火力发电厂电气设备与导体的原理和选择

火力发电厂电气设备与导体的原理和选择

【摘要】电气设备和导体的选择是火力发电厂电路设计的重要内容，对于电力生产传输的安全性意义重大。本文从火力发电厂的实际出发，根据电气设备选择的基本条件入手，分析了电力电路中常见的电气设备以及导体的选择原理和选择方法，为电力生产的实际提供一定的参考。

【关键词】火力发电厂；电气设备；导体；选择原理和方法

1、引言

火力发电是当前电力生产的主要方式，发电厂内部结构及设施的配置对于电力安全生产具有重要的意义。导体与电气设备是保证电力生产和安全的重要设施，由于工作环境和工作条件的差异，因此这些设施的选择是不同的。要准确的对电气设备进行选择，则需要对电气设备的一系列的工作原理和结构有所了解，因此，本文将根据火力发电厂的基本情况，从多个层面对主要的几类电气元件的选择和工作原理进行分析，为实际的火电厂电气设备选择和安装工程提供一定的参考。

2、电气设备选择的基本条件

不同的条件下，同一电气设备的选择条件是不同的。从电路安全角度分析，电气设备选择的基本条件包括正常工作条件和短路电路条件两类。

2.1电气设备选择的正常工作条件正常工作条件是指发电厂各个设备工作正常，其线路不存在短路等电路故障状态。正常工作条件包括三个方面的情况：第一，额定电压下的工作状态。额定电压是正常工作状态的基本条件，它是指电路两端电压为线路规定的电压。在这种情况下，电气设备的额定电压要大于电网额定电压。一般而言，对于220kV的低压线路，电气设备额定电压要在电网额定电压的1.5倍左右，而对于300～500kV的高压线路，设备的额定电压则要维持在额定电压的1.1倍左右；第二，额定电流下的工作状态。与额定电压下的工作状态选择电气设备类似，额定电流下，电气设备的额定电流要大于最大持续工作电流，不同电气设备的要求不同，例如变压器额定电流等于1.3-2倍的最大持续工作电流，而发电机、调相机或变压器回路等于1.05倍的最大持续工作电流；第三，按照当地工作环境选择。不同的工作环境下，其正常工作条件存在差异，例如海拔在1000～3500米，每增加100米，允许电压将下降1%，110kV及以下电气设备可在2000米下长期运行。在选择电气设备时，要参考当地的海拔、温度等。

2.2按短路状态校验电气设备正常工作条件下选择的电器设备在电路特殊情况下不一定适合。短路条件是电网系统中较为特殊并且危险的状态，在这一状态下对电气设备进行校验，对于电气设备的选择具有重要的意义。短路条件下的电气设备校验包括多种条件，例如热稳定校验、动稳定校验以及按电气的特殊要

求校验等。无论哪种方法，其校验的条件都需要对短路电流进行计算，在计算过程中要考虑三个问题：第一，容量和接线：按最终容量计算，并考虑远景发展规划，接线按可能发生最大短路电流的正常运行方式考虑；第二，短路种类按照三相短路计算；第三，计算短路点按照通过电气设备短路电流最大的点。

3、电气设备与导体的选择原理及方法

3.1高压断路器的选择

高压断路器是高压电路安全的重要保障，当高压电路中出现空载电流或者负荷电流时，高压断路器会自动切断，同时还具备完善的灭弧结构和足够的断流能力。根据灭弧介质的不同，高压断路器可分为油断路器（多油、少油）、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。不同的线路条件，高压断路器的型号和类型的选择不同，除了前文中分析的几类选择条件之外，高压断路器还需要按照关合电流进行选择。这种选择条件是检验高压断路器效果以及型号选择的重要参考，如果线路中存在确定的短路故障，那么在高压断路器工作过程中会在触头产生强大的短路电流，而此时需要高压断路器进行自动跳闸，这就要求断路器的额定关合电流要远远大于短路最大冲击电流。

3.2隔离开关的选择

隔离开关是高压开关电气中最常见的电路隔离装置，是电厂电力生产过程中重要的安全隔离设施。与高压断路器相比，隔离开关的刀闸没有灭弧能力，只是在没有负荷电流的情况下对电路进行分合。

与其他电器设备相比，隔离开关的选择与校验项目要少，一般有三种方法：第一，按照额定电压方式，隔离开关额定电压等于回路标称电压的1.2/1.1倍；第二，按照额定电流的方式，额定电流标准值应大于最大负载电流的150%；第三，按照额定热稳定电流方式，选择大于系统短路电流的额定热稳定电流值。

3.3互感器的选择

互感器是高压电路安全性能保证的重要电气设备，它具备两个方面的作用：第一，将高电压与大量流转化为标准低电压或者小电流，从而保证测量仪表的安全和准确性应用；第二，将高电压与环境进行隔离，保证人员和设备的安全。当前应用最为广泛的互感器主要包括电流互感器和电压互感器两种。

在互感器的选择过程中，除了按照额定电压、额定电流、工作条件等进行选型，以及根据热稳定和动稳定状态进行校验之外，电流互感器和电压互感器还有一些特殊的选择方法，例如按照容量和准确度级选择。互感器二次最大一相的负荷（S2）不超过设计要求准确度级的额定二次负荷（SN2），而且S2应该尽量接近SN2，因S2过小也会使误差增大。负荷尽可能分布均匀，并注意互感器和负荷的接线方式。

3.4导体的选择

导体是火电厂电力生产和传输的主要介质，选择的正确与否对于电力的安全生产具有重要的意义，其选择的标准和方法与其他电气设备都有很大的差别。在电力电路中，导体主要分为裸导体和电缆两类。

（1）裸导体的选择

在电力电路设计过程中，裸导体的选择对于整体线路设计的成本、电力传输的质量都具有重要的意义。其选择的标准包括导体的材料、类型、截面积等。当前在电力电路中，线路材料类型主要包括铜和铝两种，在电力传输过程中，铜的电阻率较小、机械强度较大，但是在我国范围内铜的储量较少，其电路设计的成本相对较高；铝的电阻率较铜要大，其重量较轻，但是其储量较为丰富，并且价格较为低廉。因此，在我国很多火力发电厂中几乎都是选择铝作为裸导体的材料。除了基本材料类型之外，裸导体在选择是还会根据母线的形状进行选择。例如，矩形的母线类型其散热性能较好，易连接固定，因此常用在4kA的线路中；而槽形的母线机械强度好，载流量大，因此常用在4-8kA的线路中；而管形的母线集肤效应小，强度高，管内可通水通风，因此常用在8kA以上的线路中。

（2）电力电缆的选择

电缆是火电厂电力生产的主要传输媒介，一般敷设在地下或水下，也有部分架空敷设的电缆电路。在电力传输过程中，电力电缆的优点明显，其不受自然气象条件，能够有效的利用空间，同时还能够有效的设计城市规划。在电缆的导体中类型中，一般有铜芯和铝芯两种，对于高温或者电厂用电回路的电力电缆，一般采用铜芯作为导体材料，在其他一般的电路中，基本都选择铝芯。

绝缘导体和保护层是电力电缆的主要防漏电结构，其选择标准对于电路安全意义重大。绝缘导体的选择中，380V线路多选用聚氯乙烯电缆；10～35kV线路多选用不滴油电缆或聚氯乙烯电缆；110kV及以上线路通常以自容式充油电缆或钢管充油电缆。护层种类的选择中，对明敷的油纸绝缘要选用裸钢带铠装，在易受腐蚀的环境中或地下直埋敷设要选用钢带外护套的电缆；在水下敷设或电缆会受到较大拉力时要选用钢丝铠装电缆。

4、结语

电气设备和导体是发电厂电力生产系统中重要的结构组成，对于保证安全电力生产意义重大。通过文中的分析可以看出，在电气设备和导体的选择过程中，除了要根据电路的基本要求之外，还要根据使用场所、使用条件等进行设备和导体的选择。总而言之，在电气设备和导体的选择过程中，要从实际出发，从安全生产以及成本控制的角度出发，提高电气设备和导体的使用价值。

参考文献