发电厂电气一次专业设计浅析

冯永刚

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

【摘要】本文对电气一次专业在发电厂设计过程中涉及到的电气主接线的选择、短路电流计算、导体以及主要设备的选择、厂用电系统的设计、电缆的选择和敷设等内容，结合笔者近年来在国内发电工程建设过程中积累的经验，进行了总结，并提出了个人的观点。

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关键词 发电厂；电气一次专业设计；发电工程建设

设计是发电工程建设的关键环节。电气一次专业的设计工作，对发电厂电气工程建设的工期、质量以及投资，对建成后发电厂在电力系统的运行安全和可靠性以及生产的综合效益，都起着决定性的作用。我国在过去几十年的发电厂建设过程中，积累了丰富的发电厂建设经验，发电厂电气一次专业的设计日趋成熟。目前，伴随着电网容量的不断扩大，电气设备性能以及自动化程度的不断提升以及节能减排等政策的出台，发电厂电气一次专业仍需要面对新问题，且需要不断提高设计，以适应新形式。发电厂电气一次设计是保证电网的安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。

1　电气主接线的选择

1.1　电气主接线的设计原则

发电厂升压站电气主接线的设计需通过可靠性、经济性以及灵活性的论证。发电厂主接线型式多样，应综合考虑规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、发电厂在系统中的地位，电力系统线路容量、电气设备发展水平等内容，选择合适的接线型式等内容，经过评审后确定。

1.2　几种常用的电气主接线型式

目前频繁被采用的主接线型式，根据可靠性由低到高，依次有桥形接线、角形接线、双母线接线、一台半断路器接线。桥形接线即开环运行的四角形接线，适用于建设规模较小，远期不再扩建的发电厂。角形接线可被选用的有三角形接线、四角形接线以及五角形接线，角形接线各断路器相互连接而成闭合的环形，环形接线的供电可靠性大大提高，但是继电保护复杂。角形接线既可被长期使用，也可在后期改造成可靠性更高的其他接线型式，如四角形接线可改造为一台半断路器接线。双母线供电可靠性高、调度灵活、扩建方便，是中小型发电厂频繁采用的电气主接线型式。随着SF6断路器的广泛的采用，高压断路器检修周期提高至十多年一次，双母线的旁路已经逐渐失去意义而不被采用。一台半断路器接线是一种一个回路由两台断路器供电的双重连接的多环形接线，广泛被大中型发电厂以及超高压配电装置所采用。发电厂主接线应该根据工程实际情况，因地制宜选用合适的接线型式。在一些自带降压变电站与系统连接紧密的工业园区自备电厂项目中，由于降压变电站一般距离发电厂较近，自备电厂项目可不考虑建设升压站，电气主接线型式可采用发电机-变压器-线路单元接线型式，发电机通过线路直接接入降压变电站。

1.3　起动/备用电源的引接

起动/备用电源应保证其独立性，避免与厂用工作电源由同一电源引接，引接点至少有两个及以上，并且有足够的供电容量。与系统有两回线连接的升压站，被认为与系统连接紧密，电源独立且具有可靠性，故起动/备用电源可从升压站配电装置引接。

2　短路电流计算

2.1　短路计算的意义

短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。短路直接对电力系统的稳定运行产生破坏，使得电力系统无法正常供电，而且能够造成电气设备损坏甚至人员伤亡，因此在发电厂及整个系统的设计和运行中，都需要对短路电流进行计算。

2.2　短路计算的方法

依据《Short-circuit currents in three-phase a.c. systems》 IEC 60909或者《三相交流系统短路电流计算》GB/T 15544。目前的短路计算软件虽然众多，但都是依据上述规范编制，使用方便。除可以通过软件精确计算外，一些输配电回路，也通过一些简便方法进行快速估算。高压系统降压变压器低压侧短路电流，可假定将变压器接在了无穷大系统，通过变压器短路阻抗倒数与基准电流的乘积计算取得；400V系统变压器低压侧短路电流，可通过变压器额定电流除变压器阻抗电压取得。

3　导体以及主要设备的选择

3.1　主变压器的容量的确定

《大中型火力发电厂设计规范》GB 50660-2011第16.1.5条：“容量125MW级及以上的发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量宜按发电机的最大连续容量扣除不能被高压厂用启动/备用变压器替代的高压厂用工作变压器计算负荷后进行选择。变压器在正常使用条件下连续输送额定容量时绕组的平均温升不超过65K”。与先前的国标规定的主变压器容量计算方法相比，目前的变压器容量计算结果增大。

3.2　导体和电器的选择

导体和电器选择与设计过程中，需重点确定导体和电器运行的环境温度。电器设备的正常使用环境条件规定为：周围空气温度不高于40℃，海拔不超过1000m。当电器使用在周围空气温度高于40℃，需降低负荷运行。当电器使用在海拔超过1000m（但不超过4000m）且周围空气最高温度为40℃时，海拔每超过100m（以拔海1000m为起点），运行温升降低0.3%。另外污秽等级、日照强度、风速等也是一些户外电器设备必须考虑的条件。

4　厂用电系统的设计

4.1　厂用电系统设计原则

①在正常的电源电压偏移和厂用负荷波动的情况下，厂用电各级母线的电压偏移应不超过额定电压的±5%；②最大容量的电动机正常起动时，高压厂用母线的电压应不低于额定电压的80%。成组电动机正常起动时，高压厂用母线的电压应不低于额定电压的70%。成组电动机正常起动时，低压厂用母线的电压应不低于额定电压的55%；③低压厂用工作变压器的容量应留有约10%的裕度。低压厂用系统应留有15%的备用回路；④主厂房低压厂用变压器、动力中心和电动机控制中心应成对设置，建立双路电源通道。2台低压厂用变压器间互为备用。

4.2　厂用电设备选择

厂用电系统分为高压系统(常用的是6kV或者10kV)以及低压系统（0.4kV）。高压系统开关柜采用金属铠装中置式开关柜。其中电源柜采用真空断路器柜；馈线采用真空断路器柜和高压真空接触器+高压熔断器（F＋C）回路柜。低压系统的低压厂用变压器全部采用干式变压器，低压开关柜应采用MSN或者GCS等柜型。

5　电缆的选择和敷设

5.1　电缆的选择

发电厂主厂房区域和输煤系统、燃油系统的电力电缆和控制电缆采用C级阻燃电缆；消防系统、火灾报警系统、不停电电源、事故保安电源及重要保护跳闸回路采用耐火电缆；有可能酸碱腐蚀的场所采用防腐电缆。电缆绝缘材料：高压电缆采用交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆，低压电缆采用聚氯乙烯绝缘及护套电缆。缆芯材料均可采用铜芯。高压电缆、电缆支架敷设电缆、直埋电缆采用钢带铠装电缆。上述为发电厂电缆选择的一般要求，电缆的选择应因地制宜，在北方冬季施工时，应考虑采用更适合低温环境的交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电缆。低温环境不适合使用聚氯乙烯电缆。

5.2　电缆的敷设

发电厂厂房内的电缆主要是采用高空架设的方式，厂区内的电缆应尽量采取综合管架敷设的方式，这样可以减少对地面空间的占用，增大地面空间方便人员行走和车辆进出。对于主变压器装置、配电控制室等电缆集中的区域要设置电缆夹层，将不同功能的电缆进行分类，放置在不同的夹层内，这样可以保证工作环境的整洁有序，在维修和管理时还可以节省时间、提高效率。

6　结束语

发电厂作为电力系统的重要组成部分，安全稳定运行对电气系统的安全稳定有着重要作用。发电厂电气一次设计要在实践的基础上不断改进和提升，使各项设计更加科学合理，符合发电厂的生产实际，不断提升发电厂电气系统的稳定性和安全性，为我国电力事业的发展做出积极贡献。

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参考文献

［1］水利电力部西北电力设计院. 电力工程电气设计手册第一册:电气一次部分[M].中国电力出版社,1989:4.

［2］GB 50660-2011 大中型火力发电厂设计规范[S].

［责任编辑：杨玉洁］