試論大型發(fā)電廠電氣主接線優(yōu)化方案

文亮

【摘要】大型發(fā)電廠直接關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，作為其重要組成部分，電氣主接線的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。首先闡述了其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的三項(xiàng)要求，然后結(jié)合實(shí)例，針對(duì)其原設(shè)計(jì)方案的不足，提出了優(yōu)化后的方案。

【關(guān)鍵詞】大型發(fā)電廠；電氣主接線優(yōu)化方案；靈活性；經(jīng)濟(jì)性

引言

隨著用電需求的增長(zhǎng)，許多大型發(fā)電廠相繼建立起來(lái)，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著基礎(chǔ)性作用。由于線路設(shè)備眾多，結(jié)構(gòu)龐大，大型發(fā)電廠的設(shè)計(jì)有一定難度。尤其是電氣主接線，作為其中的關(guān)鍵部分，連接方式及運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到發(fā)電供電的穩(wěn)定性和安全性。合理的設(shè)計(jì)對(duì)工程質(zhì)量、投資、效益等多方面都大有裨益，雖然主接線的連接方式不斷改進(jìn)，但控制回路接線過(guò)于復(fù)雜，容易引起故障。這就要求對(duì)電氣主接線進(jìn)行優(yōu)化，以促進(jìn)電網(wǎng)事業(yè)的進(jìn)步。

1.電氣主接線及其要求

電氣主接線指的是發(fā)電廠、變電所為滿足預(yù)定的功率傳送及運(yùn)行而設(shè)計(jì)的，用以表明高壓電氣設(shè)備之間相互連接關(guān)系的傳送電能的電路。主接線意義重大，在設(shè)計(jì)時(shí)往往要綜合電氣設(shè)備規(guī)格、出線條件、配電裝置以及周圍環(huán)境等多項(xiàng)因素加以考慮。先對(duì)原始資料進(jìn)行仔細(xì)分析，然后擬定主接線方案。通常需要滿足以下3方面的要求：

1.1 可靠性

發(fā)電廠是電力系統(tǒng)發(fā)電的源頭，其可靠性直接決定著后續(xù)變電、輸配電等環(huán)節(jié)。所以要全面考慮一次元件和二次元件的質(zhì)量及運(yùn)行狀況，如斷路器、母線、互感器、繼電保護(hù)、隔離開關(guān)等。需保證在檢修中不會(huì)影響到正常供電，且盡量減少發(fā)電廠因此而停電的幾率；在母線、斷路器檢修中確保能夠滿足各類負(fù)荷對(duì)供電的要求；預(yù)估全部機(jī)組停電后可能產(chǎn)生的后果；根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效益及積累的經(jīng)驗(yàn)客觀地評(píng)價(jià)其可靠性。

1.2 靈活性

發(fā)電廠內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工作情況多變，電氣主接線必須要靈活方便使用。即在工作情況有所轉(zhuǎn)變，或部分設(shè)備處于檢修狀態(tài)時(shí)，可通過(guò)其他方式靈活調(diào)度，確保供電不會(huì)中斷。以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，進(jìn)而合理地調(diào)配電源負(fù)荷。具體要求為：在事故中可靈活地將故障線路切除；在母線、繼電保護(hù)設(shè)備等處于檢修狀態(tài)時(shí)，能夠方便地將其停運(yùn)，以保證電網(wǎng)正常運(yùn)行；從初期到最終接線能夠順利過(guò)渡，擴(kuò)建中一次設(shè)備和二次設(shè)備盡量少的更新。

1.3 經(jīng)濟(jì)性

在滿足靈活性和可靠性的基礎(chǔ)上，還需考慮設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①節(jié)省投資。主接線系統(tǒng)包含眾多設(shè)備和線路，且隨著技術(shù)的更新需不斷改進(jìn)，這必然要投入大量成本。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循簡(jiǎn)單的原則，以節(jié)省一次設(shè)備及二次設(shè)備的投資成本；②節(jié)能降耗。大型發(fā)電廠規(guī)模較大，通常需要占用大量土地，主接線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如何減少占地面積，對(duì)配電裝置的配置進(jìn)行優(yōu)化，從而可減少水泥、鋼鐵等基礎(chǔ)材料的用量；為起到節(jié)能降耗的目的，應(yīng)采取有效的措施對(duì)短路電流加以限制，以選擇輕型的電器及小截面的載流導(dǎo)體；變壓器的型式、數(shù)量等均要按照用電需求具體而定，以免造成浪費(fèi)。

2.某大型發(fā)電廠的電氣主接線方案設(shè)計(jì)

某發(fā)電廠占地面積475000m2，在2009年完成一2×600MW燃煤發(fā)電機(jī)組的建設(shè)工程，主接線以3/2接線方式為主，即3臺(tái)斷路器串聯(lián)跨接在兩組母線之間，且兩個(gè)回路依次與中間斷路器兩端的雙母線相接。發(fā)電機(jī)組通過(guò)220KV線路和550KV線路與電網(wǎng)相連，經(jīng)主變升壓后，發(fā)電機(jī)直接接入500KV系統(tǒng)。

2.1 主接線方式的優(yōu)勢(shì)

該發(fā)電廠采用3/2方式，有3臺(tái)斷路器串聯(lián)。在運(yùn)行中，即便一臺(tái)因故障而無(wú)法正常運(yùn)行，也不會(huì)影響到其他回路的工作；而且某段母線出現(xiàn)異常，通常也能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)供電，可見(jiàn)其靈活性和可靠性較好；此外，若采用雙斷路器雙母線的接線方式，其出口沒(méi)有隔離開關(guān)，會(huì)帶來(lái)諸多不便，而3/2接線方式則可有效解決這一問(wèn)題；每一條回路可以少半臺(tái)斷路器，從而減少投資費(fèi)用。

2.2 不足之處

在有著諸多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，此接線方式的不足之處也應(yīng)加強(qiáng)重視。如二次接線頗為復(fù)雜，從其連接形式及CT配置方案可知，保護(hù)存在重疊區(qū)和死區(qū)，且保護(hù)動(dòng)作十分繁雜。不方便設(shè)備的檢修維護(hù)，當(dāng)某一個(gè)斷路器處于檢修狀態(tài)時(shí)，其他斷路器或發(fā)生拒動(dòng)，極易導(dǎo)致另一臺(tái)斷路器的停運(yùn)，以至于引起大面積停電；為使流過(guò)母線的電流有所減少，發(fā)電廠要合理地分配供電潮流，電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的回路應(yīng)搭配在1串?dāng)嗦菲鲀?nèi)。在選擇線路斷路器時(shí)，需符合單相重合閘的要求，所以必須具備分相操作的操作機(jī)構(gòu)。另外，為避免出現(xiàn)發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的狀況，發(fā)電機(jī)——變壓器組的斷路器需選用三相聯(lián)動(dòng)的操作機(jī)構(gòu)。而該廠的這一連接方式顯然難以滿足這些要求；部分繼電保護(hù)裝置頻繁出現(xiàn)“和電流” 的現(xiàn)象，容易引起保護(hù)誤動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)電力安全事故。所以要安裝“和電流”保護(hù)器，這便使得控制回路接線更為復(fù)雜。

3.電氣主接線方案的優(yōu)化

3.1 優(yōu)化后的方案

針對(duì)3/2接線方式的不足，該廠提出一種新的接線方式，即1/2接線方式。隨著電網(wǎng)事業(yè)的進(jìn)步，系統(tǒng)容量大幅增長(zhǎng)，而單機(jī)容量的地位有所削弱。某單個(gè)發(fā)電機(jī)即便停止工作，系統(tǒng)也能夠正常運(yùn)行。在高科技的推動(dòng)下，超高壓斷路器的性能逐步提升，在發(fā)生故障后，發(fā)電機(jī)組的停運(yùn)幾率降低。而且國(guó)內(nèi)的輸電線路電壓等級(jí)也在不斷提高，加上輸電距離越來(lái)越遠(yuǎn)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。綜合這些因素考慮，該廠設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單、可靠而且靈活、經(jīng)濟(jì)的1/2接線方式。如圖1 所示。

該方式是在雙母線雙斷路器接線方式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，屬于“單雙斷路器”方式，所以稱其為1/2方式。其中，“1”指的是利用1臺(tái)斷路器對(duì)發(fā)變組加以控制，“2”指的是利用2臺(tái)斷路器對(duì)系統(tǒng)線路進(jìn)行控制。與普通方式相比，該方式不存在母聯(lián)和旁路，更加簡(jiǎn)單可靠。該發(fā)電廠屬于大型發(fā)電廠，發(fā)電機(jī)組較多，若斷路器的可靠性有良好的保障，則對(duì)發(fā)電機(jī)組暫停運(yùn)行的要求則不會(huì)太高，且利用1臺(tái)斷路器控制發(fā)電機(jī)組更加經(jīng)濟(jì)。若面對(duì)的是超高壓線路或特高壓線路，盡量選擇使用2臺(tái)斷路器控制1回線路，以維護(hù)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

3.2 該電氣主接線的優(yōu)勢(shì)

①對(duì)非全相運(yùn)行故障具有明顯的預(yù)防效果。該發(fā)電廠采用此接線方式，可通過(guò)電氣聯(lián)動(dòng)的斷路器在發(fā)電機(jī)組的高壓側(cè)斷路器的運(yùn)用，預(yù)防發(fā)電機(jī)組的非全相運(yùn)行保障；

②繼電保護(hù)回路簡(jiǎn)單，可靠性提高。1/2電氣主接線方式使繼電保護(hù)消除了“和電流”現(xiàn)象，繼電保護(hù)回路變得簡(jiǎn)單，可靠性大幅提升；

③操作的概率大大降低。原來(lái)的接線方式，為保障斷路器具備完整性，停電或送電操作某一回路時(shí)有一個(gè)解環(huán)和合環(huán)的操作過(guò)程，操作規(guī)程極其復(fù)雜，且容易出現(xiàn)誤操作。而采用1/2接線方式后，因不存在中間斷路器，斷路器的控制方式成為唯一方式，其控制回路、同期回路以及保護(hù)回路的接線大大簡(jiǎn)化，其相對(duì)應(yīng)的操作程序也得到簡(jiǎn)化，進(jìn)而降低了誤操作的概率；

④有利于運(yùn)行與檢修。原來(lái)接線方式中所涉及的問(wèn)題較多，如有失靈保護(hù)的配合、繼電保護(hù)的檢修、電流互感器的配置、電壓互感器的配置、二次線安裝單位的劃分等。而優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案則有效避免了上述問(wèn)題，二次接線簡(jiǎn)化后，二次回路的故障概率也大大降低，對(duì)運(yùn)行和檢修都極為有利。同時(shí)還有利于提高電氣主接線的可靠性；

⑤投資成本更低。與之前的方式相比，優(yōu)化后的方案在成本上明顯更具優(yōu)勢(shì)。此外，該接線方式有利于發(fā)電廠在主變高壓側(cè)進(jìn)行上網(wǎng)電量的計(jì)量，適合廠網(wǎng)分開后競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的需求。

3.3 優(yōu)化方案存在的不足

該接線方式是以雙母線接線方式為基礎(chǔ)的改進(jìn)，所以也會(huì)存在雙母線接線方式的某些缺陷，假設(shè)一段母線出現(xiàn)故障，或者斷路器啟動(dòng)了失靈保護(hù)，這一段母線便會(huì)失電，導(dǎo)致全廠一半的機(jī)組停止運(yùn)行，極易破壞到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.結(jié)束語(yǔ)

電氣主接線是電網(wǎng)中的重要組成部分，其設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所以在設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必要綜合考慮可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性。就目前而言，多數(shù)發(fā)電廠在設(shè)計(jì)時(shí)都采用3/2的接線方式，但該方式存在有很多不足。對(duì)此，本文提出了一種簡(jiǎn)單可靠的1/2接線方式，并對(duì)其進(jìn)行了分析。

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