1、電廠啟備變環保節能技術改造方案 一、 啟備變環保節能的意義和經濟效益1) 啟備變節能運行的意義隨著我國國民經濟的快速發展，能源需求與能源消耗日益增加，作為能源動力的發電廠進行節能減排，其意義十分重大。建設節約環保型示范電廠，已經成為各大發電集團落實國家建設資源節約型、環境友好型社會的具體體現，是建設具有國際競爭力大企業集團的戰略舉措。隨著發電公司與電網公司的分離，以及電力市場改革的不斷推進，各發電公司發電廠開始自負盈虧。對于火電發電企業運行經濟性，通過兩大經濟指標來反應：發電標準煤耗和廠用電率。在完成發電任務的同時，盡可能降低發電標準煤耗、降低廠用電率，就可以提高發電廠的生產效率，實現企業效益
2、最大化的目標。眾所周知，發電廠啟備變一直采用熱備用的運行狀態，存在空載損耗。以北方聯合電力有限責任公司統計了下屬發電廠的啟備變運行為例，啟備變容量為30MW70MW不等，若這些啟備變全部改用冷備用，每年可節約空載損耗的電費約為2600萬元。國內相關統計表明，300MW-600MW機組設計廠用電率約為68%，200MW及以下機組一般在78%，老舊機組廠用電率一般高于89%。2005年末我國裝機容量已達到5億kW，其中水電機組1億kW，火電機組4億kW，火電機組中300MW以上機組占42%，300MW以下機組為58%，平均廠用電率為7.7%。若按照“十一五”規劃綱要（草案）要求能源消耗降低20%（
3、7.7%20%=1.54%），則相當于新增6200MW裝機容量，節約標準煤1300萬噸，節約240億元投資，相應地降低了土地占用及相應的煤、電消耗，也相應地降低水資源和相應的材料、機電設備等。發電廠啟備變一直采用熱備用的運行狀態，一是存在空載損耗，二是對于多數發電廠來說，啟備變使用的是電網購買的工業電，電價高于廠內自用電，存在明顯的電價差，若改為冷備用，經濟效益明顯。過去有一種認識，認為啟備變涉及廠用電安全運行，必須采用熱備運行才能有較高的可靠性；認為空載損耗較小，可忽略不計；啟備變改為冷備用，雖然降低了損耗，但增加了運行風險。然而隨著技術的不斷進步，自動化設備產品的可靠性越來越高，啟備變由熱
4、備用改為冷備用成為了可能。為此，現在我們有必要按照電廠的實際運行情況，通過分析計算和相關的RTDS實驗的研究的驗證，進行發電廠啟備變熱備用改冷備用的工程實施，建設節約環保型電廠。2) 啟備變冷備用的經濟效益分析發電廠啟備變一直采用熱備用的運行狀態，存在空載損耗（實測損耗遠大于變壓器銘牌空載損耗），據前期工程實施中，以北方聯合電力有限責任公司下屬發電廠24臺啟備變為研究對象，若全部改用冷備用，每年可節約空載損耗的電費約為2600萬元；另外多數發電廠啟備變使用的是電網購買的工業電，電價高于廠內自用電；因此冷備技術對于節能減排、降低廠用電率意義重大，符合時代潮流。啟備變的空載電流實測及空載損耗估算。
5、以我公司實施工程中的某電廠為例，在電廠#1啟備變冷備用投運前，實測了熱備用情況下的空載電流。實測高壓側二次電流為3mA，CT變比為600A/5A（由于高壓側電壓太高，又在運行中難于將變壓器的套管CT更換為計量專用CT，由于套管CT變比是基于負荷電流、短路電流設計的，用于保護，而非計量專用，故在空載時的計量精度很低，本次實測，只是在CT二次串了一塊高精度電流表FLUKE187），折算高壓側一次電流為0.36A，實測高壓側電壓為232kV，因此，功率：P1 =1.7322320.36 cos = 144.7kW0.8175 = 118.29kW。( 注：由啟備變的銘牌參數可計算出空載運行時的功率因
6、數cos = P0/(0.1%Sn) 32.7kW/(0.1%*40MVA) = 0.8175 )實際上，由于CT精度太低，實際損耗要比本次實測數還要大。根據型式試驗、及多年電科院的實測，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，每年可節約電量約55MW0.5%24h300天(冷備)/年 = 198萬kWh/年。假設按工業電價0.6055元/kWh計算，一年可節約費用198萬kWh*0.6055元/kWh = 120萬元。3) 采
7、用冷備方式后日常運行管理的變化啟備變改為冷備用運行方式后，在運行管理上，應做如下規定：a) 定期啟動潛油泵，防止變壓器油中微水結冰，避免變壓器出現事故。建議冬季定期啟動周期縮短。春夏秋季可每月一次；冬季可每半個月一次。b) 按運行規程要求，定期做變壓器油微水及色譜分析。二、 啟備變環保節能技術改造方案啟備變冷備用的實施離不開廠用電快切裝置和變壓器保護裝置的相互配合，其中還涉及到啟備變高低壓側斷路器合閘方式，以及合閘過程的勵磁涌流等一系列問題。如果廠用電快切裝置和變壓器保護裝置配合不好，有可能在關鍵時刻出現不能正確地實現電壓切換的問題，由此引發的廠用電母線失壓將帶來非常嚴重的后果。因此，啟備變冷
8、備用在應用之前一定要有充分的成功和可靠的試驗結果作為依據。通過動模試驗研究（包括物理動模和RTDS數字動模），模擬啟備變在各種工況下（包括事故狀態）的切換試驗，確認啟備變冷備用運行的可行性。本項目的總體方案是：a) 通過動模試驗研究（包括物理動模和RTDS數字動模），獲得充分而可信的試驗數據，作為現場進行工程改造的重要依據；b) 采用快切裝置和變壓器保護裝置（差動保護包含勵磁涌流閉鎖功能）的配合實現啟備變冷備運行切換。智能切換裝置，采用合理可靠的高壓側、低壓側合閘時序進行切，使切換裝置支持熱備與冷備兩種模式，使用時兩種模式可選其中一種。1) 啟備變熱備改冷備RTDS數字仿真試驗為保證快切冷備技
9、術對貴電廠廠用電系統的適用性，需要對廠用電系統進行建模，進行RTDS試驗驗證（相關實驗內容請參看海勃灣電廠的動模試驗報告），通過RTDS數字仿真的方法，定量的分析啟備變冷備用的運行工況，并通過現場試驗，驗證了啟備變冷備用的可行性與可靠性，保證啟備變冷備用項目的順利實施。啟備變由熱備用改為冷備用后，啟備變的高、低壓側斷路器合閘方式發生了變化。由原來只需合低壓側斷路器變為高、低壓側斷路器都需要進行合閘。在熱備用狀態下，起備變在穩態下運行，快切動作只需合其低壓側斷路器。起備變改為冷備用后，快切動作時需要合其高、低壓側斷路器。在起備變剛合上高壓側時，隨之產生激磁涌流等一列問題。因激磁涌流最大幅值一般可
10、以達到額定電流的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，勵磁涌流對繼電保護裝置的影響；2) 啟備變帶不同負載情況下，勵磁涌流對繼電保護裝置的影響；3) 研究在不同負載下母線電壓維持時間。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、低壓側斷路器合閘次序，對快切和啟備變差動保護的影響；包括同時合閘，高、低壓側不同合閘時間。2) 啟備變熱備改冷備保護現場改造配置方案6kV廠用電每段母線配置1臺廠用電智能快切裝置，對應1臺發電機組屏一面，安裝于其控制室。廠用電智能快切裝置配置組屏方案如下：發電廠啟備變熱備改冷備保
11、護組屏方案（單臺機組）序號名稱規格型號單位數量生產廠家1#發電機組快切保護柜(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LQ-300K臺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：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；對時方式：GPS 脈沖對時或485 接口-B碼對時；三、 現場工程實施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、合工作分支開關、跳備用分支高壓側開關、合備用分支高壓側開關、跳備
12、用分支低壓側開關、合備用分支低壓側開關；低壓減載段出口、低壓減載段出口、啟動后加速出口；裝置動作、告警信號；c） 開入量工作分支開關位置、備用分支高壓側開關位置、備用分支低壓側開關位置、保護起動切換；閉鎖遠方操作、檢修狀態壓板、信號復歸、母線PT開關位置、手動啟動切換、冷備用方式、保護閉鎖切換、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 規約；b） 電以太網端口：RJ45接口，支持IEC60870-5-103 規約可以通過通訊方式將CSC-821廠用電
13、智能快切裝置連接至ECS系統，上傳信息。四、 CSC821廠用電智能快切裝置介紹1) 裝置特點：a) 采用通用的網絡化硬件平臺，裝置資源可靈活擴展，軟件基于IEC61131-3標準，組態靈活方便，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嵌入式雙內核處理器、基于實時嵌入式操作系統，具有低功耗、壽命長、可靠性高，適合嚴酷工作環境等優點；c) 獨特的頻率和相角差測量方法，具有響應速度快、抗干擾能力強、精度高的特點，保證快速切換的成功率；d) 采用改進的高精度恒定越前時間算法計算導前角，確保同期切換時母線電壓與備用電源電壓第一次滿足相角條件時合上備
14、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，可根據用戶需求自定義不同的切換方式；g) 功能設置齊備、裝置提供兩段式低壓減載功能，保證在母線電壓低時，跳開不重要的負荷；h) 完善的自檢功能，對于所有的輸入輸出通道均實時自診斷；i) 大容量的錄波功能，真實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) 裝置提供工業以太網接口、RS485接口以及豐富的信號輸出接點，實現快速及可靠的遠方操作，方便接入DCS系統和電氣監控系統；2) 廠用電源切換功能介紹在實施啟備變熱備用運行和冷備用運行時，廠用電快速切換裝置
15、需要具備多種切換功能，如下圖所示。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) 手動起動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支。正常切換有以下幾種方式：1. 正常并聯切換正常并聯切換可以保證工作母線的持續供電。并聯分為并聯半自動和并聯自動兩種。用戶可以在控制字中整定并聯切換的實現方式。1) 熱備時：n 并聯半自動：裝置自動合上備用（工作）分支，延時等待操作人員手動跳開工作（備用）分支。如果超時(并聯半自動跳閘延時)而未跳開，裝置啟動去耦合功能。n 并聯自動：裝置自動合上備用（工作）分支，成功后經可整定的延時后再跳開工作（備用）分
16、支。如果超時(并聯自動跳閘延時)而未跳開，裝置啟動去耦合功能。2) 冷備時：n 并聯半自動： 工作至備用時，若高壓側開關不在合位，裝置自動合備用變高壓側開關，如果高壓側已在合位不發合令，在確認高壓側開關合上以后，合備用變低壓側開關，在確認低壓側開關合上以后，延時等待操作人員手動跳開工作分支。如果超時(并聯半自動跳閘延時)而未跳開，裝置啟動去耦合功能。 備用至工作時，裝置自動合上工作分支開關，延時等待操作人員手動跳開備用變低壓側開關。如果超時(并聯半自動跳閘延時)而未跳開低壓側開關，裝置啟動去耦合功能。n 并聯自動： 工作至備用時，若高壓側開關不在合位，裝置自動合備用變高壓側開關，在確認高壓側開
17、關合上以后，延時10秒合備用變低壓側開關，合備用變低壓側開關，在確認低壓側開關合上以后，經可整定的延時后跳開工作分支。如果超時(并聯自動跳閘延時)未跳開，裝置啟動去耦合功能。若在合低壓側前，高壓側已在合位則不發合令，不經延時直接合低壓側開關。 備用至工作時，裝置自動合上工作分支開關，工作開關合上后，經可整定的延時后再跳開備用變低壓側開關。如果超時(并聯自動跳閘延時)未跳開，裝置啟動去耦合功能2. 正常同時切換正常同時切換可有三種切換條件，快速、同期、殘壓。1) 熱備時：手動起動，先發跳工作（備用）分支命令，經過同時切換合閘延時定值后，在切換條件滿足時，發合備用（工作）分支命令。2) 冷備時：
18、工作至備用時，手動起動，先發跳工作分支命令，若高壓側開關不在合位，裝置合備用變高壓側開關，經延時T和同時切換合閘延時定值的最大值后判斷切換條件，在切換條件滿足時，發合備用變低壓側開關命令。T的目的是使低壓側不先于高壓側合閘。T=高壓側開關合閘時間-低壓側合閘時間。如果發跳工作令時，高壓側已在合位，則直接在經同時切換合閘延時后判切換條件合低壓側。 備用至工作時，手動起動，先發跳備用變低壓側開關命令，經延時同時切換合閘延時定值后判斷切換條件，在切換條件滿足時，發合工作分支命令。3. 正常串聯切換1) 熱備時：手動起動，先發跳工作（備用）分支命令，確認工作（備用）分支跳開后，在切換條件滿足時，發合備
19、用（工作）分支命令。2) 冷備時： 工作至備用時，手動起動，先發跳工作分支命令，若高壓側開關不在合位，裝置合備用變高壓側開關，時間t開始計時，工作分支分開后，開始判斷t是否大于T，如果tT則開始判斷切換條件，在切換條件滿足時，發合備用變低壓側開關命令。延時T的目的是使低壓側不先于高壓側合閘。T=高壓側開關合閘時間-低壓側合閘時間。如果發跳工作令時，高壓側已在合位，則直接判切換條件合低壓側。 備用至工作時，手動起動，先發跳備用變低壓側開關命令，確認備用變低壓側開關分開以后，判斷切換條件，在切換條件滿足時，發合工作分支命令。b) 保護起動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。
20、事故切換有兩種方式：1. 串聯切換1) 熱備時：起動后，跳工作分支，確認跳開后，經快速切換、同期切換或殘壓切換后合上備用分支。2) 冷備時：起動后，先發跳工作分支命令，若高壓側開關不在合位，裝置合備用變高壓側開關，時間t開始計時，工作分支分開后，開始判斷t是否大于T，如果tT則開始判斷切換條件，在切換條件滿足時，發合備用變低壓側開關命令。延時T的目的是使低壓側不先于高壓側合閘。T=高壓側開關合閘時間-低壓側合閘時間。如果發跳工作令時，高壓側已在合位，則直接判切換條件合低壓側。2. 同時切換1) 熱備時：起動后，跳工作分支，且經可整定的延時后（不判斷工作分支是否已經跳開），經快速切換、同期切換或
21、殘壓切換后合上備用分支。2) 冷備時：起動后，先發跳工作分支命令，若高壓側開關不在合位，裝置合備用變高壓側開關，經延時T和同時切換合閘延時定值的最大值后判斷切換條件，在切換條件滿足時，發合備用變低壓側開關命令。延時T的目的是使低壓側不先于高壓側合閘。T=高壓側開關合閘時間-低壓側合閘時間。如果發跳工作令時，高壓側已在合位，則直接在經同時切換合閘延時后判切換條件合低壓側。c) 低電壓或者工作開關偷跳起動的非正常切換方式1. 低電壓起動切換方式為串聯或同時，裝置經快速切換、同期切換或殘壓切換后合上備用分支。熱備或冷備時的切換過程與保護切換相同。2. 工作開關偷跳起動切換方式為串聯。只能由工作切向備用。裝置經快速切換、同期切換或殘壓切換后合上備用分支。1) 熱備時：起動后，判斷切換條件，條件滿足時合備用變的開關。2) 冷備時:起動后，首先合備用變的高壓側開關，在延時T后，判斷切換條件，切換條件滿足時，合備用變的低壓側開關。起動后，如果高壓側在合位，則直接判切換條件合備用低壓側。
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