[論文精品] 大型火力發(fā)電機(jī)組保安電源的研究論文

1、大型火力發(fā)電機(jī)組交流保安電源接線的研究論文摘要：柴油發(fā)電機(jī)作為火力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)急保安電源，對發(fā)電機(jī)組在事故情況下的安全停機(jī)起著至關(guān)重要的作用。本文以內(nèi)蒙古白銀華電廠2x600mw空冷機(jī)組保安負(fù)荷為平臺，運用etap軟件對目前普遍采用的四種保安電源接線方案從可靠性、潮流、短路電流及經(jīng)濟(jì)性四個方面進(jìn)行比較，提出技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的交流事故保安電源，即柴油發(fā)電機(jī)組接線方案。由于600mw機(jī)組，1000mw級機(jī)組的交流保安負(fù)荷的種類、性質(zhì)、運行特性差別不大，只是交流保安負(fù)荷的功率（或容量）有較大的增加，運行時間也有所加長，因此，本文提出的保安電源接線形式同樣適用于1000mw級發(fā)電機(jī)組。關(guān)鍵詞：600mw機(jī)

2、組 ；交流保安電源接線；可靠性；潮流；短路電流；經(jīng)濟(jì)性；etapresearch on security source wiring of thermal power plant units abstract: diesel-generator is the emergency security source of thermal power plant unit, it plays important role to ensure cutting power safely in the accident for power plant units. the security load of

3、2*600mw air-cooling units in baiyinhua power plant inner-mongolia of china are using in this article, the etap software is used to analyzed the current common four security source wiring, the reliability, power flow, short-circuit current and economic index of four wiring are compared, a reasonable

4、technical and economic ac security incident power, diesel-generators wiring project, is put forward. science, there is little difference at ac security load type, characters and operating characteristic between 600mw and 1000mw units, which have larger load power（or capacity）, and the longer running

5、 time, so the security source wiring in this article is the same with 1000mw units.key words: 600mw units; security source connection; reliability; power flow; short-circuit current; economy; etap0 前言隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大，發(fā)電機(jī)組在事故發(fā)生情況下能否安全停機(jī)就成為一個至關(guān)重要的問題。柴油發(fā)電機(jī)組由于具有其自身的獨立及快速性，而被廣泛使用為應(yīng)急保安電源。交流保安電源的選擇、設(shè)置及接線形式?jīng)Q定著

6、整個保安電源系統(tǒng)的可靠性。一些學(xué)者關(guān)于保安電源方面也做了很多的探討，但這些文章主要針對如何接線設(shè)置等方面給予了文字的論述，并未給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)1-5。本文內(nèi)以內(nèi)蒙古白音華電廠2x600mw空冷機(jī)組保安負(fù)荷為平臺，將目前使用比較普遍的四種保安電源的接線方案所有用電設(shè)備的仿真模型在etap仿真軟件中繪制出來，以iec909等電力規(guī)程為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)備參數(shù)賦值進(jìn)而進(jìn)行離線仿真。本文以大量、全面的實際數(shù)據(jù)從接線系統(tǒng)的可靠性、潮流、短路電流及經(jīng)濟(jì)性四個方面進(jìn)行比較，分析了系統(tǒng)的運行情況，全面的比較了各個方案的優(yōu)劣，供今后讀者參考。1 柴油發(fā)電機(jī)組的功率的計算表1 保安電源負(fù)荷table 1 loads of

7、security source序號負(fù)荷名稱額定容量（kw）換算系數(shù)安裝臺數(shù)工作臺數(shù)備用臺數(shù)總?cè)萘浚╧w）1dcs電源300.811242deh電源50.81143鍋爐儀表電源柜100.81184汽機(jī)儀表電源柜100.81185鍋爐熱控380v電源柜800.811646汽機(jī)熱控380v電源柜1200.811967空預(yù)器主電機(jī)變頻控制柜440.81135.28空預(yù)器輔助電機(jī)變頻控制柜440.81135.29火檢冷卻風(fēng)機(jī)就地控制箱200.8111610空冷島dcs總電源80.8116.411汽輪機(jī)交流潤滑油泵電動機(jī)400.8113212汽輪機(jī)頂軸油泵電動機(jī)300.82112413氫密封備用油泵220

8、.81117.614抗燃油泵電動機(jī)450.82113615盤車裝置450.8113616發(fā)電機(jī)空側(cè)密封油泵電動機(jī)220.81117.617發(fā)電機(jī)氫側(cè)密封油泵電動機(jī)5.50.8114.418220v直流充電機(jī)910.821172.819110v直流充電機(jī)420.842267.220事故照明切換屏50.811421500kv繼電器室ups電源200.82111622500kv繼電器室保護(hù)屏電源50.8211423ups電源1200.82119624磨煤機(jī)潤滑油站360.8761172.825一次風(fēng)機(jī)油站4.20.8226.7226一次風(fēng)機(jī)電機(jī)油站4.20.8226.7227送風(fēng)機(jī)油站6.40.82

9、210.2428吸風(fēng)機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)電動機(jī)7.50.84221229吸風(fēng)機(jī)電動執(zhí)行器30.8224.830空預(yù)器主驅(qū)動電機(jī)370.82259.231#1機(jī)組脫硫保安電源880.81170.432汽機(jī)房事故照明箱a50.811433汽機(jī)房事故照明箱b50.811434汽機(jī)房事故照明箱c80.8116.435集中控制樓事故照明箱a50.811436集中控制樓事故照明箱b50.811437鍋爐房事故照明箱a40.8113.238鍋爐房事故照明箱b40.8113.239鍋爐房事故照明箱c50.811440鍋爐房事故照明箱d30.8112.441鍋爐本體事故照明箱a140.81111.242鍋爐本體事故照明箱

10、b140.81111.243煙囪事故照明a50.811444500kv配電裝置及網(wǎng)控樓事故照明箱20.8111.645輸煤綜合樓事故保安照明箱50.811446空冷島事故照明60.8229.647化學(xué)水處理室事故照明箱50.811448#1機(jī)組引風(fēng)機(jī)室事故照明箱30.812.449鍋爐房電梯220.81117.650空冷島電梯11.10.8118.88s(kva)1176.961.1計算負(fù)荷式中：sc 計算負(fù)荷； p 可能同時運行的保安負(fù)荷（包括旋轉(zhuǎn)和靜止的負(fù)荷）的額定功率之和（kw）；k 換算系數(shù)，取0.8；pc 計算負(fù)荷的有功功率（kw）；cosc 計算負(fù)荷的功率因數(shù)，可取0.86。根據(jù)計

11、算柴油機(jī)選擇容量為1400kw.2. 方案論述2.1 方案一每臺機(jī)組設(shè)置一套柴油發(fā)電機(jī)組、1臺保安低壓變和一段保安動力中心，提供機(jī)組安全停機(jī)所必須的交流電源。保安動力中心連接柴油發(fā)電機(jī)組和保安低壓變壓器，正常運行時，保安動力中心由接到廠用高壓公用段的保安低壓變壓器供電。每臺機(jī)組分別設(shè)置機(jī)、爐保安電動機(jī)控制中心各一段，機(jī)、爐保安負(fù)荷分別各自接到相應(yīng)的電動機(jī)控制中心上。機(jī)、爐保安電動機(jī)控制中心設(shè)2路進(jìn)線，一路來自保安動力中心，另一路來自機(jī)組廠用機(jī)、爐動力中心。保安電動機(jī)控制中心正常運行時由相應(yīng)的機(jī)、爐動力中心供電，保安動力中心作為明備用電源，當(dāng)其正常電源失電后，且保安低壓變退出運行時，經(jīng)延時確認(rèn)后

12、起動柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)轉(zhuǎn)速和電壓達(dá)到額定值時，柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)自動合閘，保安動力中心由柴油發(fā)電機(jī)組供電，并連鎖自投失去正常電源的保安電動機(jī)控制中心的保安進(jìn)線開關(guān)，向其供電，其接線形式如圖1所示。圖1：保安電源接線方案12.2 方案二每臺機(jī)組設(shè)置一套柴油發(fā)電機(jī)組、1臺保安低壓變和一段保安動力中心，提供機(jī)組安全停機(jī)所必須的交流電源。保安動力中心連接柴油發(fā)電機(jī)組和保安低壓變，正常時，保安動力中心由保安低壓變供電。每臺機(jī)組分別設(shè)置機(jī)、爐保安電動機(jī)控制中心各一段，機(jī)、爐保安負(fù)荷分別各自接到相應(yīng)的電動機(jī)控制中心上。設(shè)一臺接自廠用高壓備用段的明備用變壓器和保安低壓備用段，作為機(jī)、爐保安電動機(jī)控制中心的明備用

13、。機(jī)、爐保安電動機(jī)控制中心設(shè)2回進(jìn)線，一回來自保安動力中心，另一回來自低壓備用段。保安電動機(jī)控制中心正常時由保安動力中心供電，保安低壓備用段作為明備用電源，當(dāng)其正常電源和保安低壓備用電源均失電后，經(jīng)延時確認(rèn)后動起動柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)轉(zhuǎn)速和電壓達(dá)到額定值時，柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)自動合閘，保安動力中心由柴油發(fā)電機(jī)組供電，并連鎖自投失去正常電源的保安電動機(jī)控制中心的保安進(jìn)線開關(guān)，向其供電。接線形式如圖2所示。圖2：保安電源接線方案22.3 方案三每臺機(jī)組設(shè)置一套柴油發(fā)電機(jī)組和一段保安動力中心，提供機(jī)組安全停機(jī)所必須的交流電源。每臺機(jī)組分別設(shè)置機(jī)、爐保安電動機(jī)控制中心各一段，機(jī)、爐保安負(fù)荷分別各自接到相應(yīng)

14、的電動機(jī)控制中心上。機(jī)、爐保安電動機(jī)控制中心設(shè)2路進(jìn)線，一路來自保安動力中心，另一路來自機(jī)組廠用機(jī)、爐動力中心。保安電動機(jī)控制中心正常時由相應(yīng)的機(jī)、爐動力中心供電，保安動力中心作為備用電源，當(dāng)其正常電源失電后，經(jīng)延時確認(rèn)后起動柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)轉(zhuǎn)速和電壓達(dá)到額定值時，柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)自動合閘，保安動力中心由柴油發(fā)電機(jī)組供電，并連鎖自投失去正常電源的保安電動機(jī)控制中心的保安進(jìn)線開關(guān)，向其供電。接線形式如圖3所示。圖3：保安電源接線方案3 2.4 方案四每臺機(jī)組設(shè)置一套柴油發(fā)電機(jī)組和一段柴油機(jī)動力中心，提供機(jī)組安全停機(jī)所必須的交流電源，正常時柴油機(jī)動力中心不帶電。每臺機(jī)組分別設(shè)置兩段保安pc和保安

15、mcc。兩段保安動力中心經(jīng)專用保安變壓器分別與兩段不同的相應(yīng)高壓廠用段相接。保安pc正常時由保安變壓器供電，當(dāng)其電源失電后，經(jīng)延時確認(rèn)后起動柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)轉(zhuǎn)速和電壓達(dá)到額定值時，柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)自動合閘，保安動力中心由柴油發(fā)電機(jī)組供電，并連鎖自投失去正常電源的保安電動機(jī)控制中心的保安進(jìn)線開關(guān)，向其供電。接線形式如圖4所示。圖4：保安電源接線方案43 各種設(shè)備參數(shù)的選定、計算及在etap中的輸入3.1 etap簡介etap是一個在電力系統(tǒng)設(shè)計和測試方面功能的綜合分析工具,本文運用其中iec標(biāo)準(zhǔn)的離線仿真模塊，通過實時運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高級監(jiān)測、實時仿真、優(yōu)化、能量管理系統(tǒng)和高速智能甩負(fù)荷等功能，

16、并利用etap 對三種接線方案進(jìn)行可靠性、潮流、短路電流進(jìn)行分析計算。3.2 各參數(shù)的選擇3.2.1 雙繞組變壓器雙繞組變壓器的各參數(shù)如表2所示：表2 雙繞組變壓器的各參數(shù)table 2 parameters of two-winding transformers額定容量（kva）高壓側(cè)電壓（kv）低壓側(cè)電壓（kv）短路阻抗（%）阻抗比x/r12506.30.467.110.50.416006.30.487.110.50.420006.30.4107.110.50.43.2.2 電動機(jī)參數(shù)的選擇感應(yīng)電機(jī)在作電動運行時，有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運行可靠，性能價格比好等優(yōu)點，因此得到了普遍的應(yīng)用，在

17、廠用電系統(tǒng)中，故所有的電動機(jī)都用感應(yīng)電機(jī)，即異步電動機(jī)。在正序、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中，異步電動機(jī)的阻抗為： 式中為電動機(jī)額定電壓為電動機(jī)額定電流為電動機(jī)額定容量為電動機(jī)堵轉(zhuǎn)電流與額定電流之比在低壓段（0.4kv、0.38kv）設(shè)置=5。3.2.3 低壓斷路器的選擇根據(jù)技術(shù)協(xié)議和實際低壓廠用電情況，三相對稱短路電流初始值要大于50ka，峰值電流大于等于143ka，故選擇參數(shù)為abb公司的s7h(額定電流為1250a，額定電壓為0.415kv，峰值電流為143ka，開斷電流為65ka，最小延遲時間為0.007s)。 4 數(shù)學(xué)模型4.1 利用etap對四個方案進(jìn)行計算公式使用etap可靠性分析程序可估計以上所

18、有的指標(biāo)。該程序是模擬不同電力系統(tǒng)設(shè)備以及它們對配電系統(tǒng)可靠性作用(如通過開關(guān)設(shè)備的操作進(jìn)行故障點隔離和負(fù)荷恢復(fù))的工具。該程序很適合一般配置的大規(guī)模系統(tǒng)的可靠性分析。通過該程序可估計配電系統(tǒng)可靠性，并估算不同加強(qiáng)方案的益處，從而保證有限的資源獲得最高的系統(tǒng)可靠性。通常用來衡量配電系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)定義如下：(1) 負(fù)荷點平均故障率 ()其中 是設(shè)備的平均故障率；是導(dǎo)致負(fù)荷點中斷的設(shè)備總數(shù)。(2) 負(fù)荷點年平均停電時間 ()其中是因為設(shè)備的故障使負(fù)荷點故障時間。(3) 負(fù)荷點平均停電期 ()(4) 系統(tǒng)平均中斷頻率指標(biāo) (/年客戶)其中 是負(fù)荷點上的用戶數(shù)量；意味著所有負(fù)荷點相加。(5) 系統(tǒng)平

19、均中斷持續(xù)時間, (/年客戶)(6) 用戶平均中斷持續(xù)時間指標(biāo), (/客戶中斷)其中表3為電氣設(shè)備可靠性參數(shù)，我們選擇etap數(shù)據(jù)庫中的典型值，系統(tǒng)可靠性指標(biāo)見表4；系統(tǒng)可靠性指標(biāo)見圖4，系統(tǒng)平均中斷時間與用戶平均中斷持續(xù)時間見圖5。表3 電氣設(shè)備可靠性參數(shù)table 4 security parameter of electric equipment類別設(shè)備 等級年主動故障率年被動故障率平均修復(fù)時間切換時間替換時間柴油機(jī)all kv0.63800.3047190.00200.00400.00低壓變壓器0-15kv0.00360.304767.00120.0039.90母線0.00-33kv0

20、.00100.00002.001.001.00電纜10.601-15kv0.01500.152450.008.0019.80電纜20.601-15kv0.00280.152449.408.00119.00高壓斷路器0.6kv0.01760.152444.5096.0012.00低壓短路器0-0.6kv 0-600a0.00230.304775.6072.001.20隔離開關(guān)enclosed0.00610.152450.1020.0013.70方案一方案二方案三方案四平均故障率年平均停電時間平均停電期平均故障率年平均停電時間平均停電期平均故障率年平均停電時間平均停電期平均故障率年平均停電時間平均

21、停電期保安動力中心1.169460.2370.42580.946152.68144.4321汽機(jī)保mcc1.5865121.44192.66531.896568.16129.26061.977463.65125.8618鍋爐保mcc1.5939121.04192.92311.898868.17129.43451.709266.39113.4813鍋爐pca1.088760.8566.24711.088760.8566.24171.088760.8566.24711.106360.5967.0303鍋爐pcb1.091460.4966.01651.086360.7866.03031.07161.

22、0865.4211.086360.7866.0303汽機(jī)pca1.279358.3974.70471.274158.6474.71461.274158.6474.71461.291758.4575.5008汽機(jī)pcb1.376957.7379.48791.371757.9679.50081.336458.2977.89151.371757.9679.5008低壓備用段1.255464.7581.2902保安pca1.192460.1171.6476保安pcb1.192460.1171.6476表4 系統(tǒng)可靠性指標(biāo)table 4 target of system security圖4 圖542

23、潮流計算潮流是指電力網(wǎng)絡(luò)中功率的流動，母線電壓水平是潮流一個直接的體現(xiàn)，所以母線電壓的波動范圍是評價潮流優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。etap軟件提供了一個新型強(qiáng)大的關(guān)于牛頓-拉夫遜（newton-raphson）3相功率潮流計算的方法，本文的四種方案選用etap中的nr方法，迭代次數(shù)為最大值99次，母線電壓大小精度的典型值設(shè)置為0.0001，標(biāo)幺值。潮流計算結(jié)果見表5所示。 表6系統(tǒng)潮流結(jié)果table 5 system power flow方案一方案二方案三方案四電壓允許范圍（%） 正常工作保安動力中心98.9995%-105%汽機(jī)保安mcc96.495.0495.7196.3595%-105%鍋爐保安mcc

24、96.4895.4797.7496.3595%-105%鍋爐pc a段100.395.3695%-105%鍋爐pc b段99.8395.7595%-105%汽機(jī)pc a段100.41100.2895%-105%汽機(jī)pc b段99.2899.6995%-105%保安pc a段99.1995%-105%保安pc b段99.3995%-105%保安mcc95.0595%-105%備用段工作保安動力中心99.2895%-105%汽機(jī)保安mcc95.2995.0095%-105%鍋爐保安mcc95.9295.4595%-105%機(jī)組低壓備用段98.9895%-105%柴油機(jī)工作保安動力中心105.261

25、05.26104.2695%-105%汽機(jī)保安mcc101.85101.85101.8595%-105%鍋爐保安mcc101.2101.2101.295%-105%保安pc a段103.3895%-105%保安pc b段99.6895%-105%保安動力中心105.2695%-105%43 短路電流的計算短路電流的大小決定開關(guān)設(shè)備的選擇，各種不同的方案所能達(dá)到的水平不同，電動機(jī)的反饋電流占很大比重。在計算時電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流取5倍（參見iec-909（1988）版例3），各方案的母線短路電流（三相對稱短路）如表6所示表6 母線短路電流table 6 generatrix short-circui

26、t current 方 案母 線方 案 一方 案 二方 案 三方 案 四初始值（ka)峰值(ka)穩(wěn)態(tài)值(ka)初始值（ka)峰值(ka)穩(wěn)態(tài)值(ka)初始值（ka)峰值(ka)穩(wěn)態(tài)值(ka)初始值（ka)峰值(ka)穩(wěn)態(tài)值(ka)正常工作保安動力中心33.06775.2216.78812.45719.7885.678汽機(jī)保安mcc 19.52632.597.59118.67631.5497.94519.40532.4217.578鍋爐保安mcc 21.68736.447.85320.41434.9338.20422.62639.6537.956鍋爐pc a段34.36278.77916.47

27、139.96889.92717.182鍋爐pc b段38.50986.49617.73937.02984.66218.519汽機(jī)pc a段33.48476.7115.82533.73577.16815.624汽機(jī)pc b36.45182.45117.03435.98981.21216.903保安pc a36.37782.5623.068保安pc b30.56272.08223.202保安mcc20.40335.02310.146備用工作保安動力中心34.13377.7717.69627.96765.79916.784汽機(jī)保安mcc 18.96331.9278.21519.01632.0087.

28、922鍋爐保安mcc 20.65735.2278.4720.77335.4178.174機(jī)組低壓備用段34.3378.32517.12柴油機(jī)工作保安動力中心27.42670.8555.60827.42670.8555.60827.42670.8555.60825.69966.1945.157汽機(jī)保安mcc 17.34331.1285.23117.34331.1285.23117.34331.1285.231鍋爐保安mcc 18.97434.3815.26118.97434.3815.26118.97434.3815.261備用工作保安pca19.42436.1054.848保安pcb14.60426.5094.762保安mcc14.54424.9594.48 44 經(jīng)濟(jì)性 本文經(jīng)濟(jì)性比較的范圍按保安電源