直接空冷系统电气设计分析

1、300MW空冷机组空冷岛电气系统设计分析牟忠显（ 东北电力设计院，吉林 长春 130021）摘要：针对直接空冷发电厂空冷岛电气系统设计的特殊性及独立性，对整个空冷岛系统的电气系统设计进行全面的分析论述和综合说明，提出了高压配电布置方式、空冷岛厂用电3用1备的供电方案和防雷接地形式，并已在实际工程中有效应用，可为以后直接空冷发电厂空冷岛电气系统工程设计提供参考。关键词：空冷岛；直接空冷系统；电气系统中图分类号： 文献标志码：B 文章编号：1009-5306（2009）00-0000-00在缺水地区建设直接空冷发电厂对电源的合理布局，充分利用缺水地区有限的水资源，保持当地经济的可持续发展具有重要意

2、义，直接空冷在美国、伊朗、南非等国家的300600MW的机组已有采用，国内内陆地区的通辽、霍林河的600MW空冷发电厂均已投产发电。直接空冷系统就是用空气冷却汽轮机作功后的排汽，来代替传统发电机组的凝汽器及循环水系统，整个空冷系统类似大型散热器，通过大量的风机同时工作来实现其冷却目的。空冷机组最大的优点就是节约用水。本文以某厂2X300MW空冷机组为例，对空冷岛电气系统的设计特点加以分析。1 A排外电气设备布置主变压器（以下简称主变）、高压厂用变压器（以下简称高厂变）、启动备用变压器（以下简启备变）均布置在主厂房A排外空冷平台下，主变及高厂变在发电机主回路大电流封闭母线下呈前后排列，封闭母线与

3、之套管相连。因空冷平台较高，一般情况下主变高压侧出线配电装置布置在空冷平台下，可最大节省用地，一般每台机组设1个空冷电控楼，电控楼布置在空冷平台下，内设配电间、变频器室和热工控制室。变频器室通过多个工程实践，由于其散热量较大，故设置屋顶风机进行冷却。电控楼内配电设备均采用电缆下进线方式，通过电缆隧道与外部连接，电控楼内电缆隧道与空冷平台支柱连接，然后通过电缆竖井为空冷平台顶部的风机供电，电缆竖井一般设计2个，动力和控制各1个。空冷配电间通过电缆沟穿过A排与主厂房内的电缆桥架相连，作为6 kV空冷变压器（以下简称空冷变）的电缆通道。2 负荷计算某厂2×300 MW空冷机组每台机组配30

4、台空冷风机，风机的6个冷却单元垂直A排布置。根据工艺负荷特点，夏季空冷风机基本满负荷运行，因其重要性，应按一类负荷供电考虑。由于单独设空冷变，其所带负荷均为空冷风机，其它用电负荷较少，且负荷均为持续运行，采用换算系数法计算空冷变容量符合工程实际。空冷岛负荷计算见表1。表1中由于风机电机负荷的工作的特殊性（夏季经常同时运行），所以不能按照以往变压器容量选择计算，应取换算系数K=1，按115%负荷率计算。设 备 额定电压/ V额定容量/（kW·台套-1）安装台、回路 运行台、回路 变压器()()/(台或回路)(台或回路)安装数量（台）工作容量（kW）空冷风机电机3801323030303

5、960清洗水泵3804545变频器暖通风机380300300配电间零米处暖通3803030空冷岛电梯38015111事故照明380/2203其它380150150 P(kW)45761.15P (kW)1.15x4576S (kVA)5263S'=1.1×S (kVA)5263x1.1S (kVA)5789选择变压器容量 (kVA)2000KVAX表1 空冷岛负荷计算表注：空冷岛电梯、事故照明由场内保安段引。3空冷系统电气接线空冷系统用电负荷应按照一级负荷考虑，供电可靠性要求达到100%。因此，在设计中对空冷岛供配电系统进行了较多的考虑和比较。在空冷岛厂用电系统配电方案采用3

6、用1备是比较合适的，在提高空冷系统的供电可靠性的同时，空冷低压供配电系统接地型式采用了目前国内比较通用的TN-S系统。在空冷变中性点直接接地的大电流系统中零线（N）、地线（PE）是各自是独立的，避免了因零线断线使设备失去接地保护的情况。空冷变的联接组别采用了/yn11接线（见图1），对于抑制因大量应用变频器等产生的谐波以及提高空冷变的利用率等是十分有利的。空冷岛厂用电系统接线见图2。图1空冷变连接组别示意图图2 空冷岛厂用电系统接线图a. 低压供配电系统。为保证设备的供电可靠性，低压配电系统接线“树干式”接线方案，装设4×2 000 kVA空冷变，采用3用1备方式。3台工作变压器：高

7、压侧厂变一路电源供电，备用变则由厂另一路高压供电。正常时，3台工作变通过其PC受电柜、馈电柜向所负担的设备供电。当某台工作变故障时，备用变可通过备用电源自动投入控制装置将联络柜上的智能断路器闭合，将备用电源切换到事故变的低压母线段.从而实现不间断供电。b. 空冷岛事故照明电源由厂内保安段单独提供AC380/220V。c. 空冷变的联结组别。空冷变的联结组采用接线。这样利于抑制负载端高次谐波电流，波形畸变率（THD）小于5%，满足GB/T14549-1993电能质量·公用电网谐波的要求。保正电能品质。同时可充分利用变压器容量，最大限度提高效率。d. 系统接地型式。采用TN-S系统，配变

8、中性点直接接地的大电流系统，设备采用保护接PE线。e. 按配电线路及设备运行规程的规定，用电设备端电压（额定电压）的变动幅度U：低压动力设备：7%；低压照明设备：-10%+5%。4 关于防雷、防雷接地和设备接地方案 防雷措施和防雷装置：根据GB50057-94建筑物防雷设计规范和DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合，空冷岛防雷措施是利用位于空冷岛高点的蒸汽分配管做接闪器，用跨接导线将蒸汽分配管与防雷引下线连接起来再与地网连接，行成一个完好的电气通路。利用厚度大于4 mm（实际为1214 mm）的蒸汽分配管做接接闪器是可行的。防雷接地装置的设计应是以水平接地体为主、垂直接地

9、体为辅的复合式且围绕空冷岛闭合的环形的接地装置。设备接地装置的设计亦是以水平接地体为主、垂直接地体为辅的复合式且围绕空冷配电间闭合的环形的接地装置。防直击雷、感应雷、防雷电波等的接地装置与电气接地装置共享。空冷岛上的电气设备接地是利用防雷接地引下线实现的。5 空冷岛低压供配电系统的保护a. 雷击、感应和操作过电压保护措施。在低压侧通过外部线路（电缆线）传入低压电气设备的过电压，经过电涌保护器进行保护，同时，变频器也要进行保护。b. 过电流保护。由进线柜的断路器来完成，低压线路或设备的过电流保护，主要是利用各级空开的瞬时脱扣器实现. 同时，变频器也要进行保护。c. 设备超载保护。利用各级空气断路

10、器的长延时脱扣器来实现。d. 跨步电压和接触电压的防护。主要采取等电位措施：空冷岛上，把整个空冷岛用-60X6连成一个整体，使各点电位相等，在岛下，把空冷岛的接地接成网格型式，在配电间的出入口和人行通道采取装设“帽檐式”均压带的做法等。e. 漏电保护。在受电设备端装设具有漏电跳闸功能的空气断路器，设备采用保护接地。电缆设计上，空冷风机电机用电源电缆，选用阻燃、交联屏蔽电力电缆，具有抗谐波、抗干扰保证设备安全稳定运行。其它电力电缆选用阻燃、交联型的，具有耐热性能较好、介损低、耐局部应力好、局部放电量小且具有较高的机械性能等优点。在风机电机调速上，采用具有目前国际先进水平的变频调速技术。在电动阀门电伴热电缆的选择上，采用最新技术生产的自控温式伴热电缆，能随被加热体温度的变化而自动调节输出功率、自动限制加热温度等优点，因而使加热系统具有稳定、可靠、安全、节能。6 结论 通过具体工程实例，对空冷岛电气部分从