钢铁厂65 MW煤气发电机组厂用电系统改造分析

简永强

摘要：针对某钢铁厂65 MW煤气发电机组原设计中厂用电系统高压一次部分存在的问题，分析厂用电运行方式，结合厂用电系统配置原则，提出了改造方案，并详细介绍了改造后的运行方式。改造方案在避免原有设计弊端和提高厂用电系统安全性和可靠性的同时，可为以后同类型的设计提供参考。

关键词：煤气发电机组；厂用电；一次接线；运行方式

中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）35-0024-03

Retrofit Analysis of Power Consumption System of 65 MW Cas Generator Set in Iron and Steed Plant

JIAN Yongqiang

（Fujian Dongguo Energy Conser Vation Technology Co.， Ltd.， Fuzhou Fujian 350003）

Abstract： In view of the problems existing in the high voltage part of the plant power supply system in the original de？ sign of a 65 MW gas generator set， the operation mode of the plant power supply and the configuration principle of the plant power supply system are proposed.The transformation scheme not only avoids the original design disadvantages and improves the safety and reliability of the factory power consumption system， but also provides a reference value for the future design of the same type.

Keywords： gas generator set；plant power consumption；primary wiring；operation mode

1概述

某钢铁厂建设1台200 t/h超高温超高压高炉煤气锅炉和1台65 MW汽轮发电机组，机组为发变线路组接线，发电机出口设6 000 A隔离开关，经90 MVA变压器接入35 kV进线柜AH23。AH23柜作为机组同期点2与发电机PT相联系，另设2个（同期点3和同期点4）与35 kV母线PT相联系，35 kV出线柜AH21经电缆后接入220 kV德胜变35 kVⅢ段母线。此外，另一出线柜AH24作为备用柜。

2原设计中厂用电系统情况

2.1厂用电系统基本情况

高压厂用电负荷设锅炉引风机、锅炉给水泵及净环泵等设备，另设2台2 000 kVA厂用干式变压器作为低压厂用设备变压器，总厂用电负荷设计为6 000 kVA。高压厂用电在机组未运行时由110 kV镍业变10 kVⅣ段，经厂用进线柜AH116接入厂用电母线供电。机组运行时由发电机组直接供电，电源点从发电机出口隔离开关二次侧10 kV母线电缆以T接方式引入，引接至发电机小室的2 000 A开断63 kA的大容量爆炸桥，以限制短路电流，再经同期点1厂用分支线柜AH117接入厂用电母线，如图1所示。

2.2厂用电系统运行方式

按设计情况分析机组与系统并网，需经过同期点2或同期点3检同期并入德胜变35 kVⅢ段母线，而高压厂用电在机组未运行时由镍业变10 kVⅣ段供电。机组与系统并网后，通过核相试验判断并网点1两侧相序相同，但存在相位差。相位计测量发现，机组侧超前厂用电母线侧30°。因此，在机组与系统并网后，机组与厂用电母线间的相位因存在30°的差异不能检同期并网，所以设计中厂用电并入机组运行应在机组与系统并网之前[1]。

机组开机时，机组升至额定电压后，通过并网点1同期与厂用电并网，此时机组与镍业变10 kV母线的电压、频率及相位角等一致。厂用电并网后，厂用电进线柜AH116分闸，此时机组处于孤网运行状态，电压、频率等随厂用电设备数量及工况的变化而变化[2]。在厂用电并入机组运行后，机组可通过同期点2或同期点3检同期并入系統，至此完成机组并入系统，厂用电由机组直接供电。

机组在停运时，解列过程为倒序操作。机组需要降低发电负荷，直至与厂用电负荷相近，此时分闸同期点2或同期点3与系统解列，机组处于孤网运行状态，电压、频率等随厂用电设备数量及工况的变化而变化。因设计中厂用电进线柜AH116不是并网点，厂用电切换至机组未运行的供电方式需要分闸厂用分支线柜AH117柜真空断路器通过硬接线联锁合闸AH116柜真空断路器。至此机组甩负荷停机，厂用电由镍业变10 kVⅣ段供电。

2.3厂用电运行方式存在的问题

①通过对厂用电运行方式进行分析可知，机组在投运和停运两个阶段中都存在孤网运行状态。机组孤网运行存在整体电源品质较差、容易造成低频或高频事故、容易造成辅机设备损坏或影响使用寿命、增加运行人员操作量和调整难度等问题。

②在机组停运时，厂用电无法通过同期操作由镍业变10 kVⅣ段进行供电，而通过联锁方式切换厂用电供电方式时，一定会出现厂用电系统短暂失电的情况，严重时可能因AH116柜不能及时合闸导致厂用电长时间失电。这对机组的安全停运影响是巨大的：锅炉重要设备跳闸，可能出现超压、炉膛燃爆等事故，严重影响锅炉安全；汽轮机各辅机跳闸也可能造成汽机叶轮变形、超速及烧瓦等事故，对汽轮机的安全和寿命影响极大[3]。

③按设计的运行方式，每次机组停运时都会甩负荷停机。甩负荷对机组安全存在极大的危害性，可能会出现超速造成汽轮机飞车，出现负胀差引起动静摩擦损坏汽轮机，形成锅炉超压运行引起安全阀起跳，甚至造成锅炉变形或爆破，同时也会增加运行人员的操作强度和难度。

3厂用电系统改造方案

厂用电配置原则中明确提出厂用电系统应安全、可靠，保证供电的连续性。厂用电系统应尽量简单、灵活，做到供电的对应性，以适应正常、事故及检修等各种情况的要求[4]。结合上述原则，在原有设计的基础上提出两种改造方案，以提高厂用电系统的可靠性。

3.1改造方案一

3.1.1概述。机组与系统侧各并网点不变，厂用电供电电源位置不变，更改接入方法以达到消除隐患的目的。具体地，由镍业变10 kVⅣ段电源经厂用进线柜AH116接入厂用电母线，更改为镍业变10 kVⅣ段电源经过转角变进行相位改变，再通过厂用进线柜AH116接入厂用电母线。新增厂用电进线柜AH116为同期点5，与厂用电母线PT相联系，如图2所示。

3.1.2方案一运行方式。①机组未运行时，厂用电仍由镍业变10 kVⅣ段供电。②机组开机时，机组通过同期点2或同期点3检同期并入德胜变35 kVⅢ段母线，机组与系统并网完成；机组通过同期点1检同期和厂用电并网，厂用进线柜AH116分闸解列，厂用电由机组直接供电。③机组停机时，同期合闸同期点5厂用进线柜AH116，厂用分支柜AH117分闸解列；机组降低负荷后分闸同期点2或同期点3，机组与系统解列完成，至此机组停机，厂用电由鎳业变10 kVⅣ段供电。

3.2改造方案二

3.2.1概述。机组与系统侧各并网点不变，厂用电电源变更至系统侧作为机组未运行时的供电电源。具体地，原由镍业变10 kVⅣ段而来接入厂用进线柜AH116的电源不做更改，作用变为厂用电的备用电源，通过硬接线联锁合闸完成备用；增加高压厂用变，35 kV侧备用出线柜AH24作为高压厂用变柜，经厂用分支线AH117引至厂用母线，高压厂用变柜AH24作为厂用电进线同期点4与发电机PT相联系，如图3所示。

3.2.2方案二运行方式。①机组未运行时，由德胜变35 kVⅢ段母线经出线开关柜AH21供电至电厂35 kV母线，再经高压厂用变柜AH24、变压器、厂用分支线柜AH117引至厂用母线供电。②机组开机时，机组通过同期点2并入35 kV母线，完成机组与系统并网，厂用电直接由机组供电。③机组停运时，机组降低负荷后分闸同期点2，机组与系统解列完成。至此，机组解列，厂用电由德胜变35 kVⅢ段母线供电。

3.3方案对比

①两种方案都避免了机组出现孤网运行的现象，消除了孤网运行带来的隐患和危险，保证了机组在正常运行时厂用电系统的安全性和可靠性[5]。

②两种方案都避免了机组停运时出现厂用电失电和甩负荷停机的情况，消除了失电和甩负荷带来的危害，避免出现更严重的事故，保证机组和各辅机的设备安全，延长了设备的使用寿命。

③与原设计相比，方案一中厂用电整体接入方式没有更改，正常运行时主变所带负荷经外送电负荷。方案二中正常运行时主变负荷在外送电负荷的基础上增加了厂用电负荷，但原设计中主变容量90 000 kVA完全满足此运行方式。

④方案二中机组开机并网、停机解列的操作简单明了，工作量相较于方案一和原设计大幅降低，减少了运行人员日常操作的失误率，同时降低了事故发生的概率。

⑤方案二相较于方案一和原设计多了一路备用电源，由原设计中110 kV镍业变10 kVⅣ段经厂用电进线柜AH116接入，在机组出现跳机、甩负荷等故障导致厂用电失电时多一层安全保障。

综上所述，两种改造方案整体改动都较小，经济投入和工作量不大，却都能解决原设计中存在的弊端，提高厂用电在机组运行时的安全性和可靠性，其中方案二更优。

4结语

在煤气发电机组的日常生产和运行中，厂用电故障会影响机组的安全、稳定运行甚至造成人身、设备伤害。因此，在厂用电系统的设计中，必须考虑设备选型、接线方式及生产时的运行方式等因素，符合现行国家、行业的有关规范、标准和规定，以确保机组安全稳定运行、降低出现故障的概率，维护人身安全和重大设备安全。

参考文献：

[1]国家能源局.火力发电厂厂用电设计技术规程：DL/T 5153—2014[S].北京：中国计划出版社，2002.

[2]《中小型热电联产工程设计手册》编写组.中小型热电联产工程设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005：12-13.

[3]马付新，王雪峰.发电厂厂用电系统改造及其经济效益探讨[J].安徽电力，2011（4）：22-24.

[4]刘金.实例讨论火力发电厂厂用电全失处理方式[J].科技视界，2017（3）：285.

[5]赵亮.汽轮机甩负荷事故的剖析[J].黑龙江科技信息，2008（23）：9.