火电机组超低排放改造中电气设备的仿真分析.pdf

第3 7卷 第 l 2期 2 0 l 5年 1 2月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h no l o g y V0 1 ． 3 7 No ． 1 2 De c ． 2 01 5 火电机组超低排放改造中电气 设备的仿真分析 胡建明， 智建平 扬州第二发电有限责任公司， 江苏 扬州2 2 5 0 0 0 摘要 扬州第二发电有限责任公司进行超低排放改造时， 为了解新增电气设备的运行特性 ， 应用仿真分析软件 E T A P 对超低排放改造中的电气设备进行潮流计算、 短路计算、 保护配合、 电机启动等多种分析， 可为设备选型、 定值整定和运 行提供指导。 关键词 火电机组； 超低排放 ； 电气设备 ； E T A P软件 ； 仿真 中图分类号 x 7 0 1 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 5 1 2 0 0 6 1 0 3 0 引言 随着国家对火电企业减排要求 13 趋严格， 江苏 省在省 内推进燃煤发 电机组烟气污染物超低排放示 范工程的建设 ， 扬州第二发 电有限责任公司按此要 求进行改造 。该厂为 46 0 0 MW 火 电机组 ， 厂用 电 电压等级为 1 O ． 5 0 ， 3 ． 1 5 ， 0 ． 4 0 k V 。为满足新增设备 的用电要求， 电气侧需增加 1 0 ． 5 0 ／ 3 ． 1 5 k V除灰脱 硫变压器 以下简称灰硫变 、 3 ． 1 5 k V除灰脱硫段 母线 、 3 ． 1 5 ／ 0 ． 4 0 k V湿式除尘变压器 以下简称 湿 除变 A ／ B段、 4 0 0 V湿 式除尘 以下简称湿 除 P C A ／ B段 ； 新 增 或 改造 吸 收塔 循 环 泵 D ／ E、 射 流 泵 A ／ B 、 氧化风机 A ／ B等设备。为了解设备的运行特 性， 为设备选型、 定值整定和设备运行提供指导， 需 对相关的电气设备进行仿真分析。 目前常用的仿真分析软件有 P S A S P ， M A T L A B ， P S C A D， P S S ／ E等， 本文采用 E T A P ， 它由美国O T I 公 司研发， 采用独特的三维数据库技术， 适用于发配电 工程的分析、 设计、 仿真及模拟， 可进行潮流计算、 短 路计算、 电机启动、 保护配合等多种分析。E T A P软 件的计算精度已为大量的理论分析及工程实例所验 证| 1 ] 。当然， 针对具体工程， 仿真结果与实际运行 状况的吻合程度取决于建模参数的准确性。 按照 E T A P 建模的要求， 绘制电气单线图并输 入相关设备的参数， 对厂家未提供的参数， 采用典型 值或 E T A P设备库中自带的数据， 完成建模工作。 1 潮流分 析 潮流分析可完成各种运行方式下的“ 最大负荷 ” 收稿 日期 2 0 1 50 61 6 ； 修 回 日期 2 0 1 51 0 2 5 “ 最小负荷” 和“ 平均负荷” 的潮流计算， 获得各种工 况下调压方式和无功分配 ， 校验关键线路 的潮流 ； 可 分析因一次接线更改、 设备新增或扩容对系统造成的 影响， 为采取相应措施或设备选型提供依据。 计算表 明， 除 3 ．1 5 k V 脱 硫 1 B段 运 行 电 压 9 5 ． 9 4 ％ ， U n 为额定电压 稍低外 ， 其他母线电压 基本正常， 无设备过载现象， 表明变压器容量、 开关 型号、 电缆截面的选型适当。如选型偏小 ， 软件会给 出报警 ， 相应设备在图中以红色显示 ， 提醒设计人员 重新选型、 核算 。 2 短路计算 短路电流计算是保护整定计算的基础和前提。 E T A P软件采用 I E C 6 0 9 0 9 标准进行计算， 相比于国 内标准或其他计算方法， E T A P 计算量大， 但原理清 晰， 结果也更准确。建模完成后 ， 该软件可以计算三 相短路 、 单相短路 、 两相短路 、 两相接地短路 电流值 。 大方式下 ， 三相短路 电流计算方式如图 1 所示 ， 计算结果见表 1 。 3 保护配合 S T A R模块可 以将上下级保护 的动作曲线绘制 到同一张图中 如图2 所示 ， 可以清晰地看出保护 的各级配合是否满足设计要求 J 。 从图2 可以看到， 湿除变保护 曲线 1 与湿除 变励磁涌流 点2 和湿除变过载运行特性 曲线 3 的配合关系， 灰硫变保护 曲线4 与灰硫变励磁涌 流 点 5 和灰硫变过载运行特性 曲线 6 的配合关 系。曲线 7 为湿除变电缆过载运行特性曲线。由图 2可知， 各级保护之间的配合良好。 模拟 4 0 0 V湿除 P c A段母线三相短路 如图3 6 2 华 电技 术 第3 7卷 电网大方式 拌 囟 77q5 M技 V A 2 0 v l ， ． A f●8 8 ．4 k A 1 发 电机 √6 o oMW ▲ 3 ．7 k A ＼ 高厂变 A fl 4 8 1 3 6 1 1 2 MW 3 ． 1 5 k V 灰硫 1 段 浆液循环泵 l D 1 灰硫变 J 4MW t 9 ．6 k A l除变 A 1 MW 。 高厂变 B ／ 4 8 ／ 3 6 ／ 1 2 MW ’3 5 ． 1 k A 3 ． 1 5 k V 2 1 6 k A 脱硫 1 B段 湿 除变 B l MW 4 0 0V f 4 0 0V f 湿 除P C A l 1 9 ．5 k A 湿除P C B I 2 0 ．0 k A 浆液循环泵 l A 图 1 大方式下三相短路计算 表 1 短路电流计算结果 k A 电流 1 0 0 ／ A 1 ． 湿除变 1 B保护曲线；2 ． 湿除变 l B励磁涌流点；3 ． 湿除变 1 B过载运行曲线；4 ． 1 锅炉灰硫变保护曲线；5 ． l 锅炉灰 硫变励磁涌流点；6 ． 1 锅炉灰硫变过载运行曲线；7 _ 湿除变 电缆过载运行曲线。 图2 保护配合 湿 除 P CA段 图3三相短路故障模拟 所示 ， 可以看到各级保护的动作时序， 可以检查断 路器有无越级跳闸现象 。 4电机启动 对超低排放改造中容量最大的电机 吸收塔 循环泵 D电机进行启动分析 ， 用于校验 电机能否顺 利启动， 以及电机启动时母线电压的下降情况， 应保 证电机启动时不妨碍其他电气设备工作。 电机的铭牌参数为 型号 ， Y K K 5 0 0 4 W； 电压 ， 3 k V； 额定功率， 1 0 0 0 k W； 电流， 2 3 4 ． 8 A ； 功率因数， 0 ． 8 7 ； 转速 ， 1 4 8 9 r ／ m i n ； 绝缘等级 ， F 。 由电机原理可知， 启动时间与电源条件、 电机本 身的机械特性及负载轴系特性相关 J 。进行启动分 析前需要先建立电机的电路模型， 该模型所需参数较 多， 用户一般很难收集齐全。E T A P内置有 5 种电机 动态模型， 并提供了电机参数估算模块， 根据电机的 铭牌值 ， 可估算得到电机的电路模型， 如图4所示。 本例中动态模型选 s i g l e 2 ， 即感应电机的标准模 型为有深槽效应的、 转子电阻和 电抗随转 速变化 的 单笼型电路模型， 负载类型选 P U M P ， 电机转动惯量 取典型值 4 4 k g in ， 负载转动惯量取 0 ． 1 5 J m 。 设定好电路模 型、 转动惯量 和负载阻力 矩模型后 ， E T A P通过仿真逐步求解 电机的动态方程 ， 计算 出 电机的启动时间。 仿真结果表明 电机启动时间约为 2 ． 8 5 s ， 启动 电流约为 5倍的电机额定 电流 启动 电流曲线 为图 5中的实线 ， 3 ． 1 5 k V灰硫 -1 段母线电压约为 8 3 ％ ，l 0 ． 5 k V l A X段母线电压约为 9 7 ％U ， 满足规程 要求 ， 电机可 以顺利启动 ， 不会对其他 电机 的运行造 成不利影响。 E T A P自带设备库中电缆、 变压器、 电机、 保护 装置等均为欧美设备， 参数和国产设备略有差异。 按照 D L ／ T 5 1 5 3 --2 0 0 2 火力发电厂厂用电设计技 术规定 计算 ， 启动时间为 2 ． 8 8 s 。实i 贝 0 吸收塔循 环泵 D， E电机启动时间约为 3 ． 0 0 s ， 3 ． 1 5 k V灰硫段