火力发电厂低压电气供配电及设备安全运行措施

2023-12-08陆通通

科技创新与应用 2023年35期

张静，陆通通

（1.国家能源集团汉川发电有限公司，湖北汉川 431600；2.国家能源集团汉川电厂，湖北汉川 431600）

随着现代科技水平不断提升，我国的低压电气供配电技术也得到一定完善，但依然无法完全杜绝各种故障，还需要继续探究和改进相关低压电气供配电技术，这样才能更好地满足发电厂建设需要。火力发电厂（简称“火电厂”）是我国主要电力来源之一，其低压电气供配电设备比较复杂，不同的组成方式和系统体系会带来不一样的运转效果。因此，严格分析火电厂低压电气供配电设备运行管理措施具有重要意义，通过从设计阶段到供配电展开全过程优化设计，可以从多个层面提高低压供配电系统的安全性和稳定性，有效减少事故发生可能性，促使发电厂处于稳定运转状态，促进社会经济有序增长。

1 低压电气系统的构成

低压电气系统的组成较为复杂，既有变电设备又有配电设备，每个设备看似相互独立，但却有着紧密联系[1]。在低压电气供配电系统中，每种组成设备都有必然存在的理由，一旦某个设备出现问题，很可能直接造成整个电气系统运行不良。其中，电缆、开关、备用电源、配电箱、电容器和变压器等是常见的组成设备，通过共同作用来保证整个供配电系统安全运行[2]。就火力发电厂来说，低压电气系统是影响发电厂运行的关键要素，需要做好现场热源管理及卫生清洁处理，避免因为振动问题给发电厂造成不良影响。图1 为火力发电厂电气设计图，完整地展示了火力发电厂发电过程与低压电气系统有关的各种要素，相关设计人员要兼顾各方面需要来合理选择配电设备规格和标准，确保低压电气系统符合相关质量标准，有效提升用电安全性。

图1 火力发电厂电气设计图

2 火电厂低压供配电系统安全管理现状

在火电厂低压供配电系统管理中，系统安全和设备安全是最关键的，一旦设备或系统性能下降或失效，很可能给整个发电厂带来不可预估的损失。从火电厂低压供配电系统安全管理工作实践可以发现，常见的低压供配电系统安全故障有漏电故障、短路故障、线路负荷过大和线路接触电阻过大等，这些故障将会对低压供配电系统安全管理造成极大影响。下面进行详细阐述。

2.1 漏电故障

在低压供配电系统运行过程中，漏电故障是最常见的故障情况，就连火电厂低压电气供配电系统的线路处于正常运行状态都无法避免[3]。造成漏电的原因主要在于电容器，在供配电系统中，电容器是不可缺少的重要设备，该设备目的是让线路与大地绝缘，但电容器的介质是导电的，从而就会造成线路漏电。当漏电现象处于微弱状态时，该漏电现象处于正常范畴内，不会对线路造成损害。但当漏电现象处于较为严重的状态时，就会对线路造成损害，进而影响低压供配电系统运行安全。一般来说，引发严重漏电现象的原因在于线路绝缘体性能下降，就会导致大量漏电现象发生，且漏电状态呈现分布不均匀的情况，会引发大量停电现象。

2.2 短路故障

线路短路也是引发低压供配电系统安全隐患的重要因素，当系统线路出现短路故障时，会造成线路回路电流增大，就会出现部分位置难以应对的情况，该位置就会迸发电火花，并产生大量热，造成导线内的金属导体温度升高，甚至可能出现传输线被熔化的情况，严重时会引发火灾事故。因此，要想有效保证火力发电厂低压供配电系统安全、稳定运行，必须要加强维修养护工作，定期巡查线路和开关电源，避免线路老化或开关电源过压，这样才能有效预防短路故障问题。除此之外，外部功能也会引发短路故障，相关电网人员需要加强这方面的巡视工作，将各种安全隐患扼杀在摇篮中。

2.3 线路负荷过大

在低压供配电系统中，系统线路会存在一个安全电流值，当线路电流处于安全电流值范围内，就可以正常运行，但如果线路电流超出安全电流值，就会造成线路负荷过大，很容易引发各种故障。线路的负荷与电流有着紧密关系，当低压供配电系统线路负荷过大时，就会造成线路内的电流也随之增大，一旦超出安全电流值，就会因为内阻产生的热量变多而引发供配电系统过载。如果导线的发热量超出导线绝缘层的承受范围，就会加快绝缘层老化速度，降低绝缘效果，甚至会造成绝缘层燃烧，引发火灾安全隐患。

2.4 线路接触电阻过大

在低压供配电系统中，电气设备线路的回路电阻的值是固定的，将其稳定在正常值范围内就能有效保障系统安全稳定运行[4]。但电气设备线路的回路电阻值会被其他因素影响，如果受到不良原因伤害，就会造成电阻值增加，从而影响供电系统的运行状态。常见的线路接触电阻不稳定的现象有电源线和保护装置接触不良、电源插头和用电设备接触不良、电源开关与电源插头接触不良等，这些都会使线路产生大量热量，从而导致接头处的回路电流过大，就会损害线路的绝缘层，容易造成火灾事故。

3 火力发电厂低压电气供配电和设备安全运行措施

3.1 优化低压配电接线模式

低压供配电设备接线是影响火电厂低压供配电系统运行质量的重要因素，优化低压配电接线模式，可以更好地提升系统安全性和稳定性。常见的低压配电接线模式有IT 接线、TT 接线、TN 接线等类型，火电厂需要结合自身实际情况合理选择某种或进行多合一接线模式设计，有效发挥发电厂不停歇供电效果。其中，IT 接线方式是一种安全性、稳定性极高的接线模式，通过三相三线来保证稳定的供电效应。在IT 系统中，需要对电气设备进行直接接地保护，采用的保护装置均为高电阻、高电抗性能的设备。同时，不需要对变压器进行接地保护措施。在该系统中，一个相线出现问题是不会影响到其他线路的正常运行的，这样就能保证稳定的电能供应。从低压电气供配电系统来看，低压系统容易受到外界影响引发各种故障，采用IT 接线模式可以保证其他线路不受影响，就能更好地将电能输送到有需求的地方。从火电厂的供电情况来看，该方式适用于需求量大且对稳定性要求高的地区，可用于工业区、商业区等场所。图2 为IT 接线方式图。

TT 接线方式是一种保护电气供配电设备的有效措施，通过在电气设备的金属外壳上单独构建一个接地系统，可以更好地保护电源端接地线与负荷端接地线的有效联系，可以将故障电流困在故障设备中，避免故障电流流入其他电力设备中。该方式也是低压配电系统常用接线方式，可以将故障控制在极小范围内，减少电力设备间相互干扰的情况。该接线方式对电能的需求要求不高，适用于用电负荷分散的地区，如农村、偏远山区等。

TN 接线方式具有通过保护线将设备金属外壳连接起来的优势，可以通过中性点展开接地保护工作，使其形成一个统一的保护系统。在使用TN 接线方式时，需要主要对电力线路的截断面积进行检查，确保其符合我国电力行业相关标准才能投入使用，从而有效保护各个线路，减少金属短路、电流过大等问题。TN 接线方式又可以细分为TN-C 模式、TN-C-S 模式、TN-S 模式，区别在于N线与PE 线的连接方式。不同接线模式适用范围有所区别，需要结合实际情况和需求合理选择相关接线模式，才能更好地保证火电厂运行安全。

3.2 采用自动化安全控制

在现代社会中，自动化技术已经成为各行业的必然应用措施，尤其是各种重大行业和领域。电力行业是我国重要经济支柱产业，也是关乎国计民生的重要保障，采用自动化安全控制技术才能更好地为国民稳定输送电能。火电厂作为电力行业的重要组成部分，更要积极应用自动化技术，构建自动化控制系统，才能更好地保护和控制各种电气设备。火电厂低压电气供配电系统是一个复杂的系统，需要兼顾不同设备、结构系统的有效连接，采用自动化控制技术就能提升系统的自动化、智能化水平，借助大数据、云计算、自动控制等技术有效维护系统安全。在构建自动化控制系统过程中，需要对电气设备、线路进行精确划分，让线路规划合理化，提高统筹规划效应，这样才能更好地进行自动化设计。同时，需要将安全因素放在首位，让自动化控制体系能够围绕安全展开，保护好各种电气设备及低压供配电系统。

3.3 对电气设备进行安全管理

电气设备的安全管理是影响低压供配电系统运行状态的重要因素，在进行供配电系统设计和管理时，应该加强对电气设备的安全性管理，分析可能会发生的安全问题，并做好预案，从而将各种安全隐患扼杀在摇篮中，保证电气设备及系统的安全性。具体可以从以下几个方面进行。第一，在进行供配电系统电气设备配备时，应该保证室外低压配电系统有足够的配电箱，并调整好配电箱运行状态，使其能够适应低压运行状态，充分、有效发挥配电箱的配电功能。第二，优化供配电箱设备和照明设备，需要结合低压运行特点分开电箱和其他电气设备的线路，最好是采用并联方式，避免出现连接处理不合理的情况。尤其是在进行照明设备和配电箱连接时，应该注意分开两者路线，避免电气故障时影响照明设备正常使用。第三，要结合配电箱设备等级严格进行电压控制工作，保证设备和系统的安全管控效率。同时，还要结合低压电源合理配置配电箱设备，严格按照相关标准和规章制度控制好不同设备安全距离，从而保证设备的安全。第四，全面分析外界环境因素，结合周边环境合理设置配电箱和低压开关箱，减少因为外部环境给设备造成的影响。一般来说，需要控制好运行环境的温度、湿度及通风情况，还要避免易燃、易爆有关物体，尽可能减少这些不良环境因素的影响。此外，剧烈振动也会造成设备安全性降低，在进行设备分布时应该避开易振动地区。第五，做好变压器设备安全管理工作，定期展开相关检查。首先，检查电源与变压器的连接情况，并检测线路的连接情况，保证电源与变压器的安全性。其次，要严格按照行业标准规范设置变压器的油位，避免出现油位过高或过低情况，有效预防因油位造成的风险问题。最后，要定期检查变压器的内部零件，及时维修、更换有问题的零部件，特别是润滑件、密封件、绝缘层等物体，如果出现问题，需要快速、精准排查故障问题和原因，从而保证设备的安全、稳定运行。第六，加强电气设备检修，有效预防各种设备故障问题。相关火电厂人员要定期检修电气设备，确保每个设备都处于稳定的运行状态，从而有效预防各种安全风险问题。比如，可以通过观察正常运行状态隔离开关装置是否发生异响，从而有效判断隔离装置的性能，如果发生异响需要及时查看处理；或者观察和分析开关柜的供电电路接头是否过热，从而了解开关柜是否处于正常运行状态，电路接头过热需要及时更换相关设备；实时检测变压器的电流、电压等数值，确保这些数值处于正常范围内，如果超出或低于相关规定值，则要观察变压器的零部件是否完整及是否存在漏油情况；对设备接地电阻进行全面检查，分析接地设备是否符合相关标准和正常运行状态，并展开阶段性检查和维修，借助计算机技术挖掘可能潜在的安全风险因素，并加强监测和管理[5]。

3.4 对低压电气系统进行安全防护

除了要重视电气设备的安全防护，还要对整个低压电气系统进行安全防护，从而确保整个系统能够安全稳定运行。

首先，需要做好系统线路周边环境管控工作，要严格避免在高压线路敷设区域和低压电缆敷设区域下方展开建筑施工项目，就算是生活设施类搭设也不行，要保证下方区域的空旷性，才能保证相关接地措施能够发挥应有功能。

其次，系统线路的敷设必须要进行架空处理或地下深埋处理，不能直接位于地表。在进行架空处理时，要做好线路金属外皮的接地措施，确保线路的某个位置与地面连接，保证线路的绝缘处理。

再次，在架空线路边线位置应该留出一定的安全距离，不同架空线路等级需要留有的安全距离是不同的。比如，当架空线路等级小于1 kV 时，边缘位置的最小安全距离为4 m；当等级大于1 kV 小于10 kV 时，边缘位置的最小安全距离为6 m。由此类推，架空线路电压等级越高，需要留有的安全距离越远。

最后，制定安全巡查制度，定期展开安全巡查。为了更好地保证火电厂低压电气供配电系统能够安全稳定运行，火电厂人员需要定期展开安全巡查工作，定期安排专职人员展开值班巡查。在巡查过程中，值班人员需要严格按照巡视相关规定进行配电室、配电箱、电气设备巡查，而且还要进行每月一次的变压器、电力线路巡视，在特殊时期，也要展开特殊巡视工作。当遇到故障时，需要及时明确故障区域，并查明故障原因，及时处理各种故障隐患。为了更好地将相关电气系统运行情况精准记录下来，最好是进行两人一组的巡视工作，并要求相关巡视人员做好巡视记录，为后续展开相关工作提供依据。

3.5 强化接地保护设计

接地保护对低压供配电系统及电气设备都有重要作用，做好接地保护设计及落实工作，可以有效保障低压系统能够安全稳定运行。从日常用电就可以了解到接地装置的重要性，在进行火电厂低压电气供配电系统设计及建设过程中，要将接地保护工作放在安全管理核心领域中，通过接地装置来避免配电系统以外的电压影响到电路系统自身运行，也能减少外部漏电的可能性。在系统接线模式中，TT 系统就是依靠接地保护设计减少外部漏电，如果外部出现漏电情况，在电压未超过线路极限值的情况下，TT 系统会通过发挥警报声或警报提示来示意相关人员，甚至会通过自动化控制方式主动切断电源，从而有效避免故障发生。此外，还可以通过合理使用漏电断路器来提升低压供配电系统的安全性和稳定性，通过设置电击能量上限、额定电流临界值等方式来做好漏电断路相关工作。

3.6 注重设备科学养护维修

电气设备是一种损耗品，不管质量多么优良，在日积月累的使用过程中都不可避免地出现各种损耗现象，火电厂的工作人员及电网工作人员要加强设备的科学养护维修工作，定期检查、检测各种电气设备性能和运行状态，才能保证整个电气系统安全有序运行。系统的养护维修离不开专业技术人员，火电厂要积极培养更多专业型技术人员和管理人员，提高他们对低压供配电系统的认知，提高电气相关维修知识水平和能力水平，从而能够有效展开各种养护维修工作。