直接空冷系統(tǒng)電氣設計應用分析

傅建宏

摘 要：空冷系統(tǒng)包括直接空冷系統(tǒng)、間接空冷系統(tǒng)，電廠直接空冷系統(tǒng)的發(fā)展較快，是富煤缺水地區(qū)常見的冷卻形式。直冷系統(tǒng)具有廣闊發(fā)展前景，其電氣設計是整個系統(tǒng)的核心部分。本文深入分析了直接空冷電氣設計要點，針對低壓配電設備常見問題進行了總結，提出具體操作措施及作用原理，旨在為實際操作提供一定的借鑒。

關鍵詞：直接空冷；系統(tǒng)；電氣設計；接線方式

中圖分類號：TK264.1 文獻標志碼：A

0 前言

世界各國已經有諸多直冷成功運行經驗。考慮到國內北方地區(qū)煤炭資源豐富、水資源匱乏，一定程度上增加了煤炭資源轉化為電力資源的難度。空冷機組是借助空氣來取代傳統(tǒng)冷卻介質的方式，以電廠為例，低壓缸排汽經空冷系統(tǒng)冷卻后，一方面可降低廢水排放量，另一方面可縮減電廠用水總量，可滿足當代環(huán)保政策相關要求，所以直接空冷系統(tǒng)具有十分廣闊的發(fā)展前景。需引起重視的是整個空冷系統(tǒng)的設計中較為關鍵的是電氣部分，與傳統(tǒng)電氣設計不同，空冷電氣系統(tǒng)設計更具復雜性。

1 直接空冷系統(tǒng)電氣設計應用

1.1 低壓配電裝置接線方式

直接空冷系統(tǒng)大機組一般具有35m以上的平臺高度，同時占地面積較大，為了縮減廠區(qū)占地空間，有時會將主變壓器、啟/備變壓器等裝置放置在空冷平臺下部區(qū)域，一方面可縮減相關電氣設備的占地空間、另一方面縮減了母線鋪設長度。單臺機組一般配置一個配電室，配電室內部電纜出線經過電纜溝、豎井后為空冷島相關設備供電。一般狀況下，單臺機組配置兩個電纜豎井，兩豎井從支撐柱引出，一個是動力電纜豎井、另一個是控制電纜豎井。平臺上部的電纜敷設作業(yè)遵循下述原則：控制電纜再上、動力電纜在下，避免交叉干涉等狀況。

空冷平臺下部區(qū)域的配電室內一般包括PC柜、變壓器等?？绽渥円话氵x擇干式變壓器，可降低油式變壓器爆炸、污染等問題概率。新型變壓器還具有節(jié)能、低噪的優(yōu)勢。變壓器供電方案的選擇中，對于300WM機組，30臺、132kW風機狀況下，高壓側電壓6kV，避免夏季滿發(fā)負荷過重影響，余量一般高于10%。計算后供電方式可采用四臺干式變壓器，3用1備，如圖1所示。部分機組采用兩兩互為備用，可靠度增加，但是設備使用率低、成本高。即供電方式的選擇需要綜合技術要素、經濟效益兩方面進行綜合分析。

此外，如果機組風機是借助變頻控制來實現(xiàn)轉速變化，可配置一體柜，將變頻器內部元器件布于PC柜內，可達到省電作用。變頻器功能較多，包括：電機過熱保護、短路保護、過頻過流保護等。

1.2 變頻器抑制諧波設計分析

變頻器使用中可能會遇到諧波干擾問題，原因在于變頻器中需要借助大功率IGBT逆變、二極管整流處理，一旦輸入輸出電路中發(fā)生高頻電波作用，極易對周圍電氣設備產生干擾作用?？紤]到諧波主要借助傳導、輻射等進行能量傳送，為了解決干擾問題，需要隔離或過濾掉高頻電流；解決輻射干擾主要原理是針對輻射源、傳播路徑等進行屏蔽處理。

因此實際項目施工中，需要從設備選型、總體布置、電氣接線等多方角度進行抑制諧波處理。第一，保證變頻設備的供電電源具有一定獨立性，也可在變頻器和其他設備之間裝設隔離變壓設備，達到切斷諧波電流的效果。第二，變頻器輸入端、輸出端安裝電抗器或者濾波器。在進行無源濾波器的安裝過程中，需要將其放置在交流端，無源濾波器包括L、C、R元件，共同構成共振回路，如果LC回路頻率和高次波頻率一致，便可起到阻止高次諧波流入電網的現(xiàn)象，整體操作和后期維護較方便。這一方法的缺點在于諧波可能會被放大，濾波易受設置參數(shù)影響。第三，為了降低輻射干擾，電機和變頻器之間需要敷設變頻電纜，避免和其他弱電相關電纜敷設在同一電纜溝內。第四，信號線需要采用屏蔽線進行處理，布線處理中，需要與主回路變頻器的控制線間隔20cm以上的距離，避免輻射干擾的負面影響。第五，變頻器需要采用專用接地設備，且布置中需要與周邊設備間隔一定距離，建議以短粗線為主，可顯著降低臨近設備的干擾。

1.3 防雷接地的設計分析

首先，空冷島一般包括大量鋼結構材料，需要針對空冷設備進行防雷保護處理。一般在機組最高點的蒸汽分配管處加設接閃器。該管子厚度為12mm左右，尺寸滿足《建筑體防雷規(guī)范》要求。該措施相比于傳統(tǒng)避雷帶、避雷針等更具合理性，一般不會受到外界雷擊的嚴重影響，同時不會對蒸汽分配管的汽量均衡分布產生干擾。

其次，可在空冷平臺周邊、風機間敷設鍍鋅扁鋼，讓其起到接地干線的功效，支撐柱區(qū)域可敷設地下引線，保證A型架、接地引下線等之間形成良好的電氣連接，保證整個空冷島構成一個完整的、系統(tǒng)化的電氣通路，形成等電位體。

再者，當下空冷島的防雷接地多數(shù)以水平接地為主、垂直接地為輔，促進其形成環(huán)繞式復合接地網。且整個機組的接地網連接點不可低于4處。必要時可增設“帽檐式均壓帶”。

1.4 電纜選型及防火設計

電纜設計中，由于電機一般是由變頻調速進行控制，變頻設備和電機之間的電纜可采用阻燃交聯(lián)型鎧裝電纜，會產生良好的電磁相容性、抗干擾性。在照明檢修的電纜選型中，可采用耐熱性高、阻燃效果好、機械性能穩(wěn)定的材料。其次，伴熱電纜的選擇中需要以低溫加強型自調控電伴熱線，可保證其隨加熱溫度的變化而及時進行功率調節(jié)，能顯著控制加熱溫度，整個系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保。

電纜截面設計需要考慮允許壓降、短路熱穩(wěn)定、允許電流等要求，如果最大負荷高于5000h、長度大于20m，可根據(jù)經濟電流密度進行分析。電纜載流量的分析中，需要參考電力工程電纜設計規(guī)范交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜空氣中敷設時允許載流量（A）設計相關內容進行處理。在常用材料的選擇方面，需要考慮其電阻率、溫度、電纜芯性能和最高允許溫度等參數(shù)，綜合分析后方可進行材料選型，一般電纜允許載流量的綜合系數(shù)為0.7。

針對電纜可能發(fā)生的火災等事故問題，需要及時設置阻火分隔處理。在電纜引致電器柜、貫穿隔墻處進行阻火封堵處理，并等間距設置隔層，一般間距7m為宜。

參考文獻

[1]牟忠顯， 可宗武， 肖山.300MW空冷機組空冷島電氣設計要點分析[J].吉林電力，2012（8）：122.

[2]李育寧，蔣文軍，吳棟.電廠空冷技術在我國的發(fā)展[J].中國高新技術企業(yè)，2010（9）：80.

[3]邵大勇.發(fā)電廠直接空冷系統(tǒng)的防凍渡夏措施[J].中國高新技術企業(yè)，2011（19）：138.

[4]趙鳳山，王曉季，王曉春，等.云岡熱電直接空冷系統(tǒng)安裝與風壓試驗[J].華北電力技術，2011（7）：289.