某2×300MW熱電廠為單元制機(jī)組接線，共用一臺(tái)220/6.3kV起動(dòng)/備用變壓器（以下簡(jiǎn)稱起備變），每臺(tái)機(jī)組6kV廠用電系統(tǒng)設(shè)A、B兩段母線，未設(shè)6kV公用段或備用段母線，當(dāng)任一機(jī)組停運(yùn)時(shí)，其廠用電必須切換至起備變由電網(wǎng)電源供電。在當(dāng)前裝機(jī)容量過(guò)剩的環(huán)境下，雙機(jī)運(yùn)行漸行漸遠(yuǎn)，而單機(jī)成為常態(tài)，電廠在發(fā)電量減少的同時(shí)還要使用高價(jià)網(wǎng)電。

一方面外購(gòu)電量每次起停機(jī)都要進(jìn)行公用系統(tǒng)變壓器來(lái)回倒閘操作，十分繁瑣；另一方面對(duì)起備變的檢修時(shí)間安排比較困難（需要等到雙機(jī)運(yùn)行且天氣晴好），因此有必要進(jìn)行廠用電互聯(lián)改造。

1 互聯(lián)方式的選擇

經(jīng)了解，國(guó)內(nèi)機(jī)組容量在600MW及以上實(shí)施廠用電互聯(lián)改造的電廠僅有幾家，在300MW級(jí)機(jī)組實(shí)施廠用電互聯(lián)改造的電廠要多一些，大部分直接在起備變低壓出口安裝斷路器小室，與起備變形成斷開點(diǎn)，利用原有6kV共箱母線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，但該電廠起備變低壓側(cè)6kV母線采用了全絕緣整體澆注母線，并非常規(guī)的共箱母線，改造存在施工周期長(zhǎng)、停電風(fēng)險(xiǎn)大的缺點(diǎn)，故選擇對(duì)兩臺(tái)機(jī)組廠用電母線之間的備用開關(guān)采用電纜連接的方式。這種方式簡(jiǎn)單易行，且投資少。6kV廠用電互聯(lián)原理接線圖如圖1所示。

圖1 6kV廠用電互聯(lián)原理接線圖（虛線內(nèi)為新增）

2 互聯(lián)改造方案

2.1 高壓/廠用變壓器容量分析

2臺(tái)高壓/廠用變壓器（以下簡(jiǎn)稱高廠變）及起備變?nèi)萘烤鶠?0/25-25MVA，6kV側(cè)A/B分支額定電流均為2291A，6kV電源進(jìn)線斷路器額定電流為3150A。經(jīng)查歷史曲線，當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，高廠變最高負(fù)荷為18MW，分支電流在900A左右。在單臺(tái)機(jī)組停運(yùn)和起動(dòng)過(guò)程中，其廠用電起動(dòng)負(fù)荷不超過(guò)12MW，分支電流不超過(guò)900A，停運(yùn)穩(wěn)定后，廠用電分支電流不超過(guò)300A。

如果僅僅是用1臺(tái)高廠變帶本機(jī)廠用電，同時(shí)帶上另一臺(tái)停穩(wěn)機(jī)組的廠用電，那么分支電流不超過(guò)1200A，容量綽綽有余。如果停備機(jī)組要開機(jī)，那么能否保持這種運(yùn)行方式直到開完機(jī)才轉(zhuǎn)廠用電呢?此時(shí)，高廠變負(fù)荷不超過(guò)30MW，A/B分支電流不超過(guò)1800A，互聯(lián)回路電流不超過(guò)900A，理論上是可行的。

2.2 互聯(lián)開關(guān)柜方案

改造需要#1、#2機(jī)組6kV母線每段各有一個(gè)備用斷路器柜，該電廠僅在6kV 1A段、6kV 2A段有備用斷路器柜，在6kV 1B段和6kV 2B段只有200A的高壓熔斷器+高壓真空接觸器的組合開關(guān)柜（以下簡(jiǎn)稱F-C開關(guān)柜）。

為了節(jié)約改造成本并兼顧施工便利性，本方案選擇利用原有1250A饋線斷路器柜作為互聯(lián)開關(guān)。（對(duì)于配電室有足夠安裝空間的電廠，建議增加互聯(lián)開關(guān)使之與進(jìn)線開關(guān)柜額定電流保持一致）。

首先將負(fù)荷率偏低的A/B水處理變開關(guān)柜外部電纜回抽接至備用F-C開關(guān)柜，置換出兩面斷路器柜作為改造用。柜內(nèi)銅排、電流互感器、綜保裝置不符合要求，計(jì)劃更換。備用開關(guān)為廈門ABB的VD4型真空斷路器柜，額定電流為1250A，互聯(lián)回路最大電流在900A左右，滿足容量要求。根據(jù)短路電流計(jì)算，6kV系統(tǒng)的短路電流不超過(guò)22kA，互聯(lián)開關(guān)的分?jǐn)喾逯惦娏鳛?00kA，熱穩(wěn)定電流為40kA、4s，滿足短路開斷要求。

聯(lián)絡(luò)用的高壓動(dòng)力銅纜使用了基建后拆除的臨時(shí)調(diào)試電源電纜，即3根YJV22-3×185并聯(lián)。根據(jù)制造廠數(shù)據(jù)，單根電纜允許載流量為375A（空氣中40℃），滿足回路電流需求；單根電纜短路熱穩(wěn)定電流為11.8kA、5s，并聯(lián)允許的熱穩(wěn)定電流為35.4kA、5s，滿足短路熱穩(wěn)定要求。

2.3 同期解決方案

每段6kV母線增加1臺(tái)互聯(lián)快切裝置，用于互聯(lián)開關(guān)和備用電源進(jìn)線開關(guān)之間的快速切換。在轉(zhuǎn)高廠變供電或轉(zhuǎn)互聯(lián)電源供電的過(guò)程中，需要起備變進(jìn)行過(guò)渡。

以#1機(jī)組6kV 1A段為例，#2高廠變運(yùn)行，原快切裝置1和2在工作狀態(tài)，互聯(lián)快切裝置3和4在閉鎖狀態(tài)，#1機(jī)組停機(jī)時(shí)先通過(guò)快切裝置1將廠用電切換為起備變供電（如圖2所示），然后退出原快切裝置1，投入互聯(lián)快切裝置3，將廠用電切換為6kV 2A段供電。

圖2 廠用電互聯(lián)快切示意圖

切換過(guò)程中相關(guān)聯(lián)的兩套快切裝置只能有一套在工作狀態(tài)，開機(jī)轉(zhuǎn)廠用電的順序與此相反。

正常切換方式采用并聯(lián)自動(dòng)切換，事故切換和非正常切換方式（母線失壓、開關(guān)偷跳）采用單向串聯(lián)切換，只能由互聯(lián)電源切到備用電源供電，備用電源故障時(shí)不切到互聯(lián)電源?？焖偾袚Q、同期捕捉切換、殘壓切換、長(zhǎng)延時(shí)切換功能投入。

當(dāng)停運(yùn)機(jī)組6kV母線故障時(shí)，保護(hù)將閉鎖快切，6kV母線失壓，需要運(yùn)行人員做好事故預(yù)想準(zhǔn)備。當(dāng)運(yùn)行機(jī)組6kV母線故障失壓時(shí)，互聯(lián)快切起動(dòng)失壓切換斷開互聯(lián)開關(guān)，切換到起備變供電。

2.4 互聯(lián)快切裝置的回路設(shè)計(jì)

• 起動(dòng)正?？烨蟹绞剑悍质讲伎刂葡到y(tǒng)（distributed control system, DCS）遠(yuǎn)程或就地裝置起動(dòng)。
• 保護(hù)動(dòng)作起動(dòng)事故快切方式：互聯(lián)上級(jí)電源開關(guān)保護(hù)動(dòng)作。
• 保護(hù)動(dòng)作閉鎖快切條件：互聯(lián)開關(guān)柜保護(hù)動(dòng)作；6kV母線弧光保護(hù)動(dòng)作。
• 手動(dòng)閉鎖快切條件：6kV母線工作進(jìn)線斷路器在工作位置且在合位；DCS遠(yuǎn)程或就地置于閉鎖。

互聯(lián)電源及備用電源二次電壓取Uac，6kV母線取三相電壓。為增加可靠性，采取了以下措施：

• 1）母線電壓接入了母線PT小車的工作位置接點(diǎn)作為判據(jù)。
• 2）在互聯(lián)開關(guān)柜內(nèi)AC相安裝電壓互感器一只，作為互聯(lián)電源的電壓檢測(cè)，比起從上級(jí)6kV母線引入二次電壓及上級(jí)開關(guān)的合閘位置接點(diǎn)更可靠。

2.5 互聯(lián)開關(guān)的五防閉鎖

由于互聯(lián)開關(guān)柜饋線側(cè)可從另一條母線來(lái)電，所以需要拆除饋線側(cè)的接地刀閘。為最大程度地保留原五防功能，僅拆除了接地體，保留操作桿，該操作桿與柜門及斷路器的機(jī)械聯(lián)鎖仍然有效，停電時(shí)需將斷路器小車搖出到檢修位置，將操作桿旋轉(zhuǎn)90°，柜門才能脫離連桿的閉鎖。利用帶電顯示器的有電檢測(cè)接點(diǎn)，在前后下柜門都加裝了電磁鎖，以確保在饋線側(cè)沒有電壓時(shí)才能打開下柜門。

送電時(shí)需檢查臨時(shí)接地線已被拆除，測(cè)絕緣合格，才能關(guān)上柜門，將操作桿反向旋轉(zhuǎn)90°，鎖緊柜門后，才能將斷路器小車搖到工作位置。

6kV母線的工作進(jìn)線開關(guān)與互聯(lián)開關(guān)并無(wú)交集，其工作位置及合閘位置接點(diǎn)送給互聯(lián)快切裝置，當(dāng)工作進(jìn)線開關(guān)在工作位置且在合位時(shí)，閉鎖互聯(lián)快切裝置。相連的兩臺(tái)互聯(lián)開關(guān)全部在斷開位置時(shí)，DCS允許單操作上級(jí)互聯(lián)開關(guān)合閘，下級(jí)互聯(lián)開關(guān)必須通過(guò)快切裝置合閘。

6kV母線備用進(jìn)線開關(guān)與互聯(lián)開關(guān)無(wú)閉鎖，正常情況下可互相并聯(lián)切換，事故切換和非正常切換方式只能由互聯(lián)電源切換到備用電源供電。

2.6 廠用電互聯(lián)對(duì)繼電保護(hù)定值的影響分析

由于高廠變的高后備過(guò)流保護(hù)及過(guò)負(fù)荷保護(hù)參考的回路電流是以高壓側(cè)額定電流為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算的，所以互聯(lián)運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流對(duì)該定值無(wú)影響。

高廠變低后備的分支過(guò)流保護(hù)主要考慮躲開負(fù)載的自啟動(dòng)電流，動(dòng)作跳分支斷路器。由于互聯(lián)運(yùn)行時(shí)每個(gè)分支帶兩段6kV母線的負(fù)載，使自啟動(dòng)電流增大，所以動(dòng)作電流值有所增加，但靈敏度校驗(yàn)是合格的。

低壓側(cè)分支零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作按一次電流值18A整定，0.8s跳分支斷路器、閉鎖快切，1.4s全停、起動(dòng)失靈。6kV母線上其他負(fù)荷支路零序保護(hù)按15A/0.2s整定。

互聯(lián)開關(guān)柜原有零序電流互感器內(nèi)徑偏小，僅能穿入1根高壓電纜，故更換為開關(guān)柜廠能采購(gòu)到的最大內(nèi)徑為250mm的零序電流互感器，零序保護(hù)按15A/0.5s整定，與高廠變分支零序保護(hù)和負(fù)荷支路零序保護(hù)在時(shí)間上有一個(gè)級(jí)差配合。

2.7 施工步驟

• 1）將A/B水處理變開關(guān)柜外部電纜移到備用F-C開關(guān)柜，騰出四面?zhèn)溆脭嗦菲鞴瘛?/li>
• 2）采購(gòu)快切裝置屏（深圳國(guó)立智能SID-8BT-A型）和開關(guān)柜附件，繪制施工接線圖及電纜清冊(cè)。
• 3）進(jìn)行6kV互聯(lián)開關(guān)柜附件及綜保改造，開關(guān)柜不停電即可完成。更換出線側(cè)母排和電流互感器，拆除接地刀閘，在前后下柜門增加有壓閉鎖，安裝電壓互感器（前下柜內(nèi)），將綜保裝置更換為金智科技WDZ-5211饋線保護(hù)型。
• 4）安裝快切裝置屏，電纜敷設(shè)，DCS后臺(tái)組態(tài)修改，定值整定計(jì)算。其中電纜敷設(shè)工程量較大，對(duì)不能停電接線的盤柜需提前將電纜放到下方橋架上。
• 5）停機(jī)后電纜接線，靜態(tài)調(diào)試，帶負(fù)荷試驗(yàn)。

本改造項(xiàng)目于2017年11月立項(xiàng)，經(jīng)前期充分準(zhǔn)備，利用2018年2月份春節(jié)停機(jī)的機(jī)會(huì)完成了安裝調(diào)試并投入運(yùn)行，用時(shí)3個(gè)月。

3 應(yīng)用情況

改造后，在2018年2月底起動(dòng)第二臺(tái)機(jī)組時(shí)，全部使用第一臺(tái)機(jī)組的廠用電，僅在轉(zhuǎn)廠用電的過(guò)渡過(guò)程中起備變用電0.3萬(wàn)kW?h，開機(jī)過(guò)程中6kV、400V母線電壓水平未見明顯降低，互聯(lián)回路中最大電流在730A左右，開機(jī)機(jī)組并網(wǎng)前后廠用電最大負(fù)荷在9MW左右，運(yùn)行機(jī)組高廠變帶兩臺(tái)機(jī)的廠用電最高負(fù)荷在22MW左右，高廠變、互聯(lián)回路容量裕度較大，互聯(lián)切換過(guò)程安全平穩(wěn)。

在夏天高負(fù)荷期間通過(guò)廠用電互聯(lián)起停機(jī)，高廠變負(fù)荷最高在25MW左右，分支最大電流為1570A，互聯(lián)回路最大電流在740A左右，6kV母線電壓最低為6.04kV，起動(dòng)6kV高壓電動(dòng)機(jī)時(shí)，母線電壓最低被降至5.5kV，未出現(xiàn)400V負(fù)載失壓脫扣現(xiàn)象，現(xiàn)已正常運(yùn)行滿1年。在廠用電互聯(lián)方式開機(jī)過(guò)程中，隨著負(fù)荷的增加，6kV母線電壓有所下降，應(yīng)注意適當(dāng)增加運(yùn)行機(jī)組無(wú)功提升廠用電系統(tǒng)電壓。廠用電互聯(lián)開機(jī)情況見表1。

表1 廠用電互聯(lián)開機(jī)情況表

4 投資回報(bào)分析

改造前，該司兩臺(tái)機(jī)組于2016年2月份投產(chǎn)，首年耗電883萬(wàn)kW?h，鑒于調(diào)整試驗(yàn)多，加上220kV出線斷面受限，單機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)無(wú)參考價(jià)值。2017年3月至2018年2月通過(guò)倒換公用系統(tǒng)運(yùn)行方式來(lái)減少起備變負(fù)荷，但有一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行A級(jí)檢修，起備變耗電高達(dá)466萬(wàn)kW?h。

改造后，從2018年3月份到2019年2月底，也有一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行A級(jí)檢修，全年有222天單機(jī)運(yùn)行，起備變僅耗電28萬(wàn)kW?h，1年減少外購(gòu)電量438萬(wàn)kW?h。投產(chǎn)后3年來(lái)起備變耗電量統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 投產(chǎn)后3年來(lái)起備變耗電量統(tǒng)計(jì)

本項(xiàng)目共投資115萬(wàn)元，因高壓電纜屬舊物利用，實(shí)際新增投資僅69萬(wàn)元，設(shè)計(jì)及部分施工自主完成，委托外單位施工費(fèi)用28萬(wàn)元，設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用41萬(wàn)元。按省內(nèi)煤電機(jī)組上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)、起備變電價(jià)、實(shí)際煤耗及標(biāo)煤價(jià)計(jì)算，1年可減少電費(fèi)支出約258萬(wàn)元，降低生產(chǎn)成本約127萬(wàn)元，1年就收回投資，經(jīng)濟(jì)效益明顯。廠用電互聯(lián)投資與收益見表3。

表3 廠用電互聯(lián)投資與收益表

結(jié)論

本文介紹了某電廠2×300MW機(jī)組6kV廠用電系統(tǒng)采用電纜互聯(lián)的改造方案，改造后實(shí)現(xiàn)了用一臺(tái)高廠變帶另外一臺(tái)機(jī)組的廠用電進(jìn)行開機(jī)或停機(jī)，開機(jī)過(guò)程中的功率、電流、電壓控制均符合預(yù)期，大幅減少了起備變用電量，一年可收回投資成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

在起備變電價(jià)與發(fā)電成本價(jià)差更大的北方省份，實(shí)施廠用電互聯(lián)改造的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加突出。實(shí)踐證明，選擇電纜互聯(lián)的接線方式具有施工便利的優(yōu)點(diǎn)。