摘要：當(dāng)今燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電的應(yīng)用正在世界各國(guó)迅速發(fā)展。本文根據(jù)燃機(jī)電廠電氣方面的特點(diǎn)在進(jìn)行探討，提出電氣設(shè)計(jì)的一些特點(diǎn)。燃機(jī)發(fā)電的應(yīng)用前景廣闊，其電氣設(shè)計(jì)的研究將為此類電廠的建設(shè)提供參考。
　　關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；電氣主接線；起動(dòng)/備用電源
　　1前言
　　燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠是用燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)猓�蒸汽�?lián)合循環(huán)中的燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電廠。燃機(jī)發(fā)電廠的燃料為天然氣或工業(yè)伴生氣等，由于燃燒完全，其燃燒生成排放物對(duì)環(huán)境影響少，噪音污染小；又因燃機(jī)電廠具有建設(shè)周期短、啟動(dòng)上網(wǎng)快、環(huán)境污染少、投資省、熱效率高、運(yùn)行成本低和壽命周期較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中作為調(diào)峰和應(yīng)急電源，具有重要的作用。目前市場(chǎng)應(yīng)用非常廣泛。在國(guó)內(nèi)，對(duì)于一些大型的冶金工業(yè)企業(yè)，會(huì)有大量的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣產(chǎn)生，這些多余的煤氣要對(duì)空點(diǎn)燃排放，既是能源的浪費(fèi)又會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的污染，所以說(shuō)它是潔凈發(fā)電技術(shù)的一種體現(xiàn)，因此我國(guó)的燃機(jī)電廠的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期。
　　燃機(jī)電廠的電氣部分與燃煤機(jī)組有著不同的特征，本文重點(diǎn)分析其中主要特征，具有針對(duì)性探討其設(shè)計(jì)特點(diǎn)。
　　2燃機(jī)電廠基本流程
　　燃機(jī)電廠有簡(jiǎn)單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)兩種類型。簡(jiǎn)單循環(huán)的通流部分由進(jìn)排氣管道和燃?xì)廨啓C(jī)的三大件即煤氣壓縮機(jī)、燃燒室、透平組成。壓氣機(jī)從大氣吸入空氣，并把它壓縮到一定壓力，然后進(jìn)入燃燒室與噴入的燃料混合、燃燒，形成高溫燃?xì)猓�高溫燃�(xì)膺M(jìn)入透平膨脹做功，推動(dòng)透平轉(zhuǎn)子帶著壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而使發(fā)電機(jī)做功輸出電能。
　　為了實(shí)現(xiàn)高效率低能耗，燃?xì)廨啓C(jī)又可組成聯(lián)合循環(huán)。聯(lián)合循環(huán)的基本流程是在簡(jiǎn)單循環(huán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。將簡(jiǎn)單循環(huán)中燃?xì)廨啓C(jī)的高溫排氣，經(jīng)過(guò)煙道排入余熱鍋爐，應(yīng)用熱交換器原理加熱鍋爐中的給水，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，進(jìn)入蒸汽輪機(jī)做功，并帶動(dòng)蒸汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。
　　3燃機(jī)電廠電氣部分的特殊性：
　　3.1燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的出力
　　燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其性能隨周圍空氣溫度的變化而改變。機(jī)組所在地點(diǎn)大氣壓力的波動(dòng)是很小的，而溫度的變化很大。當(dāng)溫度下降時(shí)，空氣比容減小，壓縮過(guò)程所需消耗的壓縮軸功率將減小。因此壓氣機(jī)軸功率的減小相當(dāng)于增大了燃?xì)廨啓C(jī)傳遞給發(fā)電機(jī)的出力。燃?xì)廨啓C(jī)的現(xiàn)場(chǎng)額定出力是指在設(shè)計(jì)預(yù)定的年平均氣象參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)的其他條件下以基本符合方式運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)端上測(cè)出的功率，減去輔助負(fù)荷后得出的凈功率保證值。
　　燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)的額定容量的定義為：“在額定頻率、額定電壓、額定功率因數(shù)和額定氫壓（如用氫冷）以及預(yù)定運(yùn)行的年平均氣溫和初級(jí)冷卻介質(zhì)溫度條件下，電機(jī)的溫升和溫度不超過(guò)規(guī)定值時(shí)，發(fā)電機(jī)出線端的有效連續(xù)視在功率”。
　　發(fā)電機(jī)最大連續(xù)容量是指在燃機(jī)安裝地點(diǎn)處于一年中最低溫度的時(shí)間段內(nèi)，發(fā)電機(jī)能夠保證連續(xù)運(yùn)行、高于額定值的出力。最大連續(xù)容量的選擇原則是：發(fā)電機(jī)最大連續(xù)容量應(yīng)與燃?xì)廨啓C(jī)在預(yù)定運(yùn)行的月最低平均氣溫和初級(jí)冷卻介質(zhì)溫度條件下基本負(fù)荷運(yùn)行方式相配合。這里需要強(qiáng)調(diào)的是使用預(yù)定運(yùn)行的月最低平均氣溫，沒(méi)有規(guī)定使用極端最低氣溫，是考慮不把發(fā)電機(jī)容量選得過(guò)大，以造成不必要的浪費(fèi)。
　　燃機(jī)電廠發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)，由于其特性要與燃?xì)廨啓C(jī)協(xié)調(diào)，而各大燃?xì)廨啓C(jī)制造廠根據(jù)制造技術(shù)、使用材料、氣象條件等因素，燃?xì)廨啓C(jī)的出力不可能形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的系列等級(jí)。
　　3.2電氣主接線
　　100MW及以上容量的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)大多以發(fā)變組單元接線，接入升壓站，發(fā)電機(jī)與主變壓器之間多采用封閉母線，升壓站多采用GIS。
　　3.3發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）
　　非調(diào)峰的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口斷路器的裝設(shè)原則同燃煤機(jī)組。
　　用于調(diào)峰的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，由于起停頻繁，其發(fā)電機(jī)出口是否設(shè)置斷路器，存在兩種不同的看法，分析如下：
　　3.3.1技術(shù)分析
　　發(fā)電機(jī)與主變壓器之間串接GCB后，發(fā)電機(jī)變壓器回路的可靠性要比無(wú)GCB時(shí)下降，GCB故障或檢修時(shí)將影響整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行；由于主變壓器還作為降壓變壓器倒送廠用電，為了保證廠用電電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)高壓廠用電母線的電壓水平，這時(shí)主變壓器需采用有載調(diào)壓型，這也降低了可靠性。由此分析不需要加裝GCB。
　　在發(fā)電機(jī)承受不平衡負(fù)荷或發(fā)電機(jī)出口發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，GCB可以迅速切除故障，保護(hù)發(fā)電機(jī)使其免遭損壞；變壓器內(nèi)部故障電弧電流由系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)共同提供。系統(tǒng)提供電弧電流由裝在主變壓器高壓側(cè)的斷路器切斷。高壓系統(tǒng)斷開(kāi)后發(fā)電機(jī)在滅磁前仍提供電弧電流，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁及定子電流衰減時(shí)間通常長(zhǎng)達(dá)數(shù)秒，以至保護(hù)不了變壓器。而在發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)GCB可切斷故障電流，從而保護(hù)了主變壓器和高壓廠用變壓器；當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，GCB迅速跳開(kāi)，使發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)隔離，而不必連主變壓器一并切除，停機(jī)廠用電源仍可由系統(tǒng)通過(guò)主變壓器倒送，從而避免了廠用電源系統(tǒng)的事故切換為迅速處理故障創(chuàng)造了條件，提高機(jī)組保護(hù)的選擇性。由此分析則需要加裝GCB。
　　綜合比較以上兩種觀點(diǎn)，對(duì)于調(diào)峰用燃機(jī)電廠,起停頻繁,裝設(shè)GCB是可取的。裝設(shè)GCB后可避免高壓廠用電源的切換，簡(jiǎn)化廠用電源的控制和保護(hù)接線，也提高了廠用電系統(tǒng)的可靠性；減輕對(duì)電動(dòng)機(jī)的電沖擊和機(jī)械沖擊以及對(duì)絕緣保護(hù)的破壞。機(jī)組并網(wǎng)或停機(jī)時(shí)只通過(guò)GCB就可完成；利用GCB同期，可以避免在主變高壓側(cè)出現(xiàn)由于兩側(cè)相角差而產(chǎn)生的兩側(cè)反相電壓對(duì)設(shè)備絕緣造成嚴(yán)重的損傷。這一點(diǎn)對(duì)調(diào)峰用燃機(jī)電廠尤為重要。
　　3.3.2經(jīng)濟(jì)比較
　　GCB的價(jià)格較貴,需要進(jìn)口，一次性投資大,但運(yùn)行費(fèi)用低。下面就可此項(xiàng)做一下經(jīng)濟(jì)比較,比較中未計(jì)及兩種方案相同部分。
　　
　　圖主接線方案示意圖
　　
　　
　　表經(jīng)濟(jì)比較

　　從表中可以看出發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)GCB后經(jīng)濟(jì)性下降，一次性投資增大。但是如果考慮到今后的運(yùn)行費(fèi)用、運(yùn)行收益，則方案二的經(jīng)濟(jì)性將有所提高。如果燃機(jī)電廠用于調(diào)峰。裝設(shè)GCB對(duì)減輕同期合閘時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的電沖擊和機(jī)械沖擊很有幫助,可以提高廠用電設(shè)備的使用壽命，也可減少檢修維護(hù)的工作量。
　　從上述分析可知，對(duì)于調(diào)峰用的燃機(jī)電廠，裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器對(duì)電廠將來(lái)的運(yùn)行管理是有利的。
　　3.4高壓廠用工作電源的設(shè)置
　　燃機(jī)電廠高壓廠用工作電源可從燃機(jī)發(fā)電機(jī)出口引接，也可從汽機(jī)發(fā)電機(jī)出口引接。電廠采用6kV和380V二級(jí)電壓等級(jí)向負(fù)荷供電，由主變壓器低壓側(cè)引接廠用變壓器供電，6kV為電母線接線，按燃?xì)廨啓C(jī)每單元設(shè)置一段。考慮到燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電配套的余熱鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組，必須跟燃?xì)廨啓C(jī)組的運(yùn)行而運(yùn)行，不存在單獨(dú)運(yùn)行的可能，所以6kV雙套輔機(jī)電動(dòng)機(jī)分別連接到兩臺(tái)燃機(jī)的6kV廠用母線段上。380V由各機(jī)組相應(yīng)的6kV廠用工作段上引接干式變壓器供電，分別設(shè)置燃?xì)廨啓C(jī)組廠用低壓一段及聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐每爐低壓一段，每段一臺(tái)低壓工作變壓器，另由6kV公用段引接一臺(tái)備用變壓器作為工作變壓器的備用。
　　3.5起動(dòng)/備用電源設(shè)置
　　對(duì)于非調(diào)峰機(jī)組，起動(dòng)/備用電源設(shè)置原則與燃煤機(jī)組相同。
　　對(duì)于調(diào)峰機(jī)組，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口不設(shè)斷路器時(shí)，應(yīng)設(shè)置1臺(tái)起動(dòng)/備用變壓器；當(dāng)2套及以上發(fā)電機(jī)變壓器組的發(fā)電機(jī)出口不設(shè)斷路器時(shí)，考慮到起動(dòng)/備用變壓器使用頻率較高，如果一臺(tái)起動(dòng)/備用變壓器因故停運(yùn)后,為滿足機(jī)組的起動(dòng)要求，全廠應(yīng)設(shè)置不少于2臺(tái)的起動(dòng)/備用變壓器，且低壓（饋電）側(cè)互相連接。當(dāng)發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器時(shí)，每4套及以下機(jī)組配置1臺(tái)起動(dòng)/備用變壓器，此時(shí)以備用為主。
　　也可以按如下做法：2套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器，此時(shí)不設(shè)專門的起動(dòng)/備用變壓器，通過(guò)系統(tǒng)經(jīng)主變壓器倒送電實(shí)現(xiàn)起動(dòng)，而2臺(tái)高壓廠用變壓器互為備用電源。
　　4 結(jié)束語(yǔ)
　　以上對(duì)燃機(jī)電廠電氣部分的主要特點(diǎn)進(jìn)行了分析，隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，燃機(jī)電廠電氣設(shè)計(jì)也將會(huì)不斷更新。
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