一种燃气蒸汽联合循环分布式能源三电源快切系统的制作方法

本实用新型属于燃气蒸汽联合循环分布式能源电站的电气设计领域，具体涉及一种燃气蒸汽联合循环分布式能源三电源快切系统。

背景技术：

《大中型火力发电厂设计规范》规定：停电将直接影响到人身或者重要设备安全的负荷，必须设置自动投入的备用电源。常规的厂用电快切系统设计，通常工作电源取自本台机组的高压厂用变压器，备用电源取自单独设置的启动备用变压器，厂用电快速切换是指工作进线开关和备用进线开关之间的切换。切换方式分三种：正常切换、非正常切换和事故切换。这套快切系统需要单独设置高压厂用变压器、启动备用变和封闭母线。这种系统占地较多；投资较大；工作电源和备用电源功角大，正常切换只能选择串联切换方式；备用电源为外接电源，花费较高。燃气蒸汽联合循环冷热电三联供系统一种建立在能源梯级利用概念基础上，集制冷、供热(采暖和供热水)及发电过程为一体的一种分布式能源系统，具有机组容量小，占地小、台数多、布置灵活，效率高等优点，是我国分布式能源的主要实现形式。但是，传统的厂用电快切系统实现方式不能满足分布式能源电站的需要。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种燃气蒸汽联合循环分布式能源三电源快切系统，充分利用燃气蒸汽联合循环分布式能源厂用电负荷呈阶段性分布、机组数多、容量小的特点，工作电源取自主变低压侧，双备用电源取自相邻机组高压厂用母线，解决了现有厂用电快切配置方案中投资多，占地广和功角大等问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种燃气蒸汽联合循环分布式能源三电源快切系统，其特征在于，包括三台机组，每台机组分别设置有一高压厂用母线和用于提供工作进线电源的工作电源进线，工作电源进线经限流电抗器连接在主变低压侧，限流电抗器两端并联有高速限流保护开关；任意两台机组的高压厂用母线之间分别通过备用电源进线开关连接，通过备用电源进线开关的通断控制机组之间的高压厂用母线之间的连接情况；当某一机组的工作进线开关处于合闸状态时，其高压厂用母线与另外两个机组的高压厂用母线之间的备用电源进线开关有一个在分位，且另外两个机组之间连接的备用电源进线开关在分位。

当系统正常运行时，高速限流保护开关处于合闸状态，限流电抗器无电流通过，变现为无损耗，无压降，不产生漏磁场；当系统发生短路故障时，高速限流保护开关快速开断，投入限流电抗器，达到限制短路电流的效果。

进一步的，当某一机组的工作进线开关处于合闸状态时，其高压厂用母线与另外两个机组的高压厂用母线之间的备用电源进线开关有一个在分位。

进一步的，每个机组中分别设置有一快切装置，三个机组中，对于某一个机组的高压厂用母线而言，另外两个机组的高压厂用母线作为备用电源，通过快切装置实现两个备用电源优先级的设定。

进一步的，主变低压侧至工作电源进线采用浇筑母线连接，备用电源进线采用电缆连接，工作电源和备用电源来自同一个变电站，采用相同的接线方式。

进一步的，所述限流电抗器的高压侧设置有用于检修隔离的隔离开关，任意两台机组的高压厂用母线之间连接的备用电源进线开关还串联有隔离刀闸。

本实用新型的一种燃气蒸汽联合循环分布式能源三电源快切方法，包括如下步骤：

步骤1)结合燃气轮机启动曲线和不同阶段辅机系统的出力综合分析出不同阶段的厂用负荷分布情况，包括燃气蒸汽联合循环机组在机组高盘和机组带负荷阶段不同的厂用电负荷分布情况；充分利用燃气蒸汽联合循环机组厂用负荷呈阶段性分布的特点，选择工作进线开关和备用进线开关的容量，确定后进入步骤2)；

步骤2)设置高压厂用电的电压与发电机电压及主变低压侧电压相同，确定后进入步骤3)；

步骤3)在主变低压侧和工作进线之间设置电抗器，确定后进入步骤4)；

步骤4)在电子设备间设置双备用电源切换装置，在电源进线开关的快切合闸回路中设置闭锁逻辑，防止同一台机组高压厂用电同时负载三台机组运行，确定后进入步骤5)；

步骤5)双备用电源快切装置选择备用电源的优先级，实现工作电源和备用电源一之间的双向切换或工作电源和备用电源二之间的双向切换，完善快切系统的二次回路。

进一步的，统计每套机组的厂用总负荷，用于确认工作进线开关的容量；计算不同运行工况下的厂用最高负荷，用于确定备用进线开关的容量。

进一步的，步骤1)中每套机组的厂用总负荷为所有高压电动机和低压厂变容量之和；工作进线开关容量是针对不同阶段厂用负荷的要求并留有不小于10％的裕量。

进一步的，步骤2)中高压厂用电工作进线电源取自主变低压侧，双备用电源取自相邻机组的高压厂用母线。

进一步的，步骤3)中通过系统容量、系统阻抗和主变的阻抗，计算主变低压侧短路电流，采用节点法计算主变低压侧的短路电流，根据主变低压侧短路电流确定限流电抗器的容量。

本实用新型中提到的厂用电快切装置用于实现厂用电快速切换，快切装置用于判断当前的运行状态，并且根据不同的命令执行不同的快切操作，快切装置采集的模拟量有工作电源、备用电源进线以及母线的电压，工作进线开关和备用进线开关的开关状态，工作电源进线和备用电源进线的电流，这些用于判断厂用电系统的运行状态；用于执行工作进线开关和备用进线开关分合闸操作的指令回路，大容量高速开关fsr称为高速限流保护开关，其主要作用是在短路电流未上升到峰值之前，将其高速开断，大容量高速开关具有开断时间短，开断能力强，价格便宜等特点。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：按照正常负荷设置的工作进线开关有较大的裕量可以满足两套机组同时满负荷运行，不需要设置高厂变和启备变，也省去了启备变电源取自哪里的难题，仅仅增加了电抗器和大容量开关，既减少了设备投资，又节省了占地面积。

进一步的，厂用电全部来自自发电量，节约了外购电和自产电的差价。

进一步的，工作电源和备用电源来自同一个变电站，由于采用相同的接线方式，解决了工作电源和备用电源功角大的问题。

进一步的，本系统采用双备用电源的厂用电快切方式，且设置了专门的闭锁逻辑，可靠性高，运行灵活。

附图说明

图1为现有技术中含启备变的厂用电快切系统示意图；

图2为燃气蒸汽联合循环分布式能源机组不同状态下的厂用负荷分布图；

图3为本实用新型三电源快切系统示意图；

图4为本实用新型三电源快切系统开关闭锁逻辑图；

图5为本实用新型三电源快切系统及方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

如图1所示，传统厂用电快切系统中，需要设置专门的高压厂变提供工作进线电源，设置专门的启备变提供启动备用电源，启备变高压侧电源可以取自与主变同一个升压站或者取自专门的线路。燃气蒸汽联合循环分布式能源项目通常设备布置集中，机组数多，占地少；对于燃气蒸汽联合循环分布式能源项目，传统的厂用电快切系统存在以下的不足:快切系统需要单独设置高压厂用变压器、启动备用变和封闭母线，无论启备变电源取自本厂升压站还是单独线路，本系统占地较多，投资较大；工作电源和备用电源采用不同的接线方式，两电源功角大，正常切换只能选择串联切换方式，厂用电切换过程中有短暂失电，不利于机组稳定运行；备用电源为外接电源，花费较高；且启备变电源属于外购电，费用较高。

如图2所示，典型的燃气蒸汽联合循环分布式能源项目的厂用负荷呈阶段性分布；第一个负荷高峰出现在高盘点火期间，约60％转速期间；另外一个负荷高峰出现在并网后机组满负荷运行期间；高盘点火期间的负荷高峰最大。按照设计规范《大中型火力发电厂设计规范》gb50660-2011设计的工作进线开关容量是考虑了所有厂用负荷的要求并留有10％以上的裕量，因此该开关的容量可以同时满足两台机组厂用负荷。

如图3所示，为本实用新型的一实施例，工作进线开关安装在工作电源进线上，连接在高压厂用母线与限流电抗器之间，在本实施例中：

对于1号机组厂用电快切系统：开关9101为工作进线开关，9100为备用电源一进线开关，9300为备用电源二进线开关；

对于2号机组厂用电快切系统：开关9201为工作进线开关，9200为备用电源一进线开关，9100为备用电源二进线开关；

对于3号机组厂用电快切系统：开关9301为工作进线开关，9300为备用电源一进线开关，9200为备用电源二进线开关；

其中9100g、9200g和9300g均为隔离刀闸；9101g、9201g和9301g隔离开关。

燃气蒸汽联合循环分布式能源三电源快切系统，高压厂用电电压等级和发电机出口电压以及主变低压侧电压相同，高压厂用电工作电源取自主变低压侧，双备用电源取自相邻机组的高压厂用母线，在主变低压侧和工作电源进线之间设置电抗器用于限制短路电流。

如图4所示，同一台机组同时带三台机组的厂用电，工作进线开关和备用进线开关容易过负荷，另外过多的厂用负荷联络不利于机组稳定运行；因此，设置了闭锁逻辑，防止某一台机组的厂用电同时带三台机组的厂用负荷，在本实施例中，该闭锁逻辑通过dcs或硬接线来实现，如图4所示的闭锁逻辑，第一套快切系统由快切装置、9101开关、9100开关和9300开关构成，快切装置用于负责9101开关和9100开关之间的快速切换或者9101开关和9300开关之间的快速切换，9100开关和9300开关之间不存在切换关系；切换闭锁逻辑以第一套为例：

9101开关的合闸条件为：当9100开关分闸且9300开关合闸；9300开关分闸且9100开关合闸；9100开关和9300开关均分闸，此闭锁逻辑的设定，有效的避免9100开关和9300开关均合闸时，快切装置对9101开关合闸，造成第一套机组的高压厂用系统同时带三台机组的厂用电运行。

9100开关的合闸条件为：9200和9300开关均在分闸状态，因为如果9200开关和9300开关任意一个开关在合位，9100开关合闸后，就变成第一套机组的高压厂用系统同时带三台机组的厂用电运行。

9300开关的合闸条件是这样的：9100和9200开关均在分闸状态，因为如果9100开关和9200开关任意一个开关在合位，9300开关合闸后，就变成第一套机组的高压厂用系统同时带三台机组的厂用电运行。

另外，开关9201和开关9301的合闸闭锁逻辑参考开关9101的合闸闭锁逻辑。

本实用新型充分利用了燃气蒸汽联合循环分布式能源项目机组容量小，电压低，机组数多，且厂用负荷呈阶段性分布的特点。工作电源和备用电源分别取自主变低压侧和相邻机组母线，不需要设置启备变和高厂变。

具体的如图5所示，一种燃气蒸汽联合循环分布式能源三电源快切系统和方法，实现包括如下步骤：

步骤1:统计每套机组的厂用总负荷(所有高压电动机和低压厂变容量之和)，用于确认工作进线开关的容量，通过对燃气轮机启动曲线和不同阶段辅机系统的出力综合分析计算不同运行工况下的厂用最高负荷，用于确定备用进线开关的容量，如图2所示，经多个燃气蒸汽联合循环电站计算和实测，最高负荷出现在机组高盘点火期间。高盘负荷是sfc拖动燃机高盘点火至机组并网前机组的厂用最大负荷，主要包括sfc系统负荷、水系统、油系统和余热锅炉的部分负荷。工作变、水系统变、综合楼变按照容量的25％估算。sfc变压器按照容量的90％估算，励磁变按照30％的出力考虑。高盘点火期间启动两台循环水泵满足循环水的要求。

步骤2:选择高压厂用电电压等级和发电机出口相同。高压厂用工作电源取自主变低压侧，高压厂用备用电源一和电源二取自相邻机组的高压厂用母线。主变低压侧至工作电源进线采用浇筑母线连接，备用电源进线采用电缆连接，设置隔离开关用于检修隔离。

步骤3:通过系统容量、系统阻抗和主变的阻抗，计算主变低压侧短路电流，根据此电流确定电抗器的容量，电抗器用于限制短路电流。

步骤4：出于安全性的考虑，不允许三套机组的厂用电源取自同一段母线，因此设计专门的闭锁逻辑，该闭锁逻辑可以依靠dcs或者硬接线实现。

步骤5：快切装置选用双备用电源的快切装置，装置可以远方或者就地选择备用电源的优先级，选择后，可以实现工作、备用电源的正常切换、非正常切换和事故切换，两备用电源之间不存在切换关系。完善快切系统的二次回路。

本实施例中，该分布式能源项目采用三套一拖一燃气蒸汽联合循环机组，实现冷热电三联供，是典型的燃气蒸汽联合循环分布式能源项目。基于经济性和便利性的考虑，厂区长550米，宽80米，对厂用电快切系统的设计提出了新的要求。燃气发电机容量为51mw，电压为10.5kv，发电机出口设置gcb。基于经济性和实用性的考虑，设置高压厂用电的等级为10.5kv，与发电机出口电压和主变低压侧电压相同。按照厂用负荷统计表，统计得出单套机组厂用总负荷11920kw，按照10％的裕量选择工作进线开关，容量为721a；按照以上原则统计，最大负荷为7340kw，按照10％的裕量选择互联开关9100和9300，容量为444a。

如图3所示，高压厂用工作电源取自主变低压侧，高压厂用备用电源一和电源二取自相邻机组的高压厂用母线。主变低压侧至工作电源进线采用浇筑母线连接，备用电源进线采用电缆连接，设置隔离开关用于检修隔离。

在主变低压侧和工作进线之间设置电抗器并联大容量开关用于限制短路电流。依据系统容量为100mva为基准，系统阻抗z1＝0.0349、z2＝0.0349、z3＝0.0508，主变容量为100000kva，ud＝13.88％，采用节点法计算主变低压侧的短路电流，根据《电力工程电气设计手册：电气一次部分》选择电抗器的型号，选择电抗器为0.303ω，电抗率为5％。全厂设置三套快切装置，每套快切装置实现本台机组的厂用电切换。

每套系统有工作电源、备用电源一和备用电源二组成。每套快切装置上设置一个转换把手用于选择备用电源的优先级，也可以在dcs选择备用电源的优先级，选择备用电源一为主时为工作电源和备用电源一之间的双向切换，选择备用电源二是指工作电源和备用电源二之间的双向切换，备用电源一和备用电源二没有切换关系。如图3所示，对于图中最左侧的1号机组，工作电源取自1主变低压侧，备用电源一为2号机组高压母线段母线即10kvii段，备用电源二为3号机组高压母线段母线即10kviii段，第一套快切装置由开关9101、9100和9300组成，母线电压取自电压互感器91pt，工作进线电压取自电压互感器9101pt，备用进线一电压取自10kvii段母线连接的电压互感器92pt，备用进线二电压取自10kviii段母线连接的电压互感器93pt；

当选择备用电源一为主时，是指开关9101和9100之间的切换；

当选择备用电源二为主时，是指开关9101和9300之间的切换。

以上述分布燃气蒸汽联合循环分布式能源项目为例，采用本方法设计的厂用电快切系统，节省了全厂共节省了三台高厂变费用(单台12500kva变压器约72万元)，节省了一台启备变费用(单台25000kva变压器约105万元)，一个110kvgis间隔(40万),增加费用为三套电抗器和大容量开关(电抗器2万+大容量开关20万),共计节省费用约295万。另外节省了三台高厂变、启备变和一个gis间隔的建设用地，有效的缓解了土地紧张的局面。厂用电全部来自自发电量，节约了外购电和自产电的差价。工作电源和备用电源来自同一个变电站，由于采用相同的接线方式，解决了工作电源和备用电源功角大的问题。进一步，本系统采用双备用电源的厂用电快切方式，且设置了专门的闭锁逻辑，提高了厂用电的可靠性和运行的灵活性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。