我国水资源人均拥有量约为世界平均水平的1/4。水资源的短缺已经成为制约我国经济和社会发展的重要因素，在煤炭储量比较集中的华北、西北地区此矛盾更为突出。所以，在北方富煤缺水地区发展大型空冷机组是我国实现可持续发展的一项重要产业政策。600MW空冷机组由于其工艺的特殊性，其厂用电供电系统也与常规600MW湿冷机组不同。本文以某发电厂二期工程为例对600MW空冷机组高压厂用电电压进行讨论。

　　600MW机组厂用电电压一般采用6kV一级或10、3kV两级电压，多数600MW湿冷机组厂用电则采用6kV一级电压。

　　对于600MW空冷机组，由于采用3台50%电动给水泵，电动机功率为11000kW，起动时对厂用电母线电压影响较大，采用10kV比6kV较为有利，所以国内600MW空冷机组均有10kV电压等级。由于3kV电动机用量很少，有被逐步淘汰的趋势。并且对于3kV电动机而言，将其改为6kV或10kV供电也是可行的。故国内600MW空冷机组厂用电电压等级多采用10、3kV（6kV）两级或10kV一级电压等级。

　　600MW空冷机组的高压厂用电如果采用10、3kV（6kV）两级电压，则其用电系统接线复杂，厂内备件增多，运行维护不便。若采用10kV一级电压，高压厂用电系统接线较为简单，运行维护也方便；但会提高小容量高压电动机的绝缘水平，使制造成本增高。以上2种厂用电接线方式均存在不足之处。

1　厂用电接线

　　此发电厂是“西电东送”北通道战略中“晋电外送”的主力电厂之一，工程规划容量为4×600MW。一期工程为2×600MW亚临界燃煤湿冷机组，高压厂用电电压采用6kV一级，每台机组设2台40/20－20MVA的高压厂用变压器，6kV选用40、100kA真空断路器。

　　二期工程建设为2×600MW亚临界燃煤空冷机组。根据负荷资料，每台空冷机组需设2台50/25－25MVA的高压厂用变压器。

　　在二期工程高压厂用电采用6kV一级电压的情况下，电动给水泵起动（11000kW）时，厂用电母线电压会降低很大，需适当调整高压厂的厂变容量和阻抗电压，使厂用电母线电压能满足要求，但是这将导致6kV开关柜断路器开断容量过大，使工程投资增加，所以，应综合考虑电动给水泵的起动功率和开关柜断路器的开断容量。

2 　高压厂用电变压器阻抗的选择

2.1　 高压厂用电变压器阻抗（半穿越阻抗电压）的确定

　　为降低工程造价，可根据高压厂用电母线的短路水平，选择较轻型开断的开关设备，并以此来确定高压厂用电变压器阻抗的下限值；同时还应满足电动机起动时的母线电压水平。因而需综合考虑上述因素后再确定高压厂用电变压器的阻抗值。

2.1.1 　阻抗的下限值的确定

　　根据以下原始数据及《火力发电厂厂用电设计技术规定》DL/T 5153—2002中附录M“高压厂用电系统短路电流计算”所规定的计算方法，确定阻抗的下限值。计算结果列于表1。表1中分别给出了6kV开关柜选用40kA、100kA真空断路器和50kA、125kA真空断路器时，高压厂用电变压器阻抗的下限值。

　　计算所需原始数据：短路电流计算基准容量S_j=1000MVA；参加自起动的电机功率P_gQ=16000kW；电动机反馈电流倍数K_d,D=6；电动机反馈电流冲击系数K_ch,D=1.7。

2.1.2　 阻抗的上限值的确定

　　根据以下原始数据及DL/T 5153—2002中附录J和K“电动机正常起动时电压的计算”和“成组电动机自起动时厂用电母线电压的计算”所规定的计算方法，确定阻抗的上限值。在确定过程中，要求单台电动机起动时的厂用电母线电压不得低于80%额定电压。

　　计算所需原始数据：厂用电母线空载电压U_0*=1.05。

　　电动给水泵起动参数：额定容量P_D=11000kW，起动电流倍数K_Q=6，额定效率η_D=0.95，额定功率因数cosø=0.85。

　　如果给水泵采用直接起动，为满足6kV母线要求，高压厂用电变压器阻抗的上限值为14.84。若6kV开关柜选用40kA、100kA真空断路器时，要求高压厂用电变压器阻抗的下限值为18.53，则不能选出高压厂用电变压器阻抗；若6kV开关柜选用50kA、125kA真空断路器时，要求高压厂用电变压器阻抗的下限值为13.45，则可以选出高压厂用变压器阻抗。

　　如果给水泵采用软起动，则可以不考虑给水泵起动时的电压降。这种情况下，最大电动机为脱硫增压风机（4000kW），高压厂用电变压器阻抗的上限值为28.01，可以选出高压厂用电变压器阻抗。

　　计算结果列于表1。

    

表1　高压起动/备用变压器阻抗上、下限值表

    


变压器
给水泵

    起动方式
变  比
容量/MVA
阻抗电压

/%
6kV开关柜断路器

开断电流/kA
冲电流/kA

分裂变压器
软起动
22/6.3－6.3
50/25－25
18.53～28.01
40
100

分裂变压器
直接起动
22/6.3－6.3
50/25－25
14.84～18.53
40
100

分裂变压器
直接起动
22/6.3－6.3
50/25－25
13.45～14.84
50
125

 　　根据以上计算结果可以得到：

　　(1) 当给水泵采用直接起动时，高压厂用电变压器的阻抗电压值（半穿越阻抗）在13.45%～14.84%之间，选用开断电流为50kA、冲击电流125kA的断路器时，可满足电动机起动时的母线电压要求。所以，高压厂用电变压器的阻抗电压值（半穿越阻抗）可选择为14%。

　　(2) 当给水泵采用软起动时，高压厂用电变压器的阻抗电压值（半穿越阻抗）在18.53%～28.01%之间，选用开断电流为40kA、冲击电流为100kA的断路器时可满足电动机起动时的母线电压要求。所以，高压厂用电变压器的阻抗电压值（半穿越阻抗）可选择为20%。

2.2 　高压厂用电母线短路电流值和电动机起动时电压水平的校验 

　　高压厂用电母线短路电流值列于表2。短路电流计算值按照高厂变阻抗电压误差为－10%进行计算。

    

表2　 高压厂用电母线短路电流计算结果

    

厂用变压器容量

/MVA

阻抗电压

误差

 /%

    

　　当最大一台电动机（给水泵或增压风机）起动时，高压厂用电母线电压水平值列于表3。

    

表3　 给水泵起动时的母线电压水平

    


校验项目
高压厂用变压器
计算值

/%
要求值

/%
阻抗电压

     误差/%

容量

/MVA
阻抗

/%

给水泵软起动

增压风机直接起动
50/25－25
20


84.3
80
＋10

成组电动机空载自起动
81.8
65～70

给水泵直接起动
50/25－25
14
80.2
80
＋5

成组电动机空载自起动
88.3
65～70

　　表中的高压厂用电母线电压水平值是考虑了以下因素计算所得：①当最大一台电动机起动时，高厂变所带负荷为高厂变分支容量与最大一台电动机容量之差；②高厂变的阻抗电压误差为＋10%或＋5%。

　　故高压厂用电采用6kV一级电压的情况下，当50/25－25MVA的高压厂用电变压器阻抗电压值（半穿越阻抗）选择为15%时，高压厂用电系统选用开断电流为50kA、冲击电流为125kA的断路器，给水泵可以直接起动；当50/25
－25MVA的高压厂用电变压器阻抗电压值（半穿越阻抗）选择为20%时，高压厂用电系统选用开断电流为40kA、冲击电流为100kA的断路器，给水泵必须采用软起动。

3　给水泵采用软起动的可行性分析

　　从上述计算可以看到，当高压厂用电系统选用开断电流为50kA、冲击电流为125kA的断路器时，对于该电厂的二期工程，采用6kV电压等级，是可以满足11000kW给水泵起动要求的。但满载起动给水泵时，6kV电压仅为其80.2%，若考虑母线至电动机的电缆阻抗，则起动时电动机机端电压会更低，对电动机不利，所以尚需进一步和电动机制造厂配合。

如果考虑11000kW给水泵采用6kV软起动装置，则二期工程高压厂用电系统可选用开断电流为40kA、冲击电流为100kA的断路器。这样，发电厂一期工程和二期工程的整个高压厂用电系统就可以取得一致，从而可减少备品备件和运行、维护工作量。

　　高压大功率电动机软起动装置在国内发电厂中还没有采用过，但在冶金行业中已有很多。杭州钢铁集团公司炼铁厂9号高炉风机所用电动机和11000kW给水泵所用电动机基本一样，即11000kW、6kV。该电动机采用上海追日公司生产的高压交流电动机液态软起动装置起动，其参数列于表4。

    

表4　杭州钢铁集团公司炼铁厂9号高炉风机（11000kW、6kV）起动参数



起动方式
起动电流
起动时间/s
母线压降

液态软起动
2.37I_e
53
14.7%U_e

直接起动
3.84I_e
7（全电压）
—

　　注：电动机参数Pe=11000kW，Ue=6kV，Ie=1216A。

　　图1为杭州钢铁集团公司炼铁厂9号高炉风机（11000kW、6kV）起动曲线。

    

图1　9号高炉风机电动机起动曲线

　　从起动曲线可以看出,该高压交流电动机采用了液态软起动装置后，虽然起动电流大为降低，但起动时间延长了很多。给水泵要求为：如果一台给水泵组发生故障，备用给水泵组能在30s内投运且达到所需压力。所以，需要液态软起动装置能在现有的电气系统参数下，30s内使电动机满载达到额定转速，而且起动过程中母线电压质量要满足要求。上海追日公司进行了给水泵起动仿真计算，结果列于表5。图2为给水泵起动曲线。

    

表5 　给水泵起动仿真参数


起动方式
起动电流
起动时间/s
母线压降

液态软起动
3.1I_e
27
11.8%U_e

直接起动
4.6I_e
7（全电压）
—

图2 　给水泵电动机（11000kW、6kV）起动曲线

　　由于给水泵及其电动机（6kV）的一些参数尚未给出，所以上述仿真计算结果及电动机起动曲线并不十分精确。若工程要采用此种起动方式，则需在取得给水泵及其电动机（6kV）的实际数据后作修正，以便得出更加准确的起动数据。

　　由上分析可知，软起动装置是完全可以满足11000kW给水泵起动要求的。而且，大容量电动机采用软起动装置在冶金行业已有很多应用，也说明它是可靠的。虽然11000kW给水泵采用6kV电压等级及11000kW给水泵采用软起动装置在国内发电厂中还没有采用过，但从技术上来讲，是完全可行的。

4 　经济比较

　　此电厂二期工程高压厂用电系统可选用6kV一级电压，断路器开断电流为40kA，冲击电流为100kA,11000kW给水泵采用软起动装置。与常规接线相比较，它比10kV、3kV（6kV）两级电压要增加软起动装置的投资，其余投资差别不大；它比10kV一级电压也增加软起动装置的投资，而10kV一级电压的方案在电动机投资上要比6kV一级电压多。但由于缺乏10kV和6kV电动机的比价资料，因而本文无法给出它门的量化比较。

　　据上海追日公司报价，高压电动机液体软起动装置的价格约为0.8元/kW，11000kW给水泵软起动装置价格约为88万元。每台600MW空冷机组配置3台11000kW给水泵，所以相对于常规方案要多投资264万元。

5 　结论

　　该电厂二期工程高压厂用电系统可选用6kV一级电压和开断电流为40kA、冲击电流为100kA断路器，11000kW给水泵采用软起动装置的方案，与一期工程高压厂用电系统保持一致，这会给运行维护带来很大便利。11000kW给水泵采用软起动装置后，给水泵起动时的母线电压和给水泵本身的起动得到了改善，减弱了因给水泵起动引起母线电压降低而对其他电动机的冲击，可以完全满足给水泵运行的要求。虽然，该方案的投资比常规接线方案增加了投资约为264万元，但它带来的好处是很明显的，所以该方案是完全可取的。因此，600MW空冷机组完全可以采用6kV一级电压。