鋼鐵廠65 MW煤氣發電機組廠用電系統改造分析

簡永強

摘要：針對某鋼鐵廠65 MW煤氣發電機組原設計中廠用電系統高壓一次部分存在的問題，分析廠用電運行方式，結合廠用電系統配置原則，提出了改造方案，并詳細介紹了改造后的運行方式。改造方案在避免原有設計弊端和提高廠用電系統安全性和可靠性的同時，可為以后同類型的設計提供參考。

關鍵詞：煤氣發電機組；廠用電；一次接線；運行方式

中圖分類號：TM621文獻標識碼：A文章編號：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

某鋼鐵廠建設1臺200 t/h超高溫超高壓高爐煤氣鍋爐和1臺65 MW汽輪發電機組，機組為發變線路組接線，發電機出口設6 000 A隔離開關，經90 MVA變壓器接入35 kV進線柜AH23。AH23柜作為機組同期點2與發電機PT相聯系，另設2個（同期點3和同期點4）與35 kV母線PT相聯系，35 kV出線柜AH21經電纜后接入220 kV德勝變35 kVⅢ段母線。此外，另一出線柜AH24作為備用柜。

2原設計中廠用電系統情況

2.1廠用電系統基本情況

高壓廠用電負荷設鍋爐引風機、鍋爐給水泵及凈環泵等設備，另設2臺2 000 kVA廠用干式變壓器作為低壓廠用設備變壓器，總廠用電負荷設計為6 000 kVA。高壓廠用電在機組未運行時由110 kV鎳業變10 kVⅣ段，經廠用進線柜AH116接入廠用電母線供電。機組運行時由發電機組直接供電，電源點從發電機出口隔離開關二次側10 kV母線電纜以T接方式引入，引接至發電機小室的2 000 A開斷63 kA的大容量爆炸橋，以限制短路電流，再經同期點1廠用分支線柜AH117接入廠用電母線，如圖1所示。

2.2廠用電系統運行方式

按設計情況分析機組與系統并網，需經過同期點2或同期點3檢同期并入德勝變35 kVⅢ段母線，而高壓廠用電在機組未運行時由鎳業變10 kVⅣ段供電。機組與系統并網后，通過核相試驗判斷并網點1兩側相序相同，但存在相位差。相位計測量發現，機組側超前廠用電母線側30°。因此，在機組與系統并網后，機組與廠用電母線間的相位因存在30°的差異不能檢同期并網，所以設計中廠用電并入機組運行應在機組與系統并網之前[1]。

機組開機時，機組升至額定電壓后，通過并網點1同期與廠用電并網，此時機組與鎳業變10 kV母線的電壓、頻率及相位角等一致。廠用電并網后，廠用電進線柜AH116分閘，此時機組處于孤網運行狀態，電壓、頻率等隨廠用電設備數量及工況的變化而變化[2]。在廠用電并入機組運行后，機組可通過同期點2或同期點3檢同期并入系統，至此完成機組并入系統，廠用電由機組直接供電。

機組在停運時，解列過程為倒序操作。機組需要降低發電負荷，直至與廠用電負荷相近，此時分閘同期點2或同期點3與系統解列，機組處于孤網運行狀態，電壓、頻率等隨廠用電設備數量及工況的變化而變化。因設計中廠用電進線柜AH116不是并網點，廠用電切換至機組未運行的供電方式需要分閘廠用分支線柜AH117柜真空斷路器通過硬接線聯鎖合閘AH116柜真空斷路器。至此機組甩負荷停機，廠用電由鎳業變10 kVⅣ段供電。

2.3廠用電運行方式存在的問題

①通過對廠用電運行方式進行分析可知，機組在投運和停運兩個階段中都存在孤網運行狀態。機組孤網運行存在整體電源品質較差、容易造成低頻或高頻事故、容易造成輔機設備損壞或影響使用壽命、增加運行人員操作量和調整難度等問題。

②在機組停運時，廠用電無法通過同期操作由鎳業變10 kVⅣ段進行供電，而通過聯鎖方式切換廠用電供電方式時，一定會出現廠用電系統短暫失電的情況，嚴重時可能因AH116柜不能及時合閘導致廠用電長時間失電。這對機組的安全停運影響是巨大的：鍋爐重要設備跳閘，可能出現超壓、爐膛燃爆等事故，嚴重影響鍋爐安全；汽輪機各輔機跳閘也可能造成汽機葉輪變形、超速及燒瓦等事故，對汽輪機的安全和壽命影響極大[3]。

③按設計的運行方式，每次機組停運時都會甩負荷停機。甩負荷對機組安全存在極大的危害性，可能會出現超速造成汽輪機飛車，出現負脹差引起動靜摩擦損壞汽輪機，形成鍋爐超壓運行引起安全閥起跳，甚至造成鍋爐變形或爆破，同時也會增加運行人員的操作強度和難度。

3廠用電系統改造方案

廠用電配置原則中明確提出廠用電系統應安全、可靠，保證供電的連續性。廠用電系統應盡量簡單、靈活，做到供電的對應性，以適應正常、事故及檢修等各種情況的要求[4]。結合上述原則，在原有設計的基礎上提出兩種改造方案，以提高廠用電系統的可靠性。

3.1改造方案一

3.1.1概述。機組與系統側各并網點不變，廠用電供電電源位置不變，更改接入方法以達到消除隱患的目的。具體地，由鎳業變10 kVⅣ段電源經廠用進線柜AH116接入廠用電母線，更改為鎳業變10 kVⅣ段電源經過轉角變進行相位改變，再通過廠用進線柜AH116接入廠用電母線。新增廠用電進線柜AH116為同期點5，與廠用電母線PT相聯系，如圖2所示。

3.1.2方案一運行方式。①機組未運行時，廠用電仍由鎳業變10 kVⅣ段供電。②機組開機時，機組通過同期點2或同期點3檢同期并入德勝變35 kVⅢ段母線，機組與系統并網完成；機組通過同期點1檢同期和廠用電并網，廠用進線柜AH116分閘解列，廠用電由機組直接供電。③機組停機時，同期合閘同期點5廠用進線柜AH116，廠用分支柜AH117分閘解列；機組降低負荷后分閘同期點2或同期點3，機組與系統解列完成，至此機組停機，廠用電由鎳業變10 kVⅣ段供電。

3.2改造方案二

3.2.1概述。機組與系統側各并網點不變，廠用電電源變更至系統側作為機組未運行時的供電電源。具體地，原由鎳業變10 kVⅣ段而來接入廠用進線柜AH116的電源不做更改，作用變為廠用電的備用電源，通過硬接線聯鎖合閘完成備用；增加高壓廠用變，35 kV側備用出線柜AH24作為高壓廠用變柜，經廠用分支線AH117引至廠用母線，高壓廠用變柜AH24作為廠用電進線同期點4與發電機PT相聯系，如圖3所示。

3.2.2方案二運行方式。①機組未運行時，由德勝變35 kVⅢ段母線經出線開關柜AH21供電至電廠35 kV母線，再經高壓廠用變柜AH24、變壓器、廠用分支線柜AH117引至廠用母線供電。②機組開機時，機組通過同期點2并入35 kV母線，完成機組與系統并網，廠用電直接由機組供電。③機組停運時，機組降低負荷后分閘同期點2，機組與系統解列完成。至此，機組解列，廠用電由德勝變35 kVⅢ段母線供電。

3.3方案對比

①兩種方案都避免了機組出現孤網運行的現象，消除了孤網運行帶來的隱患和危險，保證了機組在正常運行時廠用電系統的安全性和可靠性[5]。

②兩種方案都避免了機組停運時出現廠用電失電和甩負荷停機的情況，消除了失電和甩負荷帶來的危害，避免出現更嚴重的事故，保證機組和各輔機的設備安全，延長了設備的使用壽命。

③與原設計相比，方案一中廠用電整體接入方式沒有更改，正常運行時主變所帶負荷經外送電負荷。方案二中正常運行時主變負荷在外送電負荷的基礎上增加了廠用電負荷，但原設計中主變容量90 000 kVA完全滿足此運行方式。

④方案二中機組開機并網、停機解列的操作簡單明了，工作量相較于方案一和原設計大幅降低，減少了運行人員日常操作的失誤率，同時降低了事故發生的概率。

⑤方案二相較于方案一和原設計多了一路備用電源，由原設計中110 kV鎳業變10 kVⅣ段經廠用電進線柜AH116接入，在機組出現跳機、甩負荷等故障導致廠用電失電時多一層安全保障。

綜上所述，兩種改造方案整體改動都較小，經濟投入和工作量不大，卻都能解決原設計中存在的弊端，提高廠用電在機組運行時的安全性和可靠性，其中方案二更優。

4結語

在煤氣發電機組的日常生產和運行中，廠用電故障會影響機組的安全、穩定運行甚至造成人身、設備傷害。因此，在廠用電系統的設計中，必須考慮設備選型、接線方式及生產時的運行方式等因素，符合現行國家、行業的有關規范、標準和規定，以確保機組安全穩定運行、降低出現故障的概率，維護人身安全和重大設備安全。

參考文獻：

[1]國家能源局.火力發電廠廠用電設計技術規程：DL/T 5153—2014[S].北京：中國計劃出版社，2002.

[2]《中小型熱電聯產工程設計手冊》編寫組.中小型熱電聯產工程設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005：12-13.

[3]馬付新，王雪峰.發電廠廠用電系統改造及其經濟效益探討[J].安徽電力，2011（4）：22-24.

[4]劉金.實例討論火力發電廠廠用電全失處理方式[J].科技視界，2017（3）：285.

[5]趙亮.汽輪機甩負荷事故的剖析[J].黑龍江科技信息，2008（23）：9.