660MW大機(jī)組廠用電結(jié)線目前在國內(nèi)仍處于探索階段，特別是對于660MW及以上大型機(jī)組是否裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)及裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的結(jié)線方式仍處于討論中。廣東沙角C電廠3×660MW機(jī)組是總承包工程，3臺機(jī)組均裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)。沙角C電廠用電結(jié)線方案選擇過程、設(shè)計原則、廠用電系統(tǒng)電壓等級及切換和開關(guān)設(shè)備選型可作為我國600MW大機(jī)組的廠用電結(jié)線借鑒。

1　方案選擇
　　沙角C電廠(簡稱沙角C廠)有3臺660MW機(jī)組，每臺機(jī)組發(fā)出的電能都是經(jīng)各自的主變壓器升壓至500kV，由500kV變電站進(jìn)入廣東省主網(wǎng)。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為19kV，主變壓器為Yo/△接線，每臺機(jī)有2臺容量各為44MVA的△/Yo接線高壓廠用工作變壓器，2臺高壓廠用工作變壓器各帶一10kV機(jī)組段。全廠設(shè)1臺容量為44MVA的高壓廠用備用變壓器及設(shè)高壓廠用公用段10kV兩段。廠用電接線如圖1所示。對于這樣一種結(jié)線，在工程談判階段業(yè)主和設(shè)計院曾就電廠的廠用電結(jié)線作了兩個方案比較。

　　方案一：全廠設(shè)高壓廠用起動/備用變壓器，而不設(shè)發(fā)電機(jī)開關(guān)；

　　方案二：每臺機(jī)裝設(shè)發(fā)電機(jī)開關(guān)，而全廠只設(shè)1臺容量較小的高壓廠用備用變壓器。

　　方案二的優(yōu)點是：

　　a)機(jī)組正常起、停不需切換廠用電，只需操作發(fā)電機(jī)開關(guān)，廠用電可靠性高。

　　b)機(jī)組在發(fā)生發(fā)電機(jī)開關(guān)以內(nèi)故障時(如發(fā)電機(jī)、汽機(jī)、鍋爐故障)，只需跳開發(fā)電機(jī)開關(guān)，廠用電源不會消失，也不需切換，提高了廠用電的可靠性，同時減輕了操作人員的工作量和緊張度。這一點在沙角C廠的調(diào)試過程中，表現(xiàn)非常突出。同時對于國內(nèi)大型機(jī)組采用一機(jī)只配一主操作員和一副操作員的值班方式非常有益。

　　c)對保護(hù)主變壓器、高壓廠用工作變壓器有利。對于主變壓器、高壓廠用工作變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時，由于發(fā)電機(jī)勵磁電流衰減需要一定時間，在發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)動作切除主變壓器高壓側(cè)斷路器后，發(fā)電機(jī)在勵磁電流衰減階段仍向故障點供電，而裝設(shè)發(fā)電機(jī)開關(guān)后由于能快速切開發(fā)電機(jī)開關(guān)，而使主變壓器受到更好的保護(hù)，這一點對于大型機(jī)組非常有利。

　　d)發(fā)電機(jī)開關(guān)以內(nèi)故障只需跳開發(fā)電機(jī)開關(guān)，不需跳主變壓器高壓側(cè)500kV開關(guān)，對系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響較小，對電網(wǎng)有利。

　　方案一無上述優(yōu)點。

　　對于方案二，當(dāng)時我們主要擔(dān)心發(fā)電機(jī)開關(guān)價格昂貴，增加工程投資，以及發(fā)電機(jī)開關(guān)質(zhì)量不可靠，增加故障機(jī)會。對于工程投資的比較是如果不裝設(shè)發(fā)電機(jī)開關(guān)，按目前國內(nèi)大型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)程要求的2臺600MW機(jī)組需配2臺高壓廠用起動／備用變壓器的原則，沙角C廠則要配4臺較大容量起動／備用變壓器，且由于條件所限，起動／備用變壓器的電源只能從沙角A廠220kV系統(tǒng)引接。因而，方案一需增加220kVGIS間隔4個，220kV電纜4根，220kV級的較大容量起動／備用變壓器4臺；方案二需增加33kV電纜1根，33kV級的較小備用變壓器1臺，發(fā)電機(jī)開關(guān)3臺。方案一的投資可能超過方案二。對發(fā)電機(jī)開關(guān)質(zhì)量問題，經(jīng)調(diào)查了解，當(dāng)時GEC-ALSTHOM公司法國里昂開關(guān)廠生產(chǎn)的空氣斷路器，額定電流33.7kA，額定開斷電流180kA，這種斷路器已供應(yīng)美國、法國許多大型核電站使用，運(yùn)行良好。

　　因此，我們最終選擇了方案二，并選用了GEC-ALSTHOM公司的PKG2C空氣斷路器。目前這種斷路器經(jīng)在沙角C廠多年的運(yùn)行，上百次的動作，證明其性能良好。

　　沙角C廠發(fā)電機(jī)開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)：

型號
滅弧介質(zhì)
額定電流
額定電壓
額定頻率
額定對稱開斷電流
額定不對稱開斷電流
額定短路關(guān)合電流
額定短時承受電流
對地工頻耐壓
雷電沖擊耐壓峰值
額定開斷時間
額定負(fù)載下操作順序
正常操作壓力
最低操作壓力?PKG2C
壓縮空氣
33.7kA
21kV
50Hz
180kA
340kA
509kA
275kA
70kV/min
170kV
0.1s
CO—30min—CO
3.34MPa
3.00MPa?

2　設(shè)計原則

2.1　高壓廠用工作變壓器的容量設(shè)計

　　GEC-ALSTHOM公司對高壓廠用工作變壓器容量的設(shè)計原則為：

　　a)帶單機(jī)負(fù)荷的一半，加1臺電動給水泵再加公用廠用負(fù)荷的一半；

　　b)提供單機(jī)輔助負(fù)荷一半，再加2臺電動給水泵。

2.2　備用變壓器容量設(shè)計

　　備用變壓器的容量選擇同高壓廠用工作變壓器容量。

2.3　10kV廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式的設(shè)計

　　由于受備用變壓器容量所限，備用變壓器在同一時間內(nèi)只能帶1段10kV公用段及1段10kV機(jī)組段，因此要求在正常情況下公用段盡量由某2臺正常運(yùn)行機(jī)組的高壓廠用工作變壓器各帶1段。同時為防止不同機(jī)組的10kV段通過公用段并列，在各機(jī)組機(jī)組段至公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)上有電氣閉鎖。

2.4　10kV廠用電源事故切換

　　10kV廠用電源事故切換采用自動慢切換，當(dāng)正在向1段10kV公用段供電的10kV機(jī)組段由電壓繼電器判斷為失壓，且保護(hù)是反應(yīng)非10kV母線段上故障時，在確認(rèn)10kV機(jī)組段進(jìn)線開關(guān)已跳開后，將會起動自動慢切換，經(jīng)5s延時，將備用變壓器低壓側(cè)10kV開關(guān)合上，從而恢復(fù)該機(jī)組段和原由它供電的公用段的供電。當(dāng)保護(hù)是反應(yīng)10kV母線段上故障時，則不起動自動慢切換。自動慢切換是采用傳統(tǒng)的中間繼電器和時間繼電器通過硬接線來實現(xiàn)的。雖然備用變壓器下接10kV公用段A和10kV公用段B，但由于備用變壓器容量有限，在同一時間內(nèi)備用變壓器只能帶1段公用段，從備用變壓器來的10kV公用段A進(jìn)線開關(guān)和10kV公用段B進(jìn)線開關(guān)之間有電氣閉鎖，防止2個開關(guān)同時合上。同樣，雖然各機(jī)組的10kV機(jī)組段各段與相應(yīng)的10kV公用段各段都有聯(lián)絡(luò)斷路器連接，但為防止正常情況下不同機(jī)組的10kV機(jī)組段通過10kV公用段并列，相互之間設(shè)有閉鎖，防止同一時間2臺機(jī)的10kV機(jī)組段向同一10kV公用段供電。正常情況下，廠用電源的手動切換及由備用變壓器供電轉(zhuǎn)為正常供電時廠用電的短時并列供電，要通過手動經(jīng)同期裝置進(jìn)行，并經(jīng)200ms延時自動跳開另一開關(guān)。

　　由上可知，由于備用變壓器受容量及上述運(yùn)行方式的限制，在事故情況下只能向1段公用段及當(dāng)時向該公用段供電的機(jī)組段供電，因而事故情況下后備電源只能保證機(jī)組50%的負(fù)荷。而且，如果當(dāng)時該機(jī)組段未帶1段公用段，則后備電源將不能向機(jī)組提供廠用電源。如果該機(jī)組又失去全部廠用電，則需要靠柴油機(jī)組來保障機(jī)組的安全。因此，該種接線對柴油機(jī)組要求較高，而目前沙角C廠使用的柴油機(jī)組質(zhì)量較好，經(jīng)受了很多次起動的考驗。

　　由上可見，備用變壓器主要是作為全廠的1個由系統(tǒng)來供電的用于機(jī)組停機(jī)或停機(jī)后的安全電源，且對其中的1臺機(jī)組起不到提供后備電源的作用。

3　廠用電系統(tǒng)電壓等級及切換

3.1　廠用電系統(tǒng)電壓等級

　　目前沙角C廠廠用電有3個電壓等級：10kV電壓，3kV電壓，380V電壓。其中10kV系統(tǒng)、3kV系統(tǒng)為中阻接地，380V系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)。380V的照明用電和其他需要中性點接地的380V／220V系統(tǒng)，采用△／Yo的變壓器來產(chǎn)生。

3.2　各級電壓的切換

　　10kV系統(tǒng)如前所述有電源自動慢速切換。3kV系統(tǒng)機(jī)組2段之間、3kV系統(tǒng)公用2段之間有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間不帶同期和自動切換。當(dāng)需要切換電源時只能通過手動切換。

　　380V系統(tǒng)機(jī)組鍋爐、汽機(jī)、除塵各有2段，公用段也有2段，2段之間有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間不帶同期和自動切換。當(dāng)需要切換電源時只能通過手動切換。

4　開關(guān)設(shè)備型式

　　10kV系統(tǒng)開關(guān)全部采用真空開關(guān)，型號HWX。

　　3kV系統(tǒng)的進(jìn)線開關(guān)采用真空開關(guān)，饋線采用F-C回路，型號HMC1172。

　　380V系統(tǒng)的進(jìn)線開關(guān)采用空氣開關(guān)，接觸器、熔斷器。

5　結(jié)束語

　　沙角C廠廠用電結(jié)線采用裝設(shè)發(fā)電機(jī)開關(guān)的接線型式，機(jī)組正常啟停不需要切換廠用電，在遇到發(fā)電機(jī)開關(guān)以內(nèi)的故障如發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、鍋爐故障時，只須跳開發(fā)電機(jī)開關(guān)，不需要切換廠用電，廠用電擾動小，可靠性提高，減輕運(yùn)行人員的工作量，特別是故障情況下的工作量，給運(yùn)行人員帶來極大便利，受到電廠運(yùn)行人員歡迎。尤其是機(jī)組在調(diào)試過程中，大部分的機(jī)組跳機(jī)都是來自鍋爐和汽機(jī)，這一點在沙角C廠表現(xiàn)非常突出。沙角C廠調(diào)試過程中上百次的跳機(jī)絕大部分都是鍋爐和汽廠調(diào)試過程中上百次的跳機(jī)絕大部分都是鍋爐和汽機(jī)引起的。沙角C廠由于后備電源作用較組的正確起動要求較高，應(yīng)選用高可靠起動的柴油機(jī)。目前，沙角C廠廠用電結(jié)線的缺點是由于只有1臺備用變壓器且自動投入只對帶公用段的機(jī)組，而使第3臺機(jī)的10kV段不能得到后備電源，降低了該臺機(jī)廠用電的可靠性。在裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)下采用2臺機(jī)組和1臺后備變壓器，該臺備用變壓器容量大于或等于1臺高壓廠用變壓器的容量，或改善備用電源自動切換回路或設(shè)專門備用段較為合適。目前臺山電廠的評標(biāo)方案就是采用前一方案的。