摘要：近年来新建的以500 kV或330 kV一级电压接入电流系统的大型火力发电厂，一般由该级电压母线直接引接启动／备用电源，但此方案中的高压断路器价格较贵。从技术可行性和节省项目投资成本出发，提出了经隔离开关与高压配电装置母线连接的方案（也叫变压器－母线接线方案）。对两种方案的保护配置、可靠性以及经济技术进行比较分析，结果表明启动／备用变经隔离开关接500 kV母线方案技术上可实施，故障停电范围和传统方案相当，保护配置差异不大，缺点是启／备变退出运行时，需操作接在该母线上的2台断路器，启／备变的可靠性要求更高一些，但可以通过两台机组独立的高压厂用电源系统互联来降低启备变的使用频率。该方案不但保障了厂用备用电源的可靠性，降低了使用启备变时故障风险，同时更节省投资，提高了电厂经济效益。因此，启动/备用变经隔离开关接500 kV母线方案接线简单可靠、技术可行、经济适用，符合发电企业对电厂设计水平的要求，可供后续投资收益要求高的工程设计参考。
关键词：火力发电厂,启动／备用电源,变压器－母线接线,厂用电互联
0引言
600 MW及以上大型火力发电厂新建机组在厂内常常仅有500 kV或330 kV一种电压等级出线向电力系统供电，距离周边的220 kV或110 kV变电站较远，如由周边变电站引接启动／备用电源，线路投资比较高，同时需要设计线路走廊，在经济发达或人口稠密地区，线路走廊协议困难，补偿费用大，且大多需向地方电力部门交纳启动／备用变压器基本容量电费[1-3]。同时从厂内500 kV或330 kV配电装置引接启动／备用电源，在技术经济上具有方案易于实施，界限清楚，便于运行、维护和管理，且没有功角差过大问题的优势。因此，近年来新建的以500 kV或330 kV一级电压接入电流系统的大型火力发电厂，一般由该级电压母线直接引接启动／备用电源。文献[4]论述了对于煤电一体化电厂，启动／备用电源由厂内500 kV配电装置引接1回500 kV电源经1台500 kV/110 kV和1台110 kV/6 kV的变压器2级降压后作为2台机组的备用电源方案，该方案运行经验丰富，管理方便，同时又有利于煤矿的运行。文献[5]论述了大容量机组发电机出口不设置断路器(GCB)、设置1台有载调压启备变，电源由厂内500 kV母线1级降压引接，经济性最优。
本文就假定某大型火力发电厂(2台600 MW及以上机组），厂内仅有500 kV一级升高电压，出线2回接入系统，发电机出口不装设断路器，厂用变压器按一台双绕组低压分裂变配备，对启动／备用电源接线设计进行探讨，提出一种启动／备用电源经隔离开关与高压配电装置母线连接方案（也叫变压器－母线接线方案），同时再通过两台机组独立的高压厂用电源系统互联来降低启备变的使用频率，不但保障了厂用备用电源的可靠性，降低了使用启备变时故障风险，且节省投资，可供后续投资收益要求高的工程设计参考。
1启动／备用电源设置原则
在大型火力发电厂中，为给发电机组正常启动时提供电源，必须提供一启动电源；同时为保证高压厂用电系统的运行安全，必须设置厂用备用电源。工程设计中一般将上述两种功能的电源合二为一，统称为“启动/备用电源”。
关于高压厂用启动／备用变压器的高压侧接线方式，《火力发电厂厂用电设计技术规程》[6]第3.7.8条规定如下：(1)当有发电机电压母线时，宜由该母线引接一个备用电源；(2)当无发电机电压母线时，可由全厂高压母线中电源可靠的最低一级电压母线或联络变压器的第三（低压）绕组引接并应保证在全厂停电的情况下，能从外部电力系统取得足够的电源，包括三绕组变压器的中压侧从高压侧取得电源；(3)当装设发电机断路器且机组台数为2台及以上时，还可由1台机组的高压厂用工作变压器低压侧厂用工作母线引接另一台机组的高压备用电源，即机组之间对应的高压厂用母线设置联络，互为事故停机电源；(4)当技术经济合理时可由外部电网引接专用线路供电。
2启动／备用电源接线方案
虽然发电机出口是否装设断路器(GCB)与启动／备用电源接线方案有关系，但考虑到国内制造厂无大容量发电机出口断路器的成熟产品，而国外的断路器价格昂贵，运行实践也表明发电机出口不装设断路器仍可保证机组的安全运行，有利于提高电厂长期运行效益，因此目前大部分大型火力发电厂发电机出口均未装设断路器。
下面就发电机出口不装设断路器情况下，启动／备用变经断路器接500 kV母线方案和启动／备用变经隔离开关接500 kV母线方案做方案对比。
2.1启动／备用变经断路器接500 kV母线方案
该方案是同类电厂现普遍采用的典型方案，接线如图1所示。
500 kV电气主接线采用3/2断路器接线。启动／备用电源经断路器从500 kV配电装置母线一级降压引接，进、出线回路均装设隔离开关，500 kV配电装置共7台断路器。该方案中启动／备用变故障或检修时仅跳开启/备变500 kV侧断路器，不影响500 kV系统回路供电，系统供电可靠性高。
2.2启动／备用变经隔离开关接500 kV母线方案
该方案也叫变压器－母线接线方案，接线如图2所示。
500 kV电气主接线采用3/2断路器接线。启动／备用电源经断隔离开关从500 kV配电装置母线一级降压引接，进、出线回路均装设隔离开关，500 kV配电装置共6台断路器。该方案中启动／备用变故障或检修时需跳开接在该母线上的500 kV断路器，在断开启／备变高压侧隔离开关后，再合上被跳开的500 kV断路器，母线即可恢复供电。该方案的缺点是母线恢复供电操作期间，主变进线间隔仅通过单断路器接入升压站，可靠性短时间内比正常运行时双断路器接入方式稍有降低，但不会影响500 kV系统回路供电连续性。
同时该方案也需要启备变的可靠性更高一些，如今随着变压器制造工艺的飞速发展，采用大变比500 kV/6(10)kV-6(10)kV有载调压分裂变压器已很普遍，各大型变压器厂也均可生产，发生故障的几率极低，其可靠性已得到充分认证。
目前，国内有部分电厂为进一步加强厂用电的可靠性，通过改造将两台机组独立的高压厂用电源系统互联来降低启备变的使用频率。文献[7]把启动／备用变低压侧共箱母线A/B分支进开关柜前增设两台断路器，改造后厂用电运行安全系数提高、切换可靠、高厂变容量满足要求、系统改造范围小、投资少，经济效益明显。文献[8]将5号机组厂用6kV电源A段与6号机组厂用6kV电源A段间通过增设联络开关实现联络；5号机厂用6kV电源B段与6号机厂用6kV电源B段间的联络，通过输煤6kV系统环接实现。改造后，通过增加的联络开关可以使用运行机组提供检修机组厂用电，这样可以有效地避免因厂用电消失而造成设备损坏的重大事故保障停运机组厂用电的可靠性，且不使用启／备变，投入少，收益大，达到节能降耗，创效增收的目的。因此，对于采用了将启动／备用变经隔离开关接500 kV母线方案，可以考虑将两台机组的高压厂用A/B段通过联络开关互相对应连接，每台联络开关共有2个跳闸压板，一个为“保护装置跳闸压板”，另一个为“联跳压板”，当需要联络开关送电时，根据运行方式正确切换联跳压板即可。改造后，启备变仅在机组首次启动和高厂变故障或检修备用时使用，其他情况如机组停机、检修或启动均可通过厂用电互联开关来提供厂用电，不但保障了厂用备用电源的可靠性，降低了使用启备变时故障风险，而且有效地节约了厂用外购电费用，达到了节能降耗的目的。
3方案对比分析讨论
3.1两种方案保护配置及故障造成的影响
启备变经断路器接500 kV母线的方案需要分别配置500 kV母线保护、500 kV断路器保护以及500 kV启备变保护。500 kV母线故障由母线保护切除与母线连接的所有断路器，500 kV启备变故障由启备变保护动作于500 kV侧断路器和低压侧断路器跳闸，不影响母线运行。
该启备变电源引接方式及保护配置方案是目前电厂普遍采用的典型方案，保护配置成熟可靠，工程实践经验非常多，相关保护装置厂家已实现标准化设计[9-14]。
启备变经隔离开关接500 kV母线方案，需要分别配置500 kV母线保护、500 kV启备变保护。由于启备变与500 kV母线之间无断路器，500 kV母线故障需由母线保护切除与母线连接的所有500 kV断路器，以及启备变低压侧断路器；与启备变经断路器接500 kV母线方案相比，母线故障保护动作会切除启备变低压侧断路器，但故障造成的影响完全相同。变压器故障保护除跳开启备变低压侧断路器外，还需要跳开与该500 kV母线相连的所有支路断路器，与启备变经断路器接500 kV母线方案相比，变压器故障后会造成母线被切除，在500 kV各串均以完整串运行方式下，500 kV母线切除不会影响各进出线停电，但在中断路器停电检修时，启备变故障连切500 kV母线会造成断路器检修串的进出线停电，在对侧母线边断路器停电检修时，启备变故障连切500 kV母线会造成负荷不匹配导致两侧负荷波动甚至解列[15-17]。为避免上述情况发生，应通过合理调整机组运行和检修计划等方式来尽量规避，此时运行调度灵活性会受到一定影响。启备变经隔离开关接500 kV母线方案各保护配置方案和保护基本原理不变，但需要保护厂家针对该接线方式增加保护跳闸出口，原有保护软件需做一定修改。
3.2两种方案经济比较
两种方案的经济性比较如表1所示。
可见，采用启动／备用变经隔离开关接500 kV母线方案更节省投资(GIS方案省约500万，敞开式方案省约300万）。
3.3两种方案技术可靠性比较
两种方案技术可靠性比较如表2所示（仅比较与启/备变有关回路）[19-20]。
可见，两种方案技术相当，方案核心部分都为3/2断路器接线，其主要区别在于启／备变高压侧有无断路器设置，在故障与检修重合情况下的停电回路可靠性相当。
4结束语
通过对上述两种启动／备用电源接线方案的技术经济比较可知，启动／备用变经隔离开关接500 kV母线方案与常规经断路器接500 kV母线方案相比技术上均可实施，故障停电范围相当，保护配置差异不大，缺点是启/备变退出运行时，需操作接在该母线上的2台断路器，启／备变的可靠性要求更高一些，但可以通过两台机组独立的高压厂用电源系统互联来降低启备变的使用频率，不但保障了厂用备用电源的可靠性，降低了使用启备变时故障风险。同时该方案更节省投资(GIS方案省约500万，敞开式方案省约300万），提高了电厂经济效益。因此，启动／备用变经隔离开关接500 kV母线方案接线简单可靠、技术可行、经济适用，符合发电企业对电厂设计水平的要求，可供后续投资收益要求高的工程设计参考。
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