1000MW机组主接线及启备电源引I接方式研究
吴江
（江苏新海发电有限公司，江苏连云港222023）
摘要：电气主接线是发电厂电气设计的重要内容，主接线及启备电源的选择对电厂运行的可靠性、灵活性及经济性都有较大的影响.1000MW级机组在从2008年起在我国陆续建设，对大型发电机组电气主接线及启备电源引接方式研究尤为必要.文中通过全面分析研究影响因素，经技术经济比较，确定1000MW机组主楼线及启备电源引接方式.
关键词：1000MW机组：主接线；启备电源；研究
中图分类号：TM32文献标志码：B文章编号：1009-3230（2013）06-0047-03
TheMainWiringof10ooMWUnitandPowerSupply ConnectingModeResearch
WU Jjiang( Jiangsu Xinhai Power Company Limited Lianyungang 222023 China)
Abstract: the main electrical wiring is the important content of the power plant electrical design main wiring and power supply option has great efect on the reliability flexibility and economy of thestudies the mode of the main wiring of large generating units and power supply electrical connection. power plant operation. 1 000 MW unit from 2008 in China affer the construction so it is necessaryThrough a prehensive analysis of influencing fsctors through technical and economic parison detemine the main wiring of 1 000 MW unit and power supply connection mode.
Key words: 1000 MW unit; The main elecrical wiring; And the power supply; Research
底、天荒坪抽水蓄能电站等（.
1关于发电机出口断路器
1.2发电机出口断路器CCB的使用优缺点
1.1发电机出口断路器GCB的应用情况
直接从系统取得起动和停机电源，简化厂用电切 发电厂装设GCB的主要作用是在于机组可换及同期操作、提高其可靠性；可快速切除故障，减小发电机和变压器的事故范围；方便调试和维护，缩短检修时间，提高机组可用率等（.
目前世界范围内提供CCB的有ABB公司、法国Alston公司、AEPOWER（原日立公司）、日本三菱公司等几家著名跨国公司，国内仅仅有沈阳高压 开关厂生产过GCB，但没有在600MW及以上机组运行的业绩.因此如采用CCB必须进口.
安装CCB后，发电机组的起停机电源是经过主变压器倒送电至高压厂用工作变压器获得的， 从机组起动一直到发电机并网发电，整个过程都无须进行厂用电源切换.只有在故障时才需要厂用电切换，大大降低了厂用电的切换次数，有效地提高了广用电的可靠性，从面提高发电厂安全可电源由启动/备用变引接.在发电机正常起动时， 靠性.当未安装CCB时，机组的正常起动、停机
目前全世界有超过50%的核电厂和超过10%600MW以上新建电厂许多都装设了GCB2. 的火力发电厂装设了GCB，最近几年来单机容量在
国内的核电机组均装设了CCB，如大亚湾、秦山、连云港核电站.水电机组如葛洲坝、小浪
1.3CCB对启动/备用电源的影响
首先通过启动/备用变压器获得起动电源，当发电机建立正常电压并带一定负荷后，通过厂用电切换装置切换到厂用工作变压器供电；发电机的停机过程与之相反.采用CCB后，使厂用电源切换次数显著减少约为1/348，从而有效地提高了发 电厂安全可靠性.
发电机出口不设CCB时，启/备变不仅作为机组起动和停机的电源，而且还作为工作变压器事故或检修状态下的备用，对启/备变可靠性要求高.装设GCB后，正常启动和停改为仅负责故障停机和检 修备用，可靠性要求降低.因此可简化启动/备用电源的设置，不设置备用电源或多台机组共用一台启/备变，相应在接线上更简洁、经济上更节省.
装设GCB可简化同期操作，不受环境影响、避免非全相操作故障，提高供电可靠性.安装GCB后，同期操作将在CCB进行，不存在高压断路器受的电压应力影响的弊端，也不受外部环境条件的影响.CCB在设计和制造中都考虑了三相机械联动， 防止了非全相操作的发生.提高了供电的可靠性.
2主接线及高压启动/备用电源接线
电气主接线选择原则要求在满足可靠性、灵活性的前提下做到经济合理.在设备和母线故障、检 修时，尽量减少停运回路数和停运时间，并保证对一级负荷和大部分二级负荷的供电，尽量避免全厂停运的可能；满足调度、检修、扩建的灵活性和事故处理的灵活性；主接线应力求简单，继电保护和二次回路不过于复杂，限制短路电流水平，尽可能减少设备投资、占地面积，减少电能损失.
采用GCB后便于检修、调试，缩短故障恢复时间，提高机组可用率.采用CCB不仅实现了发电机、变压器有选择的保护跳闸，同时简化了保护接线，而且多数保护无须动作于高压断路器，从面 避免了厂用电的失去，多数情况下可以在数十分钟内恢复机组的运行，大大提高厂用电系统的供电可靠性和机组可用率.
2.1方案描述
1000MW机组及厂用容量校验，中压厂用电采用6kV一级电压，每台机组设置一台53/31.5-31.5MVA的分裂变压器和一台33MVA工作段母线，对应的启/备变的设置有如下可能 的双卷变压器为高厂变，对应设置A、B、C三段方案，参见表1.
但GCB造价高，每台约1100万元，除本身价格较高外，还需增加高厂变有载调压开关；为了提采用进口，为以后的维修和备件供货带来不便；主 高设备可靠性和供货的原因，上述两个设备基本厂房内布置和发电机引出线布置较复杂，还可能增加主厂房尺寸；装设GCB在主回路上相应增加了一个潜在故障点.
以上方案的接线如图1~图3所示.
接线方案表发电机出口不设置GCB方案
表1
发电机出口设置GCB方案一 发电机出口不设置CCB 方案二 方案三两白机组设置与高厂变同容量的双卷变和两台机组设置一台与高厂交同容量的分额 两台机组设置一台与高厂变同容量分套变为高压启动/备用变压器 变压器 的分裂变压养
图1方案一
方案二：仅仅设置一台与分裂高厂变同容量的有载调压启/备变，启/备变的一个分支供给工
方案一：全厂设置两台与高厂变同容量的有载调压启/备变，与高厂变的备用关系为一一对应.
下，选择与一台分裂高厂变同容量的启/备变完全能够满足机组起动的需要.考虑到同一台机组的两台高厂变同时发生故障的概率极低，因此设置 一台分裂启/备变完全可以满足作为一台高厂变备用的功能，但是方案二由于少设置一台双卷高备变，其运行的灵活性较方案一差.综上所述，方案二是可行的.
作A、C段（或A段），另一个分支供给工作B段（或B、C段）.方案对启/备变的容量选择最为苛功能，同时还需满足机组起动时的容量需要，就 刻，启/备变不但为某一台高厂变承担检修备用的方案一、方案二面言，由于机组工作C段所接负荷基本为公用负荷，而机组负荷基本接在机组工作A、B段上.根据计算表明，在机组起动工况
图2方案二
方案三：发电机出口设置断路器，仅仅设置一停机变的一个分支供给工作A、C段（或A段），
图3方案三
2.2可靠性比较
构成系统失效这样一种系统.换句话说，必须全部元件完好，系统才算完好.计算公式如下：
2.2.1可靠性评估原理
利用最小切集法来评估各种电气主接线方案的可靠性指标.所谓最小切集法是指当一组元件事故时将造成系统失效，但是只要这组元件之中任一个元件没有事故则系统不会失效，这一组元件即被称为最小切集.每一组最小切集可等效成并联元件之可靠性方程式（式1）表示；相对的，因 一组并联元件而其对系统可靠性造成之影响可用为每一组最小切集均会造成系统失效，所以，从可靠性之观点来看，的最小切集可以等效成串联网路，负载点的可靠性指标因此可应用申联元件之可靠性方程式（式2）来求得.
(1)
式中：R，为系统可靠度；R为系统元件可靠度.
从式中可见，申联系统的寿命基本也是由最命还要短.因此，要延长整个系统的寿命，首先要 弱的元件的寿命所决定的，而且比最弱元件的寿延长最弱元件的寿命.系统中元件越多，寿命熔短越明显.因此从延长系统寿命的观点看，串联过多的元件是不利的.
（2）并联系统
并联系统是指素有元件均失效才构成系统失效的系统.或者说，元件中的任意一个工作，系统便算工作.计算公式如下：
2.2.2并联系统及串联系统之计算方法
（1）申联系统
串联系统是指系统中任何一个元件的失效均
(2)
经比较可知，并联系统的可靠度比其中任何一个元件的可靠度高，面申联系统中的每一个元件的可靠度比系统的可靠度高.因此，提高系统 可靠度的一种方法是对一个元件添加并联元件.但是，采用并联系统其成本价格会成倍地增加.
写的《2001年2005年全国电力可靠性简要分析》.数据见表2.
13类输变电设施包括：架空线路、变压器、断路器、电抗器、电流互感器、电压互感器、隔离开 关、避雷器、耦合电容器、阻波器、全封闭组合电器、电缆线路、母线.
（3）可靠性评估的原始数据以及计算结果
电气主接线可靠性计算需要使用各电气元件的可靠性数据为基础，本文使用之数据全部取自中国电力企业联合会电力可靠性管理中心人员撰
2001-2005年我国13类输变电设备主要可靠性指标见表2.
表2
综合技术比较表类别电压等级（kV）可用系数%
非计划停运 计划停运类别 电压等级/V 可用系数% 强迫停运率 次数 时网 次数 时间聚空线路 220 330 99.05 99.5 0.23 0.1 400 9.2 3.44 2.93 2693.3 93.6 70.86 62.5500 98.49 0. 141 71.4 5.33 365.6 19.87变压器 220 330 99.23 98.84 3.106 1.871 180.4 4.6 6.43 1.92 107.6 2967 65.71 95.39500 220 98.87 99.61 2.634 1.94 25.6 785 9.13 0.95 489.4 9333 89.79 32.7330 500 99.41 99.19 2 255 3.12 83.4 12.6 0.55 3.41 1076.4 432.8 67.34 50.73电抗器 220 330 99.59 98.89 2.758 0.369 0.8 0.6 0.158 5.718 9.6 37 35.53 91.84500 220 99.13 99.8 0.097 1.435 12.8 142 5.444 0.088 14985 70.5 99.133 17.26电流互棉器 330 99.58 0.084 1 0.466 0.068 389.2 43.81 36.5500 220 99.49 99.89 0.083 0.12 38.2 14.6 0.084 5519.4 1556.8 9.62电压互器 330 00S 1L66 99.61 0.214 0.08 1.8 8.6 0.028 0.076 391.8 979.2 25.08 34.27隔离开关 220 330 99.69 99.9 0.189 0.174 233.8 5.4 0.124 0.06 11084.6 557.6 27.43 9.1500 220 99.67 99.84 0.233 0.026 27.8 19.2 0.178 0.044 5942.4 1225.4 26.6 13.56逊霄器 330 500 99.78 99.59 0.099 0.024 0.6 2.2 0.004 0.016 1007.2 211.6 19.28 35.39母线 220 330 99.93 99.9 0.257 0 18.2 0.15 0 827.2 20.6 5.71 9500 99.78 0.294 2 0.122 71.6 19.59插合电容器 阻波春 >220 ≥220 16°66 99.93 0.027 0.057 = " 0.01 18.81 " - 8.09 6.35组合电器 电缆线路 >220 >220 99.79 99.99 0.513 0.25 - 0.16 0.04 " 13.17 1.19
注：（1）强追停运率单位：架空线路、电缆线路为改/（百ma），其它设备为次/[百台（段）a]：停运时间单位：架空线路、电缆线路为（百km），其它设备为b台（段）
（2）因数握有限，调合电容器、阻波器、电缆线路、组合电器等四类设备数据为最近4年的平均可靠性指标，且计停、非计停改数末作准确统计.
（3）两台机组年平均启动次数为8次/两台机组年，平均每次起动时间为8h/次起动.
2.2.3可靠性计算
对高厂变和启/备变作如下假设：
（4）每台机组的年运行小时数为5000h.
（1）高备变和高厂变具有相同的检修特性，“检修”包括故障和例行等检修，不考虑两台启/备变同时检修.
（5）根据ABB提供的相关数据，CCB的平均故障时间（MTTF）为12.264h/台年，平均维护时间（MTTR）为32h/台年.
（2）变压器平均检修时间为67.63h/台年；平均检修次数为1次/a
（6）以上事件均为独立事件.以上数据根据
《电力系统元件可靠性基础数据统计分析》中关于2001-2005年度超临界机组平均可靠性指标，其中1000MW机组无相关数据，本数据参考800MW机组的相关数据.
2.3启/备变的闲置率
假设不考虑两台高厂变同时检修的情况下，启/备变（停机检修变）的闲置率计算条件及计算结果如下表4所示.
表3 可富性计算表方案 能够起动机组率% 99.9831= - 99.9831三 $96666
根据上文所述之最小切集分析法，结合上表标的计算结果见表3.从表中可知，在装设CCB 所列之元件数据，对上述5个接线方案可靠性指后机组能够起动的概率要高于不装设GCB的情况，但是两者总体相差不大，可以认为基本相同.
说明：不设置CCB时，启/备变在检修时机组不能起动.
表4
启/备变闲置率计算表
方案 使用条件 分裂变压器 闲置率% 双卷变压器每两台机组中任何一台起动以及两台分裂 每两台机组中任何一台双卷需要各用，以及 使用条件 闲置率高厂变中任何一台需要备用，其它时间均处 96.99 分验交压恭在检修时，两台机组中任何一台 98.45每两台机组中任何一台起动以及四台高厂 于条用状态. 机组起动，其它时间均处于备用状态.变中任何一台需要备用，其它时间均处于备 95.45机组停机或检修时，其它时间启/备变均处 用状态.3 于备用状态. 98.54 无-
从上表中可知，对应于方案二启/备变的闲置率最低，但是仍然高于95%；由于启/备变（停机检修变）的闲置率相当高，而且设置的数量多少不影响机组的安全运行，因此不推荐过多设置启/备变.
机组设置一台分裂绕组高压启动/备用变压器.考虑到电厂的运行维护管理以及灵活性，也可采用方案一，即两台机组设置一台分裂绕组变压器和一台双卷变压器为高压启动/备用变压器.
2.4综合技术比较
综合技术比较表表5 方案 1 2 3接线 较为复杂 较为简单 较为简单主厂房A排外及共箱 母线短路水平 50/125 kA 50/125 kA 50/125 kA封闭母线布置 最为复杂 较为复杂 较为复杂运行维护管理 较为复杂 较高 较为简便 较为简便灵活性 可靠性 较好 较高 最高 好机组正常起停 较为复杂 复杂 方式多样，事故切换 较为复杂 复杂 较为简单 简单
具体比较参见表5综合技术比较.
3结束语
通过比较，虽然发电机出口装设断路器具有如下优点：可简化厂用电接线、厂用电源的控制和保护接线，避免了厂用电的切换，提高了厂用电接线的可靠性：同时有利于机组故障消除后能够迅速恢复并网，或保证机组安全停机：有利于保护发 电机组、主变压器和高压厂用变压器，提高了保护的选择性；提高了机组的可用率；但是考虑到初期投资较高，经济性较差，不利于电厂的竞争上网，因此不推荐装设发电机出口断路器.
参考文献
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由于启/备变的闲置率非常高，虽然不同的启/备变设置方案对机组的起机率有所影响，但是相差 仅仅在0.0137%，其中的无法起动机组风险主要来自于启/备变的检修，如果能够合理安排机组启动以及启/备变的检修时段，可以规避一定的风险：综合经济性比较，确定方案二为推荐方案，即两台
