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)濟效益1) 啟備變節(jié)能運行的意義隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展， 能源需求與能源消耗日益增加， 作為能源動力的發(fā) 電廠進行節(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 團落實國家建設(shè)資源節(jié)約型、 環(huán)境友好型社會的具體體現(xiàn)， 是建設(shè)具有國際競爭力大企 業(yè)集團的戰(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， 各發(fā)電公司發(fā)電 廠開始自負盈虧。 對于火電發(fā)電企業(yè)運行經(jīng)濟性， 通過兩大經(jīng)濟指標來反應(yīng)： 發(fā)電標準 煤耗和廠用電率。在完成發(fā)電任務(wù)的同時，盡可能降低發(fā)電標準煤耗、降低廠用電率， 就可以

2、提高發(fā)電廠的生產(chǎn)效率，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化的目標。眾所周知， 發(fā)電廠啟備變一直采用熱備用的運行狀態(tài)， 存在空載損耗。 以北方聯(lián)合 電力有限責任公司統(tǒng)計了下屬發(fā)電廠的啟備變運行為例， 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)約空載損耗的電費約為 2600 萬元。國內(nèi)相關(guān)統(tǒng)計表明，300MW-600MW 機組設(shè)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

3、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% X 20%=1.54% ),則相當于新增6200MW 裝機容量，節(jié)約標準煤 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、機電設(shè)備等。發(fā)電廠啟備變一直采用熱備用的運行狀態(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， 電價高于廠內(nèi)自用電， 存在明顯的電價差， 若改為冷備用，經(jīng)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

4、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(shù)的不斷進步， 自動化設(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際運行情況，通過分析計算和相關(guān)的RTDS實驗的研究的驗證， 進行發(fā)電廠啟備變熱備用改冷備用的工程實施， 建設(shè)節(jié)約環(huán)保型電廠。2) 啟備變冷備用的經(jīng)濟效益分析發(fā)電廠啟備變一直采用熱備用的運行狀態(tài)， 存在空載損耗 (實測損耗遠大于變壓器 銘牌空載損耗) ，據(jù)前期工程實施中，以北方聯(lián)合電力有限責任公司下屬發(fā)電廠 24 臺 啟備變?yōu)檠芯繉ο?，若全部改用冷備用，每年可?jié)約空載損耗的電費約為 2600 萬元； 另外多

5、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，符合時代潮流。啟備變的空載電流實測及空載損耗估算。 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(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(shè)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(cè)一次電流為 0.36

6、A，實測高壓側(cè)電壓為 232kV , 因此，功率：P1 =1.732 X 232 X 0.36 X cos $ = 144.7kW X 0.8175 = 118.29kW。(注： 由啟備變的銘牌參數(shù)可計算出空載運行時的功率因數(shù)cos $ = Po/(O.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(shù)還要大。根據(jù)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

7、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 55MWX0.5%X24hX300 天(冷備)/年 = 198萬kWh/年。假設(shè)按工業(yè)電價0.6055元/kWh 計算，一年可節(jié)約費用198萬kWh*0.6055 元/kWh = 120 萬元。3) 采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(yīng)做如下規(guī)定：a) 定期啟動潛油泵, 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(guī)程要求,定期做變壓器油微水及色譜分析。啟備變環(huán)保節(jié)能技術(shù)改造方案啟備變冷備用的實施

8、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(cè)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(guān)鍵時刻出現(xiàn)不能正確地實現(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結(jié)果作為依據(jù)。通過動模試驗研究（包括物理動模和 RTDS數(shù)字動模），模擬啟備變在各種工況下（包括事故狀態(tài)）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(shù)字動模），獲得充分而可信的試驗數(shù)據(jù)，作為現(xiàn)

9、場進行工程改造的重要依據(jù)；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(xiàn)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(cè)、低壓側(cè)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(shù)字仿真試驗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)進行建模，進行 RTDS 試驗驗證（相關(guān)實驗內(nèi)容請參看海勃灣電廠的動模試驗報告），通過 RTDS數(shù)字仿真的方法， 定量的分析啟備變冷備用的運行工況， 并通過現(xiàn)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

10、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)斷路器都需要進行合閘。在熱備用狀態(tài)下， 起備變在穩(wěn)態(tài)下運行， 快切動作只需合其低壓側(cè)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(cè)斷路器。 在起備變剛合上高壓側(cè)時， 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

11、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保護的影響； 包括同時合閘，高、低壓側(cè)不同合閘時間。2）啟備變熱備改冷備保護現(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組屏方案（單臺機組）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(shù)：額定交流電流值：1A或5A ；直流電壓：220V

12、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(xiàn)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(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i段出口、低壓減載n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(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、保護起動切換；閉鎖遠方操作、檢修狀態(tài)壓板、信號復歸、母線 P

13、T 開關(guān)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(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：a) 采用通用的網(wǎng)絡(luò)化硬件平臺，裝置資源可靈活擴展，軟件基于 IEC61131-3 標準， 組態(tài)靈活方便，可滿足不同用戶

14、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、 基于實時嵌入式操作系統(tǒng)，具有低功耗、壽命長、可靠性高，適合嚴酷工作環(huán)境等優(yōu)點；c) 獨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、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)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， 跳開不重要 的

15、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(yè)以太網(wǎng)接口、 RS485 接口以及豐富的信號輸出接點， 實現(xiàn)快速及可靠 的遠方操作，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需要具備多種切換功能，如下圖所示。起動方式就地/遠方手 動起動切換保護接點 起動切換母線失壓 起動切換開關(guān)偷跳 起動切換t1并聯(lián)切換條件滿足 合備用高壓側(cè)開關(guān)

16、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 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(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)半自動和并聯(lián)自動兩種。用

17、戶可以在控制字中整定并聯(lián)切換的實現(xiàn)方式。1）熱備時：并聯(lián)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(lián)半自動跳閘延時）而未跳開，裝置啟 動去耦合功能。并聯(lián)自動：裝置自動合上備用（工作）分支，成功后經(jīng)可整定的延時后再 跳開工作（備用）分支。如果超時 （并聯(lián)自動跳閘延時）而未跳開，裝置啟 動去耦合功能。2）冷備時：并聯(lián)半自動：工作至備用時，若高壓側(cè)開關(guān)不在合位，裝置自動合備用變高壓側(cè)開關(guān)， 如果高壓側(cè)已在合位不發(fā)合令，在確認高壓側(cè)開關(guān)合上以后，合備用變低 壓側(cè)開關(guān)，在確認低壓側(cè)開關(guān)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(lián)半自

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

19、工作開關(guān)合上后，經(jīng)可整定 的延時后再跳開備用變低壓側(cè)開關(guān)。 如果超時 （并聯(lián)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(fā)跳工作（備用）分支命令，經(jīng)過同時切換合閘延時定值后，在切 換條件滿足時，發(fā)合備用（工作）分支命令。2） 冷備時：工作至備用時， 手動起動， 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)延時厶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(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)合閘時間-低壓側(cè)合閘時

20、間。如果發(fā)跳工作令時，高壓側(cè)已在合位，則直接在經(jīng)同時切換合 閘延時后判切換條件合低壓側(cè)。備用至工作時，手動起動，先發(fā)跳備用變低壓側(cè)開關(guān)命令，經(jīng)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(fā)合工作分支命令。3. 正常串聯(lián)切換1）熱備時： 手動起動，先發(fā)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(fā)合備用（工作）分支命令。2）冷備時：工作至備用時， 手動起動， 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)，時間 t 開始計時，工作分支分開后，開始判斷t是否大于厶T,如果t> T則開始判斷切換條件，在切換條件滿足時， 發(fā)合備用變低壓側(cè)開關(guān)命令。 延時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)合閘時間-低壓側(cè)合閘時間。如果發(fā)跳工作令時，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，手動起動，先發(fā)跳備用變低壓側(cè)開關(guān)命令，確認備用變低 壓側(cè)開關(guān)分開以后，判斷切換條件，在切換條件滿足時，發(fā)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。事故切換有兩種方式：1. 串聯(lián)切換1) 熱備時：起動后，跳工作分支，確認跳開后，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：起動后，先