國外發電廠電氣設計特點淺析

周曉波，高 華，魏 燕

(西北電力設計院，陜西 西安 710075)

隨著越來越多的國外火力發電廠及燃氣-蒸汽聯合循環電站項目執行，國外電站項目的設計原則及與國內項目設計思路的差異逐漸顯現出來。本文根據近10年西北電力設計院執行的印度、越南、阿曼、沙特、約旦、巴西、馬來西亞、巴基斯坦、斯里蘭卡、印度尼西亞、柬埔寨等國外項目在設計和咨詢過程中所采用的設計方案及方案執行過程中遇到的問題，淺析了國外項目電氣設計特點以及與國內的差異，供同行參考與借鑒。

1 國外火力發電廠電氣設計特點

1.1 電壓等級及頻率選用

國外火力發電廠采用的電壓等級見表1。

表1 國外火力發電廠采用的電壓等級

1.2 電氣主接線

國外火力發電廠的電氣主接線一般采用的接線形式見表2。

表2 國外火力發電廠的電氣主接線一般采用的接線形式

印度和越南的火力發電廠廠內多設有聯絡變，有兩個及以上電壓等級，主接線較為復雜。400kV及以上系統一般會配備母線或線路電抗器，用于系統無功補償。

印度電網的計量規程要求用于計量的CVT需單獨設置，因此出線的計量CVT為一個單獨的兩次級CVT。

圖1是印度某電廠的電氣主接線圖，具有一定的代表性。該電廠有400kV和220kV兩個電壓等級，400kV采用一個半接線，220kV采用雙母線帶旁路母線接線，通過一臺400/220/35kV的自耦聯絡變聯系，起備變電源由220kV升壓站引接，400kV裝設母線電抗器，每回出線均預留400kV線路并聯電抗器。

圖1 印度某2×660MW機組火力發電廠電氣主接線

1.3 廠用電接線

國外火力發電廠的600MW及以上機組工程，廠用電接線一般采用11kV、6.6kV或11kV、3.3kV兩級電壓，沙特項目采用了13.8 kV、6.6 kV兩級電壓。300MW及以下機組一般采用6.6kV等級一級電壓。

國外火力發電廠的廠用電接線根據是否裝設發電機出口斷路器主要采用以下方案：

⑴發電機出口設斷路器，主要有以下兩種接線。

①取消專用高壓起動(停機)/備用電源，并且不同機組廠用段采用暗備用方式互相拉手，具體接線見圖2。

②設置備用/公用變，由發電機機端引接，公用段用于全廠公用負荷供電，并給機組廠用工作段提供備用電源。備用/公用段之間再兩兩牽手互為備用，具體接線見圖3。

⑵發電機出口不裝設斷路器時，起動/備用/公用變壓器電源一般由廠內升壓站直接引接。廠用電根據機組容量不同，有如下接線方式：

①300MW等級機組廠用電采用一級電壓，廠用高壓變壓器和廠用段的設置有如下兩個方案：

方案1：每臺發電機設置兩臺雙卷廠用高壓變壓器，每臺機設兩段高壓工作段，兩臺機設置兩段公用/備用段，兩臺機設置2臺互為備用的起動/備用/公用變壓器，給公用/備用段供電。

方案2：與國內工程接線相類似，每臺機設置一臺分裂變作為廠用高壓變壓器，兩臺機設置一臺分裂變作為起動/備用電源。

②600MW等級機組廠用電一般采用兩級電壓，除起動/公用/備用變壓器電源由廠內升壓站引接外，其他接線與圖3一致。

⑶設置起動/公用/備用變壓器時，單臺起動/公用/備用變壓器的容量選擇考慮以下三種運行狀態下的最大容量：

圖2 某裝設GCB的沙特2×660MW機組13.8/6.6kV兩級電壓廠用電接線

圖3 某裝設GCB的印度2×660MW機組11/3.3kV兩級電壓廠用電接線

表3 起動/公用/備用變壓器運行狀態

1.4 二次部分

國外火力發電廠的機組保護配置、控制方式等有以下不同特點：

⑴ 保護配置

① 保護雙重化方式不同，國內大容量機組保護多采用完全雙重化保護配置，國外工程中保護較多配置發變組大差動及發電機、主變、廠變小差動方式實現主保護雙重化，有部分工程發電機的后備保護采用雙重化配置。

② 中性點接地的變壓器除了配置零序過電流保護外還需配置限制性接地保護。

③ 發電機相間短路故障后備保護，國內大容量機組采用復合電壓(包括負序電壓及線電壓)起動的過電流保護，國外工程常要求配置阻抗保護。

④ 發電機定子接地保護除采用零序電壓和三次諧波原理的95%，100%定子接地保護外。定子接地也有要求配置注入式接地保護。

⑤ 發電機轉子接地保護要求采用注入式轉子接地保護。

⑥ 發電機匝間保護，國內工程根據保護規程配置專用的匝間保護，國外工程中多不要求配置該原理的匝間保護。

⑵ 控制方式

國內工程電氣均采用計算機監控方式，但在國外一些工程中仍要求采用控制屏(臺)控制方式，個別工程還要求機組設置備用的發電機控制臺。

1.5 電氣部分計算

國外項目的電氣部分計算主要包含以下內容：

短路電流計算；廠內潮流計算；廠用高、低壓變壓器容量選擇計算；最大一臺電動機起動時的壓降計算；直流、蓄電池容量選擇計算；PT、CT選擇計算；接地計算；防雷計算等。

直流、蓄電池容量選擇可根據IEEE 485標準手算，PT、CT選擇可根據IEC 60044標準手算。其他計算均可采用商用的計算程序進行計算，程序中帶有IEEE、IEC、ANSI等規程的計算方法，可根據不同工程在合同中簽訂的計算標準進行相應的計算。

2 國外燃氣—蒸汽聯合循環電站電氣設計特點

2.1 電氣主接線

燃氣—蒸汽聯合循環電站的電氣主接線的各電壓等級接線形式基本與火力發電廠相同，當燃機采用LCI/SFC起動時，需要裝設發電機出口斷路器。一般僅在燃機出口裝設廠用高壓變壓器，汽輪發電機出口不裝設廠用高壓變壓器。

見圖4電廠中220kV系統采用一個半接線，發電機裝設出口斷路器，廠用中壓段互相牽手，不裝設起動/備用變壓器，主接線簡單清晰。

圖4 某2+1燃氣-蒸汽聯合循環項目電氣主接線

2.2 廠用電接線

燃氣—蒸汽聯合循環電站的廠用電接線多采用僅在燃機出口裝設廠用高壓變壓器，汽輪發電機出口不裝設廠用高壓變壓器的廠用電接線。國外項目中廠用高壓段互相牽手，汽機及廠區公用系統的高壓負荷分別連接在不同的燃機工作段上。

從圖4中可以看出，該電廠設置兩段廠用高壓段，互相牽手，給全廠輔助用電系統配電。

值得注意的是，國外的燃氣-蒸汽聯合循環電站多有黑起動功能要求，需要根據項目的實際情況，研究黑起動柴油發電機的設置。由于黑起動柴油發電機的容量要求較高，應通過技術經濟比較來確定黑起動柴油機的數量和單臺柴油機的容量。當選用多臺小容量柴油機并機實現黑起動功能時，應充分考慮其起動邏輯及并機順序問題。

3 國內外電氣部分設計的差異

根據已執行的國外電廠情況來看，國外項目與國內項目的差異主要表現在以下幾個方面：

3.1 電氣主接線的差異

國外火力發電廠廠內升壓站一般有兩個高壓電壓等級，各電壓等級之間采用自耦聯絡變壓器聯系。

國內的火力發電廠，除煤電一體化或自備電廠外，電氣主接線均力求簡潔、清晰，盡量降低投資。一般廠內僅設置一個高壓電壓等級。而國外項目的電氣主接線形式更為復雜，電氣設備數量及其初投資較高，運行維護復雜。

3.2 起備變的設置

印度項目一般兩臺300MW或600MW等級機組設置一臺或兩臺起動/公用/備用變壓器，容量選擇見上文所述，按照該方式計算出的起動/公用/備用變壓器容量大于國內機組。

國內兩臺300MW或600MW等級機組僅設置一臺雙分裂起動/備用變壓器，且容量僅考慮一臺機組的備用計算容量，遠小于國外項目中的起動/公用/備用變壓器容量。

3.3 變壓器檢修方式

國外工程多有設置變壓器檢修軌道要求，用于檢修時將變壓器拖出至專門的檢修場地。而國內的變壓器一般不設置永久性檢修軌道。

3.4 廠用電接線的差異

國外火力發電廠的廠用電系統接線也較為復雜，600MW及以上機組，廠用電接線一般采用兩級電壓，廠用兩級電壓多采用降壓變由較高電壓等級給較低電壓等級的廠用高壓段供電。而國內的600MW機組，廠用電接線一般采用10 kV或6kV一級電壓，如采用兩級電壓，廠高變也多采用三繞組變壓器，簡化了廠用電接線，減少了廠用中壓系統的設備數量，節約了主廠房內的中壓配電室空間。

3.5 設置獨立的配電室

由于濕熱帶地區有雨季問題，一般國外項目會要求所有的電氣配電盤柜，包括MCC，均應設置獨立的配電室，而國內的MCC是布置在各個工藝車間內，不設置獨立的配電室。

3.6 防雷接地差異

國外項目的接地設計一般采用IEEE 80-2000 Guide for Safety in AC Substation Grounding標準或IEEE Std 665 IEEE Guide for Generating Station Grounding標準，防雷設計可采用IEEE 998-1996 IEEE Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of Substations標準中的滾雷法或NFPA 780 Standard for the Installation of Lightning Protection Systems標準中的相關要求進行設計。

國內的防雷接地設計則采用DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合和DL/T621-1997交流電氣裝置的接地兩個標準為依據進行防雷接地系統的設計。

國內外不同的規范對于防雷接地設計的理念有所不同，但結果基本一致。

3.7 規程規范及標準差異

國外項目根據合同簽訂的內容，一般采用IEEE或IEC標準，也有一些中東和南美國家會采用NFPA標準和ANSI標準。國內項目則采用GB和DL標準進行發電廠的電氣設計。這些標準中有很多細節處不盡相同。對此，應在執行國外項目時仔細研讀合同中對于標準的要求，以便按照正確的標準進行設計和相應的選型計算。

4 結語

綜上所述，國內外火力發電廠及燃氣-蒸汽聯合循環電站項目在電氣設計方面還存在較大差異，究其原因，筆者認為主要是由于項目所在國家的電網較為薄弱，對于電廠的可靠性要求較高，因此在電氣系統和設備的配置上都較國內電廠的電氣設計方案復雜。

[1]高有權，高華，魏燕.發電機變壓器繼電保護設計及整定計算[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2]IEC 60038-2009，標準電壓[S].