发电厂电气主接线可靠性比较

王默+刘浩

摘要：在发电厂中，电气主接线发挥着极其重要的作用，是发电厂的重要组成部分，电气主接线能够稳定运行，是发电厂能够顺利完成发电任务的必要前提。长期以来，很多专家和学者在电气主接线方面都做了大量的研究，提出了各种改进的方法，使电气主接线在一定程度上得到了改进。文章对发电厂电气主接线可靠性比较进行了探讨。

关键词：发电厂；电气主接线；可靠性；发电任务；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM732 文章编号：1009-2374（2017）06-0179-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.090

电力系统运行的基本要求是安全、可靠和经济。电气主接线是发电厂和配电设备中最重要的枢纽元件之一，对电厂的安全可靠运行起到了至关重要的作用。在电力系统研究的课题当中，电气主接线是对其中研究的重要课题。电气主接线的功能是完成电厂生产电能到对应输电系统的分配和输送，而主接线系统的稳定可靠与供电系统的安全运行有密切的关系。在当前环境下，国民经济环境一直保持上升的态势，公民和工业在生活生产中对电的需求日益增加，对电力系统的规模和稳定性的要求也越来越高。发电机组在得到不断升级的同时，使得电厂主接线的形式也有所转变，结构越来越趋向复杂化，连接的电气设备越来越多，承受的压力越来越大，所以电气主接线的可靠性已经成为影响发展的重要因素。

1 发电厂电气主接线的可靠性研究概括

1.1 可靠性的定义

对于可靠性的定义其实存在很多争论，自从其出现以后经过多次修改，至今已实现统一。我国颁布的《可靠性基本名词术语和定义》中对失效这样说道：产品丧失规定的功能对可修产品通常也称为故障；对可靠性这样定义：产品在在规定条件下和规定时间内拥有完成规定功能的能力。根据定义可以看出，可靠性的概念只有基础性定义，而无量化性的标准。可靠性的概念是因为系统和产品的故障所引出的名词。

1.2 主接线常出现的问题

发电厂主接线系统的关键问题是系统故障，因此在开始研究之前要对其系统的常见故障做出分析，一边后续研究。主接线在电厂中是连接电气系统与发电机的重要缓解，但是本身没有独立运行的功能。当主接线出现问题的时候，会使供电系统的连续性被迫中断，并且还会对系统的安全性造成严重的影響，所以主接线常出现的问题可以从连续性、充裕度和系统安全三大方面来考虑。

1.3 主接线可靠性的重要因素

1.3.1 断路器影响可靠性。断路器在整个主接线系统中起到的作用是很关键的，压实最重要的部分，电厂主接线的拓扑结构就可以由断路器的操作结果来改变。因为断路器的结构非常复杂，在操作中有一定的难度存在，所以由于操作人员失误导致发生故障的事件时有发生。另外，断路器的工作过程也相对复杂，为操作人员带来了更大的操作难题。因此，要求在安装和操作断路器的过程中，要使相关技术人员有丰富的实际操作经验和科学的安装、操作程序，使工作人员的注意力时刻保持高度集中，这样才会使断路器的可靠性有所提高。

1.3.2 输电线路和变压器的影响。变电设备与输配电线路均是电力系统的静态配件部分，也是电气系统的重要组成。当这部分原件出现问题时会引起故障的扩大。输电线和变压器出现故障之后，整体系统的状态可能出现变化，导致断路器动作的出现，所以系统修复的过程需要在断路器切断后完成。

1.4 电厂主接线可靠性的计算方法

1.4.1 以故障扩散为核心的评价方式。以故障扩散为核心的评价方式是选择前向搜索的算法，判断主接线系统的断路设备动作是否在一定的范围之内，同时选择故障扩散的方法对故障的范围进行评价，从而判定故障的类型。这种算法的核心是故障扩散算法，在完成系统扩散方式与作用范围的确定后，能够得到系统可靠性的判定指标，从而简化了评价步骤，但是缺点是使得计算量在一定程度上有所增加。

1.4.2 故障模式和后果分析方法的应用。在传统的方法中，比较可靠的方法是故障模式与后果分析的方法，这种方式需要在一开始以系统结构为依据完成关键组成部分状态的可能性判定。在完成这个工作后，通过对不同的系统故障状态组合的分析，取得系统故障的集合。这种方法具有计算原理相对简单的优点，同时结构流程也相对易懂。

1.4.3 频率和平均持续时间法的应用。频率与持续时间方法是以Markov为核心而扩展出的，具体方法中包括了Markov在实际使用中的理论以及从发电机到负荷端口的状态空间图的计算。在实际运算过程中，需要首先将元件故障不断扩展的条件纳入，最后完成系统状态空间图的集成，同时以这些资料为基础计算整体系统与组成部分的可靠性。

1.4.4 最小割集法的运用。最小割集法的基本方法是通过对系统故障发生的可能范围来完成的，将计算后系统故障的空间尽可能缩小，减少评价计算的难度，而当前发电系统的规模不断提升，而单机容量也不断增加，导致主接线系统的复发性越来越高，因此这种方法的使用需要注意。

1.4.5 逻辑表格法的运用。逻辑表格法在电气主接线中是最常用的方法，主要用来做定量评估分析。在完成主接线系统的结构以及故障风险分析后，统计整理得出的概率数据，以表格的方式存储数据。在确定系统的具体指标后，将得出表格的结构为基础完成主接线系统可靠性的计算。这种方法的计算效率较低，由于当前电力系统的规模不断扩大，已经逐渐退出了实际运用的舞台。

2 电气主接线故障状态的相关矩阵描述

2.1 元件邻接矩阵描述

元件的邻接矩阵构建是根据主接线部分不同元件的链接关系，通过矩阵的方式完成主接线部分不同元件组合以及网络整体结构的描述。

2.2 替代原件矩阵描述

发电系统的主接线部分中，在单一元件出现故障或者在维修过程中，必须将相关连接设备分离开，并且进行相关的替代，而替代原件矩阵正是用来确定所要替代元件的具体方法的。

2.3 结构矩阵描述

建立结构矩阵的基本条件是发电系统的主接线部分能够覆盖电力输送的全部通道，同时能够收到元件状态的作用。在满足这些条件后，即可构建结构矩阵完成相关操作。

2.4 受累停运矩阵描述

受累停运矩阵的核心功能是对系统中元器件故障影响进行分析，从而判定故障累及系统的主要范围。在一般的状况下，元件发生故障，相关的断路设备会做出动作，完成正常与故障部分的隔离。但是原件也会出现连续错误的时候，当距离故障点比较近的原件也出现故障坏掉的时候，系统的故障将无法被正常隔离，使得故障继续在系统中蔓延，出现故障扩散的现象。

3 发电厂主接线可靠性改进的措施和进一步可做工作

3.1 发电厂主接线可靠性改进的措施

电气主接线在每个不同的发電厂接线的方式各有差异，而且造成的线路故障的原因也都不相同。不过多数电厂使用的是3/2断路器和4/3断路器进行接线，在可靠性方面优势会明显高于双母线接线。首先，双母线接线在供电的模式上无法实现多环路，每台断路器只能对应一个相应回路进行供电，并且这种接线方式特别脆弱，然而3/2断路器接线能时环网接线的方式形成，一个回路可以对应两台断路器，无论是在出线端还是进线端都能够完成双母线的工作量，并且任何一个断路器断开不回去都不会对供电的回路造成影响；其次，在3/2断路器连接中隔离开关在操作的时候无需道闸操作，只是作为检修的设备来使用，从而降低了误操作导致的隐患，而且一旦事故发生，断路器也能够在第一时间收到信息，将电路源切断；再次，检修3/2断路器时便可以处理发现的不安全隐患，无需对旁路进行操作，这样使得检修工作十分方便；最后，在超高压主接线和变电站当中3/2断路器应用的更广泛，因为3/2断路器的灵活性非常高，可以同时使母线和断路器进行工作，形成环网状的供电线路。而4/3断路器接线的基础是在3/2断路器上的，将四台断路器连接在断路器的一个串中，并在进出线回路中接三回，使线路具有灵活性，并且还能够保证安全。

3.2 进一步可做的工作

电力系统的可靠性指标要依据具体的电厂情况做出规定，不是需要可靠性指标尽可能高。在发电系统中，可靠性、经济性与实用性之间存在一定的联系。可靠性指标较高，表明系统的安全性较好，同时也意味着经济投资需要增加。相反的是，可靠性较低，经济投入会相对减少，然而会使系统不稳定，给人民的生产和生活带来众多负面影响，很容易对国民经济造成不良的影响，从而影响电力系统的整体社会效益。因此在电力系统确定可靠性指标时，需要对经济性与可靠性进行权衡，在系统论证与分析之后，在满足稳定性的基础之上进行投入估算，尽量使费用也降到合理范围。

4 结语

电厂电气主接线在电场中的作用不可或缺，既能够影响人们的生产和生活、影响国民经济发展，也能给电厂的投资造成巨大的负担，所以在提高主接线可靠性的同时，还要结合具体投资情况，使电厂电气接线在可靠的同时还要减少投资。

参考文献

[1] 戴苏平.发电厂电气主接线可靠性比较分析[J].电气技术，2014，（1）.

[2] 王寅俊.关于发电厂电气主接线可靠性的比较分析[J].中国机械，2014，（23）.

[3] 李振富，李锦成，朱琳，等.龙羊峡电站电气主接线可靠度分析[J].中国农村水利水电，2014，（5）.

作者简介：王默（1984-），男，吉林敦化人，华能国际电力股份有限公司工程师，硕士，研究方向：电气工程及其自动化；刘浩（1986-），女，山西长治人，供职于国电物流有限公司，研究方向：电气工程及其自动化。

（责任编辑：小 燕）