国外发电厂电气设计特点浅析

2011-05-31周晓波

电力勘测设计 2011年6期

周晓波，高华，魏燕

(西北电力设计院，陕西西安 710075)

随着越来越多的国外火力发电厂及燃气-蒸汽联合循环电站项目执行，国外电站项目的设计原则及与国内项目设计思路的差异逐渐显现出来。本文根据近10年西北电力设计院执行的印度、越南、阿曼、沙特、约旦、巴西、马来西亚、巴基斯坦、斯里兰卡、印度尼西亚、柬埔寨等国外项目在设计和咨询过程中所采用的设计方案及方案执行过程中遇到的问题，浅析了国外项目电气设计特点以及与国内的差异，供同行参考与借鉴。

1 国外火力发电厂电气设计特点

1.1 电压等级及频率选用

国外火力发电厂采用的电压等级见表1。

表1 国外火力发电厂采用的电压等级

1.2 电气主接线

国外火力发电厂的电气主接线一般采用的接线形式见表2。

表2 国外火力发电厂的电气主接线一般采用的接线形式

印度和越南的火力发电厂厂内多设有联络变，有两个及以上电压等级，主接线较为复杂。400kV及以上系统一般会配备母线或线路电抗器，用于系统无功补偿。

印度电网的计量规程要求用于计量的CVT需单独设置，因此出线的计量CVT为一个单独的两次级CVT。

图1是印度某电厂的电气主接线图，具有一定的代表性。该电厂有400kV和220kV两个电压等级，400kV采用一个半接线，220kV采用双母线带旁路母线接线，通过一台400/220/35kV的自耦联络变联系，起备变电源由220kV升压站引接，400kV装设母线电抗器，每回出线均预留400kV线路并联电抗器。

图1 印度某2×660MW机组火力发电厂电气主接线

1.3 厂用电接线

国外火力发电厂的600MW及以上机组工程，厂用电接线一般采用11kV、6.6kV或11kV、3.3kV两级电压，沙特项目采用了13.8 kV、6.6 kV两级电压。300MW及以下机组一般采用6.6kV等级一级电压。

国外火力发电厂的厂用电接线根据是否装设发电机出口断路器主要采用以下方案：

⑴发电机出口设断路器，主要有以下两种接线。

①取消专用高压起动(停机)/备用电源，并且不同机组厂用段采用暗备用方式互相拉手，具体接线见图2。

②设置备用/公用变，由发电机机端引接，公用段用于全厂公用负荷供电，并给机组厂用工作段提供备用电源。备用/公用段之间再两两牵手互为备用，具体接线见图3。

⑵发电机出口不装设断路器时，起动/备用/公用变压器电源一般由厂内升压站直接引接。厂用电根据机组容量不同，有如下接线方式：

①300MW等级机组厂用电采用一级电压，厂用高压变压器和厂用段的设置有如下两个方案：

方案1：每台发电机设置两台双卷厂用高压变压器，每台机设两段高压工作段，两台机设置两段公用/备用段，两台机设置2台互为备用的起动/备用/公用变压器，给公用/备用段供电。

方案2：与国内工程接线相类似，每台机设置一台分裂变作为厂用高压变压器，两台机设置一台分裂变作为起动/备用电源。

②600MW等级机组厂用电一般采用两级电压，除起动/公用/备用变压器电源由厂内升压站引接外，其他接线与图3一致。

⑶设置起动/公用/备用变压器时，单台起动/公用/备用变压器的容量选择考虑以下三种运行状态下的最大容量：

图2 某装设GCB的沙特2×660MW机组13.8/6.6kV两级电压厂用电接线

图3 某装设GCB的印度2×660MW机组11/3.3kV两级电压厂用电接线

表3 起动/公用/备用变压器运行状态

1.4 二次部分

国外火力发电厂的机组保护配置、控制方式等有以下不同特点：

⑴ 保护配置

① 保护双重化方式不同，国内大容量机组保护多采用完全双重化保护配置，国外工程中保护较多配置发变组大差动及发电机、主变、厂变小差动方式实现主保护双重化，有部分工程发电机的后备保护采用双重化配置。

② 中性点接地的变压器除了配置零序过电流保护外还需配置限制性接地保护。

③ 发电机相间短路故障后备保护，国内大容量机组采用复合电压(包括负序电压及线电压)起动的过电流保护，国外工程常要求配置阻抗保护。

④ 发电机定子接地保护除采用零序电压和三次谐波原理的95%，100%定子接地保护外。定子接地也有要求配置注入式接地保护。

⑤ 发电机转子接地保护要求采用注入式转子接地保护。

⑥ 发电机匝间保护，国内工程根据保护规程配置专用的匝间保护，国外工程中多不要求配置该原理的匝间保护。

⑵ 控制方式

国内工程电气均采用计算机监控方式，但在国外一些工程中仍要求采用控制屏(台)控制方式，个别工程还要求机组设置备用的发电机控制台。

1.5 电气部分计算

国外项目的电气部分计算主要包含以下内容：

短路电流计算；厂内潮流计算；厂用高、低压变压器容量选择计算；最大一台电动机起动时的压降计算；直流、蓄电池容量选择计算；PT、CT选择计算；接地计算；防雷计算等。

直流、蓄电池容量选择可根据IEEE 485标准手算，PT、CT选择可根据IEC 60044标准手算。其他计算均可采用商用的计算程序进行计算，程序中带有IEEE、IEC、ANSI等规程的计算方法，可根据不同工程在合同中签订的计算标准进行相应的计算。

2 国外燃气—蒸汽联合循环电站电气设计特点

2.1 电气主接线

燃气—蒸汽联合循环电站的电气主接线的各电压等级接线形式基本与火力发电厂相同，当燃机采用LCI/SFC起动时，需要装设发电机出口断路器。一般仅在燃机出口装设厂用高压变压器，汽轮发电机出口不装设厂用高压变压器。

见图4电厂中220kV系统采用一个半接线，发电机装设出口断路器，厂用中压段互相牵手，不装设起动/备用变压器，主接线简单清晰。

图4 某2+1燃气-蒸汽联合循环项目电气主接线

2.2 厂用电接线

燃气—蒸汽联合循环电站的厂用电接线多采用仅在燃机出口装设厂用高压变压器，汽轮发电机出口不装设厂用高压变压器的厂用电接线。国外项目中厂用高压段互相牵手，汽机及厂区公用系统的高压负荷分别连接在不同的燃机工作段上。

从图4中可以看出，该电厂设置两段厂用高压段，互相牵手，给全厂辅助用电系统配电。

值得注意的是，国外的燃气-蒸汽联合循环电站多有黑起动功能要求，需要根据项目的实际情况，研究黑起动柴油发电机的设置。由于黑起动柴油发电机的容量要求较高，应通过技术经济比较来确定黑起动柴油机的数量和单台柴油机的容量。当选用多台小容量柴油机并机实现黑起动功能时，应充分考虑其起动逻辑及并机顺序问题。

3 国内外电气部分设计的差异

根据已执行的国外电厂情况来看，国外项目与国内项目的差异主要表现在以下几个方面：

3.1 电气主接线的差异

国外火力发电厂厂内升压站一般有两个高压电压等级，各电压等级之间采用自耦联络变压器联系。

国内的火力发电厂，除煤电一体化或自备电厂外，电气主接线均力求简洁、清晰，尽量降低投资。一般厂内仅设置一个高压电压等级。而国外项目的电气主接线形式更为复杂，电气设备数量及其初投资较高，运行维护复杂。

3.2 起备变的设置

印度项目一般两台300MW或600MW等级机组设置一台或两台起动/公用/备用变压器，容量选择见上文所述，按照该方式计算出的起动/公用/备用变压器容量大于国内机组。

国内两台300MW或600MW等级机组仅设置一台双分裂起动/备用变压器，且容量仅考虑一台机组的备用计算容量，远小于国外项目中的起动/公用/备用变压器容量。

3.3 变压器检修方式

国外工程多有设置变压器检修轨道要求，用于检修时将变压器拖出至专门的检修场地。而国内的变压器一般不设置永久性检修轨道。

3.4 厂用电接线的差异

国外火力发电厂的厂用电系统接线也较为复杂，600MW及以上机组，厂用电接线一般采用两级电压，厂用两级电压多采用降压变由较高电压等级给较低电压等级的厂用高压段供电。而国内的600MW机组，厂用电接线一般采用10 kV或6kV一级电压，如采用两级电压，厂高变也多采用三绕组变压器，简化了厂用电接线，减少了厂用中压系统的设备数量，节约了主厂房内的中压配电室空间。

3.5 设置独立的配电室

由于湿热带地区有雨季问题，一般国外项目会要求所有的电气配电盘柜，包括MCC，均应设置独立的配电室，而国内的MCC是布置在各个工艺车间内，不设置独立的配电室。

3.6 防雷接地差异

国外项目的接地设计一般采用IEEE 80-2000 Guide for Safety in AC Substation Grounding标准或IEEE Std 665 IEEE Guide for Generating Station Grounding标准，防雷设计可采用IEEE 998-1996 IEEE Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of Substations标准中的滚雷法或NFPA 780 Standard for the Installation of Lightning Protection Systems标准中的相关要求进行设计。

国内的防雷接地设计则采用DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合和DL/T621-1997交流电气装置的接地两个标准为依据进行防雷接地系统的设计。

国内外不同的规范对于防雷接地设计的理念有所不同，但结果基本一致。