01 厂内无母线式600MW机组电厂电气接线及运行特点探讨

1、厂内无母线式600MW机组电厂电气接线及运行特点探讨郝骏张伟宋益山（中国国电集团山东聊城发电厂）摘要：国电集团山东聊城发电厂为国内为数不多的厂内无母线大电厂，本文结合实践经验介绍了其一期工程两台600MW机组电气部分主接线、励磁系统和厂用电接线配置及运行方式，对其运行特点进行分析和探讨。关键词：无母线式电气接线运行特点分析探讨经验总结1聊城电厂概况聊城电厂一期工程是中外合作建设项目，投资方由中国国电集团公司、山东省国际信托投资公司、香港中电投资有限公司、法国电力国际有限公司组成。一期工程为2x600MW燃煤汽轮发电机组，其主要设备供货情况为：锅炉由英国巴布科克能源有限公司（MitsuiBabc

2、ock）提供，汽轮机、发电机由上海汽轮机发电机有限公司生产，主变压器是沈阳变压器厂生产，控制系统采用英国ABB Symphoy分散控制系统；机组主体工程设计由山东电力咨询院承担，山东电力建设二公司负责施工、安装。1、2机组分别于2002年9月11日、2003年8月2日投产发电，一期工程静态投资55亿元，动态投资66亿资元。聊城电厂一期工程电气部分主接线、励磁系统和厂用电接线等系统设计思想、空间布局、设备配置等与以往300WM机组、600MW机组相比，有其独到之处，充分体现了“布置结构紧凑、投资费用低”的特点，厂内不设升压站（母线），采取：发电机-变压器-线路组接线方式，即发电机发出的电经主变压

3、器升压后经线路直接输送到电网变电站；所有主要一次电气设备均为国产；但同时存有运营成本高、与电网联接薄弱、个别设备接线选型不够合理等缺点。根据2年多以来的实际运行经验，本文对本厂电气主接线、励磁系统和厂用电接线等设备接线特点和运行方式进行分析、总结和探讨，以供专业人员参考和新建电厂借鉴。2电气主设备技术规范聊城电厂一期工程的所有电气主设备都是国产的，其主要情况如下：2.1发电机发电机为：全封闭、自通风、强制润滑、水/氢/氢冷却、圆筒形园转子、隐极式无刷励磁同步发电机主要规范如下：额定容量：667MVA额定电压：20kV额定电流：19245A额定功率因数：0.9滞后短路比：0.54接线方式：Y型，

4、中性点经接地变接地负序电流承受能力：稳态I2：10%暂态I22*t：10s灭磁方式：发电机为自然灭磁、励磁机磁场为0.7电阻灭磁#1、2机分别这上海汽轮发电机有限公司生产的600MW发电机第三、四台产品2.2主变压器主变压器是沈阳变压器有限公司生产的户外单相油浸式强迫油循环风冷变压器，每台机三台，两机共用一台备用相。主要参数：额定容量：3x240MVA电压比：242±2×2.5%/20kV阻抗电压：14%接线组别：Yn,d112.3高压厂用变压器和启动备用变压器每台机两台高压厂用变压器，两台机共用2台启动备用变压器，均由沈阳变压器有限公司生产。高厂变为三相分裂、无载调压、油

5、自然循环风冷变压器；启备变为三相分裂、有载调压、油自然循环风冷变压器。主要参数： 高厂变 启备变额定容量：40/25-25MVA 40/25-25MVA电压比：20±2×2.5%/6.3-6.3kV 230±610×1.25%/6.3-6.3kV 阻抗电压：Dd- 16% 16.5%接线组别：D,yn1-yn1 Yn,yn0-yn02.4励磁设备励磁系统的组成由发电机转子、200HZ反枢式交流主励磁机，400HZ永磁副励磁机PMG和励磁电压调节器DAVR组成。其旋转部分包括：交流主励磁机电枢、旋转整流盘、永磁副励机转子。静止部分包括：交流主励机磁场、永磁

6、副励磁机电枢和励磁电压调节装置，另配一套50HZ工频手动励磁调节装置。主励磁机：额定功率2450KW，额定电压500V，额定电流4900A，接线方式：3相 8极 8Y副励磁机：外转子型永磁式，额定功率86KW，额定电压250V，额定电流208A，接线方式：3相 16极 4Y旋转整流盘：双盘全波桥式整流，有8个独立并联全波整流桥，每桥臂有2个二极管并联，每桥臂有2个并联的熔断器。共96个二极管和熔断器。自动电压调节器DAVR：采用日本三菱公司的用于无刷励磁系统的全双通道数字式励磁电压调节装置MEC5230，DAVR采用32位快速CPU，提供二种控制方式：发电机恒机端电压控制和恒主励磁机磁场电流控

7、制。恒压控制电压调节范围：发电机空载工况：10-110额定电压发电机负载工况：95-105额定电压恒流控制电压调节范围发电机空载工况：10-110额定电压发电机负载工况：允许达到110发电机额定磁场电压(发电机在额定负载和额定电压运行时)调压精度：<±1采样周期：20ms2.5发变组出口兼线路断路器220kV断路器由杭州西门子开关厂生产，瓷柱式、单断口3AQ1EG型、液压操纵SF6断路器，额定电流3150KA，开断电流40KA。3电气主接线及特点分析3.1电气主接线聊城电厂一期工程的两台600MW汽机发电机组采取发电机主变压器220kV线路组单元制接线方式接入聊城变电站，本发电

8、厂内不设升压站（母线），即发电机发出20kV的电经主变压器升压至220kV后经13.9km的220kV线路（4×LGJ-400四分裂导线）直接输送到山东电网上的聊城变电站220kV母线（双母线分段接线），发电机出口不设开关；接线图如图1。规划中的二期工程的两台600MW汽轮发电机同样以发电机变压器500kV线路组接入聊城变电站500kV母线。220KV堂聊线图1聊城电厂发电机主变压器线路组单元制主接线图220KV徐堂线（从7KM外的热电公司接来）图2 聊城电厂启动备用电源接线图由于厂内不设母线，厂用电系统所需的启动备用电源必须从厂外电网引入，本厂启动备用电源采用从电网购电方式，从7K

9、M外的聊城热电公司220kV母线上引接一路电源，经220kV线路送电至启备变，两台启备变T接，公用一台断路器，每一台启备变高压侧布置一组隔离刀闸，可单独进行一台启备变检修而不影响而另一台运行，如图2。将来二期工程时，再引接一路220kV电源，两路电源做成内桥接线，提高供电的可靠性。3.2主接线的特点(1)此种主接线的优点是厂内不设升压站，厂、站分开，发电与配电分离，使得厂内接线简单。(2)投资费用低，发-变-线路组接线比设置220kV双母线的电厂减少投资3千万元，压缩了总投资，有利于项目的审批。(3)运行维护费用低，维护人员较少，占地面积少。(4)运行操作简单，尤其大机组实行全能值班，不设升压

10、站省去许多麻烦，更不易误操作。(5)主变压器为单相式，两台机共6台主变，设一台备用相，对于国产240MVA的大型变压器是有备无患；但也存在近千万元的资产浪费。(6)一期工程与将来的二期工程互不影响，不存在过渡问题。3.3主接线存在的问题(1)此种主接线方式电厂运营成本大大提高。由于本厂发出的电直接送入电网，而启动备用电源是从电网上外购的，机组正常运行时，厂用电源由本机组高厂变供电，启备变在充电空载状态，但任一台机组试运行期间、机组大小修或机组跳闸等均由启备变供电。外购电量均是工业用电计价，电价高达0.55/KWH，而本厂厂用电只计成本电价，电价低于0.20元/KWH，每年多用发电成本费用700

11、万元（参考表1）；随着厂网关系的完全脱离,原来厂网一家时不收基本电费的承诺将有可能打破，加收基本电费(容量电费)，大致年收费为8万(两台启备用变容量)×0.14元/KWH/月×12月=1344万元；电量电费加上基本电费，一年的发电成本将增加2000万元以上，大大提高了运营成本，降低了利润。表1：自2002年投产发电以来聊城电厂外购电量及费用表2002年2003年2004年机组总启动试运备注购电量万KWH购电费万元购电量万KWH购电费万元购电量万KWH购电费万元购电量万KWH购电费万元#1机组498.68274.271033568.15888.8488.84467.84275

12、.312002.9.11投产#2机组780429759.9417.951299714.452003.8.2投产合计498.68274.271813997.151648.7906.791766.8989.76 本表#1机组试运仅为整组启动时购电量(2)本厂机组安全可靠性差，与电网联接薄弱，受电网及对侧变电站的影响较大（参考表2）。机组直接通过线路接入电网，线路故障直接跳机，线路不能设重合闸，对于70%以上的单相瞬时接地，也要造成机组甩负荷、跳闸，对机组的危害很大，线路两侧均有开关、刀闸，检修、故障机率增加一倍，且对侧为220kV双母线接线，与厂内的母线故障机率一样。如厂内设220kV双母线，与系

13、统通过三回线相连，任一线路跳闸不会影响到机组跳闸，可见本厂机组的可靠性差。由于对侧是500kV大型变电站由超高压公司负责运行维护，线路为本厂资产委托聊城供电公司维护检修，日常的定期检修维护不好协调、工期不能严格控制；对侧变电站出现的问题或线路故障等造成的跳闸异常情况，抢修、查找问题困难，不能及时迅速彻底查明原因，不能及时消除；有时需停机配合对侧的工作，影响机组运行和发电量的完成。表2：2003年、2004年本厂受线路或对侧变电站影响的机组跳闸一览表序号机组跳机时间并网时间影响电量跳闸原因1#1机2003年7月5日18：367月6日2：46336万KWH刮大风，一塑料刮到A相线路上，线路保护动作

14、跳机、跳线路。2#1机2004年3月8日16：243月9日0:56357万KWH线路对侧聊城变电站220kV双母线分段开关21F误跳，造成本厂两台机汽机超速OPC保护动作，锅炉水位低MFT。3#2机2004年3月8日16:243月9日5:30462万KWH同上。4#2机2004年6月26日12:496月26日15:1098万KWH聊城变电站#1主变跳闸、#2机线路对侧的214开关误跳，远跳本厂机组。5#2机2004年6月28日10:457月4日13:506174万KWH聊城变电站#1主变跳闸、#2机线路对侧的214开关误跳，远跳本厂机组。6#1机2004年10月30日10:5210月30日12

15、:4080万KWH聊城变电站五台开关误跳，稳定控制装置动作远跳本厂两台机组。7#2机2004年10月30日10:5211月1日16:40164万KWH同上。本表仅统计机组跳闸对本厂的影响，未统计配合对侧工作停机时间。(3)线路部分资产隶属与责任不清。以往厂内设母线的电厂，厂区外的线路归供电部门负责，资产与责任明确，检修维护及时高质高效，而发-变-线路组的线路资产供电部门不接收，电厂又没能力去检修维护，只能委托供电部门，责任不能明确，积极性和质量不能保证。(4)启动备用电源为厂外接入，单一线路，长7KM，易受外部环境影响，供电可靠性稍差。3.4主接线问题的对策根据2年多的运行经验，针对发电机变压

16、器线路组单元制接线对我们厂的影响和长期效益，我们厂准备在二期工程中对一期主接线进行技术改造，将#2机升压至500kV与二期两台600MW机组构成500kV3/2接线方式，#1机与两回出线改接成220kV双母线接线方式，一、二期启备电源接自220kV母线上，需增投资约6000万元。 从上述分析及特点、问题对比可以看出，发电机变压器线路组单元制接线方式对电厂正常运营很不利，跳机次数多，安全可靠性差，运行成本高，受制于他人；投入运营后电厂不得不进行技改，且技改费用高，技改难度大。笔者认为这种接线方式很不合理，值得进一步探讨和研究，建议新建电厂不宜采用此接线方式。对仅两台机组的新建电厂，经与有关专家讨

17、论，建议采用以下主接线方式：（1）采用500kV两回出线，厂内主接线用3/2接线方式，费用约6000万元；启动备用变可接至3/2接线的母线上，采用500kV变至6.3kV的变压器，此类降压变在国内已开始使用。（2）220kV双母线的主接线方式，两回或三回出线，费用约1500万元；启备变接至本厂母线，既安全又经济可靠。4励磁系统4.1励磁系统的运行方式发电机的励磁方式为无刷高起始响应、可控硅、旋转整流、三机励磁方式，如图3。交流主励磁机旋转电枢的交流输出直接与三相桥式二极管整流盘联接，整流盘的正、负直流输出则与发电机转子相联，提供发电机励磁。静止的永磁副励磁机的电枢送出400HZ的电源，通过励磁

18、电压调节器中三相全控桥式可控硅整流器形成可调的直流电送到交流主励磁机的磁场绕组，通过控制全控桥整流器的导通角来调节交流主励磁机的磁场电流，从而达到调节发电机励磁电流的目的。数字式自动电压调节器DAVR有工作、备用两个通道，每个通道有自动“恒压”和手动“恒流”两种方式，工作通道恒压方式故障自动切至备用通道恒压方式，备用恒压方式故障时自动切至工作通道手动恒流方式，工作通道手动恒流故障时自动切至备用通道手动恒流方式，备用通道再故障时跳机。备用、工作通道之间及恒压通道与恒流通道之间，自动跟踪，可实现无扰切换。4.2励磁系统的特点(1)三机无刷旋转励磁方式可实现高起始响应，能满足各种电气故障下电网的稳定

19、要求，能在电力系统故障时0.1秒内达到顶值电压与额定电压之差的95%。(2)用旋转整流盘组件代替了励磁机、整流子电刷和滑环电刷装置，消除了因电刷接触不良、换电刷不当等出现的电刷滑环事故。运行中只需检查而不用维护，更不用换电刷，无10万元/年的电刷费用。(3)用双重化的数字式AVR代替了传统的模拟式AVR，各功能块模块化设计，相对独立，便于故障点查找和更换；具有极快的反应速度、1%调压精度；双自动/手动通道配置，配有低励限制器、过励限制器、过励保护、V/F限制器、V/F保护和PSS功能等可靠完备的保护、限制及附加调节功能，提高了励磁系统的稳定可靠性。图3聊城电厂励磁系统图4.3励磁系统的不足(1

20、)旋转整流盘处于高速旋转状态，快速熔断器容易疲劳变形，是无刷励磁系统的薄弱环节，元件损坏了运行中也无法更换，运行维护困难，影响装置的正常运行。随着制造安装技术工艺的提高，整流盘的故障大大减少。(2)励磁系统旋转部分监视手段少，仅有一接地检测装置检测发电机转子绕组对地绝缘情况，对励磁电压、电流等参数不能监视。(3)三机励磁方式，使整个汽轮发电机轴系增长，运行中轴系稍有变化，励磁机处轴承及发电机励端轴承振动变化明显，不利于机组安全。(4)由于励磁机采用0.7电阻灭弧，自动调压器直流侧开关跳开后其常闭接点将电阻串入励磁机的励磁绕组灭弧，手动50Hz感应调压器不能作为备用调压器使用，主要用于做电气试验

21、，无需每台机组一套，浪费资金。5厂用电系统5.1厂用电系统接线聊城一期工程每台机组厂用电系统配有两台同容量高压厂用变压器、四段6kV母线，两台机共用两台高压厂用启备变；互为备用及成对出现的高压电动机及低压厂用变压器分别由不同高厂变的相应绕组供电；电动给水泵采用双电源供电方式。两台机组共设两段煤灰6kV段，供输煤、柱塞泵等公用负荷。每台机组各设两台汽机、锅炉低压厂用变压器和两段400V PC母线，两低压厂变及PC段互为暗备用；外围辅助车间根据负荷分布情况分区设置动力配电中心，重要的配电PC均采用单母线分段接线方式。400V厂用电系统采用动力配电中心（PC）电动机控制中心（MCC）的接线方式每台机

22、组汽机及锅炉各设置两段保安电机控制中心（MCC）和一套快速起动的1200KW柴油发电机机组。汽机、锅炉保安MCC正常工作时分别由400V汽机、锅炉PC供电，其正常电源失去时，切至柴油发电机供电。6kV采用中电阻接地，400V采用直接接地。5.2厂用电系统特点(1)双重配置的高压厂变及高压启备变和6kV母线四段配置，具有运行灵活、供电可靠、负荷分配均匀等优点。(2)6kV不设公用段，全厂公用负荷分接于两台机组的6kV母线上，提高了公用负荷的供电可靠性，降低了投资。(3)6kV系统中性点经中电阻接地，接地电阻为6.06的不锈钢电阻。系统在运行过程中，若发生单相接地故障时，短路电流限制在600A，且提高了系统接地保护的灵敏度。(4)6kV厂用电母线工作、备用开关均采用本体从德国西门子进口的开关，每段母线配置1套可靠的厂用电快切装置，有效提高了厂用电可靠性。本厂投产发电2年以来，两台机共七十多次停机或跳机，厂用电切换均正常无误。(5)6kV开关采用真空断路器与限流熔断器真空接触器（FC）相结合的方案，即电源回路及容量1000kV以上的电动机和1250kVA以上的厂用变压器采用真空断路器，容量1000kW及以下的电动机