关于大型汽轮发电机组厂用电系统的探讨

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关于大型汽轮发电机组厂用电系统的探讨

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-23 15:05:19

以国产600MW大型汽轮发电机厂用电系统方案为例，结合实际运行情况，对大型汽轮发电机组出口安装断路器方式和厂用电切换原理进行介绍，以供借鉴。
关键词：汽轮发电机　断路器　厂用电
     0　概述
     天津大唐盘山发电有限责任公司装有两台600MW汽轮发电机组，均以发变组单元接线方式接入500kV京津唐电网，机端装有出口断路器。两台机组的厂用电系统相互独立，每台机有一台高压厂用工作变压器，其高压侧容量为63MVA，低压侧容量为35 MVA。每台机组厂用系统设有两段6kV厂用母线，两台机组共有一台高压厂用备用变压器（如图1所示）。

     1　发电机出口断路器对厂用电方式的影响
     由于我厂发电机出口装有断路器，所以厂用电方式较常规电厂更显得灵活，也有了新的特点。工作电源由发电机端经厂用工作变压器引入，备用电源由220kv系统经备用变引入。正常运行时，厂用母线由工作电源供应。当机组停机时，只需断开发电机出口03开关，厂用电由500kv系统经主变倒送供给，厂用母线仍由工作电源供电。当工作电源侧发生故障时，快切装置自动切换至备用电源，厂用电由备用变供应。此方案的优点是：
a．机组正常起、停不需切换厂用电，只需操作发电机开关，厂用电可靠性高。
b．机组在发生发电机开关以内故障时(如发电机、汽机、锅炉故障)，只需跳开发电机开关，厂用电源不会消失，也不需切换，提高了厂用电的可靠性，同时减轻了操作人员的工作量和紧张度。
c．对保护主变压器、高压厂用工作变压器有利。对于主变压器、高压厂用工作变压器发生内部故障时，由于发电机励磁电流衰减需要一定时间，在发电机-变压器组保护动作切除主变压器高压侧断路器后，发电机在励磁电流衰减阶段仍向故障点供电，而装设发电机开关后由于能快速切开发电机开关，而使主变压器受到更好的保护，这一点对于大型机组非常有利。
d．发电机开关以内故障只需跳开发电机开关，不需跳主变压器高压侧500kV开关，对系统的电网结构影响较小，对电网有利。
      当时考虑到以上优点，经过各方技术人员的的研究论证，最后才选择了这种接线方案，安装了ABB公司生产的断路器。自2001年机组投产以来，经过多次正确动作，证明其性能良好。此接线方式经过实际运行考验，上述优点也充分显示出来。
     2　关于6kV厂用电切换
     2.1　切换原理
     当厂用电断电后，由于惯性及存储的磁场能量，电动机在短时间内将继续旋转，并将磁场能转变为电能。由于各电动机的容量、参数不一致，电动机之间将有电磁能与动能的交换，此时部分异步电动机实际上已转入异步发电机运行工况，因此厂用母线的电压即是多台异步发电机发出的反馈电压的合成，称为母线残压。由于不存在原动力和励磁，因此残压的幅值和频率将随时间逐渐衰减，残压与备用电源电压间的相位差将逐渐增大。为了更清楚地表示出残压相位的情况，用极坐标形式画出残压相量图（见图2）。在备用电源投入前，备用电压一般即为系统电压，电压幅值和频率为额定值。
      图2是以极坐标形式绘出机组6 kV母线残压相量变化轨迹(残压衰减较慢的情况)。随着大型机组的迅速发展，高压电动机的容量增加很多，600MW机组的启动锅炉给水泵容量为6300kW以上，风机容量也在几千千瓦以上。大容量电动机断电后电压衰减较慢，残余电压的幅值也很大，给厂用电源的自动切换带来很多问题。如果在残压较大时重新接通电源，电动机可能会受到冲击而损坏，对机炉运行热工参数影响极大，可能造成机炉运行不稳定。现将电动机切换过程的工艺进行分析。电动机切换的等值回路如图3所示。

      图中UD为母线残压，US为备用电源电压，△U为备用电源电压与母线残压间的差拍电压。合上备用电源后，电动机承受的电压UM为：
Um=△U×Xm/(Xm＋XS)
式中：Xm-母线上电动机组和低压负荷折算到高压厂用电压后的等值电抗。
XS-电源的等值电抗。
令Um等于电动机启动时的允许电压，即为1.1倍电动机的额定电压Ude
Um=△U×Xm/(Xm＋XS)=1.1Ude
△U /Ude=1.1(Xm＋XS)/Xm
令K=Xm/(Xm＋XS)
则△U(％)=1.1/K
如K=0.67,计算得△U(％)=1.64。图2中，以A为圆心，以1.64为半径绘出A′-A″，其右侧为电厂备用电源合闸的安全区域。在残压曲线的AB段，实现的电源切换称之为"快速切换"，即在图中B点(0.3s)以前进行切换是安全的；延时到C点后实现的切换称为"延时切换"，即在图中C点(0.47s)以后进行的切换对电动机也是安全的；等残压衰减到20％～40％时实现的切换，即"低电压检定切换"或"残压切换"同样对电动机也是安全的。延时切换和残压切换都为"慢速切换"。
     2.1.1　"快速切换"
      假定正常运行时工作电源与备用电源同相，其电压相量端点为A，则母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动，如能在A-B段内合上备用电源，则既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多，这就是所谓的"快速切换"。图2中，快速切换时间应小于0.2 s，实际应用时，B点通常由相角来界定，如60°，考虑到合闸固有时间，合闸命令发出时的整定角应小于60°，即应有一定的提前量，提前量的大小取决于频差和合闸时间，如平均频差为1 Hz，合闸时间为100 ms，则提前量约为36°，整定值应设为24°。
     2.1.2　 "延时切换"
过B点后BC段为不安全区域，不允许切换。在C点后至CD段实现的切换通常称为"延时切换"。
     2.1.3 　"同期捕捉切换"

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