試論大型發電廠電氣主接線優化方案

文亮

【摘要】大型發電廠直接關系著國民經濟發展，作為其重要組成部分，電氣主接線的設計尤為關鍵。首先闡述了其設計應滿足的三項要求，然后結合實例，針對其原設計方案的不足，提出了優化后的方案。

【關鍵詞】大型發電廠；電氣主接線優化方案；靈活性；經濟性

引言

隨著用電需求的增長，許多大型發電廠相繼建立起來，在電力系統中發揮著基礎性作用。由于線路設備眾多，結構龐大，大型發電廠的設計有一定難度。尤其是電氣主接線，作為其中的關鍵部分，連接方式及運行狀態直接關系到發電供電的穩定性和安全性。合理的設計對工程質量、投資、效益等多方面都大有裨益，雖然主接線的連接方式不斷改進，但控制回路接線過于復雜，容易引起故障。這就要求對電氣主接線進行優化，以促進電網事業的進步。

1.電氣主接線及其要求

電氣主接線指的是發電廠、變電所為滿足預定的功率傳送及運行而設計的，用以表明高壓電氣設備之間相互連接關系的傳送電能的電路。主接線意義重大，在設計時往往要綜合電氣設備規格、出線條件、配電裝置以及周圍環境等多項因素加以考慮。先對原始資料進行仔細分析，然后擬定主接線方案。通常需要滿足以下3方面的要求：

1.1 可靠性

發電廠是電力系統發電的源頭，其可靠性直接決定著后續變電、輸配電等環節。所以要全面考慮一次元件和二次元件的質量及運行狀況，如斷路器、母線、互感器、繼電保護、隔離開關等。需保證在檢修中不會影響到正常供電，且盡量減少發電廠因此而停電的幾率；在母線、斷路器檢修中確保能夠滿足各類負荷對供電的要求；預估全部機組停電后可能產生的后果；根據實際運行效益及積累的經驗客觀地評價其可靠性。

1.2 靈活性

發電廠內部結構較為復雜，工作情況多變，電氣主接線必須要靈活方便使用。即在工作情況有所轉變，或部分設備處于檢修狀態時，可通過其他方式靈活調度，確保供電不會中斷。以實現系統的簡化，進而合理地調配電源負荷。具體要求為：在事故中可靈活地將故障線路切除；在母線、繼電保護設備等處于檢修狀態時，能夠方便地將其停運，以保證電網正常運行；從初期到最終接線能夠順利過渡，擴建中一次設備和二次設備盡量少的更新。

1.3 經濟性

在滿足靈活性和可靠性的基礎上，還需考慮設計的經濟性。主要體現在以下三個方面：①節省投資。主接線系統包含眾多設備和線路，且隨著技術的更新需不斷改進，這必然要投入大量成本。所以在設計時應遵循簡單的原則，以節省一次設備及二次設備的投資成本；②節能降耗。大型發電廠規模較大，通常需要占用大量土地，主接線設計時應考慮如何減少占地面積，對配電裝置的配置進行優化，從而可減少水泥、鋼鐵等基礎材料的用量；為起到節能降耗的目的，應采取有效的措施對短路電流加以限制，以選擇輕型的電器及小截面的載流導體；變壓器的型式、數量等均要按照用電需求具體而定，以免造成浪費。

2.某大型發電廠的電氣主接線方案設計

某發電廠占地面積475000m2，在2009年完成一2×600MW燃煤發電機組的建設工程，主接線以3/2接線方式為主，即3臺斷路器串聯跨接在兩組母線之間，且兩個回路依次與中間斷路器兩端的雙母線相接。發電機組通過220KV線路和550KV線路與電網相連，經主變升壓后，發電機直接接入500KV系統。

2.1 主接線方式的優勢

該發電廠采用3/2方式，有3臺斷路器串聯。在運行中，即便一臺因故障而無法正常運行，也不會影響到其他回路的工作；而且某段母線出現異常，通常也能夠實現持續供電，可見其靈活性和可靠性較好；此外，若采用雙斷路器雙母線的接線方式，其出口沒有隔離開關，會帶來諸多不便，而3/2接線方式則可有效解決這一問題；每一條回路可以少半臺斷路器，從而減少投資費用。

2.2 不足之處

在有著諸多優勢的同時，此接線方式的不足之處也應加強重視。如二次接線頗為復雜，從其連接形式及CT配置方案可知，保護存在重疊區和死區，且保護動作十分繁雜。不方便設備的檢修維護，當某一個斷路器處于檢修狀態時，其他斷路器或發生拒動，極易導致另一臺斷路器的停運，以至于引起大面積停電；為使流過母線的電流有所減少，發電廠要合理地分配供電潮流，電源側和負荷側的回路應搭配在1串斷路器內。在選擇線路斷路器時，需符合單相重合閘的要求，所以必須具備分相操作的操作機構。另外，為避免出現發電機非全相運行的狀況，發電機——變壓器組的斷路器需選用三相聯動的操作機構。而該廠的這一連接方式顯然難以滿足這些要求；部分繼電保護裝置頻繁出現“和電流” 的現象，容易引起保護誤動，進而引發電力安全事故。所以要安裝“和電流”保護器，這便使得控制回路接線更為復雜。

3.電氣主接線方案的優化

3.1 優化后的方案

針對3/2接線方式的不足，該廠提出一種新的接線方式，即1/2接線方式。隨著電網事業的進步，系統容量大幅增長，而單機容量的地位有所削弱。某單個發電機即便停止工作，系統也能夠正常運行。在高科技的推動下，超高壓斷路器的性能逐步提升，在發生故障后，發電機組的停運幾率降低。而且國內的輸電線路電壓等級也在不斷提高，加上輸電距離越來越遠，對系統的穩定性提出了更高的要求。綜合這些因素考慮，該廠設計了一種簡單、可靠而且靈活、經濟的1/2接線方式。如圖1 所示。

該方式是在雙母線雙斷路器接線方式的基礎上發展起來的，屬于“單雙斷路器”方式，所以稱其為1/2方式。其中，“1”指的是利用1臺斷路器對發變組加以控制，“2”指的是利用2臺斷路器對系統線路進行控制。與普通方式相比，該方式不存在母聯和旁路，更加簡單可靠。該發電廠屬于大型發電廠，發電機組較多，若斷路器的可靠性有良好的保障，則對發電機組暫停運行的要求則不會太高，且利用1臺斷路器控制發電機組更加經濟。若面對的是超高壓線路或特高壓線路，盡量選擇使用2臺斷路器控制1回線路，以維護系統的安全穩定。

3.2 該電氣主接線的優勢

①對非全相運行故障具有明顯的預防效果。該發電廠采用此接線方式，可通過電氣聯動的斷路器在發電機組的高壓側斷路器的運用，預防發電機組的非全相運行保障；

②繼電保護回路簡單，可靠性提高。1/2電氣主接線方式使繼電保護消除了“和電流”現象，繼電保護回路變得簡單，可靠性大幅提升；

③操作的概率大大降低。原來的接線方式，為保障斷路器具備完整性，停電或送電操作某一回路時有一個解環和合環的操作過程，操作規程極其復雜，且容易出現誤操作。而采用1/2接線方式后，因不存在中間斷路器，斷路器的控制方式成為唯一方式，其控制回路、同期回路以及保護回路的接線大大簡化，其相對應的操作程序也得到簡化，進而降低了誤操作的概率；

④有利于運行與檢修。原來接線方式中所涉及的問題較多，如有失靈保護的配合、繼電保護的檢修、電流互感器的配置、電壓互感器的配置、二次線安裝單位的劃分等。而優化后的設計方案則有效避免了上述問題，二次接線簡化后，二次回路的故障概率也大大降低，對運行和檢修都極為有利。同時還有利于提高電氣主接線的可靠性；

⑤投資成本更低。與之前的方式相比，優化后的方案在成本上明顯更具優勢。此外，該接線方式有利于發電廠在主變高壓側進行上網電量的計量，適合廠網分開后競價上網的需求。

3.3 優化方案存在的不足

該接線方式是以雙母線接線方式為基礎的改進，所以也會存在雙母線接線方式的某些缺陷，假設一段母線出現故障，或者斷路器啟動了失靈保護，這一段母線便會失電，導致全廠一半的機組停止運行，極易破壞到系統的穩定性。

4.結束語

電氣主接線是電網中的重要組成部分，其設計是否合理直接關系到電力系統的正常運行，所以在設計時務必要綜合考慮可靠性、經濟性和靈活性。就目前而言，多數發電廠在設計時都采用3/2的接線方式，但該方式存在有很多不足。對此，本文提出了一種簡單可靠的1/2接線方式，并對其進行了分析。

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