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摘要：近年来，随着电力市场竞争的加剧，火力发电厂设计优化的重要性日益突出。本文结合实例，在保证安全稳定运行的基础上，对火力发电厂的厂区布置、土建工程、工艺系统及设备及控制系统方面提出设计优化的措施，分析了设计优化后的成效及注意事项，以保证火力发电厂运行经济效益的最优化。
关键词：厂区布置；土建工程；设计优化；控制系统；可靠性
中图分类号：S611文献标识码： A
电力行业是国民经济的重要基础工业，与人们生活生产密切相关。当前我国能源结构是以火电为主、水电为辅的格局，预计未来火力发电所占比重仍在70%以上，火力发电仍然会是我国主要的发电手段。近年来，随着电力负荷的高速发展和煤炭资源的收缩、煤炭原料价格的日益递增，电力行业的竞争日趋激烈, 火力发电厂的运行安全可靠性亟待提高，环境保护压力严峻，因此，如何对火力发电厂进行设计优化，达到“经济适用、系统简单、备用减少、安全可靠、高效环保、以人为本”的目标。本文以某火电厂设计为例，并对该厂设计优化进行了详细的阐述。
1厂区布置的设计优化
1.1厂区布置的设计优化措施及成效
（1）主厂房采用侧煤仓布置
主厂房设计突破常规四列式布置，厂区布置选择二列式，把煤仓间集中布置在两炉中间。此外，将集控室布置在两炉之间的炉前通道运转层上，引风机横向布置在水平烟道下方，使得主厂房A排至烟囱的距离大为缩短，仅为131.0m，主厂房占地面积大大减少，其建筑总体积为161554m3，比限额设计降低48.75％，节省投资约3000万元。
（2）汽机房空间布局合理
结合主厂房工艺平面布置方式和非抗震区的特点，汽轮发电机组中心线偏向A排布置，除氧器布置在B－K1之间的平台上（18.5m层），缩短了A排至K1之间距离，减少了四大管道和电缆用量，并消除了给水泵汽蚀，有利于给水泵的安全运行。此外，集控室采用“二机一控”方案，布置在B－K1之间的运转层上（12.6m层）；锅炉电子设备间和汽机电子设备间实现物理分散布置，电子设备间尽量靠近被控对象，大大减少控制电缆用量。
1.2厂区布置设计优化应注意的问题
（1）本工程为首台国产350MW超临界机组，在同类机组中首次采用侧煤仓布置方案，无成熟参考设计经验可循，设计难度大。如主厂房夹层B排12.6m以下在K1封墙，而施工时锅炉厂考虑到锅炉设备的安全运行而不同意，因此封墙修改到B排侧，使夹层B排侧通道只有1.0m左右；竖向设计上未考虑送风机电机等大型设备检修需要。
（2）由于采用侧煤仓单跨布置，煤仓间跨距只有16.5m，虽然理论上磨煤机安装检修没有问题，但实践证明这种布置给实际施工组织带来了一定困难，分离器等大型部件吊装困难；且磨煤机检修空间偏紧，不便于设备检修维护。因此，建议在同类工程设计时，增加部分平面最小尺寸，并在K1－K2间预留一条两炉间联系通道，便于设备的运行维护和检修。
（3）采用紧凑型主厂房布置后，厂房B排至K1之间距离大大减小，应避免四大管道长度减少而导致管道柔性较差、补偿不够问题，如1＃机组在试运行过程中曾因高温再热蒸汽管道补偿不够致使中联门前管道弯头处向下位移较大，造成中联门倾斜。
2土建工程的设计优化
2.1土建工程的设计优化措施及成效
（1）优化汽轮发电机组基础。对汽轮发电机组基础进行了多方案动力优化和数值模拟分析，在优化梁柱断面基础上，结构的动力特性達到了较优的状态，实践证明设计是安全合理的，处于国内领先水平。
（2）煤场区基础由打桩改为分层强夯方案。根据煤场区回填多为松散块石，且回填厚度有8m左右的情况，采用打桩的方案施工存在一定的不确定性，经优化比较，并结合试夯结论，填方区的干煤棚、煤场构筑物采用分层强夯处理，对回填较深的部分采用分两层强夯。
（3）采用防腐改进型钢筋混凝土套筒式烟囱。根据本工程湿法脱硫，不上GGH装置的实际情况，烟囱采用一座高度210m、出口直径7.0m的防腐改进型钢筋混凝土套筒式烟囱，外筒为钢筋混凝土，內筒为单孔砖套筒，筒壁采用轻质隔热耐酸砌块，内筒外表面设防腐玻璃钢封闭层，烟囱外筒内壁刷防腐涂料。烟囱投资为1856万元，比钢内筒套筒式烟囱节省投资约500万元。
2.2土建工程设计优化应注意的问题
（1）磨煤机台板伸缩缝处雨天进水，设计上应在杂基坑内增加排污泵或在磨煤机台板周边增加设计排水沟。
（2）注意不要将炉内加药装置设计在机组排水槽上面，避免在机组启停时对加药泵及里面的电气设备造成损坏；不要将酸碱罐布置在锅炉零米层，以免对周围设备外部造成腐蚀。
（3）独立的电子设备用房或者处于建筑顶层的电子设备用房，建筑设计上应采取有效的通风隔热措施，以有效降低电子设备间室内温度。
（4）注意热工电缆通道设计问题。本工程两台机组均未设计电缆夹层，磨煤机热风管道在锅炉DCS电子间下通过，导致DCS电子设备间温度很高，灰尘较大，电缆处于高温区域，设备存在严重隐患，不利于长周期安全稳定运行。因此，建议在同类型机组建设中要充分考虑此问题，应在电缆主要通道增加了夹层和密封罩。
3 电气主接线方案优化
为以后检修和改进,提供必要的方便,本文在理论分析的基础上,对我厂的电气主接线进行了优化方案。
3.1 主接线采用3/2接线
3/2接线最常规的布置方式为3列式布置。3列式布置具有布置紧凑、清晰、在进出线间隔较少时占地面积最省等优点。但随着电厂设计规模的增大,机组与线路的数量出现严重不匹配,出现了4进2出、6进3出等接线。如果采用常规3列式布置方式,则进出间隔的布置很难协调,不但占地面积增加,原来布置清晰的特点也不明显了。而且,由于机组增加,主厂房的长度增加,3列式布置与主厂房的长度不对应,造成主厂房A列外出线走廊布置困难等问题。特别是当工艺专业优化循环水管道,将水塔布置在A列外、或采用直接空冷的机组,在A列外布置空冷平台时,如果3/2接线采用常规3列式布置方式,将出现更多的问题。这两种布置方式的共同特点是母线在同一侧,类似于双母线布置,开关在母线的另一侧,平环布置3个断路器各占一个间隔的宽度,双列布置时,有2个断路器占一个间隔的宽度,另1个断路器占1个间隔的宽度。采用平环布置时,由于间隔拉开,与配合较好,特别当水塔布置在A列外、或直接空列外布置空冷平台时,对节省整体的厂区占地面作用。同时,平环布置时,2台断路器之间的进出线侧,当可靠性要求需要进出线倒串时,仅需要调整点,没有占地及间隔排列的变化,非常方便。
3.2 主接线采用双母线接线
一般认为,在500kV电压等级,主接线满足系统的可靠性要求。但随着电网容量加大迅速增加,在南方电网许多区域的500kV网络的近或超过50kA。有了双母线就能在检修任一母线时不中断供电。检修任一回母线侧隔离开关时仅中断该回路的供电。当任一母线故障时,该母线上所有负荷可全部转移到另一母线,迅速恢复供电。某一回路的断路器因故不能操作时可利用母联断路器使其退出,还可用母联断路器代替任一断路器运行,以缩短该回路的停电时间。采用旁母后就能在任一断路器检修时不中断该回路的供电,能满足可靠性要求。
结语语
发电厂的电气主接线,是电力系统的重要组成部分。本文从我厂的发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线之间的接入,对发电厂电气与机组容量、电气设备的选择、配电装置的布置制方式等几个方面进行了阐述和分析。明确指出了主接线设计关系到电厂的安全经济运行,也关系到整个电灵活和经济运行,电厂容量愈大,电气主接线在系统中的地响也愈大。因此,发电厂电气主接线的设计应综合电力系统的特点、电厂的性质、规模和在电力电厂所供负荷的范围、性质和出线回路数等因可靠、运行灵活、检修方便、运行经济和远景发展。
参考文献
[1] 曹海红,柴钰.电气主接线的设计[J].大众科技,2008(4).
[2] 陈尚发.大型发电厂电气主接线优化方案的研究[J].电力建设,2006(8).
[3] 任晓颖,杜怡薇.浅谈火力发电厂电气部分初步设计[J].中国高新技术企业,2008(24).
[4] 陈尚发.大型发电厂电气主接线探讨[J].中国电力,2003(7).
关键词：厂区布置；土建工程；设计优化；控制系统；可靠性
中图分类号：S611文献标识码： A
电力行业是国民经济的重要基础工业，与人们生活生产密切相关。当前我国能源结构是以火电为主、水电为辅的格局，预计未来火力发电所占比重仍在70%以上，火力发电仍然会是我国主要的发电手段。近年来，随着电力负荷的高速发展和煤炭资源的收缩、煤炭原料价格的日益递增，电力行业的竞争日趋激烈, 火力发电厂的运行安全可靠性亟待提高，环境保护压力严峻，因此，如何对火力发电厂进行设计优化，达到“经济适用、系统简单、备用减少、安全可靠、高效环保、以人为本”的目标。本文以某火电厂设计为例，并对该厂设计优化进行了详细的阐述。
1厂区布置的设计优化
1.1厂区布置的设计优化措施及成效
（1）主厂房采用侧煤仓布置
主厂房设计突破常规四列式布置，厂区布置选择二列式，把煤仓间集中布置在两炉中间。此外，将集控室布置在两炉之间的炉前通道运转层上，引风机横向布置在水平烟道下方，使得主厂房A排至烟囱的距离大为缩短，仅为131.0m，主厂房占地面积大大减少，其建筑总体积为161554m3，比限额设计降低48.75％，节省投资约3000万元。
（2）汽机房空间布局合理
结合主厂房工艺平面布置方式和非抗震区的特点，汽轮发电机组中心线偏向A排布置，除氧器布置在B－K1之间的平台上（18.5m层），缩短了A排至K1之间距离，减少了四大管道和电缆用量，并消除了给水泵汽蚀，有利于给水泵的安全运行。此外，集控室采用“二机一控”方案，布置在B－K1之间的运转层上（12.6m层）；锅炉电子设备间和汽机电子设备间实现物理分散布置，电子设备间尽量靠近被控对象，大大减少控制电缆用量。
1.2厂区布置设计优化应注意的问题
（1）本工程为首台国产350MW超临界机组，在同类机组中首次采用侧煤仓布置方案，无成熟参考设计经验可循，设计难度大。如主厂房夹层B排12.6m以下在K1封墙，而施工时锅炉厂考虑到锅炉设备的安全运行而不同意，因此封墙修改到B排侧，使夹层B排侧通道只有1.0m左右；竖向设计上未考虑送风机电机等大型设备检修需要。
（2）由于采用侧煤仓单跨布置，煤仓间跨距只有16.5m，虽然理论上磨煤机安装检修没有问题，但实践证明这种布置给实际施工组织带来了一定困难，分离器等大型部件吊装困难；且磨煤机检修空间偏紧，不便于设备检修维护。因此，建议在同类工程设计时，增加部分平面最小尺寸，并在K1－K2间预留一条两炉间联系通道，便于设备的运行维护和检修。
（3）采用紧凑型主厂房布置后，厂房B排至K1之间距离大大减小，应避免四大管道长度减少而导致管道柔性较差、补偿不够问题，如1＃机组在试运行过程中曾因高温再热蒸汽管道补偿不够致使中联门前管道弯头处向下位移较大，造成中联门倾斜。
2土建工程的设计优化
2.1土建工程的设计优化措施及成效
（1）优化汽轮发电机组基础。对汽轮发电机组基础进行了多方案动力优化和数值模拟分析，在优化梁柱断面基础上，结构的动力特性達到了较优的状态，实践证明设计是安全合理的，处于国内领先水平。
（2）煤场区基础由打桩改为分层强夯方案。根据煤场区回填多为松散块石，且回填厚度有8m左右的情况，采用打桩的方案施工存在一定的不确定性，经优化比较，并结合试夯结论，填方区的干煤棚、煤场构筑物采用分层强夯处理，对回填较深的部分采用分两层强夯。
（3）采用防腐改进型钢筋混凝土套筒式烟囱。根据本工程湿法脱硫，不上GGH装置的实际情况，烟囱采用一座高度210m、出口直径7.0m的防腐改进型钢筋混凝土套筒式烟囱，外筒为钢筋混凝土，內筒为单孔砖套筒，筒壁采用轻质隔热耐酸砌块，内筒外表面设防腐玻璃钢封闭层，烟囱外筒内壁刷防腐涂料。烟囱投资为1856万元，比钢内筒套筒式烟囱节省投资约500万元。
2.2土建工程设计优化应注意的问题
（1）磨煤机台板伸缩缝处雨天进水，设计上应在杂基坑内增加排污泵或在磨煤机台板周边增加设计排水沟。
（2）注意不要将炉内加药装置设计在机组排水槽上面，避免在机组启停时对加药泵及里面的电气设备造成损坏；不要将酸碱罐布置在锅炉零米层，以免对周围设备外部造成腐蚀。
（3）独立的电子设备用房或者处于建筑顶层的电子设备用房，建筑设计上应采取有效的通风隔热措施，以有效降低电子设备间室内温度。
（4）注意热工电缆通道设计问题。本工程两台机组均未设计电缆夹层，磨煤机热风管道在锅炉DCS电子间下通过，导致DCS电子设备间温度很高，灰尘较大，电缆处于高温区域，设备存在严重隐患，不利于长周期安全稳定运行。因此，建议在同类型机组建设中要充分考虑此问题，应在电缆主要通道增加了夹层和密封罩。
3 电气主接线方案优化
为以后检修和改进,提供必要的方便,本文在理论分析的基础上,对我厂的电气主接线进行了优化方案。
3.1 主接线采用3/2接线
3/2接线最常规的布置方式为3列式布置。3列式布置具有布置紧凑、清晰、在进出线间隔较少时占地面积最省等优点。但随着电厂设计规模的增大,机组与线路的数量出现严重不匹配,出现了4进2出、6进3出等接线。如果采用常规3列式布置方式,则进出间隔的布置很难协调,不但占地面积增加,原来布置清晰的特点也不明显了。而且,由于机组增加,主厂房的长度增加,3列式布置与主厂房的长度不对应,造成主厂房A列外出线走廊布置困难等问题。特别是当工艺专业优化循环水管道,将水塔布置在A列外、或采用直接空冷的机组,在A列外布置空冷平台时,如果3/2接线采用常规3列式布置方式,将出现更多的问题。这两种布置方式的共同特点是母线在同一侧,类似于双母线布置,开关在母线的另一侧,平环布置3个断路器各占一个间隔的宽度,双列布置时,有2个断路器占一个间隔的宽度,另1个断路器占1个间隔的宽度。采用平环布置时,由于间隔拉开,与配合较好,特别当水塔布置在A列外、或直接空列外布置空冷平台时,对节省整体的厂区占地面作用。同时,平环布置时,2台断路器之间的进出线侧,当可靠性要求需要进出线倒串时,仅需要调整点,没有占地及间隔排列的变化,非常方便。
3.2 主接线采用双母线接线
一般认为,在500kV电压等级,主接线满足系统的可靠性要求。但随着电网容量加大迅速增加,在南方电网许多区域的500kV网络的近或超过50kA。有了双母线就能在检修任一母线时不中断供电。检修任一回母线侧隔离开关时仅中断该回路的供电。当任一母线故障时,该母线上所有负荷可全部转移到另一母线,迅速恢复供电。某一回路的断路器因故不能操作时可利用母联断路器使其退出,还可用母联断路器代替任一断路器运行,以缩短该回路的停电时间。采用旁母后就能在任一断路器检修时不中断该回路的供电,能满足可靠性要求。
结语语
发电厂的电气主接线,是电力系统的重要组成部分。本文从我厂的发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线之间的接入,对发电厂电气与机组容量、电气设备的选择、配电装置的布置制方式等几个方面进行了阐述和分析。明确指出了主接线设计关系到电厂的安全经济运行,也关系到整个电灵活和经济运行,电厂容量愈大,电气主接线在系统中的地响也愈大。因此,发电厂电气主接线的设计应综合电力系统的特点、电厂的性质、规模和在电力电厂所供负荷的范围、性质和出线回路数等因可靠、运行灵活、检修方便、运行经济和远景发展。
参考文献
[1] 曹海红,柴钰.电气主接线的设计[J].大众科技,2008(4).
[2] 陈尚发.大型发电厂电气主接线优化方案的研究[J].电力建设,2006(8).
[3] 任晓颖,杜怡薇.浅谈火力发电厂电气部分初步设计[J].中国高新技术企业,2008(24).
[4] 陈尚发.大型发电厂电气主接线探讨[J].中国电力,2003(7).