CN112737096B - 背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构和控制方法 - Google Patents

Abstract

背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构和控制方法，在该厂用电接线结构中，背压机房设置2段中压背压机房段，分别为中压背压机房A段以及中压背压机房B段，#1背压机组发电机所发电能送至#1机组的中压工作母线1A段并跨接至#2机组的中压工作母线2A段，#2背压机组发电机所发电能送至#1机组的中压工作母线1B段并跨接至#2机组的中压工作母线2B段。本发明能够在系统的不同运行阶段进行投切，能够避免母线并列运行，减小背压机接入母线的其他负荷，有效限制了背压机改造时的短路电流，确保了机组安全可靠运行。此外，本发明的供电可靠性较高，每段背压机母线对应工作A段、B段两回送出回路，可互为备用。

Description

背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构和控制方法

技术领域

本发明属于火力发电领域，具体涉及一种背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构和控制方法。

背景技术

火力发电厂所在区域实现热电联产及集中供热，在节约能源、改善环境等方面均具有明显的效益，采用集中热源代替分散小锅炉供热，有着降低能耗、改善环境等诸多优势。为了满足当地的供热需求，对于抽汽汽源质量较高的火电机组，可通过抽汽改造，新建背压机房，并在背压机房内增设背压发电机以及相关配电、控制等设备，向厂内热网首站供汽，实现对当地的冬季供热。同时，增设背压发电机取代减温减压装置，并将其接入火电机组厂用6kV或10kV的中压工作段母线中，实现能源梯级利用，降低厂用电率。

由于冬季供热是关系到当地民生的大事，同时背压机房作为整个热网系统的气源送出点，其稳定运行关联着热网各中继泵站、换热站的设备连锁、稳定运行，因此，背压机房电源系统的可靠稳定运行尤为重要。

增设背压机属于在原有火电机组基础上的扩建改造工程，原有火电机组的厂用工作段母线短路水平设备选型已经固定，例如，6kV或10kV工作段母线常取值为热稳定电流I"＝31.5kA/3s、动稳定电流ich＝80kA，或热稳定电流I"＝40kA/3s、动稳定电流ich＝125kA。在原厂用工作段母线中新接入大功率的背压机，由于接地故障时背压机的反馈电流效应，将进一步增大厂用工作段母线的短路电流，可能导致原母线或开关设备的短路电流超标，损坏设备。因此，选择合适的背压机接线方案和控制策略，限制短路电流，对于背压机改造的安全可靠运行至关重要。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中背压机改造时短路电流容易超标的问题，提供一种背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构和控制方法，能够有效限制背压机改造时的短路电流，确保机组安全可靠运行。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构，背压机房设置2段中压背压机房段，分别为中压背压机房A段以及中压背压机房B段，#1背压机组发电机所发电能送至#1机组的中压工作母线1A段并跨接至#2机组的中压工作母线2A段，#2背压机组发电机所发电能送至#1机组的中压工作母线1B段并跨接至#2机组的中压工作母线2B段。

作为本发明背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构的一种优选方案，#1机组的中压工作母线1A段与#2机组的中压工作母线2A段、#1机组的中压工作母线1B段与#2机组的中压工作母线2B段的2台出线断路器采用硬接线闭锁控制。

作为本发明背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构的一种优选方案，2台出线断路器之间通过硬接线连接，出现零序故障时2台出线断路器之间通过硬接线连跳。

作为本发明背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构的一种优选方案，电源的切换均连跳#1背压机组发电机与#2背压机组发电机的出线断路器，待电源切换系统稳定运行之后再投运#1背压机组发电机与#2背压机组发电机。

作为本发明背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构的一种优选方案，非保护跳闸时，先指令背压机组发电机的出线断路器跳闸，延时跳工作段出线断路器。

本发明还提供一种背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构的控制方法：

系统运行时，断开#1机组的中压工作母线1A段和#2机组的中压工作母线2A段之间，以及#1机组的中压工作母线1B段和#2机组的中压工作母线2B段之间的联络断路器，避免#1背压机组发电机以及#2背压机组发电机同时接入两段不同的母线；

#1背压机组发电机以及#2背压机组发电机运行时，将背压机组发电机所接入母线的部分负荷切换到其他母线，减小该段母线上其他负荷反馈的短路电流，进而限制总的短路电流。

相较于现有技术，本发明有如下的有益效果：#1背压机组发电机所发电能送至#1机组的中压工作母线1A段并跨接至#2机组的中压工作母线2A段，#2背压机组发电机所发电能送至#1机组的中压工作母线1B段并跨接至#2机组的中压工作母线2B段，能够在系统的不同运行阶段进行投切，能够避免母线并列运行，减小背压机接入母线的其他负荷，有效限制了背压机改造时的短路电流，确保了机组安全可靠运行。此外，本发明的供电可靠性较高，每段背压机母线对应工作A段、B段两回送出回路，可互为备用。本发明的适用性强，能够满足火电机组背压机改造场景需求，对于火电机组背压机改造工程具有指导意义与实用价值。

附图说明

图1本发明背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构示意图；

图2现有接线结构6kV段短路电流仿真计算结果示意图；

图3本发明实施例正常运行方式下6kV段短路电流仿真计算结果示意图；

图4本发明实施例背压机段同时接入两段工作段时的短路电流仿真计算结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明。

1)背压机组改造前，大火电机组厂用接线为：

两台大火电机组均以发电机—变压器组单元接线接入高压母线。每台机设置一台高压厂用分裂绕组变压器及一台高压厂用公用双卷变压器，变压器的高压侧电源由本机组发电机出口断路器系统侧引接。分裂绕组变压器采用有载调压型，公用双卷变压器采用无载调压型。每台机组设两段中压工作母线，分别为中压A段和中压B段，并设一段中压公用母线。机组负荷接在中压工作母线，公用负荷接在中压公用母线，互为备用及成对出现的高压厂用电动机及低压厂用变压器分别由不同的中压工作段或公用段上引接。

中压工作段母线一般为6kV或10kV，短路水平取值一般为热稳定电流I"＝31.5kA/3s、动稳定电流ich＝80kA，或热稳定电流I"＝40kA/3s、动稳定电流ich＝125kA。

2)背压机组厂用接线方案为：

背压机房设置2段中压背压机段，分别为背压机A、B段；#1背压发电机所发电能送至#1机组的中压工作1A段并跨接至#2机组的中压工作2A段，#2背压发电机所发电能送至#1机组的中压工作1B段并跨接至#2机组的中压工作2B段。如图1所示。

3)背压机控制策略为：

#1机组的中压工作1A段及#2机组的中压工作2A段、#1机组的中压工作1B段及#2机组的中压工作2B段的2台出线断路器采用硬接线闭锁控制，并增加了零序故障硬接线连跳的保护方式，确保背压机电源的灵活、安全及可靠性；同时，电源的切换均连跳背压发电机出线断路器(非保护跳闸时，DCS先指令背压发电机出口断路器跳闸，延时跳工作段出线断路器)，待电源切换系统稳定运行过后再行投运背压发电机。

实施例以某火电机组背压机改造工程为例进行说明。

1)背压机改造前厂用电接线及短路电流分析

某火力发电厂电气接线为：两台600MW机组均以发电机—变压器组单元接线接入500kV母线。每台机设置一台容量为50/31.5-31.5MVA的高压厂用分裂绕组变压器及一台25/25MVA的高压厂用公用双卷变压器，变压器的高压侧电源由本机组发电机出口断路器系统侧引接。分裂绕组变压器采用有载调压型，公用双卷变压器采用无载调压型。设两段6kV工作母线，一段6kV公用母线。机组负荷接在6kV工作母线，公用负荷接在6kV公用母线，互为备用及成对出现的高压厂用电动机及低压厂用变压器分别由不同的6kV工作段或公用段上引接。

厂用系统6kV工作段和公用段设备选型均为：

母线额定电流＝4000A，热稳定电流I"＝40kA/3s，动稳定电流ich＝125kA。

负荷情况如下：

#3、#4工作A段负荷：电机计算功率Sg＝23085kW，变压器计算容量Sg＝5185kVA；

#3、#4工作B段负荷：电机计算功率Sg＝22795kW，变压器计算容量Sg＝5185kVA；

#3公用段负荷：电机计算功率Sg＝7990kW，变压器计算容量Sg＝11950kVA；

#4公用段负荷：电机计算功率Sg＝7375kW，变压器计算容量Sg＝11950kVA。

#3、4公用段母联闭合时：

电机计算功率Sg＝13115kW，变压器计算容量Sg＝14450kVA。

改造前，原机组6kV工作段和公用段的ETAP短路电流仿真结果如图2所示。

短路电流周期分量起始有效值：工作3A段＝32.6kA，工作3B段＝32.6kA，工作4A段＝32.5kA，工作4B段＝32.5kA，公用A段＝31.8kA，公用B段＝31.3kA。6kV工作段和公用段的母线和开关设备选型合理，满足要求。

2)按照本发明提出的背压机组厂用接线方案进行如下设置：

背压机房设置2段6kV背压机段，分别为6kV背压机A、B段；#1背压发电机所发电能送至#3机6kV工作3A段并跨接至#4机6kV工作4A段，#2背压发电机所发电能送至#3机6kV工作3B段并跨接至#4机6kV工作4B段。

根据接线，建立图3所示的ETAP模型，每台机组工作段的工作负荷平均分配在A、B段母线上，#1背压发电机接入工作3A段，#2背压发电机接入工作3B段。

仿真结果为：工作3A段和背压机A段的短路电流周期分量起始有效值为38.6kA，工作3B段和背压机B段的短路电流周期分量起始有效值为38.8kA，每台背压发电机侧的短路电流分量约为5.99kA，设备开断满足本期背压机组的接入。

当背压机段同时接入两段6kV工作母线，如图4所示时，短路电流周期分量起始有效值增加至71.3kA和71.1kA，其设备开断不满足本期背压机组的接入。

因此，应通过合理的闭锁、联锁控制，避免母线并列运行。

(3)按照本发明提出的控制方法实施闭锁、连锁控制策略：

基于上述分析，本方案连锁控制策略应为：主厂房侧#3机6kV工作3A段及#4机6kV工作4A段、#3机6kV工作3B段及#4机6kV工作4B段的2台出线断路器采用硬接线闭锁控制，并增加了零序故障硬接线连跳的保护方式，确保背压机电源的灵活、安全及可靠性；同时，电源的切换均连跳背压发电机出线断路器(非保护跳闸时，DCS先指令背压发电机出口断路器跳闸，延时跳工作段出线断路器)，待电源切换系统稳定运行过后再行投运背压发电机。同时，为更有效地限制短路电流，本发明实施例建议降低背压机所接入工作母线的其他负荷：例如，背压机B段接入工作3B段投运前，应尽量将3B、4B段的重复负荷接入4B段，减小3B段负荷反馈的短路电流，这增加了操作的工作量。负荷切换后短路水平校验能否满足要求，应根据负荷分配情况进一步核算。

从实施案例可以看出，本发明针对背压机改造时短路电流容易超标的问题，以限制背压机改造时厂用工作段母线短路电流为目标，提出了一种新型控制策略，其主要措施为：

(1)避免母线并列运行；

系统运行时，通过本发明闭锁、联锁控制策略，避免母线并列运行。如断开3A和4A工作段之间，3B和4B工作段之间的联络断路器，避免背压机段同时接入两段不同的母线等。

(2)减小背压机接入母线的其他负荷；

背压机运行时，可将背压机所接入母线的部分负荷切换到其他母线，减小该段母线上其他负荷反馈的短路电流，进而限制总的短路电流。

综上所述，本发明能够有效限制背压机改造时的短路电流，确保机组安全可靠运行。此外，本发明的供电可靠性较高，每段背压机母线对应工作A段、B段两回送出回路，可互为备用。本发明的适用性强，能够满足火电机组背压机改造场景需求，对于火电机组背压机改造工程具有指导意义与实用价值。

以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构，其特征在于：背压机房设置2段6kV背压机房段，分别为6kV背压机房A段以及6kV背压机房B段，#1背压机组发电机所发电能送至#1机组的6kV工作母线1A段并跨接至#2机组的6kV工作母线2A段，#2背压机组发电机所发电能送至#1机组的6kV工作母线1B段并跨接至#2机组的6kV工作母线2B段；#1机组的6kV工作母线1A段与#2机组的6kV工作母线2A段、#1机组的6kV工作母线1B段与#2机组的6kV工作母线2B段的2台出线断路器采用硬接线闭锁控制；

系统运行时，断开#1机组的6kV工作母线1A段和#2机组的6kV工作母线2A段之间，以及#1机组的6kV工作母线1B段和#2机组的6kV工作母线2B段之间的联络断路器，避免#1背压机组发电机以及#2背压机组发电机同时接入两段不同的母线；

#1背压机组发电机以及#2背压机组发电机运行时，将背压机组发电机所接入母线的部分负荷切换到其他母线，减小该段母线上其他负荷反馈的短路电流，进而限制总的短路电流。

2.根据权利要求1所述背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构，其特征在于：2台出线断路器之间通过硬接线连接，出现零序故障时2台出线断路器之间通过硬接线连跳。

3.根据权利要求1所述背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构，其特征在于：电源的切换均连跳#1背压机组发电机与#2背压机组发电机的出线断路器，待电源切换系统稳定运行之后再投运#1背压机组发电机与#2背压机组发电机。

4.根据权利要求3所述背压机扩建时限制短路电流的厂用电接线结构，其特征在于：非保护跳闸时，先指令背压机组发电机的出线断路器跳闸，延时跳工作段出线断路器。

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