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【摘 要】作为电厂整体设计的重要组成部分，电气设计对于保证电厂系统的运行质量和经济效益具有重要作用。本文从电厂建设阶段与电气主接线设计两个方面探讨了电气设计的可靠性与经济性措施，以期为相关技术与设计人员提供参考。
【关键词】电厂；电气设计；可靠性与经济性
电厂作为较大能源消耗企业，其有必要在电气设计和电厂运行等方面开展节能降耗处理，以最大限度的降低系统能源消耗量，提高电厂运行的经济性和可靠性。电气设计是电厂总体建设的重要环节，做好配电、变电和发电系统设计，保证电能安全、可靠地输送到电力系统中，进而利用最小的能源消耗获取最优的经济效益，是电厂电气设计的主要目标。因此，加强有关提高电厂电气设计可靠性与经济性分析，对于改善电气设计质量具有重要的理论和现实意义。
1.电厂建设阶段提高电气设计的可靠性与经济性
1.1电厂建设的可行性分析阶段
在电厂建设的可行性阶段研究中，电气设计相关人员应配合总体规划人员从宏观角度开展系统研究，综合分析建厂的可行性、必要性及经济性，并估算工程综合效益以备上级主管部门进行审核。这个阶段预算人员应做好电厂能耗分析，从而为工程建设中的设备采购和技术应用提供指导，保证电厂建设的可靠性与经济性。
1.2电厂电气前期设计
电厂电气前期设计过程中，要深入现场进行勘察，并依据经济预算及技术经验分析选择电厂电气主接线设计方案，方案中应包含主要电气设备选型和预算采购报告等。设计人员应将设计内容按照设计图纸、文字说明书和概算表共同呈现的方式编制电厂电气设计文件，图纸内容应包含电厂室内外配电装置布置图、电厂主接线方案比较图、电厂综合自动控制方案方框图及电气主接线图等，还应依据工程实际另配附属设计图，以保证电气设计建设过程中作业的可靠性。[1]
电气前期设计内容应包含以下方面：工程原始材料收集与分析；主要电气设备选型与短路电流计算；屋内与屋外配电设备安置；泵房与厂区供电系统配置；电气主接线设计；依据电厂系统布置及技术参数要求提供相关改进产品意见及产品试制项目；制定电气设计预算报告及说明。
1.3电气技术设计阶段
在此阶段中，电气设计人员应依据工程需求，恰当选定电气方面的有关技术；依据采购设备对配电布置状况进行修改、调整，并分析构架、设备、各层地面荷载的不同注意要点，以保证电气设计作业质量，改善电气设备运行水平。此阶段设计图纸制作应包含变电器布置平、断面图、电气主接线图、短面图、厂用主接线图、全厂电缆层、发电机电压配电装置图、道路建设规划图等；设计文件主要由计算书、操作与使用说明书、预算和图纸构成，工程作业时要指导技术人员规范操作，确保电气设备安装正确；需进行设计计算的内容应包括拉力驰度计算、全厂照明计算、短路电流计算、高压配电装置电气绝缘校验与配合、厂用电荷统计及厂用设备选型、大电流母线计算、全厂防雷保护与接地计算等。
1.4工程作业阶段
工程作业阶段主要做好主变压器、厂用电设备、发电机配电装置、防雷与接地装置、高压配件装置的安装与布置設计。
2.提高电气主接线可靠性与经济性
2.1电气主接线可靠性与经济性要求
（1）电气主接线设计需满足的可靠性要求为：应防止变电所和发电站出现整体断电；在断路器进行维护修理时应不影响系统供电过程；在检修断路器母线时应尽可能缩短停电时间及降低停运回路数量，且保证一级负荷及大部分二级负荷供电正常；对于大型机组超高压电气主接线应符合可靠性的特殊标准。
停电频率是影响供电可靠性的重要指标，停电时间超过一定限度会导致企业巨大损失。若要提高电气主接线的可靠性，则应对主接线进行定期检修，及时解决设备故障引发的停电问题，以确保供电持续通畅。
（2）电气主接线设计应满足的经济性要求为：应尽可能减少占地面积，对于大容量发电厂要在相关部门支持下采用一边运营一边进行电气建设完善的方式开展分期投建，以尽可能提高电厂经济效益；在前期设计及技术设计阶段应合理选择主接线设备，尽量降低投资；主接线方式应尽量简单，可恰当进行短路电流限制，降低开关电气次数，并选用性价比较高的电气设备，降低基础投资；降低能耗，变压器是电厂能耗最大的电气设备，在采购变压器时应根据电厂实际对变压器数量、容量和类型进行优化选择，以最大限度节省能耗。
2.2电气主接线设计方案
以某电厂为例，某电厂110kV总降10kV侧系统最大运行方式的短路电流为25kA，其单台发电机的短路电流为14kA，可采用三种电气主接线设计方案：
（1）将10%限流电抗器安装在发电机出口位置，两台发动机采用分列运行方式，计算得到的系统侧10kV最高短路电流为34.44kA，发电机出口处10kV母线侧的最高短路电流为34.03kA。
（2）将10%限流电抗器安装在10kV并网联络线出口位置，两台发动机采用分列运行方式。计算得到的系统侧10kV最高短路电流为34.33kA，发电机出口10kV母线侧的最高短路电流为27kA。
（3）将18%限流电抗器分别安置在发电机母联与出口位置，两台发动机采用并列运行方式，计算得到的系统侧10kV最高短路电流为37kA，发电机出口10kV母线侧的最高短路电流为36kA。
根据电气主接线可靠性与经济性要求分析，方案二短路电流均相对较低，为最佳电气主接线方案。
2.3断路器及主变压器选择
断路器选型一方面要考虑环境条件及技术条件标准，另一方面要满足方便运行维护、安装调试等要求，在综合经济技术分析的基础上进行确定。当前国内通用选型状况为：对于采用封闭母线的大容量机组，可采用发电机专用断路器；对于电压在6～220kV之间的电网，通常选用少油断路器；对于电压在110～330kV之间的电网，若采用少油断路器无法满足要求时，可采用空气或六氟化硫断路器。断路器选择的基本技术条件为：（1）电压：Ug（电网工作电压）≤Un（电网额定电压）；（2）电流：Ig*max（电网最大持续工作电流）≤In（电网额定电流）；因高压开断电器不存在连续过载性能，在选定其额定电流时应符合不同运行条件下的回路持续工作电流要求，也就是最大持续工作电流；若断路器工作环境温度高于设备限定环境温度，则当温度每升高1℃时应降低额定电流的1.8%；若工作环境温度低于设备限定环境温度，则当温度每降低1℃时应升高额定电流的0.5%，以确保断路器工作的可靠性。
主变压器是电厂中用于向用户或电压系统进行功率输送的变压器。主变压器台数及容量等于主接线设计及配电装置结构密切相关。依据电气设计的经济性与可靠性要求，可采用两种方式进行主变压器选择：（1）对于中小型电厂，应按照低投资高回报的原则采用三相式主变压器，台数应在两台以上，以确保发电机供电的可靠性；对于机组容量在125MW以下的发电机组，应采用三绕组变压器，且绕组通过功率应高于主变压器容量的15%，以确保电能输送舒畅；（2）对于机组容量在200MW以上的大型发电厂，其主变压器台数与容量应配合发电机容量，若存在两种升高电压状况，可在两种升高压间安置变压器，并依据电压网络的交换功率进行容量选择。 [科]
【参考文献】
[1]林幼晖.惠州燃气—蒸汽联合循环电厂电气设计特点探讨[J].电力勘测设计，2011，05（35）：57-58.
【关键词】电厂；电气设计；可靠性与经济性
电厂作为较大能源消耗企业，其有必要在电气设计和电厂运行等方面开展节能降耗处理，以最大限度的降低系统能源消耗量，提高电厂运行的经济性和可靠性。电气设计是电厂总体建设的重要环节，做好配电、变电和发电系统设计，保证电能安全、可靠地输送到电力系统中，进而利用最小的能源消耗获取最优的经济效益，是电厂电气设计的主要目标。因此，加强有关提高电厂电气设计可靠性与经济性分析，对于改善电气设计质量具有重要的理论和现实意义。
1.电厂建设阶段提高电气设计的可靠性与经济性
1.1电厂建设的可行性分析阶段
在电厂建设的可行性阶段研究中，电气设计相关人员应配合总体规划人员从宏观角度开展系统研究，综合分析建厂的可行性、必要性及经济性，并估算工程综合效益以备上级主管部门进行审核。这个阶段预算人员应做好电厂能耗分析，从而为工程建设中的设备采购和技术应用提供指导，保证电厂建设的可靠性与经济性。
1.2电厂电气前期设计
电厂电气前期设计过程中，要深入现场进行勘察，并依据经济预算及技术经验分析选择电厂电气主接线设计方案，方案中应包含主要电气设备选型和预算采购报告等。设计人员应将设计内容按照设计图纸、文字说明书和概算表共同呈现的方式编制电厂电气设计文件，图纸内容应包含电厂室内外配电装置布置图、电厂主接线方案比较图、电厂综合自动控制方案方框图及电气主接线图等，还应依据工程实际另配附属设计图，以保证电气设计建设过程中作业的可靠性。[1]
电气前期设计内容应包含以下方面：工程原始材料收集与分析；主要电气设备选型与短路电流计算；屋内与屋外配电设备安置；泵房与厂区供电系统配置；电气主接线设计；依据电厂系统布置及技术参数要求提供相关改进产品意见及产品试制项目；制定电气设计预算报告及说明。
1.3电气技术设计阶段
在此阶段中，电气设计人员应依据工程需求，恰当选定电气方面的有关技术；依据采购设备对配电布置状况进行修改、调整，并分析构架、设备、各层地面荷载的不同注意要点，以保证电气设计作业质量，改善电气设备运行水平。此阶段设计图纸制作应包含变电器布置平、断面图、电气主接线图、短面图、厂用主接线图、全厂电缆层、发电机电压配电装置图、道路建设规划图等；设计文件主要由计算书、操作与使用说明书、预算和图纸构成，工程作业时要指导技术人员规范操作，确保电气设备安装正确；需进行设计计算的内容应包括拉力驰度计算、全厂照明计算、短路电流计算、高压配电装置电气绝缘校验与配合、厂用电荷统计及厂用设备选型、大电流母线计算、全厂防雷保护与接地计算等。
1.4工程作业阶段
工程作业阶段主要做好主变压器、厂用电设备、发电机配电装置、防雷与接地装置、高压配件装置的安装与布置設计。
2.提高电气主接线可靠性与经济性
2.1电气主接线可靠性与经济性要求
（1）电气主接线设计需满足的可靠性要求为：应防止变电所和发电站出现整体断电；在断路器进行维护修理时应不影响系统供电过程；在检修断路器母线时应尽可能缩短停电时间及降低停运回路数量，且保证一级负荷及大部分二级负荷供电正常；对于大型机组超高压电气主接线应符合可靠性的特殊标准。
停电频率是影响供电可靠性的重要指标，停电时间超过一定限度会导致企业巨大损失。若要提高电气主接线的可靠性，则应对主接线进行定期检修，及时解决设备故障引发的停电问题，以确保供电持续通畅。
（2）电气主接线设计应满足的经济性要求为：应尽可能减少占地面积，对于大容量发电厂要在相关部门支持下采用一边运营一边进行电气建设完善的方式开展分期投建，以尽可能提高电厂经济效益；在前期设计及技术设计阶段应合理选择主接线设备，尽量降低投资；主接线方式应尽量简单，可恰当进行短路电流限制，降低开关电气次数，并选用性价比较高的电气设备，降低基础投资；降低能耗，变压器是电厂能耗最大的电气设备，在采购变压器时应根据电厂实际对变压器数量、容量和类型进行优化选择，以最大限度节省能耗。
2.2电气主接线设计方案
以某电厂为例，某电厂110kV总降10kV侧系统最大运行方式的短路电流为25kA，其单台发电机的短路电流为14kA，可采用三种电气主接线设计方案：
（1）将10%限流电抗器安装在发电机出口位置，两台发动机采用分列运行方式，计算得到的系统侧10kV最高短路电流为34.44kA，发电机出口处10kV母线侧的最高短路电流为34.03kA。
（2）将10%限流电抗器安装在10kV并网联络线出口位置，两台发动机采用分列运行方式。计算得到的系统侧10kV最高短路电流为34.33kA，发电机出口10kV母线侧的最高短路电流为27kA。
（3）将18%限流电抗器分别安置在发电机母联与出口位置，两台发动机采用并列运行方式，计算得到的系统侧10kV最高短路电流为37kA，发电机出口10kV母线侧的最高短路电流为36kA。
根据电气主接线可靠性与经济性要求分析，方案二短路电流均相对较低，为最佳电气主接线方案。
2.3断路器及主变压器选择
断路器选型一方面要考虑环境条件及技术条件标准，另一方面要满足方便运行维护、安装调试等要求，在综合经济技术分析的基础上进行确定。当前国内通用选型状况为：对于采用封闭母线的大容量机组，可采用发电机专用断路器；对于电压在6～220kV之间的电网，通常选用少油断路器；对于电压在110～330kV之间的电网，若采用少油断路器无法满足要求时，可采用空气或六氟化硫断路器。断路器选择的基本技术条件为：（1）电压：Ug（电网工作电压）≤Un（电网额定电压）；（2）电流：Ig*max（电网最大持续工作电流）≤In（电网额定电流）；因高压开断电器不存在连续过载性能，在选定其额定电流时应符合不同运行条件下的回路持续工作电流要求，也就是最大持续工作电流；若断路器工作环境温度高于设备限定环境温度，则当温度每升高1℃时应降低额定电流的1.8%；若工作环境温度低于设备限定环境温度，则当温度每降低1℃时应升高额定电流的0.5%，以确保断路器工作的可靠性。
主变压器是电厂中用于向用户或电压系统进行功率输送的变压器。主变压器台数及容量等于主接线设计及配电装置结构密切相关。依据电气设计的经济性与可靠性要求，可采用两种方式进行主变压器选择：（1）对于中小型电厂，应按照低投资高回报的原则采用三相式主变压器，台数应在两台以上，以确保发电机供电的可靠性；对于机组容量在125MW以下的发电机组，应采用三绕组变压器，且绕组通过功率应高于主变压器容量的15%，以确保电能输送舒畅；（2）对于机组容量在200MW以上的大型发电厂，其主变压器台数与容量应配合发电机容量，若存在两种升高电压状况，可在两种升高压间安置变压器，并依据电压网络的交换功率进行容量选择。 [科]
【参考文献】
[1]林幼晖.惠州燃气—蒸汽联合循环电厂电气设计特点探讨[J].电力勘测设计，2011，05（35）：57-58.