淺談發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計與電氣設(shè)備故障

劉華燦

【摘 要】我國作為能源大國，對能源的質(zhì)量和數(shù)量方面的要求很高，電能作為當(dāng)今世界主要的清潔能源廣泛地應(yīng)用在生活、生產(chǎn)等各領(lǐng)域中。缺少了電能，將嚴(yán)重影響人們的生活及企業(yè)的生產(chǎn)狀況，因此發(fā)電廠的電氣設(shè)備及相關(guān)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行就顯得尤其重要。下文將針對發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計與電氣設(shè)備故障展開探討，旨在為提升發(fā)電廠電氣設(shè)備及相關(guān)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供參考。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電廠；電氣一次系統(tǒng)；設(shè)計；電氣設(shè)備故障

社會持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展，電能是不可或缺的能源，其質(zhì)量的好與壞直接關(guān)乎到社會的生產(chǎn)和人們的生活，同時與社會秩序是否井然有序也密切相關(guān)。發(fā)電廠是電能供應(yīng)企業(yè)，為了確保電能安全生產(chǎn)，并高質(zhì)量、高效率地傳遞給電能用戶，就要確保電氣運行順暢，電氣設(shè)備的功能性充分發(fā)揮出來，避免設(shè)備故障產(chǎn)生。即便是電氣運行中設(shè)備存在故障，也要能夠及時有效地采取技術(shù)措施解決。

一、發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計

（一）發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)中變壓器的設(shè)計

首先，變壓器的選擇原則。第一，變壓器需要承受的用電負(fù)荷及容量。一般情況下，變壓器要承受的用電負(fù)荷應(yīng)不低于其額定容量的7000，且不高于其額定容量的9000。當(dāng)變壓器實際承受的負(fù)荷小于變壓器額定容量的一半時，應(yīng)選用較小容量的變壓器，反之應(yīng)選用較大容量的變壓器。另外，選擇時需注意，應(yīng)根據(jù)用電設(shè)備的容量決定變壓器的容量，在用電設(shè)備多于3臺時就應(yīng)考慮安裝備用變壓器；第二，根據(jù)發(fā)電廠建成后五到十年的規(guī)劃以及發(fā)電廠的發(fā)展情況選擇變壓器型號；第三，結(jié)合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)確定主變壓器類型，確保發(fā)電機的安全性和穩(wěn)定性。其次，變壓器的相數(shù)選擇。第一，對于輸出電壓高于500kV的電氣系統(tǒng)，一般選擇三相或單相變壓器。附近的公司配有相等參數(shù)的備用相的，就不用安裝備用相；第二，對于輸出電壓為不高于330kV的電氣系統(tǒng)，一般選擇三相變壓器。

（二）發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)中發(fā)電機的選擇

發(fā)電廠在進行發(fā)電工作的過程中，對于發(fā)電機的選擇至關(guān)重要。在對發(fā)電機進行選擇時，通常最先進行考慮的是發(fā)電機的容量大小。在進行發(fā)電機容量的選擇時，需要保證其能夠和汽輪機的容量進行相互協(xié)調(diào)，由此才能夠有效保證發(fā)電機在正常運轉(zhuǎn)中保持一定的穩(wěn)定性和安全性。電氣一次系統(tǒng)對于發(fā)電機的選擇是有著一定的原則的，其中主要是根據(jù)發(fā)電機的額定電壓和功率因數(shù)進行選擇。首先需要進行考慮的是發(fā)電機的額定功率和容量能夠和汽輪機之間的額定出力進行相互配合；其次需要進行考慮的是發(fā)電機和汽輪機兩者之間的連續(xù)容量能夠有所配合；最后還需要進行全面考慮的是發(fā)電機和汽輪機之間冷卻器的水溫保持一致。根據(jù)發(fā)電機的選擇原則，進行電氣一次系統(tǒng)的設(shè)備選擇工作，不僅能夠有效適應(yīng)電氣一次系統(tǒng)的良好運行效果，同時還能夠有效保證電氣設(shè)備能夠正常投入使用之中。

（三）發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)中電氣主接線設(shè)計

電氣主接線設(shè)計在發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)設(shè)計中占有非常重要的位置，其接線方式如下：在發(fā)電廠工作負(fù)載較多但是進出線回路較少的情況下，適宜采用4/3斷路器接線方式；在發(fā)電廠進出線回路多于6回時，一般選用3/2斷路器接線方式；在發(fā)電廠進出線回路少于6回時，一般選用雙母線接線方式。

（四）發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)中電纜的設(shè)計

首先，電纜的選擇。電纜主要分為阻燃電纜、耐火電纜和動力電纜。其中阻燃電纜適用于易燃、易爆的區(qū)域，如發(fā)電廠主廠房、燃油供應(yīng)室等；動力電纜適用于易發(fā)生火災(zāi)的危險場所、保安系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)；耐火電纜則適用于沒有防火措施的雙回路通道。在選擇電纜時應(yīng)遵循以下原則：第一，溫度高于50℃時選用耐高溫電纜，高于100℃則選用礦物質(zhì)絕緣電纜，-20℃時則選用聚乙烯等材料的電纜（聚氯乙烯除外）；第二，電纜回路內(nèi)芯選擇銅質(zhì)電纜芯。其次，電纜的敷設(shè)。一般情況下，發(fā)電廠主廠房選用架空敷設(shè)；若場地有腐蝕性選用橋架敷設(shè)，沒有則可套上鍍鋅或鋼的電纜套管；發(fā)電廠廠區(qū)內(nèi)盡量選擇綜合管架敷設(shè)。

二、發(fā)電廠電氣設(shè)備常見故障

（一）發(fā)電機溫度太高

發(fā)電廠中的電力設(shè)備由于長期、頻繁的運轉(zhuǎn)工作，往往會發(fā)生發(fā)電溫度過高的情況，很有可能直接導(dǎo)致電機導(dǎo)線的斷路，從而影響機器的運轉(zhuǎn)。并且由于機器持續(xù)工作所產(chǎn)生的高溫會對電機內(nèi)部零件產(chǎn)生損耗作用，如電氣表面的絕緣層的加速老化和脫落、電機內(nèi)部銅絲等金屬材質(zhì)的燒損等，直接降低積極的使用壽命，并且會為發(fā)電廠帶來安全隱患，威脅工作人員的人身安全。

（二）備用電源自動切換故障

為了保證電氣設(shè)備的持續(xù)運作，大多設(shè)備都會配備備用電源以應(yīng)對突發(fā)情況。當(dāng)設(shè)備運行出現(xiàn)故障時備用電源就會實現(xiàn)自動切換過程，以提供電氣設(shè)備持續(xù)運行的動力，但在自動切換過程中往往會出現(xiàn)許多故障，如備用電源電量不足以提供設(shè)備運行、切換時間過長、設(shè)備啟動時間延長等多種情況，嚴(yán)重影響機器的運轉(zhuǎn)速度及使用壽命，這就導(dǎo)致備用電源無法起到其應(yīng)有的續(xù)航作用，無法保證發(fā)電廠電氣設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

（三）電氣設(shè)備接地故障

電氣設(shè)備需要進行接地處理才能在保證設(shè)備正常運行的同時起到保護工作人員安全的作用。許多情況下，設(shè)備使用及安裝人員對設(shè)備接地不給予重視，當(dāng)發(fā)電機在滿負(fù)荷工作時，長時間的運轉(zhuǎn)往往會增加設(shè)備短路的幾率，此時若沒有有效的接地處理，對人身的傷害極為明顯。通常電氣設(shè)備接地故障的故障原因有兩種：第一，直流接地故障；第二，交流接地故障。

三、發(fā)電廠電氣設(shè)備故障措施

（一）選擇合適的冷卻方法 避免發(fā)電機過熱

為了確保發(fā)電廠發(fā)電機的絕緣系統(tǒng)在允許的溫度下穩(wěn)定運行，必須采取合適的冷卻方法排除發(fā)電機的熱量，避免發(fā)電機過熱，系統(tǒng)無法正常運行。當(dāng)前火電廠發(fā)電機的冷卻方法，按照使用方式不同，可劃分為三種：密閉式空氣冷卻、水內(nèi)冷卻和氫氣冷卻。其中水內(nèi)冷卻因為水具有較強的散熱能力，冷卻效果明顯，是我國大型火力發(fā)電廠較為常見的水冷卻方法。密閉式空氣冷卻主要是通過封閉循環(huán)系統(tǒng)，對需要冷卻介質(zhì)和空氣接觸產(chǎn)生的污染進行控制，降低因堵塞問題而引發(fā)故障的發(fā)生率。一般在惡劣環(huán)境中的使用，但設(shè)備成本投入較高氫氣冷卻方法即是通過氫氣來降低發(fā)電機組的通風(fēng)耗損，提升電廠電氣設(shè)備供電效率但氫氣是一種易燃易爆氣體，具有較大危險性。

（二）引入監(jiān)控機電裝置 有效改善電壓不穩(wěn)現(xiàn)象

電氣設(shè)備運行時若是電壓值不穩(wěn)定也很容易引發(fā)故障的發(fā)生，為此，必須采取有效措施來改善電壓值不穩(wěn)定的現(xiàn)象。電氣設(shè)備在運行過程中導(dǎo)致其電壓值不穩(wěn)定的因素有許多，相關(guān)人員應(yīng)積極采用先進技術(shù)，在機電系統(tǒng)當(dāng)中引入監(jiān)控機電裝置， 一旦設(shè)備在運行過程當(dāng)中出現(xiàn)電壓值低于額定值或是高于額定值時，工作人員應(yīng)立即檢查設(shè)備運行情況。若是發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運行異常則可根據(jù)實際情況決定是否切斷負(fù)電荷，確保電壓回復(fù)到正常水平。若是電氣設(shè)備運行異常情況較為嚴(yán)重的，則應(yīng)該直接拉閘，從而確保電氣設(shè)備和工作人員的安全。另外，工作人員需要針對各個電氣設(shè)備配備與之相對應(yīng)的電壓保護設(shè)施，結(jié)合監(jiān)控情況分析，一旦出現(xiàn)設(shè)備運行異常則應(yīng)該及時啟動相應(yīng)的保護裝置，以確保設(shè)備正常運行和工作人員的安全。

（三）定期做好電氣設(shè)備的檢修維護工作

電氣設(shè)備故障對發(fā)電廠的負(fù)擔(dān)極重，做好故障排除工作可以為發(fā)電廠及國家節(jié)省大量的時間及電力能源，因此應(yīng)定期做好電氣設(shè)備的檢修維護工作，根據(jù)電氣設(shè)備的運行情況及使用要求，制定嚴(yán)格的操作制度及相關(guān)責(zé)任，工作人員嚴(yán)格按照操作規(guī)程進行定期維護檢查工作，做到責(zé)任落實到人。同時，還要對工作人員的檢修工作予以考核，保證每個人都能夠以積極的心態(tài)對待設(shè)備的檢修，保證檢修工作的有序進行。對故障的原因及維修過程做好記錄工作并整理成工作筆記，便于維護工作的進行及故障防護過程。此外，實時監(jiān)控，保障電壓穩(wěn)定。一旦設(shè)備電壓出現(xiàn)超載現(xiàn)象應(yīng)進行及時的檢查與故障排除，并采取合理的保護措施，避免由于電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象造成設(shè)備運作不穩(wěn)定并減少使用壽命。

（四）加強安全措施 確保接地線設(shè)計科學(xué)合理

接地線的應(yīng)用，主要是有效保護發(fā)電廠員工的人身安全。其工作原理為：利用人體電阻和接地電阻并聯(lián)，通過電氣設(shè)備帶電，讓流向人體的電流與接地導(dǎo)線的電聯(lián)形成反比，以此確保工作人員的人身安全。因此，相關(guān)負(fù)責(zé)人應(yīng)安裝接地系統(tǒng)報警裝置，對運行系統(tǒng)中微小問題進行排查處理，提出有效的檢修措施，減小安全事故的發(fā)生率。例如某火力發(fā)電廠為了設(shè)備運行安全力度，保證接電線設(shè)計科學(xué)合理，使用規(guī)格為40mm*4mm的扁鋼作為接地連接線主要材料。由于部分接地需要對土壤情況進行檢測后，才能進行接地連接線，如果土壤酸堿度過高，極易導(dǎo)致接地連接線出現(xiàn)生銹問題，給發(fā)電機組設(shè)備安全運行帶來不利影響。因此工作人員還需將防腐銹的產(chǎn)品涂抹在接地連接箱上，以免扁鋼生銹損壞連接地線，直接影響到電廠設(shè)備穩(wěn)定運行。此外，檢修工作人員應(yīng)定期對接地連接線與周圍環(huán)境進行檢查，確保接地連接線處在干燥、通風(fēng)環(huán)境中運行。對于生銹的接地線，工作人員應(yīng)及時更換，確保接地連接線正常使用。

四、結(jié)束語

綜上所述，發(fā)電廠電氣設(shè)備與電氣一次系統(tǒng)設(shè)計極為復(fù)雜，如果電氣在運行過程中某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都可能影響到整個電氣設(shè)備穩(wěn)定運行，降低電能供電質(zhì)量，甚至?xí)o員工的生命安全構(gòu)成威脅。因此相關(guān)工作人員必須注重電氣設(shè)備運行狀態(tài)，做到及時發(fā)現(xiàn)問題，及早預(yù)防，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)反饋工作，為今后維修與管理電氣系統(tǒng)運行提供有力依據(jù)，從而保證發(fā)電廠穩(wěn)定運行。

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