發(fā)電廠空冷島采用660V 電壓供電的運(yùn)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(yùn)用研究龔峰（江蘇智方建設(shè)工程有限公司，武漢市武昌區(qū)中南路12號湖北建設(shè)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(yùn)用實(shí)例進(jìn)行總結(jié)，對火電廠直接空冷機(jī)組的空冷島采用660V電壓等級供電進(jìn)行了分析研究，將空冷島采用660V與380V供電方案進(jìn)行了設(shè)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(gè)方面的優(yōu)越性，并對660V電氣設(shè)備生產(chǎn)制造水平、技術(shù)參數(shù)及價(jià)格進(jìn)行了調(diào)研，對發(fā)電廠低壓廠用電的電壓選擇提出新的嘗試。[關(guān)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(shè)永恒不變的主題，它是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，貫穿在工程的設(shè)計(jì)、設(shè)備選型及制造、施工安裝、生產(chǎn)運(yùn)行、運(yùn)營管理的整個(gè)生命周期內(nèi)。目前，在水資源比較匱乏地區(qū)建設(shè)的火力發(fā)電項(xiàng)目中，對傳統(tǒng)的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)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(fēng)冷技術(shù)。國內(nèi)多個(gè)600MW，1000MW的空冷發(fā)電廠均已投產(chǎn)發(fā)電，目前運(yùn)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(fēng)機(jī)同時(shí)工作來對空冷平臺實(shí)施冷卻，空冷系統(tǒng)在節(jié)約大量冷卻用水的同時(shí)，廠用電的消耗也十分驚人。根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-2009）中相關(guān)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(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》相關(guān)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(shí)例，故取消了660V的內(nèi)容。但在具體工程中，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證，也可以采用660V電壓?！笔芤?guī)程條款及工程習(xí)慣的影響，國內(nèi)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(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)化，對工程投資與節(jié)能降耗的空間進(jìn)行挖掘，是一種新的嘗試。目前我國的機(jī)電設(shè)備制造已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，電氣設(shè)備的生產(chǎn)制造已經(jīng)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(shè)備產(chǎn)品從制造到使用都已經(jīng)采用了相同標(biāo)準(zhǔn)下的同一產(chǎn)品。由中南電力設(shè)計(jì)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(xiàng)目”工程，在低壓廠用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中率先采用了660V，全廠所有的低壓電動機(jī)電壓均采用660V供電，為了解決主輔助廠房的照明、熱控負(fù)荷的要求，全廠設(shè)置了專用的6/0.4kV的照明及控制變壓器。該電廠的#1機(jī)組目前已經(jīng)投運(yùn)，運(yùn)行情況良好，#2機(jī)組也即將投入商業(yè)運(yùn)行。受廣西金桂工程的啟發(fā)，結(jié)合直接空冷發(fā)電廠中的空冷島電氣供電具有相對獨(dú)立性的特點(diǎn)，本文擬以某電廠2×600MW空冷機(jī)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(jīng)濟(jì)性進(jìn)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(shè)計(jì)帶來一些新的嘗試。空冷島采用660V電壓供電的電氣接線方案由中南電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的北方某電廠，建設(shè)2×600MW直接空冷機(jī)組，兩臺機(jī)組已經(jīng)于2009年建成投產(chǎn)。每臺機(jī)組配置64臺90kW的空冷電機(jī)，空冷電機(jī)采用變頻器控制，在空冷島區(qū)域設(shè)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(jī)組設(shè)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(cè)采用直接接地方式，每段母線上引接16臺空冷電機(jī)及對應(yīng)的電機(jī)加熱器，每兩臺變壓器設(shè)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(jī)組設(shè)置一段380V空冷MCC，兩回電源由主廠房汽機(jī)變供給，MCC的負(fù)荷主要是與空冷島匹配的沖洗水泵，空冷電機(jī)的減速機(jī)、齒輪箱加熱器設(shè)備、空冷配電室照明及空調(diào)通風(fēng)設(shè)備的電負(fù)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(cè)斷路器額定電流由5000A調(diào)整為2500A，變壓器低壓側(cè)經(jīng)電阻接地?？绽銶CC的接線方案仍采用380V供電，兩回電源由主廠房汽機(jī)變供給?？绽銹C與MCC的負(fù)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(shè)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(yīng)用，特別是煤炭行業(yè)，在上世紀(jì)六十年代就已廣泛采用，我院在廣西金桂項(xiàng)目的自備電廠中，低壓電氣設(shè)備除照明檢修設(shè)備之外，均是按照660V的額定電壓進(jìn)行招標(biāo)采購的。目前國內(nèi)額定電壓為380V的低壓電氣設(shè)備的絕緣電壓大多是按照1000V的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)制造的，同一產(chǎn)品，可適用于380V與660V兩種電壓等級。下面，將根據(jù)設(shè)備實(shí)際的函調(diào)結(jié)果，對低壓電氣設(shè)備在兩種不同電壓等級下的運(yùn)用，進(jìn)行分析比較：配電變壓器經(jīng)過咨詢國內(nèi)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(chǎn)SCB10-6/0.69kV，2500kVA的干式變壓器，且當(dāng)?shù)蛪簜?cè)的電壓提高至0.69kV之后，干式變壓器的容量理論值可達(dá)10000kVA，目前有的生產(chǎn)廠家已經(jīng)有4000kVA的運(yùn)行業(yè)績，被調(diào)查企業(yè)均有2500kVA容量等級的成熟運(yùn)行業(yè)績。兩種變壓器的低壓側(cè)電壓不同，但其絕緣水平及耐壓試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)?shù)蛪簜?cè)電壓為0.69kV與0.4kV時(shí)，所有的廠家價(jià)格是相同的。變頻電動機(jī)目前國內(nèi)的660V變頻電動機(jī)已是成熟產(chǎn)品，批量生產(chǎn)的電機(jī)功率從11kW至1800kW均有運(yùn)行業(yè)績。660V與380V的6極變頻電機(jī)，功率為90kW時(shí)，其技術(shù)指標(biāo)是相同的，效率為93.5%，電機(jī)的有功損耗為6.25kW。經(jīng)過詢價(jià)，型號為YPT315M，6極，防護(hù)等級為IP54的變頻電機(jī)，當(dāng)額定電壓為380V與660V時(shí)，價(jià)格相同。變頻器針對380V及660V兩種電壓等級，由于變頻器內(nèi)部元器件的耐電壓程度不一樣，國內(nèi)外的變頻器生產(chǎn)廠家均能提供對應(yīng)的細(xì)分電壓產(chǎn)品，但不能做到同一款產(chǎn)品在不同電壓等級上互換。以國產(chǎn)變頻器為例，配套功率90kW的電機(jī)，兩種變頻器由于額定電流不同，額定的絕緣電壓不同，其產(chǎn)品價(jià)格有一定的差異，目前660V的產(chǎn)品較380V的產(chǎn)品價(jià)格高出約20%。兩款產(chǎn)品的外形尺寸是相同的。低壓開關(guān)設(shè)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(jīng)有較多的運(yùn)行業(yè)績。咨詢國內(nèi)的常熟，凱帆等知名元件供應(yīng)商，其低壓產(chǎn)品在380V與660V兩種電壓等級均有運(yùn)行業(yè)績。380V的低壓元件，在660V配電系統(tǒng)上運(yùn)用時(shí)，無需降容，目前市場上是同一產(chǎn)品，兩種電壓產(chǎn)品的絕緣電壓與沖擊耐受電壓的標(biāo)準(zhǔn)是一樣的。將開關(guān)運(yùn)用在660V系統(tǒng)時(shí)，其極限分?jǐn)嗄芰褪褂梅謹(jǐn)嗄芰陆?，同容量變壓器供電?60V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(guān)柜經(jīng)過咨詢合資及國產(chǎn)多家柜廠，國產(chǎn)品牌與合資品牌的開關(guān)柜額定工作電壓為380V與660V時(shí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)相同。ABB公司的MNS型號開關(guān)柜、穆勒的MODEN6000、國內(nèi)MNS的各種改進(jìn)型號等對這兩種電壓等級都是相同的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)柜本身的造價(jià)沒有變化。詢施耐德的BLOKSET開關(guān)柜用于660V時(shí)，反映要考慮絕緣加強(qiáng)，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(yàn)要求是一致的，耐壓試驗(yàn)為3.5kV/5mim。90kW的空冷電動機(jī)電壓為660V時(shí)選擇截面為3×50mm2，電壓為380V時(shí)選擇截面為3×12采用660V與采用380V供電電壓的經(jīng)濟(jì)性分析電氣設(shè)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(jù)進(jìn)行電氣設(shè)備的投資分析。見表一，380V與660V供電方案設(shè)備投資比較表。表一380V與660V供電方案設(shè)備投資比較表380V供電方案660V供電方案序號比較項(xiàng)目參考型號單價(jià)(萬元)數(shù)量價(jià)格(萬元)參考型號單價(jià)(萬元)數(shù)量價(jià)格(萬元)1干式變壓器SCB10-6/

0.4kV2500kVA2512臺300SCB10-6/

0.69kV2500kVA2512臺3002進(jìn)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(jī)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(jià)2206.71811.2差價(jià)+395.50經(jīng)過函詢合資、國產(chǎn)的知名電氣設(shè)備制造商，380V與660V的干式變壓器及變頻電機(jī)的價(jià)格是一樣的。660V變頻器較380V變頻器高出20%，但進(jìn)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(jià)格會相去甚遠(yuǎn)，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(fù)荷的消耗約占整個(gè)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(shè)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(dǎo)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(shí)的電纜線路與變壓器，進(jìn)行損耗的計(jì)算分析與比較?？绽潆姍C(jī)供電電纜的年損耗計(jì)算：有功功率損耗：△P=3I302R0L×10式中：I30為線路的計(jì)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(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)，按等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)5500，功率因素為0.8時(shí)，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(jì)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(fù)荷時(shí)銅耗，0.38kV為17170W，0.69kV為14950W；△Pf為附加損耗，一般為額定負(fù)荷時(shí)銅耗的2%左右，0.38kV為340W，0.69kV為300W；I2為變壓器二次側(cè)的實(shí)際電流；I2N為變壓器二次側(cè)的額定電流；I2/I2N的比值為變壓器的負(fù)荷率，負(fù)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(fù)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(jī)組共8臺變壓器，低壓側(cè)采用0.38kV全年的損耗為：12×16.34×4100=804000kWh/年；低壓側(cè)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(jī)等用電設(shè)備上的有功功率損耗較380V會有所下降。上文的計(jì)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(jì)算，其效益是非?？捎^的。空冷島低壓廠用電系統(tǒng)采用660V供電應(yīng)注意的幾個(gè)問題根據(jù)在金桂工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及電廠的運(yùn)行實(shí)踐，空冷PC的電壓采用660V供電時(shí)，應(yīng)在工程設(shè)計(jì)中注意以下幾個(gè)問題：變壓器660V中性點(diǎn)接地方式660V系統(tǒng)中性點(diǎn)宜直接接地或采用高電阻接地的方式。金桂項(xiàng)目的660V中性點(diǎn)采用的是直接接地方式。若660V系統(tǒng)中性點(diǎn)采用高電阻接地（電阻電流等于電容電流）時(shí)，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(shè)備的絕緣1000V的等級。如果采用不接地方式時(shí)，單相接地故障的過電壓水平最高可達(dá)到3.5p.u.，3.5*690/√3=1394V，則大于1000伏，對低壓設(shè)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(yīng)用變頻器產(chǎn)生的諧波以及提高空冷變的效率等是十分有利的。控制電源的問題保護(hù)裝置、框架斷路器、接觸器等電氣設(shè)備控制電源可以采用直流控制，采用交流時(shí)可以采用0.66/0.38/0.22kV的隔離變壓器進(jìn)行解決?？绽潆妱訖C(jī)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(guān)等電氣設(shè)備的，應(yīng)核實(shí)設(shè)備的額定工作電壓。隨設(shè)備配套的用電設(shè)備的額定電壓對于變壓器的冷卻風(fēng)扇，開關(guān)柜內(nèi)的電加熱器、照明等隨主設(shè)備配套的用電設(shè)備額定電壓應(yīng)在設(shè)備招標(biāo)時(shí)明確提出，要求由主設(shè)備供應(yīng)商統(tǒng)籌