发电厂电气一次设计技术分析

发电厂电气一次设计技术分析

郭跃军

包头铝业热电厂，内蒙古包头市昆都仑区明日星城知情苑东区

摘要：科学的电气一次设计能够极大程度地提升发电厂的工作效率，减少运行过程中的故障及停机检修情况。按照科学的方法并依据不同发电厂的现实情况，深入探讨发电机主变压器和电缆的选型及使用，优化电气设备的布置，是提升发电厂电机的设计的主要内容。本文探讨了发电厂电气一次设计技术。

关键词：发电厂；电器一次设计；变压器；电气设备       

 一、电气设计在发电厂建设中的作用

        随着我国经济的飞速发展，我国的多种能源在日益的被消耗，要重视对再生能源的运用。中国作为物产丰富的大国，给发电带了先决性条件，风力发电显得至关重要，不但能够推动我国电力行业稳步健康发展，还能够促使国家经济稳定繁荣。发电技术能够有效地降低其他能源消耗的概率，确保发电的质量和效率。发电系统的组成是较为复杂的，包括了很多环节，如发电、变电、输电以及配电等。其主要利用发电机将可再生能源风能转化为电能，再依托集电线路将其汇流至风电场内升压站，再通过变电、输电以及配电程序将电能供应到各家各户。这一系列程序是十分复杂的，为了有效地实现最终的功能，在发电的系统中，要确保各个环节、不同层次应该具有相应的信息和控制系统，从而全程测量、调节、监控以及保护电能的生产过程，实现全过程的顺畅运行，确保用户能够使用到优质、安全的电能[1]。

二、发电厂电气一次设计技术

        （一）发电机选择分析

        在发电厂电气一次设计中进行发电机的选择，重点是确定发电机的装机容量，在发电机容量的选择过程中，需保证所选的容量与发电厂汽轮机容量相协调。现实中常用的选型原则如下：发电机的选择首先应确定额定工作电压和额定功率因数，其中发电机额定容量应与汽轮机输出功率相协调，同时汽轮机的连续容量应与发电机相一致，最后，用于冷却发电机冷却器的水体温度应与汽轮机运行过程中的冷却水温要求相一致。

       （二）主变压器选用分析

首先应确定变压器容量，一般在实际进行电厂电气一次设计时，通常需要考虑到未来5～10年的规划，并结合未来10～20年电厂供电区域用电负荷发展变化情况进行选择。从而保证选择的变压器容量足够合理科学。在备用变压器选择方面，要求主变压器因故障停止工作后，备用变压器能够承担至少70%的供电工作。另一方面，还要确定主变压器调压方式，在实际设计时有2种方式可供选择，一种是无励磁调压方式，这种调压方式适用范围比较小，通常在5%以内，适合在小型电厂中采用。还有一种是有载调压方式，这种方式适用范围比较大，一般在30%以内，适合供电负荷等级较高的电厂[2]。
       （三）电厂电气主线设计
        电气主接线设计需满足以下要求：（1）可靠性高。（2）运行灵活、检修方便、开停机操作简单。（3）经济合理、技术先进。（4）继电保护和控制简单可靠。发电机与变压器组合通常有单元接线、扩大单元接线、联合单元接线，考虑电站的装机台数及规模，采用单元接线，即每台发电机各自和1台容量为467MVA的500kV三相主变相接。采用此种方式接线简单清晰，运行灵活，继电保护简单，主变故障或检修时仅本台机组容量受阻，影响范围小，可靠性高。电站500kV高压侧3回进线，2回出线，可采用单母线接线、双母线接线、角形接线等方式，结合当地电网习惯，采用五角形接线，该接线在任一断路器故障时能确保全厂容量正常送出。任一出线故障不影响电站机组的正常运行，另一回出线可以送出全厂的全部容量，可靠性高。电站的正常运行操作由断路器进行，隔离开关只作为断路器或进出线回路检修隔离之用，结合电站布置，500kV设备采用GIS。考虑电站机组容量及特性，发电机中性点采用经接地变压器的高电阻接地方式。发电机出口设置发电机出口断路器，考虑电站厂房布置较为紧凑，将电压互感器、避雷器等集成至发电机出口断路器中[3]。
       （四）电缆选择与敷设分析
        （１）电缆线选择分析
        发电厂中使用的电缆主要分为Ｃ类阻燃电缆、动力电缆和耐火电缆３大类，每种电缆的使用范围分析如下：发电厂中存在很多易燃位置，包括主厂房、燃料供应室和输煤作业空间等，上述易燃易爆位置的电缆必须使用Ｃ类阻燃电缆。动力电缆主要应用于发电厂的直流系统、应急照明系统、消防系统、事故保障系统和火灾报警系统等控制系统中，为上述控制系统提供电能的电缆应使用耐火电缆。此外，耐火电缆在关键控制元件的双回路中间没有采取相应的隔离措施情况下，应在其中的一个通道中使用[4]。
根据发电厂内电缆线敷设方式和环境的不同，电缆线选用也有所区别，在托盘、梯架和桥架等位置使用时，应使用非铠甲电缆。电缆使用环境温度也对电缆选用有影响，具体来看，电缆敷设环境或者使用环境温度高于60℃时，建议采用耐高温电缆；电缆敷设环境或者使用环境温度高于100℃时，建议采用矿物质绝缘电缆；电缆敷设环境或者使用环境温度低于零下20℃时，建议结合绝缘类型和实际温度确定，可选择的类型包括聚乙烯和交联聚乙烯材料绝缘电缆，但不能使用聚氯乙烯绝缘电缆。

        （２）电缆敷设分析

 在发电厂主厂房中进行电缆敷设，一般采用架空敷设方式，架空敷设的主要优势在于不需考虑步行道，同时可以在配电室上部使用，基于此，在辅助车辆的电缆敷设时，也建议使用架空敷设方式。除此之外，发电厂的电缆敷设应尽量使用综合管架敷设方式。继电保护室和集中控制室内的电缆线较多，为避免电缆线相互干扰，在多根电缆汇聚的位置应设置电缆夹层。如电缆敷设位置环境具有一定的腐蚀性，建议使用桥架方式敷设，在环境无腐蚀性的条件下，建议使用镀锌钢架桥[5]。
       （五）接地系统设计
        接地系统主要用于保证人身安全和电站安全可靠运行，接地系统有工作接地、保护接地等类型，工作接地主要包括变压器中性点接地，保护接地主要包含地下接地网、设备接地等。根据电站入地短路电流和当地设计要求，全厂接地电阻按不大于0.5Ω进行设计。为确保各设备能可靠接地，主接地网引出至全厂各区域，并在合适位置预留接地铜板，各设备采用铜绞线和接地铜板进行连接从而接入全厂接地网。铜绞线截面根据设备类型进行选择，对于发电机、发电机电压配电装置、主变、厂用电系统等重要设备采用2根铜绞线作为接地连接体；其他用电负荷根据负荷类型、容量选择不同截面的铜绞线。为确保接地系统能稳固连接，接地连接线之间、接地连接线与接地铜板都采用放热焊进行连接[6]。
四、火力发电厂电气一次设计的技术要点
       （一）发电机的选择
        在额定的功率因数与额定电压之下选择发动机，首先要确保其额定容量与汽轮机的额定出力能相互配合，其次要确保发电机与汽轮机之间的最大连续容量能够相互配合，最后需要确定所选择的发电机的冷却器的进水温度必须与汽轮机相应工况下的冷却水温相同。
       （二）主变压器的选择
        在选择主变压器时，若是与主变压器连接的机组容量为300MW，则选择三相变压器；若是与主变压器连接的机组容量为600MW，一般可选用三相或单相变压器；若是与主变压器连接的机组容量为1000MW，则选用单相变压器。发电机和主变压器之间若是采用单元连接，那么，在选择主变压器的容量时应注意其容量应等于发电机的最大连续容量减去常用工作变压器一台的计算负荷。
       （三）有关电气主接线
        （1）主母线的接线方式
        主母线的接线要根据实际的配电装置进行分析，对于330kV~500kV的配电装置来说，我们需要在接线时注意以下几个方面：第一，在进行主母线的接线时，要统筹全局，全面考虑整个发电厂的发电能力和要求；第二，实际接线时，双母线接线方式主要适用于进出线回路数小于六回的情况；第三，增加半断路器的方式适用于进出线回路数大于等于六回的情况；第四，4/3接线方式主要适用于进出线回路数大于六回同时进线和出线的回路数之比为2∶1的情况。至于对220kV的配电装置进行主母线接线，我们需要在接线时主要以下几个方面：第一，在进行接线方式选择之前，我们要充分掌握发电厂的总装机数量，如果大于等于3台，那么就要充分考虑整个电力系统的工作能力和稳定程度；第二，双母线双分段接线方式适用于大型电力系统；第三，双母线单分段接线方式适用于3台机组的中型电力系统；
        （2）启动/备用电源的接线方式

发电厂中220kV及以下的配电装置的启动/备用电源在进行接线时应直接从配电装置的母线上进行引接。若是出线电压是500kV或是330kV，并且发电厂中没有比该电压等级更低的一级电压，而为了能够节省装置容量电费，启动/备用电源的接线方式则可以从500kV或是330kV一级电压配电装置上进行降压引接。
五、结束语
        综上所述，电气一次设计在水电站中发挥着非常重要的作用，因此需要提高对电气一次设计的重视程度，了解电气一次设计内容，并立足于电气一次设计各个环节，做好相关的设计，从而更好地推动水电站能够平稳顺利的运行。
参考文献：
        [1]火力发电厂电气一次设备故障及排查重点[J].王娜.中国高新科技.2021(17)
        [2]火力发电厂电气节能降耗技术措施分析[J].杨瑞民.光源与照明.2021(04)
        [3]关于火力发电厂电气工程自动化的应用策略[J].段宇涛.中外企业家.2020(01)
        [4]火力发电厂电气一次设计技术分析[J].齐凯.机电工程技术.2020(07)
         [5]陈晨.火力发电厂电气一次系统的设计总结性分析[J].中国高新技术企业（中旬刊），2019，5（13）：120-121.
        [6]张建晖.浅谈火力发电厂电气一次的部分设计[J].科技创业家，2019（12）：218.
        [7]杨倩火力发电厂电气一次设计技术要点分析[J].北京电力高等专科学校学报（自然科学版），2019，28（10）：70-70.