适用于发电机与中性点同侧出线的集成柜研究与应用

陈祎熙 许正同 钱正国 李林浩 高清华

摘要：作为火力发电厂的重要设备，发电机的设计及布置极其重要。发电机设计的重点是如何通过母线连接至变压器，将电能接入电网。针对该问题，重点研究并设计了一种适用于发电机与中性点同侧出线的集成柜，可优化发电机出线侧的设备布置，确保发电机出线与中性点出线的稳定与安全，降低设备检修维护的难度，提高母线转换的灵活性。

关键词：发电机；中性点；集成柜；出线

中图分类号：TM621.3    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2024）12-0061-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.12.016

0    引言

随着“先立后改”政策的稳步推进[1]，火力发电在我国电力系统中的地位愈加坚固。发电机作为火力发电厂的核心组件，其可通过出线连接至变压器，将电能接入电网[2]。

发电机出线包含三相发电出线和三相中性点出线。电厂发电机发电出线端子一般表示为U1、V1、W1，中性点出线端子一般表示为U2、V2、W2，中性点接地方式采用非直接接地方式。非直接接地方式分为三种情况：不接地、经消弧线圈接地、经高阻接地。其中不接地方式中性点应装设电压为额定相电压的避雷器，以防止三相进波在中性点反射引起过电压[3]。发电出线与中性点出线侧均装备电流互感器，为保护装置与测量仪表提供电流信号[4-5]。

在火力发电厂设计中，发电机出线端子一般通过铜排母线接入发电机出线小室，发电机出线与中性点出线若是同侧出线，则在发电机出线小室内需要考虑发电机出线电流互感器、中性点出线电流互感器、电流互感器端子箱、中性点接地设备的布置与安装。除此之外，铜排母线因其裸露的特性，进入发电机出线小室后还需转换为固体绝缘母线。因此，对于发电机与中性点同侧出线的设计一般较为繁杂，目前常用的设计方案是将发电机出线电流互感器和中性点电流互感器嵌入发电机小室墙体内，中性点接地设备则通过在发电机小室内圈出固定一块区域，围以钢栅栏布置其中。该设计方案的缺点在于电流互感器嵌入墙体维护检修困难、设备敞露易危及生命安全、集成度低、占地面积大、母线转换困难等。

鉴于此，本文重点研究并设计了一种适用于发电机与中性点同侧出线的集成柜，其可优化发电机出线侧的设备布置，确保发电机出线与中性点出线的稳定与安全，降低设备检修维护的难度，提高母线转换的灵活性。

1    集成柜方案及具体实施

本文所提出的发电机与中性点同侧出线集成柜包括柜体、发电机出线母线铜排、中性点出线母线铜排、发电机出线进线端子、中性点出线进线端子、发电机出线出线端子、发电机出线电流互感器、中性点出线电流互感器、绝缘隔板、支柱绝缘子、槽钢、柜门、电流互感器端子箱、电缆、中性点接地设备、接地端子、接地电缆等。本节将结合示意图对所提出的发电机与中性点同侧出线集成柜技术方案、优点进行进一步的完整描述。本文提出的发电机与中性点同侧出线集成柜的侧视图、俯视图、主视图、后视图分别如图1、图2、图3、图4所示。

由图1、图2可见，本文所提出的发电机与中性点同侧出线集成柜包括柜体1、发电机出线母线铜排2、中性点出线母线铜排3、发电机出线进线端子4、中性点出线进线端子5、发电机出线出线端子6、发电机出线电流互感器7、中性点出线电流互感器8、绝缘隔板9、支柱绝缘子10、槽钢11、柜门12、电流互感器端子箱13、电缆14、中性点接地设备15、接地端子16、接地电缆17。

关于集成柜柜体外部特征，由图1、图2可见，发电机出线进线端子4与中性点出线进线端子5布置于集成柜柜体后侧，两组进线端子分上下两层布置，发电机出线进线端子4布置于柜体上层，中性点出线进线端子5则布置于柜体下层。由图3可见，发电机出线出线端子6布置于柜顶靠柜前侧，电流互感器端子箱13壁挂于柜体左侧。

关于集成柜柜体内部特征，由图1、图2可见，发电机出线电流互感器7穿套安装在发电机出线母线铜排2上，中性点出线电流互感器8则穿套安装在中性点出线母线铜排3上。发电机出线电流互感器7和中性点出线电流互感器8由绝缘隔板9环绕一周，起到与集成柜柜体内其他布置的绝缘阻隔作用。此外，发电机出线电流互感器7和中性点出线电流互感器8将电流信号汇集在集成柜侧边的电流互感器端子箱13中，再由端子箱将电流互感器采集到的电流信号统一输出至保护装置与测量仪表。

由图1、图2还可见，发电机出线母线铜排2由集成柜柜后发电机出线进线端子4进入柜体1，再由柜顶发电机出线出线端子6引出。中性点出线母线铜排3则由中性点出线进线端子5进入柜体1，在集成柜柜体前侧，中性点出线母线铜排3三相星型连接，形成中性点N。中性点N通过接地电缆与中性点接地设备15连接接地，该中性点接地设备15布置于柜体1右侧靠前角落，垂直布置于集成柜柜体中。集成柜柜体1预留有与主接地网连接的接地端子16，而中性点接地设备17与接地端子16之间利用接地铜排连接。柜体1内母线铜排、电流互感器、绝缘隔板、中性点接地设备均借助支柱绝缘子10和槽钢11辅助支撑。

2    工程实例

本文所提出的发电机与中性点同侧出线集成柜技术方案已在广东华电清远华侨工业园天然气分布式能源站项目进行了应用。该集成柜布置于主厂房汽机发电机小室中，其平面布置图如图5所示，#2汽机发电机的集成柜布置在主厂房4.5 m层B-C跨的5-6轴之间，#4汽机发电机的集成柜布置在主厂房4.5 m层B-C跨的9-10轴之间。

其断面布置图如图6所示。

集成柜现场布置如图7所示。

3    结论

本文所提出的发电机与中性点同侧出线集成柜将发电机、中性点出线相关的设备集中布置于一体，相比于传统布置，该布置结构更加紧凑，占地空间显著减少，集成度大幅提高，设备布置优化效果明显。本文所提出的集成柜由于柜体的高封装性，确保了发电机与中性点出线相关设备的稳定与安全。另外，本文所提出的集成柜由于柜体内结构空间的合理布置，确保了打开柜门即可完成主要设备的检修，降低了设备检修维护的难度，并且由于柜顶预留了母线出线端子，便于各种母线形式的转换，可提高母线转换的灵活性。

[参考文献]

[1] 林水静.煤电“先立后改”破解电力供应难题[N].中国能源报，2023-03-13（11）.

[2] 孙若笛.发电厂并列运行的黑启动柴油发电机组中性点接地方案分析与定值计算[J].机电信息，2018（30）：4-5.

[3] 张忠强.钢铁厂余热电站发电机中性点接地方式的选择及计算[J].自动化与仪器仪表，2022（7）：321-324.

[4] 陈斌.一起发电机差动保护TA二次开路故障引发保护动作的分析及处理[J].电气时代，2022（12）：60-62.

[5] 沙玉洲，李淑兰，孙瑛，等.关于发电机用测量级电流互感器仪表保安系数（FS）应用探讨[J].变压器，2022，59（5）：29-33.

收稿日期：2024-03-04

作者简介：陈祎熙（1993—），男，江苏南通人，工程师，研究方向：发电厂电气设计。