適用于發(fā)電機與中性點同側出線的集成柜研究與應用

陳祎熙 許正同 錢正國 李林浩 高清華

摘要：作為火力發(fā)電廠的重要設備，發(fā)電機的設計及布置極其重要。發(fā)電機設計的重點是如何通過母線連接至變壓器，將電能接入電網(wǎng)。針對該問題，重點研究并設計了一種適用于發(fā)電機與中性點同側出線的集成柜，可優(yōu)化發(fā)電機出線側的設備布置，確保發(fā)電機出線與中性點出線的穩(wěn)定與安全，降低設備檢修維護的難度，提高母線轉換的靈活性。

關鍵詞：發(fā)電機；中性點；集成柜；出線

中圖分類號：TM621.3? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）12-0061-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.12.016

0? ? 引言

隨著“先立后改”政策的穩(wěn)步推進[1]，火力發(fā)電在我國電力系統(tǒng)中的地位愈加堅固。發(fā)電機作為火力發(fā)電廠的核心組件，其可通過出線連接至變壓器，將電能接入電網(wǎng)[2]。

發(fā)電機出線包含三相發(fā)電出線和三相中性點出線。電廠發(fā)電機發(fā)電出線端子一般表示為U1、V1、W1，中性點出線端子一般表示為U2、V2、W2，中性點接地方式采用非直接接地方式。非直接接地方式分為三種情況：不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)高阻接地。其中不接地方式中性點應裝設電壓為額定相電壓的避雷器，以防止三相進波在中性點反射引起過電壓[3]。發(fā)電出線與中性點出線側均裝備電流互感器，為保護裝置與測量儀表提供電流信號[4-5]。

在火力發(fā)電廠設計中，發(fā)電機出線端子一般通過銅排母線接入發(fā)電機出線小室，發(fā)電機出線與中性點出線若是同側出線，則在發(fā)電機出線小室內(nèi)需要考慮發(fā)電機出線電流互感器、中性點出線電流互感器、電流互感器端子箱、中性點接地設備的布置與安裝。除此之外，銅排母線因其裸露的特性，進入發(fā)電機出線小室后還需轉換為固體絕緣母線。因此，對于發(fā)電機與中性點同側出線的設計一般較為繁雜，目前常用的設計方案是將發(fā)電機出線電流互感器和中性點電流互感器嵌入發(fā)電機小室墻體內(nèi)，中性點接地設備則通過在發(fā)電機小室內(nèi)圈出固定一塊區(qū)域，圍以鋼柵欄布置其中。該設計方案的缺點在于電流互感器嵌入墻體維護檢修困難、設備敞露易危及生命安全、集成度低、占地面積大、母線轉換困難等。

鑒于此，本文重點研究并設計了一種適用于發(fā)電機與中性點同側出線的集成柜，其可優(yōu)化發(fā)電機出線側的設備布置，確保發(fā)電機出線與中性點出線的穩(wěn)定與安全，降低設備檢修維護的難度，提高母線轉換的靈活性。

1? ? 集成柜方案及具體實施

本文所提出的發(fā)電機與中性點同側出線集成柜包括柜體、發(fā)電機出線母線銅排、中性點出線母線銅排、發(fā)電機出線進線端子、中性點出線進線端子、發(fā)電機出線出線端子、發(fā)電機出線電流互感器、中性點出線電流互感器、絕緣隔板、支柱絕緣子、槽鋼、柜門、電流互感器端子箱、電纜、中性點接地設備、接地端子、接地電纜等。本節(jié)將結合示意圖對所提出的發(fā)電機與中性點同側出線集成柜技術方案、優(yōu)點進行進一步的完整描述。本文提出的發(fā)電機與中性點同側出線集成柜的側視圖、俯視圖、主視圖、后視圖分別如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

由圖1、圖2可見，本文所提出的發(fā)電機與中性點同側出線集成柜包括柜體1、發(fā)電機出線母線銅排2、中性點出線母線銅排3、發(fā)電機出線進線端子4、中性點出線進線端子5、發(fā)電機出線出線端子6、發(fā)電機出線電流互感器7、中性點出線電流互感器8、絕緣隔板9、支柱絕緣子10、槽鋼11、柜門12、電流互感器端子箱13、電纜14、中性點接地設備15、接地端子16、接地電纜17。

關于集成柜柜體外部特征，由圖1、圖2可見，發(fā)電機出線進線端子4與中性點出線進線端子5布置于集成柜柜體后側，兩組進線端子分上下兩層布置，發(fā)電機出線進線端子4布置于柜體上層，中性點出線進線端子5則布置于柜體下層。由圖3可見，發(fā)電機出線出線端子6布置于柜頂靠柜前側，電流互感器端子箱13壁掛于柜體左側。

關于集成柜柜體內(nèi)部特征，由圖1、圖2可見，發(fā)電機出線電流互感器7穿套安裝在發(fā)電機出線母線銅排2上，中性點出線電流互感器8則穿套安裝在中性點出線母線銅排3上。發(fā)電機出線電流互感器7和中性點出線電流互感器8由絕緣隔板9環(huán)繞一周，起到與集成柜柜體內(nèi)其他布置的絕緣阻隔作用。此外，發(fā)電機出線電流互感器7和中性點出線電流互感器8將電流信號匯集在集成柜側邊的電流互感器端子箱13中，再由端子箱將電流互感器采集到的電流信號統(tǒng)一輸出至保護裝置與測量儀表。

由圖1、圖2還可見，發(fā)電機出線母線銅排2由集成柜柜后發(fā)電機出線進線端子4進入柜體1，再由柜頂發(fā)電機出線出線端子6引出。中性點出線母線銅排3則由中性點出線進線端子5進入柜體1，在集成柜柜體前側，中性點出線母線銅排3三相星型連接，形成中性點N。中性點N通過接地電纜與中性點接地設備15連接接地，該中性點接地設備15布置于柜體1右側靠前角落，垂直布置于集成柜柜體中。集成柜柜體1預留有與主接地網(wǎng)連接的接地端子16，而中性點接地設備17與接地端子16之間利用接地銅排連接。柜體1內(nèi)母線銅排、電流互感器、絕緣隔板、中性點接地設備均借助支柱絕緣子10和槽鋼11輔助支撐。

2? ? 工程實例

本文所提出的發(fā)電機與中性點同側出線集成柜技術方案已在廣東華電清遠華僑工業(yè)園天然氣分布式能源站項目進行了應用。該集成柜布置于主廠房汽機發(fā)電機小室中，其平面布置圖如圖5所示，#2汽機發(fā)電機的集成柜布置在主廠房4.5 m層B-C跨的5-6軸之間，#4汽機發(fā)電機的集成柜布置在主廠房4.5 m層B-C跨的9-10軸之間。

其斷面布置圖如圖6所示。

集成柜現(xiàn)場布置如圖7所示。

3? ? 結論

本文所提出的發(fā)電機與中性點同側出線集成柜將發(fā)電機、中性點出線相關的設備集中布置于一體，相比于傳統(tǒng)布置，該布置結構更加緊湊，占地空間顯著減少，集成度大幅提高，設備布置優(yōu)化效果明顯。本文所提出的集成柜由于柜體的高封裝性，確保了發(fā)電機與中性點出線相關設備的穩(wěn)定與安全。另外，本文所提出的集成柜由于柜體內(nèi)結構空間的合理布置，確保了打開柜門即可完成主要設備的檢修，降低了設備檢修維護的難度，并且由于柜頂預留了母線出線端子，便于各種母線形式的轉換，可提高母線轉換的靈活性。

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收稿日期：2024-03-04

作者簡介：陳祎熙（1993—），男，江蘇南通人，工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣設計。