發電廠電氣主接線可靠性比較分析

戴蘇平

（貴溪發電有限責任公司，江西 貴溪 335400）

作為電力系統的一個重要組成部分，發電廠的電氣主接線可靠性是整個電力系統可靠性研究的重要方面。可以將發電廠電氣主接線可靠性定義為在給定的可靠性準則和指標的情況下，對整個發電廠電氣主接線可靠性進行評估，其對整個電力系統的安全穩定和經濟運行都具有非常重要的影響[1]。在保障整個發電廠主接線具有足夠可靠性的前提下，對發電廠主接線進行合理的優化具有重要的意義。本文對發電廠電氣主接線可靠性進行了比較分析。

1 發電廠電氣主接線的故障影響及相應的可靠性指標

圖1 發電廠電氣主接線對電力系統安全穩定性的影響

在進行可靠性研究時，應以元件故障為基礎計算整個系統的可靠性[2]。發電廠的電氣主接線作為整個電力系統整體的一個環節，其不是孤立地運行的，而是與整個電網的負荷及用電情況都具有重要的影響。發電廠的電氣主接線是整個能源傳輸通道的連接點，其故障對電力系統的安全穩定運行具有重要影響，如圖1所示。

根據圖1所示，發電廠的電氣主接線應滿足運行的穩定性和連續性等可靠性要求。因此，本文從安全穩定性和連續性兩方面來定義可靠性指標。

1）反映供電連續性的可靠性指標。發電廠的電氣主接線對輸電線路供電連續可靠性指標為：①輸電線路的故障頻率fl；②輸電線路的可用度Al。

2）反映安全穩定運行的可靠性指標，有：①m臺發電機發生被迫停運的概率PIG；②m條出線發生被迫停運的概率PLG。

通過上述指標可以發現，發電廠機組和輸電線路的被迫停運都會導致整個電力網絡出現動態振蕩或瞬時振蕩，甚至還有可能導致電壓失穩的發生。

2 基于狀態空間的發電廠電氣主接線可靠性比較方法

狀態空間法是以馬爾夫模型為基礎的，通過對系統中各個元件故障狀態及各個狀態之間的轉移模式、概率進行了分析，確定系統整體的可靠性指標[3]。發電廠電氣主接線可靠性分析和評估是基于主接線網絡拓撲結構，通過分析電廠主接線狀態，可以找系統中各個元件變化對整體可靠性的影響。通常采用最小割集的方法來進行：

假設最小割集S為，其中最小的割集為，若Ci中的所有元件都發生了故障，則系統將出現故障，因此：

由于發電廠電氣主接線十分復雜，因此其最小割集數量較大，可以對模型對如下簡化。

將系統的狀態空間劃分為WF域和FF域，其中WF表示系統正常狀態的空間，而FF表示為系統故障狀態的空間。可得到系統的故障概率近似表達式可以表示為

其中，fF表示為系統的故障概率，Mi表示為從最小隔集狀態向正常狀態的轉移率。

3 發電廠電氣主接線可靠性比較

3.1 元件可靠性參數

某發電廠裝機容量為100MW，線路長度為100km，元件原始可靠性參數見表1。

其中，PN表示為元件的正常狀態的概率，PR表示為故障切除后修復的狀態概率，PS表示為擴大型的故障狀態概率，PM表示為計劃中檢修的概率，Pf表示為斷路器為拒動狀態的概率。

表1 元件原始可靠性參數

3.2 可靠性指標計算

通過上述元件可靠性指標，結合最小割集法，對發電廠電氣主接線可靠性指標進行計算，其中負荷點1、2、3的供電連續性指標如表2所示，運行安全性指標如表3所示。

表2 供電連續性指標

表3 運行安全性指標

3.3 可靠性分析比較

從上述計算出的可靠性指標可以發現，對于發電廠電氣主接線而言，3/2斷路器接線無論是在元件發生單重故障還是雙重故障，其可靠性的指標均是比雙母線好的。其主要原因如下。

1）在雙母線的接線方案中將無法形成多環路的供電模式，其一個回路是由一臺斷路器進行供電的，母線連接方式較為脆弱；而3/2斷路器是一種環網的供電方式，其一個回路是由兩臺斷路器進行供電的，在負荷出線處和電源進線處都具有雙母線供電的優點，斷開任意一個斷路器將不會對供電造成影響。

2）3/2斷路器的接線隔離開關只是作為檢修的電氣設備，其是不需要進行任何的倒閘操作的，這就避免了由于對隔離開關進行誤操作所導致的事故，且在對事故進行處理時，利用相關的斷路器可以迅速消除事故；雙母線隔離開關在操作電氣設備時需要改變相關的運行方式，這就需要進行倒閘操作，不僅容易造成事故，而且對事故進行處理時速度較慢，供電可靠性較低。

3）3/2斷路器接線方式在對斷路器進行檢修時無需帶任何旁路操作，可以對缺陷進行及時發現和處理，保證了斷路器能夠長期處于良好的狀態；雙母線接線方式進行檢修時，一次回路需要帶旁路運行的，這就降低了供電可靠性。

4 結論

對發電廠電氣主接線進行選型時要從電力系統整體出發，合理分析電廠主接線的可靠性，根據發電廠在電力系統中的地位，合理確定發電廠電氣主接線形式，提高發電廠電氣可靠性和安全性的同時增強發電廠電氣的經濟性，取得經濟性和可靠性的綜合最優。

[1]郭永基.電力系統及電力設備的可靠性[J].電力系統自動化,200,25(17):53-56.

[2]周志超,張焰,王偉,等.變電站供電可靠性的定量評估[J].電力系統及其自動化,2004,28(9):66-69,80.

[3 ]宋云亭,郭永基,程林.電力系統可靠性基本數據的統計分析[J].繼電器,2002,30(7):14-17.