1000MW机组起/备电源引接方案研究

秦志英，姚绍红

(河南省电力勘测设计院，河南 郑州 450007)

为了保证机组在起停、正常运行和事故等工况下能对厂用机械等可靠地供电，厂用电源及其引接必须可靠，要求除设置工作电源外，还应设有备用电源。电厂起/备电源的可靠性对电厂的安全运行起着重要作用，同时起/备电源的经济性对全厂的经济运行有着较大影响。要求起/备电源可靠性高，经济性好。尤其对1000MW机组，电厂与系统联接电压较高，采用500kV电压的较多，起/备电源采用由外部电网引接专用线路供电时，受线路走廊设置、各种协议签订、备用电源基本容量费收取等影响较大。同时1000MW机组的安全运行对提高电力系统稳定性，起着重要作用，从而对备用电源的要求更高。因此，应对起/备电源的引接方案进行全面的技术经济比较，确定最佳的方案。

1 工程概况

1.1 工程建设规模

平顶山第二发电厂规划容量4×1000MW，一期工程建设规模为2×1000MW超超临界国产化燃煤发电机组，并留有扩建余地。

1.2 500kV电气主接线

根据平顶山第二发电厂的建设规模、接入系统条件，电厂一期2×1000MW机组以500kV一级电压接入系统，出线两回接入平顶山500kV变电站。远期4×1000MW机组，共3回500kV出线。经技术经济分析论证，一期工程500kV电气主接线采用一个半断路器接线，一期2回500kV出线，2回主变进线，设2个完整串。

1.3 高压厂用电接线

厂用电系统在保证可靠性的前提下，按尽量简化接线，降低造价，便于维护管理的原则设计。根据厂用电负荷容量、厂用电负荷计算、电动机起动电压校验、电压调整计算以及短路电流计算结果，经过对厂用电采用10kV一级电压、6kV一级电压和10kV～6kV二级电压进行详细的技术经济比较，采用10kV一级电压，两台机高厂变数量少，接线简单、设备布置清晰，可靠性高。采用10kV电压时，短路电流及回来工作电流较小，高压厂用系统可采用开断电流为40kA的常规开关设备。回路电流较小，使得部分大容量电机电缆截面减小，电缆总量投资相对较少，经济性好。从运行管理上，备品备件品种少，维护检修、运行管理工作量小。因此该工程高压厂用电接线方案为：高压采用10kV一级电压，每台机设一台容量为78/45～45MVA的高压厂用分裂变压器，同时设两段10kV母线。两台机组设一台容量为78/45～45MVA的起动/备用分裂变压器。主厂房不设高压公用段。

2 高压起动/备用电源引接原则及引接条件

2.1 高压起动/备用电源引接原则

《火力发电厂厂用电设计技术规定》4.5.5规定：高压厂用备用或起动/备用电源，可采用下列引接方式：

(1)当无发电机电压母线时，由高压母线中电源可靠的最低一级电压母线或由联络变压器的第三(低压)绕组引接，并应保证在全厂停电的情况下，能从外部电力系统取得足够的电源。

(2)当有发电机电压母线时，由该母线引接1个备用电源。

(3)当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路供给。

2.2 高压起动/备用电源引接条件

该工程为新建电厂，发电机升高电压为500kV一级，厂内无其它较低一级发电机升高电压。因此，厂用高压起动/备用变压器电源有如下引接方式：

(1)由厂内500kV母线引接；

(2)由发电机出口引接；

(3)由外部电网220 kV系统引接；

以上几种厂用高压起/备电源的引接方式的差异较大，主要表现在初投资不同、年运行费用不同，生产管理及可靠性也存在差异。

3 高压起动/备用电源从220kV系统引接的技术及经济分析

3.1 技术分析

该工程高压起动/备用电源可从距本厂15km的220kV鲁山变电站220kV母线引接。鲁山220kV变电站规划两台主变压器，一期设有1台150MVA主变压器，220kV采用双母线接线，有两回220kV线路与系统联系，电源可靠性高，该变电站于2007年9月投运。高压起动/备用电源单线路引自鲁山变220kV母线。该电源可靠性较高，可满足运行要求。

但15km的220kV线路经过人口稠密的村庄，线路走廊设置较为困难，且线路维护工作量较大。

3.2 经济分析

(1)初投资

高压起动/备用电源从外部电网220kV系统引接投资见表1。

表1 220kV电源投资

由220kV引接电源初投资共计约为1656万元。

(2)电价投资(运行费)

由于厂网分家，由地区电网引接的电厂起动/备用电源将按大工业用户需收取基本电费和电度电费。按河南省发改委文件及河南电网收费情况(豫发改价管(2005)499号)，大工业用户的电价包含基本电价和电度电价两部分，其中基本电价标准为20元/kVA.月(河南地区)。本工程高压起动/备用变压器若从外部电网系统引接，则需按大工业用户缴纳基本电价费，同时按使用情况缴纳电度电费。因此，不装设发电机出口断路器，78/45～45MVA高压起动/备用变压器，其每年基本电价为1872万元。装设发电机出口断路器，备用停机变容量按工作变的容量60%～100%设置，即选用50/31.5～31.5MVA高压备用停机变压器，其每年基本电价为1200万元。

通过以上分析，对于高压起动/备用电源从外部电网220kV系统引接方式，技术可行，但初投资较高，尤其是每年要缴纳的基本电价太高，还有每年的线路运行维护费，经济性明显很差。故本工程不考虑采用此引接方式。

4 高压起动/备用变压器电源引接方案

拟定两个高压起动/备用变压器电源引接方案：

方案一：见图1 起/备变电源从厂内500kV母线引接。

一期高压起动/备用变压器设置一台容量为78/45～45MVA的有载调压分裂变压器，电源从厂内500kV母线引接。

方案二：见图2 备用变电源从发电机出口引接。

图2 方案二：备用变电源从发电机出口引接

由于备用电源由主变倒送电，因此必须装设GCB，备用变容量按工作变的容量60%～100%取，即本期高压备用变压器每台机组设置一台容量为50/31.5～31.5MVA的有载调压分裂变压器，作为另一台机组的高压厂用备用电源。其电源由发电机出口断路器外侧引接。

5 高压起动/备用电源引接方案技术分析及经济比较

根据上述接线方案，对厂用高压起动/备用变压器电源引接方案进行技术分析及经济比较：

5.1 技术分析

方案一高压起动/备用电源从厂内500kV配电装置引接，与系统联系密切，有较高的可靠性，且有利于厂用备用电源切换，运行维护方便，技术优势明显。

本工程500kV母线采用一个半断路器接线，方案一起动/备用电源从厂内500kV母线引接，可分为“进串”方式和“不进串”方式。

根据本厂情况，500kV采用一个半断路器接线，两回进线及两回出线已组成两个完整串，若采用“进串”方式，则需设一个不完整串，装设两台断路器。该接线方式可靠性较高，但投资费用也高。“不进串”方式即高压起动/备用变压器通过一台断路器接在一组500kV母线上，该接线方式运行操作灵活、方便。

根据2007年5月11日国家电力监管委员会和中国电力企业联合会联合举办的2007年电力可靠性指标发布会公布的2005年、2006年度电力可靠性指标，500kV母线及500kV断路器可靠性指标见表2。

表2 可靠性指标及分析结果

由可靠性指标及分析结果可知，高压起动/备用电源从一组500kV母线上引接，可靠性可以满足要求。

根据《火力发电厂厂用电设计技术规定》4.5.3 3 ：“容量为600MW的机组，当发电机出口不装设断路器或负荷开关时，每两台机组应设一台或两台高压起动/备用变压器。”该工程两台机组设一台高压起动/备用变压器。该工程采用500kV一级电压，高压起动/备用电源从500kV母线上引接，避免了容量电费。起动/备用变压器采用500kV/10kV(6kV)一级降压方式，已在多个600MW～1000MW机组工程中有成功的案例。

方案二备用电源由发电机出口引接方案。

根据《火力发电厂厂用电设计技术规定》4.5.3 3 ：“容量为600MW的机组，当发电机出口装有断路器和负荷开关时，4台及以下机组可设置1台高压厂用起动/备用变压器，其容量可为1台高压厂用变压器的60%～100%。”为避免缴纳容量电费，拟采用装设发电机出口断路器(GCB)方案，每台机设置1台备用变，其电源分别由500kV通过2台机组的主变倒送取得，两台机组交叉提供备用电源。其缺点是主变故障或检修时，另一台机组将失去备用停机电源。因此，此方案的备用电源可靠性相对较低。且高压备用停机变压器低压侧共箱母线的连接相对方案一复杂，有4条共箱封闭母线相连，交叉布置于主厂房A列外，布置比较困难。

5.2 经济比较

方案一、方案二主要电气设备投资经济比较见表3。

表3 经济比较

从经济比较来看，方案二备用电源由发电机出口引接方案，本期投资比方案一不进串方案多投资设备费1701.5万元，方案一进串比不进串多投资设备费337.1万元。

6 大变比起动/备用变压器的应用

6.1 大变比变压器的优势

目前，大容量机组的发电厂以500kV一级电压接入系统、厂内设500kV升压站的工程，采用大变比起动/备用变压器的较多，这主要基于：

(1)大变比有载调压分裂变压器较之以前的两级降压变压器(即500kV降为110kV，110kV再降为10或6kV)相比，具有设备少、可靠性高等优点。根据可靠性计算原理，对于串联回路，由于串联结构的故障率λS大于任一串联元件的λi，那么串联系统的寿命也取决于串联元件中最弱的元件，并且比最弱的元件寿命还短。从延长系统寿命讲，应尽可能选择故障率λi小的元件组成串联系统，并且元件数目越少，寿命越长，即系统越简化，可靠性越高。

(2)设备厂家已经具备了生产大变比有载调压分裂变压器的能力并逐步积累了经验。目前我国大型变压器制造厂商均已生产供货并顺利投运多台大变比分裂变压器，且运行状况良好。

(3)采用单台变压器从布置上节省占地，符合国家节约土地资源的政策。

(4)变压器设备的选型优化，减少了变压器损耗，达到了节能的目的，同时还减少了运行维护工作量。

6.2 大变比变压器的结构要求

变压器采用轴向分裂式。由于分裂绕组变压器在正常工作和低压侧短路时电抗值不相同，低压分裂绕组正常运行时的电抗值，只相当两分裂绕组短路电抗的1/4，当变压器低压侧发生短路时，电抗值大大增加，从而起到限制短路电流的作用。同时，轴向分裂的变压器对称性好，整体结构合理，2个低压分裂绕组电气参数相同，则其半穿越电抗值相等。

变压器铁心采用高质量、低损耗的晶粒取向冷轧硅钢片，用先进方法迭装和紧固，使变压器铁心不致因运输和运行的振动而松动。

变压器全部绕组用铜导线，绕组应有良好的冲击电压波分布。绕组适度加固，引线应充分紧固，器身形成坚固的整体，使其具有足够耐受短路的强度，保证在运输时和在运行中不发生相对位移。绕组内部应有较均匀的油流分布，油路通畅，避免绕组局部过热。

为满足厂用电源与起动/备用电源短时并列的要求，需选择变压器为全Y接线变压器时，需加一辅助绕组，以减少附加损耗和局部过热。

7 结论

厂用备用电源主要用于事故情况失去工作电源时，起后备作用，因此要求备用电源具有供电独立、足够的供电容量且与电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能从系统获得厂用电源。起动电源对供电的可靠性要求更高。这对保证1000MW大容量机组快速起动，提高电力系统稳定性，起着重要作用。采用大变比起动/备用变压器从技术上、经济上具有明显优势，保证了起动/备用电源由厂内500kV母线引接、并采用一级电压降压的方案在大容量机组发电厂中的应用，从而保证了从高压系统取得可靠的起动/备用电源。

根据上述技术经济比较分析，方案一起动/备用电源由厂内500kV母线引接，与系统联系密切，有较高的可靠性，且有利于厂用备用电源切换，运行维护方便，技术优势明显。方案二备用电源由发电机出口引接，其可靠性低于方案一，当一台机的主变故障或检修，另一台机组将失去厂用备用停机电源。且方案二投资高出方案一不进串方案1701.5万元。

综上所述，由厂内500kV引接起/备电源可靠性高，初投资最低，运行费用较低，因此，采用设置一台大变比有载调压分裂变压器，由厂内500kV一组母线引接高压起/备电源方案。

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