9E燃机电厂保安电源优化改造

0引言

某电厂电气主接线为单元制接线,两套调峰9E联合循环燃气—汽轮机组分别通过四台升压变压器经220 kV双母线汇流后再将电能送入电网。其中#1联合循环机组包括#1燃气轮机和#1汽轮机,#2联合循环机组包括#2燃气轮机和#2汽轮机,#1燃气轮发电机与#2燃气轮发电机提供本单元的6 kV及380 V厂用电系统电源,一台启动变作为启停机过程、检修时的备用电源,另外从10 kV市电系统引入一路电源经降压后用于380 V厂用电系统在全厂停电时的保安电源。厂用电系统图如图1所示。

1保安电源改造背景

该电厂#2联合循环机组在一次启动过程中,因#2燃气轮机主变2503开关C相发生短路放电故障触发220 kV母线差动保护动作,导致220 kV母线失电、厂用电中断。虽然380 V厂用电系统设有保安电源,但保安电源不具备在全厂停电时快速投入功能,出现全厂停电时需要运行人员在现场进行电源切换操作,最终厂用电中断近15 min。同样地,当380 V厂用电系统需要恢复正常供电时,要先停运保安电源,厂用电会再次中断近15 min。厂用电中断期间会造成燃气轮机/汽轮机的油系统及盘车停运,部分重要的380 V电动阀无法操作。

2保安电源存在的问题

该电厂配置了一台SCB10—1000/10保安变,容量1 000 kVA、额定电压10±2×2.5%/0.4 kV、额定电流57.7/1 443.4 A。保安变将厂外开闭所接入的10 kV电源降压至380 V后,作为厂用电系统的备用电源。现阶段保安电源主要面临以下问题:

1)保安电源不具备在全厂停电时快速投入功能。

2)如果需要投入保安电源,需要将0号备用变差动保护退出,否则差动保护动作跳开6000开关、4001开关、4002开关将导致切换失败。如图2所示,0号备用变的差动保护CT采样包括6000开关、4001开关、4002开关电流,一次侧电流经1流向2和3两条支路,变压器差动保护范围不包括从保安电源来的4003开关,如果0号备用变差动保护没有退出,在合上4003开关后二次侧流入继电器的电流i1+i2+i3 ≠0,从而触发0号备用变差动保护动作。

3)随着机组运行时间和非生产用电负荷的增加,厂用电系统运行功率超过了保安变的额定功率,因此,在切换时需将不重要的负荷开关断开后才能进行保安电源切换操作,这在一定程度上延长了厂用电系统停电的时长。

3 三种不同改造方案比较

根据目前保安电源存在的问题,在改造初期提出了三种不同的方案。

方案一:将目前的一台保安变更换为更大容量的变压器,将保安电源改接至6kV0段母线,取消4003开关,同时增加 自动切换开关实现厂用电系统与保安电源的自动切换。该方案优点是不改变0号备用变差动保护的保护范围和定值,缺点是工程量大、改造费用高、建设面积受限等。

方案二:增加一台相同容量的变压器,保证厂用电系统运行功率不超过保安变的额定功率。该方案缺点是工程量大、改造费用高、建设面积受限,且仍然无法实现厂用电系统与保安电源的自动切换。

方案三:不改变现有保安电源的接线方式,根据负荷的重要程度选择性地实现重要负荷自动切换,其他负荷视保安变运行情况选择是否切换。该方案优点是改造工程量小、费用低、施工周期短,不改变0号备用变差动保护的保护范围和定值,缺点是需要严格控制保安变不超流。

从表1可知,厂用电全停后380 V厂用电系统总功率是1 243 kw,超过目前保安变的额定有功功率,如果选择方案三,则需要将总功率控制在800 kw以内。根据设备的重要性,在全厂停电过程中可以将#1/#2燃气轮机盘车系统、#1/#2汽轮机盘车系统及#1/#2热控负荷通过自动切换开关进行电源切换,保证重要负荷的供电可靠性,其他负荷等到厂用电恢复正常供电后再行送电。

4 改造方案设计与实施

4.1 改造方案的一次接线

改造前,#1/#2燃气轮机、#1/#2汽轮机盘车系统及#1/#2机组热控负荷第一路电源均取自380V 1A/2A段,第二路电源取自380 V1B/2B段,第一路电源为工作电源,第二路电源为备用电源,通过自动切换开关ATS1~6实现两路电源的 自动切换,厂用电系统全停时380V1A/2A段、1B/2B段均失电,导致上述负荷无法正常运行。380 V厂用电改造前一次接线图如图3所示。

根据前述方案三的设计思想,利用联合循环机组停运机会,分两个阶段对全厂保安电源进行优化改造。

阶段一:改造#1联合循环机组的保安电源接线,380 V厂用电改造后一次接线图如图4所示。

1)将#1燃气轮机盘车、#1汽轮机盘车、#1机组热控负荷停电,拉开工作电源1ZK、2ZK、3ZK开关并改为冷备用,将MCC母线改为检修状态。

2)拆除#1燃气轮机盘车备用电源1ZK*开关至ATS1开关、#1汽轮机盘车备用电源2ZK*开关至ATS2开关、#1机组热控负荷备用电源3ZK*开关至ATS3开关的电缆。

3)重新敷设380 V保安电源1ZK**至ATS1开关、2ZK**至ATS2开关、3ZK**至ATS3开关的电缆。

4)对上述重新敷设的电缆进行交直流耐压试验、导通试验、局部放电试验、绝缘电阻测试等I试验合格后对电缆进行接线。

5)接线完成I核对新电缆相位及相序无误、耐压及泄漏电流试验合格后I依次合上1ZK**、2ZK**、3ZK**开关对新电缆进行三次充电I充电正常后合上1ZK、2ZK、3ZK开关I恢复工作电源开关供电。

阶段二:待阶段一改造完成后I对#2联合循环机组380 V厂用电进行改造。

4.2 改造方案的自投逻辑

上述#1联合循环机组自动切换开关ATS1/2/3与#2联合循环机组自动切换开关ATS4/5/6采用的是相同型号的切换开关I具有短路、过载、低压保护功能I可以监测主路电源和备用电源三相的断相、欠压、过压、失压故障等I主路电源开关QN分闸与备用电源开关QR合闸时间均为0.75S。当主路电源相电压UN在断相、欠压、失压持续一段时间(0~255S可调)且备用电源相电压UR正常时I采用厂用低压母线 自动断电切换方式断开QN、合上QRI以缩短母线断电时间I减少对厂用辅机运行的影响[1]I当UN恢复正常后自动切换开关恢复主路电源供电。

4.2.1改造前自投逻辑

由于改造前备用电源均取 自380 V厂用1B/2B段I不会存在超流问题I6个自动切换开关自投逻辑一致。以#1燃气轮机盘车为例I改造前的自投逻辑以“380 V厂用1A段母线电压小于0.7UN”或“#1燃气轮机盘车工作电源1ZK开关分位”且“380 V厂用1B段母线电压大于0.7UR”“#1燃气轮机盘车备用电源1ZK*开关合位”为判据I延时5 S合上ATS1备用电源开关QRI切换至380 V厂用1B段供电。当“380 V厂用1A段母线电压大于0.7UN”且“#1燃气轮机盘车工作电源1ZK开关合位”时跳开ATS1备用电源开关QRI恢复380 V厂用1A段供电。

4.2.2改造后自投逻辑

改造后需对6个自动切换开关动作判据进行优化I同样以#1燃气轮机盘车为例I优化后自投逻辑以“380 V厂用1A段母线电压小于0.7UN”或“#1燃气轮机盘车工作电源1ZK开关分位”且“380 V保安电源电压大于0.7UR”“#1燃气轮机盘车保安电源1ZK**开关合位”为判据I经过一定延时合上ATS1备用电源开关QRI切换至380 V保安电源供电。当“380 V厂用1A段母线电压大于0.7UN”且“#1燃气轮机盘车工作电源1ZK开关合位”时跳开ATS1备用电源开关QRI恢复380 V厂用1A段供电。

为了避免6个自动切换开关同时动作引起保安变超流I延时设置需采用阶梯设置的方式I即ATS1/2/3在自投逻辑满足后延时5S进行切换IATS4/5/6在自投逻辑满足后延时15 S进行切换。

5优化改造效果

改造后I同时对#1/#2联合循环机组盘车系统、热控负荷进行整体调试I保安段备用电源自投逻辑均可靠启动I成功将保安电源迅速自动投入I保安变未发生超流情况I顺利实现盘车系统、热控负荷的自启动I避免了因盘车系统停电时间长可能引起的机组主设备损坏I达到了优化改造的目的[2]。

6结论

燃气轮机电厂往往因为厂用电率较低、厂用负荷较少I为了节省建造和维护费用I配置的保安变容量难以满足电厂的后续发展需求I造成厂用电系统与保安电源系统很难实现自动切换I进一步扩大了全厂停电对主设备的损坏风险。通过改造可以在最极端的事故情况下保证重要负荷的安全正常运行I具有一定的推广价值。

[参考文献]

[1]毕宇辉.发电机组厂用保安电源供电自动切换的分析与改进[J].宝钢技术I2020(5):73-77.

[2] 李世雄I胡俊I安福旺.火电厂厂用保安电源的设计优化[J].内蒙古电力技术I2011I29(4):66-69.

《机电信息》2025年第15期第20篇