浅谈发电厂电气一次系统的设计与电气设备故障

刘华灿

【摘 要】我国作为能源大国，对能源的质量和数量方面的要求很高，电能作为当今世界主要的清洁能源广泛地应用在生活、生产等各领域中。缺少了电能，将严重影响人们的生活及企业的生产状况，因此发电厂的电气设备及相关系统的稳定运行就显得尤其重要。下文将针对发电厂电气一次系统的设计与电气设备故障展开探讨，旨在为提升发电厂电气设备及相关系统的稳定性提供参考。

【关键词】发电厂；电气一次系统；设计；电气设备故障

社会持续稳定地发展，电能是不可或缺的能源，其质量的好与坏直接关乎到社会的生产和人们的生活，同时与社会秩序是否井然有序也密切相关。发电厂是电能供应企业，为了确保电能安全生产，并高质量、高效率地传递给电能用户，就要确保电气运行顺畅，电气设备的功能性充分发挥出来，避免设备故障产生。即便是电气运行中设备存在故障，也要能够及时有效地采取技術措施解决。

一、发电厂电气一次系统的设计

（一）发电厂电气一次系统中变压器的设计

首先，变压器的选择原则。第一，变压器需要承受的用电负荷及容量。一般情况下，变压器要承受的用电负荷应不低于其额定容量的7000，且不高于其额定容量的9000。当变压器实际承受的负荷小于变压器额定容量的一半时，应选用较小容量的变压器，反之应选用较大容量的变压器。另外，选择时需注意，应根据用电设备的容量决定变压器的容量，在用电设备多于3台时就应考虑安装备用变压器；第二，根据发电厂建成后五到十年的规划以及发电厂的发展情况选择变压器型号；第三，结合电网结构确定主变压器类型，确保发电机的安全性和稳定性。其次，变压器的相数选择。第一，对于输出电压高于500kV的电气系统，一般选择三相或单相变压器。附近的公司配有相等参数的备用相的，就不用安装备用相；第二，对于输出电压为不高于330kV的电气系统，一般选择三相变压器。

（二）发电厂电气一次系统中发电机的选择

发电厂在进行发电工作的过程中，对于发电机的选择至关重要。在对发电机进行选择时，通常最先进行考虑的是发电机的容量大小。在进行发电机容量的选择时，需要保证其能够和汽轮机的容量进行相互协调，由此才能够有效保证发电机在正常运转中保持一定的稳定性和安全性。电气一次系统对于发电机的选择是有着一定的原则的，其中主要是根据发电机的额定电压和功率因数进行选择。首先需要进行考虑的是发电机的额定功率和容量能够和汽轮机之间的额定出力进行相互配合；其次需要进行考虑的是发电机和汽轮机两者之间的连续容量能够有所配合；最后还需要进行全面考虑的是发电机和汽轮机之间冷却器的水温保持一致。根据发电机的选择原则，进行电气一次系统的设备选择工作，不仅能够有效适应电气一次系统的良好运行效果，同时还能够有效保证电气设备能够正常投入使用之中。

（三）发电厂电气一次系统中电气主接线设计

电气主接线设计在发电厂电气一次系统设计中占有非常重要的位置，其接线方式如下：在发电厂工作负载较多但是进出线回路较少的情况下，适宜采用4/3断路器接线方式；在发电厂进出线回路多于6回时，一般选用3/2断路器接线方式；在发电厂进出线回路少于6回时，一般选用双母线接线方式。

（四）发电厂电气一次系统中电缆的设计

首先，电缆的选择。电缆主要分为阻燃电缆、耐火电缆和动力电缆。其中阻燃电缆适用于易燃、易爆的区域，如发电厂主厂房、燃油供应室等；动力电缆适用于易发生火灾的危险场所、保安系统、应急照明系统；耐火电缆则适用于没有防火措施的双回路通道。在选择电缆时应遵循以下原则：第一，温度高于50℃时选用耐高温电缆，高于100℃则选用矿物质绝缘电缆，-20℃时则选用聚乙烯等材料的电缆（聚氯乙烯除外）；第二，电缆回路内芯选择铜质电缆芯。其次，电缆的敷设。一般情况下，发电厂主厂房选用架空敷设；若场地有腐蚀性选用桥架敷设，没有则可套上镀锌或钢的电缆套管；发电厂厂区内尽量选择综合管架敷设。

二、发电厂电气设备常见故障

（一）发电机温度太高

发电厂中的电力设备由于长期、频繁的运转工作，往往会发生发电温度过高的情况，很有可能直接导致电机导线的断路，从而影响机器的运转。并且由于机器持续工作所产生的高温会对电机内部零件产生损耗作用，如电气表面的绝缘层的加速老化和脱落、电机内部铜丝等金属材质的烧损等，直接降低积极的使用寿命，并且会为发电厂带来安全隐患，威胁工作人员的人身安全。

（二）备用电源自动切换故障

为了保证电气设备的持续运作，大多设备都会配备备用电源以应对突发情况。当设备运行出现故障时备用电源就会实现自动切换过程，以提供电气设备持续运行的动力，但在自动切换过程中往往会出现许多故障，如备用电源电量不足以提供设备运行、切换时间过长、设备启动时间延长等多种情况，严重影响机器的运转速度及使用寿命，这就导致备用电源无法起到其应有的续航作用，无法保证发电厂电气设备的正常运转。

（三）电气设备接地故障

电气设备需要进行接地处理才能在保证设备正常运行的同时起到保护工作人员安全的作用。许多情况下，设备使用及安装人员对设备接地不给予重视，当发电机在满负荷工作时，长时间的运转往往会增加设备短路的几率，此时若没有有效的接地处理，对人身的伤害极为明显。通常电气设备接地故障的故障原因有两种：第一，直流接地故障；第二，交流接地故障。

三、发电厂电气设备故障措施

（一）选择合适的冷却方法 避免发电机过热

为了确保发电厂发电机的绝缘系统在允许的温度下稳定运行，必须采取合适的冷却方法排除发电机的热量，避免发电机过热，系统无法正常运行。当前火电厂发电机的冷却方法，按照使用方式不同，可划分为三种：密闭式空气冷却、水内冷却和氢气冷却。其中水内冷却因为水具有较强的散热能力，冷却效果明显，是我国大型火力发电厂较为常见的水冷却方法。密闭式空气冷却主要是通过封闭循环系统，对需要冷却介质和空气接触产生的污染进行控制，降低因堵塞问题而引发故障的发生率。一般在恶劣环境中的使用，但设备成本投入较高氢气冷却方法即是通过氢气来降低发电机组的通风耗损，提升电厂电气设备供电效率但氢气是一种易燃易爆气体，具有较大危险性。

（二）引入监控机电装置 有效改善电压不稳现象

电气设备运行时若是电压值不稳定也很容易引发故障的发生，为此，必须采取有效措施来改善电压值不稳定的现象。电气设备在运行过程中导致其电压值不稳定的因素有许多，相关人员应积极采用先进技术，在机电系统当中引入监控机电装置， 一旦设备在运行过程当中出现电压值低于额定值或是高于额定值时，工作人员应立即检查设备运行情况。若是发现电气设备运行异常则可根据实际情况决定是否切断负电荷，确保电压回复到正常水平。若是电气设备运行异常情况较为严重的，则应该直接拉闸，从而确保电气设备和工作人员的安全。另外，工作人员需要针对各个电气设备配备与之相对应的电压保护设施，结合监控情况分析，一旦出现设备运行异常则应该及时启动相应的保护装置，以确保设备正常运行和工作人员的安全。

（三）定期做好电气设备的检修维护工作

电气设备故障对发电厂的负担极重，做好故障排除工作可以为发电厂及国家节省大量的时间及电力能源，因此应定期做好电气设备的检修维护工作，根据电气设备的运行情况及使用要求，制定严格的操作制度及相关责任，工作人员严格按照操作规程进行定期维护检查工作，做到责任落实到人。同时，还要对工作人员的检修工作予以考核，保证每个人都能够以积极的心态对待设备的检修，保证检修工作的有序进行。对故障的原因及维修过程做好记录工作并整理成工作笔记，便于维护工作的进行及故障防护过程。此外，实时监控，保障电压稳定。一旦设备电压出现超载现象应进行及时的检查与故障排除，并采取合理的保护措施，避免由于电压不稳定现象造成设备运作不稳定并减少使用寿命。

（四）加强安全措施 确保接地线设计科学合理

接地线的应用，主要是有效保护发电厂员工的人身安全。其工作原理为：利用人体电阻和接地电阻并联，通过电气设备带电，让流向人体的电流与接地导线的电联形成反比，以此确保工作人员的人身安全。因此，相关负责人应安装接地系统报警装置，对运行系统中微小问题进行排查处理，提出有效的检修措施，减小安全事故的发生率。例如某火力发电厂为了设备运行安全力度，保证接电线设计科学合理，使用规格为40mm*4mm的扁钢作为接地连接线主要材料。由于部分接地需要对土壤情况进行检测后，才能进行接地连接线，如果土壤酸碱度过高，极易导致接地连接线出现生锈问题，给发电机组设备安全运行带来不利影响。因此工作人员还需将防腐锈的产品涂抹在接地连接箱上，以免扁钢生锈损坏连接地线，直接影响到电厂设备稳定运行。此外，检修工作人员应定期对接地连接线与周围环境进行检查，确保接地连接线处在干燥、通风环境中运行。对于生锈的接地线，工作人员应及时更换，确保接地连接线正常使用。

四、结束语

综上所述，发电厂电气设备与电气一次系统设计极为复杂，如果电气在运行过程中某个环节出现故障，都可能影响到整个电气设备稳定运行，降低电能供电质量，甚至会给员工的生命安全构成威胁。因此相关工作人员必须注重电气设备运行状态，做到及时发现问题，及早预防，并做好相关数据反馈工作，为今后维修与管理电气系统运行提供有力依据，从而保证发电厂稳定运行。

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