摘要：当今燃气联合循环发电的应用正在世界各国迅速发展。本文根据燃机电厂电气方面的特点在进行探讨，提出电气设计的一些特点。燃机发电的应用前景广阔，其电气设计的研究将为此类电厂的建设提供参考。
关键词：发电厂；电气主接线；起动/备用电源
1前言
燃气轮机发电厂是用燃气轮机或燃气－蒸汽联合循环中的燃气轮机和汽轮机驱动发电机的发电厂。燃机发电厂的燃料为天然气或工业伴生气等，由于燃烧完全，其燃烧生成排放物对环境影响少，噪音污染小；又因燃机电厂具有建设周期短、启动上网快、环境污染少、投资省、热效率高、运行成本低和寿命周期较长等优点，在电网中作为调峰和应急电源，具有重要的作用。目前市场应用非常广泛。在国内，对于一些大型的冶金工业企业，会有大量的高炉煤气和焦炉煤气产生，这些多余的煤气要对空点燃排放，既是能源的浪费又会产生对环境的污染，所以说它是洁净发电技术的一种体现，因此我国的燃机电厂的发展也进入了一个新的时期。
燃机电厂的电气部分与燃煤机组有着不同的特征，本文重点分析其中主要特征，具有针对性探讨其设计特点。
2燃机电厂基本流程
燃机电厂有简单循环和联合循环两种类型。简单循环的通流部分由进排气管道和燃气轮机的三大件即煤气压缩机、燃烧室、透平组成。压气机从大气吸入空气，并把它压缩到一定压力，然后进入燃烧室与喷入的燃料混合、燃烧，形成高温燃气，高温燃气进入透平膨胀做功，推动透平转子带着压气机旋转，从而使发电机做功输出电能。
为了实现高效率低能耗，燃气轮机又可组成联合循环。联合循环的基本流程是在简单循环的基础上进行的。将简单循环中燃气轮机的高温排气，经过烟道排入余热锅炉，应用热交换器原理加热锅炉中的给水，产生高温高压的蒸汽，进入蒸汽轮机做功，并带动蒸汽轮发电机组发电。
3燃机电厂电气部分的特殊性：
3.1燃气轮机机组的出力
燃气轮机的一个显著特点是其性能随周围空气温度的变化而改变。机组所在地点大气压力的波动是很小的，而温度的变化很大。当温度下降时，空气比容减小，压缩过程所需消耗的压缩轴功率将减小。因此压气机轴功率的减小相当于增大了燃气轮机传递给发电机的出力。燃气轮机的现场额定出力是指在设计预定的年平均气象参数和现场的其他条件下以基本符合方式运行时发电机端上测出的功率，减去辅助负荷后得出的净功率保证值。
燃气轮机发电机的额定容量的定义为：“在额定频率、额定电压、额定功率因数和额定氢压（如用氢冷）以及预定运行的年平均气温和初级冷却介质温度条件下，电机的温升和温度不超过规定值时，发电机出线端的有效连续视在功率”。
发电机最大连续容量是指在燃机安装地点处于一年中最低温度的时间段内，发电机能够保证连续运行、高于额定值的出力。最大连续容量的选择原则是：发电机最大连续容量应与燃气轮机在预定运行的月最低平均气温和初级冷却介质温度条件下基本负荷运行方式相配合。这里需要强调的是使用预定运行的月最低平均气温，没有规定使用极端最低气温，是考虑不把发电机容量选得过大，以造成不必要的浪费。
燃机电厂发电机组中的发电机，由于其特性要与燃气轮机协调，而各大燃气轮机制造厂根据制造技术、使用材料、气象条件等因素，燃气轮机的出力不可能形成一个标准的系列等级。
3.2电气主接线
100MW及以上容量的燃气轮发电机大多以发变组单元接线，接入升压站，发电机与主变压器之间多采用封闭母线，升压站多采用GIS。
3.3发电机出口断路器（GCB）
非调峰的燃气轮发电机组，发电机出口断路器的装设原则同燃煤机组。
用于调峰的燃气轮发电机组，由于起停频繁，其发电机出口是否设置断路器，存在两种不同的看法，分析如下：
3.3.1技术分析
发电机与主变压器之间串接GCB后，发电机变压器回路的可靠性要比无GCB时下降，GCB故障或检修时将影响整个机组的运行；由于主变压器还作为降压变压器倒送厂用电，为了保证厂用电电动机起动时高压厂用电母线的电压水平，这时主变压器需采用有载调压型，这也降低了可靠性。由此分析不需要加装GCB。
在发电机承受不平衡负荷或发电机出口发生不对称短路时，GCB可以迅速切除故障，保护发电机使其免遭损坏；变压器内部故障电弧电流由系统和发电机共同提供。系统提供电弧电流由装在主变压器高压侧的断路器切断。高压系统断开后发电机在灭磁前仍提供电弧电流，发电机转子灭磁及定子电流衰减时间通常长达数秒，以至保护不了变压器。而在发电机出口装设GCB可切断故障电流，从而保护了主变压器和高压厂用变压器；当发电机发生内部故障时，GCB迅速跳开，使发电机与电网隔离，而不必连主变压器一并切除，停机厂用电源仍可由系统通过主变压器倒送，从而避免了厂用电源系统的事故切换为迅速处理故障创造了条件，提高机组保护的选择性。由此分析则需要加装GCB。
综合比较以上两种观点，对于调峰用燃机电厂,起停频繁,装设GCB是可取的。装设GCB后可避免高压厂用电源的切换，简化厂用电源的控制和保护接线，也提高了厂用电系统的可靠性；减轻对电动机的电冲击和机械冲击以及对绝缘保护的破坏。机组并网或停机时只通过GCB就可完成；利用GCB同期，可以避免在主变高压侧出现由于两侧相角差而产生的两侧反相电压对设备绝缘造成严重的损伤。这一点对调峰用燃机电厂尤为重要。
3.3.2经济比较
GCB的价格较贵,需要进口，一次性投资大,但运行费用低。下面就可此项做一下经济比较,比较中未计及两种方案相同部分。
图主接线方案示意图
表经济比较
从表中可以看出发电机出口装设GCB后经济性下降，一次性投资增大。但是如果考虑到今后的运行费用、运行收益，则方案二的经济性将有所提高。如果燃机电厂用于调峰。装设GCB对减轻同期合闸时对电动机的电冲击和机械冲击很有帮助,可以提高厂用电设备的使用寿命，也可减少检修维护的工作量。
从上述分析可知，对于调峰用的燃机电厂，装设发电机出口断路器对电厂将来的运行管理是有利的。
3.4高压厂用工作电源的设置
燃机电厂高压厂用工作电源可从燃机发电机出口引接，也可从汽机发电机出口引接。电厂采用6kV和380V二级电压等级向负荷供电，由主变压器低压侧引接厂用变压器供电，6kV为电母线接线，按燃气轮机每单元设置一段。考虑到燃气-蒸汽联合循环发电配套的余热锅炉和汽轮发电机组，必须跟燃气轮机组的运行而运行，不存在单独运行的可能，所以6kV双套辅机电动机分别连接到两台燃机的6kV厂用母线段上。380V由各机组相应的6kV厂用工作段上引接干式变压器供电，分别设置燃气轮机组厂用低压一段及联合循环余热锅炉每炉低压一段，每段一台低压工作变压器，另由6kV公用段引接一台备用变压器作为工作变压器的备用。
3.5起动/备用电源设置
对于非调峰机组，起动/备用电源设置原则与燃煤机组相同。
对于调峰机组，当发电机出口不设断路器时，应设置1台起动/备用变压器；当2套及以上发电机变压器组的发电机出口不设断路器时，考虑到起动/备用变压器使用频率较高，如果一台起动/备用变压器因故停运后,为满足机组的起动要求，全厂应设置不少于2台的起动/备用变压器，且低压（馈电）侧互相连接。当发电机出口装设断路器时，每4套及以下机组配置1台起动/备用变压器，此时以备用为主。
也可以按如下做法：2套联合循环机组，发电机出口装设断路器，此时不设专门的起动/备用变压器，通过系统经主变压器倒送电实现起动，而2台高压厂用变压器互为备用电源。
4 结束语
以上对燃机电厂电气部分的主要特点进行了分析，随着燃气轮机技术的不断发展，燃机电厂电气设计也将会不断更新。
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