发电厂电气主接线可靠性比较分析

戴苏平

（贵溪发电有限责任公司，江西 贵溪 335400）

作为电力系统的一个重要组成部分，发电厂的电气主接线可靠性是整个电力系统可靠性研究的重要方面。可以将发电厂电气主接线可靠性定义为在给定的可靠性准则和指标的情况下，对整个发电厂电气主接线可靠性进行评估，其对整个电力系统的安全稳定和经济运行都具有非常重要的影响[1]。在保障整个发电厂主接线具有足够可靠性的前提下，对发电厂主接线进行合理的优化具有重要的意义。本文对发电厂电气主接线可靠性进行了比较分析。

1 发电厂电气主接线的故障影响及相应的可靠性指标

图1 发电厂电气主接线对电力系统安全稳定性的影响

在进行可靠性研究时，应以元件故障为基础计算整个系统的可靠性[2]。发电厂的电气主接线作为整个电力系统整体的一个环节，其不是孤立地运行的，而是与整个电网的负荷及用电情况都具有重要的影响。发电厂的电气主接线是整个能源传输通道的连接点，其故障对电力系统的安全稳定运行具有重要影响，如图1所示。

根据图1所示，发电厂的电气主接线应满足运行的稳定性和连续性等可靠性要求。因此，本文从安全稳定性和连续性两方面来定义可靠性指标。

1）反映供电连续性的可靠性指标。发电厂的电气主接线对输电线路供电连续可靠性指标为：①输电线路的故障频率fl；②输电线路的可用度Al。

2）反映安全稳定运行的可靠性指标，有：①m台发电机发生被迫停运的概率PIG；②m条出线发生被迫停运的概率PLG。

通过上述指标可以发现，发电厂机组和输电线路的被迫停运都会导致整个电力网络出现动态振荡或瞬时振荡，甚至还有可能导致电压失稳的发生。

2 基于状态空间的发电厂电气主接线可靠性比较方法

状态空间法是以马尔夫模型为基础的，通过对系统中各个元件故障状态及各个状态之间的转移模式、概率进行了分析，确定系统整体的可靠性指标[3]。发电厂电气主接线可靠性分析和评估是基于主接线网络拓扑结构，通过分析电厂主接线状态，可以找系统中各个元件变化对整体可靠性的影响。通常采用最小割集的方法来进行：

假设最小割集S为，其中最小的割集为，若Ci中的所有元件都发生了故障，则系统将出现故障，因此：

由于发电厂电气主接线十分复杂，因此其最小割集数量较大，可以对模型对如下简化。

将系统的状态空间划分为WF域和FF域，其中WF表示系统正常状态的空间，而FF表示为系统故障状态的空间。可得到系统的故障概率近似表达式可以表示为

其中，fF表示为系统的故障概率，Mi表示为从最小隔集状态向正常状态的转移率。

3 发电厂电气主接线可靠性比较

3.1 元件可靠性参数

某发电厂装机容量为100MW，线路长度为100km，元件原始可靠性参数见表1。

其中，PN表示为元件的正常状态的概率，PR表示为故障切除后修复的状态概率，PS表示为扩大型的故障状态概率，PM表示为计划中检修的概率，Pf表示为断路器为拒动状态的概率。

表1 元件原始可靠性参数

3.2 可靠性指标计算

通过上述元件可靠性指标，结合最小割集法，对发电厂电气主接线可靠性指标进行计算，其中负荷点1、2、3的供电连续性指标如表2所示，运行安全性指标如表3所示。

表2 供电连续性指标

表3 运行安全性指标

3.3 可靠性分析比较

从上述计算出的可靠性指标可以发现，对于发电厂电气主接线而言，3/2断路器接线无论是在元件发生单重故障还是双重故障，其可靠性的指标均是比双母线好的。其主要原因如下。

1）在双母线的接线方案中将无法形成多环路的供电模式，其一个回路是由一台断路器进行供电的，母线连接方式较为脆弱；而3/2断路器是一种环网的供电方式，其一个回路是由两台断路器进行供电的，在负荷出线处和电源进线处都具有双母线供电的优点，断开任意一个断路器将不会对供电造成影响。

2）3/2断路器的接线隔离开关只是作为检修的电气设备，其是不需要进行任何的倒闸操作的，这就避免了由于对隔离开关进行误操作所导致的事故，且在对事故进行处理时，利用相关的断路器可以迅速消除事故；双母线隔离开关在操作电气设备时需要改变相关的运行方式，这就需要进行倒闸操作，不仅容易造成事故，而且对事故进行处理时速度较慢，供电可靠性较低。

3）3/2断路器接线方式在对断路器进行检修时无需带任何旁路操作，可以对缺陷进行及时发现和处理，保证了断路器能够长期处于良好的状态；双母线接线方式进行检修时，一次回路需要带旁路运行的，这就降低了供电可靠性。

4 结论

对发电厂电气主接线进行选型时要从电力系统整体出发，合理分析电厂主接线的可靠性，根据发电厂在电力系统中的地位，合理确定发电厂电气主接线形式，提高发电厂电气可靠性和安全性的同时增强发电厂电气的经济性，取得经济性和可靠性的综合最优。

[1]郭永基.电力系统及电力设备的可靠性[J].电力系统自动化,200,25(17):53-56.

[2]周志超,张焰,王伟,等.变电站供电可靠性的定量评估[J].电力系统及其自动化,2004,28(9):66-69,80.

[3 ]宋云亭,郭永基,程林.电力系统可靠性基本数据的统计分析[J].继电器,2002,30(7):14-17.