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

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