發(fā)電廠啟備變環(huán)保節(jié)能改造方案

1、電廠啟備變環(huán)保節(jié)能技術(shù)改造方案一、 啟備變環(huán)保節(jié)能的意義和經(jīng)濟(jì)效益1) 啟備變節(jié)能運(yùn)行的意義隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 能源需求與能源消耗日益增加， 作為能源動(dòng)力的發(fā) 電廠進(jìn)行節(jié)能減排， 其意義十分重大。 建設(shè)節(jié)約環(huán)保型示范電廠， 已經(jīng)成為各大發(fā)電集 團(tuán)落實(shí)國家建設(shè)資源節(jié)約型、 環(huán)境友好型社會(huì)的具體體現(xiàn)， 是建設(shè)具有國際競爭力大企 業(yè)集團(tuán)的戰(zhàn)略舉措。隨著發(fā)電公司與電網(wǎng)公司的分離， 以及電力市場改革的不斷推進(jìn)， 各發(fā)電公司發(fā)電 廠開始自負(fù)盈虧。 對于火電發(fā)電企業(yè)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性， 通過兩大經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來反應(yīng)： 發(fā)電標(biāo)準(zhǔn) 煤耗和廠用電率。在完成發(fā)電任務(wù)的同時(shí)，盡可能降低發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗、降低廠用電率， 就可以

2、提高發(fā)電廠的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化的目標(biāo)。眾所周知， 發(fā)電廠啟備變一直采用熱備用的運(yùn)行狀態(tài)， 存在空載損耗。 以北方聯(lián)合 電力有限責(zé)任公司統(tǒng)計(jì)了下屬發(fā)電廠的啟備變運(yùn)行為例， 啟備變?nèi)萘繛?30MW70MW 不等，若這些啟備變?nèi)扛挠美鋫溆?，每年可?jié)約空載損耗的電費(fèi)約為 2600 萬元。國內(nèi)相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明， 300MW-600MW 機(jī)組設(shè)計(jì)廠用電率約為 6 8%，200MW 及 以下機(jī)組一般在 7 8%，老舊機(jī)組廠用電率一般高于 8 9%。2005 年末我國裝機(jī)容量 已達(dá)到 5億 kW ，其中水電機(jī)組 1億 kW ，火電機(jī)組 4億 kW ，火電機(jī)組中 300MW 以 上機(jī)組占 42% ，30

3、0MW 以下機(jī)組為 58%，平均廠用電率為 7.7%。若按照“十一五” 規(guī)劃綱要(草案) 要求能源消耗降低 20%(7.7% 20%=1.54% )，則相當(dāng)于新增 6200MW 裝機(jī)容量，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 1300 萬噸，節(jié)約 240 億元投資，相應(yīng)地降低了土地 占用及相應(yīng)的煤、電消耗，也相應(yīng)地降低水資源和相應(yīng)的材料、機(jī)電設(shè)備等。發(fā)電廠啟備變一直采用熱備用的運(yùn)行狀態(tài)， 一是存在空載損耗， 二是對于多數(shù)發(fā)電 廠來說， 啟備變使用的是電網(wǎng)購買的工業(yè)電， 電價(jià)高于廠內(nèi)自用電， 存在明顯的電價(jià)差， 若改為冷備用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。過去有一種認(rèn)識， 認(rèn)為啟備變涉及廠用電安全運(yùn)行， 必須采用熱備運(yùn)行才能有較高 的可

4、靠性；認(rèn)為空載損耗較小，可忽略不計(jì)；啟備變改為冷備用，雖然降低了損耗，但 增加了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。 然而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步， 自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)品的可靠性越來越高， 啟備 變由熱備用改為冷備用成為了可能。為此，現(xiàn)在我們有必要按照電廠的實(shí)際運(yùn)行情況， 通過分析計(jì)算和相關(guān)的 RTDS 實(shí) 驗(yàn)的研究的驗(yàn)證， 進(jìn)行發(fā)電廠啟備變熱備用改冷備用的工程實(shí)施， 建設(shè)節(jié)約環(huán)保型電廠。2) 啟備變冷備用的經(jīng)濟(jì)效益分析發(fā)電廠啟備變一直采用熱備用的運(yùn)行狀態(tài)， 存在空載損耗 (實(shí)測損耗遠(yuǎn)大于變壓器 銘牌空載損耗) ，據(jù)前期工程實(shí)施中，以北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司下屬發(fā)電廠24 臺啟備變?yōu)檠芯繉ο螅羧扛挠美鋫溆?，每年可?jié)約空載損耗的

5、電費(fèi)約為 2600 萬元； 另外多數(shù)發(fā)電廠啟備變使用的是電網(wǎng)購買的工業(yè)電， 電價(jià)高于廠內(nèi)自用電； 因此冷備技 術(shù)對于節(jié)能減排、降低廠用電率意義重大，符合時(shí)代潮流。啟備變的空載電流實(shí)測及空載損耗估算。 以我公司實(shí)施工程中的某電廠為例， 在電 廠#1 啟備變冷備用投運(yùn)前，實(shí)測了熱備用情況下的空載電流。 實(shí)測 高壓側(cè)二次電流為 3mA ， CT 變比為 600A/5A (由于高壓側(cè)電壓太高，又在運(yùn)行中難于將變壓器的套管 CT更換為計(jì)量專用 CT，由于套管 CT 變比是基于負(fù)荷電流、短路電流設(shè)計(jì)的，用于保 護(hù)，而非計(jì)量專用，故在空載時(shí)的計(jì)量精度很低，本次實(shí)測，只是在CT 二次串了一塊高精度電流表 FL

6、UKE187 )，折算高壓側(cè)一次電流為 0.36A ，實(shí)測高壓側(cè)電壓為 232kV ， 因此，功率：P1 =1.732 232 0.36 cos = 144.7kW 0.8175 = 118.29kW 。( 注： 由啟備變的銘牌參 數(shù)可計(jì) 算出空載運(yùn)行時(shí) 的功率 因數(shù) cos = P0/(0.1%Sn) 32.7kW/(0.1%*40MVA) = 0.8175 )實(shí)際上，由于 CT 精度太低，實(shí)際損耗要比本次實(shí)測數(shù)還要大。根據(jù)型式試驗(yàn)、及 多年電科院的實(shí)測，一般 空載損耗 為變壓器額定容量的 0.31.0% ，若按 0.5% 考慮， 40000kVA 的變壓器損耗最少為 200kW 。以某電廠

7、的啟備變( 55MW )為例，如果啟備變改為冷備用，按啟備變空載損耗占 額定容量的 0.5%估算，每年可節(jié)約電量約 55MW 0.5% 24h 300 天(冷備)/年 = 198 萬 kWh/ 年。假設(shè)按工業(yè)電價(jià) 0.6055 元 /kWh 計(jì)算，一年可節(jié)約費(fèi)用 198 萬 kWh*0.6055 元/kWh = 120 萬元。3) 采用冷備方式后日常運(yùn)行管理的變化啟備變改為冷備用運(yùn)行方式后，在運(yùn)行管理上，應(yīng)做如下規(guī)定：a) 定期啟動(dòng)潛油泵， 防止變壓器油中微水結(jié)冰， 避免變壓器出現(xiàn)事故。 建議冬季定期 啟動(dòng)周期縮短。春夏秋季可每月一次；冬季可每半個(gè)月一次。b) 按運(yùn)行規(guī)程要求，定期做變壓器油微

8、水及色譜分析。啟備變環(huán)保節(jié)能技術(shù)改造方案啟備變冷備用的實(shí)施離不開廠用電快切裝置和變壓器保護(hù)裝置的相互配合， 其中還 涉及到啟備變高低壓側(cè)斷路器合閘方式， 以及合閘過程的勵(lì)磁涌流等一系列問題。 如果 廠用電快切裝置和變壓器保護(hù)裝置配合不好， 有可能在關(guān)鍵時(shí)刻出現(xiàn)不能正確地實(shí)現(xiàn)電 壓切換的問題， 由此引發(fā)的廠用電母線失壓將帶來非常嚴(yán)重的后果。因此， 啟備變冷備用在應(yīng)用之前一定要有充分的成功和可靠的試驗(yàn)結(jié)果作為依據(jù)。通過動(dòng)模試驗(yàn)研究 （包括物理動(dòng)模和 RTDS數(shù)字動(dòng)模），模擬啟備變在各種工況下 （包 括事故狀態(tài)）的切換試驗(yàn)，確認(rèn)啟備變冷備用運(yùn)行的可行性。本項(xiàng)目的總體方案是：a）通過動(dòng)模試驗(yàn)研究 （包

9、括物理動(dòng)模和 RTDS 數(shù)字動(dòng)模），獲得充分而可信的試驗(yàn) 數(shù)據(jù)，作為現(xiàn)場進(jìn)行工程改造的重要依據(jù)；b）采用快切裝置和變壓器保護(hù)裝置（差動(dòng)保護(hù)包含勵(lì)磁涌流閉鎖功能）的配合實(shí) 現(xiàn)啟備變冷備運(yùn)行切換。智能切換裝置，采用合理可靠的高壓側(cè)、低壓側(cè)合閘時(shí)序進(jìn)行切，使切換裝置 支持 熱備與冷備兩種模式，使用時(shí)兩種模式可選其中一種 。1） 啟備變熱備改冷備 RTDS數(shù)字仿真試驗(yàn)為保證快切冷備技術(shù)對貴電廠廠用電系統(tǒng)的適用性，需要對廠用電系統(tǒng)進(jìn)行建模，進(jìn)行 RTDS 試驗(yàn)驗(yàn)證（相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容請參看海勃灣電廠的動(dòng)模試驗(yàn)報(bào)告） ，通過 RTDS 數(shù)字仿真的方法， 定量的分析啟備變冷備用的運(yùn)行工況， 并通過現(xiàn)場試驗(yàn)， 驗(yàn)證

10、了啟備 變冷備用的可行性與可靠性，保證啟備變冷備用項(xiàng)目的順利實(shí)施。啟備變由熱備用改為冷備用后，啟備變的高、低壓側(cè)斷路器合閘方式發(fā)生了變化。 由原來只需合低壓側(cè)斷路器變?yōu)楦?、低壓?cè)斷路器都需要進(jìn)行合閘。在熱備用狀態(tài)下， 起備變在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行， 快切動(dòng)作只需合其低壓側(cè)斷路器。 起備變改為冷備用后， 快切動(dòng) 作時(shí)需要合其高、 低壓側(cè)斷路器。 在起備變剛合上高壓側(cè)時(shí)， 隨之產(chǎn)生激磁涌流等一列 問題。因激磁涌流最大幅值一般可以達(dá)到額定電流的68 倍，且含有大量的高次諧波，故需要從下面幾個(gè)方面研究起備變由熱備用改冷備用的可行性。1）啟備變空投情況下，勵(lì)磁涌流對繼電保護(hù)裝置的影響；2）啟備變帶不同負(fù)載情況下，

11、勵(lì)磁涌流對繼電保護(hù)裝置的影響；3）研究在不同負(fù)載下母線電壓維持時(shí)間。4）測試廠用電快切裝置在各種方式下的切換功能。5）啟備變高、 低壓側(cè)斷路器合閘次序， 對快切和啟備變差動(dòng)保護(hù)的影響； 包括同時(shí)合閘，高、低壓側(cè)不同合閘時(shí)間。2） 啟備變熱備改冷備保護(hù)現(xiàn)場改造配置方案6kV 廠用電每段母線配置 1 臺廠用電智能快切裝置， 對應(yīng) 1 臺發(fā)電機(jī)組屏一面， 安裝于其控制室。廠用電智能快切裝置配置組屏方案如下：發(fā)電廠啟備變熱備改冷備保護(hù)組屏方案（單臺機(jī)組）序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量生產(chǎn)廠家1# 發(fā)電機(jī)組快切保護(hù)柜 （ 每面含 ）面1北京四方廠用電智能快切裝置CSC-821臺2北京四方打印機(jī)LQ-300K臺

12、1北京四方柜體面1北京四方訂購快切裝置還需提供的參數(shù)：額定交流電流值： 1A 或 5A ；直流電壓： 220V 或 110V ，用于開入信號采集； 對時(shí)方式： GPS 脈沖對時(shí)或 485 接口 -B 碼對時(shí)；三、 現(xiàn)場工程實(shí)施1) 每臺廠用電智能快切裝置裝置需要連接的電纜a) 交流量母線三相電壓、工作分支電壓、備用分支電壓1、備用分支電壓 2、工作分支電流、備用分支電流b) 開出量 跳工作分支開關(guān)、合工作分支開關(guān)、跳備用分支高壓側(cè)開關(guān)、合備用分支高壓側(cè)開 關(guān)、跳備用分支低壓側(cè)開關(guān)、合備用分支低壓側(cè)開關(guān)；低壓減載段出口、低壓減載段出口、啟動(dòng)后加速出口； 裝置動(dòng)作、告警信號；c) 開入量 工作分支

13、開關(guān)位置、備用分支高壓側(cè)開關(guān)位置、備用分支低壓側(cè)開關(guān)位置、保護(hù)起 動(dòng)切換；閉鎖遠(yuǎn)方操作、檢修狀態(tài)壓板、信號復(fù)歸、母線 PT 開關(guān)位置、手動(dòng)啟動(dòng)切換、冷 備用方式、保護(hù)閉鎖切換、總閉鎖；d) 其它裝置電源、通訊線等；2) 廠用電智能快切裝置通訊組網(wǎng)CSC-821 廠用電智能快切裝置提供的通訊方式：a) 電 RS485 端口：屏蔽雙絞線接口，支持 Modbus RTU 規(guī)約；b ) 電以太網(wǎng)端口： RJ45 接口，支持 IEC60870-5-103 規(guī)約可以通過通訊方式將 CSC-821 廠用電智能快切裝置連接至 ECS 系統(tǒng)，上傳信息。四、 CSC821 廠用電智能快切裝置介紹1) 裝置特點(diǎn)：a

14、) 采用通用的網(wǎng)絡(luò)化硬件平臺，裝置資源可靈活擴(kuò)展，軟件基于 IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)， 組態(tài)靈活方便，可滿足不同用戶的需求；b) 核心 CPU 采用 Freescale 公司集成通訊處理器的 PowerPC 嵌入式雙內(nèi)核處理器、 基于實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，具有低功耗、壽命長、可靠性高，適合嚴(yán)酷工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)；c) 獨(dú)特的頻率和相角差測量方法，具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)， 保證快速切換的成功率；d) 采用改進(jìn)的高精度恒定越前時(shí)間算法計(jì)算導(dǎo)前角， 確保同期切換時(shí)母線電壓與備用 電源電壓第一次滿足相角條件時(shí)合上備用電源；e) 支持備用分支變壓器冷備用；f) 靈活的切換方式組合，可根據(jù)

15、用戶需求自定義不同的切換方式；g) 功能設(shè)置齊備、 裝置提供兩段式低壓減載功能， 保證在母線電壓低時(shí)， 跳開不重要 的負(fù)荷；h) 完善的自檢功能，對于所有的輸入輸出通道均實(shí)時(shí)自診斷；i) 大容量的錄波功能，真實(shí)記錄各種切換方式下，工作 / 備用分支電壓、母線電壓、 工作 /備用分支電流等模擬量變化的全過程，為事故分析提供第一手資料；j) 裝置提供工業(yè)以太網(wǎng)接口、 RS485 接口以及豐富的信號輸出接點(diǎn)， 實(shí)現(xiàn)快速及可靠 的遠(yuǎn)方操作，方便接入 DCS 系統(tǒng)和電氣監(jiān)控系統(tǒng)；2) 廠用電源切換功能介紹在實(shí)施啟備變熱備用運(yùn)行和冷備用運(yùn)行時(shí)， 廠用電快速切換裝置需要具備多種切換功能，如下圖所示。起動(dòng)方式

16、就地/遠(yuǎn)方手 動(dòng)起動(dòng)切換保護(hù)接點(diǎn) 起動(dòng)切換母線失壓 起動(dòng)切換開關(guān)偷跳 起動(dòng)切換并聯(lián)切換條件滿足 合備用高壓側(cè)開關(guān) 高壓側(cè)開關(guān)已合 合備用低壓側(cè)開關(guān) 低壓側(cè)開關(guān)已合 手跳工作側(cè)開關(guān)跳工作側(cè)開關(guān)經(jīng)整定延時(shí) 切換條件滿足合備用側(cè)并聯(lián)切換條件滿足合備用高壓側(cè)開關(guān)高壓側(cè)開關(guān)已合合備用低壓側(cè)開關(guān) 低壓側(cè)開關(guān)已合 經(jīng)整定延時(shí) 跳工作側(cè)開關(guān)跳工作側(cè)開關(guān) 工作側(cè)開關(guān)已分 切換條件滿足 合備用側(cè)切換條件滿足 合備用側(cè)動(dòng)作過程切換條件同期條件判定快切條件判定圖 1 廠用電快速切換裝置切換功能圖1） 廠用電源切換功能介紹a） 手動(dòng)起動(dòng)的正常切換 正常切換是雙向的，可以由工作分支切向備用分支，也可以由備用分支切向工作分

17、支。 正常切換有以下幾種方式：1. 正常并聯(lián)切換正常并聯(lián)切換可以保證工作母線的持續(xù)供電。 并聯(lián)分為并聯(lián)半自動(dòng)和并聯(lián)自動(dòng)兩種。 用 戶可以在控制字中整定并聯(lián)切換的實(shí)現(xiàn)方式。1） 熱備時(shí)： 并聯(lián)半自動(dòng)：裝置自動(dòng)合上備用（工作）分支，延時(shí)等待操作人員手動(dòng)跳 開工作（備用）分支。如果超時(shí) （并聯(lián)半自動(dòng)跳閘延時(shí) ）而未跳開，裝置啟 動(dòng)去耦合功能。并聯(lián)自動(dòng)：裝置自動(dòng)合上備用（工作）分支，成功后經(jīng)可整定的延時(shí)后再 跳開工作（備用）分支。如果超時(shí) （并聯(lián)自動(dòng)跳閘延時(shí) ）而未跳開，裝置啟 動(dòng)去耦合功能。2） 冷備時(shí)：并聯(lián)半自動(dòng)： 工作至備用時(shí)，若高壓側(cè)開關(guān)不在合位，裝置自動(dòng)合備用變高壓側(cè)開關(guān)， 如果高壓側(cè)已在合

18、位不發(fā)合令，在確認(rèn)高壓側(cè)開關(guān)合上以后，合備用變低 壓側(cè)開關(guān)，在確認(rèn)低壓側(cè)開關(guān)合上以后，延時(shí)等待操作人員手動(dòng)跳開工作 分支。如果超時(shí) （并聯(lián)半自動(dòng)跳閘延時(shí) ）而未跳開，裝置啟動(dòng)去耦合功能。 備用至工作時(shí)，裝置自動(dòng)合上工作分支開關(guān)，延時(shí)等待操作人員手動(dòng)跳開 備用變低壓側(cè)開關(guān)。 如果超時(shí) （并聯(lián)半自動(dòng)跳閘延時(shí) ） 而未跳開低壓側(cè)開關(guān)， 裝置啟動(dòng)去耦合功能。并聯(lián)自動(dòng)： 工作至備用時(shí)，若高壓側(cè)開關(guān)不在合位，裝置自動(dòng)合備用變高壓側(cè)開關(guān)， 在確認(rèn)高壓側(cè)開關(guān)合上以后，延時(shí) 10 秒合備用變低壓側(cè)開關(guān)，合備用變 低壓側(cè)開關(guān)，在確認(rèn)低壓側(cè)開關(guān)合上以后，經(jīng)可整定的延時(shí)后跳開工作分 支。如果超時(shí) （并聯(lián)自動(dòng)跳閘延時(shí)

19、）未跳開，裝置啟動(dòng)去耦合功能。若在合 低壓側(cè)前，高壓側(cè)已在合位則不發(fā)合令，不經(jīng)延時(shí)直接合低壓側(cè)開關(guān)。 備用至工作時(shí)，裝置自動(dòng)合上工作分支開關(guān)，工作開關(guān)合上后，經(jīng)可整定 的延時(shí)后再跳開備用變低壓側(cè)開關(guān)。 如果超時(shí) （并聯(lián)自動(dòng)跳閘延時(shí) ） 未跳開， 裝置啟動(dòng)去耦合功能2. 正常同時(shí)切換正常同時(shí)切換可有三種切換條件，快速、同期、殘壓。1） 熱備時(shí)： 手動(dòng)起動(dòng)，先發(fā)跳工作（備用）分支命令，經(jīng)過同時(shí)切換合閘延時(shí)定值后，在切 換條件滿足時(shí)，發(fā)合備用（工作）分支命令。2） 冷備時(shí)：工作至備用時(shí)， 手動(dòng)起動(dòng)， 先發(fā)跳工作分支命令， 若高壓側(cè)開關(guān)不在合位， 裝置合備用變高壓側(cè)開關(guān)，經(jīng)延時(shí) T 和同時(shí)切換合閘延時(shí)

20、定值的最大值 后判斷切換條件，在切換條件滿足時(shí)，發(fā)合備用變低壓側(cè)開關(guān)命令。 T 的目的是使低壓側(cè)不先于高壓側(cè)合閘。T=高壓側(cè)開關(guān)合閘時(shí)間 -低壓側(cè)合閘時(shí)間。如果發(fā)跳工作令時(shí)，高壓側(cè)已在合位，則直接在經(jīng)同時(shí)切換合 閘延時(shí)后判切換條件合低壓側(cè)。備用至工作時(shí)，手動(dòng)起動(dòng)，先發(fā)跳備用變低壓側(cè)開關(guān)命令，經(jīng)延時(shí)同時(shí)切 換合閘延時(shí)定值后判斷切換條件， 在切換條件滿足時(shí)， 發(fā)合工作分支命令。3. 正常串聯(lián)切換1） 熱備時(shí)： 手動(dòng)起動(dòng)，先發(fā)跳工作（備用）分支命令，確認(rèn)工作（備用）分支跳開后，在切 換條件滿足時(shí)，發(fā)合備用（工作）分支命令。2） 冷備時(shí)：工作至備用時(shí)， 手動(dòng)起動(dòng)， 先發(fā)跳工作分支命令， 若高壓側(cè)開關(guān)不

21、在合位， 裝置合備用變高壓側(cè)開關(guān)，時(shí)間 t 開始計(jì)時(shí)，工作分支分開后，開始判斷 t 是否大于 T，如果 t T 則開始判斷切換條件， 在切換條件滿足時(shí)， 發(fā) 合備用變低壓側(cè)開關(guān)命令。 延時(shí) T 的目的是使低壓側(cè)不先于高壓側(cè)合閘。 T=高壓側(cè)開關(guān)合閘時(shí)間 -低壓側(cè)合閘時(shí)間。如果發(fā)跳工作令時(shí)，高壓側(cè) 已在合位，則直接判切換條件合低壓側(cè)。備用至工作時(shí)，手動(dòng)起動(dòng)，先發(fā)跳備用變低壓側(cè)開關(guān)命令，確認(rèn)備用變低 壓側(cè)開關(guān)分開以后，判斷切換條件，在切換條件滿足時(shí)，發(fā)合工作分支命 令。b) 保護(hù)起動(dòng)的事故切換方式事故切換是單向的，只能由工作分支切向備用分支。事故切換有兩種方式：1. 串聯(lián)切換1) 熱備時(shí)：起動(dòng)后，跳工作分支，確認(rèn)跳開后，經(jīng)快速切換、同期切換或殘壓切 換后合上備用分支。2) 冷備時(shí)：起動(dòng)后，先發(fā)跳工作