發(fā)電廠空冷島采用660V 電壓供電的運用研究

第8頁共8頁發(fā)電廠空冷島采用660V電壓供電的運用研究龔峰（江蘇智方建設工程有限公司，武漢市武昌區(qū)中南路12號湖北建設大廈A座18樓，430071）[摘要]本文通過660V電壓在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中的運用實例進行總結，對火電廠直接空冷機組的空冷島采用660V電壓等級供電進行了分析研究，將空冷島采用660V與380V供電方案進行了設備投資及廠用電損耗的比較。通過理論分析，來說明采用660V電壓等級在投資及節(jié)能兩個方面的優(yōu)越性，并對660V電氣設備生產制造水平、技術參數(shù)及價格進行了調研，對發(fā)電廠低壓廠用電的電壓選擇提出新的嘗試。[關鍵詞]空冷島；660V電壓供電；廠用電電壓選擇；節(jié)能降耗；ResearchfortheApplicationofpowersupplywith660VtoAirCoolingCondenserinpowerplantGONGFeng（JiangsuZhifangConstruction&EngineeringCo.,Ltd,Wuhan430071,China）Abstract：Inthispaper,Throughtheresultofthe660Vvoltagelevelapplicationintheauxiliarypowersupplysystemofthepowerplant,theAirCoolingCondenserofdirectair-coolinggeneratorunitinthermalpowerplantthepowersupplywith660Vvoltagelevelwasanalyzed,theequipmentinvestmentandauxiliarypowerconsumptionwerecomparedbetweentheAirCooingCondensersupplyingwith660Vand380V.Throughtheoreticalanalysis,toillustratetheuseof660Vvoltageleveladvantagesbothinenergyefficiencyandinvestment,andthemanufacturingability,technicalparametersandpricesof660Velectricalequipmenthavebeensurveyed,low-voltageauxiliarypowersupplyforpowerplantswithnewvoltageselectionisbeingattempted.[Keywords]AirCoolingCondenser;660Vvoltagepowersupply;Selectionofauxiliarysystemvoltage;energysaving;概述節(jié)能降耗是社會發(fā)展，工程建設永恒不變的主題，它是一項系統(tǒng)工程，貫穿在工程的設計、設備選型及制造、施工安裝、生產運行、運營管理的整個生命周期內。目前，在水資源比較匱乏地區(qū)建設的火力發(fā)電項目中，對傳統(tǒng)的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)進行技術更新，越來越多的工程開始采用國際上較為流行的空冷島風冷技術。國內多個600MW，1000MW的空冷發(fā)電廠均已投產發(fā)電，目前運行情況良好。直接空冷系統(tǒng)采用空氣冷卻替代傳統(tǒng)的凝汽器及循環(huán)水系統(tǒng)，通過大量的風機同時工作來對空冷平臺實施冷卻，空冷系統(tǒng)在節(jié)約大量冷卻用水的同時，廠用電的消耗也十分驚人。根據《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052-2009）中相關條款，“工礦企業(yè)低壓配電的電壓亦可采用660V”。但在《火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)定》相關條款，低壓廠用電電壓宜采用380V，其解釋條款中說明“鑒于在火力發(fā)電系統(tǒng)中沒有采用660V電壓的實例，故取消了660V的內容。但在具體工程中，經過經濟技術論證，也可以采用660V電壓?！笔芤?guī)程條款及工程習慣的影響，國內的發(fā)電廠低壓廠用電系統(tǒng)均采用380V的供電電壓。能否從廠用電電壓等級的選擇上入手，進行設計的優(yōu)化，對工程投資與節(jié)能降耗的空間進行挖掘，是一種新的嘗試。目前我國的機電設備制造已經達到國際先進水平，電氣設備的生產制造已經不再是制約電壓等級選擇的“瓶頸”。目前，在低壓供配電系統(tǒng)中，很多380V與660V的電氣設備產品從制造到使用都已經采用了相同標準下的同一產品。由中南電力設計院總承包的“廣西金桂漿紙業(yè)有限公司動力廠2×150MW自備電廠項目”工程，在低壓廠用電系統(tǒng)的設計中率先采用了660V，全廠所有的低壓電動機電壓均采用660V供電，為了解決主輔助廠房的照明、熱控負荷的要求，全廠設置了專用的6/0.4kV的照明及控制變壓器。該電廠的#1機組目前已經投運，運行情況良好，#2機組也即將投入商業(yè)運行。受廣西金桂工程的啟發(fā)，結合直接空冷發(fā)電廠中的空冷島電氣供電具有相對獨立性的特點，本文擬以某電廠2×600MW空冷機組為例，對空冷島電氣系統(tǒng)采用660V電壓供電的可行性及經濟性進行分析，拋磚引玉，以期在低壓廠用電系統(tǒng)的電壓選擇上給工程設計帶來一些新的嘗試?？绽鋶u采用660V電壓供電的電氣接線方案由中南電力設計院設計的北方某電廠，建設2×600MW直接空冷機組，兩臺機組已經于2009年建成投產。每臺機組配置64臺90kW的空冷電機，空冷電機采用變頻器控制，在空冷島區(qū)域設置空冷配電間?？绽鋶u采用常規(guī)的380V電壓供電的接線方式如下：每臺機組設置四段380V空冷PC，每段PC由一臺電壓比為6/0.4kV，容量為2500kW的空冷變壓器供電，變壓器400V側采用直接接地方式，每段母線上引接16臺空冷電機及對應的電機加熱器，每兩臺變壓器設置一臺專用的空冷備用變，空冷備用變的容量亦為2500kVA，采用明備用的接線方案。每臺機組設置一段380V空冷MCC，兩回電源由主廠房汽機變供給，MCC的負荷主要是與空冷島匹配的沖洗水泵，空冷電機的減速機、齒輪箱加熱器設備、空冷配電室照明及空調通風設備的電負荷。接線示意圖如下：將空冷PC采用660V電壓供電之后，空冷變壓器的容量仍按2500kVA考慮，臺數(shù)及備用方式不變，電壓比為6/0.69kV，低壓側斷路器額定電流由5000A調整為2500A，變壓器低壓側經電阻接地。空冷MCC的接線方案仍采用380V供電，兩回電源由主廠房汽機變供給?？绽銹C與MCC的負荷引接及供電方式與380V供電方式相同，接線示意圖如下：660V電氣設備的制造情況低壓動力供電采用交流660V電壓等級在煤炭、有色、冶金等行業(yè)已得到較為普遍的應用，特別是煤炭行業(yè)，在上世紀六十年代就已廣泛采用，我院在廣西金桂項目的自備電廠中，低壓電氣設備除照明檢修設備之外，均是按照660V的額定電壓進行招標采購的。目前國內額定電壓為380V的低壓電氣設備的絕緣電壓大多是按照1000V的標準進行生產制造的，同一產品，可適用于380V與660V兩種電壓等級。下面，將根據設備實際的函調結果，對低壓電氣設備在兩種不同電壓等級下的運用，進行分析比較：配電變壓器經過咨詢國內新疆特變，廣東順特，保變天威等知名干式變壓器制造商，均能生產SCB10-6/0.69kV，2500kVA的干式變壓器，且當?shù)蛪簜鹊碾妷禾岣咧?.69kV之后，干式變壓器的容量理論值可達10000kVA，目前有的生產廠家已經有4000kVA的運行業(yè)績，被調查企業(yè)均有2500kVA容量等級的成熟運行業(yè)績。兩種變壓器的低壓側電壓不同，但其絕緣水平及耐壓試驗的標準相同，高壓對低壓20kV，高壓對地20kV，低壓對地3kV。對于容量2500kVA的SCB10型干式變壓器，當?shù)蛪簜入妷簽?.69kV與0.4kV時，所有的廠家價格是相同的。變頻電動機目前國內的660V變頻電動機已是成熟產品，批量生產的電機功率從11kW至1800kW均有運行業(yè)績。660V與380V的6極變頻電機，功率為90kW時，其技術指標是相同的，效率為93.5%，電機的有功損耗為6.25kW。經過詢價，型號為YPT315M，6極，防護等級為IP54的變頻電機，當額定電壓為380V與660V時，價格相同。變頻器針對380V及660V兩種電壓等級，由于變頻器內部元器件的耐電壓程度不一樣，國內外的變頻器生產廠家均能提供對應的細分電壓產品，但不能做到同一款產品在不同電壓等級上互換。以國產變頻器為例，配套功率90kW的電機，兩種變頻器由于額定電流不同，額定的絕緣電壓不同，其產品價格有一定的差異，目前660V的產品較380V的產品價格高出約20%。兩款產品的外形尺寸是相同的。低壓開關設備施耐德公司的MT及NSX的低壓元件在煤碳、鋼鐵、石化行業(yè)的660V供配電系統(tǒng)已經有較多的運行業(yè)績。咨詢國內的常熟，凱帆等知名元件供應商，其低壓產品在380V與660V兩種電壓等級均有運行業(yè)績。380V的低壓元件，在660V配電系統(tǒng)上運用時，無需降容，目前市場上是同一產品，兩種電壓產品的絕緣電壓與沖擊耐受電壓的標準是一樣的。將開關運用在660V系統(tǒng)時，其極限分斷能力和使用分斷能力會下降，同容量變壓器供電的660V母線短路電流水平會較380V低，元件可以滿足開斷的要求。低壓開關柜經過咨詢合資及國產多家柜廠，國產品牌與合資品牌的開關柜額定工作電壓為380V與660V時試驗標準相同。ABB公司的MNS型號開關柜、穆勒的MODEN6000、國內MNS的各種改進型號等對這兩種電壓等級都是相同的生產標準，開關柜本身的造價沒有變化。詢施耐德的BLOKSET開關柜用于660V時，反映要考慮絕緣加強，即需加相間隔板。變頻電纜選擇型號為ZRC-BPGGP2-0.6/1的硅橡膠絕緣變頻電纜，對于額定電壓為1000V及以下的電力電纜，除采用不同的絕緣材料外，對電纜的耐壓試驗要求是一致的，耐壓試驗為3.5kV/5mim。90kW的空冷電動機電壓為660V時選擇截面為3×50mm2，電壓為380V時選擇截面為3×12采用660V與采用380V供電電壓的經濟性分析電氣設備投資分析以上文提到的空冷島采用380V與660V兩種電壓等級的接線方案為依據進行電氣設備的投資分析。見表一，380V與660V供電方案設備投資比較表。表一380V與660V供電方案設備投資比較表380V供電方案660V供電方案序號比較項目參考型號單價(萬元)數(shù)量價格(萬元)參考型號單價(萬元)數(shù)量價格(萬元)1干式變壓器SCB10-6/

0.4kV2500kVA2512臺300SCB10-6/

0.69kV2500kVA2512臺3002進線框架斷路器MT5000-MIC6.0A12.8416臺205.44MT2500-MIC6.0A4.6716臺74.723變頻器TJNB6090PT43.98128臺509.44TJNB6090PT65.38128臺688.644變頻電機YPT315M-3803.28128419.84YPT315M-6603.28128419.845變頻電纜ZRC-BPGGP2-0.6/1

3×1200.038620000米772ZRC-BPGGP2-0.6/13×500.016420000米328總價2206.71811.2差價+395.50經過函詢合資、國產的知名電氣設備制造商，380V與660V的干式變壓器及變頻電機的價格是一樣的。660V變頻器較380V變頻器高出20%，但進線的框架斷路與變頻電纜，由于采用660V電壓之后，電流較采用380V減小很多，其價格會相去甚遠，大幅下降。綜合起來比較，兩臺600MW級的直接空冷發(fā)電廠，若將空冷島的供電電壓由380V提高至660V，可節(jié)省一次投資約400萬元。廠用電損耗分析直接空冷的火力發(fā)電廠，空冷島負荷的消耗約占整個廠用電消耗的10%左右，所以研究其廠用電系統(tǒng)采用不同的電壓等級帶來的電能損耗具有十分重要的意義。功率（容量）相同的電氣設備，采用660V電壓等級之后，其額定電流只有原來的1/√3，電流在導體上的的損耗僅為380V的1/3。下面對電壓分別采用380V與660V時的電纜線路與變壓器，進行損耗的計算分析與比較?？绽潆姍C供電電纜的年損耗計算：有功功率損耗：△P=3I302R0L×10式中：I30為線路的計算電流（A）；R0為線路單位長度每相電阻值（Ω/km）；3×120mm2的電阻值為0.153，3×50mm2的電阻值為0.387。L為線路長度(km)；年電能損耗：△Wz=△P×τ式中：△P為線路有功功率損耗（kW）τ為最大負荷損耗小時數(shù)，按等效滿負荷小時數(shù)5500，功率因素為0.8時，τ值取4100。380V電纜線路年損耗：△Wz=[3*1602*0.153*20*10-3]*4100=963000kWh/年。660V電纜線路年損耗：△Wz=[3*92.62*0.387*20*10-3]*4100=816000kWh/年。變壓器年損耗計算：變壓器有功功率損耗：Pb=△Pk+△Pe*(I2/I2N）2+△Pf式中：△Pk為空載損耗，0.38kV為3600W,0.69kV為4000W；△Pe為額定負荷時銅耗，0.38kV為17170W，0.69kV為14950W；△Pf為附加損耗，一般為額定負荷時銅耗的2%左右，0.38kV為340W，0.69kV為300W；I2為變壓器二次側的實際電流；I2N為變壓器二次側的額定電流；I2/I2N的比值為變壓器的負荷率，負荷率越高，變壓器的有功功率損耗越大，不論變壓器采用何種電壓，空冷變的負荷率是相同的，在本文中，取值0.85。一臺SCB10-6/0.38kV，2500kVA變壓器損耗：Pb=3.6+17.17*0.852+0.34=16.34kW；一臺SCB10-6/0.69kV，2500kVA變壓器損耗：Pb=4+14.95*0.852+0.3=15.1kW；兩臺機組共8臺變壓器，低壓側采用0.38kV全年的損耗為：12×16.34×4100=804000kWh/年；低壓側采用0.69kV全年的損耗為：12×15.1×4100=743000kWh/年。從廠用電損耗分析可以看出，在采用了660V電壓等級供電之后，在電纜線路，變壓器，電動機等用電設備上的有功功率損耗較380V會有所下降。上文的計算分析是針對廠用電系統(tǒng)中的空冷島一年的耗損而言，若按發(fā)電廠30年的生命周期，全廠的低壓廠用電系統(tǒng)均采用660V來計算，其效益是非常可觀的?？绽鋶u低壓廠用電系統(tǒng)采用660V供電應注意的幾個問題根據在金桂工程的設計經驗及電廠的運行實踐，空冷PC的電壓采用660V供電時，應在工程設計中注意以下幾個問題：變壓器660V中性點接地方式660V系統(tǒng)中性點宜直接接地或采用高電阻接地的方式。金桂項目的660V中性點采用的是直接接地方式。若660V系統(tǒng)中性點采用高電阻接地（電阻電流等于電容電流）時，單相接地故障過電壓不超過2.5p.u.，等于2.5*690/√3=995V，小于目前低壓電氣設備的絕緣1000V的等級。如果采用不接地方式時，單相接地故障的過電壓水平最高可達到3.5p.u.，3.5*690/√3=1394V，則大于1000伏，對低壓設備的絕緣會造成破壞?？绽渥兊慕泳€組別空冷變的接線組別采用D，yn11接線,對于抑制因大量應用變頻器產生的諧波以及提高空冷變的效率等是十分有利的?？刂齐娫吹膯栴}保護裝置、框架斷路器、接觸器等電氣設備控制電源可以采用直流控制，采用交流時可以采用0.66/0.38/0.22kV的隔離變壓器進行解決。空冷電動機就地控制箱的電源也宜采用直流控制。其它電氣元器件的額定電壓空冷PC上，若有回路中需要采用熔斷器、接觸器、熱繼電器或者隔離開關等電氣設備的，應核實設備的額定工作電壓。隨設備配套的用電設備的額定電壓對于變壓器的冷卻風扇，開關柜內的電加熱器、照明等隨主設備配套的用電設備額定電壓應在設備招標時明確提出，要求由主設備供應商統(tǒng)籌