發(fā)電廠電氣主接線可靠性比較分析

戴蘇平

（貴溪發(fā)電有限責(zé)任公司，江西 貴溪 335400）

作為電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，發(fā)電廠的電氣主接線可靠性是整個(gè)電力系統(tǒng)可靠性研究的重要方面。可以將發(fā)電廠電氣主接線可靠性定義為在給定的可靠性準(zhǔn)則和指標(biāo)的情況下，對(duì)整個(gè)發(fā)電廠電氣主接線可靠性進(jìn)行評(píng)估，其對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都具有非常重要的影響[1]。在保障整個(gè)發(fā)電廠主接線具有足夠可靠性的前提下，對(duì)發(fā)電廠主接線進(jìn)行合理的優(yōu)化具有重要的意義。本文對(duì)發(fā)電廠電氣主接線可靠性進(jìn)行了比較分析。

1 發(fā)電廠電氣主接線的故障影響及相應(yīng)的可靠性指標(biāo)

圖1 發(fā)電廠電氣主接線對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響

在進(jìn)行可靠性研究時(shí)，應(yīng)以元件故障為基礎(chǔ)計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的可靠性[2]。發(fā)電廠的電氣主接線作為整個(gè)電力系統(tǒng)整體的一個(gè)環(huán)節(jié)，其不是孤立地運(yùn)行的，而是與整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)荷及用電情況都具有重要的影響。發(fā)電廠的電氣主接線是整個(gè)能源傳輸通道的連接點(diǎn)，其故障對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要影響，如圖1所示。

根據(jù)圖1所示，發(fā)電廠的電氣主接線應(yīng)滿足運(yùn)行的穩(wěn)定性和連續(xù)性等可靠性要求。因此，本文從安全穩(wěn)定性和連續(xù)性?xún)煞矫鎭?lái)定義可靠性指標(biāo)。

1）反映供電連續(xù)性的可靠性指標(biāo)。發(fā)電廠的電氣主接線對(duì)輸電線路供電連續(xù)可靠性指標(biāo)為：①輸電線路的故障頻率fl；②輸電線路的可用度Al。

2）反映安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性指標(biāo)，有：①m臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)生被迫停運(yùn)的概率PIG；②m條出線發(fā)生被迫停運(yùn)的概率PLG。

通過(guò)上述指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)電廠機(jī)組和輸電線路的被迫停運(yùn)都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)振蕩或瞬時(shí)振蕩，甚至還有可能導(dǎo)致電壓失穩(wěn)的發(fā)生。

2 基于狀態(tài)空間的發(fā)電廠電氣主接線可靠性比較方法

狀態(tài)空間法是以馬爾夫模型為基礎(chǔ)的，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)元件故障狀態(tài)及各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移模式、概率進(jìn)行了分析，確定系統(tǒng)整體的可靠性指標(biāo)[3]。發(fā)電廠電氣主接線可靠性分析和評(píng)估是基于主接線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)分析電廠主接線狀態(tài)，可以找系統(tǒng)中各個(gè)元件變化對(duì)整體可靠性的影響。通常采用最小割集的方法來(lái)進(jìn)行：

假設(shè)最小割集S為，其中最小的割集為，若Ci中的所有元件都發(fā)生了故障，則系統(tǒng)將出現(xiàn)故障，因此：

由于發(fā)電廠電氣主接線十分復(fù)雜，因此其最小割集數(shù)量較大，可以對(duì)模型對(duì)如下簡(jiǎn)化。

將系統(tǒng)的狀態(tài)空間劃分為WF域和FF域，其中WF表示系統(tǒng)正常狀態(tài)的空間，而FF表示為系統(tǒng)故障狀態(tài)的空間?？傻玫较到y(tǒng)的故障概率近似表達(dá)式可以表示為

其中，fF表示為系統(tǒng)的故障概率，Mi表示為從最小隔集狀態(tài)向正常狀態(tài)的轉(zhuǎn)移率。

3 發(fā)電廠電氣主接線可靠性比較

3.1 元件可靠性參數(shù)

某發(fā)電廠裝機(jī)容量為100MW，線路長(zhǎng)度為100km，元件原始可靠性參數(shù)見(jiàn)表1。

其中，PN表示為元件的正常狀態(tài)的概率，PR表示為故障切除后修復(fù)的狀態(tài)概率，PS表示為擴(kuò)大型的故障狀態(tài)概率，PM表示為計(jì)劃中檢修的概率，Pf表示為斷路器為拒動(dòng)狀態(tài)的概率。

表1 元件原始可靠性參數(shù)

3.2 可靠性指標(biāo)計(jì)算

通過(guò)上述元件可靠性指標(biāo)，結(jié)合最小割集法，對(duì)發(fā)電廠電氣主接線可靠性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，其中負(fù)荷點(diǎn)1、2、3的供電連續(xù)性指標(biāo)如表2所示，運(yùn)行安全性指標(biāo)如表3所示。

表2 供電連續(xù)性指標(biāo)

表3 運(yùn)行安全性指標(biāo)

3.3 可靠性分析比較

從上述計(jì)算出的可靠性指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于發(fā)電廠電氣主接線而言，3/2斷路器接線無(wú)論是在元件發(fā)生單重故障還是雙重故障，其可靠性的指標(biāo)均是比雙母線好的。其主要原因如下。

1）在雙母線的接線方案中將無(wú)法形成多環(huán)路的供電模式，其一個(gè)回路是由一臺(tái)斷路器進(jìn)行供電的，母線連接方式較為脆弱；而3/2斷路器是一種環(huán)網(wǎng)的供電方式，其一個(gè)回路是由兩臺(tái)斷路器進(jìn)行供電的，在負(fù)荷出線處和電源進(jìn)線處都具有雙母線供電的優(yōu)點(diǎn)，斷開(kāi)任意一個(gè)斷路器將不會(huì)對(duì)供電造成影響。

2）3/2斷路器的接線隔離開(kāi)關(guān)只是作為檢修的電氣設(shè)備，其是不需要進(jìn)行任何的倒閘操作的，這就避免了由于對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行誤操作所導(dǎo)致的事故，且在對(duì)事故進(jìn)行處理時(shí)，利用相關(guān)的斷路器可以迅速消除事故；雙母線隔離開(kāi)關(guān)在操作電氣設(shè)備時(shí)需要改變相關(guān)的運(yùn)行方式，這就需要進(jìn)行倒閘操作，不僅容易造成事故，而且對(duì)事故進(jìn)行處理時(shí)速度較慢，供電可靠性較低。

3）3/2斷路器接線方式在對(duì)斷路器進(jìn)行檢修時(shí)無(wú)需帶任何旁路操作，可以對(duì)缺陷進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，保證了斷路器能夠長(zhǎng)期處于良好的狀態(tài)；雙母線接線方式進(jìn)行檢修時(shí)，一次回路需要帶旁路運(yùn)行的，這就降低了供電可靠性。

4 結(jié)論

對(duì)發(fā)電廠電氣主接線進(jìn)行選型時(shí)要從電力系統(tǒng)整體出發(fā)，合理分析電廠主接線的可靠性，根據(jù)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位，合理確定發(fā)電廠電氣主接線形式，提高發(fā)電廠電氣可靠性和安全性的同時(shí)增強(qiáng)發(fā)電廠電氣的經(jīng)濟(jì)性，取得經(jīng)濟(jì)性和可靠性的綜合最優(yōu)。

[1]郭永基.電力系統(tǒng)及電力設(shè)備的可靠性[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,200,25(17):53-56.

[2]周志超,張焰,王偉,等.變電站供電可靠性的定量評(píng)估[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化,2004,28(9):66-69,80.

[3 ]宋云亭,郭永基,程林.電力系統(tǒng)可靠性基本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析[J].繼電器,2002,30(7):14-17.