F级燃气轮机联合循环机组厂用电接线优化探讨

深圳能源集团股份有限公司国际能源大厦建设管理分公司 张晓平

1 厂用电接线方式选择

1.1 传统的高厂变高备变方式

国内F型燃气蒸汽联合循环机组主要采用的是单轴布置，升高电压一般为220kV，由于启停频繁，目前投运的电厂每台机组均设置有发电机出口断路器GCB，其高压厂用备用变压器的设置可满足《燃气—蒸汽联合循环电厂设计规定》（DL/T5174-2003）中13.3.2条规定,此种接线方式可靠性高，单元性强，但投资大，国内大部分F级天然气电厂均采用这种方式（图1）。

图1 F型燃气蒸汽联合循环机组

1.2 少设高厂变方式

为达到更好的经济性，可以将每3台联合循环机组作为1个厂用电的供电单元，从其中1台机组的发电机出口开关引接厂用分支，并设置发电机出口开关，为防止厂变低压侧短路电流的大幅提升，高厂变使用低压侧2分裂的变压器，或者3绕组变压器，在高厂变的每个低压绕组上T接两路分支，分别为1#机高压厂用工作段、2#机高压厂用工作段、3#机高压厂用工作段及全厂高压公用段供电，每台机只设1个高压厂用工作段，这样高压厂用工作变压器的容量需要提高到50～60MVA，同时从厂内的高压系统取备用电源，并设置高压厂用备用段，其余两台机组不再设置GCB及厂用分支，这样每3套联合循环机组可以省去2台GCB及2台高厂变，而且对于日起停机组，夜间停运时可以免去2台主变的空载损耗费用，但高厂变及高备变的容量会相应增大。

1.3 不设高厂变方式

借鉴E型燃机联合循环项目及国外项目的设计经验[1]，可以将每3套机组分成1组，每组作为1个组合单元，每1个组合单元设置1台三绕组的引自厂内高压配电装置（220kV）的高压厂用工作变压器，每1个组合单元设置2段高压厂用母线，三绕组变压器的选用使得高厂变低压侧短路容量不会大幅增加，现有的国产设备即可满足要求，每2个组合单元设置1台三绕组的引自厂内高压配电装置（220kV）的高压厂用备用变压器，作为厂用电系统的备用电源，并可根据需要带公用负荷。一般新建项目一期工程只有1个组合单元，将来扩建可省去其高备变及相应间隔。

此方案取消了所有的发电机出口开关及发电机出口的厂用分支，机组启停时避免了厂用电的切换，而且在夜间全厂停机时能节省3台主变和2台厂变的空载运行费用，大大节省了投资和运行费用，但由于采用的220kV电压等级的大容量高厂变及高备变造价很高，具体的经济性还需要进行详细的技术经济比较，至于其单元性不强的问题，如果机组在电网故障时不能做到甩负荷带厂用电运行，则单元性的意义不大，毕竟厂用电系统的可靠性、经济性和灵活性才是主要的。

此方案的应用还受到厂网分开的制约，需考虑电量计费点的位置，如果计费点设在厂内，高厂变和高备变按大工业用户电价计费（包括基本电费和电度电费），则此方案对电厂的经济效益将会大打折扣；如果计费点设在电厂出线侧或者变电站内，并延续目前广东深圳目前的计费方式，则采用此方案的优越性将是非常明显的（图2）。

图2 不设高厂变方式

1.4 不设高备变方式

全厂不设高压厂用备用变压器，3台机组的3台高压厂用工作变压器互为备用，为避免关系过于复杂，可以采取相邻备用的方式，也即循环备用的方式，即1#高厂变作为2#高厂变的备用，2#高厂变作为3#高厂变的备用，3#高厂变再作为1#高厂变的备用，这样首尾相接，互不遗漏，又使接线相对简化，有特殊需要的话可以人工干预备用逻辑，使得运行更加灵活。比照第一个方案，虽然每台高厂变的容量会有所增加，但容量的增加导致变压器价格的提高并不明显，而且省掉了1个220kV间隔的高压设备和1台相同电压等级的高压备用变压器，更重要的是，此方案可以完全规避国内电网公司对高备变按大工业用户电价计费的政策，这种厂用电接线方式在部分机组停机检修的情况下能节省数量相当可观的厂用电费用。本方案是全新的方案，在国内还没有相关运行经验，但其创新性及优越性也是明显的，希望在以后的新项目中能尝试采用（图3）。

图3 不设高备变方式

2 发电机启动电源的设置及接线

F级机组的启动需要静态变频启动装置SFC，全厂SFC设置的台数需根据机组总数、运行方式及SFC可靠性指标来确定。由于SFC价格昂贵、运行时间短暂，为每台机组单独配置SFC将是非常不经济的做法，根据已有的运行经验，并考虑到静态变频器SFC的可靠性已很高，故障率低且采用模块化设计，即使故障修复时间也很短，原则上10台以下的机组使用2套SFC已经足够，如果机组运行方式为日起停制，需要同时起机的机组可能较多，可酌情增加SFC的数量。新建项目一期3台F级机组设置2套SFC已经足够，远景6台机组视实际情况可增加1台SFC或不增加。以下提出一种接线方案，以6台F级机组使用2套SFC为基础，并使用最灵活的方式，当然也比较费电缆，而且逻辑比较复杂，虚线部分为一期工程没有、二期需要增加的设备（图4）。

图4 发电机启动电源的设置及接线

3 低压电气包的设置

F级单轴机组为快装模块式装置，一般燃机制造厂会成套提供低压电气包，内置各种配套380V开关和控制保护设备[2]，包括燃机、汽机、发电机本身小于75kW的电动机均由其供电和控制。为了运行维护方便，可将原厂配套的低压电气包拆分为电气一次、电气二次、仪控自动划设备，与设计院设计的各功能区整合到一起。这种方式会使主机厂商与设计院的接口复杂化，设计院与主机厂商配合的工作量加大，对工期也有影响，但优点也是明显的：将低压电气包内各设备整合到全厂功能区块中能使场地布置简洁明了，易于各类设备统一维护管理；由于电气包集装箱内部空间狭小，对于运行维护和故障处理极为不便，而且要额外考虑照明和空调，对其进行拆分整合后，这些问题迎刃而解；将GT/ST MCC单母线上的负荷拆分到机组400V配电间后，双套辅机可以挂接在不同的400V工作段上，相比单母线的可靠性大大提高。

4 结语

本文通过对常规9F级燃气蒸汽联合循环机组厂用电接线问题几个方面的探讨，分析了各种方案的优点和不足，并提出了一些创新性的主张，能为电力行业从业者提供一定的参考和借鉴，尤其是厂用电接线方式中的不设高备变靠高厂变循环备用方案，很有研究和探讨的价值。