浅议燃机电厂电气系统

摘要：燃气轮机发电厂简称燃机电厂，是一种环保高效发电技术的代表。现阶段国内的燃机机组主要功能是调峰，其电气部分与燃煤机组相比具有明显的差异性。本文阐述了燃机电厂的流程，并针对电气系统进行设计，包括燃气发电机的容量选择、启动系统、主变的选择、发电机出口断路器安装的确定、厂用电源的引接等等。

关键词：燃机电厂；电气系统；设计

前言

燃气轮机发电厂的燃料以天然气、燃料油为主，属于清洁绿色的发电类型。因燃机电厂具有燃烧完全、启动迅速、污染小、装机快、效率高等优点，目前有着很广阔的应用市场。我国实行的“西气东输”工程，促进了国内燃机行业的发展，国内与国外高新技术相互学习合作，推动我国的燃机事业走向一个新的历史发展舞台。

1.燃机电厂基本流程

燃机电厂主要采用联合循环模式，压气机吸入外界空气，压缩后进入燃烧室与燃料混合燃烧，产生高温燃气，透平因燃气压力做功，迫使透平转子与压气机同时旋转，进而牵动发电机做功，产生电能。燃气轮机的高温排气经烟道流向余热锅炉，加热锅炉中的给水，转化成高压高温水蒸汽，推动蒸汽轮机做功，最终带动发电机做功输出电能。联合循环发电机组的热效率大大提高，远高于燃煤机组，是高效、清洁能源，将在今后相当长的时期内得以广泛使用。

2. 燃机电厂电气系统设计

2.1发电机的容量选择

每种燃气轮机机型都有专属的温度影响曲线，如图1。从图分析得，外界气温为-18℃，燃机出力是ISO工况下额定出力的1.2倍；当气温为+49℃，燃机出力是ISO工况下额定出力的0.8倍。燃机的额定出力随外界温度的变化而变化。发电机额定出力的选取，要遵循发电机与燃气轮机的额定出力变化范围能够相互配合的原则。确定发电机的额定容量：不能太小，约束燃气轮机的出力效果；不能太大，造成浪费。

2.2启动系统的安装

压气机是燃机构造各部件中耗能最大的，正常运行中透平发出的功率被压气机消耗的占三分之二，输送到发电机的功率只有三分之一。启动前期，透平还未做功，需要另设装置给燃机供能，使得燃气轮机能够正常旋转、点火、加速，顺利完成整个启动过程。特设启动装置的类型基于不同的燃气轮机类型及机组容量是存在差异的。启动马达安装在燃气轮机的本体上，采用高压电缆完成启动马达与厂用高压电源的有效连接任务。燃机正常启动后启动马达即停止运行。

2.3主变的选取

燃机电厂的发电机组在电网中主要承担调峰及应急电源的任务，启动与停止的频率较高，因此适合选取单元制接线方式，即采用的是发电机-变压器单元制接入电力系统的模式。在选取主变容量时，可以借鉴燃煤机组主变容量的选取方法。

2.4 发电机出口断路器（GCB）的装设

燃机发电机-变压器一般采用单元制接线，发电机出口断路器即为发变组出口开关。若发电机发生不平衡负荷或出口发生不对称短路时，GCB可立即切除故障，防止发电机受损；若变压器或系统发生故障时，发变组出口断路器GCB动作时间一般为40ms，同时发电机变压器组保护发出跳发电机励磁开关的命令，发电机变压器组解列灭磁，GCB能够在60ms内切断故障电流，高效快速地隔离了发电机与故障变压器。

2.5高压厂用工作电源的引接

燃机电厂的高压厂用工作电源一般取自汽轮机发电机出口变压器低压侧。如果联合循环中有旁路烟道的设置，就可以将燃气轮发电机的运作模式设计为简单循环模式，即汽轮机停止运行后，燃气轮机依然可以维持正常运行。如果没有旁路烟道的设置，汽轮发电机组和燃气轮机机组需要同步进行启动和停止，此种情况的厂用工作电源可视具体环境条件引接自燃机发电机出口或汽轮机发电机出口。

2.6启动/备用电源设置

若是非调峰机组，启动/备用电源可参考燃煤机组方案设置。若是调峰机组：对于发电机出口未安装GCB的情况，只需安装一台启动/备用变压器；对于超过两个变压器组的发电机出口未安装GCB的情况，因为应用启动/备用变压器较为频繁，需至少安装两台启动/备用变压器，并且馈电侧要相互连接。对于发电机出口安装GCB的情况，不超过四个机组配置一台启动/备用变压器；对于相同的大于五个机组的情况，多配置一台用于备用。

2.7黑启动

燃机电厂可以充当电网的应急备用电源，应额外设置“黑启动”独立电源。此种情况要求在没有外加电源的基础上，启动燃气轮机发电机组，并向电网正常供电，能够真正充当应急备用电源使用。一般常选取柴油发电机作为“黑启动”启动电源。可以将保安电源与“黑启动”电源一并考虑，降低黑启动的投资成本。

总结

基于天然气的燃气轮机联合循环发电技术，是现阶段全球走在科技前沿的先进技术，与传统发电相比，其优势有：供配电效率高，成本低，建设周期短，体积小，污染少，调峰性好等等。国内目前与国外相比，仍存在一定不足，但在积极的政策推动下，我国逐步实现燃气轮机的国产化，其燃机事业努力攀向新的高峰。

参考文献

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