火力发电厂电气一次设计技术分析

山东新升实业发展有限责任公司 周浩学 朱鸿滨

1 引言

随着社会的进步，火力发电已经成为当今发电模式中最受欢迎的一种，不仅是当前电力供应的重要组成部分，而且还可以满足人们对高质量电力能源的日益增长的需求，因此，火力发电厂的运营压力和工作强度也在不断增加。随着社会对清洁能源的日益增长的需求，火力发电厂的一次设计变得越来越重要。一次设计是火力发电厂运行的关键，不仅决定了发电效率，还决定了发电工作模式。因此，火力发电厂中电气一次设计必须得到充分考虑，以保证其后期的可持续发展。当前，火力发电厂的电气一次设计技术仍然存在许多挑战，因此需要进行深入的研究。

2 发电机的选择

在选择发电机的过程中，需要特别注意的一点就是，发电机的容量要与性质、使用寿命、安全性、可靠性等方面达到良好的平衡。此外，还需要考虑到额定电压、额定功率等参数。此外，还要保证发电机的可靠性、安全性、可维护性等运用特征都必须符合一个特定的标准，才可以满足使用的需求。为了确保发动机的正常运行，冷凝器的入口处必须与汽轮机在相似的运行条件下的出口处的水温保持一致[1]。

3 主变压器的选择

当面临300MW的机组需求时，三相变压器可以满足需求；而当面临600MW的机组需求时，需要根据实际情况，综合考虑生产、安装、运输等因素，最终确定最佳的变压器方案。通常情况下，单相变压器或三相变压器都可以满足需求，但当面临1000MW 的机组需求时，单相变压器更为适用，而三相变压器可以满足该生产需求，但不能满足所需的变压器性能要求。为确保备用相的正常运转，建议在1台以上的机组中，按照规定的标准合理地分布，而在3台以下时，可以根据实际情况灵活调整，备用相的配置详见表1。此外，为确保发电厂的可靠性，建议在一些特定的公司或企业中，采取更加灵活的方式，以确保备用相的正常运转。当考虑使用单元连接技术来安装变压器与发动机时，必须确保变压器的总体容积与其可承受的最高输出功率相匹配，以确保变压器的可靠性。

表1 备用相的配置

4 电气主接线设计

4.1 主母线的主要接线方式

当使用 330～500kV 的配电装置时，必须全面评估其可靠性和稳定性，并且还应该充分考量操作的灵活性、供应质量和成本效益。为了确保330～500kV 的配电设备的安全运行，需要按照基本的准则安排连接。当回路的数量≤6时，需要确保其能够提供良好的可靠性和稳定性。为了更好地实现这一目标，建议采用双母线连接，并使用半断路器。对于拥有大量机组且缺乏足够的进出线的场合，若要求进出线的回路数达到6回以上，且两者比例为2∶1，最佳的接线方案就是采取4启接线方式[2]。

针对 220kV 的配电装置，可以选择两种方式来进行接线，即双母线双分段接线方式、双母线单分段接线方式，且应遵守一定的接线原则，即：如果发电厂中的总装机数量不少于3台，则在对接线方式进行选择时，应对地方供电的可靠性要求、电力系统的稳定性要求进行深入考虑。在电力系统中，如果存在一台断路器出现拒动现象或者出现故障时，则应首先满足地方供电的可靠性要求和电力系统的稳定性要求并以此为条件，对出现的回路数、允许切除的机组数量作为主要依据，以合理确定接线方式。如果大型电力系统的总容量高于 10000MW，同时机组数量多于4台，则在这种情况下，应对双母线双分段接线方式进行选择。当中型电力系统的总容量为5000～10000MW 时，如果机组数量有3台，则宜选用双母线单分段接线的接线方式，如果机组数量有4台，则宜选用双母线双接线方式。

4.2 备用电源进行启动的接线方式

对于配电装置的备用电源而言，当主干道的电压不足220kV，则可以将主干道的主干道与主干道相连。当主干道的电压不足330kV 和500kV，且这两种电压属于整个发电厂的主干道，则可以将主干道与主干道相连。这样可以有效地减少主干道的负荷，并使主干道的负荷更加稳定。这些连接方法可能是关键，因此应该使其成为开始/关闭备用电源的必要步骤。备用电源启动的接线方式详见表2。

表2 备用电源启动的接线方式

5 电缆的选取与敷设

5.1 电缆的选取

火力发电厂是一个多种功能建筑物与场所，通常由各种电源和电气设备组成。电站通常由各种类型的建筑和设施组成，例如锅炉、储存区、工业区和一些容易着火或者过热的地方。因此，C 类阻燃电缆通常被视为电站的优先电线。此外，电站通常还设置了多种电气设备和电源，例如事故保安电源、直流电源、紧急电源、灭火电源、无线电源和消防电源。因此，电气设备和电源的优先电线通常被视为电气设备的优先电线。为了确保安全，建议使用耐火电缆。特别是当需要处理复杂的双向系统时，比如双重化继电保护和计算机监控，而且没有采取有效的隔离措施的情况下，建议使用耐火电缆来处理复杂的系统。

当考虑使用某些特定的电线时，需要特别注意内芯。比如，当需要控制一些特殊的电线，比如超过 3kV 的电线、防爆电线和特殊的防水电线，需要使用铜线。此外，需要根据使用的电线的特点来决定使用哪种类型的电线，比如，使用托盘或者梯架的情况下，就需要使用非铠甲型的电线。当考虑安装电线的位置和距离时，会发现安装方法会因外部的气候条件而变化。因此，必须非常谨慎地考虑这些因素，并且认真地考虑使用条件。例如，当外部的气候条件升到60～100℃，应该使用具有良好隔热性能的电线。但是，当外部的气候条件降到20℃或更低，应该考虑使用具有良好隔热性能的电线，并且根据特性和使用条件决策是否使用这种电线。在大多数场合，一般会使用到各种类型的电缆，例如聚乙烯电缆和交联聚乙烯电缆，但应该特别留心，最好避免使用PVC 电缆。

5.2 电缆的敷设

采用架空敷装作为火力发电厂的主要敷设方式，可以有效地避免步道的影响，并且可以有效地避免在配电室的底部安装电缆夹层。相比之下，采用综合管架的方法更加安全可靠，因此，更适用于支撑和连接辅助运输的电线。为了确保安全，必须确保在一些特殊的环境下，比如火力发电厂的某些部位，比如继电保护室和集中控制室，使用高质量的电缆。此外，还必须确保这些部位的电缆是经过严格的检查和维修的，并且采取适当的安装措施。在未被腐蚀的区域中，采用镀锌钢桥梁是最佳解决方案[3]。

6 电气设备的设置

当安排电力系统的设施时，建议采用330～500kV 的户内和110～220kV 的户外安全架构。同样，建议采用适当的安全架构。当安排网络接线箱时，建议根据安全架构的大小，以及安全架构的尺寸，决策是否安排。当安装大型变压器时，最佳的安装方法是采取分层安装的方法，以确保变压器的安装处于工业区域的最佳状态。此外，当满足特殊要求的情况下，可以考虑在工业区域内安装变压器的核心部署，而不必再建立特殊的变压器室。除了采取必要的措施，例如安装蓄电池和配套的自动化控制装置，还应该考虑使用不易燃烧的材质，并且尽量避免使用易燃烧的金属。另外，当需要使用高功率的变压器时，应该采取安装在空冷平台中。

7 配电室电荷计算分析

随着配电室的电力需求增加，电力设施的性能将得到提升，从而提升其工作效率。而一次性的电气设计，包括安装、调试、维护等，都会对最终的供电系统产生重要的影响，这些都成为了决定最佳结构的重要参考。一般来说，二项式系数法和系数法都有助于精确地估算出火力发电厂的配电时间。然而，由于感性负载的存在，如感应电动机、电弧炉，发电效果受到了一定的限制，因此，必须一次性完成调整，以充分利用内部设施的优势，以及有效地减少外界因素对系统的干扰，以达到节约能耗、提高效益的目的。为了获得最佳的无功补偿效果，必须精确测量变压器的低压端的无功补偿功率[4]。

为了提升火力发电厂的安全性，设计人员通常采用标值法来测量短路电流，以便尽可能地保障安装和设备的安全。在进行短路电流测量时，必须精确地选择短路点，并对其进行实际测量，以获得最佳的电流值。为了确保测量的准确度，应当将继电器与测量仪器彻底分离，并且加强其绝缘性能，如果可能的话，还可以采用电流互感器来对测量仪器和继电器进行有效的保护。

8 安装高压线路继电保护装置

通过对高压线路的机电保护，可以有效防止由于设备故障而影响供电及发电的正常运行。因此，在进行高压线路的继电保护时，必须精心挑选适当的参数，如超限、短时间断、电流等，以便更好地控制变压器的运行状态，并且可以迅速实施断开或关闭操作。

9 电气自动化技术

第一，采取一体化的方式来管理电站和锅炉。这意味着，通过把电子和电气的一体化作为重点，并利用电气自动化的技术来管理电站和锅炉。这样可以有效地管理电站和锅炉，并且可以节省大量的人工和资源。要想进一步改善电网的运营状况，就需要对火力发电机组的管理进行全面的改进，从而实现更高的自动化程度。

第二，就地与自动化。部分火力发电厂规模小，电力产量少，需要建设综合化控制系统。随着科学技术的不断推广，诸多火力发电厂已经开始采取措施来提高电力的利用率。首先，采用先进的智能系统来管理和监督公司的生产过程。其次，采用先进的数字化系统来取代传统的手工操作，从而提高企业生产整体管理水平。最后，还采取了一系列措施来提高企业的整体竞争力，从而提升发电企业的整体经济效益。

10 电子电路技术

采用先进的电气一体化设计，利用先进的电子信息技术，可以更加准确地监控和控制整个系统的运行情况，有助于更有效地完成各项电力任务，并且利用先进的系统平台，更加方便地进行集成化的管控。利用先进的微电子电路，结合精心编写的程序，可以实现有效的数字化和自主化，从而实现对外界环境的有效监测，并且具有良好的节约能源和物资的效果。通过应用先进的电子电路技术，不仅拥有精确的测量结果，而且还拥有优秀的节能性，从而使得火力发电厂的运营更加稳定[5]。

11 结语

随着科学技术的不断提升，电能在现代社会的使用越来越普遍，可以满足日常生活和工作需求，还可以满足更高层次的环境保护和可持续发展的需求。因此，研究和制定有效的电气一次设计方案，确保火力发电厂的安全运营，提高节约资源和环境保护的效果，就变得更加迫切和紧迫。确保一次设备的优良品质是确保电力系统可靠、可持续发展的关键，从而满足社会经济发展的各项用电需求，确保公众的正常用电。