摘要：當(dāng)今燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的應(yīng)用正在世界各國迅速發(fā)展。本文根據(jù)燃機電廠電氣方面的特點在進行探討，提出電氣設(shè)計的一些特點。燃機發(fā)電的應(yīng)用前景廣闊，其電氣設(shè)計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/備用電源
　　1前言
　　燃氣輪機發(fā)電廠是用燃氣輪機或燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)中的燃氣輪機和汽輪機驅(qū)動發(fā)電機的發(fā)電廠。燃機發(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環(huán)境影響少，噪音污染小；又因燃機電廠具有建設(shè)周期短、啟動上網(wǎng)快、環(huán)境污染少、投資省、熱效率高、運行成本低和壽命周期較長等優(yōu)點，在電網(wǎng)中作為調(diào)峰和應(yīng)急電源，具有重要的作用。目前市場應(yīng)用非常廣泛。在國內(nèi)，對于一些大型的冶金工業(yè)企業(yè)，會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空點燃排放，既是能源的浪費又會產(chǎn)生對環(huán)境的污染，所以說它是潔凈發(fā)電技術(shù)的一種體現(xiàn)，因此我國的燃機電廠的發(fā)展也進入了一個新的時期。
　　燃機電廠的電氣部分與燃煤機組有著不同的特征，本文重點分析其中主要特征，具有針對性探討其設(shè)計特點。
　　2燃機電廠基本流程
　　燃機電廠有簡單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)兩種類型。簡單循環(huán)的通流部分由進排氣管道和燃氣輪機的三大件即煤氣壓縮機、燃燒室、透平組成。壓氣機從大氣吸入空氣，并把它壓縮到一定壓力，然后進入燃燒室與噴入的燃料混合、燃燒，形成高溫燃氣，高溫燃氣進入透平膨脹做功，推動透平轉(zhuǎn)子帶著壓氣機旋轉(zhuǎn)，從而使發(fā)電機做功輸出電能。
　　為了實現(xiàn)高效率低能耗，燃氣輪機又可組成聯(lián)合循環(huán)。聯(lián)合循環(huán)的基本流程是在簡單循環(huán)的基礎(chǔ)上進行的。將簡單循環(huán)中燃氣輪機的高溫排氣，經(jīng)過煙道排入余熱鍋爐，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，進入蒸汽輪機做功，并帶動蒸汽輪發(fā)電機組發(fā)電。
　　3燃機電廠電氣部分的特殊性：
　　3.1燃氣輪機機組的出力
　　燃氣輪機的一個顯著特點是其性能隨周圍空氣溫度的變化而改變。機組所在地點大氣壓力的波動是很小的，而溫度的變化很大。當(dāng)溫度下降時，空氣比容減小，壓縮過程所需消耗的壓縮軸功率將減小。因此壓氣機軸功率的減小相當(dāng)于增大了燃氣輪機傳遞給發(fā)電機的出力。燃氣輪機的現(xiàn)場額定出力是指在設(shè)計預(yù)定的年平均氣象參數(shù)和現(xiàn)場的其他條件下以基本符合方式運行時發(fā)電機端上測出的功率，減去輔助負荷后得出的凈功率保證值。
　　燃氣輪機發(fā)電機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)定運行的年平均氣溫和初級冷卻介質(zhì)溫度條件下，電機的溫升和溫度不超過規(guī)定值時，發(fā)電機出線端的有效連續(xù)視在功率”。
　　發(fā)電機最大連續(xù)容量是指在燃機安裝地點處于一年中最低溫度的時間段內(nèi)，發(fā)電機能夠保證連續(xù)運行、高于額定值的出力。最大連續(xù)容量的選擇原則是：發(fā)電機最大連續(xù)容量應(yīng)與燃氣輪機在預(yù)定運行的月最低平均氣溫和初級冷卻介質(zhì)溫度條件下基本負荷運行方式相配合。這里需要強調(diào)的是使用預(yù)定運行的月最低平均氣溫，沒有規(guī)定使用極端最低氣溫，是考慮不把發(fā)電機容量選得過大，以造成不必要的浪費。
　　燃機電廠發(fā)電機組中的發(fā)電機，由于其特性要與燃氣輪機協(xié)調(diào)，而各大燃氣輪機制造廠根據(jù)制造技術(shù)、使用材料、氣象條件等因素，燃氣輪機的出力不可能形成一個標(biāo)準(zhǔn)的系列等級。
　　3.2電氣主接線
　　100MW及以上容量的燃氣輪發(fā)電機大多以發(fā)變組單元接線，接入升壓站，發(fā)電機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)電機出口斷路器（GCB）
　　非調(diào)峰的燃氣輪發(fā)電機組，發(fā)電機出口斷路器的裝設(shè)原則同燃煤機組。
　　用于調(diào)峰的燃氣輪發(fā)電機組，由于起停頻繁，其發(fā)電機出口是否設(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)電機與主變壓器之間串接GCB后，發(fā)電機變壓器回路的可靠性要比無GCB時下降，GCB故障或檢修時將影響整個機組的運行；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機起動時高壓廠用電母線的電壓水平，這時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)電機承受不平衡負荷或發(fā)電機出口發(fā)生不對稱短路時，GCB可以迅速切除故障，保護發(fā)電機使其免遭損壞；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)斷開后發(fā)電機在滅磁前仍提供電弧電流，發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁及定子電流衰減時間通常長達數(shù)秒，以至保護不了變壓器。而在發(fā)電機出口裝設(shè)GCB可切斷故障電流，從而保護了主變壓器和高壓廠用變壓器；當(dāng)發(fā)電機發(fā)生內(nèi)部故障時，GCB迅速跳開，使發(fā)電機與電網(wǎng)隔離，而不必連主變壓器一并切除，停機廠用電源仍可由系統(tǒng)通過主變壓器倒送，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，提高機組保護的選擇性。由此分析則需要加裝GCB。
　　綜合比較以上兩種觀點，對于調(diào)峰用燃機電廠,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，簡化廠用電源的控制和保護接線，也提高了廠用電系統(tǒng)的可靠性；減輕對電動機的電沖擊和機械沖擊以及對絕緣保護的破壞。機組并網(wǎng)或停機時只通過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)反相電壓對設(shè)備絕緣造成嚴(yán)重的損傷。這一點對調(diào)峰用燃機電廠尤為重要。
　　3.3.2經(jīng)濟比較
　　GCB的價格較貴,需要進口，一次性投資大,但運行費用低。下面就可此項做一下經(jīng)濟比較,比較中未計及兩種方案相同部分。
　　
　　圖主接線方案示意圖
　　
　　
　　表經(jīng)濟比較

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