CN110086248B - 一种用于并网型发电厂厂用电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于并网型发电厂厂用电系统，包括高压电网、主机、主变、高厂变、厂用工作母线和用于稳压稳频的稳压电源，主机与高压电网通过主变连接，高厂变连接于主变与主机之间，稳压电源设于高厂变和厂用工作母线之间，所述交直交变频装置位于高厂变低压侧，且主变与高厂变高压侧均设有有载调压装置，稳压电源包括依次连接的进线隔离开关柜、隔离变压器、高压变频器、水冷柜和出线隔离柜，进线隔离开关柜与高压变低压侧连接，出线隔离柜与厂用工作母线连接。本发明通过主机出口引入高厂变，然后经过稳压电源的稳压稳频后输入至厂用工作母线，实现了网端电压质量电压和频率不满足常规设计要求的电厂厂用电正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及发电厂厂用电的设计技术领域，尤其涉及一种用于并网型发电厂厂用电系统。
背景技术
目前，东北亚地区也存在网端电压质量电压和频率不满足常规设计要求的发电厂，如果按照正常设计均不能使得这些并网型发电厂的厂用电正常运行，如朝鲜有超过500处发电设施，但只有62个主要发电厂连接朝鲜主输配电网，其余的电厂基本上规模较小且孤立运行。62个发电厂生产朝鲜全国85%以上的电能。62个主要发电厂包含42个水电站和20个热电厂，热电厂中有18个为燃煤电厂。时到今日，这些发电厂大部分缺乏必要的维护和设备更新。据考察，2007年朝鲜电网实时频率为47Hz（额定60Hz），母线电压为173kV（额定220kV）；2014年朝鲜电网实时频率为45Hz，母线电压分别为150kV（额定220kV）和47kV（额定66kV），从考察的数据可以看出，朝鲜的电网电压和频率参数与常规设计要求相去甚远，因此无法按照常规设计使并网型电厂的厂用电正常运行。
鉴于此，设计一种适应于电网电压、频率参数均失常的并网型发电厂的厂用电系统是本技术领域人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于电网电压、频率参数失常的并网型发电厂厂用电的系统，使其厂用电能够给负荷正常供电，保障电厂正常运行。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于并网型发电厂厂用电系统，包括高压电网、主机、主变、高厂变、厂用工作母线、有载调压装置、交直交变频装置和用于稳压稳频的稳压电源，所述主机与所述高压电网通过所述主变连接，所述高厂变连接于所述主变与所述主机之间，所述稳压电源设于所述高厂变和所述厂用工作母线之间，所述交直交变频装置位于高厂变低压侧，且所述主变入口侧与所述高厂变高压侧均设有有载调压装置，所述稳压电源包括依次连接的进线隔离开关柜、隔离变压器、高压变频器、水冷柜和出线隔离柜，所述进线隔离开关柜与所述高压变低压侧连接，所述出线隔离柜与所述厂用工作母线连接。
优选地，所述稳压电源还包括用于抑制激磁涌流电流冲击的涌流抑制器和用于减少输出电压总谐波失真的输出滤波器，所述涌流抑制器设于所述进线隔离开关柜和所述隔离变压器之间，所述输出滤波器设于所述出线隔离柜内，一端与所述高压变频器连接，另一端与所述厂用工作母线连接。
优选地，所述稳压电源采用八级功率单元级联，所述隔离变压器为两台并联连接的移相隔离变压器，且每台所述移相隔离变压器为四级功率单元供电。
优选地，所述隔离变压器为强迫风冷干式变压器，且所述隔离变压器上设有用于检测电流的一次侧电流互感器以及对隔离变压器进行联锁保护的热继电器和综保装置。
优选地，所述功率单元为集成设计的 IGBT组件单元，且所述功率单元还设有单元旁路。
优选地，所述功率单元外侧设有冷却水管，所述冷却水管与所述水冷柜连通。
优选地，所述主变入口侧的有载调压装置的有载调压开关范围为调压范围为±8X1.25%。
优选地，所述高厂变高压侧的有载调压装置的有载调压开关的调压范围为±12X1.25%。
优选地，所述交直交变频装置将所述高厂变的电源转换成电网频率为60Hz、输出电压为6kV的稳定交流电源。
与现有技术比较，本发明具有以下的有益技术效果：
（1）本发明中所述高厂变电压通过所述稳压电源的稳压稳频作用后输入至所述厂用工作母线，能很好的适应电网的恶劣情况，实现了网端电压质量电压和频率不满足常规设计要求的电厂厂用电正常运行；
（2）本发明中所述稳压电源通过设置所述涌流抑制器和所述输出滤波器，有效抑制了厂用电上电时激磁涌流对设备和电网的冲击，同时使得所述稳压电源输出电压的总谐波失真减小至1%以下；
（3）本发明中所述稳压电源采用集中变频和分散变频技术的有效结合方式实现所述稳压电源的变频稳压效果，一方面降低了制造成本，另一方面使得设备占用面积也较小；
（4）本发明还可以通过选用所述有载调压装置的调压范围，实现所述高压电网的频率在更大范围内变化（42Hz~63Hz）时电厂厂用电正常供应；
（5）本发明中所述稳压电源内的所述功率单元采用水冷方式且模块化设计，具有功率密度更大、可靠性更高和安装维护更便捷的特点。
附图说明
图1为本发明一种用于并网型发电厂厂用电系统的结构框图，
图2为本发明稳压电源的结构框图，
图3为是本发明中同步发电机并入电网的matlaB模型示意图，
图4是系统在42Hz工况下的整流波形图，
图5是系统在60Hz工况下的整流波形图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种用于并网型发电厂厂用电系统，包括高压电网1、主机2、主变3、高厂变4、厂用工作母线5、有载调压装置7、交直交变频装置8和用于稳压稳频的稳压电源6，所述主机2与所述高压电网1通过所述主变3连接，所述高厂变4连接于所述主变3与所述主机2之间，所述稳压电源6设于所述高厂变4和所述厂用工作母线5之间，所述交直交变频装置8位于高厂变4低压侧，且所述主变3入口侧与所述高厂变4高压侧均设有有载调压装置7，所述稳压电源6包括依次连接的进线隔离开关柜61、隔离变压器62、高压变频器63、水冷柜64和出线隔离柜65，所述进线隔离开关柜61与所述高压变4低压侧连接，所述出线隔离柜65与所述厂用工作母线5连接。本实施例中，将所述高压电网1上的电压通过所述有载调压装置7的调压以及所述稳压电源6的稳压稳频作用后输入至所述厂用工作母线5，能够适应所述高压电网1的各种恶劣情况，以实现网端电压质量电压和频率不满足常规设计要求的电厂厂用电正常运行。
如图1、图2所示，所述稳压电源6还包括用于抑制激磁涌流电流冲击的涌流抑制器67和用于减少输出电压总谐波失真的输出滤波器66，所述涌流抑制器67设于所述进线隔离开关柜61和所述隔离变压器62之间，所述输出滤波器66设于所述出线隔离柜65内，一端与所述高压变频器63连接，另一端与所述厂用工作母线5连接。本实施例中，所述隔离变压器62的前端设置一个所述涌流抑制器67，有效抑制了所述厂用工作母线4电源上电时的激磁涌流电流对设备和电网的冲击，同时所述出线隔离柜65内设置一台所述输出滤波器66，使得所述稳压电源6输出侧的输出电压总谐波失真减小至1%以下。
如图2所示，所述稳压电源6采用八级功率单元级联，所述隔离变压器62为两台并联连接的移相隔离变压器，且每台所述移相隔离变压器为四级功率单元供电。本实施例中，所述稳压电源6采用额定电压为700V，额定电流2400A的八级功率单元串联，当所述高压电网1电压运行在65%额定电压时，每级功率单元输入455V，考虑所述输出滤波器5%的压降，所述厂用工作母线5的电源额定输出时依然可保持在6kV，通过集中变频和分散变频技术的有效结合方式实现了所述稳压电源6的变频稳压效果。
所述隔离变压器62为强迫风冷干式变压器，且所述隔离变压器62上设有用于检测电流的一次侧电流互感器以及对隔离变压器62进行联锁保护的热继电器和综保装置。本实施例中，所述隔离变压器62采用强迫空冷方式进行冷却，避免了漏油等潜在的风险，维护量小，通过所述一次侧电流互感器实时检测所述隔离变压器62流过的电流值，当流过所述隔离变压器62上的电流值过流时，所述热继电器和所述综保装置通过辅助触点跳开主回路，从而对所述隔离器62进行联锁保护，有效保证了所述隔离变压器62的稳定有效的运行。
所述功率单元为集成设计的 IGBT组件单元，且所述功率单元还设有单元旁路。本实施例中，所述功率单元均为集成设计的 IGBT组件单元，使得所述功率单元的散热和驱动成为一个整体，其功率密度大，可靠性高；而且所述功率单元的模块化设计，也方便日常维护和拆卸，同时在故障情况下所述功率单元的单元旁路使得所述稳压电源继续保持对称输出，提高了系统的利用率。
所述功率单元外侧设有冷却水管，所述冷却水管与所述水冷柜64连通。本实施例中，所述功率单元采用去离子水冷却方式进行冷却，所述冷却水管置于所述功率单元外侧并与所述水冷柜64连通，所述水冷柜64与外部工业冷却水的进行换热，并控制所述冷却水管内循环水的循环和净化，保证所述功率单元的正常运行。
如图1所示，所述主变3入口侧的有载调压装置7的有载调压开关范围为调压范围为±8X1.25%。本实施例中，所述主机2选用双水内冷汽轮发电机，发电机额定出口电压为15.75kV，额定频率为60Hz，在50Hz低频运行时满足135MW出力，发电机励磁采用静态励磁方式。主机功率因数为0.85。当运行在45Hz时，出口电压为11kV±5%；运行在50Hz时，出口电压为13.8kV±5%；运行在60Hz时，出口电压为15.75kV±5%。考虑到目前所述高压电网电压可能跌落30%以及所述主机出口电压的情况，所述主变3的有载调压装置7的有载调压开关范围为±8X1.25%。
如图1所示，所述高厂变4高压侧的有载调压装置7的有载调压开关的调压范围为±12X1.25%。本实施例中，厂用电系统中的所述高厂变4容量按一般燃煤电厂选取15MVA，额定频率为60Hz，考虑45Hz极限工况散热，由于所述高厂变4高压侧在极限工况下造成所述高厂变4电压降至额定出口电压的75%，所述高厂变4高压侧的有载调压装置7的调压范围需选择±15%，因此所述有载调压开关的调压范围为±12X1.25%。
如图1所示，所述交直交变频装置8将所述高厂变4的电源转换成电网频率为60Hz、输出电压为6kV的稳定交流电源。本实施例中，所述高厂变4的电源通过所述交直交变频装置8转换成稳定交流电源后输送至所述厂用电工作母线5，保证所述厂用工作母线5的正常运转。
为了进一步说明本发明的工作原理和技术效果，下面通过一个用于并网型发电厂厂用电系统在新电厂中的仿真试验予以说明。
如图3所示，图3为135MW同步发电机并入110KV电网的matlaB模型图。
新电厂采用220kV及66kV两级电压送出，220kV出线4回，66kV出线7回，新建#1~#4机组均接入220kV母线，通过220kV/66kV联络变实现对66kV系统送电，启动/备用变本期由220kV母线引接。
厂用电采用6kV、380/220V两级电压等级，当各个机组额定频率为60Hz、电网频率为45Hz时，能够保证各个机组正常运行。
所述主机选用双水内冷汽轮发电机，采用静态励磁方式，其额定出口电压为15.75kV，额定频率为60Hz，功率因数为0.85，在50Hz低频运行时满足135MW出力，所述主机在频率45Hz运行时，其出口电压为11kV±5%；在频率50Hz运行时，出口电压为13.8kV±5%；在频率60Hz运行时，出口电压为15.75kV±5%。
所述高厂变容量按一般燃煤电厂选取15MVA，额定频率为60Hz，由于极限工况下，所述高厂变高压侧由于频率降低造成电压降至额定出口电压的75%，所述高厂变的所述有载调压装置的调压范围选择±15%，故所述有载调压开关的调压范围为±12X1.25%。
新电厂的厂用电负荷分为三类：
第一类为双倍冗余的大功率电动机负载：包括 3400kW 给水泵和1000kW 以上循环水泵、引风机、一次风机、增压风机，以及500kW以上凝结泵、供水泵、渣浆泵、排粉风机、磨煤机；还有其他1000kW以下风机、水泵等，最大负荷在8MW左右；
第二类为变压器类：包括用于将6kV变380V或220V的多台低压工作变压器，其单台低压工作变压器容量小于1000kVA，最大负荷约在2MW左右；
第三类为其他负载类：包括在工作变压器低压侧直接接入的励磁机、低压用电设备、空调照明、压缩机、直流屏等。
为保证厂用电的可靠性，在每一段6kV的所述厂用电工作母线的入侧分别接入一台15MVA稳压电源，所述稳压电源包括串联的8级功率单元、25MVA的高压变频器和并联运行的2台12.5MVA干式隔离变压器，单台所述干式隔离变压器的输入电压为6kV，额定频率60Hz，容量为12.5MVA（总容量25MVA），短路电抗大于8%。输出电压 700V*12组，通过电缆通道连接到功率单元，所述稳压电源的每一级功率单元的额定电压设定为700V（电网电压为6kV），最大输出电流2400A。
如图4、图5所示，图4中曲线从上到下分别为频率42Hz工况下发电机输出电压、输出电流、系统输入电流和输入电压仿真图，图5中曲线从下到下分别为频率60Hz工况下发电机的输出电压、输出电流、系统输入电流和输入电压仿真图，由此可知，新电厂每一段6KV的所述厂用电工作母线在15MVA所述稳压电源的变频稳压作用下，能够实现非常规设计的电网电压及频率准确有效的转换成厂用电所需的电源，保证了新电厂厂用电的正常运行。
以上对本发明所提供的一种用于并网型发电厂厂用电系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于并网型发电厂厂用电系统，其特征在于，包括高压电网、主机、主变、高厂变、厂用工作母线、有载调压装置、交直交变频装置和用于稳压稳频的稳压电源，所述主机与所述高压电网通过所述主变连接，所述高厂变连接于所述主变与所述主机之间，所述稳压电源设于所述高厂变和所述厂用工作母线之间，所述交直交变频装置位于高厂变低压侧，且所述主变入口侧与所述高厂变高压侧均设有有载调压装置，所述稳压电源包括依次连接的进线隔离开关柜、隔离变压器、高压变频器、水冷柜和出线隔离柜，所述进线隔离开关柜与所述高压变低压侧连接，所述出线隔离柜与所述厂用工作母线连接；
所述稳压电源还包括用于抑制激磁涌流电流冲击的涌流抑制器和用于减少输出电压总谐波失真的输出滤波器，所述涌流抑制器设于所述进线隔离开关柜和所述隔离变压器之间，所述输出滤波器设于所述出线隔离柜内，一端与所述高压变频器连接，另一端与所述厂用工作母线连接。
2.如权利要求1所述的用于并网型发电厂厂用电系统，其特征在于，所述稳压电源采用八级功率单元级联，所述隔离变压器为两台并联连接的移相隔离变压器，且每台所述移相隔离变压器为四级功率单元供电。
3.如权利要求2所述的用于并网型发电厂厂用电系统，其特征在于，所述隔离变压器为强迫风冷干式变压器，且所述隔离变压器上设有用于检测电流的一次侧电流互感器以及对隔离变压器进行联锁保护的热继电器和综保装置。
4.如权利要求3所述的用于并网型发电厂厂用电系统，其特征在于，所述功率单元为集成设计的 IGBT组件单元，且所述功率单元还设有单元旁路。
5.如权利要求4所述的用于并网型发电厂厂用电系统，其特征在于，所述功率单元外侧设有冷却水管，所述冷却水管与所述水冷柜连通。
6.如权利要求5所述的用于并网型发电厂厂用电系统，其特征在于，所述主变入口侧的有载调压装置的有载调压开关范围为调压范围为±8X1.25%。
7.如权利要求6所述的用于并网型发电厂厂用电系统，其特征在于，所述高厂变高压侧的有载调压装置的有载调压开关的调压范围为±12X1.25%。
8.如权利要求7所述的用于并网型发电厂厂用电系统，其特征在于，所述交直交变频装置将所述高厂变的电源转换成电网频率为60Hz、输出电压为6kV的稳定交流电源。
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