（神华神东电力新疆准东五彩湾发电有限公司 新疆吉木萨尔 831700）
摘要：通过火力发电厂电气设计及设备选型的分析，提出变压器直流偏磁防治、扭震保护、快切冷备等方案，使火电厂在初设及设备选型中提前做好应对措施，确保电厂设备安全稳定运行。
关键词：电气设备设计、选型
随着我国特高压交、直流电网的发展，电网结构日趋复杂，随着国内单机容量的不断增大，火力发电厂及电网电气部分也产生了许多新的问题如：变压器直流偏磁、大型汽轮发电机组轴系扭振、主变压器是选用三个单相变还是选用三相一体变、是否采用快切冷备技术等问题，如果在火力发电厂电气设计及设备选型初期搞不明白这些问题，将对今后生产运行造成许多危害及制造成不必要的浪费。
1 变压器直流偏磁的防治
随着我国特高压直流换流站的不断投运，直流偏磁造成的影响越来越突出，当换流站运行方式为：单极大地回线运行方式时，附近中性点直接接地变压器不时出现噪声异常增大的现象。当高压直流输电（HVDC）运行在单极大地回线或者双极不对称运行方式时，接地极附近有直流电位，不同位置的接地变压器的中性点之间由于存在着直流电势差，且交流系统的电阻值较小，从而使直流电流通过接地变压器中性点，在交流系统中形成了回路，流经绕组的直流电流成为变压器励磁电流的一部分，该直流电流使变压器铁心偏磁，改变了变压器的工作点，使原来磁化曲线工作区的一部分移至铁心磁饱和区，结果总励磁电流变成尖顶波，最终导致变压器振动增大，出现噪声异常增大的现象。
目前使用电容隔直装置能有效消除直流偏磁造成的威胁。电容隔直装置在检测到变压器中性点直流偏磁电流超限后，自动将电容器串联接入地网与变压器中性点之间，利用电容器”通交、隔直“特性，阻断变压器中性点的直流电流。
所以如果有电厂要通过直流换流站输送负荷，在设计初期应注意变压器直流偏磁的防治。需要在电厂初设初期，让电力设计院根据电网结构数据计算直流偏磁情况，最终确定防治方案。
2大型汽轮发电机组轴系扭振保护
大型汽轮发电机组轴系扭振（简称大机组轴系扭振）是指因机电扰动或非正常运行方式产生的轴系扭转振动，严重时可使轴系的某些截面或联轴节处产生过大的交变扭应力，导致轴系的冲击性或疲劳累积性损坏，直接威胁机组的安全运行。
输电系统的串联电容补偿、直流输电、加装不当的电力系统稳定器以及发电机的励磁系统、可控硅控制系统和电液调节系统的反馈作用等，电厂出线附近发生短路、非同期并网以及切除故障时，瞬时性对称与不对称短路、自动重合闸、非同期并网、甩负荷、瞬间快控汽门及线路开关切合操作等突发性机电扰动，将有可能产生短时间冲击性扭矩，形成短时间冲击性轴系扭振。长期存在这样的现象均有可能诱发机组轴系扭振，严重时将会使汽轮发电机组轴系断裂。
在电厂初设初期，应该让电力设计院根据电网结构数据计算或仿真模拟汽轮发电机组轴系扭振情况，根据计算结果：如无扭振现象，可不考虑加装监测及保护装置；如扭振不严重仅可加装监测及保护装置（须在发电机机招标前确定扭震传感器开孔位置）；如扭振严重需要加装监测、保护装置及抑制装置（须在发电机招标前确定扭震传感器开孔位置，需要提前预留抑制装置安装场地）。
3发电机出口是否必需安装出口断路器？
3.1发电机出口装设断路器优点：
3.11发电机出口装设断路器，机组启动电源由主变倒送至厂用变供电，利用发电机出口断路器并网，不需要切换厂用电。
3.12发电机并网后如果发电机内部故障或汽机、锅炉故障时，可在不失去厂用电源的情况下切除故障，限制故障影响扩大，提高发电机、变压器运行的安全性。
3.13主变高压侧开关非全相运行，会产生负序电流会对发电机产生危害，发电机出口断路器能快速断切断故障，减小对发电机的危害。
3.14当主变或高厂变发生故障时，快速断开发电机出口断路器，减小对主变或高厂变的危害。
3.2发电机出口装设断路器缺点：
3.2.1发电机出口装设断路器，就在发电机与主变之间串联了一台断路器，发电机与主变回路可靠性降低，断路器检修或故障将影响整个机组运行。
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3.2.2在机组启动时，主变作为降压变倒送电，为了保证厂用电动机启动时厂用电压水平，主变或厂用变需要用有载调压变压器，增加造价同时降低可靠性。
3.2.3在机组启动时，主变作为降压变倒送电，主变负载小、损耗大。
3.2.4发电机出口装设断路器(1000MW机组额定电流：20kA～25kA，额定短路开断160kA～200kA)只能依靠进口产品，其价昂贵，每台SF6断路器价格高达900万元～1300万元，这将明显增加电厂投资。
所以发电机出口是否装设断路器取决于可靠性与经济性比较。600MW以上机组有装设发电机出口断路器，也有不装设发电机出口断路器的运行业绩，未见明显问题与差异。装设发电机出口断路器有利于运行调整，但随着GIS、封闭母线的可靠性提高，为节省造价，发电机出口可以取消断路器，但发变组保护、封闭母线、微正压装置的选型、安装的可靠性一定要有保证。
4主变是选择三相一体变还是三个单相变好？
4.1三相一体主变压器具有以下优点：
4.1.1一台三相变压器的体积较三台单相变压器的体积小，占地面积小，土建设计施工量小，土建施工费用低。
4.1.2三相变压器一次回路接线简单，高压侧中性点不需加跳线短接， 低压侧不需通过封母接线，二次回路接线也相对简单，节省封闭母线，节省保护装置投资。
4.1.3一台三相变压器比三台单相变压器价格低约20%。
4.1.4具有三相相对磁势平衡的优势，可在一定程度避免磁振荡，从而消除隐患。
所以从初投资及后期运行费用看，三相一体变压器比3个单相变有优势，所以推荐用三相一体变压器。如果运输条件具备可整体运输，如果运输条件不具备可利用散件运输到厂组装模式。
5启备变保护方式的选择
启备变电源由电网供电，在机组启动过程带厂用负荷，当全部机组正常运行后，由快切装置切换至机组自己带厂用负荷，所以大多数时候启备变处于热备状态（启备变高压侧合闸，低压侧不合闸），由于长时间处于热备状态，造成变压器空载损耗大，白白浪费不必要的电量。目前出现了一种快切冷备保护技术，可以在厂用电切换后启备变采用冷备保护方式（启备变高、低压侧均不合闸），厂用电故障时，启备变能正常切换供电，保证机组厂用设备正常运行。由于采用冷备保护方式所以实际不产生电能损耗（注意：如果电网公司要求启备变中性点长期接地的变压器不能采用此方案)。.
6用DCS系统代替ECMS系统
6.1电厂电气发变组及厂用电控制系统在没有ECMS系统时均由DCS系统监控，说明DCS系统可以完成此功能。
6.2一般电气发变组及厂用电控制由DCS控制，由ECMS系统监视，这样造成了监控区域重叠、资源浪费、维护复杂、不利于全厂数据再分析利用、不利于运行人员操作等弊端。
6.3减少备品、备件，节省造价。
所以用DCS对电气设备控制在技术上是可行的，同时有利于事故分析，以利于电气数据的全厂调用与分析，减少备品、备件，节省造价。
7、用智能变送保护装置代替发变组变送器
因电网故障等原因易造成常规发变组变送器暂态特性异常，容易造成DCS或DEH出现误调节现象，甚至造成机组功率震荡。用智能变送保护装置，其一路量接至测量CT，另一路量接至保护CT，当测量回路故障时，该装置自动切换至保护CT回路，确保机组连续正常运行。
8、电除尘电源设备优化
按照浙江大学闫克平教授对电除尘的研究成果，按照电除尘流场及灰尘浓度安排电源功率，从而达到除尘效果最好，电源匹配度最佳的效果，从而实现真正意义上的节能优化。
9、电气节能产品的选择。
电机选用节能型电机、干式变压器可选用非晶合金变压器、凝结泵可采用永磁调速等技术（变频器调节技术）来节省电能。
通过对特高压交、直流电网下电厂电气设备出现的新问题，以及电厂初设涉及的电气设计及设备选型等问题分析，提出相应的方案，有利于在电厂初设阶段明确：电厂电气设备可能存在的问题，积极寻找解决方案，确保电厂投运后的安全稳定运行，避免不必要的损失。
参考文献
[1]赵志刚。电力变压器直流偏磁问题的工程模拟[D].天津，河北工业大学,2010
[2]高文志、郝志勇。大型汽轮发电机组轴系扭振控制研究的现状与展望[J]. 发电设备, 1997.3.
[3]徐欢建。500kV三相一体主变安装调试工艺研究[D].杭州，浙江大学,2011
论文作者:张伦
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/12
标签：发电机论文; 变压器论文; 断路器论文; 机组论文; 电厂论文; 电网论文; 故障论文; 《电力设备》2016年第19期论文;