燃气电厂电气一次主接线的可靠性评估与应用分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 04 日 作者简介：丁健（1994)，男，汉族，江苏苏州人，研究方向为燃气电厂电气。-100-燃气电厂电气一次主接线的可靠性评估与应用分析 丁 健 华能苏州热电有限公司，江苏 苏州 215000 摘要：摘要：现阶段，经济的不断发展，社会各界对于电力电气的要求愈发重视，而电力作为现代社会不可或缺的基础设施之一，在燃气发电厂中，要想对一次接线的可靠性进行评价和使用，就需要掌握一种基本的可靠性评价方法,还需要将燃气发电厂的一次接线的基础上，还需要对其使用过程进行优化，这样才能保证可靠性评价能够实现相应的评估目标。所以，本文对燃气电厂电气的一次主接线的可靠性评估进行相应的分析，探讨其在具体场景的应用，为后续燃气电厂的应用发展提供一定的理论参考价值。关键词：关键词：电气一次主接线；可靠性评估；燃气电厂 中图分类号：中图分类号：TM92 0 引言 燃气发电厂是一种典型的新能源发电方式，它是一种利用天然气作为能源，通过燃烧来驱动燃气动发电机，工作后的废气经过二次使用，再经过余热锅炉转化成水蒸气，动涡轮带动发电机发电，从而达到了循环效率高、能量利用率高、对环境污染小等优点。同时，因其小容量、快速启停等特点，常作为调峰电源，成为城市备用的首选。因此，与几个月不间断的燃煤电站不同，天然气发电厂经常要根据电网的调度要求进行启停，所以对其电气主接线的可靠性提出了更高的要求。但是，由于其运行机理、设备、运行参数、接线方式、运行逻辑等都与传统的火电、水力发电等不同，所以，现有的研究大都是针对火电机组的。但是，对于天然气发电厂一次电气主接线进行可靠度分析的研究还很少。总之，对火力发电厂电气主接线的可靠性进行分析、研究与评价是非常有必要的，它可以比较全面地把握和指导燃气发电厂主接线系统的规划与建设的可靠性，以及运行中可能出现的风险隐患，从而为合理地制定运行模式，提出可靠的优化方案提供指导1。1 电气一次主接线系统分析 1.1 系统结构和组成部分 由于燃气发电机组电气主接线中元件故障、负荷波动等具有显著的随机特征，仅采用确定性分析方法难以兼顾各部件及系统各运行状态的概率分布特征。目前国际上主要采用的是蒙特卡洛法与解析法，这两种方法在不同的应用环境中都有各自的优缺点。该方法的最大优势在于能建立严密的数学模型，并能高效地对电网进行精确的分析；然而，当单元数目增多时，其计算量将呈现指数级增长，从而导致计算精度和时间之间的矛盾，从而导致维数灾难。蒙特卡洛法的最大优势是其收敛速率不依赖于问题的维度，随着系统规模的增大，蒙特卡洛方法的优越性将会越来越显著，对高维问题有很好的适应性，可以解决高维问题带来的“维数灾难”。但是蒙特卡洛方法也有一个不足，那就是随着系统规模的增加，使得整个计算时间大大增加。这两种方法都没有什么优势，都有各自的优点和适用范围，而且随着计算机技术的不断发展，不管采用什么方法，都可以在速度和准确性之间取得平衡，从而更好地进行可靠性的分析和评价2。1.2 关键元件的功能及特点 在电力系统一次主接线中，其关键部件起到了保证电能传输、系统稳定运行的作用。断路器是电力系统中最重要的保护设备，它能够迅速地断开电流，处理各种突发故障。在维修过程中，使用绝缘开关对设备进行隔离，以保证工作人员的安全。其中，电流变压器主要是用来检测电流、电压等参数，以实现对系统的监控。各组成部分协同工作，构成完整的输电与保护系统。核心部件具有高技术性、专业化的特征。断路器要求反应速度快，可靠性高，这样才能保证在系统发生故障的情况下，及时关闭电流，避免对设备造成损害。为了保证设备的安全维修，需要有良好的绝缘特性。为了给系统的操作提供精确的电能参数，中国科技期刊数据库 工业 A-101-对电流、电压变压器等都有很高的要求3。1.3 主要工作环境对电气一次主接线的影响 电力一次主接线的运行环境直接关系到其运行的稳定、可靠。在燃气发电厂中，普遍存在着高温、湿度和腐蚀性气体等工况。由此造成电缆绝缘老化，金属构件被腐蚀，严重影响了电缆的使用性能与可靠性。在高温条件下，用电设备会产生过热，从而影响设备的正常运转。在高湿度条件下，电缆的绝缘性能会发生劣化，从而增大了设备的短路危险。腐蚀性气体会侵蚀金属零件，破坏其结构强度及导电性。所以，在系统的设计与使用中，要对各种工作环境因素进行综合考虑，并采取适当的保护措施，才能保证电气一次主接线系统在恶劣的环境下仍能稳定、可靠地运行4。2 燃气电厂电气一次主接线的可靠性评估方法 2.1 基于可靠性理论的电气一次主接线评估方法 要对一个体系进行可靠性分析和评价，要从构成它的最基本单元即部件的可靠度进行分析。发电厂一次主接线由发电机、变压器、断路器、输电线路、隔离开关组成，为了准确、完整地评价电力一次主接线的可靠性，人们的注意力已经从一次系统自身转移到另一次，并对其可靠性进行了研究。在此基础上，本文提出了一种继电保护执行器断路器。在断路器的各种故障类型中，除了误动之外，还包括了误动和拒动两种情况。其中，误动是一种肉眼可以看到的故障，可以被直接当作普通的故障来对待，而拒动则有明显的和隐含的两种，其中，隐含的故障通常要由外部的故障来触发。在此基础上，提出了一种新的设计思路，即在设计过程中，合理地考虑拒动故障对开关的可靠度，甚至是整个系统的影响。把拒动状态当作一般的大范围故障进行合并，这种处理方式必然带来很大的误差；根据断路器三态、四态模型，增加拒动条件，构成五态模型。然而，目前对拒动的显性描述太过笼统，没有针对潜在拒动所带来的潜在风险和与其他故障要素相结合的影响进行研究，因而也有可能出现错误5。2.2 可靠性分析的数学模型和统计工具 随着信息化的不断发展，电气主接线分析法和计算机技术相结合的研究也取得了丰硕的成果。该方法适合于不同运行模式下的电气主接线的分析与评估，目前已经成功地用于电厂、变电所的可靠性分析。通过对引起系统失效的各类失效模式进行判别，通过查找各类失效模式的最小割集合，求出可靠度与经济度指标。分析了不同类型、不同接线形式的变电站在不同运行模式下的供电可靠度，以及各类设备失效对其影响，尤其是继电保护设备的影响。在可靠性计算软件上，电力系统的电气主接线形式多样，差异较大，至今尚无一套权威的电力系统可靠性分析软件，同时也不可避免地存在着大量的原始数据输入、复杂的输入形式、使用不便、误差校正等问题，并且往往不具有普适性。总之，每种分析与评价方法都有自己的优点和缺点，以及它们各自的应用领域。然而，在实际应用过程中，除了要兼顾计算的准确性与速度，还要考虑到评价要求、评价效率等方面的因素，还要考虑到经济和科学技术的限制。在此基础上，综合运用定性和定量、传统数学和人工智能等手段，对降低系统错误率和错误率，实现复杂系统多故障的精确分析判断具有重要意义。2.3 实际应用中的考虑因素和限制条件 电力系统主接线的复杂性直接关系到主接线的可靠性。主接线的复杂性不仅体现在电网的拓扑上，还体现在元件失效类型、元件之间的相关性以及元件失效的结合上。为了对网络的特性进行定量描述，必须借助海量的矩阵。除宏观布线方式之外，输电线路（最小路）也是其中最重要的一环。单元是电网中最小路径的基本单元，其故障状态和故障组合状况直接关系到最短路径能否被截断、有几条最短路径被断开，从而影响整个系统的运行。在前一章中，我们已经介绍了组件失效状态类型和多次组件失效状态组合的情况，接下来要对特定的组件故障状态组合能否导致最短路断开，以及可以导致几条最短线路断开，并在给定的故障准则下，判断出系统是否满足断开的条件。同时，在发生故障后，部件是否能够进行维修、切换等操作，使得系统能够恢复正常工作还是减小故障区域，这对提高整个系统的可靠性有着十分重要的作用。所以，在计算出可能导致系统失效的部件状态组合之后，还应考虑部件能否通过部件修理或开关动作来对系统进行维修。3 燃气电厂电气一次主接线的应用分析 3.1 断路器设备 中国科技期刊数据库 工业 A-102-在燃气发电厂的一次主接线中，开关装置起着非常重要的作用，它的工作状态对整个电网的安全、稳定运行有着重要的影响。接下来，我们将对断路器装置的作用及其在电网中的位置进行详细的论述。断路器是一次主接线中的关键部件，其作用是在出现短路时快速断开线路，避免事故进一步扩大，保证电力系统的安全性。该系统的主要功能有：故障切除，设备保护，隔离等。断路器可以快速地发现电力系统中出现的各种故障，及时切断线路，避免了对其它设备或系统的冲击。它能有效地防止过流和短路等非正常电流对电器设备造成的破坏，从而达到延长设备使用寿命的目的。在维修、检修过程中，该开关能将有关设备隔离开，保证维护人员在不影响系统正常运转的情况下，安全地进行作业。断路器的主要功能是作为继电保护，在对其进行可靠性分析和建立可靠度模型的过程中，可以根据下列程序来对断路器的故障状况进行判断，并将其划分为拒动、极间击穿、相间击穿、对地击穿、接地、机械缺陷、误动、燃气泄漏、裂纹、烧损、断线等。将各种故障引起的结果进行综合，除拒动故障之外，还可以将故障划分为：主要有两种类型：大的和大的不大的；而对于拒动故障，则需要考虑到如下几种情形，一是被保护对象发生了故障，保护拒动，导致邻近断路器跳开，从而使变压器、发射机等设备退出。二是当保护发生了故障，而保护目标还在工作的时候，这是一种隐藏的故障。在建立可靠度模型时，可以将不同拒动状态下的断路器行为分别进行分析。研究将数字式继电保护装置引入到断路器的隐性故障排除中，充分发挥它的故障自检功能，并以保护故障自检的成功率来评价自检状态的传递速率；但是，由于在电力系统一次主接线的可靠性分析过程中，对设备本体故障的重视程度要高得多，而且继电保护的自检也显示出了断路器的隐性故障，因此，可以将隐性故障状态和继电保护的自检状态相结合，从而在断路器出现隐故障时，可以将其与继电保护的自检相结合起来。3.2 可靠性改进策略与系统优化方向的应用 在此基础上，结合断路器装置的特性及工作环境，进行技术上的改造。在此基础上，提出了一种新型的断路器结构，并对其进行了结构优化。采用智能监控与维修技术，对断路器的工作状态进行实时监控，可以有效地发现隐患，并对其进行预防性维修，降低事故发生率。在此基础上，通过对开关元件及触发机制的优化，使其在过电压过大、瞬间故障时快速反应，减小其对电网的冲击。同时，要提高设备维护人员的技术素质，保证维护工作的顺利进行。从系统的角度来看，应从整体电气主接线的运行特性出发。通过对网络拓扑的优化，实现了设备布置与联接的合理规划，减少了系统故障的发生概率，增强了系统的健壮性。通过引入后备装置与冗余技术，尤其是重点部位，通过冗余技术，保证一台断路器出现故障，系统可以快速切换至后备，减少停电事故的风险。在此基础上，本项目提出了一种基于多物理场耦合的新方法，通过对多个关键部件的综合分析，实现多物理场一体化、多场耦合、多物理场协同优化，保证多场耦合作用下的多电平多电平耦合，实现多电多场耦合的多电多电平一体化，通过定期的系统状态检测，包括对断路器的性能评价和系统参数的监控，可以对系统中存在的问题进行及时的检测，并采取适当的措施来解决或优化。4 结论 通过对燃气电厂电气一次主接线的深入研究，在电网规模不断扩大，运行环境日趋复杂的今天，作为输电线路的一次主接线肩负着越来越重要的使命。同时，由于电力系统中的电力设备及电力子系统众多，导致电力系统发生故障的因素多、范围广、随机性大，因此，电力系统的可靠性分析与评价在电力系统的规划与运行中显得尤为重要。与此同时，由于国家对环境保护的要求越来越高，国内主要的发电厂都在逐步投资兴建燃气发电厂。本项目以燃气电厂为研究对象，研究其可靠性分析方法，研究其可靠性计算，建立考虑开关隐含故障的电气主接线单元，对元件失效状态合并策略进行了初步研究。面对现代电力系统的智能化、高度互联和快速变化的特点，需要进一步研究更加灵活和实时的可靠性评估方法，以适应系统结构和运行方式的不断演变。随着科技的不断进步，新型材料的引入和创新技术的发展对提升断路器的性能和可靠性具有巨大潜力。研究人员可以关注在高温、高湿等极端环境下的材料表现，以及先进制造技术在提高断路器寿命和性能方面中国科技期刊数据库 工业 A-103-的应用。未来的研究还可以探索智能化技术在电气一次主接线系统中的更为深入的应用。通过引入人工智能、大数据分析等技术，实现对电气设备状态的智能监测、故障的预测和实时调整，从而进一步提高系统的自适应性和可靠性。参考文献 1 郭宁.燃气电厂电气一次主接线的可靠性评估与应用分析J.电气技术与经济,2023,(07):65-67.2 邓家玮.燃气电厂电气一次主接线的可靠性评估与应用D.华南理工大学,2020.3 余天保,陈海华.LNG 一体化电厂电气主接线研究J.广西电力,2020,43(01):67-70.4 景卉.某分布式能源站负荷计算及主接线方案探讨J.现代建筑电气,2019,10(04):23-26.5 杜炬虎,刘静.园区燃气分布式能源站微电网结构解析J.华电技术,2019,41(03):23-25+28.