双向6kV保安电源在两个独立发电系统中的应用_李善和
〔摘 要〕通过对徐州垞城电力有限责任公司３×５５
ＭＷ和２×１３５
ＭＷ机组２个相互独立发电系统之间安装６
ｋＶ保安电源的必要性和可行性分析，提出了利用２个系统６
ｋＶ电源互为备用，确保事故或单元发电系统故障机组全停状态下的主机安全，介绍了具体的实施方案和应用效果。
〔关键词〕发电系统；保安电源；必要性；可行性；实施方案
垞城电力有限责任公司位于徐州市北郊，毗邻徐州矿务集团垞城煤矿，以燃烧垞城煤矿低热值煤为主，是典型的坑口电厂，现有装机容量４３５
ＭＷ。一期工程３×５５
ＭＷ煤粉锅炉机组为１，２，３号机组；二期工程２×１３５
ＭＷ循环流化床锅炉机组，为４，５号机组。一、二期工程为单独设计、单独施工的２个相互独立的发电系统，３×５５
ＭＷ机组通过双母线、４回１１０
ｋＶ输电线路与外界连接，并通过３５
ｋＶ线路向垞城煤矿供电；２×１３５
ＭＷ机组通过双母线、２回２２０
ｋＶ输电线路与外界连接。２个发电系统均未设计保安电源。
１ 保安电源必要性分析
发电厂保安电源是独立于主机交流电源之外的重要后备电源，是为发电机组保安负荷供电的交流电源。所谓保安负荷，是指为保证机组安全，在发电机组事故停机、单元发电系统停机后一段时间内，必须保持运行的负荷。主要包括热工控制电源、ＵＰＳ交流电源，交流润滑油泵、盘车电机、顶轴油泵电机及事故照明电源等。一旦保安负荷停运，则会引起机组主设备损坏、自动控制失灵，危及人身安全，并有可能延迟恢复供电的时间。机组正常运行时，由４００
Ｖ厂用电系统对保安负荷供电，当厂用电中断时，保安电源系统必须快速启动，保证对保安负荷的供电，以确保安全停机和保证主机设备安全。根据《火力发电厂设计技术规程》规定，“容量为２００
ＭＷ及以上的机组应设置交流保安电源。”
该发电公司曾经发生２起厂用电停电事故：
（１） ２００６－０６－２９，因雷击及其它原因综合作用，形成该厂２条１１０
ｋＶ联络线同时跳闸且不能及时恢
李善和，李全超
（垞城电力有限责任公司，江苏 徐州 ２２１１４２）
双向６
ｋＶ保安电源
在两个独立发电系统中的应用
复，３台５５ ＭＷ机组与系统脱离，形成孤网运行的局面。在勉强运行１０余分钟后，相继被迫打闸停机，造成３×５５
ＭＷ机组厂用电及３５
ｋＶ系统大面积停电的后果，影响到了对垞城煤矿的安全供电。
（２） ２００５－０８－２０～２２，因供电系统工作需要，该厂２条２２０
ｋＶ系统联络线转检修，造成２台１３５ＭＷ机组停机，厂用电全部中断，只有从另一发电系统搭接临时保安电源。
２个相互独立的发电系统都是单元制机组，运行灵活性相对较差。如果线路检修或系统故障造成联络线同时跳闸，则会造成机组厂用交流电源全停，顶轴油泵、交流润滑油泵等重要辅机将不能正常运转，被迫启动直流油泵来保证油系统的正常循环。由于直流充电机因没有交流电源也要停机，交流不停电电源（ＵＰＳ）的供电此时要转为由蓄电池供电，所以，机组的安危全都寄托在各自的一组蓄电池上。从其它电厂历次出现的类似事故来看，这种单一方式的保安措施是不充分的，也是不科学的，即一旦蓄电池出现故障，后果不堪设想。因此，发电机组装设保安电源，保证发电机组的安全启停，最大限度地保证厂用电的正常供电和电网的安全运行，是一项很紧迫的工作。
２ 保安电源方案
为充分利用２个不同系统间的稳定冗余条件，便于进行比较和留有充分选择的余地，根据该厂电气系统实际接线及设备布局情况，提出了４种保安电源配置方案（方案中的电源编号说明：３×５５
ＭＷ发电系统备用段编号分别为４００
Ｖ备用Ｉ段、６
ｋＶ备用Ｉ段；２×１３５
ＭＷ发电系统备用段编号分别为
４００
Ｖ备用
ＩＩ
段、６
ｋＶ
备用
ＩＩ
段）。２．１ ４００
Ｖ
保安电源方案
１
４００
Ｖ备用Ⅰ段与４００
Ｖ备用Ⅱ段实现电气联结，实现４００
Ｖ电源相互充当保安电源。２．２ ４００
Ｖ保安电源方案２
将距离４，５号发电机组较近的生活段２号生活
变４００
Ｖ侧与４００
Ｖ备用Ⅱ段实现电气联结，仅保
证３×５５
ＭＷ向２×１３５
ＭＷ供电，实现２×１３５ＭＷ发电系统的保安电源。２．３ ６ ｋＶ保安电源方案３
６
ｋＶ备用Ⅰ段与６
ｋＶ备用Ⅱ段，实现电气联结，６
ｋＶ电源相互充当保安电源。见图１。
图 １ ６ ｋＶ保安电源方案３电气接线
２．４ ６ ｋＶ保安电源方案４
６
ｋＶ备用Ⅰ段及０号高备变６
ｋＶ侧与６
ｋＶ备用Ⅱ段，实现电气联结，６
ｋＶ电源相互充当保安电源，见图２
图 ２ ６ ｋＶ保安电源方案４电气接线
６
ｋＶ保安电源方案３、方案４相同点：都是在
６
ｋＶ备用Ⅰ段增设１台６
ｋＶ断路器（６０８开关）、１台
６
ｋＶ隔离开关柜（６０８０刀闸）；在６
ｋＶ备用Ⅱ段增设１台６
ｋＶ断路器（６８０开关），６８０开关直接搭接至６
ｋＶ备用Ⅱ段母线；都可以实现６
ｋＶ保安电源互送。
不同点：方案３的６０８开关通过６０８０隔离开关与６
ｋＶ备用Ⅰ段母线搭接，可以启动１台给水泵、１台循环水泵、１台凝泵对锅炉供水及低压厂用负
荷，但不可以启动锅炉冷却风机；方案４是６０８开关通过６０８０隔离开关接于０号高备变低压侧，同时通过６００开关接于６
ｋＶ备用Ⅰ段，当０号高备变检
修失去备用时，可以由６
ｋＶ 备用Ｉ段接带负荷。
３ 保安电源方案的确定及可行性分析
３．１ 保安电源方案的比较
综合评价４种方案，可得表１所示的结果。
表 １ 保安电源方案比较方案１
方案２方案３方案４保安性能一般差优优接线灵活一般差优优现场条件不适合适合不适合适合保安容量低低一般优投资一般较少较多多综合指标
差
差
差
良
从表１可以看出，方案４为最佳方案。３．２ 方案４的可行性分析
经过现场核实，５５
ＭＷ机组６
ｋＶ Ｉ段南侧东可以放置２台６
ｋＶ断路器柜并有足够空间放置母线边屏柜（６０８开关、６０８０小车刀闸）；１３５
ＭＷ机组６ｋＶ备用Ⅱ段有预留间隔，可以放置１台６
ｋＶ开关柜（６８０开关）。因此，方案４是可行的。
４ 保安电源设备选型
４．１ 保安电源参数要求
２个发电系统保安负荷计算，应以较大的２×１３５
ＭＷ机组为准。其参数如下：
（１） 最大负荷估算值：９
０００ ｋＶＡ；（２） 估计最大负荷电流：８２０
Ａ；（３） 额定电流选取：１
６００
Ａ；
（４） 电缆型号选取：ＹＪＶ２２－６ ３＊１８５；（５） 电缆长度选取：２×５５０
ｍ。４．２ 开关柜参数及技术要求
４．２．１ ６
ｋＶ真空断路器（隔离刀闸）参数
（１） 额定电流：１
６００
Ａ；
（２） 遮断电流（周期分量有效值）：３１．５ ｋＡ；
（３） 额定短路开断次数：≮５０次；
（４） 最大关合电流（峰值）：≮８０ ｋＡ；
（５） 动稳定电流（峰值）：≮８０ Ａ；
（６） ３ ｓ热稳定电流（有效值）：≮３１．５ ｋＡ；
（７） 额定短路开断电流的直流分量：≮３５ ％；
（８） 绝缘水平： ① 全波冲击：７５ ｋＶ（峰值）对地，８５ ｋＶ（峰值）隔离断口；② 工频１ ｍｉｎ：４２ ｋＶ（有效值）对地；
（９） ４８ ｋＶ（有效值）隔离断口；
（１０） 操作顺序：分－１８０ ｓ－合分－１８０ ｓ－合分；
（１１） 机械寿命：３０ ０００次。
４．２．２ 开关柜技术要求
（１） 为防止操作过电压，断路器回路应配备过电压保护装置。
（２） 断路器应具有贮能操作机构。该机构操作电压为ＤＣ２２０Ｖ；合闸回路和分闸回路的电源电压，合闸时在（８０ ％～１１０ ％ ）Ｕ
ｅ
、分闸时在（６５ ％ ～１２０ ％）
Ｕ
ｅ范围内应可靠动作，３０ ％ Ｕ
ｅ
以下不分闸。（３） 除断路器自身控制回路（如跳合闸、储能等）
所用辅助接点外，至少应提供辅助开关常闭接点８个，常开接点８个，供外部联锁和ＤＣＳ操作系统使用。这些辅助接点必须引至开关柜内的接线端子。辅助接点容量ＤＣ２２０ Ｖ，２．５ Ａ。
（４） 真空断路器开关柜为手车式开关柜，前门能与开关状态联锁，当断路器处于“试验”位置时，柜门可处于关闭位置。小车应自动通过地刀与接地母线相联接（接地母线３０×８铜母线），一次插头应装设触头盒及安全挡板并自动开闭，二次插头采用多芯航空插头。
（５） 断路器应具有“防跳”功能，１次合闸指令只能合闸１次。６ ｋＶ柜内的接地刀提供２常开，２常闭辅助接点，供外部联锁用。
（６） 开关柜采用微机型综合保护装置。微机综合保护器自带电能计量表，并留有与ＤＣＳ的接口，通信采用硬接线方式，并负责和ＤＣＳ的接口配合。
（７） 开关柜均应具备五防功能。
４．３ 断路器配置电流互感器参数
电流互感器参数要求如下：
（１） ＣＴ变比：２ ０００／５ Ａ；
（２） 级数：０．５／５Ｐ１０／５Ｐ １０／５Ｐ１０；
（３） 容量：３０．０ ＶＡ；
（４） 型号：ＬＺＺＢＪ９－１２／１８５ ｈ ４０ ｋＡ，３ ｓ。４．４ 断路器操作时间
（１） 合闸时间：≤７５ ｍｓ；
（２） 燃弧时间：＜１５ ｍｓ；
（３） 分闸时间：≤４０±５ ｍｓ；
（４） 分断时间：＜７５±５ ｍｓ。
５ 保安电源的保护配置
因该保安电源的特殊性，分别为６０８开关、６８０开关配置线路式综合保护装置，以保证保安电源在不同运行方式下的可靠运行。在对保护定值进行核算时，同时要考虑其与上一级电气设备（０１号启动变和０号高备变）保护定值的匹配问题。定值见表２。
表 ２ ６ ｋＶ保安电源定值单
设备及保护名称整定值（二次）时限备注
限时速断１１．０ Ａ１．４ ｓ此定值为０号高备变６０８开关过流８．１ Ａ１．７ ｓ为２×１３５ ＭＷ发电零序接地２．０ Ａ（一次值）４．０ ｓ系统提供保安电源
限时速断９．３ Ａ１．１ ｓ时使用
６８０开关过流７．７ Ａ１．４ ｓ
零序接地２．０ Ａ（一次值）３．５ ｓ
限时速断１０．６ Ａ０．８ ｓ此定值为０１号启动６０８开关过流８．８ Ａ１．１ ｓ变为３×５５ ＭＷ发零序接地２．０ Ａ（一次值）４．０ ｓ电系统提供保安电
限时速断１２．６ Ａ１．１ ｓ源时使用
６８０开关过流１０．５ Ａ１．４ ｓ
零序接地２．０ Ａ（一次值）３．５ ｓ
注： 继电器型号选用上海南自ＳＮＰ； ＣＴ变比： ２ ０００／５
６ 保安电源运行原则规定
由于２×１３５ ＭＷ和３×５５ ＭＷ的２个发电系统分属于２个不同的电网系统，６ ｋＶ系统存在一定的电压差，因此，绝对不允许合环运行，应遵循先分后合的原则进行倒闸操作。
７ 结束语
６ ｋＶ保安电源工程经安装、核相、调试工作完成，转入运行阶段，为徐州垞城电力有限责任公司安全生产提供了安全保障，同时也在一定程度上提高了对煤矿及地方供电的可靠性。
参考文献：
１ 楼樟达， 李 扬． 发电厂电气设备． 北京： 中国电力出版社， １９９８２ 重庆电力技工学校． 电气设备． 北京： 中国电力出版社， １９８２
３ 国家电力公司华东电力设计院． 火力发电厂厂用电设计技术规定．北京： 中国电力出版社， ２００２
４ 许建安． 继电保护整定计算． 北京： 中国水利电力出版社， ２００３
（收稿日期：２００９－０６－１２）