摘要：當今燃氣聯合循環發電的應用正在世界各國迅速發展。本文根據燃機電廠電氣方面的特點在進行探討，提出電氣設計的一些特點。燃機發電的應用前景廣闊，其電氣設計的研究將為此類電廠的建設提供參考。
　　關鍵詞：發電廠；電氣主接線；起動/備用電源
　　1前言
　　燃氣輪機發電廠是用燃氣輪機或燃氣－蒸汽聯合循環中的燃氣輪機和汽輪機驅動發電機的發電廠。燃機發電廠的燃料為天然氣或工業伴生氣等，由于燃燒完全，其燃燒生成排放物對環境影響少，噪音污染小；又因燃機電廠具有建設周期短、啟動上網快、環境污染少、投資省、熱效率高、運行成本低和壽命周期較長等優點，在電網中作為調峰和應急電源，具有重要的作用。目前市場應用非常廣泛。在國內，對于一些大型的冶金工業企業，會有大量的高爐煤氣和焦爐煤氣產生，這些多余的煤氣要對空點燃排放，既是能源的浪費又會產生對環境的污染，所以說它是潔凈發電技術的一種體現，因此我國的燃機電廠的發展也進入了一個新的時期。
　　燃機電廠的電氣部分與燃煤機組有著不同的特征，本文重點分析其中主要特征，具有針對性探討其設計特點。
　　2燃機電廠基本流程
　　燃機電廠有簡單循環和聯合循環兩種類型。簡單循環的通流部分由進排氣管道和燃氣輪機的三大件即煤氣壓縮機、燃燒室、透平組成。壓氣機從大氣吸入空氣，并把它壓縮到一定壓力，然后進入燃燒室與噴入的燃料混合、燃燒，形成高溫燃氣，高溫燃氣進入透平膨脹做功，推動透平轉子帶著壓氣機旋轉，從而使發電機做功輸出電能。
　　為了實現高效率低能耗，燃氣輪機又可組成聯合循環。聯合循環的基本流程是在簡單循環的基礎上進行的。將簡單循環中燃氣輪機的高溫排氣，經過煙道排入余熱鍋爐，應用熱交換器原理加熱鍋爐中的給水，產生高溫高壓的蒸汽，進入蒸汽輪機做功，并帶動蒸汽輪發電機組發電。
　　3燃機電廠電氣部分的特殊性：
　　3.1燃氣輪機機組的出力
　　燃氣輪機的一個顯著特點是其性能隨周圍空氣溫度的變化而改變。機組所在地點大氣壓力的波動是很小的，而溫度的變化很大。當溫度下降時，空氣比容減小，壓縮過程所需消耗的壓縮軸功率將減小。因此壓氣機軸功率的減小相當于增大了燃氣輪機傳遞給發電機的出力。燃氣輪機的現場額定出力是指在設計預定的年平均氣象參數和現場的其他條件下以基本符合方式運行時發電機端上測出的功率，減去輔助負荷后得出的凈功率保證值。
　　燃氣輪機發電機的額定容量的定義為：“在額定頻率、額定電壓、額定功率因數和額定氫壓（如用氫冷）以及預定運行的年平均氣溫和初級冷卻介質溫度條件下，電機的溫升和溫度不超過規定值時，發電機出線端的有效連續視在功率”。
　　發電機最大連續容量是指在燃機安裝地點處于一年中最低溫度的時間段內，發電機能夠保證連續運行、高于額定值的出力。最大連續容量的選擇原則是：發電機最大連續容量應與燃氣輪機在預定運行的月最低平均氣溫和初級冷卻介質溫度條件下基本負荷運行方式相配合。這里需要強調的是使用預定運行的月最低平均氣溫，沒有規定使用極端最低氣溫，是考慮不把發電機容量選得過大，以造成不必要的浪費。
　　燃機電廠發電機組中的發電機，由于其特性要與燃氣輪機協調，而各大燃氣輪機制造廠根據制造技術、使用材料、氣象條件等因素，燃氣輪機的出力不可能形成一個標準的系列等級。
　　3.2電氣主接線
　　100MW及以上容量的燃氣輪發電機大多以發變組單元接線，接入升壓站，發電機與主變壓器之間多采用封閉母線，升壓站多采用GIS。
　　3.3發電機出口斷路器（GCB）
　　非調峰的燃氣輪發電機組，發電機出口斷路器的裝設原則同燃煤機組。
　　用于調峰的燃氣輪發電機組，由于起停頻繁，其發電機出口是否設置斷路器，存在兩種不同的看法，分析如下：
　　3.3.1技術分析
　　發電機與主變壓器之間串接GCB后，發電機變壓器回路的可靠性要比無GCB時下降，GCB故障或檢修時將影響整個機組的運行；由于主變壓器還作為降壓變壓器倒送廠用電，為了保證廠用電電動機起動時高壓廠用電母線的電壓水平，這時主變壓器需采用有載調壓型，這也降低了可靠性。由此分析不需要加裝GCB。
　　在發電機承受不平衡負荷或發電機出口發生不對稱短路時，GCB可以迅速切除故障，保護發電機使其免遭損壞；變壓器內部故障電弧電流由系統和發電機共同提供。系統提供電弧電流由裝在主變壓器高壓側的斷路器切斷。高壓系統斷開后發電機在滅磁前仍提供電弧電流，發電機轉子滅磁及定子電流衰減時間通常長達數秒，以至保護不了變壓器。而在發電機出口裝設GCB可切斷故障電流，從而保護了主變壓器和高壓廠用變壓器；當發電機發生內部故障時，GCB迅速跳開，使發電機與電網隔離，而不必連主變壓器一并切除，停機廠用電源仍可由系統通過主變壓器倒送，從而避免了廠用電源系統的事故切換為迅速處理故障創造了條件，提高機組保護的選擇性。由此分析則需要加裝GCB。
　　綜合比較以上兩種觀點，對于調峰用燃機電廠,起停頻繁,裝設GCB是可取的。裝設GCB后可避免高壓廠用電源的切換，簡化廠用電源的控制和保護接線，也提高了廠用電系統的可靠性；減輕對電動機的電沖擊和機械沖擊以及對絕緣保護的破壞。機組并網或停機時只通過GCB就可完成；利用GCB同期，可以避免在主變高壓側出現由于兩側相角差而產生的兩側反相電壓對設備絕緣造成嚴重的損傷。這一點對調峰用燃機電廠尤為重要。
　　3.3.2經濟比較
　　GCB的價格較貴,需要進口，一次性投資大,但運行費用低。下面就可此項做一下經濟比較,比較中未計及兩種方案相同部分。
　　
　　圖主接線方案示意圖
　　
　　
　　表經濟比較

　　從表中可以看出發電機出口裝設GCB后經濟性下降，一次性投資增大。但是如果考慮到今后的運行費用、運行收益，則方案二的經濟性將有所提高。如果燃機電廠用于調峰。裝設GCB對減輕同期合閘時對電動機的電沖擊和機械沖擊很有幫助,可以提高廠用電設備的使用壽命，也可減少檢修維護的工作量。
　　從上述分析可知，對于調峰用的燃機電廠，裝設發電機出口斷路器對電廠將來的運行管理是有利的。
　　3.4高壓廠用工作電源的設置
　　燃機電廠高壓廠用工作電源可從燃機發電機出口引接，也可從汽機發電機出口引接。電廠采用6kV和380V二級電壓等級向負荷供電，由主變壓器低壓側引接廠用變壓器供電，6kV為電母線接線，按燃氣輪機每單元設置一段。考慮到燃氣-蒸汽聯合循環發電配套的余熱鍋爐和汽輪發電機組，必須跟燃氣輪機組的運行而運行，不存在單獨運行的可能，所以6kV雙套輔機電動機分別連接到兩臺燃機的6kV廠用母線段上。380V由各機組相應的6kV廠用工作段上引接干式變壓器供電，分別設置燃氣輪機組廠用低壓一段及聯合循環余熱鍋爐每爐低壓一段，每段一臺低壓工作變壓器，另由6kV公用段引接一臺備用變壓器作為工作變壓器的備用。
　　3.5起動/備用電源設置
　　對于非調峰機組，起動/備用電源設置原則與燃煤機組相同。
　　對于調峰機組，當發電機出口不設斷路器時，應設置1臺起動/備用變壓器；當2套及以上發電機變壓器組的發電機出口不設斷路器時，考慮到起動/備用變壓器使用頻率較高，如果一臺起動/備用變壓器因故停運后,為滿足機組的起動要求，全廠應設置不少于2臺的起動/備用變壓器，且低壓（饋電）側互相連接。當發電機出口裝設斷路器時，每4套及以下機組配置1臺起動/備用變壓器，此時以備用為主。
　　也可以按如下做法：2套聯合循環機組，發電機出口裝設斷路器，此時不設專門的起動/備用變壓器，通過系統經主變壓器倒送電實現起動，而2臺高壓廠用變壓器互為備用電源。
　　4 結束語
　　以上對燃機電廠電氣部分的主要特點進行了分析，隨著燃氣輪機技術的不斷發展，燃機電廠電氣設計也將會不斷更新。
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