发电厂发电系统的设计工程

发电厂能源效率对于保持设施内的最低消耗率至关重要.能源效率是优化配置室内控制系统以仅使用必要的电力而不会浪费的有效手段。本文探讨了开发设施时的担忧以及能源效率如何不是一件容易的事。

电厂能效设计面临许多挑战，从技术障碍到非技术障碍。与电气工程相关的包括：

• 在电厂设计中，电气工程通常是继机械和控制系统之后最后参与的部门。

这几乎没有让电气工程师参与适当的集成能效设计。这通常会对发电厂的能源效率产生破坏性影响。这意味着所有通过电力系统消耗的内部能量都被低效利用。

• 电源系统是第一个指定的项目。

这进一步限制了电气工程师可以花在对内部电厂运营很重要的概念研究上的分配时间。概念研究通常是了解基本能效改进设计更改的影响的最佳机会，这些设计更改是围绕基于分析的更大效率改进而开发的。能源效率的电能质量研究包括：

• 负载分析
• 潮流和电压降分析
• 电机启动分析
• 短路分析

负载分析

负载分析是提高能源效率的最重要的工程步骤之一。收集有关电力系统将遇到的所有负载的信息和数据是设计的第一步。这意味着了解关键负载、占空比、季节性变化和启动要求。这些来源通常来自机械和控制设计团队。由于供应商分散，编制详细的装载清单从来都不是一件容易的事。对于没有当前设计实际数据的人，可以参考过去的类似项目作为指导。

负载分析应从根据实际负载和负载系数量化最大运行负载开始。制造商给出的夸大值可能导致供应量过大。负载分析还应考虑系统上的负载数量。

潮流和电压降分析

发电厂系统电压对能源效率有一定的影响。在可能的情况下选择更高的总线电压将减少由于相对于低压总线较低的电流水平而导致的欧姆损耗。选择中压而不是低压驱动器和电机将减少驱动功率设备的欧姆损耗。额定电压更高的电机和变压器最终具有更高的效率。因此，更高的总线电压将允许设计人员指定更少、更大的变压器，并将提高整体系统能效。

启动分析

带有软启动器的电机在启动期间消耗的电流远远超过其满载工作电流。启动期间的高扭矩需求会增加电力系统的负载，从而导致组件尺寸过大，从而导致持续运行效率降低的额外费用。了解电机启动的要求将有助于在不高估参数的情况下设计互连组件，本质上是针对合适组件的精确运行条件进行设计。

短路分析

短路分析的主要目的是确保断路器在短路条件下不会过载。断路器必须能够承载正常负载电流，并且应该能够中断故障电流。如果断路器分断电流高于其分断额定值，则可能会产生破坏性后果。确保额定电流和分断额定值在合理范围内将提高对系统组件的预防性损坏的机会。

设备尺寸和总线设计的重要性

正确平衡总线之间的负载将提高电能质量和能源效率。发电厂有多个电源，获得正确的平衡将导致优化电力系统组件的尺寸并降低每条总线的启动要求。

正确的分析将产生最佳的断路器和电缆尺寸。组件尺寸不当会对能源效率和保护功能产生影响。了解尺寸过小的电缆具有更高的损耗对于确定电缆尺寸很重要。

铜母线尺寸的一些指导原则包括增加横截面以减少能量损失、将导体横截面积加倍以将电阻减半以及将损耗基本上减少一半。前几次增量大小增加到允许的最小值以上将产生相当大的损失差异，但随着每次增量增加，回报会减少。选择单条母线的多个条是设计工程师要实现较低系统损耗必须考虑的另一个问题。

母线是长寿命的工厂组件，这使得它们在生命周期计算中的运行能源成本更加重要。为了选择合适的母线，需要了解系统在正常运行过程中遇到的电压降、短路电流和趋肤效应。

设计合适的发电厂系统布线布局

电力系统组件的物理布局以及电缆的长度和直径应选择为最小的损耗。电力系统中的电缆浪费了电力损耗。损耗还包括开关设备和其他载流设备（例如控制和保护电路）的损耗。减少损耗的设计指南包括：

• 位于变压器、开关设备的负载中心的中心，以便：
• 减少电缆长度
• 减少损耗和电压降
• 尽可能缩短公交车和水龙头，以便：
• 减少辅助单元变压器和发电机之间的距离
• 将较小电缆的电缆直径增加一号或最多两号，以获得以下好处：
• 更低的欧姆损耗
• 使用更少不同电缆尺寸的更多电缆可减少安装过程中的浪费，并获得更好的条款，例如最低订购量。

在确定它们之间的连接之前，先布置主要设备。确定最小允许直径电缆的设计选择，以降低初始材料成本，但代价是更大的生命周期运营成本。

电缆设计确定

确定互连负载之间电缆的横截面必须根据操作条件和电缆长度进行计算。影响电缆横截面的因素包括：

• 考虑到环境温度和布局方法，在正常条件下允许的负载。
• 热短路强度
• 在正常条件和启动阶段沿电缆运行的允许电压降。
• 在发生过载和尽可能小的短路电流时保护设备响应以中断危险电压。

光缆线路规划

复杂设施安装、发电厂和开关站中的电缆布线需要工程师和规划人员进行大量工作。它涉及安排电缆以提供起点和最终目的地之间的最短路径，同时确保某些组合不会相互产生不利影响。

计算机辅助设计 (CAD) 已被广泛用作开发和设计正确实施组件和布线布局的手段。在开发功能齐全且节能的流程时，发电厂设施需要格外小心。

E3.3D 路由桥

E3.3D Routing Bridge 与机械 CAD 软件完全集成，可轻松实现路径布线。确定电线长度、直径和互连组件之间电缆选择的标准从未如此简单。

为了帮助争取最好的展示设计，Zuken 已经在 E3.series 和所有主要 MCAD（机械 CAD）供应商之间建立了联系，允许创建完全集成的设计模型。使用 E3.3D Routing Bridge，E3.series 的原理图和连接信息可以连接到所有主要的 MCAD 系统。功能包括：

• 将组件信息传输到 MCAD（连接器、引脚、接头）
• 从数据到 MCAD 的传输
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• 检查导线弯曲半径
• 在 MCAD 中自动计算导线和线段的长度
• 在 E3.Formboard 中自动创建制造文档

E3.原理图

设计和记录电气控制系统，包括示意图、终端计划和 PLC。它有助于在您设计时防止错误，因此您可以开发系统以实现最佳节能设计。简单的拖放界面可节省设计连接和开发组件的时间，从而将更多时间用于提高工厂效率，减少产品开发。通过多个平台轻松集成工作，以实现机械和电气设计之间的集成。当在电气考虑之前设计机械和控制系统时，这为电气工程师的设计开发带来了进步。 E3.Schematic 提供以下功能以简化设计阶段：

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