北方联合电力有限责任公司包头第一热电厂(以下简称包一)始建于1958年,当时共建机组8机8炉,锅炉编号为1号-8号,汽轮发电机编号为0号-7号(记为老厂);2003年又扩建2台125MW供热机组(记为新厂),锅炉编号为9号、10号,汽轮发电机编号为8号、9号,新旧机组概况见表 1所示。每台机组厂用电系统均设计为单母线分段接线,高压厂用变压器单独供电,并设有联动备用高压厂用变压器。当工作变压器发生故障时,联动备用高压厂用变压器投入,以保证机组的厂用负荷正常运行。

表 1(Table 1)

表 1包一机组概况

表 1 包一机组概况

由于包一老厂机组容量小,锅炉主蒸汽供汽方式为母管制,厂用变压器接于10kV电压等级母线上,因此各高压厂用变压器一般处于并联运行状态,供电的可靠性较高。高压厂用变压器高压侧所在母线通常通过主变压器与电网系统相连,以便在机组停运时由系统倒送电,用于启动电源。随着老厂小容量机组不断退役,厂用母线实际上仅接带部分公用系统用电,造成大部分工作变压器长期处于空载状态,空载损耗较大,提高了厂用电率;同时使得厂用电系统运行电压较高,影响系统的安全稳定运行^[1]。随着扩建机组的投产及110kV系统的退役,单台备用变压器备用容量已不能满足实际要求,急需增加备用变压器容量或数量。 2 厂用电系统运行方式 2.1 3kV厂用电系统(0号-7号机组)

包一老厂一次系统接线图如图 1所示。厂用3kV系统由10kV系统供电,10kV系统(三母分段加备用段)通过2台主变压器(3号、4号)与110kV系统(双母分段带旁路)相连。机组投产时厂用电系统按机炉分段设置,其中0号-4号发电机出口分别接于10kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ段母线;5号、6号、7号发电机主变压器为T形接线。5号发电机通过5号主变压器接于110kV系统,分别经1965、1966断路器向5号、6号高压厂用变压器(25T、26T)供电;6号发电机通过6号主变压器接于110kV系统,分别经1967、1968断路器向7号、8号高压厂用变压器(27T、28T)供电;7号发电机经7号主变压器接于220kV Ⅰ段母线与电网系统相连,并且分别经1971、1972断路器向9号、10号高压厂用变压器(29T、10号)供电。

图 1(Figure 1)

图 1 包一老厂厂用电一次系统接线图

厂用电系统0号高压厂用变压器、1号高压厂用变压器(21T)、2号高压厂用变压器(22T)、25T、26T、27T、28T、29T及10号高压厂用变压器分别送3kV 0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ段母线;3号高压厂用变压器(23T)送3kV Ⅲ、Ⅳ段母线;4号高压厂用变压器(24T)送3kVⅤ、Ⅵ段母线。1号备用高压厂用变压器(20T)由1969断路器受电,经低压侧1469-7隔离开关及各分支断路器(1410、1420、1430、1440、1450、1460)作为3kVⅠ-Ⅵ段母线的联动备用电源。2号备用高压厂用变压器(30T)由1960断路器受电,经低压侧出口隔离开关1500-7、1460-12及各分支断路器1470、1480、1490、1400、1510、1520、1500作为3kV Ⅶ-Ⅻ段母线及供热母线的联动备用电源,各段联动开关均投入。3kV备用电源隔离开关1434-7、1456-7、1478-90、1512-7、1512-90闭合,1478-56隔离开关作为3kV备用系统解列点断开备用。 2.2 6kV厂用电系统(8号、9号机组)

8号发电机组经8号主变压器接于220kV Ⅱ段母线与电网系统相连,并经11号高压厂用变压器向6kV Ⅰ、Ⅱ段母线供电,9号发电机经9号主变压器接于220kV Ⅰ段母线与电网系统相连,并经12号高压厂用变压器向6kV Ⅲ、Ⅳ段母线供电。

6kV厂用电系统正常运行方式如下:11号高压厂用变压器经1661A、1661B断路器向6kV Ⅰ、Ⅱ段母线供电。12号高压厂用变压器经1662A、1662B断路器向6kV Ⅲ、Ⅳ段母线供电。3号备用高压厂变压器由老厂110kV母线供电,经1169断路器,1169-6、1669-7隔离开关向6kV备用母线供电,再经1610、1620、1630、1640分支开关分别作为6kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段工作母线的备用电源。正常运行情况下,3号备用高压厂用变压器1169断路器在合位保持热备用,1610、1620、1630、1640分支开关断开备用(见图 1)。 2.3 380 V系统

照明段变压器、化学段变压器、0号-8号低压厂用变压器及蒸发站工作变压器分别向照明段、化学段母线、380 V 0段-Ⅷ段母线及蒸发站母线供电,各段母线的分段隔离开关闭合。1号备用低压厂用变压器(40T)由304断路器受电,经低压侧出口304-7隔离开关及380、381、382、383、388各分支断路器作为化学段母线及380 VⅠ-Ⅲ段、Ⅷ段母线的联动备用电源,并经389-7Ⅰ隔离开关作为包头钢铁集团公司鼓风站备用电源,389-7Ⅰ隔离开关断开备用。2号备用低压厂用变压器(50T)由809断路器受电,经低压侧出口809-7隔离开关及38照、384、385、386、387、38热各分支开关作为380V Ⅳ-Ⅶ段母线、照明段母线及0段母线的联动备用电源,各段联动开关均投入。蒸发站备用变压器由613断路器受电,经38蒸开关作为蒸发站母线的联动备用电源,各段联动开关均投入。1号、2号中央煤库变压器分别向中央煤库2段母线供电,其母联隔离开关断开备用。修配变压器及3号深井变压器分别向修配母线及3号深井变母线供电。 3 运行方式优化改造

随着国家节能减排政策的不断深入,华能集团公司对高能耗、小容量机组逐步实行关停政策,包一0号-6号发电机及1号-7号锅炉相继退役,原供包头钢铁集团公司的19条直配10kV线路全部拆除(由其供电厂自带),老厂0号-6号机组所带Ⅰ供热站退役。运行设备的退役造成10kV系统除带老厂厂用3kV 0段-Ⅹ段部分小容量公用负荷外(输煤、化学、排灰、照明等),已无电气Ⅰ、Ⅱ类负荷,高压厂用变压器基本处于空载运行状态,空载损耗极大;同时由于110kV系统已无电厂发电电源运行,3kV厂用电系统用电为外购用电,使得运行成本增大。

针对上述问题,通过专业论证,决定对电气运行方式进行优化调整,减少不必要的损耗,具体方案如下。 3.1 老厂3kV厂用电系统

闭合老厂3kV厂用备用段1478-56隔离开关(解列点),将3kV 0段-Ⅻ段备用段整体串联;对于0号-4号高压厂用变压器及1号、2号备用高压厂用变压器,仅保留1台供电,3kV 0段-Ⅹ段备用分支开关合上,同时作为7号机组厂用备用电源,其他高压厂用变压器高、低压侧断路器断开,转为热备用;备用高压厂用变压器由热备用转为冷备用,即高压侧断路器及低压侧出口隔离开关断开。按上述方法对低压厂用变压器进行整合优化,仅保留1台供电,其他工作变压器转为热备用,备用低压厂用变压器冷备用^[2]。2台主变压器保留1台运行,另1台转为高低压侧断路器断开的热备用状态。 3.2 新厂6kV厂用电系统

由于扩建2台125MW机组时,其6kV厂用备用电源也是由110kV系统接入,因此双机停运时同样存在外购电用于厂用电的情况(单机运行时,可将运行机组厂用备用开关投入,接带停机机组厂用电系统)。因此设计从220kV变电站新接1台高压备用变压器,即0号备用高压厂用变压器,由220kV母线供电,经200、1469断路器向3kV备用母线供电,再经1510、1520分支断路器分别作为3kV Ⅺ、Ⅻ段工作母线的备用电源;1669断路器向6kV备用母线供电,再经1610、1620、1630、1640分支断路器分别作为6kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段工作母线的备用电源。正常情况下,0号备用高压变压器220kV侧200、1669、1469断路器闭合处于热备用状态(110kV系统全部退役后,投入3kV备用分支开关供各段)。1610、1620、1630、1640、1510、1520断路器断开备用。

0号备用高压变压器保护装置为双套配置,由北京四方继保自动化股份有限公司生产的微机保护柜组成,分A、B柜。其中A柜包括JFT-12T型分相操作箱1个,微机CSC-316B型变压器保护装置1套(0号备用高压厂用变压器本身保护Ⅰ)、CSC-211型保护测控装置2套(1610、1620备用分支过流);B柜包括微机CSC-336C型非电量保护1套(0号备用高压厂用变压器本身非电量保护)、微机CSC-316B型变压器保护装置1套(0号备用高压厂用变压器本身保护Ⅱ),微机CSC-200型测控装置2套。0号备用高压厂用变压器的投入,可解决在特殊情况下外购电用于厂用电的问题。 3.3 增设事故保安电源

随着110kV系统全部退役,包一全厂仅剩220kV系统1个电源点与电网系统相连。从设备安全运行方面考虑,当发生全厂失电时,为保证停机保安电源可靠,将原供包头钢铁集团公司的1条10kV电缆线路(已退役)重新利用,由包头钢铁集团公司供厂用电,将其接至25T、26T高压侧,供老厂3kV厂用系统;保护装置仍采用原配套设施,正常情况下25T、26T高低压侧断路器断开,隔离开关闭合,处于热备用状态;同时从380V Ⅶ段连接2路电缆供8号、9号机组,作为2台125MW机组的事故保安电源。 4 优化改造效果 4.1 系统运行状况

通过对包一厂用电系统电气运行方式的3次调整,在0号高压厂用备用变压器投运前,共停运5台高压厂用变压器(包括备用高压厂用变压器)、1台主变压器、5台低压厂用变压器(包括备用变压器)。0号高压厂用备用变压器投运后,由其接带3kV厂用电系统,老厂10kV系统全停退役,剩余运行的1台高压厂用变压器及1台主变压器也随之停运退役。厂用电系统改造后运行至今,未出现安全问题。 4.2 经济效益

在保证设备安全运行的前提下,本次改造尽量降低了变压器空载损耗,避免了厂用电外购现象,提高了电厂的经济效益。

(1) 通过对3kV厂用电系统的优化改造,每天可节约厂用电量6632.8kWh。若运行时间按1.5a计(0号高压厂用备用变压器投运前),总计节约厂用电量约3630MWh。按外购电价0.54元/kWh计算,共计节约成本196万元,同时厂用电率由11%降低至10.96%。

(2) 0号高压厂用备用变压器投运后,110kV及10kV系统全部退役,剩余的1台主变压器及1台高压厂用变压器停运。投运的0号高压厂用备用变压器空载损耗为20.35kW,而停运的2台变压器总计空载损耗为85.1kW:共有64.75kW空载容量结余。计算由此每年节约的厂用电量为567.2MWh,按上网电量0.285元/kWh计算,可增加效益16.16万元。 5 结语

随着0号备用高压厂用变压器的投入使用,包一全厂厂用电系统电气运行方式改造全部完成。通过优化改造,在减少了变压器运行数量的同时,变压器空载损耗下降,达到了节电降耗的目的^[3];而10kV线路的重新投运,实现了退役设备的再利用,同时保证了全厂现役机组的安全经济运行^{[4, 5, 6]}。