火力發電廠電氣一次設計技術分析

山東新升實業發展有限責任公司 周浩學 朱鴻濱

1 引言

隨著社會的進步，火力發電已經成為當今發電模式中最受歡迎的一種，不僅是當前電力供應的重要組成部分，而且還可以滿足人們對高質量電力能源的日益增長的需求，因此，火力發電廠的運營壓力和工作強度也在不斷增加。隨著社會對清潔能源的日益增長的需求，火力發電廠的一次設計變得越來越重要。一次設計是火力發電廠運行的關鍵，不僅決定了發電效率，還決定了發電工作模式。因此，火力發電廠中電氣一次設計必須得到充分考慮，以保證其后期的可持續發展。當前，火力發電廠的電氣一次設計技術仍然存在許多挑戰，因此需要進行深入的研究。

2 發電機的選擇

在選擇發電機的過程中，需要特別注意的一點就是，發電機的容量要與性質、使用壽命、安全性、可靠性等方面達到良好的平衡。此外，還需要考慮到額定電壓、額定功率等參數。此外，還要保證發電機的可靠性、安全性、可維護性等運用特征都必須符合一個特定的標準，才可以滿足使用的需求。為了確保發動機的正常運行，冷凝器的入口處必須與汽輪機在相似的運行條件下的出口處的水溫保持一致[1]。

3 主變壓器的選擇

當面臨300MW的機組需求時，三相變壓器可以滿足需求；而當面臨600MW的機組需求時，需要根據實際情況，綜合考慮生產、安裝、運輸等因素，最終確定最佳的變壓器方案。通常情況下，單相變壓器或三相變壓器都可以滿足需求，但當面臨1000MW 的機組需求時，單相變壓器更為適用，而三相變壓器可以滿足該生產需求，但不能滿足所需的變壓器性能要求。為確保備用相的正常運轉，建議在1臺以上的機組中，按照規定的標準合理地分布，而在3臺以下時，可以根據實際情況靈活調整，備用相的配置詳見表1。此外，為確保發電廠的可靠性，建議在一些特定的公司或企業中，采取更加靈活的方式，以確保備用相的正常運轉。當考慮使用單元連接技術來安裝變壓器與發動機時，必須確保變壓器的總體容積與其可承受的最高輸出功率相匹配，以確保變壓器的可靠性。

表1 備用相的配置

4 電氣主接線設計

4.1 主母線的主要接線方式

當使用 330～500kV 的配電裝置時，必須全面評估其可靠性和穩定性，并且還應該充分考量操作的靈活性、供應質量和成本效益。為了確保330～500kV 的配電設備的安全運行，需要按照基本的準則安排連接。當回路的數量≤6時，需要確保其能夠提供良好的可靠性和穩定性。為了更好地實現這一目標，建議采用雙母線連接，并使用半斷路器。對于擁有大量機組且缺乏足夠的進出線的場合，若要求進出線的回路數達到6回以上，且兩者比例為2∶1，最佳的接線方案就是采取4啟接線方式[2]。

針對 220kV 的配電裝置，可以選擇兩種方式來進行接線，即雙母線雙分段接線方式、雙母線單分段接線方式，且應遵守一定的接線原則，即：如果發電廠中的總裝機數量不少于3臺，則在對接線方式進行選擇時，應對地方供電的可靠性要求、電力系統的穩定性要求進行深入考慮。在電力系統中，如果存在一臺斷路器出現拒動現象或者出現故障時，則應首先滿足地方供電的可靠性要求和電力系統的穩定性要求并以此為條件，對出現的回路數、允許切除的機組數量作為主要依據，以合理確定接線方式。如果大型電力系統的總容量高于 10000MW，同時機組數量多于4臺，則在這種情況下，應對雙母線雙分段接線方式進行選擇。當中型電力系統的總容量為5000～10000MW 時，如果機組數量有3臺，則宜選用雙母線單分段接線的接線方式，如果機組數量有4臺，則宜選用雙母線雙接線方式。

4.2 備用電源進行啟動的接線方式

對于配電裝置的備用電源而言，當主干道的電壓不足220kV，則可以將主干道的主干道與主干道相連。當主干道的電壓不足330kV 和500kV，且這兩種電壓屬于整個發電廠的主干道，則可以將主干道與主干道相連。這樣可以有效地減少主干道的負荷，并使主干道的負荷更加穩定。這些連接方法可能是關鍵，因此應該使其成為開始/關閉備用電源的必要步驟。備用電源啟動的接線方式詳見表2。

表2 備用電源啟動的接線方式

5 電纜的選取與敷設

5.1 電纜的選取

火力發電廠是一個多種功能建筑物與場所，通常由各種電源和電氣設備組成。電站通常由各種類型的建筑和設施組成，例如鍋爐、儲存區、工業區和一些容易著火或者過熱的地方。因此，C 類阻燃電纜通常被視為電站的優先電線。此外，電站通常還設置了多種電氣設備和電源，例如事故保安電源、直流電源、緊急電源、滅火電源、無線電源和消防電源。因此，電氣設備和電源的優先電線通常被視為電氣設備的優先電線。為了確保安全，建議使用耐火電纜。特別是當需要處理復雜的雙向系統時，比如雙重化繼電保護和計算機監控，而且沒有采取有效的隔離措施的情況下，建議使用耐火電纜來處理復雜的系統。

當考慮使用某些特定的電線時，需要特別注意內芯。比如，當需要控制一些特殊的電線，比如超過 3kV 的電線、防爆電線和特殊的防水電線，需要使用銅線。此外，需要根據使用的電線的特點來決定使用哪種類型的電線，比如，使用托盤或者梯架的情況下，就需要使用非鎧甲型的電線。當考慮安裝電線的位置和距離時，會發現安裝方法會因外部的氣候條件而變化。因此，必須非常謹慎地考慮這些因素，并且認真地考慮使用條件。例如，當外部的氣候條件升到60～100℃，應該使用具有良好隔熱性能的電線。但是，當外部的氣候條件降到20℃或更低，應該考慮使用具有良好隔熱性能的電線，并且根據特性和使用條件決策是否使用這種電線。在大多數場合，一般會使用到各種類型的電纜，例如聚乙烯電纜和交聯聚乙烯電纜，但應該特別留心，最好避免使用PVC 電纜。

5.2 電纜的敷設

采用架空敷裝作為火力發電廠的主要敷設方式，可以有效地避免步道的影響，并且可以有效地避免在配電室的底部安裝電纜夾層。相比之下，采用綜合管架的方法更加安全可靠，因此，更適用于支撐和連接輔助運輸的電線。為了確保安全，必須確保在一些特殊的環境下，比如火力發電廠的某些部位，比如繼電保護室和集中控制室，使用高質量的電纜。此外，還必須確保這些部位的電纜是經過嚴格的檢查和維修的，并且采取適當的安裝措施。在未被腐蝕的區域中，采用鍍鋅鋼橋梁是最佳解決方案[3]。

6 電氣設備的設置

當安排電力系統的設施時，建議采用330～500kV 的戶內和110～220kV 的戶外安全架構。同樣，建議采用適當的安全架構。當安排網絡接線箱時，建議根據安全架構的大小，以及安全架構的尺寸，決策是否安排。當安裝大型變壓器時，最佳的安裝方法是采取分層安裝的方法，以確保變壓器的安裝處于工業區域的最佳狀態。此外，當滿足特殊要求的情況下，可以考慮在工業區域內安裝變壓器的核心部署，而不必再建立特殊的變壓器室。除了采取必要的措施，例如安裝蓄電池和配套的自動化控制裝置，還應該考慮使用不易燃燒的材質，并且盡量避免使用易燃燒的金屬。另外，當需要使用高功率的變壓器時，應該采取安裝在空冷平臺中。

7 配電室電荷計算分析

隨著配電室的電力需求增加，電力設施的性能將得到提升，從而提升其工作效率。而一次性的電氣設計，包括安裝、調試、維護等，都會對最終的供電系統產生重要的影響，這些都成為了決定最佳結構的重要參考。一般來說，二項式系數法和系數法都有助于精確地估算出火力發電廠的配電時間。然而，由于感性負載的存在，如感應電動機、電弧爐，發電效果受到了一定的限制，因此，必須一次性完成調整，以充分利用內部設施的優勢，以及有效地減少外界因素對系統的干擾，以達到節約能耗、提高效益的目的。為了獲得最佳的無功補償效果，必須精確測量變壓器的低壓端的無功補償功率[4]。

為了提升火力發電廠的安全性，設計人員通常采用標值法來測量短路電流，以便盡可能地保障安裝和設備的安全。在進行短路電流測量時，必須精確地選擇短路點，并對其進行實際測量，以獲得最佳的電流值。為了確保測量的準確度，應當將繼電器與測量儀器徹底分離，并且加強其絕緣性能，如果可能的話，還可以采用電流互感器來對測量儀器和繼電器進行有效的保護。

8 安裝高壓線路繼電保護裝置

通過對高壓線路的機電保護，可以有效防止由于設備故障而影響供電及發電的正常運行。因此，在進行高壓線路的繼電保護時，必須精心挑選適當的參數，如超限、短時間斷、電流等，以便更好地控制變壓器的運行狀態，并且可以迅速實施斷開或關閉操作。

9 電氣自動化技術

第一，采取一體化的方式來管理電站和鍋爐。這意味著，通過把電子和電氣的一體化作為重點，并利用電氣自動化的技術來管理電站和鍋爐。這樣可以有效地管理電站和鍋爐，并且可以節省大量的人工和資源。要想進一步改善電網的運營狀況，就需要對火力發電機組的管理進行全面的改進，從而實現更高的自動化程度。

第二，就地與自動化。部分火力發電廠規模小，電力產量少，需要建設綜合化控制系統。隨著科學技術的不斷推廣，諸多火力發電廠已經開始采取措施來提高電力的利用率。首先，采用先進的智能系統來管理和監督公司的生產過程。其次，采用先進的數字化系統來取代傳統的手工操作，從而提高企業生產整體管理水平。最后，還采取了一系列措施來提高企業的整體競爭力，從而提升發電企業的整體經濟效益。

10 電子電路技術

采用先進的電氣一體化設計，利用先進的電子信息技術，可以更加準確地監控和控制整個系統的運行情況，有助于更有效地完成各項電力任務，并且利用先進的系統平臺，更加方便地進行集成化的管控。利用先進的微電子電路，結合精心編寫的程序，可以實現有效的數字化和自主化，從而實現對外界環境的有效監測，并且具有良好的節約能源和物資的效果。通過應用先進的電子電路技術，不僅擁有精確的測量結果，而且還擁有優秀的節能性，從而使得火力發電廠的運營更加穩定[5]。

11 結語

隨著科學技術的不斷提升，電能在現代社會的使用越來越普遍，可以滿足日常生活和工作需求，還可以滿足更高層次的環境保護和可持續發展的需求。因此，研究和制定有效的電氣一次設計方案，確保火力發電廠的安全運營，提高節約資源和環境保護的效果，就變得更加迫切和緊迫。確保一次設備的優良品質是確保電力系統可靠、可持續發展的關鍵，從而滿足社會經濟發展的各項用電需求，確保公眾的正常用電。