吕雪珊
首钢工学院 北京市 100041
摘要
本文主要从理论上对热电发电厂电气自动化部分进行设计，包括电力系统用电平衡与接入系统方案、电气自动化主接线系统研究、电气自动化系统调度自动化方式研究、超临界供热机组用电系统设计等几方面做详尽的论述。热电发电厂电气自动化系统的设计旨在确保热电发电厂的稳定运行，确保区域电网的稳定，满足区域电力需求，为当地经济发展基地提供能源。
关键词：热电联产，电气设计，主接线设计，短路电流，厂用电系统
一、背景与意义
1．研究背景
近几年来，随着新疆自治区经济建设步伐加快，使得城区建筑采暖负荷日趋紧张。西北地区冬季较长，冬季采暖期在六个月以上，现市区仅有一座小型供热电厂——中盟热电公司，装机容量为80MW，供热面积约为2410760m，这远远满足不了全区4.3万平方公里的供热需求。市区仍有约280台分散小锅炉供热，集中供热普及率仅为%4.38，区域供热能力较为薄弱，急需建设新的大型热源以满足供热及供电的需求，本工程项目的建设不仅能够满足该地区的冬季供暖负荷，同时增加了电网装机容量，为周边地区电力提供可靠的电源保障，满足城市今后发展需求使人们日常生活更加便利。
2．研究意义
随着经济的快速发展，城区建筑采暖热负荷增长较快，难以满足城市建设的发展对集中供热的需求，建设热电联产提高集中供热比例，满足供热负荷及电力负荷增长需求，对提高居民生活质量和加快地区经济件事都具有十分重要的意义。本工程项目中新建2×350MW超临界供热发电机组，既可满足该地区近期及中长期供热需求，更可满足该地区电力快速增长的需求，同时做到节能减排，利国利民！
二、电力系统用电平衡与接入系统方案
1．热电厂概况
热电厂建设有两组2×350KW超临界供热发电机组（简称：热电厂），厂址位于区东部的东富工业园规划区内，距市区约3km。工程安装2×350MW抽汽凝汽超临界汽轮发电机组配2×1110t/h超临界中间再热直流煤粉锅炉。全年发电量35×l08kWh，发电机组年利用小时数5000h，发电机额定电压20kV，额定功率因数0.85，2台机组2016年计划投产。
本次设计的项目为一个总装机容量为150MW热电厂，共有四台机组，其中装机容量为25MW的机组两台(型号：QF2-25-2)，装机容量为50MW的机组两台）型号：QFQ-50-2）。25MW机组的厂用电率为10%,50MW机组的厂用电率为8%。
该项目采用1 条110KV输电线路（厂系线）直接与系统相联系；另一条110KV输电线路（厂甲线）经过变电站甲与系统成环网，该项目还设双回110KV线路（厂乙线I、厂乙线II）向变电站乙供电。甲、乙变电站的主要用户是煤矿、化肥厂、钢铁厂及一些乡镇工业、农副产品加工业、农业、居民用电等。另外该项目还有11条10KV线路负荷。
2.超临界供热机组接入系统方案
根据《新疆自治区电网“十三五”发展规划》，“十三五”期间供电区规划建设兰溪变电所，绥亭变电站，青岗变电站，王奎变电站两座220kV变电站，220kV变电站容量达到2010MVA，负荷率2.04。
电气自动化主接线主要是指发电三、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气自动化设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气自动化设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。
对一个电厂而言，电主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气自动化主接线又称电气自动化一次接线。
电气自动化主接线应满足以下几点要求：
1）供电可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。
2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设至最终接线。
3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。
三、电气自动化主接线设计的依据及内容
1.主接线的设计依据
（1）发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用。一般来说，电厂分为大型电厂，中小电厂，企业所属厂房。变电站系统主要包括系统的中央变电站，重要区域的变电站和三个一般变电站的类型。
（2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模。应根据电力系统的计划能力，系统负荷增加率和电网结构选择厂房容量选择。变电站设计基于五至十年的能源系统开发规划。一般安装两个主要变压器组，配电变电站可安装在三到四个主变压器。
（3）系统备用容量大小。系统需要容量不低于8?10％。电缆的主要设计也应充分考虑使用系统备份容量的大小方式改变。
2.主变压器配置方案的确定
主变配置有以下两种备选方案:
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分别对以上两种方案进行技术经济分析：
在方案a中：4台发电机组均连接于机端母线上，厂用负荷也同接于该母线上，通过两台升压变压器向系统送电，比较经济，投资较小，一台或两台机组停运，也不会造成多系统的危害，可以保证厂用电系统供电的可靠性。但该方案中系统送电方式可靠性差，灵活性差，若一台主变检修，另一台一旦发生故障，此时该电厂与系统解列，将会影响系统安全。并且选择的主变压器容量较大，故障的短路电流也很大，对其它设备的选择要求较高，影响其经济性。
在方案b中：据我国现行的《火力发电厂设计技术规程》规定，接在机端母线的主要变压器不能少于两台。因此采用两台25MW机组直接接在机端母线上，两台50MW机组采用单元接线方式，直接送入系统，保证供电可靠性，提高其灵活性。若#1、#2或#3、#4机组退出系统检修时，另外两台可以向其厂用部分送电，保证了机组的安全。并且主变压器的容量可以不必选择太大，短路时的电流并不是很大，便于选择配套装置。缺点是主变台数较多，投资较大。
由于本项目所带负荷较多，在系统中处于重要地位，一旦失去供电，将对社会产生较大影响，对企业造成很大损失，因此根据上述分析，主案b应为最佳方案。
参考文献
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