燃机电厂发变组主接线及其保护配置的特点

燃机电厂发变组主接线及其保护配置的特点

摘要：对燃机电厂主要线路出口断路器设置进行分析，并探讨其配置保护的特点，总结了不同容量燃机变量组的保护配置，发现其都是同一个典型的保护功能

配置，还对比了燃气轮机的发变组成与传统的燃煤发电机组的功能配置，指出机

组容量较大时，机器端应配置保护断路器故障时的发电机出口；在备份保护配置

方面，应安装保护反向电源和低压的配置；在容量过大时，还应配置失步保护。

但燃气轮机保护动作不应设置程序跳闸反向电源出口。

关键词：保护配置；发变组；燃机电厂

中国电力行业格局以火电为主，排放大量污染物的企业为火电厂。然而，作

为一致认为的清洁能源——天然气，可以减少对环境的危害因素。此外，天然气

发电厂具有耗水量少、占地面积小的优点。因其主要原料是天然气，所以受到各

国的重视。近年来，燃气轮机电厂成功率高、机组启动快、运行灵活。燃机电厂

发变组主接线在主变压器设置方面发挥重要作用，而且发电机出口断路器设置和

高压厂用电源引接等方面也具有显著特点，因此工作人员需要寻找不同容量燃机

发变组的典型保护功能配置，而且要与传统燃煤机组进行对比，找出容量较大的

机组。这就便于工作人员对发电机出口带断路器时配置机端断路器进行失灵保护，同样在后备保护配置方面，也必须要装设逆功率保护和低电压保护和失步保护，

在对于燃机保护动作方面就不需要设置程序跳闸逆功率出口。

一般而言，联合循环系统由1台或1台以上燃气轮机发电机组，以及1台涡

轮发电机组共同组成的。[1]因此，相应的变压器组保护不仅包括燃气轮机发电机

组保护和涡轮发电机保护，还包括主变压器保护和高压设备变压器保护。由于燃

气轮机电厂以进口设备为主，不仅在发电机控制方面具有独特的特点，在励磁控

制方面同样有着自身的特点，并能对应一套可变保护配置方案，出口保护设计有

别于传统消防单元。因此，对主要连接一组变量的配置的对应特性和保护进行分

析和研究，其具有一定的理论价值和实践意义。在扩大国内燃气轮机电厂的建设

方面，其同样具有指导意义。众所周知的是，我国电力工业的格局主要以火电为主，而火电厂是污染物排放相对较多的领域，极容易引起相应的环境问题。所以

在这一背景下，天然气是公认的清洁能源，工作人员完全可以利用天然气发电来

减小对环境的不良影响，同时天然气电厂占地面积极小，耗水量也相对较少。

一、燃机电厂发变组主接线特点

1、概述

单轴和多轴布置是燃气-蒸汽联合循环发电系统都具有的。在单轴模式下，燃

气轮机、汽轮机和从动发电机布置在主轴上。通常，燃气轮机和容量匹配的涡轮

机共同驱动发电机。普通燃煤机组与机组主接线相同。燃气轮机和汽轮机驱动分

离发电机为多轴方式，这种安排往往连接涡轮机，是通过一个或多个燃气轮机/余热锅炉单元。与燃煤机组相比，其在主连接设计上有其自身的特点，如高压装置

电源的出口连接以及发电机出口断路器的设置等。

2、发电机出口断路器

断路器装在发电机出口处。当发电机出口出现非对称短路故障或运行在非对

称过载状态时，其可以保护发电机不受损坏，因断路器能迅速消除故障。断路器

应该考虑实用性和经济性，这也是发电机出口是否可装断路器的主要原因，其必

须经过相关经济分析后才能确定。机组的运行灵活性可由发电机出口断路器增加，可以根据需要启动和停止发电机，这与机组作为调峰电厂时机组频繁启动和停止

的要求是一致的。[2]此外，对其他机组的影响将是最小的，特别是对于带有共享

主变压器的小型燃气轮机发电厂来说，只有当一台发电机发生故障时才能停止。

3、燃气轮机电厂主变压器的设置

燃气轮机和蒸汽轮机通过独立的主变压器与母线相连，燃气轮机和汽轮机通

过单元与母线相连。燃气轮机和汽轮机都采用发电机出口设定断路器。这种设计

方法通常适用于大容量燃气轮机机组。涡轮由一个单元连接，涡轮在发电机出口

有一个断路器。燃气轮机和蒸汽轮机通过主变压器与机器末端的母线相连，然后

与系统相连。

4、高压设备电源连接

燃煤机组高压电厂使用的变压器通常连接在发电机的末端，而燃气轮机电厂

存在汽轮发电机，相应的高压电源连接有其自身的特点。燃气轮机发电机组与燃

气轮机发电机组同时启动和停止，可以从燃气轮机发电机组出口和涡轮发电机组

出口引导。当燃气轮机关闭时，高压电厂的电源应连接到燃气轮机出口。

二、燃机电厂发变组保护功能配置及特点

1、概述

燃气轮机电厂通常使用国外公司提供的燃气轮机和辅助设备。燃气轮机保护

是国外公司的配套产品，不同于国内燃煤机组的保护配置，而汽轮发电机、主变

压器、高压厂用变压器的保护与燃煤机组的保护没有区别。[3]国内公司提供汽轮机、主变压器、高压工厂变压器及相应的辅助设备。

2、燃气轮机发电机保护配置特点

涡轮发电机与燃煤机组相比，其保护配置具有以下特点：

（1）在我国变压器组保护设计中，考虑到变压器组大差动保护，通常采取“四合一”的原则。而涡轮电厂由于特殊的供电关系，只配备独立的主变压器差动

和发电机差动。当主变压器差动与发电机差动之间存在死区时，可考虑采用短导

联差动保护。

（2）由于燃气轮机及配套设备依赖进口，进口机组被认为不太可能出现匝间故障，没有特殊的匝间保护功能；国内火电厂的发电机保护一般按继电保护和自

动安全装置技术规程安装专用匝间保护。

（3）继电保护和安全自动装置的技术规格说明燃气轮机发电机应配备逆功率保护，而燃煤发电机组的正常的不正常操作模式发生器变电站的运行电机，和

200mw汽轮发电机或更多应该配备逆功率保护。

（4）燃煤机组一般转子接地保护由保护装置（发电机组保护装置或特殊转子接地保护装置）来实现，而汽轮机通常由励磁调节装置来完成。

（5）9F型燃气轮机采用变频起动方式，由于采用压缩机作为汽轮机负荷，

发电机和消磁脱扣后，不会出现汽轮发电机超速。因此，燃气轮机保护没有设置

程序跳闸出口，也没有相应配置程序逆功率保护。

（6）继电保护和安全自动装置的技术规范表明，在300MW及以上的发电机

组中，失步保护是适用的，而文献表明，对于大容量燃气轮机发电机组，失步保

护是非常必要的。

（7）国内燃煤机组通常采用过电压过励磁保护代替低压保护。发电机端部应安装低压保护，中性点处无引线。在燃气轮机发电机保护中，通常考虑低压保护，以防止由于电机端部三相电压降低而引起电机过热。

（8）一般认为燃煤机组具有起止保护，通常考虑的是反应相和地面故障的起止保护。燃气轮机保护仅配置启停定子接地保护和启停发电机过流保护。