淺談發電廠電氣一次系統的設計與電氣設備故障

劉華燦

【摘 要】我國作為能源大國，對能源的質量和數量方面的要求很高，電能作為當今世界主要的清潔能源廣泛地應用在生活、生產等各領域中。缺少了電能，將嚴重影響人們的生活及企業的生產狀況，因此發電廠的電氣設備及相關系統的穩定運行就顯得尤其重要。下文將針對發電廠電氣一次系統的設計與電氣設備故障展開探討，旨在為提升發電廠電氣設備及相關系統的穩定性提供參考。

【關鍵詞】發電廠；電氣一次系統；設計；電氣設備故障

社會持續穩定地發展，電能是不可或缺的能源，其質量的好與壞直接關乎到社會的生產和人們的生活，同時與社會秩序是否井然有序也密切相關。發電廠是電能供應企業，為了確保電能安全生產，并高質量、高效率地傳遞給電能用戶，就要確保電氣運行順暢，電氣設備的功能性充分發揮出來，避免設備故障產生。即便是電氣運行中設備存在故障，也要能夠及時有效地采取技術措施解決。

一、發電廠電氣一次系統的設計

（一）發電廠電氣一次系統中變壓器的設計

首先，變壓器的選擇原則。第一，變壓器需要承受的用電負荷及容量。一般情況下，變壓器要承受的用電負荷應不低于其額定容量的7000，且不高于其額定容量的9000。當變壓器實際承受的負荷小于變壓器額定容量的一半時，應選用較小容量的變壓器，反之應選用較大容量的變壓器。另外，選擇時需注意，應根據用電設備的容量決定變壓器的容量，在用電設備多于3臺時就應考慮安裝備用變壓器；第二，根據發電廠建成后五到十年的規劃以及發電廠的發展情況選擇變壓器型號；第三，結合電網結構確定主變壓器類型，確保發電機的安全性和穩定性。其次，變壓器的相數選擇。第一，對于輸出電壓高于500kV的電氣系統，一般選擇三相或單相變壓器。附近的公司配有相等參數的備用相的，就不用安裝備用相；第二，對于輸出電壓為不高于330kV的電氣系統，一般選擇三相變壓器。

（二）發電廠電氣一次系統中發電機的選擇

發電廠在進行發電工作的過程中，對于發電機的選擇至關重要。在對發電機進行選擇時，通常最先進行考慮的是發電機的容量大小。在進行發電機容量的選擇時，需要保證其能夠和汽輪機的容量進行相互協調，由此才能夠有效保證發電機在正常運轉中保持一定的穩定性和安全性。電氣一次系統對于發電機的選擇是有著一定的原則的，其中主要是根據發電機的額定電壓和功率因數進行選擇。首先需要進行考慮的是發電機的額定功率和容量能夠和汽輪機之間的額定出力進行相互配合；其次需要進行考慮的是發電機和汽輪機兩者之間的連續容量能夠有所配合；最后還需要進行全面考慮的是發電機和汽輪機之間冷卻器的水溫保持一致。根據發電機的選擇原則，進行電氣一次系統的設備選擇工作，不僅能夠有效適應電氣一次系統的良好運行效果，同時還能夠有效保證電氣設備能夠正常投入使用之中。

（三）發電廠電氣一次系統中電氣主接線設計

電氣主接線設計在發電廠電氣一次系統設計中占有非常重要的位置，其接線方式如下：在發電廠工作負載較多但是進出線回路較少的情況下，適宜采用4/3斷路器接線方式；在發電廠進出線回路多于6回時，一般選用3/2斷路器接線方式；在發電廠進出線回路少于6回時，一般選用雙母線接線方式。

（四）發電廠電氣一次系統中電纜的設計

首先，電纜的選擇。電纜主要分為阻燃電纜、耐火電纜和動力電纜。其中阻燃電纜適用于易燃、易爆的區域，如發電廠主廠房、燃油供應室等；動力電纜適用于易發生火災的危險場所、保安系統、應急照明系統；耐火電纜則適用于沒有防火措施的雙回路通道。在選擇電纜時應遵循以下原則：第一，溫度高于50℃時選用耐高溫電纜，高于100℃則選用礦物質絕緣電纜，-20℃時則選用聚乙烯等材料的電纜（聚氯乙烯除外）；第二，電纜回路內芯選擇銅質電纜芯。其次，電纜的敷設。一般情況下，發電廠主廠房選用架空敷設；若場地有腐蝕性選用橋架敷設，沒有則可套上鍍鋅或鋼的電纜套管；發電廠廠區內盡量選擇綜合管架敷設。

二、發電廠電氣設備常見故障

（一）發電機溫度太高

發電廠中的電力設備由于長期、頻繁的運轉工作，往往會發生發電溫度過高的情況，很有可能直接導致電機導線的斷路，從而影響機器的運轉。并且由于機器持續工作所產生的高溫會對電機內部零件產生損耗作用，如電氣表面的絕緣層的加速老化和脫落、電機內部銅絲等金屬材質的燒損等，直接降低積極的使用壽命，并且會為發電廠帶來安全隱患，威脅工作人員的人身安全。

（二）備用電源自動切換故障

為了保證電氣設備的持續運作，大多設備都會配備備用電源以應對突發情況。當設備運行出現故障時備用電源就會實現自動切換過程，以提供電氣設備持續運行的動力，但在自動切換過程中往往會出現許多故障，如備用電源電量不足以提供設備運行、切換時間過長、設備啟動時間延長等多種情況，嚴重影響機器的運轉速度及使用壽命，這就導致備用電源無法起到其應有的續航作用，無法保證發電廠電氣設備的正常運轉。

（三）電氣設備接地故障

電氣設備需要進行接地處理才能在保證設備正常運行的同時起到保護工作人員安全的作用。許多情況下，設備使用及安裝人員對設備接地不給予重視，當發電機在滿負荷工作時，長時間的運轉往往會增加設備短路的幾率，此時若沒有有效的接地處理，對人身的傷害極為明顯。通常電氣設備接地故障的故障原因有兩種：第一，直流接地故障；第二，交流接地故障。

三、發電廠電氣設備故障措施

（一）選擇合適的冷卻方法 避免發電機過熱

為了確保發電廠發電機的絕緣系統在允許的溫度下穩定運行，必須采取合適的冷卻方法排除發電機的熱量，避免發電機過熱，系統無法正常運行。當前火電廠發電機的冷卻方法，按照使用方式不同，可劃分為三種：密閉式空氣冷卻、水內冷卻和氫氣冷卻。其中水內冷卻因為水具有較強的散熱能力，冷卻效果明顯，是我國大型火力發電廠較為常見的水冷卻方法。密閉式空氣冷卻主要是通過封閉循環系統，對需要冷卻介質和空氣接觸產生的污染進行控制，降低因堵塞問題而引發故障的發生率。一般在惡劣環境中的使用，但設備成本投入較高氫氣冷卻方法即是通過氫氣來降低發電機組的通風耗損，提升電廠電氣設備供電效率但氫氣是一種易燃易爆氣體，具有較大危險性。

（二）引入監控機電裝置 有效改善電壓不穩現象

電氣設備運行時若是電壓值不穩定也很容易引發故障的發生，為此，必須采取有效措施來改善電壓值不穩定的現象。電氣設備在運行過程中導致其電壓值不穩定的因素有許多，相關人員應積極采用先進技術，在機電系統當中引入監控機電裝置， 一旦設備在運行過程當中出現電壓值低于額定值或是高于額定值時，工作人員應立即檢查設備運行情況。若是發現電氣設備運行異常則可根據實際情況決定是否切斷負電荷，確保電壓回復到正常水平。若是電氣設備運行異常情況較為嚴重的，則應該直接拉閘，從而確保電氣設備和工作人員的安全。另外，工作人員需要針對各個電氣設備配備與之相對應的電壓保護設施，結合監控情況分析，一旦出現設備運行異常則應該及時啟動相應的保護裝置，以確保設備正常運行和工作人員的安全。

（三）定期做好電氣設備的檢修維護工作

電氣設備故障對發電廠的負擔極重，做好故障排除工作可以為發電廠及國家節省大量的時間及電力能源，因此應定期做好電氣設備的檢修維護工作，根據電氣設備的運行情況及使用要求，制定嚴格的操作制度及相關責任，工作人員嚴格按照操作規程進行定期維護檢查工作，做到責任落實到人。同時，還要對工作人員的檢修工作予以考核，保證每個人都能夠以積極的心態對待設備的檢修，保證檢修工作的有序進行。對故障的原因及維修過程做好記錄工作并整理成工作筆記，便于維護工作的進行及故障防護過程。此外，實時監控，保障電壓穩定。一旦設備電壓出現超載現象應進行及時的檢查與故障排除，并采取合理的保護措施，避免由于電壓不穩定現象造成設備運作不穩定并減少使用壽命。

（四）加強安全措施 確保接地線設計科學合理

接地線的應用，主要是有效保護發電廠員工的人身安全。其工作原理為：利用人體電阻和接地電阻并聯，通過電氣設備帶電，讓流向人體的電流與接地導線的電聯形成反比，以此確保工作人員的人身安全。因此，相關負責人應安裝接地系統報警裝置，對運行系統中微小問題進行排查處理，提出有效的檢修措施，減小安全事故的發生率。例如某火力發電廠為了設備運行安全力度，保證接電線設計科學合理，使用規格為40mm*4mm的扁鋼作為接地連接線主要材料。由于部分接地需要對土壤情況進行檢測后，才能進行接地連接線，如果土壤酸堿度過高，極易導致接地連接線出現生銹問題，給發電機組設備安全運行帶來不利影響。因此工作人員還需將防腐銹的產品涂抹在接地連接箱上，以免扁鋼生銹損壞連接地線，直接影響到電廠設備穩定運行。此外，檢修工作人員應定期對接地連接線與周圍環境進行檢查，確保接地連接線處在干燥、通風環境中運行。對于生銹的接地線，工作人員應及時更換，確保接地連接線正常使用。

四、結束語

綜上所述，發電廠電氣設備與電氣一次系統設計極為復雜，如果電氣在運行過程中某個環節出現故障，都可能影響到整個電氣設備穩定運行，降低電能供電質量，甚至會給員工的生命安全構成威脅。因此相關工作人員必須注重電氣設備運行狀態，做到及時發現問題，及早預防，并做好相關數據反饋工作，為今后維修與管理電氣系統運行提供有力依據，從而保證發電廠穩定運行。

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