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1、发电厂空冷岛采用660V电压供电的运用研究龚 峰（江苏智方建设工程有限公司，武汉市武昌区中南路12号湖北建设大厦A座18楼，430071）摘要本文通过660V电压在发电厂厂用电系统中的运用实例进行总结，对火电厂直接空冷机组的空冷岛采用660V电压等级供电进行了分析研究，将空冷岛采用660V与380V供电方案进行了设备投资及厂用电损耗的比较。通过理论分析，来说明采用660V电压等级在投资及节能两个方面的优越性，并对660V电气设备生产制造水平、技术参数及价格进行了调研，对发电厂低压厂用电的电压选择提出新的尝试。关键词空冷岛；660V电压供电；厂用电电压选择；节能降耗；Research for t
2、he Application of power supply with 660V to Air Cooling Condenser in power plantGONG Feng（Jiangsu Zhifang Construction & Engineering Co., Ltd, Wuhan 430071, China）Abstract：In this paper, Through the result of the 660V voltage level application in the auxiliary power supply system of the power plant,
3、 the Air Cooling Condenser of direct air-cooling generator unit in thermal power plant the power supply with 660V voltage level was analyzed, the equipment investment and auxiliary power consumption were compared between the Air Cooing Condenser supplying with 660V and 380V.Through theoretical analy
4、sis, to illustrate the use of 660V voltage level advantages both in energy efficiency and investment, and the manufacturing ability, technical parameters and prices of 660V electrical equipment have been surveyed, low-voltage auxiliary power supply for power plants with new voltage selection is bein
5、g attempted.Key words Air Cooling Condenser; 660V voltage power supply; Selection of auxiliary system voltage; energy saving;一、 概述节能降耗是社会发展，工程建设永恒不变的主题，它是一项系统工程，贯穿在工程的设计、设备选型及制造、施工安装、生产运行、运营管理的整个生命周期内。目前，在水资源比较匮乏地区建设的火力发电项目中，对传统的水循环冷却系统进行技术更新，越来越多的工程开始采用国际上较为流行的空冷岛风冷技术。国内多个600MW，1000MW的空冷发电厂均已投产发电，目
6、前运行情况良好。直接空冷系统采用空气冷却替代传统的凝汽器及循环水系统，通过大量的风机同时工作来对空冷平台实施冷却，空冷系统在节约大量冷却用水的同时，厂用电的消耗也十分惊人。根据供配电系统设计规范（GB50052-2009）中相关条款，“工矿企业低压配电的电压亦可采用660V”。但在火力发电厂厂用电设计技术规定相关条款，低压厂用电电压宜采用380V，其解释条款中说明“鉴于在火力发电系统中没有采用660V电压的实例，故取消了660V的内容。但在具体工程中，经过经济技术论证，也可以采用660V电压。”受规程条款及工程习惯的影响，国内的发电厂低压厂用电系统均采用380V的供电电压。能否从厂用电电压等级
7、的选择上入手，进行设计的优化，对工程投资与节能降耗的空间进行挖掘，是一种新的尝试。目前我国的机电设备制造已经达到国际先进水平，电气设备的生产制造已经不再是制约电压等级选择的 “瓶颈”。目前，在低压供配电系统中，很多380V与660V的电气设备产品从制造到使用都已经采用了相同标准下的同一产品。由中南电力设计院总承包的“广西金桂浆纸业有限公司动力厂2150MW自备电厂项目”工程，在低压厂用电系统的设计中率先采用了660V，全厂所有的低压电动机电压均采用660V供电，为了解决主辅助厂房的照明、热控负荷的要求，全厂设置了专用的6/0.4kV的照明及控制变压器。该电厂的#1机组目前已经投运，运行情况良好
8、，#2机组也即将投入商业运行。受广西金桂工程的启发，结合直接空冷发电厂中的空冷岛电气供电具有相对独立性的特点，本文拟以某电厂2600MW空冷机组为例，对空冷岛电气系统采用660V电压供电的可行性及经济性进行分析，抛砖引玉，以期在低压厂用电系统的电压选择上给工程设计带来一些新的尝试。二、 空冷岛采用660V电压供电的电气接线方案由中南电力设计院设计的北方某电厂，建设2600MW直接空冷机组，两台机组已经于2009年建成投产。每台机组配置64台90kW的空冷电机，空冷电机采用变频器控制，在空冷岛区域设置空冷配电间。空冷岛采用常规的380V电压供电的接线方式如下：每台机组设置四段380V空冷PC，每
9、段PC由一台电压比为6/0.4kV，容量为2500kW的空冷变压器供电，变压器400V侧采用直接接地方式，每段母线上引接16台空冷电机及对应的电机加热器，每两台变压器设置一台专用的空冷备用变，空冷备用变的容量亦为2500kVA，采用明备用的接线方案。每台机组设置一段380V空冷MCC，两回电源由主厂房汽机变供给，MCC的负荷主要是与空冷岛匹配的冲洗水泵，空冷电机的减速机、齿轮箱加热器设备、空冷配电室照明及空调通风设备的电负荷。接线示意图如下：将空冷PC采用660V电压供电之后，空冷变压器的容量仍按2500kVA考虑，台数及备用方式不变，电压比为6/0.69kV，低压侧断路器额定电流由5000A
10、调整为2500A，变压器低压侧经电阻接地。空冷MCC的接线方案仍采用380V供电，两回电源由主厂房汽机变供给。空冷PC与MCC的负荷引接及供电方式与380V供电方式相同，接线示意图如下：三、 660V电气设备的制造情况低压动力供电采用交流 660V 电压等级在煤炭、有色、冶金等行业已得到较为普遍的应用，特别是煤炭行业，在上世纪六十年代就已广泛采用，我院在广西金桂项目的自备电厂中，低压电气设备除照明检修设备之外，均是按照660V的额定电压进行招标采购的。目前国内额定电压为380V的低压电气设备的绝缘电压大多是按照1000V的标准进行生产制造的，同一产品，可适用于380V与660V两种电压等级。下
11、面，将根据设备实际的函调结果，对低压电气设备在两种不同电压等级下的运用，进行分析比较：1） 配电变压器经过咨询国内新疆特变，广东顺特，保变天威等知名干式变压器制造商，均能生产SCB10-6/0.69kV，2500kVA的干式变压器，且当低压侧的电压提高至0.69kV之后，干式变压器的容量理论值可达10000kVA，目前有的生产厂家已经有4000kVA的运行业绩，被调查企业均有2500kVA容量等级的成熟运行业绩。两种变压器的低压侧电压不同，但其绝缘水平及耐压试验的标准相同，高压对低压20kV，高压对地20kV，低压对地3kV。对于容量2500kVA的SCB10型干式变压器，当低压侧电压为0.6
12、9kV与0.4kV时，所有的厂家价格是相同的。2） 变频电动机目前国内的660V变频电动机已是成熟产品，批量生产的电机功率从11kW至1800kW均有运行业绩。660V与380V的6极变频电机，功率为90kW时，其技术指标是相同的，效率为93.5%，电机的有功损耗为6.25kW。经过询价，型号为YPT315M，6极，防护等级为IP54的变频电机，当额定电压为380V与660V时，价格相同。3） 变频器针对380V及660V两种电压等级，由于变频器内部元器件的耐电压程度不一样，国内外的变频器生产厂家均能提供对应的细分电压产品，但不能做到同一款产品在不同电压等级上互换。以国产变频器为例，配套功率9
13、0kW的电机，两种变频器由于额定电流不同，额定的绝缘电压不同，其产品价格有一定的差异，目前660V的产品较380V的产品价格高出约20%。两款产品的外形尺寸是相同的。4） 低压开关设备施耐德公司的MT及NSX的低压元件在煤碳、钢铁、石化行业的660V供配电系统已经有较多的运行业绩。咨询国内的常熟，凯帆等知名元件供应商，其低压产品在380V与660V两种电压等级均有运行业绩。380V的低压元件，在660V配电系统上运用时，无需降容，目前市场上是同一产品，两种电压产品的绝缘电压与冲击耐受电压的标准是一样的。将开关运用在660V系统时，其极限分断能力和使用分断能力会下降，同容量变压器供电的660V母
14、线短路电流水平会较380V低，元件可以满足开断的要求。5） 低压开关柜 经过咨询合资及国产多家柜厂，国产品牌与合资品牌的开关柜额定工作电压为380V与660V时试验标准相同。ABB 公司的 MNS型号开关柜、穆勒的MODEN6000 、国内MNS的各种改进型号等对这两种电压等级都是相同的生产标准，开关柜本身的造价没有变化。询施耐德的BLOKSET开关柜用于660V时，反映要考虑绝缘加强，即需加相间隔板。6） 变频电缆选择型号为ZRC-BPGGP2-0.6/1的硅橡胶绝缘变频电缆，对于额定电压为1000V及以下的电力电缆，除采用不同的绝缘材料外，对电缆的耐压试验要求是一致的，耐压试验为3.5kV
15、/5mim。90kW的空冷电动机电压为660V时选择截面为350mm2，电压为380V时选择截面为3120mm2。四、 采用660V与采用380V供电电压的经济性分析（1） 电气设备投资分析以上文提到的空冷岛采用380V与660V两种电压等级的接线方案为依据进行电气设备的投资分析。见表一，380V与660V供电方案设备投资比较表。表一 380V与660V供电方案设备投资比较表380V供电方案660V供电方案序号比较项目参考型号单价(万元)数量价格(万元)参考型号单价(万元)数量价格(万元)1干式变压器SCB10-6/0.4kV 2500kVA2512台300SCB10-6/0.69kV 250
16、0kVA2512台3002进线框架断路器MT5000-MIC6.0A12.8416台205.44MT2500-MIC6.0A4.6716台74.723变频器TJNB6090PT43.98128台509.44TJNB6090PT65.38128台688.644变频电机YPT315M-380待添加的隐藏文字内容13.28128419.84YPT315M-6603.28128419.845变频电缆ZRC-BPGGP2-0.6/1 31200.038620000米772ZRC-BPGGP2-0.6/1 3500.016420000米328总价2206.71811.2差价+395.50经过函询合资、国产
17、的知名电气设备制造商，380V与660V的干式变压器及变频电机的价格是一样的。660V变频器较380V变频器高出20%，但进线的框架断路与变频电缆，由于采用660V电压之后，电流较采用380V减小很多，其价格会相去甚远，大幅下降。综合起来比较，两台600MW级的直接空冷发电厂，若将空冷岛的供电电压由380V提高至660V，可节省一次投资约400万元。（2） 厂用电损耗分析直接空冷的火力发电厂，空冷岛负荷的消耗约占整个厂用电消耗的10%左右，所以研究其厂用电系统采用不同的电压等级带来的电能损耗具有十分重要的意义。功率（容量）相同的电气设备，采用660V电压等级之后，其额定电流只有原来的1/3，电
18、流在导体上的的损耗仅为380V的1/3。下面对电压分别采用380V与660V时的电缆线路与变压器，进行损耗的计算分析与比较。a. 空冷电机供电电缆的年损耗计算：有功功率损耗：P=3I302R0L10-3式中：I30为线路的计算电流（A）； R0为线路单位长度每相电阻值（/km）；3120mm2的电阻值为0.153，350mm2的电阻值为0.387。 L为线路长度(km)；年电能损耗：Wz=P式中：P为线路有功功率损耗（kW）为最大负荷损耗小时数，按等效满负荷小时数5500，功率因素为0.8时，值取4100。380V电缆线路年损耗：Wz=3*1602*0.153*20*10-3*4100=963
19、000kWh/年。660V电缆线路年损耗：Wz=3*92.62*0.387*20*10-3*4100=816000kWh/年。b. 变压器年损耗计算：变压器有功功率损耗：Pb=Pk+Pe*(I2/I2N）2+Pf式中：Pk为空载损耗，0.38kV为3600W, 0.69kV为4000W；Pe为额定负荷时铜耗，0.38kV为17170W，0.69kV为14950W；Pf为附加损耗，一般为额定负荷时铜耗的2%左右，0.38kV为340W，0.69kV为300W；I2为变压器二次侧的实际电流；I2N为变压器二次侧的额定电流；I2/I2N的比值为变压器的负荷率，负荷率越高，变压器的有功功率损耗越大，不
20、论变压器采用何种电压，空冷变的负荷率是相同的，在本文中，取值0.85。一台SCB10-6/0.38kV，2500kVA变压器损耗：Pb=3.6+17.17*0.852+0.34=16.34kW；一台SCB10-6/0.69kV，2500kVA变压器损耗：Pb=4+14.95*0.852+0.3=15.1kW；两台机组共8台变压器，低压侧采用0.38kV全年的损耗为：1216.344100=804000kWh/年；低压侧采用0.69kV全年的损耗为：1215.14100=743000kWh/年。 从厂用电损耗分析可以看出，在采用了660V电压等级供电之后，在电缆线路，变压器，电动机等用电设备上的
21、有功功率损耗较380V会有所下降。上文的计算分析是针对厂用电系统中的空冷岛一年的耗损而言，若按发电厂30年的生命周期，全厂的低压厂用电系统均采用660V来计算，其效益是非常可观的。五、 空冷岛低压厂用电系统采用660V供电应注意的几个问题根据在金桂工程的设计经验及电厂的运行实践，空冷PC的电压采用660V供电时，应在工程设计中注意以下几个问题：（1） 变压器660V中性点接地方式660V系统中性点宜直接接地或采用高电阻接地的方式。金桂项目的660V中性点采用的是直接接地方式。若660V系统中性点采用高电阻接地（电阻电流等于电容电流）时，单相接地故障过电压不超过2.5p.u.，等于2.5*690
22、/3=995V，小于目前低压电气设备的绝缘1000V的等级。如果采用不接地方式时，单相接地故障的过电压水平最高可达到3.5p.u.， 3.5*690/3=1394V，则大于1000伏，对低压设备的绝缘会造成破坏。（2） 空冷变的接线组别空冷变的接线组别采用D，yn11接线, 对于抑制因大量应用变频器产生的谐波以及提高空冷变的效率等是十分有利的。（3） 控制电源的问题保护装置、框架断路器、接触器等电气设备控制电源可以采用直流控制，采用交流时可以采用0.66/0.38/0.22kV的隔离变压器进行解决。空冷电动机就地控制箱的电源也宜采用直流控制。（4） 其它电气元器件的额定电压空冷PC上，若有回路
23、中需要采用熔断器、接触器、热继电器或者隔离开关等电气设备的，应核实设备的额定工作电压。（5） 随设备配套的用电设备的额定电压对于变压器的冷却风扇，开关柜内的电加热器、照明等随主设备配套的用电设备额定电压应在设备招标时明确提出，要求由主设备供应商统筹考虑。六、 结束语早在上世纪八十年代，国内就有专家从事过有关发电厂低压厂用电系统采用660V电压供电的可行性，经济性，合理性的研究，受当时设备制造水平的制约，当时节能降耗的呼声也不如今天高涨，经济效益与社会效益不如当前环境下明显。从理论上分析，若将380V 电压提高为 660V 电压供电之后，可增加输电距离，提高输电能力；减少变压器数量，简化厂用电系
24、统，提高供电可靠性；同时可以缩小电缆截面，节省有色金属；降低功率损耗及低压厂用母线的短路电流值；并提高了异步电动机的制造容量等多方面优点，是有效的节能手段之一。在世界各国已成为发展趋势，在国内的很多行业也逐步开始推行。从本文中分析与比较中可以看出，火电厂的空冷岛采用660V供电是可行的，而且较380V供电有较明显的经济性，若发电厂的整个低压厂用电系统均采用660V供电，其效益会更加可观。通过对广西金桂项目的厂用电率实际监测，与国内同类型的机组相比，其厂用电率有较大幅度的下降，节能效果十分可观。发电厂是国家重要的能源性基础设施，在经济发展与社会稳定中占有十分重要的位置，考虑到发电厂的运行习惯，先
25、在空冷岛中试行660V厂用电系统，待经验逐渐成熟后，然后在全厂的低压厂用电系统中推广采用，这种由点及面，循序渐进的革新思路是十分有必要的。参考文献：1 电力工程设计手册电气一次部分，西北电力设计院编，中国电力出版社，1987年2 电力系统设计手册，电力规划设计总院编，中国电力出版社，1995年作者简介：龚峰（1977-），男，湖北荆州人，高级工程师，从事电气设计工作。联系方式：江苏智方建设工程有限公司，通信地址：武汉市武昌区中南路12号湖北建设大厦A座18楼，邮编：430071，电话：15827634669，电子邮箱：gf112Editors note: Judson Jones is a m
26、eteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear
27、 the faint beeps of the worlds first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way before my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the
28、 shuttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorologist, Ive still seen many important weather and space events, but right now, if you were sitting next to me, youd hear my foot tapping rapidly under my desk. Im anxi
29、ous for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexico desert.Its like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space.You and I will have the chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live.The (lack of) air up ther
30、e Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the winds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line we would be go for launch.I fe
31、el this mission was created for me because I am also a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing the envelope into uncharted territory.The guy who is going to do this, Felix Baumgartner, must have that same feeling, at a level I will neve
32、r reach. However, it did not stop me from feeling his pain when a gust of swirling wind kicked up and twisted the partially filled balloon that would take him to the upper end of our atmosphere. As soon as the 40-acre balloon, with skin no thicker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew i
33、t was over.How claustrophobia almost grounded supersonic skydiverWith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the face of the current record holder and capcom (capsule communications), Col. Joe Kittinger. He hung his head low in mission control as he told Baumgartner the disappoi
34、nting news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunday.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsul
35、e attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) an
36、d into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, Fearless Felix will unclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he
37、 will slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, hell be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It wi
38、ll be like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But thi
39、s will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes its not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000
40、feet (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds.Even if everything goes as planned, it wont. Baumgartner still will free fall at a speed t
41、hat would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).It might not be the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way Id miss this.
