火力發電廠電氣一次設計技術分析

齊 凱

（國源設計院有限公司，濟南 250000）

0 引言

火力發電是現階段眾多發電模式中最為常用的一種，同時也是當前電力供應中的重要組成部分［1］。隨著社會的不斷發展，對于高質量電力能源的需求缺口越來越大，相對應的火力發電廠工作壓力和工作強度逐漸提升。為滿足全社會對于清潔電能的高品質需求，越來越多的發電模式應用到了火力發電廠中。在火力發電廠中電氣一次設計對于發電效率和發電工作模式有著直接影響［2］。作為電氣系統的重要組成部分，一次接線直接影響著火力發電廠的后期運營。現階段火力發電廠電氣一次設計技術還存在諸多問題，有必要進行專項研究。

1 火力發電廠電氣一次設計重要意義

科學的電氣一次設計能夠極大程度地提升火力發電廠的工作效率，減少運行過程中的故障及停機檢修情況。按照科學的方法并依據不同火力發電廠的現實情況，深入探討發電機主變壓器和電纜的選型及使用，優化電氣設備的布置，是提升火力發電廠電機的設計的主要內容。

2 提升火力發電廠電氣一次設計方法探討

2.1 發電機選擇分析

在火力發電廠電氣一次設計中進行發電機的選擇，重點是確定發電機的裝機容量，在發電機容量的選擇過程中，需保證所選的容量與發電廠汽輪機容量相協調［3］?，F實中常用的選型原則如下：發電機的選擇首先應確定額定工作電壓和額定功率因數，其中發電機額定容量應與汽輪機輸出功率相協調，同時汽輪機的連續容量應與發電機相一致［4］，最后，用于冷卻發電機冷卻器的水體溫度應與汽輪機運行過程中的冷卻水溫要求相一致。

2.2 主變壓器選用分析

發電廠主變壓器主要有單相變壓器和三相變壓器兩種類型，選擇的依據如下：連接主變壓器的機組容量在300 MW以下時，建議選擇三相變壓器；連接主變壓器的機組容量在300 ～600 MW 之間時，三相變壓器與單相變壓器都可使用，具體應依據項目工況確定［5］；連接主變壓器的機組容量在1 000 MW以上時，建議選擇單相變壓器。在使用單相變壓器作為主變壓器情況下，設備配置應依照如下原則：安裝機組在2臺以下（含2臺）情況下，無需考慮使用備用相；安裝機組在3臺以上情況下，建議使用1 臺備用相；在發電廠附近電能用戶已經配置了相同參數的備用相時，則無需在電氣一次設計中配置備用相［6］。

主變壓器和發電機之間如使用單元連接方式，則主變壓器的容量計算方法為：發電機的最大連續容量與工作變壓器計算負荷的差值，確定為主變壓器的容量。

2.3 電氣主接線分析

（1）主母線接線方式分析

配電裝置工作電壓在330 ～500 kV 范圍內時，在接線方式的選擇中應首先確保發電機系統平穩運行，在發電系統運行可靠的前提下再考慮建設成本和運行靈活性等因素。結合大量工程實踐，認為330 ～500 kV 配電裝置接線應按照以下原則進行：接線進出線回路數量在6 回以內時，建議采用雙母線方式完成接線，同時兼顧系統穩定性；接線進出線回路數量在6回以上時，建議使用1 臺半斷路器完成接線工作；在發電廠工作機組數量較多，但是進出回路較少的情況下（但是進出線回路數量高于6 回），建議使用4/3 接線方式［7］。

雙母線雙分段與雙母線單分段接線方式在220 kV配電裝置中應用較廣，在實際作業中，應按照以下原則進行：在發電廠總裝機數量多于3臺（含3 臺）情況下，首先要保證電力系統的穩定運行和電能的穩定供應，在此基礎上分析故障發生后可切除的機組數量與回路，最終確定接線方式［8］。總裝機容量在10 000 MW以上時，大型電力系統中的機組數量高于4臺，建議使用雙母線雙分段接線。總裝機容量在5 000～10 000 MW范圍內時，電力系統內的機組數量小于或等于3臺，則建議使用雙母線單分段接線方式，如電力系統中的機組數量高于4臺，仍需使用雙母線雙分段接線方式。

（2）備用電源接線方式

在220 kV以下發電廠備用電源接線中，可以直接從配電裝置的母線上接線。在330 kV 或者500 kV 發電廠備用電源接線中，如果電場中沒有低于330 kV的電壓等級，建議備用電源接線可從330 kV 或者500 kV 電壓上進行降壓接線，該方式能夠明顯降低工程成本［9］。

2.4 電纜選擇與敷設分析

（1）電纜線選擇分析

發電廠中使用的電纜主要分為C 類阻燃電纜、動力電纜和耐火電纜3大類，每種電纜的使用范圍分析如下：發電廠中存在很多易燃位置，包括主廠房、燃料供應室和輸煤作業空間等，上述易燃易爆位置的電纜必須使用C 類阻燃電纜。動力電纜主要應用于發電廠的直流系統、應急照明系統、消防系統、事故保障系統和火災報警系統等控制系統中，為上述控制系統提供電能的電纜應使用耐火電纜。此外，耐火電纜在關鍵控制元件的雙回路中間沒有采取相應的隔離措施情況下，應在其中的一個通道中使用。

發電廠電纜線選擇的另一個重要方面是考察電纜內芯，銅芯電纜主要在控制回路、防火要求較高的回路和3 kV以上電纜線內使用。接入計算機等核心控制元件的電纜線除了使用銅芯外，還應選用屏蔽能力較強的電纜線。

根據發電廠內電纜線敷設方式和環境的不同，電纜線選用也有所區別，在托盤、梯架和橋架等位置使用時，應使用非鎧甲電纜。電纜使用環境溫度也對電纜選用有影響，具體來看，電纜敷設環境或者使用環境溫度高于60 ℃時，建議采用耐高溫電纜；電纜敷設環境或者使用環境溫度高于100 ℃時，建議采用礦物質絕緣電纜；電纜敷設環境或者使用環境溫度低于零下20 ℃時，建議結合絕緣類型和實際溫度確定，可選擇的類型包括聚乙烯和交聯聚乙烯材料絕緣電纜，但不能使用聚氯乙烯絕緣電纜。

（2）電纜敷設分析

在發電廠主廠房中進行電纜敷設，一般采用架空敷設方式，架空敷設的主要優勢在于不需考慮步行道，同時可以在配電室上部使用，基于此，在輔助車輛的電纜敷設時，也建議使用架空敷設方式。除此之外，發電廠的電纜敷設應盡量使用綜合管架敷設方式。繼電保護室和集中控制室內的電纜線較多，為避免電纜線相互干擾，在多根電纜匯聚的位置應設置電纜夾層。如電纜敷設位置環境具有一定的腐蝕性，建議使用橋架方式敷設，在環境無腐蝕性的條件下，建議使用鍍鋅鋼架橋。最后，在具體電纜敷設時，控制電纜應與動力電纜分開敷設。

2.5 電氣設備布置分析

對于110 ～220 kV 發電廠中屋外敞開式高壓配電裝置和330 ～500 kV敞開式高壓配電裝置，在電氣設備布置時，建議使用中型布置方式。采用屋內布置方式進行GIS 布置時，考慮到室內不允許出現空氣再循環，應在相應位置設置排風口，并使用排風設備進行機械排風，排風口的位置應在室內高處或者低處，以加強排風效果。

在火力發電廠網絡繼電器室的布置設計中，電纜路徑的設計主要目的是確定布置位置和數量，建議將低壓電動機控制中心布置在廠房的負荷中心處，同時采用分散布置的方式，在火力發電廠空間允許的條件下，建議將動力中心布置在主廠房內，這樣做的主要目的是避免單獨為動力中心配置配電間而導致的成本增加。除此之外，火力發電廠中直流系統組成中的相應電氣設備應布置在蓄電池附近，與之對應的蓄電池的布置需注意環境溫度和蓄電池建筑物建筑材料，盡可能選用非燃燒性的建設材料。建議在空冷平臺下布置大容量的高壓變壓器，為空冷裝置提供電能的低壓配電器和配電瓶的設備，安放在空冷配電室中。

2.6 配電室電荷計算分析

配電室的電力負荷越大，則表明電力設備做功的能力越高，效率越強。在電氣一次設計中，配件時間和計算主要影響供電設計，同時也是優選電氣設備和導線組合方式的基礎數據和關鍵影響因素。通常情況下可采用二項式系數法和系數法完成配電時間和的計算。在火力發電廠發電做功過程中感應電動機、電弧爐等感性負載是支撐其正常運轉的關鍵部件，這其中多余的感性負載會降低機器設備的發電功率，從而影響電力資源的綜合利用程度，為此在一次設計中，需采用人工補償的方式來彌補火力發電廠設計的不足，發揮內部設備的最大潛能，這就需要準確確定變壓器低壓側無功功率，以此確定無功補償功率。

另一方面為提高火力發電廠的安全生產系數，設計人員多采用標值法測定短路電流，并以此作為盡量保護裝置和電氣設備調試的參數。在短路電流的測試過程中，需要準確選取短路點，并在該點實測流經設備的電流值大小。為提升測量過程中的儀器精度，應將繼電器和測量儀器分離開來，同時提升該設備的絕緣水平，有條件的可使用電流互感器保護測量儀器和繼電器。

2.7 安裝高壓線路繼電保護裝置

高壓線路的機電保護是為了避免高壓線路設備出現問題，導致供電系統和發電系統無法工作。在高壓線路繼電保護裝置的設計中，應準確選定過載負荷，速斷和電流等基本參數。具體到變壓器的塑造保護中，卻在使用過程中能夠快速完成變壓器兩端的斷開和閉合操作。

3 結束語

電能供應是我國能源供應體系中的重要一環，同時作為一種清潔能源，在未來一段時期內我國電力能源的使用量還將進一步提升。為此需深入研究火力發電廠電氣一次設計，加強火力發電廠工作效率，提升穩定工作的能力，降低事故發生率。本文的研究重點從發電機、主變壓器選擇、電纜敷設、配電室電荷計算等多個方面論述了現實中影響火力發電廠電氣設計的主要內容，說明了上述幾方面在電氣一次設計中應注意的問題，解決了現階段火力發電廠的一次設計中的突出矛盾，具有重要的現實意義。