大型發電廠電氣系統的研究與設計分析

郭勝崢

摘 要：電氣系統是發電廠發電的主要動力，是所有工作中重要的一環，對電氣系統的研究與設計可以優化系統的運行，保持系統運行的穩定性，以及電網的安全。電力系統的運行包括多個設備與線路，會使用發電機出口斷路器及啟動/備用電源方案技術。本文是以大型發電廠電氣系統為切入點，展開論述。

關鍵詞：發電廠；電氣系統；研究；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.159

0 引言

社會的快速發展，增加了人們對電力的的使用要求，給發電廠的運行施加了很大的壓力，很多新的發現技術應運而生。對于大型發電廠來說，需要加大對電氣系統的研究力度，優化系統的設計，特別是發電技術的應用，使設備穩定運行。

1 發電機出口斷路器及啟動/備用電源

它是大型發電廠主要使用的發電技術，適用于容量為1000MW的發電機組，其整體運行的穩定性會直接決定電網的安全，連接方式的設置以及電源引接的優化，可以提高發電的效率，便于操作與維護。但斷路器與啟動/備用電源兩者是相對獨立的設備，具有一定的關聯性。

1.1 安裝斷路器的優勢與不足

（1）優勢。當發電廠內部運行出現故障后，可以直接越過發電機與高壓側的斷路器，停止供電，保護電力生產的設備與系統。

發電機與變壓器可以選擇性的跳閘，保護連接設備的線路，如果發電機運行出現故障，不需要通過高壓側斷路器，即可斷開電路，保護發電廠的電源，有利于排除鍋爐、汽機過熱誤報故障，快速恢復機組運行[1]。

發電廠用電可以隨意切換，斷路器安裝后，發動機組的啟動情況，以及停機電源的使用，都會通過主變轉移到高廠，實現并網發電，需要中途用電網切換。只有變壓器出現故障后，才會利用廠用電源轉化，減少了切換的次數，保證了電廠用電的可靠。

（2）主要問題。從設備與供貨渠道兩方面分析，要求使用的設備穩定、可靠，有多個供貨渠道，而斷路器多從國外進口，價格較高，增加了成本的投入，并且斷路器如果出現故障，需要大量的維修費用，備用的零散部件種類與數量不足。

為了達到電壓的要求，發電廠需要安裝調壓開關，使系統的可靠性受損，同時，電動機組的啟動順序會受到限制，也不會在電壓過低時啟動機組，使機組啟動受阻。

系統中安裝斷路器后，需要在回路上放置一個潛在故障點，并安裝斷路器失靈后的保護措施。

如果不安裝斷路器，廠房整體線路的設計會變得復雜，需要增設廠房的占地面積，并設置多個小空間，增加房屋建設的費用。

1.2 啟動/備用電源的引接

（1）可靠性。可靠性是發電廠各方用電對啟動/備用電源可靠想提出的要求，有多套方案。在廠用電系統的方案有三個：其一，廠內用電系統可靠性的分析是，作為機組運行使用的備用電源，要求有較高的穩定性，其二、其三都會使用斷路器，但備用電源只負責故障停機與設備檢修，或是為機組停機備用做準備，穩定性要求較低。

外來電源的使用則是，上述的前兩個方案會直接從500kV的配電裝置上引接，但配電裝置有兩個回線路，與系統相連，電源處于空載的狀態，負荷運轉的時間很短。第三個方案是不會使用備用變與外接電源，兩個機組互為電源，可靠性較低[2]。

對于變壓器可靠性的解讀則是，從500kV的電壓降為電廠使用的電壓，這是很多大型發電廠普遍使用的情況，電力系統運行沒有出現故障，所以每個方案的可靠性都可以滿足。

（2）靈活性與安全性。對于靈活性與安全性，每個方案都不需要使用備用電源，并且備用電源與電廠內使用的電壓基本相同，用電切換時的較短，有較高的安全性，可靈活運用，但第三個方案因為兩個機組互為對應，機組單元性不足。

2 高壓廠用電接線設計

大型發電廠運行會采用機、電、爐等不同單元，且電動機容量較大、數量又多，之間互為關聯。其用電系統的設計較為復雜，其安全與穩定會對系統產生重要影響。

近幾年，為了實現節能減排，發電廠又增加了數個環保系統，就像是濕法除塵等，而發電廠為了得到更高的經濟利益，會優化整個系統的設計，以減少各項成本的投入。這些環保系統以及系統的優化，會在原有基礎上增加電力系統的負荷量，提出新要求[3]。其方案設計的優化主要從以下兩方面體現出來：

2.1 用電電壓的等級設計

國內大型發電廠使用的電壓機組都超過了1000MW，其設計情況是尚未有統一的實施方案，表現出來的特點是電廠使用母線電壓的段數明顯變少，逐漸向同一個電壓過渡，便于維護，減少了備件的種類。

2.2 設計的三種方案

方案一：10kV的一級電壓，每個機器都有2段高壓母線，高廠變會選擇其中一臺作為分裂變，兩個機器各自對應著一臺雙卷變，母線短路的界定范圍不超過40kA。方案二：6kV的一級電壓，每個機器都有3段高壓母線，高廠變會選擇其中一臺作為分裂變，兩個機器各自對應著一臺雙卷變，母線短路的界定范圍不超過50kA。方案三：10kV的一級電壓，每個機器都有2段高壓母線，高廠變會選擇其中一臺作為分裂變，兩個機器共同使用一臺備用變，機器的碼頭符合連接的是廠房內的10kV段，母線短路的界定范圍不超過50kA。

3 結語

對大型發電廠電氣系統的研究與設計分析，會從發電機出口斷路器及啟動/備用電源、高壓廠用電接線設計兩方面分析，前者分析了安裝斷路器的優勢與不足，以及啟動/備用電源的引接，后者是根據前者的論述，確定了電廠使用的電壓等級，給出了三個方案。這種研究與設計的方法可以實現電力系統設計的創新，優化系統的整體設計，保證了電力系統運行的穩定。

參考文獻：

[1]陳晨.火力發電廠電氣一次系統的設計總結性分析[J].中國高新技術企業，2013（08）：139-140.

[2]王少蕊.淺談火力發電廠的脫硝電氣系統設計分析[J].科技創新與應用，2016（13）：136.

[3]嚴奉蓮.發電廠電氣監控系統及其測控單元的研究[D].中國海洋大學，2012.