā)電；大中型火力發(fā)電廠；主接線；高壓廠用電系統(tǒng)1、電氣主接線電力一直是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，而火力發(fā)電則是我國(guó)電力行業(yè)的最主要發(fā)電形式。近年來(lái)，大中型火力發(fā)電廠發(fā)展迅速，為我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。電氣主接線是發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)的最重要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，合理確定主接線對(duì)發(fā)電廠本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。1.1配電裝置的接線形式配電裝置的接線方式應(yīng)按火力發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位、負(fù)荷重要性、出線回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)、滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性等條件確認(rèn)。110kV~220kV配電裝置的接線形式一般可分為雙母線接線、雙母線分段接線、3/2斷路器接線；330kV~500kV配電裝置接線一般采用3/2斷路器接線或者4/3斷路器接線，也可以采用雙母線或者雙母線分段接線。500kV~750kV配電裝置可采用3/2斷路器接線或者4/3斷路器接線。其中3/2斷路器接線沒(méi)有多回路集結(jié)點(diǎn)，一個(gè)回路由兩臺(tái)斷路器供電的雙重連接的多環(huán)形接線，是國(guó)內(nèi)外大型電廠超高壓配電裝置（330kV~500kV）廣泛應(yīng)用的一種接線方式。1.2接地方式電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇與電壓等級(jí)、單相接地電流、過(guò)電壓水平及保護(hù)配置密切相關(guān)，主要選擇方式如下：125MW及以下發(fā)電機(jī)組單相接地電流不超過(guò)允許值時(shí)，一般采用中性點(diǎn)不接地方式，單相接地電流較大時(shí)，也可采用經(jīng)消弧線圈接地，200MW級(jí)以上發(fā)電機(jī)一般采用中性點(diǎn)經(jīng)高阻或者消弧線圈接地。110kV及220kV系統(tǒng)中主變壓器中性點(diǎn)可采用直接或經(jīng)接地電抗器接地方式，330kV及750kV系統(tǒng)中主變壓器中性點(diǎn)可采用直接或經(jīng)小電抗器接地方式。2、高壓交流廠用電系統(tǒng)2.1高壓廠用電壓等級(jí)選擇：根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：火力發(fā)電廠可采用3kV、6kV、10kV作為高壓廠用電的電壓。125MW~300MW級(jí)的機(jī)組宜選用6kV一級(jí)高壓廠用電壓，600MW級(jí)以上的機(jī)組，可根據(jù)工程具體條件采用6kV一級(jí)、10kV一級(jí)或6kV、10kV兩級(jí)高壓廠用電壓。高壓廠用電系統(tǒng)采用6kV一級(jí)電壓時(shí)，由于廠用高壓電動(dòng)機(jī)數(shù)量多、容量大，為了限制廠用母線短路電流，需提高高廠變的阻抗，易導(dǎo)致大容量電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)困難。采用10kV一級(jí)電壓，可以很好的解決短路電流和大容量電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)之間的矛盾，但隨著絕緣等級(jí)的提高，相對(duì)增加了高壓電動(dòng)機(jī)的成本。高壓廠用電系統(tǒng)采用兩級(jí)電壓時(shí)，小容量的電動(dòng)機(jī)接在較低的電壓等級(jí)上，從而降低了電動(dòng)機(jī)的造價(jià)，可以節(jié)省投資，但是每臺(tái)機(jī)設(shè)10kV、6kV(或3kV)母線各兩段，這必然會(huì)引起設(shè)備型號(hào)多，兩級(jí)電壓產(chǎn)品相應(yīng)就有兩級(jí)電壓的開(kāi)關(guān)柜、低壓變壓器、電動(dòng)機(jī)、電纜等；由于設(shè)備型號(hào)多而使備品備件增多，從而帶來(lái)檢修維護(hù)工作量的增加，一般不建議采用。各工程應(yīng)根據(jù)實(shí)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定廠用電壓的選擇方式。2.2廠用高壓變壓器的數(shù)量及型式選擇一般情況下，125MW~300MW級(jí)機(jī)組高壓廠用電源宜采用一臺(tái)分裂變壓器；600MW級(jí)機(jī)組高壓廠用電源宜采用1臺(tái)分裂變壓器或1臺(tái)分裂變壓器加1臺(tái)雙卷變壓器；1000MW級(jí)機(jī)組高壓廠用電源宜采用2臺(tái)分裂變壓器或1臺(tái)分裂變壓器加1臺(tái)雙卷變壓器。無(wú)論對(duì)雙卷變還是分裂變，變壓器的短路動(dòng)穩(wěn)定耐受能力都是一個(gè)主要問(wèn)題。對(duì)于分裂繞組高壓廠用變壓器，結(jié)構(gòu)較雙繞組變壓器復(fù)雜，過(guò)去普遍認(rèn)為其可靠性較低，但隨著國(guó)內(nèi)變壓器制造廠水平的不斷提高，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)制造工藝的控制、原材料的把關(guān)以及出廠前的質(zhì)量檢驗(yàn)等，分裂繞組高壓廠用變壓器的可靠性已大幅提高。目前國(guó)內(nèi)300MW級(jí)以上機(jī)組已普遍采用，有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。因此高壓廠用變壓器可選用分裂繞組形式。2.3廠用高壓變壓器的容量選擇廠用高壓變壓器容量應(yīng)按廠用高壓電動(dòng)機(jī)計(jì)算負(fù)荷與低壓廠用電的計(jì)算負(fù)荷之和選擇，其中，廠用電負(fù)荷計(jì)算可采用換算系數(shù)法和軸功率法。在計(jì)算廠用高壓變壓器的容量時(shí)，需考慮機(jī)組公用負(fù)荷應(yīng)由不同機(jī)組的高壓廠用變分擔(dān)，明備用低壓變壓器宜考慮10%的裕度，還應(yīng)考慮接有變頻和整流負(fù)荷的變壓器過(guò)熱等因素。2.4廠用高壓變壓器選型及電壓調(diào)整計(jì)算廠用高壓變壓器阻抗應(yīng)根據(jù)限制高壓廠用電母線短路電流并能保證最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的廠用母線電壓水平等因素選取。一般情況下，廠用分支上的高壓廠用變壓器采用無(wú)載調(diào)壓方式。當(dāng)電力系統(tǒng)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口電壓波動(dòng)范圍超過(guò)10%時(shí)，高壓廠用變壓器可采用有載調(diào)壓方式。2.4.1廠用高壓變壓器廠用電壓調(diào)整計(jì)算方式如下：（式2.4.1）其中：Um為廠用母線電壓（標(biāo)么值）U0為變壓器低壓側(cè)的空載電壓（標(biāo)么值）S為廠用負(fù)荷（標(biāo)么值）為負(fù)荷壓降阻值（標(biāo)么值）按電源電壓最低、廠用負(fù)荷最大，計(jì)算廠用母線的最低電壓應(yīng)不小于0.95（標(biāo)么值）；按電源電壓最高、廠用負(fù)荷最小，計(jì)算廠用母線的最高電壓應(yīng)不大于1.05（標(biāo)么值）2.4.2廠用高壓變壓器電機(jī)成組自啟動(dòng)計(jì)算方式如下：Um=Uo/(1+SX)（式2.4.2）其中：Um為電機(jī)成組自起動(dòng)時(shí)的廠用母線電壓（標(biāo)么值）U0為廠用母線上的空載電壓（標(biāo)么值）S為合成負(fù)荷（標(biāo)么值）X為變壓器的電抗（標(biāo)么值）成組自起動(dòng)要求的最低母線電壓應(yīng)滿足：高壓廠用母線應(yīng)為65~70%以上；低壓母線與高壓母線串接自起動(dòng)，自起動(dòng)電壓為不低于55%2.4.3電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)時(shí)的電壓計(jì)算方式如下：Um=Uo/(1+SX)（式2.4.3）Um為電機(jī)正常起動(dòng)時(shí)的廠用母線電壓（標(biāo)么值）U0為廠用母線上的空載電壓（標(biāo)么值）S為合成負(fù)荷（標(biāo)么值）X為變壓器的電抗（標(biāo)么值）一般按高廠變帶最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，廠內(nèi)最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)工況計(jì)算，高壓廠用母線電壓應(yīng)為正常母線電壓80%以上。3、廠用電接線方式對(duì)于600MW級(jí)以下機(jī)組，一般可設(shè)置一臺(tái)分裂高廠變，每臺(tái)機(jī)設(shè)兩段高壓廠用段，廠用電接線簡(jiǎn)單清晰。對(duì)于1000MW級(jí)機(jī)組，一般情況下，濕冷機(jī)組廠內(nèi)高壓負(fù)荷相對(duì)較少，典型的廠用電接線方式為每臺(tái)機(jī)設(shè)置一臺(tái)分裂高廠變，每臺(tái)機(jī)設(shè)兩段高壓廠用段，兩臺(tái)機(jī)共設(shè)置一臺(tái)分裂起備變變壓器，A列外布置簡(jiǎn)單，占地面積小，但高廠變及起備變?nèi)萘枯^大，高壓開(kāi)關(guān)柜短路電流水平較高。直接空冷機(jī)組廠內(nèi)高壓負(fù)荷較多，廠用電根據(jù)短路電流計(jì)算、廠內(nèi)高壓負(fù)荷等因素，可每臺(tái)機(jī)設(shè)置兩臺(tái)分裂高廠變，每臺(tái)機(jī)設(shè)四段高壓廠用段，兩臺(tái)機(jī)共設(shè)置兩臺(tái)分裂起備變，高廠變及起備變數(shù)量較多，但能有效限制中壓開(kāi)關(guān)柜短路電流。廠用電接線方式應(yīng)根據(jù)不同機(jī)組經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定。對(duì)于300MW級(jí)以上機(jī)組，根據(jù)目前設(shè)備制造水平，主流高壓開(kāi)關(guān)柜額定短時(shí)耐受電流水平一般為40kA或50kA，如高壓開(kāi)關(guān)柜短路水平超過(guò)50kA，需要采用優(yōu)化廠用高壓系統(tǒng)接線方式、提高變壓器阻抗等措施限流。4、總結(jié)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，用電量的需求也越來(lái)越大。大中型火力發(fā)電廠是電力行業(yè)最主要的發(fā)電方式，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要保