大型发电厂电气系统的研究与设计分析

郭胜峥

摘 要：电气系统是发电厂发电的主要动力，是所有工作中重要的一环，对电气系统的研究与设计可以优化系统的运行，保持系统运行的稳定性，以及电网的安全。电力系统的运行包括多个设备与线路，会使用发电机出口断路器及启动/备用电源方案技术。本文是以大型发电厂电气系统为切入点，展开论述。

关键词：发电厂；电气系统；研究；设计

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

0 引言

社会的快速发展，增加了人们对电力的的使用要求，给发电厂的运行施加了很大的压力，很多新的发现技术应运而生。对于大型发电厂来说，需要加大对电气系统的研究力度，优化系统的设计，特别是发电技术的应用，使设备稳定运行。

1 发电机出口断路器及启动/备用电源

它是大型发电厂主要使用的发电技术，适用于容量为1000MW的发电机组，其整体运行的稳定性会直接决定电网的安全，连接方式的设置以及电源引接的优化，可以提高发电的效率，便于操作与维护。但断路器与启动/备用电源两者是相对独立的设备，具有一定的关联性。

1.1 安装断路器的优势与不足

（1）优势。当发电厂内部运行出现故障后，可以直接越过发电机与高压侧的断路器，停止供电，保护电力生产的设备与系统。

发电机与变压器可以选择性的跳闸，保护连接设备的线路，如果发电机运行出现故障，不需要通过高压侧断路器，即可断开电路，保护发电厂的电源，有利于排除锅炉、汽机过热误报故障，快速恢复机组运行[1]。

发电厂用电可以随意切换，断路器安装后，发动机组的启动情况，以及停机电源的使用，都会通过主變转移到高厂，实现并网发电，需要中途用电网切换。只有变压器出现故障后，才会利用厂用电源转化，减少了切换的次数，保证了电厂用电的可靠。

（2）主要问题。从设备与供货渠道两方面分析，要求使用的设备稳定、可靠，有多个供货渠道，而断路器多从国外进口，价格较高，增加了成本的投入，并且断路器如果出现故障，需要大量的维修费用，备用的零散部件种类与数量不足。

为了达到电压的要求，发电厂需要安装调压开关，使系统的可靠性受损，同时，电动机组的启动顺序会受到限制，也不会在电压过低时启动机组，使机组启动受阻。

系统中安装断路器后，需要在回路上放置一个潜在故障点，并安装断路器失灵后的保护措施。

如果不安装断路器，厂房整体线路的设计会变得复杂，需要增设厂房的占地面积，并设置多个小空间，增加房屋建设的费用。

1.2 启动/备用电源的引接

（1）可靠性。可靠性是发电厂各方用电对启动/备用电源可靠想提出的要求，有多套方案。在厂用电系统的方案有三个：其一，厂内用电系统可靠性的分析是，作为机组运行使用的备用电源，要求有较高的稳定性，其二、其三都会使用断路器，但备用电源只负责故障停机与设备检修，或是为机组停机备用做准备，稳定性要求较低。

外来电源的使用则是，上述的前两个方案会直接从500kV的配电装置上引接，但配电装置有两个回线路，与系统相连，电源处于空载的状态，负荷运转的时间很短。第三个方案是不会使用备用变与外接电源，两个机组互为电源，可靠性较低[2]。

对于变压器可靠性的解读则是，从500kV的电压降为电厂使用的电压，这是很多大型发电厂普遍使用的情况，电力系统运行没有出现故障，所以每个方案的可靠性都可以满足。

（2）灵活性与安全性。对于灵活性与安全性，每个方案都不需要使用备用电源，并且备用电源与电厂内使用的电压基本相同，用电切换时的较短，有较高的安全性，可灵活运用，但第三个方案因为两个机组互为对应，机组单元性不足。

2 高压厂用电接线设计

大型发电厂运行会采用机、电、炉等不同单元，且电动机容量较大、数量又多，之间互为关联。其用电系统的设计较为复杂，其安全与稳定会对系统产生重要影响。

近几年，为了实现节能减排，发电厂又增加了数个环保系统，就像是湿法除尘等，而发电厂为了得到更高的经济利益，会优化整个系统的设计，以减少各项成本的投入。这些环保系统以及系统的优化，会在原有基础上增加电力系统的负荷量，提出新要求[3]。其方案设计的优化主要从以下两方面体现出来：

2.1 用电电压的等级设计

国内大型发电厂使用的电压机组都超过了1000MW，其设计情况是尚未有统一的实施方案，表现出来的特点是电厂使用母线电压的段数明显变少，逐渐向同一个电压过渡，便于维护，减少了备件的种类。

2.2 设计的三种方案

方案一：10kV的一级电压，每个机器都有2段高压母线，高厂变会选择其中一台作为分裂变，两个机器各自对应着一台双卷变，母线短路的界定范围不超过40kA。方案二：6kV的一级电压，每个机器都有3段高压母线，高厂变会选择其中一台作为分裂变，两个机器各自对应着一台双卷变，母线短路的界定范围不超过50kA。方案三：10kV的一级电压，每个机器都有2段高压母线，高厂变会选择其中一台作为分裂变，两个机器共同使用一台备用变，机器的码头符合连接的是厂房内的10kV段，母线短路的界定范围不超过50kA。

3 结语

对大型发电厂电气系统的研究与设计分析，会从发电机出口断路器及启动/备用电源、高压厂用电接线设计两方面分析，前者分析了安装断路器的优势与不足，以及启动/备用电源的引接，后者是根据前者的论述，确定了电厂使用的电压等级，给出了三个方案。这种研究与设计的方法可以实现电力系统设计的创新，优化系统的整体设计，保证了电力系统运行的稳定。

参考文献：

[1]陈晨.火力发电厂电气一次系统的设计总结性分析[J].中国高新技术企业，2013（08）：139-140.

[2]王少蕊.浅谈火力发电厂的脱硝电气系统设计分析[J].科技创新与应用，2016（13）：136.

[3]严奉莲.发电厂电气监控系统及其测控单元的研究[D].中国海洋大学，2012.