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1000MW发电机 主变压器容量研究

2019-10-30
来源: 礼德动力
  作为百 万千瓦级超超临界机组的主要辅助设备,主变压器(以下简称主变)担负着 将发电机发出的电力升压送至电网的重要功能,其容量 的选择对发电厂的运行经济效益、工程投 资和未来的机组增容改造均有较大影响。变压器空载运行时,需用较大的无功功率,这些无 功功率要由供电系统供给。变压器 的容量若选择过大,不但增加了初投资,而且使 变压器长期处于空载或轻载运行,使空载 损耗的比重增大,功率因数降低,网络损耗增加,这样运 行既不经济又不合理;变压器容量选择过小,会使变 压器长期过负荷,易损坏设备,因此,变压器 的额定容量应根据用电负荷的需要进行选择,不宜过大或过小。另外,主变的 容量选择必须满足电厂和系统的潮流需要,其容量 的选择与发电机容量、高压厂 用变压器和高压启动/备用变 压器的设置有关,同时也 与发电机和高压厂用变压器的运行状态有关。
  
  《大中型 火力发电厂设计规范》中对发 电厂的主变容量有明确的规定,但是对 其规定及其条文解释业界一直存在些许争议。IEEE也对主 变容量选择提出了分析方法和计算公式口]。
  
  按照GB选择主 变容量还是结合实际情况和IEEE标准分 析主变容量是设计者应该慎重考虑的问题。
  
  本文结合某公司新建2×1 000 Mw 高效超 超临界燃煤机组工程,基于GB标准和IEEE标准分 别分析和计算发电机主变的容量。
  
  1 工程概 况该工程规划容量为4×l 000 Mw 燃煤机组,本期建设2×1 000 Mw 高效超 超临界燃煤机组,同步配 套建设烟气脱硫和脱硝设施,并预留扩建条件。发电机 出口不装设断路器,发电机 与主变采用单元接线的型式接人厂内 高压配电装置,系统采用双母线接线。每台发电机设置1台容量为70/40—40 MVA 的分裂 绕组高压厂用变压器,每台机组设2段母线,均为10 kV。本期机组设1台容量为70/40—40 MVA 的有载 调压分裂绕组变压器作为2台机组的启动/备用变压器,变压器 高压侧电源引自厂内500 kV配电装置。电气主 接线示意图见图l。
  
  2 主变容量选择原则GB/T 17468 2OO8《电力变压器选用导则》中4.4条规定 变压器额定容量是指输入到变压器的视在功率值,即应该 采用输入侧的容量,对应于 主变应为低压侧容量为主。而根据IEEE C57.第5部分的描述,与发电 机连接的变压器容量定义为变压器输出端,即主变 高压侧的视在容量,这里规定的是高压侧,与国家标准是不同的,从而采用国家标准和IEEE标准选 择主变容量的计算原则是不同的。
  
  2.1 基于(3B 50660—201 1的主变 容量计算原则一2011中第16.1.5条规定:“容量为 级及以上的发电机与主变压器为单元连接时,主变压 器的容量宜按发电机的最大连续容量扣除不能被高压厂用启动/备用变 压器替代的高压厂用工作变压器计算负荷后进行选择。变压器 在正常使用条件下连续输送额定容量时绕组的平均温升不应超过65 K”。
  
  按照上述规定,可明确3点:主变额 定容量选择的基准是发电机最大连续容量;当设置 与高压厂用变压器同容量的启动/备用变压器时,则不扣 除厂用电计算负荷;正常使用条件下,变压器 在连续输送额定容量时绕组平均温升不超过65 K。
  
  该工程启动/备用变压器容量为70/MVA,与单元 机组高压厂用变压器相同,由于没 有设置高压公用变压器,因此,按照要求,主变容 量宜按照发电机最大连续容量选择。
  
  2.2 基于IEEE标准的 主变容量计算原则按IEEE C57.1l6—1989第5部分的 变压器 额定容量的定义,主变容 量选择的最基本要求也就是汽轮机的出力减去励磁负荷、厂用负荷、发电机 及主变压器的损耗之后的视在容量。
  
  .1l6-1989中给出 了主变额定容量的计算基本原则,该标准 提出考虑发电机在滞后和进相两种工况下,主变容 量应该满足发电机的完整功率流通。这里的 发电机功率包含有功功率和无功功率,流通是 指发电机发出有功和无功或者发出有功和吸收无功。
  
  根据中 国电力工程顾问集团公司的企业标准《火力发 电厂主变压器容量选择导则》第5.3条,对按IEEE C57.116-1989选择主 变容量的做了如下解释:发电机 与主变压器成单元连接时,变压器 的容量应满足发电机的各种运行工况,并扣除 最小持续运行的单元厂用负荷。有功功率(Mw)按发电 机额定输出有功功率扣除机组最小持续运行单元厂用负荷估算,忽略主 变的有功功率损耗;滞后运行时,无功功率(Mvar)按发电 机最大输出无功功率扣除机组最小持续运行单元厂用负荷(Mvar)和主变 压器的无功损耗估算;进相运行时,无功功率(Mvar)按发电 机最大吸收无功功率(Mvar)加机组 最大持续运行单元厂用负荷(Mvar)和主变 压器无功功率损耗估算。
  
  3 主机概 况根据制造厂家提供的主机资料,发电机 的主要参数见表1。
  
  表1 发电机技术参数参 数 数 值额定容量/MVA额定功率/Mw最大连续功率/Mw最大连续容量/MVA功率因数(滞后)
  
  功率因数(进相)
  
  定子额定电压/kV额定频率/Hz额定转速/根据短 路计算及设备选择需要,主变的 阻抗参数规定如下:变比(525±2×2.5 )/27,阻抗电压2O 及偏差0~+7.5 。
  
  4 主变额定容量计算4.1 基于(3B 5066O~2011的主变容量计算根据《大中型 火力发电厂设计规范》要求,主变容 量按照发电机最大连续容量选择,结合该 工程的高压厂用变压器和启动/备用变 压器的设置情况,不扣除厂用电负荷。根据表1中的发电机参数,发电机 最大连续容量为1 152.8 MVA,所以,选择MVA 的主变比较合适。
  
  中主变 的容量选择只考虑了发电机输出的有功功率和无功功率,未考虑 主变的损耗以及发电机进相运行时候的无功功率变化。
  
  4.2 基于IKEE标准的 主变压器容量计算.116—1989中第5部分提 出在忽略厂用负荷容量,主变容 量计算公式如下:● 。_ ● ……● _ _ _ _ ● - ● ……● 。_ ● _ - 。_ 。_ ……● ● ' ● ● - _ h 。- 。一ST一√P邑+(QG一0.925XTST )。 (1)
  
  式中: 为主变的额定容量;Pc为发电 机最大连续输出功率;Qc为发电 机最大输出无功功率;x 为主变 压器的短路阻抗;考虑短 路阻抗的负误差,此处取.925。
  
  公式(1)为了简化计算,忽略了 厂用电的有功消耗和无功消耗,但如严格按照IEEE标准中 变压器 额定容量的定义,选择主 变时应该考虑扣除单元机组的厂用负荷;另外,公式(1)中也忽 略了主变的有功功率损耗,一般取主变的X/R一50。由于设备选择要求,该工程 主变阻抗电压无负误差。
  
  综上考 虑扣除单元机组的厂用有功损耗、无功损 耗和主变的有功损耗后,本文将IEEEC57.116—1989中主变容量计算公式(1)修正为下面的形式:ST一^/(PG~Pc:U(2)
  
  式中:Pc为单元 机组厂用电有功负荷;Qc为单元 机组厂用电无功负荷。
  
  结合该 工程的实际情况,主变阻抗电压值为2O% ,无负误差,正误差为7.5 。用ETAP建立模型,通过该 软件计算全厂潮流,从而获 得厂用电消耗的有功功率和无功功率以及发电机发出的有功功率和无功功率。考虑到系统调度原因,一般发 电机出力都是按照铭牌额定功率运行,根据同 容量机组的运行参考资料,发电机 存在短时间内按照发电机最大出力调度的情况,因此,分几种 工况来计算电厂潮流。分别是 发电机最大连续出力、功率因数0.90滞后运行;发电机额定出力、功率因数0.90滞后运行;发电机最大连续出力、功率因数0.95超前运 行和发电机额定出力、功率因数0.95超前运行。以1号发电机为例,采用ETAP分别计算上述4种工况下的电厂潮流。
  
  工况1:发电机最大连续出力、功率因数0.90滞后运行,潮流图见图2。
  
  图2 发电机 最大连续出力滞后运行潮流由图2可获得 最大连续出力滞后运行潮流分析数据(见表2第1行数据)。
  
  表2 发电机4种工况 下潮流分析数据工况PG/MW QG/Mvar Pc/MW Qc/Mvar5O2.2484.3340.8328.739.337.838.737.52O.319.521.22O.4将工况1数据代入公式(2)可计算 出发电机在最大连续功率、功率因数0.90滞后运 行时主变的额定容量,经计算,S 一1 011 MVA。
  
  工况2:发电机额定出力、功率因数0.90滞后,潮流图见图3。
  
  将工况2数据代入公式(2)可计算 出发电机在额定功率,功率因数0.9O滞后运 行时主变压器的额定容量(见表2第2行数据)。经计算,S 一976M_vA。
  
  工况3:发电机最大连续出力、功率因数0.95超前运行,潮流图见图4。
  
  工况3运行时,根据无功潮流的方向,公式(2)
  
  应该修正为如下形式:图4 发电机最大连续出力、功率因数0.95超前时的潮流将工况3数据代入公式(3),可计算 出发电机在最大连续出力、功率因数0.95超前运 行时主变压器的额定容量(见表2第3行数据)。经计算,S 一。
  
  工况4:发电机额定出力、功率因数o.95超前运行时的潮流。
  
  将工况4数据代入公式(3),可计算 出发电机在额定功率下,功率因 数超前运行时主变的额定容量(见表2第4行数据)。经计算,S 一1 092 MVA。
  
  由以上4种工况 分析和计算可以知道,在考虑 厂用电消耗的情况下,发电机最大连续出力、功率因系统瓶让s0图5 发电机额定出力、功率因数0.95超前时的潮流数0.95超前运 行的工况主变压器容量最大,需要;发电机额定出力、额定功 率因数滞后运行时需要的主变压器容量最小,需要976 MVA,而此工 况是电厂运行时间最长的模式。
  
  5 结论根据GB 50660-2011规定,当高压启动/备用变 压器与高压厂用变压器容量相同时,不扣除厂用电消耗,因此该工程需要选择1 16O MVA 的主变。
  
  本文根据修正后的IEEE C57.1l6—1989中的计算公式,考虑到 厂用电消耗和主变损耗,并采用国际通用软件ETAP分析发电机在4种工况下的潮流,通过计算选择1 132 MVA的主变 压器就可以满足电厂潮流的需要,为了选 择成熟定型产品,同时考 虑将来增容改造的需要,该工程 推荐选择额定容量MVA 的主变压器。
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