直接空冷系統電氣設計應用分析

傅建宏

摘 要：空冷系統包括直接空冷系統、間接空冷系統，電廠直接空冷系統的發展較快，是富煤缺水地區常見的冷卻形式。直冷系統具有廣闊發展前景，其電氣設計是整個系統的核心部分。本文深入分析了直接空冷電氣設計要點，針對低壓配電設備常見問題進行了總結，提出具體操作措施及作用原理，旨在為實際操作提供一定的借鑒。

關鍵詞：直接空冷；系統；電氣設計；接線方式

中圖分類號：TK264.1 文獻標志碼：A

0 前言

世界各國已經有諸多直冷成功運行經驗。考慮到國內北方地區煤炭資源豐富、水資源匱乏，一定程度上增加了煤炭資源轉化為電力資源的難度。空冷機組是借助空氣來取代傳統冷卻介質的方式，以電廠為例，低壓缸排汽經空冷系統冷卻后，一方面可降低廢水排放量，另一方面可縮減電廠用水總量，可滿足當代環保政策相關要求，所以直接空冷系統具有十分廣闊的發展前景。需引起重視的是整個空冷系統的設計中較為關鍵的是電氣部分，與傳統電氣設計不同，空冷電氣系統設計更具復雜性。

1 直接空冷系統電氣設計應用

1.1 低壓配電裝置接線方式

直接空冷系統大機組一般具有35m以上的平臺高度，同時占地面積較大，為了縮減廠區占地空間，有時會將主變壓器、啟/備變壓器等裝置放置在空冷平臺下部區域，一方面可縮減相關電氣設備的占地空間、另一方面縮減了母線鋪設長度。單臺機組一般配置一個配電室，配電室內部電纜出線經過電纜溝、豎井后為空冷島相關設備供電。一般狀況下，單臺機組配置兩個電纜豎井，兩豎井從支撐柱引出，一個是動力電纜豎井、另一個是控制電纜豎井。平臺上部的電纜敷設作業遵循下述原則：控制電纜再上、動力電纜在下，避免交叉干涉等狀況。

空冷平臺下部區域的配電室內一般包括PC柜、變壓器等。空冷變一般選擇干式變壓器，可降低油式變壓器爆炸、污染等問題概率。新型變壓器還具有節能、低噪的優勢。變壓器供電方案的選擇中，對于300WM機組，30臺、132kW風機狀況下，高壓側電壓6kV，避免夏季滿發負荷過重影響，余量一般高于10%。計算后供電方式可采用四臺干式變壓器，3用1備，如圖1所示。部分機組采用兩兩互為備用，可靠度增加，但是設備使用率低、成本高。即供電方式的選擇需要綜合技術要素、經濟效益兩方面進行綜合分析。

此外，如果機組風機是借助變頻控制來實現轉速變化，可配置一體柜，將變頻器內部元器件布于PC柜內，可達到省電作用。變頻器功能較多，包括：電機過熱保護、短路保護、過頻過流保護等。

1.2 變頻器抑制諧波設計分析

變頻器使用中可能會遇到諧波干擾問題，原因在于變頻器中需要借助大功率IGBT逆變、二極管整流處理，一旦輸入輸出電路中發生高頻電波作用，極易對周圍電氣設備產生干擾作用。考慮到諧波主要借助傳導、輻射等進行能量傳送，為了解決干擾問題，需要隔離或過濾掉高頻電流；解決輻射干擾主要原理是針對輻射源、傳播路徑等進行屏蔽處理。

因此實際項目施工中，需要從設備選型、總體布置、電氣接線等多方角度進行抑制諧波處理。第一，保證變頻設備的供電電源具有一定獨立性，也可在變頻器和其他設備之間裝設隔離變壓設備，達到切斷諧波電流的效果。第二，變頻器輸入端、輸出端安裝電抗器或者濾波器。在進行無源濾波器的安裝過程中，需要將其放置在交流端，無源濾波器包括L、C、R元件，共同構成共振回路，如果LC回路頻率和高次波頻率一致，便可起到阻止高次諧波流入電網的現象，整體操作和后期維護較方便。這一方法的缺點在于諧波可能會被放大，濾波易受設置參數影響。第三，為了降低輻射干擾，電機和變頻器之間需要敷設變頻電纜，避免和其他弱電相關電纜敷設在同一電纜溝內。第四，信號線需要采用屏蔽線進行處理，布線處理中，需要與主回路變頻器的控制線間隔20cm以上的距離，避免輻射干擾的負面影響。第五，變頻器需要采用專用接地設備，且布置中需要與周邊設備間隔一定距離，建議以短粗線為主，可顯著降低臨近設備的干擾。

1.3 防雷接地的設計分析

首先，空冷島一般包括大量鋼結構材料，需要針對空冷設備進行防雷保護處理。一般在機組最高點的蒸汽分配管處加設接閃器。該管子厚度為12mm左右，尺寸滿足《建筑體防雷規范》要求。該措施相比于傳統避雷帶、避雷針等更具合理性，一般不會受到外界雷擊的嚴重影響，同時不會對蒸汽分配管的汽量均衡分布產生干擾。

其次，可在空冷平臺周邊、風機間敷設鍍鋅扁鋼，讓其起到接地干線的功效，支撐柱區域可敷設地下引線，保證A型架、接地引下線等之間形成良好的電氣連接，保證整個空冷島構成一個完整的、系統化的電氣通路，形成等電位體。

再者，當下空冷島的防雷接地多數以水平接地為主、垂直接地為輔，促進其形成環繞式復合接地網。且整個機組的接地網連接點不可低于4處。必要時可增設“帽檐式均壓帶”。

1.4 電纜選型及防火設計

電纜設計中，由于電機一般是由變頻調速進行控制，變頻設備和電機之間的電纜可采用阻燃交聯型鎧裝電纜，會產生良好的電磁相容性、抗干擾性。在照明檢修的電纜選型中，可采用耐熱性高、阻燃效果好、機械性能穩定的材料。其次，伴熱電纜的選擇中需要以低溫加強型自調控電伴熱線，可保證其隨加熱溫度的變化而及時進行功率調節，能顯著控制加熱溫度，整個系統更加安全穩定、節能環保。

電纜截面設計需要考慮允許壓降、短路熱穩定、允許電流等要求，如果最大負荷高于5000h、長度大于20m，可根據經濟電流密度進行分析。電纜載流量的分析中，需要參考電力工程電纜設計規范交聯聚乙烯絕緣電纜空氣中敷設時允許載流量（A）設計相關內容進行處理。在常用材料的選擇方面，需要考慮其電阻率、溫度、電纜芯性能和最高允許溫度等參數，綜合分析后方可進行材料選型，一般電纜允許載流量的綜合系數為0.7。

針對電纜可能發生的火災等事故問題，需要及時設置阻火分隔處理。在電纜引致電器柜、貫穿隔墻處進行阻火封堵處理，并等間距設置隔層，一般間距7m為宜。

參考文獻

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