论文部分内容阅读
摘要：发电厂电气主接线系统的安全性、可靠性是电力系统运行及维护的重要内容,其可靠性将直接关系到系统供电任务的完成情况。随着国内发电厂机组容量的不断升级,主接线的连接形式也在不断变化,系统运行的可靠性问题已经成为发电厂运行与维护中至关重要的环节。本文对发电厂电气主接线设计进行了优化方案。
关键词：发电厂；电气设备；优化设计
Abstract: the main electrical wiring system power plant the security and reliability of power system is the important content of the operation and maintenance, the reliability of power supply system will be directly related to finish the task. With domestic power plant unit capacity of the escalating, the cable connections form have also changed, the reliability of the system operation has become a power plant operation and maintenance is of vital importance to the link. In this paper, the power plant the main electrical wiring design optimization scheme.
Key words: the power plant; Electrical equipment; Optimization design
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号
发电厂是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济。发电厂的作用是将其他形式的能量转化成电能。按能量转化形式大体分为火力发电厂，水力发电厂，核能发电厂，风力发电场等。考虑发电厂中的地位和作用，电力系统中的发电厂有大型主力发电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。无论是那种形式的电厂它们的电气部分设计的主要内容及基本思想都是相通的。
1 原始资料分析
本文的研究对象为大型发电厂所属机组，有4 x300MW 机组，总装机容量为1200MW，属于大型发电厂，且以22OkV输送，输送距离长、功率大，一旦停电，影响范围大，所以设计时应严格要求。本文就结合发电厂实例，从理论和实践的角度，进行分析。
2 电气主接线
主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。电气主接线的具体设计步骤一般分为两步：一是分析原始资料，二是拟定主接线方案。
电厂的电压等级为220kV，对22OkV配电装置的接线方式应按发电厂在电力系统中的地位，负荷情况，出线回路数、设备特点、周围环境以及发电厂的规划容量等条件确定。接在母线上的避雷器和电压互感器，用1组隔离开关，接在发电机、变压器引線或中性点上的避雷器可装设隔离开关。
对资料分析的基础上，结合电厂电气主接线的可靠性，灵活性及经济性等基本条件，综合考虑，在满足技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电安全可靠，经济合理的主接线方案。发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计，首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少能量过程中的损失，以保证供电连续性。
当然，可靠性并不是绝对的，分析和评估主接线的可靠性时，不能脱离了发电厂和变电站在系统中的地位和作用，所以对发电厂主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行可靠性定时计算。
2.1主接线的可靠性分析
主接线要考虑到几个方面的可能性。
(1)线路检修时，是否影响连续供电。
(2)线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成停电馈线停运的回路多少和停电时间的长短，能否满足Ⅰ、Ⅱ类负荷对供电的要求。
(3)发电厂有无全厂停电的可能性。
(4)大型机组全部停电，对电力系统特定运行的影响与产生的后果等因素。
(5)可靠性的客观衡量标准是运行实际，故应考虑积累的运行实践经验。
(6)主接线的可靠性是它的机组或元件在运行中的可靠性、综合性，因此不仅要考虑一次设备(母线、断路器、隔离开关、互感器等)的故障率及其对供电的影响，还要考虑继电器保护等，二次设备的故障率及其对供电的影响。
2.2主接线的灵活性分析
主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事故等情况下操作方便，调度灵活，检修安全，扩建发展方便。
(1)应能灵活地开断引接机组或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故，检修及特殊方式下的调度要求。
(2)能方便地停运断路器，母线及继电保护设备进行安全检修时，不影响电力网的正常运行供电。
(3)应能容易地从初期过渡到最终接线，在扩建时，一次和二次设备所需改造更少。
2.3主接线的经济性分析
在满足可靠的前提厂，尽量可能做到经济。
(1)投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器及避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护，不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资，要能限制短路电流，以便合理的选择电气设备或轻型电器。
(2)占地面积小，主接线要为配电装置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。
(3)电能损失小：主接线要为配电装置创造条件，经济合理地选择主变压器的形式容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。此外，为简化主接线，发电厂接入系统的电压等级一般不过超过两种。
3 电气主接线方案优化
3.1主接线采用3／2接线
3／2接线最常规的布置方式为3列式布置及平环式布置。3列式布置具有布置紧凑、清晰、在进出线间隔较少时占地面积最省等优点。但随着电厂设计规模的增大，机组与线路的数量出现严重不匹配，出现了4进2出、6进3出等接线。如果采用常规3列式布置方式，则进出间隔的布置很难协调，不但占地面积增加，原来布置清晰的特点也不明显了。而且，由于机组增加，主厂房的长度增加，3列式布置与主厂房的长度不对应，造成主厂房A列外出线走廊布置困难等问题。特别是当工艺专业优化循环水管道，将水塔布置在A列外、或采用直按空冷的机组，在A列外布置空冷平台时，如果3／2接线采用常规3列式布置方式，将出现更多的问题。采用平环布置时，由于3个断路器各占一个间隔的宽度，间隔拉开，与进出线配合较好，特别当水塔布置在A列外、或直接空列91、布置空冷平台时，对节省整体的厂区占地面积优势明显。同时，平环布置时，2台断路器之间的进出线侧，当可靠性要求需要进出线倒串时，仅需要调整接线点，没有占地及间隔排列的变化，非常方便。
3.2主接线采用双母线接线
一般认为，在500kV电压等级，双母线接线能满足系统的可靠性要求。但随着电网容量加大迅速增加，在南方电网许多区域的500kV网络的短路容量接近或超过50kA。有了双母线就能在检修任一母线时不中断供电。检修任一回母线侧隔离开关时仅中断该回路的供电。当任一母线故障时，该母线上所有负荷可全部转移到另一母线，迅速恢复供电。某一回路的断路器因故不能操作时可利用母联断路器使其退出，还可用母联断路器代替任一断路器运行，以缩短该回路的停电时间。采用旁母后就能在任一断路器检修时不中断该回路的供电，能满足可靠性要求。
3.3主接线采用两级电压接入系统
接入系线方式上主接线采用两级电压接入，可兼顾近期本地负荷和远期外送负荷。且有利于启动／备用电源的引接2台机组实际为发电机变压器线路组单元接线。
3.4 主接线采用发电机出口装设断路器方案
发电机出口装设断路器，具有运行灵活、发电机故障时，无需厂用电切换、切除，利于厂用电稳定可靠运行及便于发电机检修、调试等显而易见的优点。但发电机出口断路器，目前仅STON、日本三菱等少数外国公司能够生产，价格高，这虽然是要权衡和考虑的问题，但毕竟是发展趋势，应该予以考虑和改进。
4 结语
发电厂的电气主接线，是电力系统的重要部分。笔者从电厂的发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线之间的接入，对发电厂电气与机组容量、电气设备的选择、配电装置的布置制方式等几个方面进行了阐述和分析。明确指出了主接线设计关系到电厂的安全经济运行，也关系到整个电灵活和经济运行，电厂容量愈大，电气主接线在系统中的地响也愈大。因此，发电厂电气主接线的设计应综合电力系统的特点、电厂的性质、规模和在电力电厂所供负荷的范围、性质和出线回路数等因可靠、运行灵活、检修方便、运行经济和远景发展。
关键词：发电厂；电气设备；优化设计
Abstract: the main electrical wiring system power plant the security and reliability of power system is the important content of the operation and maintenance, the reliability of power supply system will be directly related to finish the task. With domestic power plant unit capacity of the escalating, the cable connections form have also changed, the reliability of the system operation has become a power plant operation and maintenance is of vital importance to the link. In this paper, the power plant the main electrical wiring design optimization scheme.
Key words: the power plant; Electrical equipment; Optimization design
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号
发电厂是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济。发电厂的作用是将其他形式的能量转化成电能。按能量转化形式大体分为火力发电厂，水力发电厂，核能发电厂，风力发电场等。考虑发电厂中的地位和作用，电力系统中的发电厂有大型主力发电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。无论是那种形式的电厂它们的电气部分设计的主要内容及基本思想都是相通的。
1 原始资料分析
本文的研究对象为大型发电厂所属机组，有4 x300MW 机组，总装机容量为1200MW，属于大型发电厂，且以22OkV输送，输送距离长、功率大，一旦停电，影响范围大，所以设计时应严格要求。本文就结合发电厂实例，从理论和实践的角度，进行分析。
2 电气主接线
主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。电气主接线的具体设计步骤一般分为两步：一是分析原始资料，二是拟定主接线方案。
电厂的电压等级为220kV，对22OkV配电装置的接线方式应按发电厂在电力系统中的地位，负荷情况，出线回路数、设备特点、周围环境以及发电厂的规划容量等条件确定。接在母线上的避雷器和电压互感器，用1组隔离开关，接在发电机、变压器引線或中性点上的避雷器可装设隔离开关。
对资料分析的基础上，结合电厂电气主接线的可靠性，灵活性及经济性等基本条件，综合考虑，在满足技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电安全可靠，经济合理的主接线方案。发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计，首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少能量过程中的损失，以保证供电连续性。
当然，可靠性并不是绝对的，分析和评估主接线的可靠性时，不能脱离了发电厂和变电站在系统中的地位和作用，所以对发电厂主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行可靠性定时计算。
2.1主接线的可靠性分析
主接线要考虑到几个方面的可能性。
(1)线路检修时，是否影响连续供电。
(2)线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成停电馈线停运的回路多少和停电时间的长短，能否满足Ⅰ、Ⅱ类负荷对供电的要求。
(3)发电厂有无全厂停电的可能性。
(4)大型机组全部停电，对电力系统特定运行的影响与产生的后果等因素。
(5)可靠性的客观衡量标准是运行实际，故应考虑积累的运行实践经验。
(6)主接线的可靠性是它的机组或元件在运行中的可靠性、综合性，因此不仅要考虑一次设备(母线、断路器、隔离开关、互感器等)的故障率及其对供电的影响，还要考虑继电器保护等，二次设备的故障率及其对供电的影响。
2.2主接线的灵活性分析
主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事故等情况下操作方便，调度灵活，检修安全，扩建发展方便。
(1)应能灵活地开断引接机组或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故，检修及特殊方式下的调度要求。
(2)能方便地停运断路器，母线及继电保护设备进行安全检修时，不影响电力网的正常运行供电。
(3)应能容易地从初期过渡到最终接线，在扩建时，一次和二次设备所需改造更少。
2.3主接线的经济性分析
在满足可靠的前提厂，尽量可能做到经济。
(1)投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器及避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护，不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资，要能限制短路电流，以便合理的选择电气设备或轻型电器。
(2)占地面积小，主接线要为配电装置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。
(3)电能损失小：主接线要为配电装置创造条件，经济合理地选择主变压器的形式容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。此外，为简化主接线，发电厂接入系统的电压等级一般不过超过两种。
3 电气主接线方案优化
3.1主接线采用3／2接线
3／2接线最常规的布置方式为3列式布置及平环式布置。3列式布置具有布置紧凑、清晰、在进出线间隔较少时占地面积最省等优点。但随着电厂设计规模的增大，机组与线路的数量出现严重不匹配，出现了4进2出、6进3出等接线。如果采用常规3列式布置方式，则进出间隔的布置很难协调，不但占地面积增加，原来布置清晰的特点也不明显了。而且，由于机组增加，主厂房的长度增加，3列式布置与主厂房的长度不对应，造成主厂房A列外出线走廊布置困难等问题。特别是当工艺专业优化循环水管道，将水塔布置在A列外、或采用直按空冷的机组，在A列外布置空冷平台时，如果3／2接线采用常规3列式布置方式，将出现更多的问题。采用平环布置时，由于3个断路器各占一个间隔的宽度，间隔拉开，与进出线配合较好，特别当水塔布置在A列外、或直接空列91、布置空冷平台时，对节省整体的厂区占地面积优势明显。同时，平环布置时，2台断路器之间的进出线侧，当可靠性要求需要进出线倒串时，仅需要调整接线点，没有占地及间隔排列的变化，非常方便。
3.2主接线采用双母线接线
一般认为，在500kV电压等级，双母线接线能满足系统的可靠性要求。但随着电网容量加大迅速增加，在南方电网许多区域的500kV网络的短路容量接近或超过50kA。有了双母线就能在检修任一母线时不中断供电。检修任一回母线侧隔离开关时仅中断该回路的供电。当任一母线故障时，该母线上所有负荷可全部转移到另一母线，迅速恢复供电。某一回路的断路器因故不能操作时可利用母联断路器使其退出，还可用母联断路器代替任一断路器运行，以缩短该回路的停电时间。采用旁母后就能在任一断路器检修时不中断该回路的供电，能满足可靠性要求。
3.3主接线采用两级电压接入系统
接入系线方式上主接线采用两级电压接入，可兼顾近期本地负荷和远期外送负荷。且有利于启动／备用电源的引接2台机组实际为发电机变压器线路组单元接线。
3.4 主接线采用发电机出口装设断路器方案
发电机出口装设断路器，具有运行灵活、发电机故障时，无需厂用电切换、切除，利于厂用电稳定可靠运行及便于发电机检修、调试等显而易见的优点。但发电机出口断路器，目前仅STON、日本三菱等少数外国公司能够生产，价格高，这虽然是要权衡和考虑的问题，但毕竟是发展趋势，应该予以考虑和改进。
4 结语
发电厂的电气主接线，是电力系统的重要部分。笔者从电厂的发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线之间的接入，对发电厂电气与机组容量、电气设备的选择、配电装置的布置制方式等几个方面进行了阐述和分析。明确指出了主接线设计关系到电厂的安全经济运行，也关系到整个电灵活和经济运行，电厂容量愈大，电气主接线在系统中的地响也愈大。因此，发电厂电气主接线的设计应综合电力系统的特点、电厂的性质、规模和在电力电厂所供负荷的范围、性质和出线回路数等因可靠、运行灵活、检修方便、运行经济和远景发展。