發(fā)電廠電氣主接線可靠性比較

王默+劉浩

摘要：在發(fā)電廠中，電氣主接線發(fā)揮著極其重要的作用，是發(fā)電廠的重要組成部分，電氣主接線能夠穩(wěn)定運(yùn)行，是發(fā)電廠能夠順利完成發(fā)電任務(wù)的必要前提。長期以來，很多專家和學(xué)者在電氣主接線方面都做了大量的研究，提出了各種改進(jìn)的方法，使電氣主接線在一定程度上得到了改進(jìn)。文章對發(fā)電廠電氣主接線可靠性比較進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；電氣主接線；可靠性；發(fā)電任務(wù)；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM732 文章編號：1009-2374（2017）06-0179-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.090

電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求是安全、可靠和經(jīng)濟(jì)。電氣主接線是發(fā)電廠和配電設(shè)備中最重要的樞紐元件之一，對電廠的安全可靠運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。在電力系統(tǒng)研究的課題當(dāng)中，電氣主接線是對其中研究的重要課題。電氣主接線的功能是完成電廠生產(chǎn)電能到對應(yīng)輸電系統(tǒng)的分配和輸送，而主接線系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠與供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行有密切的關(guān)系。在當(dāng)前環(huán)境下，國民經(jīng)濟(jì)環(huán)境一直保持上升的態(tài)勢，公民和工業(yè)在生活生產(chǎn)中對電的需求日益增加，對電力系統(tǒng)的規(guī)模和穩(wěn)定性的要求也越來越高。發(fā)電機(jī)組在得到不斷升級的同時，使得電廠主接線的形式也有所轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)越來越趨向復(fù)雜化，連接的電氣設(shè)備越來越多，承受的壓力越來越大，所以電氣主接線的可靠性已經(jīng)成為影響發(fā)展的重要因素。

1 發(fā)電廠電氣主接線的可靠性研究概括

1.1 可靠性的定義

對于可靠性的定義其實(shí)存在很多爭論，自從其出現(xiàn)以后經(jīng)過多次修改，至今已實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。我國頒布的《可靠性基本名詞術(shù)語和定義》中對失效這樣說道：產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能對可修產(chǎn)品通常也稱為故障；對可靠性這樣定義：產(chǎn)品在在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)擁有完成規(guī)定功能的能力。根據(jù)定義可以看出，可靠性的概念只有基礎(chǔ)性定義，而無量化性的標(biāo)準(zhǔn)?？煽啃缘母拍钍且驗橄到y(tǒng)和產(chǎn)品的故障所引出的名詞。

1.2 主接線常出現(xiàn)的問題

發(fā)電廠主接線系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是系統(tǒng)故障，因此在開始研究之前要對其系統(tǒng)的常見故障做出分析，一邊后續(xù)研究。主接線在電廠中是連接電氣系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)的重要緩解，但是本身沒有獨(dú)立運(yùn)行的功能。當(dāng)主接線出現(xiàn)問題的時候，會使供電系統(tǒng)的連續(xù)性被迫中斷，并且還會對系統(tǒng)的安全性造成嚴(yán)重的影響，所以主接線常出現(xiàn)的問題可以從連續(xù)性、充裕度和系統(tǒng)安全三大方面來考慮。

1.3 主接線可靠性的重要因素

1.3.1 斷路器影響可靠性。斷路器在整個主接線系統(tǒng)中起到的作用是很關(guān)鍵的，壓實(shí)最重要的部分，電廠主接線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就可以由斷路器的操作結(jié)果來改變。因為斷路器的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，在操作中有一定的難度存在，所以由于操作人員失誤導(dǎo)致發(fā)生故障的事件時有發(fā)生。另外，斷路器的工作過程也相對復(fù)雜，為操作人員帶來了更大的操作難題。因此，要求在安裝和操作斷路器的過程中，要使相關(guān)技術(shù)人員有豐富的實(shí)際操作經(jīng)驗和科學(xué)的安裝、操作程序，使工作人員的注意力時刻保持高度集中，這樣才會使斷路器的可靠性有所提高。

1.3.2 輸電線路和變壓器的影響。變電設(shè)備與輸配電線路均是電力系統(tǒng)的靜態(tài)配件部分，也是電氣系統(tǒng)的重要組成。當(dāng)這部分原件出現(xiàn)問題時會引起故障的擴(kuò)大。輸電線和變壓器出現(xiàn)故障之后，整體系統(tǒng)的狀態(tài)可能出現(xiàn)變化，導(dǎo)致斷路器動作的出現(xiàn)，所以系統(tǒng)修復(fù)的過程需要在斷路器切斷后完成。

1.4 電廠主接線可靠性的計算方法

1.4.1 以故障擴(kuò)散為核心的評價方式。以故障擴(kuò)散為核心的評價方式是選擇前向搜索的算法，判斷主接線系統(tǒng)的斷路設(shè)備動作是否在一定的范圍之內(nèi)，同時選擇故障擴(kuò)散的方法對故障的范圍進(jìn)行評價，從而判定故障的類型。這種算法的核心是故障擴(kuò)散算法，在完成系統(tǒng)擴(kuò)散方式與作用范圍的確定后，能夠得到系統(tǒng)可靠性的判定指標(biāo)，從而簡化了評價步驟，但是缺點(diǎn)是使得計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應(yīng)用。在傳統(tǒng)的方法中，比較可靠的方法是故障模式與后果分析的方法，這種方式需要在一開始以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為依據(jù)完成關(guān)鍵組成部分狀態(tài)的可能性判定。在完成這個工作后，通過對不同的系統(tǒng)故障狀態(tài)組合的分析，取得系統(tǒng)故障的集合。這種方法具有計算原理相對簡單的優(yōu)點(diǎn)，同時結(jié)構(gòu)流程也相對易懂。

1.4.3 頻率和平均持續(xù)時間法的應(yīng)用。頻率與持續(xù)時間方法是以Markov為核心而擴(kuò)展出的，具體方法中包括了Markov在實(shí)際使用中的理論以及從發(fā)電機(jī)到負(fù)荷端口的狀態(tài)空間圖的計算。在實(shí)際運(yùn)算過程中，需要首先將元件故障不斷擴(kuò)展的條件納入，最后完成系統(tǒng)狀態(tài)空間圖的集成，同時以這些資料為基礎(chǔ)計算整體系統(tǒng)與組成部分的可靠性。

1.4.4 最小割集法的運(yùn)用。最小割集法的基本方法是通過對系統(tǒng)故障發(fā)生的可能范圍來完成的，將計算后系統(tǒng)故障的空間盡可能縮小，減少評價計算的難度，而當(dāng)前發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模不斷提升，而單機(jī)容量也不斷增加，導(dǎo)致主接線系統(tǒng)的復(fù)發(fā)性越來越高，因此這種方法的使用需要注意。

1.4.5 邏輯表格法的運(yùn)用。邏輯表格法在電氣主接線中是最常用的方法，主要用來做定量評估分析。在完成主接線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及故障風(fēng)險分析后，統(tǒng)計整理得出的概率數(shù)據(jù)，以表格的方式存儲數(shù)據(jù)。在確定系統(tǒng)的具體指標(biāo)后，將得出表格的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)完成主接線系統(tǒng)可靠性的計算。這種方法的計算效率較低，由于當(dāng)前電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，已經(jīng)逐漸退出了實(shí)際運(yùn)用的舞臺。

2 電氣主接線故障狀態(tài)的相關(guān)矩陣描述

2.1 元件鄰接矩陣描述

元件的鄰接矩陣構(gòu)建是根據(jù)主接線部分不同元件的鏈接關(guān)系，通過矩陣的方式完成主接線部分不同元件組合以及網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)的描述。

2.2 替代原件矩陣描述

發(fā)電系統(tǒng)的主接線部分中，在單一元件出現(xiàn)故障或者在維修過程中，必須將相關(guān)連接設(shè)備分離開，并且進(jìn)行相關(guān)的替代，而替代原件矩陣正是用來確定所要替代元件的具體方法的。

2.3 結(jié)構(gòu)矩陣描述

建立結(jié)構(gòu)矩陣的基本條件是發(fā)電系統(tǒng)的主接線部分能夠覆蓋電力輸送的全部通道，同時能夠收到元件狀態(tài)的作用。在滿足這些條件后，即可構(gòu)建結(jié)構(gòu)矩陣完成相關(guān)操作。

2.4 受累停運(yùn)矩陣描述

受累停運(yùn)矩陣的核心功能是對系統(tǒng)中元器件故障影響進(jìn)行分析，從而判定故障累及系統(tǒng)的主要范圍。在一般的狀況下，元件發(fā)生故障，相關(guān)的斷路設(shè)備會做出動作，完成正常與故障部分的隔離。但是原件也會出現(xiàn)連續(xù)錯誤的時候，當(dāng)距離故障點(diǎn)比較近的原件也出現(xiàn)故障壞掉的時候，系統(tǒng)的故障將無法被正常隔離，使得故障繼續(xù)在系統(tǒng)中蔓延，出現(xiàn)故障擴(kuò)散的現(xiàn)象。

3 發(fā)電廠主接線可靠性改進(jìn)的措施和進(jìn)一步可做工作

3.1 發(fā)電廠主接線可靠性改進(jìn)的措施

電氣主接線在每個不同的發(fā)電廠接線的方式各有差異，而且造成的線路故障的原因也都不相同。不過多數(shù)電廠使用的是3/2斷路器和4/3斷路器進(jìn)行接線，在可靠性方面優(yōu)勢會明顯高于雙母線接線。首先，雙母線接線在供電的模式上無法實(shí)現(xiàn)多環(huán)路，每臺斷路器只能對應(yīng)一個相應(yīng)回路進(jìn)行供電，并且這種接線方式特別脆弱，然而3/2斷路器接線能時環(huán)網(wǎng)接線的方式形成，一個回路可以對應(yīng)兩臺斷路器，無論是在出線端還是進(jìn)線端都能夠完成雙母線的工作量，并且任何一個斷路器斷開不回去都不會對供電的回路造成影響；其次，在3/2斷路器連接中隔離開關(guān)在操作的時候無需道閘操作，只是作為檢修的設(shè)備來使用，從而降低了誤操作導(dǎo)致的隱患，而且一旦事故發(fā)生，斷路器也能夠在第一時間收到信息，將電路源切斷；再次，檢修3/2斷路器時便可以處理發(fā)現(xiàn)的不安全隱患，無需對旁路進(jìn)行操作，這樣使得檢修工作十分方便；最后，在超高壓主接線和變電站當(dāng)中3/2斷路器應(yīng)用的更廣泛，因為3/2斷路器的靈活性非常高，可以同時使母線和斷路器進(jìn)行工作，形成環(huán)網(wǎng)狀的供電線路。而4/3斷路器接線的基礎(chǔ)是在3/2斷路器上的，將四臺斷路器連接在斷路器的一個串中，并在進(jìn)出線回路中接三回，使線路具有靈活性，并且還能夠保證安全。

3.2 進(jìn)一步可做的工作

電力系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)要依據(jù)具體的電廠情況做出規(guī)定，不是需要可靠性指標(biāo)盡可能高。在發(fā)電系統(tǒng)中，可靠性、經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性之間存在一定的聯(lián)系?？煽啃灾笜?biāo)較高，表明系統(tǒng)的安全性較好，同時也意味著經(jīng)濟(jì)投資需要增加。相反的是，可靠性較低，經(jīng)濟(jì)投入會相對減少，然而會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，給人民的生產(chǎn)和生活帶來眾多負(fù)面影響，很容易對國民經(jīng)濟(jì)造成不良的影響，從而影響電力系統(tǒng)的整體社會效益。因此在電力系統(tǒng)確定可靠性指標(biāo)時，需要對經(jīng)濟(jì)性與可靠性進(jìn)行權(quán)衡，在系統(tǒng)論證與分析之后，在滿足穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之上進(jìn)行投入估算，盡量使費(fèi)用也降到合理范圍。

4 結(jié)語

電廠電氣主接線在電場中的作用不可或缺，既能夠影響人們的生產(chǎn)和生活、影響國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也能給電廠的投資造成巨大的負(fù)擔(dān)，所以在提高主接線可靠性的同時，還要結(jié)合具體投資情況，使電廠電氣接線在可靠的同時還要減少投資。

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作者簡介：王默（1984-），男，吉林敦化人，華能國際電力股份有限公司工程師，碩士，研究方向：電氣工程及其自動化；劉浩（1986-），女，山西長治人，供職于國電物流有限公司，研究方向：電氣工程及其自動化。

（責(zé)任編輯：小 燕）