火力发电厂电气一次设计技术分析

齐 凯

（国源设计院有限公司，济南 250000）

0 引言

火力发电是现阶段众多发电模式中最为常用的一种，同时也是当前电力供应中的重要组成部分［1］。随着社会的不断发展，对于高质量电力能源的需求缺口越来越大，相对应的火力发电厂工作压力和工作强度逐渐提升。为满足全社会对于清洁电能的高品质需求，越来越多的发电模式应用到了火力发电厂中。在火力发电厂中电气一次设计对于发电效率和发电工作模式有着直接影响［2］。作为电气系统的重要组成部分，一次接线直接影响着火力发电厂的后期运营。现阶段火力发电厂电气一次设计技术还存在诸多问题，有必要进行专项研究。

1 火力发电厂电气一次设计重要意义

科学的电气一次设计能够极大程度地提升火力发电厂的工作效率，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火力发电厂的现实情况，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，是提升火力发电厂电机的设计的主要内容。

2 提升火力发电厂电气一次设计方法探讨

2.1 发电机选择分析

在火力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［3］。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［4］，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。

2.2 主变压器选用分析

发电厂主变压器主要有单相变压器和三相变压器两种类型，选择的依据如下：连接主变压器的机组容量在300 MW以下时，建议选择三相变压器；连接主变压器的机组容量在300 ～600 MW 之间时，三相变压器与单相变压器都可使用，具体应依据项目工况确定［5］；连接主变压器的机组容量在1 000 MW以上时，建议选择单相变压器。在使用单相变压器作为主变压器情况下，设备配置应依照如下原则：安装机组在2台以下（含2台）情况下，无需考虑使用备用相；安装机组在3台以上情况下，建议使用1 台备用相；在发电厂附近电能用户已经配置了相同参数的备用相时，则无需在电气一次设计中配置备用相［6］。

主变压器和发电机之间如使用单元连接方式，则主变压器的容量计算方法为：发电机的最大连续容量与工作变压器计算负荷的差值，确定为主变压器的容量。

2.3 电气主接线分析

（1）主母线接线方式分析

配电装置工作电压在330 ～500 kV 范围内时，在接线方式的选择中应首先确保发电机系统平稳运行，在发电系统运行可靠的前提下再考虑建设成本和运行灵活性等因素。结合大量工程实践，认为330 ～500 kV 配电装置接线应按照以下原则进行：接线进出线回路数量在6 回以内时，建议采用双母线方式完成接线，同时兼顾系统稳定性；接线进出线回路数量在6回以上时，建议使用1 台半断路器完成接线工作；在发电厂工作机组数量较多，但是进出回路较少的情况下（但是进出线回路数量高于6 回），建议使用4/3 接线方式［7］。

双母线双分段与双母线单分段接线方式在220 kV配电装置中应用较广，在实际作业中，应按照以下原则进行：在发电厂总装机数量多于3台（含3 台）情况下，首先要保证电力系统的稳定运行和电能的稳定供应，在此基础上分析故障发生后可切除的机组数量与回路，最终确定接线方式［8］。总装机容量在10 000 MW以上时，大型电力系统中的机组数量高于4台，建议使用双母线双分段接线。总装机容量在5 000～10 000 MW范围内时，电力系统内的机组数量小于或等于3台，则建议使用双母线单分段接线方式，如电力系统中的机组数量高于4台，仍需使用双母线双分段接线方式。

（2）备用电源接线方式

在220 kV以下发电厂备用电源接线中，可以直接从配电装置的母线上接线。在330 kV 或者500 kV 发电厂备用电源接线中，如果电场中没有低于330 kV的电压等级，建议备用电源接线可从330 kV 或者500 kV 电压上进行降压接线，该方式能够明显降低工程成本［9］。

2.4 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。

发电厂电缆线选择的另一个重要方面是考察电缆内芯，铜芯电缆主要在控制回路、防火要求较高的回路和3 kV以上电缆线内使用。接入计算机等核心控制元件的电缆线除了使用铜芯外，还应选用屏蔽能力较强的电缆线。

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。最后，在具体电缆敷设时，控制电缆应与动力电缆分开敷设。

2.5 电气设备布置分析

对于110 ～220 kV 发电厂中屋外敞开式高压配电装置和330 ～500 kV敞开式高压配电装置，在电气设备布置时，建议使用中型布置方式。采用屋内布置方式进行GIS 布置时，考虑到室内不允许出现空气再循环，应在相应位置设置排风口，并使用排风设备进行机械排风，排风口的位置应在室内高处或者低处，以加强排风效果。

在火力发电厂网络继电器室的布置设计中，电缆路径的设计主要目的是确定布置位置和数量，建议将低压电动机控制中心布置在厂房的负荷中心处，同时采用分散布置的方式，在火力发电厂空间允许的条件下，建议将动力中心布置在主厂房内，这样做的主要目的是避免单独为动力中心配置配电间而导致的成本增加。除此之外，火力发电厂中直流系统组成中的相应电气设备应布置在蓄电池附近，与之对应的蓄电池的布置需注意环境温度和蓄电池建筑物建筑材料，尽可能选用非燃烧性的建设材料。建议在空冷平台下布置大容量的高压变压器，为空冷装置提供电能的低压配电器和配电瓶的设备，安放在空冷配电室中。

2.6 配电室电荷计算分析

配电室的电力负荷越大，则表明电力设备做功的能力越高，效率越强。在电气一次设计中，配件时间和计算主要影响供电设计，同时也是优选电气设备和导线组合方式的基础数据和关键影响因素。通常情况下可采用二项式系数法和系数法完成配电时间和的计算。在火力发电厂发电做功过程中感应电动机、电弧炉等感性负载是支撑其正常运转的关键部件，这其中多余的感性负载会降低机器设备的发电功率，从而影响电力资源的综合利用程度，为此在一次设计中，需采用人工补偿的方式来弥补火力发电厂设计的不足，发挥内部设备的最大潜能，这就需要准确确定变压器低压侧无功功率，以此确定无功补偿功率。

另一方面为提高火力发电厂的安全生产系数，设计人员多采用标值法测定短路电流，并以此作为尽量保护装置和电气设备调试的参数。在短路电流的测试过程中，需要准确选取短路点，并在该点实测流经设备的电流值大小。为提升测量过程中的仪器精度，应将继电器和测量仪器分离开来，同时提升该设备的绝缘水平，有条件的可使用电流互感器保护测量仪器和继电器。

2.7 安装高压线路继电保护装置

高压线路的机电保护是为了避免高压线路设备出现问题，导致供电系统和发电系统无法工作。在高压线路继电保护装置的设计中，应准确选定过载负荷，速断和电流等基本参数。具体到变压器的塑造保护中，却在使用过程中能够快速完成变压器两端的断开和闭合操作。

3 结束语

电能供应是我国能源供应体系中的重要一环，同时作为一种清洁能源，在未来一段时期内我国电力能源的使用量还将进一步提升。为此需深入研究火力发电厂电气一次设计，加强火力发电厂工作效率，提升稳定工作的能力，降低事故发生率。本文的研究重点从发电机、主变压器选择、电缆敷设、配电室电荷计算等多个方面论述了现实中影响火力发电厂电气设计的主要内容，说明了上述几方面在电气一次设计中应注意的问题，解决了现阶段火力发电厂的一次设计中的突出矛盾，具有重要的现实意义。