试论大型发电厂电气主接线优化方案

文亮

【摘要】大型发电厂直接关系着国民经济发展，作为其重要组成部分，电气主接线的设计尤为关键。首先阐述了其设计应满足的三项要求，然后结合实例，针对其原设计方案的不足，提出了优化后的方案。

【关键词】大型发电厂；电气主接线优化方案；灵活性；经济性

引言

随着用电需求的增长，许多大型发电厂相继建立起来，在电力系统中发挥着基础性作用。由于线路设备众多，结构庞大，大型发电厂的设计有一定难度。尤其是电气主接线，作为其中的关键部分，连接方式及运行状态直接关系到发电供电的稳定性和安全性。合理的设计对工程质量、投资、效益等多方面都大有裨益，虽然主接线的连接方式不断改进，但控制回路接线过于复杂，容易引起故障。这就要求对电气主接线进行优化，以促进電网事业的进步。

1.电气主接线及其要求

电气主接线指的是发电厂、变电所为满足预定的功率传送及运行而设计的，用以表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。主接线意义重大，在设计时往往要综合电气设备规格、出线条件、配电装置以及周围环境等多项因素加以考虑。先对原始资料进行仔细分析，然后拟定主接线方案。通常需要满足以下3方面的要求：

1.1 可靠性

发电厂是电力系统发电的源头，其可靠性直接决定着后续变电、输配电等环节。所以要全面考虑一次元件和二次元件的质量及运行状况，如断路器、母线、互感器、继电保护、隔离开关等。需保证在检修中不会影响到正常供电，且尽量减少发电厂因此而停电的几率；在母线、断路器检修中确保能够满足各类负荷对供电的要求；预估全部机组停电后可能产生的后果；根据实际运行效益及积累的经验客观地评价其可靠性。

1.2 灵活性

发电厂内部结构较为复杂，工作情况多变，电气主接线必须要灵活方便使用。即在工作情况有所转变，或部分设备处于检修状态时，可通过其他方式灵活调度，确保供电不会中断。以实现系统的简化，进而合理地调配电源负荷。具体要求为：在事故中可灵活地将故障线路切除；在母线、继电保护设备等处于检修状态时，能够方便地将其停运，以保证电网正常运行；从初期到最终接线能够顺利过渡，扩建中一次设备和二次设备尽量少的更新。

1.3 经济性

在满足灵活性和可靠性的基础上，还需考虑设计的经济性。主要体现在以下三个方面：①节省投资。主接线系统包含众多设备和线路，且随着技术的更新需不断改进，这必然要投入大量成本。所以在设计时应遵循简单的原则，以节省一次设备及二次设备的投资成本；②节能降耗。大型发电厂规模较大，通常需要占用大量土地，主接线设计时应考虑如何减少占地面积，对配电装置的配置进行优化，从而可减少水泥、钢铁等基础材料的用量；为起到节能降耗的目的，应采取有效的措施对短路电流加以限制，以选择轻型的电器及小截面的载流导体；变压器的型式、数量等均要按照用电需求具体而定，以免造成浪费。

2.某大型发电厂的电气主接线方案设计

某发电厂占地面积475000m2，在2009年完成一2×600MW燃煤发电机组的建设工程，主接线以3/2接线方式为主，即3台断路器串联跨接在两组母线之间，且两个回路依次与中间断路器两端的双母线相接。发电机组通过220KV线路和550KV线路与电网相连，经主变升压后，发电机直接接入500KV系统。

2.1 主接线方式的优势

该发电厂采用3/2方式，有3台断路器串联。在运行中，即便一台因故障而无法正常运行，也不会影响到其他回路的工作；而且某段母线出现异常，通常也能够实现持续供电，可见其灵活性和可靠性较好；此外，若采用双断路器双母线的接线方式，其出口没有隔离开关，会带来诸多不便，而3/2接线方式则可有效解决这一问题；每一条回路可以少半台断路器，从而减少投资费用。

2.2 不足之处

在有着诸多优势的同时，此接线方式的不足之处也应加强重视。如二次接线颇为复杂，从其连接形式及CT配置方案可知，保护存在重叠区和死区，且保护动作十分繁杂。不方便设备的检修维护，当某一个断路器处于检修状态时，其他断路器或发生拒动，极易导致另一台断路器的停运，以至于引起大面积停电；为使流过母线的电流有所减少，发电厂要合理地分配供电潮流，电源侧和负荷侧的回路应搭配在1串断路器内。在选择线路断路器时，需符合单相重合闸的要求，所以必须具备分相操作的操作机构。另外，为避免出现发电机非全相运行的状况，发电机——变压器组的断路器需选用三相联动的操作机构。而该厂的这一连接方式显然难以满足这些要求；部分继电保护装置频繁出现“和电流” 的现象，容易引起保护误动，进而引发电力安全事故。所以要安装“和电流”保护器，这便使得控制回路接线更为复杂。

3.电气主接线方案的优化

3.1 优化后的方案

针对3/2接线方式的不足，该厂提出一种新的接线方式，即1/2接线方式。随着电网事业的进步，系统容量大幅增长，而单机容量的地位有所削弱。某单个发电机即便停止工作，系统也能够正常运行。在高科技的推动下，超高压断路器的性能逐步提升，在发生故障后，发电机组的停运几率降低。而且国内的输电线路电压等级也在不断提高，加上输电距离越来越远，对系统的稳定性提出了更高的要求。综合这些因素考虑，该厂设计了一种简单、可靠而且灵活、经济的1/2接线方式。如图1 所示。

该方式是在双母线双断路器接线方式的基础上发展起来的，属于“单双断路器”方式，所以称其为1/2方式。其中，“1”指的是利用1台断路器对发变组加以控制，“2”指的是利用2台断路器对系统线路进行控制。与普通方式相比，该方式不存在母联和旁路，更加简单可靠。该发电厂属于大型发电厂，发电机组较多，若断路器的可靠性有良好的保障，则对发电机组暂停运行的要求则不会太高，且利用1台断路器控制发电机组更加经济。若面对的是超高压线路或特高压线路，尽量选择使用2台断路器控制1回线路，以维护系统的安全稳定。

3.2 该电气主接线的优势

①对非全相运行故障具有明显的预防效果。该发电厂采用此接线方式，可通过电气联动的断路器在发电机组的高压侧断路器的运用，预防发电机组的非全相运行保障；

②继电保护回路简单，可靠性提高。1/2电气主接线方式使继电保护消除了“和电流”现象，继电保护回路变得简单，可靠性大幅提升；

③操作的概率大大降低。原来的接线方式，为保障断路器具备完整性，停电或送电操作某一回路时有一个解环和合环的操作过程，操作规程极其复杂，且容易出现误操作。而采用1/2接线方式后，因不存在中间断路器，断路器的控制方式成为唯一方式，其控制回路、同期回路以及保护回路的接线大大简化，其相对应的操作程序也得到简化，进而降低了误操作的概率；

④有利于运行与检修。原来接线方式中所涉及的问题较多，如有失灵保护的配合、继电保护的检修、电流互感器的配置、电压互感器的配置、二次线安装单位的划分等。而优化后的设计方案则有效避免了上述问题，二次接线简化后，二次回路的故障概率也大大降低，对运行和检修都极为有利。同时还有利于提高电气主接线的可靠性；

⑤投资成本更低。与之前的方式相比，优化后的方案在成本上明显更具优势。此外，该接线方式有利于发电厂在主变高压侧进行上网电量的计量，适合厂网分开后竞价上网的需求。

3.3 优化方案存在的不足

该接线方式是以双母线接线方式为基础的改进，所以也会存在双母线接线方式的某些缺陷，假设一段母线出现故障，或者断路器启动了失灵保护，这一段母线便会失电，导致全厂一半的机组停止运行，极易破坏到系统的稳定性。

4.结束语

电气主接线是电网中的重要组成部分，其设计是否合理直接关系到电力系统的正常运行，所以在设计时务必要综合考虑可靠性、经济性和灵活性。就目前而言，多数发电厂在设计时都采用3/2的接线方式，但该方式存在有很多不足。对此，本文提出了一种简单可靠的1/2接线方式，并对其进行了分析。

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