电气一次设计：步骤、任务及内容

一、电气一次的概念

【引导问题】

◆什么是电气一次设备？并举例说明。

为满足生产需要，发电厂或变电站中安装有各种电气设备。通常把直接参与电能生产、运输和分配的设备称为一次设备。常见的电气一次设备有发电机、主变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆、架空线路、互感器、避雷器等。将电气一次设备按照一定规律连接构成的电气回路称为电气一次回路。

1.主变压器

降压变电站内的变压器是将高电压转变为低电压的电气设备。以10k V变电站为例，主变压器将10k V的电压变为0.4k V供给380V/220V的负载。

2.高压断路器

高压断路器是作为保护变压器和高压线路的保护电器，它具有开、断正常负荷和过载、短路故障的保护能力。

3.隔离开关

隔离开关是隔离电源用的电器。

4.电压互感器

将一次系统的高电压转变为标准低电压，供保护和计量等二次设备使用。

5.电流互感器

将一次系统中的大电流转变为标准的小电流，供保护和计量等二次设备使用。

6.熔断器

当电路发生短路或过负荷时，使电器设备得到保护。

7.负荷开关

用来不频繁地接通和分断小容量的配电线路和负荷，起到隔离电源的作用。

通常，一次设备用规定的图形和文字符号表示，见表1- 1。

表1-1　常用一次设备图形符号和文字符号

二、电气设计的基本步骤和基本任务

【引导问题】

◆电气设计的基本步骤有哪些？

◆电气初步设计的基本任务有哪些？

设计要按照国家规定的基本建设程序执行。设计流程一般程序是：初步可行性研究→项目建设书编制→初步设计→施工图设计。具体可分为以下几个步骤。

1.初步可行性研究

对建设条件进行地区调查，进行比较验证，推荐可能建设的地址、规模和建设顺序，为编制和审批项目建议书提供依据。扩建或改建项目可取消本程序。

2.协助编制项目建议书

提出建设的必要性和负荷、建设性质和规模，建设地址和条件、建设年份和顺序，投资控制和筹措等。

3.可行性研究

落实建设条件，确定建设规模，提出设计原则方案，完成环境影响报告书，进行全面的综合性技术经济分析论证和方案比较，提出投资估算和经济效益评价，取得外部条件的协议书，为编制和审批设计任务书提供可靠依据。

4.协助编制设计任务书

确定建设目的、依据、建设规模、建厂条件、主要协作配合条件、主机安排及主要工艺流程、环境保护要求、建设地点和占地面积、建设进度和劳动定员控制、需要研制的新产品等。

5.初步设计

确定建设标准、各项技术原则和总概算，以便编制投资计划，实行投资包干、控制工程拨款、组织主要设备订货、进行施工准备、并作为施工图设计依据。

6.施工图设计

为订货、施工、运行的依据，经审定的预算作为预算包干和工程结算的依据。

7.施工配合

交待设计意图，解释设计文件，及时解决工程管理与施工中设计方面出现的问题，参加试运行，参加竣工验收和投产。

8.总结反馈

总结和积累设计上的经验教训，编入总结报告以改进设计、提高水平。

三、电气一次部分的初步设计

【引导问题】

◆电气一次部分的初步设计有哪些设计内容？

◆电气一次部分的初步设计需要绘制哪些图纸？(www.xing528.com)

在建设地址确定之后，便可根据上级下达的设计任务书，正式进行工程的初步设计，并按设计任务书给出的条件，给出设计深度要求的设计文件。

初步设计所确定的设计原则和建设标准，将勾画出宏观的工程概貌，控制工程投资，体现技术经济政策的贯彻落实。所以初步设计是工程建设中非常重要的设计阶段，各种设计方案应经过充分的论证和选择。

（一）电气一次部分初步设计的设计内容

1.电气主接线

（1）原始资料分析。

对工程概况、电力系统情况、负荷情况、环境情况等进行资料分析。

（2）主接线方案的拟订与选择。

根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案（本期和远期）。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2～3个技术相当、又都能满足任务书要求的方案，再进行经济比较。对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，确定出技术合理、经济可行的最终方案。

（3）短路电流计算及设备选择。

对选定的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备，提出设备的型式、规格、数量及其主要技术参数；采用新设备和新技术时应有论证说明。

2.自用电接线及布置

确定自用电接线方案，负荷计算及变压器选择，中性点接地方式选择；高低压自用电工作、启动（备用）、保安电源连接方式、设备容量、分接头选择；自用电压水平确定，自用配电装置及设备选型。

3.电气设备的布置及电缆设施

电气出线走廊及电气构筑物布置的方案设计；屋内、外高压配电装置型式选择及间隔配置；主变、高压厂变、消弧线圈等的布置；发电机出线小室及引入线布置；厂房电缆隧道、沟道路径及型式选择。

4.防雷保护与接地

根据绝缘配合原则，制定电气设备防止过电压的保护措施；确定主、辅构筑物的防雷保护装置；确定全厂接地设计方案，对土壤电阻率高的地区进行分析并提出具体解决措施。

（二）电气一次部分初步设计的设计图纸

在电气一次设计的初步阶段除了要编制说明书以外，还需要给出相应的图纸，包括内容如下：

（1）地区电力系统地理接线图。

（2）地区电力系统单线接线图。

（3）接入系统方案比较图。

（4）电气主接线及方案比较图。

（5）短路电流计算接线及等效阻抗图。

（6）高低压自用电接线图。

（7）厂区电气构筑物平面布置图。

（8）各级电压（及自用电）配电装置平断面图。

（9）主控制楼各层平面布置图等。

四、原始资料分析内容

【引导问题】

◆原始资料分析的内容有哪些？

◆原始资料分析的意义是什么？

对于待建项目，相关部门要认真进行必要的调查、勘测以及试验研究，取得可靠的基本资料后，进行设计任务书的编制。设计任务书是设计的基础和主要依据。设计人员在正式设计开始前，需要对给出的设计任务书进行分析、梳理。本节以水电站为例讲解原始资料的分析内容，火电厂和变电站可供参考。

1.工程情况

工程情况包括发电厂类型（凝汽式火力发电厂，热电厂或者堤坝式、引水式、混合式水电厂等），设计规划容量（近期、远景），单机容量及台数，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。

发电厂容量的确定与国家经济发展规划、电力负荷增长速度、系统规模和电网结构以及备用容量等因素有关。发电厂装机容量标志着发电厂的规模和在电力系统中的地位和作用。

发电厂运行方式及利用小时数直接影响着主接线设计。承担基荷的发电厂，设备利用率高，一般年利用小时数在5000h以上；承担腰荷的发电厂，设备利用小时数应在3000～5000h；承担峰荷的发电厂，设备利用小时数在3000h以下。对不同的发电厂其工作特性有所不同。对于核电厂或单机容量300MW及以上的火力发电厂以及径流式水电厂等应优先担任基荷，相应主接线应以供电可靠为主选择主接线形式。水电厂是电力系统中最灵活的机动能源，起、停方便，多承担系统调峰、调相任务，根据水能及库容的状态可酌情担负基荷、腰荷和峰荷。因此，其主接线应以供电调度灵活为主选择形式。

2.电力系统情况

电力系统情况包括电力系统近期及远景发展规划（5～10年），发电厂或变电站在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。

发电厂的总容量与电力系统的容量之比，若大于15%，则可认为该厂是在系统中处于比较重要地位的电厂，应选择可靠性较高的主接线形式。因为它的装机容量已超过了电力系统的事故备用和检修备用容量，一旦全厂停电，会影响系统供电的可靠性。

主变压器和发电机中性点接地方式是一个综合性问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。

3.负荷情况

负荷情况包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。

4.环境条件

环境条件包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响。对此，应予以重视。

5.设备供货情况

设备供货情况往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较。