张家口发电厂一期工程总装机容量4×300MW，锅炉、汽轮机、发电机等主设备全部是东方电站成套设备公司产品，整套工程由华北电力设计院设计，4台机组分别于1991年、1992年、1994年和1995年投产。
4台机组的厂用电系统相互独立，高压厂用电系统电压等级为6 kV，每台机组高低压厂用电分为A、B两段，两台机组为一个单元，设置一台起动备用变压器（下称起备变），备用电源取自220 kV升压站。两个单元的备用电源系统相互独立，不能相互备用。
4台机组的公用系统（包括水源地、储煤场、灰水处理）工作电源取自1号起动备用变压器，备用电源取自1号、2号机组高压厂用电。
1996年5月28日发生全厂停电事故后，张家口发电厂委托华北电力科学研究院、华北电力设计院对事故原因和暴露的问题进行了分析研究，制定了一系列反事故措施，其中包括完善厂用电接线，引接第三电源等。张家口发电厂一期厂用电源改造工程由华北电力设计院设计，经过多方论证决定从500 kV／220 kV联络变压器35 kV侧引接第三电源，可作为1～4号机组高压备用电源。该工程已于1998年5月完成并投入运行。由于厂用电的安全关系到全厂机组乃至电网的安全，有必要对厂用电系统的安全性和存在的问题进一步深入分析研究，提出相应的解决方案，为技术改造提供理论根据。
1 厂用电接线方式
厂用电的接线应满足以下要求［1］：
（1）各机组的厂用电系统应是独立的。一台机组的故障停运或其辅机的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行，并应能在短时间内恢复本机组的运行。
（2）充分考虑机组在起动和停运过程中的供电要求，配备可靠的起动（备用）电源。在机组起动、停运和事故时的切换操作要少，并能与工作电源短时并列。
（3）充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。特别要注意对公用负荷供电的影响。要便于过渡，尽量少改变接线和更换设备。
（4）应设置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电时可以快速起动和自动投入，向保安负荷供电。还要设置电能质量指标合格的交流不间断电源，保证不允许间断供电的热工负荷的供电。
张家口发电厂电气主接线见图1，采用发电机变压器组单元接线，全厂共设置两台起动备用变压器，电源取自升压站220 kV母线。另外从500 kV／220 kV联络变压器35 kV侧引入事故保安电源，增设两台事故保安变压器（目前只投入一台），作为第三厂用备用电源，可供全厂公用负荷和事故保安负荷。
厂用电接线见图2，厂用工作电源取自发电机出口，4台机组的厂用电系统相互独立，高压厂用电系统电压等级为6 kV，每台机组高低压厂用电均分为A、B两段。两台机组为一个单元，两个单元的备用电源系统相互独立，不能相互备用。
厂用电接线基本满足各机组相互独立及机组起动、停运过程中的供电要求，但在特殊方式下发生电气事故时，不能满足机组安全停机和快速起动的需要。例如发生类似1996年“5．28”事故的全厂停电，如果不考虑自启动柴油机（后面将进行专门分析）的作用，机组停机将全部依赖直流电源，必然使蓄电池长时间大容量放电，造成蓄电池容量严重不足，使继电保护和安全自动装置以及热工保护不能正确动作，威胁主设备安全。蓄电池的寿命严重缩短，且蓄电池必须经过长时间大电流充电后才可以继续使用，影响机组快速起动。
1号起备变带全厂公用负荷。在1996年“5．28”事件中，全厂停电同时1号起备变损坏，尽管2号起备变可以从系统受电，但由于不能带公用负荷，机组仍然不能起动。当时用临时电缆使2号起备变和1号起备变相互连接，用2号起备变带公用负荷，才得以使机组起动。
目前虽然引入第三电源，但第三电源正常为冷备用，起动操作复杂，也不能满足机组快速起动的需要。且第三电源到目前为止只有一个分支，尚缺一台35 kV／6 kV干式变压器。
为了保证厂用电系统的可靠性，目前应首先完善第三电源系统，再安装一台35 kV／6 kV干式变压器，满足特殊情况下机组起动的需要。
从长远看，应考虑两台起备变的相互连接。此方式运行灵活，操作简捷，能够满足全厂机组快速起动的需要。
厂用电接线另一个重要问题是1号起备变分支只有刀闸没有开关，虽然这对运行方式没有明显影响，但任一分支发生电气故障都只能由断开变压器高压侧开关来切除故障，扩大了停电范围。对于正常带全厂公用负荷的1号起备变，这种接线方式的弊病是明显的，必须尽快将分支刀闸更换为开关，变压器分支发生故障时保护动作跳分支开关，变压器和非故障设备不停电。
2 自启动柴油机
张家口发电厂一期4台自启动柴油机一直没有正常使用，原因是多方面的。首先是设备的原因，例如1号和2号柴油发电机组，从基建安装调试到移交生产，基本没有正常运行，设备存在较多问题，目前仍不能使用。
其次是管理方面的原因，4台柴油机组多年来基本没有进行有效的维护和检修。1999年张家口发电厂A厂对3号和4号柴油机组进行了检查修理，发现设备本身问题较少，主要是缺少日常维护或维护不当造成的。经过检修和更换部分零件，目前已恢复正常自启动功能，可以满足事故保安电源的供电要求。
下一步应做的工作是：
（1）对3号和4号柴油发电机组，应加强维护和定期试验，使设备保持良好的备用状态。
（2）对1号和2号柴油发电机组，应首先考虑进行修复，如经论证确不能修复时，宜进行更新改造。
3 6 kV系统的过电压
张家口发电厂一期厂用电6 kV系统多次发生开关烧损事故，例如1996年5月28日和1996年11月7日开关事故都是相邻多组6 kV开关同时烧损。这些开关损坏事故经过分析大部分都是过电压造成的。
目前，引起6 kV系统过电压的原因尚未有定论，但大致有以下两方面原因［2］：（1）开断高压电动机产生的过电压；（2）电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压。
开断高压电动机产生的过电压，极易损坏断路器，并严重危害电动机的主绝缘与层间绝缘。电动机容量越小，这种过电压越高。当电动机容量小于200 kW或采用真空开关时应采取保护措施。主要的保护措施有：
（1）在电动机与断路器之间装设氧化锌避雷器，氧化锌避雷器的参数应与电动机的绝缘水平相配合。
（2）当采用真空断路器时，为了降低过电压陡度，可在避雷器旁并联一组0．5μF左右的电容器。
（3）在回路中支接电容－电阻限压装置。电容和电阻串联，电容可为0．5～5μF，电阻可为数十到数百欧。其作用是消耗过电压的能量，并限制重燃的高频电流。
电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压，以分频谐振过电压危害最大，严重时可使电压互感器过热爆炸。可采用以下措施消除由于电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压：
（1）选用励磁特性好、不容易饱和的电磁式电压互感器，或选用电容式电压互感器。
（2）在零序回路中加阻尼电阻。可使用220V、200 W～250 W白炽灯泡代替。
（3）在电压互感器的一次绕组中性点或开口三角绕组装设专用的消谐器。
4 其它方面存在的问题
4．1 1、2号起动备用变压器备用分支差动保护
1、2号起动备用变压器备用分支差动保护都发生过区外故障时误动的现象。例如1999年4月29日21时29分，6 kV 52号开关（2号机1号循环泵）故障，6 kVⅡA段失电，同时1号起动备用变压器备用段OA、OB段全停。此次事故起因是6 kV 52号开关控制电缆绝缘损坏，引起开关自合自跳，最终导致开关喷油。在事故中1号启动变备用分支差动保护误动使6 kV OA、OB段失电。保护误动的原因是该差动保护采用简单的DL－11型电流继电器代替差动继电器，在外部故障的故障电流很大时，继电器磁饱和，且故障电流包含有较大的非周期分量时，助磁作用增强，不平衡电流增大，使继电器产生误动。
为了避免此类差动保护误动，必须尽快加以改进，采用能够躲过外部故障产生的不平衡电流的差动继电器，如BCD型、LCD型等。
4．2 3、4号机事故保安变压器
二单元事故保安电源接线如图3所示。3、4号机事故保安段电源正常由事故保安变压器带，电源取自380 V保安段（来自380 V工作段），备用电源取自低压厂用380 V公用段。事故保安变压器接线组别应为Y－yn12，工作电源与备用电源相位相同。但由于基建定货失误，事故保安变压器实际接线组别为D－yn12，工作电源与备用电源相位差30°，致使工作电源与备用电源不能并列，电源切换时事故保安段必须停电。故存在以下问题：
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