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[摘 要] 结合湖北大别山火电厂起动/备用电源的引接方案的技术经济比较，对厂用工作和备用电源切换角差问题进行了探讨
［关键词］ 电厂 起动/备用电源 引接 发电机出口GCB 500kV一级降压 相角差
近年来，随着我国电力事业的蓬勃发展，许多大容量及远离电网的大型坑口电厂建设项目的日益增多和长距离输电的要求，发电厂大多采用500kV一级升高电压向系统供电，为满足技术经济要求，火力发电厂的起动/备用电源由厂内500kV配电装置一级或两级降压的项目越来越多，本文根据湖北大别山电厂的工程实际，对500kV起动/备用电源的引接形式进行选择和探讨。
1 湖北大别山火电厂(2×600MW)工程基本情况介绍
湖北大别山火电厂一期工程厂址位于鄂东地区北郊麻城市西南端四化岗。是一座大型的路口火力发电厂，麻城红安及附近地区是大别山老苏区，为中国革命作出过巨大的贡献，但目前该地区生产发展水平仍然很低，用电水平不高，人均用电量仅为全省的五分之一左右，电力的不足严重制约着该地区经济和社会的发展。因此建设大别山火电厂，可解决湖北省、武汉市和大别山区供电紧张的状况，促进老区的经济发展，加快京九铁路经济带的形成和发展。
本工程一期工程建设规模为2×600MW超临界机组，规划容量为4×600MW。
电厂以500kV一级电压接人系统，出线2回，接人规划中的500kV新州开关站，线路长度60km。
2 起动/备用变电源引接方案
根据本工程厂址地理位置和所处条件，电厂起动/备用电源仅能从距电厂11km外的鄢河220kV变电站引接。由于该变电站目前为一个220kV终端站，且为单电源进线，为提高其供电可靠性，有必要对鄢河变电站进行完善改造、
针对这种情况，对起/备变电源引接方式提出如下4个方案进行分析探讨。
2.1 方案1
起动/备用电源由外部引接，通过220kV架空线路引自220kV鄢河变电站。目前该站内220kV母线尚留有1个备用间隔，土建构架业已建成，只需加装电气设备，就可实现电源的引接。见图1。
2.2 方案2
起动/备用电源由500kV系统经主变压器和高厂变倒送提供，为此在发电机出口装设发电机出口断路器(以下简称GCB)。另在厂内设一台备用变压器，其电源亦通过220kV架空线路引自220kV鄢河变电站。见图2。
2.3 方案3
起/备变电源由电厂升高电压配电装置取得，即采用一级降压方式，起/备变电源直接由本厂500kV配电装置母线引接。经与厂家联系，上述起备变计算容量能满足500kV电压等级结构容量要求，且国内已有部分工程实施。见图3。
2.4 方案4
发电机回路装设GCB。机组起停电源由系统倒送提供。另设一台备用变压器，电源由本厂500kV配电装置引接。见图4。
3 方案经济技术比较
对相应4个起动/备用电源的引接方案进行了技术、经济上的分析和探讨。
3.1 4个方案技术比较(见表1)
3.2 4个方案经济比较
对4个方案进行了经济分析，详见表2。
4 分析意见
由上述技术经济分析比较，不难看出：
4.1 方案1
起动/备用变压器电源引自附近220kV鄢河变电站，工程投资最省，但鄢河变电站目前为一个单电源供电的220kV终端站，按照厂用电技规对供电电源可靠性的要求，对鄢河站需进行相应的完善改造。另由上述该方案还存在厂用工作和备用电源切换角差问题(见表3－6厂用电源切换相角差计算结果表)。解决角差过大问题，可供选择的有如下几项对策：
(a)机组投切时，调度临时改变网络运行方式和潮流分布，以减小两个系统间相角差。
(b)起动过程中，当发电机达额定转速准备带负荷时，在与500kV系统并网前，将厂用电源由起备变切换到高厂变后再并网。该方式由于在厂用电源切换过程中，出现两个“大系统”通过一个“大阻抗”(两台厂用变压器串联)并列，同步控制和调节比较困难，有可能造成两个系统失步振荡，且此种方式在600MW机组中尚无使用先例。
(c)发电机按正常程序与系统并网后，对厂用电源进行进行“先断后合”切换，即先断开起动备用电源，再合上工作电源。由于厂用电源在该切换过程中，当起备电源失去后，接于6kV厂用母线的辅机电动机即处于惰走状态，当合上工作电源后，可能对辅机产生冲击。
4.2 方案2
在发电机回路装设断路器不存在厂用工作和备用电源切换及其角差问题，可防止主变或高厂变内部故障扩大，可减小主变高压侧断路器非全相运行引起发电机转子的损害，且500kV配电装置不致因机炉热工装置频发故障导致解环运行，但发电机回路装设GCB，设备需要进口，工程投资较高。
4.3 方案3
采用一级降压方式，起备变电源直接引接于500kV配电装置母线，亦不存在厂用工作和备用电源切换及其角差问题，免除了220kV线路施工工程量，但此类大变比、小容量的500kV电压级分裂变压器的采用，国内尚处在刚刚起步阶段，尚缺乏运行业绩，目前已经投运的仅山西省电力勘测设计院设计的河曲电厂，一级降压变压器由重庆ABB公司设计供货，容量为40/20-20MVA，电压比500/6.3-6.3kV，阻抗电压ud=16.8。另起备电源引自电厂500kV母线，使得500kV配电装置接线和设备布置复杂化，占地面积亦增大。
4.4 方案4
在发电机回路装设GCB。备用变电源引自500kV配电装置母线。该方案优缺点同上述方案2、方案3叙述。
综合以上分析比较，考虑到厂用电源切换相角差问题，据此在工程初步设计审查阶段，本工程起动备用电源的引接采用了方案4的引接方案。即发电机回路装设GCB。备用变电源采用一级降压形式引自500kV配电装置母线。目前工程已进入施工图设计及现场施工阶段，本文依托大别山电厂的起动备用电源的选择，提出引接方案，供今后工程设计参考。
针对机组起停过程中起/备电源与厂用工作电源需进行切换，而这两组电源来至不同的系统，之间存在相角差。针对这一问题，2004年11月，中国电力黄冈大别山发电有限责任公司委托华中电力调度(交易)中心对大别山电厂起/备变电源相角差进行了计算(见表3-6)。现将主要计算结果摘录列举如下：
机组起动时，大别山两台机组出力及厂用电方式按如下方法处理：#1机组带出力18万kW，#2机带满出力60万kW，#1机组厂用电由起/备变带，#2机组负荷由本机组高厂变带。
机组停机时，#1机组带出力15万kW，#2机停机，#1机组高厂变带本机厂用电负荷，＃2机组无厂用电。
根据以上相角差计算结果，在大负荷运行方式下，＃1机起动，＃2机正常运行或停运及系统检修方式下相角差较大。
5 参考文献
1 火力发电厂设计技术规程(DL5000—2000)
2 火力发电厂厂用电设计技术规定(DL/T5153-2002)
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
［关键词］ 电厂 起动/备用电源 引接 发电机出口GCB 500kV一级降压 相角差
近年来，随着我国电力事业的蓬勃发展，许多大容量及远离电网的大型坑口电厂建设项目的日益增多和长距离输电的要求，发电厂大多采用500kV一级升高电压向系统供电，为满足技术经济要求，火力发电厂的起动/备用电源由厂内500kV配电装置一级或两级降压的项目越来越多，本文根据湖北大别山电厂的工程实际，对500kV起动/备用电源的引接形式进行选择和探讨。
1 湖北大别山火电厂(2×600MW)工程基本情况介绍
湖北大别山火电厂一期工程厂址位于鄂东地区北郊麻城市西南端四化岗。是一座大型的路口火力发电厂，麻城红安及附近地区是大别山老苏区，为中国革命作出过巨大的贡献，但目前该地区生产发展水平仍然很低，用电水平不高，人均用电量仅为全省的五分之一左右，电力的不足严重制约着该地区经济和社会的发展。因此建设大别山火电厂，可解决湖北省、武汉市和大别山区供电紧张的状况，促进老区的经济发展，加快京九铁路经济带的形成和发展。
本工程一期工程建设规模为2×600MW超临界机组，规划容量为4×600MW。
电厂以500kV一级电压接人系统，出线2回，接人规划中的500kV新州开关站，线路长度60km。
2 起动/备用变电源引接方案
根据本工程厂址地理位置和所处条件，电厂起动/备用电源仅能从距电厂11km外的鄢河220kV变电站引接。由于该变电站目前为一个220kV终端站，且为单电源进线，为提高其供电可靠性，有必要对鄢河变电站进行完善改造、
针对这种情况，对起/备变电源引接方式提出如下4个方案进行分析探讨。
2.1 方案1
起动/备用电源由外部引接，通过220kV架空线路引自220kV鄢河变电站。目前该站内220kV母线尚留有1个备用间隔，土建构架业已建成，只需加装电气设备，就可实现电源的引接。见图1。
2.2 方案2
起动/备用电源由500kV系统经主变压器和高厂变倒送提供，为此在发电机出口装设发电机出口断路器(以下简称GCB)。另在厂内设一台备用变压器，其电源亦通过220kV架空线路引自220kV鄢河变电站。见图2。
2.3 方案3
起/备变电源由电厂升高电压配电装置取得，即采用一级降压方式，起/备变电源直接由本厂500kV配电装置母线引接。经与厂家联系，上述起备变计算容量能满足500kV电压等级结构容量要求，且国内已有部分工程实施。见图3。
2.4 方案4
发电机回路装设GCB。机组起停电源由系统倒送提供。另设一台备用变压器，电源由本厂500kV配电装置引接。见图4。
3 方案经济技术比较
对相应4个起动/备用电源的引接方案进行了技术、经济上的分析和探讨。
3.1 4个方案技术比较(见表1)
3.2 4个方案经济比较
对4个方案进行了经济分析，详见表2。
4 分析意见
由上述技术经济分析比较，不难看出：
4.1 方案1
起动/备用变压器电源引自附近220kV鄢河变电站，工程投资最省，但鄢河变电站目前为一个单电源供电的220kV终端站，按照厂用电技规对供电电源可靠性的要求，对鄢河站需进行相应的完善改造。另由上述该方案还存在厂用工作和备用电源切换角差问题(见表3－6厂用电源切换相角差计算结果表)。解决角差过大问题，可供选择的有如下几项对策：
(a)机组投切时，调度临时改变网络运行方式和潮流分布，以减小两个系统间相角差。
(b)起动过程中，当发电机达额定转速准备带负荷时，在与500kV系统并网前，将厂用电源由起备变切换到高厂变后再并网。该方式由于在厂用电源切换过程中，出现两个“大系统”通过一个“大阻抗”(两台厂用变压器串联)并列，同步控制和调节比较困难，有可能造成两个系统失步振荡，且此种方式在600MW机组中尚无使用先例。
(c)发电机按正常程序与系统并网后，对厂用电源进行进行“先断后合”切换，即先断开起动备用电源，再合上工作电源。由于厂用电源在该切换过程中，当起备电源失去后，接于6kV厂用母线的辅机电动机即处于惰走状态，当合上工作电源后，可能对辅机产生冲击。
4.2 方案2
在发电机回路装设断路器不存在厂用工作和备用电源切换及其角差问题，可防止主变或高厂变内部故障扩大，可减小主变高压侧断路器非全相运行引起发电机转子的损害，且500kV配电装置不致因机炉热工装置频发故障导致解环运行，但发电机回路装设GCB，设备需要进口，工程投资较高。
4.3 方案3
采用一级降压方式，起备变电源直接引接于500kV配电装置母线，亦不存在厂用工作和备用电源切换及其角差问题，免除了220kV线路施工工程量，但此类大变比、小容量的500kV电压级分裂变压器的采用，国内尚处在刚刚起步阶段，尚缺乏运行业绩，目前已经投运的仅山西省电力勘测设计院设计的河曲电厂，一级降压变压器由重庆ABB公司设计供货，容量为40/20-20MVA，电压比500/6.3-6.3kV，阻抗电压ud=16.8。另起备电源引自电厂500kV母线，使得500kV配电装置接线和设备布置复杂化，占地面积亦增大。
4.4 方案4
在发电机回路装设GCB。备用变电源引自500kV配电装置母线。该方案优缺点同上述方案2、方案3叙述。
综合以上分析比较，考虑到厂用电源切换相角差问题，据此在工程初步设计审查阶段，本工程起动备用电源的引接采用了方案4的引接方案。即发电机回路装设GCB。备用变电源采用一级降压形式引自500kV配电装置母线。目前工程已进入施工图设计及现场施工阶段，本文依托大别山电厂的起动备用电源的选择，提出引接方案，供今后工程设计参考。
针对机组起停过程中起/备电源与厂用工作电源需进行切换，而这两组电源来至不同的系统，之间存在相角差。针对这一问题，2004年11月，中国电力黄冈大别山发电有限责任公司委托华中电力调度(交易)中心对大别山电厂起/备变电源相角差进行了计算(见表3-6)。现将主要计算结果摘录列举如下：
机组起动时，大别山两台机组出力及厂用电方式按如下方法处理：#1机组带出力18万kW，#2机带满出力60万kW，#1机组厂用电由起/备变带，#2机组负荷由本机组高厂变带。
机组停机时，#1机组带出力15万kW，#2机停机，#1机组高厂变带本机厂用电负荷，＃2机组无厂用电。
根据以上相角差计算结果，在大负荷运行方式下，＃1机起动，＃2机正常运行或停运及系统检修方式下相角差较大。
5 参考文献
1 火力发电厂设计技术规程(DL5000—2000)
2 火力发电厂厂用电设计技术规定(DL/T5153-2002)
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。