凝汽式火电厂电气一次部分设计

这次设计的是凝汽式火力发电厂。主要对一下几个内容进行分析和设计：首先需要对主接线进行选择，设计主接线的原则是将可靠性、经济性和灵活性三者综合考虑的。因为本次设计所需的机组容量比较大，对主接线的可靠性要求非常高，所以就单母线的接线方式而言可以暂不考虑，重点考虑双母接线以及一台半断路器的接线方式。然后就是对主变压器、联络变压器的型号进行确定，在Ⅰ类负荷情况下保证检修也不能停电。最重要的是进行了三相短路计算，并根据最后的结果选择隔离开关、断路器、电流互感器、电压互感器并进行了短路状态进的校验。

关键词

电气主接线 、短路电流 、电力变压器 、高压电气设备 

abstract

This design is the thermal power plant. Its design content mainly includes following several aspects: First was has carried on the choice to the electrical host wiring plan, considered had the large capacity big unit to this power plant the characteristic after the entire factory power cut will affect supplies power, therefore hosting wiring way design request redundant reliability; Then to the main transformer, contacted the transformer the model to carry on the determination, afterwards carried on again three-phase short-circuits the computation; Finally has chosen the isolator, the circuit breaker, the current transformer, the voltage transformer and the basis moves stable and the thermally stable carries on the verification. Designs the host wiring the principle is reliable, so the efficient and flexible three syntheses considerations.

Keywords：

electrical host wiring plan           short-circuit current

power transformer                 high-handed electric equipment

引     言

设计工作是工作建设的关键环节。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建设投产后的运行安全可靠性和生产的综合效益，起着决定性的作用。设计是工程建设的灵魂。

设计是一门涉及科学、技术、经济和方针等各方面的综合性的应用技术科学。设计又是先进技术转化为生产力的纽带。

电力行业是国民经济发展的基础和关键，国家“十一五”计划着重发展火电、水电、核电，高质量的电力资源和可靠的供电水平是衡量电力行业发展的指标，电力的发展与时俱进。<<发电厂电气部分>>是电力专业的一门主要课程, 主要包括课堂讲学、课程设计、生产实习三个主要部分。在完成理论学习的基础上，为了进一步加深对理论的理解，进行了本次课程设计。

本次对凝气式火电厂的主接线进行设计，该火电厂的装机容量为2×200MW + 2×300MW、电力负荷有220KV与110KV两个电压等级，其中220KV接入系统110KV接线形式的设计和发电机接线形式的设计。首先，通过对各段接线形式的设计，拟定了三种可行性方案；然后通过方案比较选取了我认为最优的主接线方案，之后对厂用电主接线形式也进行了简单设计。随后进行了短路计算、高压断路器、隔离刀闸、电压互感器和电流互感器等电气设备的选择，最后对配电装置的选择进行了简要介绍和选择。

本次设计参考了《电力工程电气设计手册》、《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《大型火力发电厂厂用电系统》等技术资料。设计过程中得到了各位老师的重要指导；此外，还得到了一些同学的帮助。在此深表谢意。

由于本人水平有限，设计中难免存在不足之处，希望大家多多指正，谢谢！

凝汽式火电厂电气一次部分设计

1.系统与负荷资料分析

设计电厂为大型凝气式火电厂，其容量为2×200MW + 2×300MW，最大单机容量为300MW，即具有大型容量的规模、大型机组的特点。当电厂全部机组投入运行后，将占电力系统总容量1000/（16000+1000）≈5.88%，小于电力系统的检修备用容量和事故备用容量15%的标准，说明该电厂在未来电力系统中的作用和地位不是至关重要的。从年利用小时数看，该电厂年利用小时数为6000h/a>5000h/a，又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此，该厂主接线要求有较高的可靠性；从负荷特点及电压等级可知，该电厂具有110KV和220KV两级电压负荷。110KV电压等级有8回架空线路，承担一级负荷，最大输送功率为180MW,最大年利用小时数为4000h/a，说明对其可靠性有一定要求；220KV电压等级有10回架空线路，承担一级负荷，最大输送功率为1000MW，最大年利用小时数为4500h/a,最大可能接受本厂送出的电力为1000-1000×6%=940MW，可见其可靠性要求较高，为保证检修出线断路器不致对该回路断电，拟采用带旁路母线接线形式。最大发电机出口电压为18KV，既无直供负荷，又无特殊要求，拟采用单元接线形式，可节省昂贵的出口断路器，又有利于配电装置的布局。

2.电气主接线

电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能组成的接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。对电气主接线的基本要求，概括起来主要包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。因此，在设计电气主接线时应从这三方面出发。此外，还应考虑未来5-10年的发展。

2.1主接线方案的选择

   发电厂生产的首要问题是发电、供电的可靠性问题。主接线的设计，首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程中的损耗，以保证供电的连续性。为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，拟从以下几个方面考虑：

(1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

(2) 断路器和母线故障以及母线维修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部和部分二级负荷的供电。

(3) 尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。

(4) 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。

所以对大、中型发电厂电气主接线，除一般定性分析其可靠性外，还需进行可靠性定量计算。

主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全，扩建、发展方便。

主接线的可靠性与经济性应综合考虑，在满足技术要求前提下，尽可能投资省、占地面积少、电能损耗少、年费用（投资与运行）为最小。

2.1.1各电压等级接线形式的拟定

根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合方式，组成最佳可比方案。

(1) 110KV电压等级  110KV电压等级：架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，Tmax＝4000h/a。为保证不停电检修出线断路器，可采用单母线分段带旁路或双母接线接线形式。由于四台发电机组单机容量2×200MW + 2×300MW，而110KV侧的最大负荷为180MW，其全年平均负荷为180×4500÷8760=92.47MW。，通常200MW及以上的发电机组不接在110KV电压等级及以下电压等级母线上，所以发电机不与110KV侧连接，而是联络变压器从220KV侧引接来给110KV侧负荷供电，考虑其带一级负荷，所以必须带两台联络变压器互为备用。这样做虽然多了一个变压器，使变压器损耗增加，但是相对110KV侧有发电机组来说，其可靠性和安全性将大大提高，事故率大大减小，也不会大量积压发电能力。因此，对于110KV电压等级，拟采用不接发电机组的方式。

(2) 220KV电压等级  出线为10回架空线路，承担一级负荷，为使其检修出线断路器时不停电，且其出现回路较多，可采用双母线带旁路或双母线分段带旁路接线形式，充分确保供电的可靠性和灵活性。考虑到200MW及以上机组对供电可靠性要求高，将采用分相封闭母线直接与主变压器连接，可节省昂贵的出口断路器和隔离开关，大大短路电流，提高可靠性，减少事故的发生。所以四台发电机组均采用单元接线形式接在220KV电压母线上。发电机选型及参数见表1.1。

表1.1 发电机选型及参数

根据以上分析、筛选、组合，可保留以下三种可行性主接线方案。

   方案一发电机出口采用分相封闭母线；110KV电压等级采用单母线分段带旁路接线形式，分段断路器兼旁路断路器并且旁路母线接至电源侧；220KV电压等级采用双母线带旁路接线形式，并设有专用旁路断路器。4台机组按发电机-变压器单元接线形式接至220KV电压母线上；220KV电压母线和110KV电压母线之间设有两台联络自藕变压器；通过这两台联络变压器由220KV电压母线给110KV侧负荷供电。见图1.1所示。

  图1.1  110KV单母分段带旁路220KV双母带旁路图

方案二  发电机出口采用分相封闭母线；110KV电压等级采用双母线带旁路接线形式。220KV电压等级采用一台半短路器接线方式。，4台机组按发电机-变压器单元接线形式接至220KV电压母线上；同方案一一样，110KV和220KV两电压等级之间设两台联络变压器。见图1.2所示。

图1.2 110KV双母带旁路220KV一台半接线

方案三  发电机出口采用分相封闭母线；110KV电压等级采用双母线接线形式， 220KV电压等级采用双母分段带旁路接线形式；两电压等级之间也设也两台联络变压器。接线图如附图III所示。

2.1.3 主接线方案的比较与选择      

三个方案发电机都是采用单元接线且出口端都采用分相封闭母线，厂用电均从发电机出口端引接，所以不需要比较。对于110KV电压等级接线形式，方案一采用的是单母线分段带旁路接线形式，方案二和方案三采用的是双母线接线形式或带有旁路。从可靠性上看，方案一要比方案二和方案三的可靠性要低，考虑到110KV侧也是接的Ⅰ类负荷，应该被排除。从经济性方面看，方案二接的是一台半断路器接线，通常在330KV-550KV配电装置中，当进出线为6回及以上，配电装置在系统中具有重要地位，则宜采用一台半断路器接线。对于220KV等级的主接线来说双母带旁路已经足够了，经济上将更划算，从灵活性方面看，方案一运行方式单一，灵活性最差，方案二一台半断路器接线方式运行方式的可靠性和灵活性很高，但通常在500KV及以上的超高压电网中得到广泛应用，特别是其投资太大，需要的断路器太多，成本太高。考虑220KV侧有10回架空线路承担一级负荷供电，要求有较高的可靠性，采用双母线单分段接线形式。因此，220KV侧选用双母线单分段带旁路接线形式。通过比较可知，三种方案中方案三是最优方案，所以选择方案三作为该凝汽式火电厂的主接线方案。

2.2 主变压器的选择与计算

2.2.1 变压器容量、台数和型式的确定原则

(1) 单元接线的主变压器容量的确定原则

       .发电机与主变压器为单元接线时，主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择： 按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。.按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。

(2) 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则

满足两种电压网络的各种不同运行形式下，网络间有功功率和无功功率的交换。其容量一般不小于接在两种母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求。

(3) 变压器台数的确定原则

发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联系的中、小型发电厂和低压侧电压为6-10KV的变电所或与系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。

(4) 主变压器型式的确定原则

选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。

选择主变压器的相数，需考虑几点原则：当不受运输条件时，在330KV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器；当发电厂和系统连接的电压为500KV时宜经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升压到500KV的，宜选用三相变压器；对于大型三相变压器，当受到制造条件和运输条件的时，则宜选用两台小容量的三相变压器来取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。对于最大机组容量为200MW及以上的发电厂，通常采用双绕组变压器加联络变压器，当采用扩大单元接线时，应优先选用低压绕组变压器，这样，可以大大短路电流。

变压器三绕组的接线组别必须与系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星型“Y”和三角形“D”两种。变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。我国规定，110KV及以上电压等级，变压器三绕组都采用“YN”连接；35KV采用“Y”连接，其中性点通过消弧线圈接地；35KV以下高压电压，变压器三绕组都采用“△”连接。在发电厂和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及三次谐波对电源的影响因素，根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般选用YN，d11常规接线。

2.2.2 变压器的选择与计算

按照变压器容量、台数和型式的确定原则，该发电厂主接线采用四台三相双绕组主变压器和两台联络变压器。四台主变压器分别和四台发电机组组成单元接线，联络变压器选用三相三绕组降压变压器。

(1) 主变压器的选择

对于与两台200MW机组相连的主变压器，其输送容量为200-200×6%，200MW发电机的功率因素是0.85，所以这两台变压器的容量为（200-200×6%）×(1+0.1) /0.85=243.3MVA,考虑已经给它留了1.1的裕度，所以选择容量为240MVA的变压器即容量为240MV的双绕组升压变压器，具体型号选择SFP37-240000/220,其参数见表2.1。同理可得，对于与两台300MW机组相连的主变压器，其容量为（300-300×6%）×1.1/0.85=365MW,所以选择容量为360MVA的双绕组升压变压器，具体型号选择SFP3-360000/220,其参数见表2.1。    

(2) 联络变压器的选择

因为是Ⅰ类负荷，两台联络变压器的容量和形式一样且互为备用，为保证变压器检修时不停电，其容量要保证本侧的负荷要求，S=(180÷0.85)×1.1=232， 选择接近标准容量为240MVA的变压器即容量为240MVA的三相三绕组降压自耦变压器，具体型号选择SSPS-24000／220。当一台联络变压器故障或停运检修时，240×0.85MW>180×70%MW即选择容量为240MVA的三绕组降压变压器能够满足要求。其参数见表2.1。

(3) 厂用变压器的选择

本次设计厂用电系统主接线采用单母线分段接线方式，厂用电分别从四台发电机的出口端引接，因此，需要四台厂用变压器。由于四台发电机都属于大型机组，为短路电流，提高可靠性，四台变压器均采用低压绕组变压器，两低压侧分别接到两段母线上，达到相互备用的效果。厂用电通常采用6KV电压等级。对应于300MW机组的厂用变压器，由于机端电压为18KV，其各侧电压为18/6.3/6.3，容量为300×6%/0.85=21.18MVA，选用SFPF-31500/18绕组变压器。对应于200MW机组厂用变压器，由于机端电压为15.75KV，其各侧电压为15.75／6.3／6.3，容量为200×6%／0.85=14.12MVA,选用SFFL-25000/15绕组变压器其参数见表2.1。

2.3 厂用电接线方式的选择

2.3.1对厂用电接线的基本要求

   厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全，经济和满发的运行。 厂用电接线应满足的下列要求：

     （1）各机组的厂用电系统应是的。特别是200MW及以上机组，更要做到这一点。一台机组的故障停运或其辅机的电气故障，不应影响到另一组机组的正常运行。并能在短时间内恢复本机组的运行。

      （2）充分考虑机组启动和停运过程中的供电要求。一般应配备可靠地启动电源。

      （3）充分考虑电厂分别建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。

      （4）200MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电时，可以快速启动和自动投入，向保安负荷供电。

2.3.2 火力发电厂厂用电接线的设计原则

①厂用电接线的设计原则基本上与主接线的设计原则相同。②应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；③厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电还④应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。⑤在设计厂用电接线时，对厂用电的电压等级、中性点的接地方式等问题进行分析和论证。

实践经验表明：对于火电厂，当发电机容量在60MW及以下，发电机电压为10.5KV时，可采用3KV作为厂用高压电压；当容量在100MW—300MW时，宜选用6KV作为厂用高压电压；当容量在300MW以上时，若技术经济合理，可采用3KV和10KV两段电压。

火电厂厂用电率较大，为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，且便于运行、检修，一般都采用“按炉分段”的接线原则，即将厂用电母线按锅炉的台数分成若干段，既便于运行、检修，又能使事故影响范围局限在一机一炉，不致影响正常运行的完好机炉。低压380/220V厂用电的接线，对大型火电厂，一般采用单母分段接线，即按炉分段。

2.3.3厂用电接线形式的拟定

依据对厂用电接线的基本要求，在本次设计中，厂用电接线采用单母线分段的接线方式。分段采取“按炉分段”的接线原则，由于本厂发电机组的容量等于300MW或200MW，其锅炉的容量亦较大，为了安全起见，每个锅炉用两段厂用母线供电，即共分为四段，并且保证厂用负荷在各段上尽可能分配均匀。本厂机组容量介于100MW-300MW之间，选用6KV作为厂用高压电压.

厂用工作电源从发电机出口端引接，通过绕组厂用高压变压器给6KV厂用高压母线供电，厂用高压变压器两低压侧分别接在两段厂用母线上。从6KV厂用母线上以变压器分别引接到低压厂用段母线，构成厂用低压系统。由于该电厂为大型电厂，应设置事故保安电源。本次设计中，备用母线段备有柴油发电机作为事故保安电源。

2.4 主接线中设备配置的的一般规则

    配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分，在电力系统中起着接受和分配电能的作用。配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组件而成的总体装置。其作用 是在正常的运行情况下，用来接受和分配电能，而在系统刚发生故障时，迅速切断故障部分，维系系统正常工作。为此，配电装置应满足下述基本要求。

1． 保证运行可靠.要按照系统 和自然条件以及有关规程要求合理选择电气设备，使选用的电气设备具有正确的技术参数，保证具有足够的安全间距。

2．便于操作、巡视和检修. 配电装置的结构和布置应力求整齐、清晰，便于操作巡视和检修；配电装置的结构应使操作集中，尽可能避免运行人员在操作一个回路时需要走几层楼或几条走廊。

3．保证工作人员的安全.为了保证工作人员的安全，对配电装置应采取一系列措施，

4．力求提高经济性.在满足上述的前提下，电气设备的布置应紧凑，节省占地面积，节约钢材、水泥和有色金属等原材料，并降低造价。

5．具有扩建的可能.要根据发电厂和变电站的具体情况，分析是否有发展和扩建的可能。

3短路电流的计算

短路计算在设计发电厂主接线的过程中有着重要作用，它为电气设备的选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。当短路发生时，对发电厂供电的可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能导致电力系统失去稳定，甚至造成系统解列。因此，对短路事故的计算是非常有必要的，而且是必须进行一项工作。

3.1短路计算的一般规则

    (1) 验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划内容计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本工程建成后5至10年）。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

(2) 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具体反馈作用对异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

(3) 选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大的点。对带电抗器的6KV至10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔离板前的引线和套管的计算短路点选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点选择在电抗器后。

(4) 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的两相短路严重时，则应按严重的情况计算。

3.1.1 短路计算的基本假设

短路电流的计算中，常采用以下假设和原则：

(1)  正常工作时，三相系统对称运行；

(2)  所有电源的电动势相位角相同；

(3)  系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流以及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差

120度电角度；

(4)  电力系统中，各个器件的磁路不饱和，即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小变化而变化； 

(5)  同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；

(6)  短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

(7)  不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

(8)  除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，器件的电阻都忽略不计；

(9)  器件的参数都取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围；

(10) 输电线的电容略去不计；

(11) 用概率统计法制定短路电流运算曲线。

3.2 短路电流的计算

    短路电流由于其值很大，在极短的时间内就能产生较大的损耗，由于来不急散发热量而造成电气设备的温度急剧升高，引起设备的老化或损坏，对供电的可靠性产生影响。当所选设备不能满足短路电流的时，对供电的可靠性将产生极为严重的影响。为此，在设计主接线时，应计算短路电流。

短路电流计算的目的是为设备的选型提供依据；初步考察短路事故对发电厂以及系统的可靠性和稳定性的影响，为电厂主接线形式的选定、继电保护装置的选择和整定计算提供依据。此外，通过对短路电流的计算，还可初步确定系统的损耗，为发电厂的经济运行提供依据。

本次短路计算中，选取了两个短路计算点，110KV母线和220KV母线上各一个；短路类型定为对系统影响最为严重的三相短路。 

3.3 短路电流的计算表

短路电流计算的结果如表3.1所示，详细计算过程见附录Ⅰ

电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件不一样，具体选择方法也不尽相同，但对它们的基本要求是一致的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。在进行电气设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。

4.1电气设备选择的一般原则

(1) 所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；在满足可靠性要求的前提下，应尽可能的选用技术先进和经济合理的设备，使其具有先进性；

(2) 应按当地环境条件对设备进行校准；

(3) 所选设备应予整个工程的建设标准协调一致；

(4) 同类设备应尽量减少品种；

(5) 选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。

4.2电气设备的选择条件

正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。电器要能可靠的工作，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

4.2.1按正常工作条件选择电器

(1) 额定电压和最高工作电压  所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即Ualm≥Usm。

一般情况下，当额定电压在220KV及以下时电器允许最高工作电压Ualm是1.15UN；额定电压是330KV—500KV时为1.1UN。而实际电网的最高运行电压Usm不会超过电网额定电压的1.1倍，因此在选择电器时一般可按电器额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择,即UN≥UNs。

(2) 额定电流  电器的额定电流IN是指额定周围环境温度下，电器的长期允许电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即IN≥Imax。

由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定（1.2~3倍变压器额定电流）；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%～80%；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。

此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。

4.2.2按短路情况校验

(1) 短路热稳定校验

    短路电流通过电器时,电器各部分的温度应不超过允许值.满足热稳定的条件为It×It×Tk≥Qk ；式中Qk为短路电流产生的热效应，It、t分别为电器允许通过的热稳定电流和时间。

(2) 电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为ies≥ish，Ies≥Ish；式中ish、Ish分别为短路冲击电流幅值和有效值，ies、Ies分别为电器允许的动稳定电流的幅值和有效值。

(3) 按当地环境条件来校验

在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境条件，当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。例如：当地区海拔高度超过制造部门的规定值时，由于大气压力、空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降，一般当海拔在1000—3500m范围内，若海拔比厂家规定值每升高100m，则电器允许最高工作电压要下降1%。当最高工作电压不能满足要求时，应采取高原型电器，或采用外绝缘提高一级的产品。对于110KV及以下电器，由于外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。

当污秽等级超过使用规定时，可选用有利于防污的电瓷产品，当经济上合理时可采用屋内配电装置。我国目前生产的电器使用的额定环境温度为40℃，如周围环境温度高于40℃（但≦60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8%进行修正，当环境温度低于+40℃时，额定电流可增加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。

4.3  电气设备的选择

   电气设备的具体选择与动稳定校验和热稳定校验过程见附录Ⅱ。

4.4电气设备选择结果表

表4.1 110 KV侧的断路器和隔离开关选择表

表4.4                  各部分电流互感器的选择

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。在电力系统中起着接受和分配电能的作用。它是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，其作是在正常运行情况下，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维系系统正常部分。

5.1配电装置选择的一般原则

配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济，遵循有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修以及施工方面的要求，合理指定布置方案和选用设备，积极慎重的采用新的布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。火力发电厂及变电所的培植形式的选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。配电装置应满足以下四点要求：

(1) 节约用地。我国人口众多，但耕地不多，因此节约用地是我国现代化建设的一项带战略性的方针。

(2) 运行安全和操作巡逻方便。配电装置要整齐清晰，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求。使配电装置在一旦发生事故时，也能将事故在最小范围和最低程度，并使运行人员在正常的操作和处理事故中不致发生意外，以及在维修维护中不致损害设备。此外还应重视运行维护时的方便条件。

(3) 便于检修和安装。对各种形式的配电装置，都要妥善考虑检修和安装的条件。此外还必须考虑分期建设和扩建过渡的便利。

(4) 节约材料，降低造价。配电装置的设计还应采取有效措施，减少三材消耗，努力降低造价。

5.2配电装置的选型和依据

     配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按其组装方式，又可分为装配式和成套式。在现场将电器组装而成的成为装配配电装置；再制造厂按要求预先将开关电器、互感器等组成各种电路成套后运至现场安装使用的称为成套配电装置。在发电厂和变电站中，35KV及以下的配电装置多采用屋内配电装置；其中3～10KV的大多采用成套配电装置；110KV及以上的配电装置大多采用屋外配电装置。成套配电装置一般布置在屋内，110～500KV 的SF6全封闭组合电器也已得到应用。

此次设计的环境因素可以忽略，依据经验综合所有条件和技术，选用屋外式中型配电装置。

5.3主接线中设备配置的一般原则

5.3.1 、隔离开关的配置

（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关；容量为200MW及以上大

机组与双绕组变压器的单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。

（2）在出线上装设电抗器的6~10KV配电装置中，当向不同用户供电的两

回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。

（3）接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。

   （4）一台半断路器接线中，视发变电工程的具体情况，进出线可装设隔离开关也可不装设隔离开关。

   （5）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。

   （6）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。

5.3.2、电压互感器的配置

（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、

同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。

（2）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。旁路母

线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感顺的情况和需要确定。

   （3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

   （4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。

   （5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。

5.3.3、电流互感器的配置

（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、

保护和自动装置要求。

（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器；发电机和变压器的中

性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。

   （3）对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。

   （4）一台半断路器接线中，线路一线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。

结束语

本次课程设计到此就结束了，通过这次设计粗略的了解了发电厂的设计方法，并把一年来所学的理论和实践结合起来，特别是将原来没有重视或重视不够的地方重新清晰化、条理化了。在短路计算中，有很多很细微但是很重要的东西，例如求转移阻抗，等值电路化简等基础内容并不能完整的的完成。一些原本在课堂上必须掌握的东西却不了解，可见在以前的学习过程中还很不扎实，有很多欠缺，特别是将各门知识综合运用的能力不是很强。

本次设计是对人的一次综合的训练，从查资料到电力系统分析到发电厂电气部分最后到利用CAD软件进行作图都需要自己亲手去尝试，不仅要学好还要用好。

总的来说，通过这次设计，在获得知识之余，还增强了工作能力，增加了工作阅历，得到了不少的收获和心得。在思想方面上更加成熟，个人能力也有进一步发展，对以后的生活和工作有很大的帮助。

  最后此次设计的顺利完成与同学的合作互助是分不开的，在同学们的帮助下很多问题才能解决。当然更与老师的悉心教导、指点分不开的，由于老师们的耐心指导才使设计得以顺利进行下去，在此对他们提出衷心的感谢。

 参考文献

[1]．熊信银 .发电厂电气部分.[M]. 北京：中国电力出版社 2004.

[2]. 何仰赞 .电力系统分析.[M]武汉：华中科技大学出版社 2002.

[3]. 戈东方 .电力工程电气设计手册. [M]. 北京：中国电力出版社 1998.

[4]. 曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料. [M].北京：中国电力出版社1995.

[5]. 黄其励 .电力工程师手册.[M].北京：中国电力出版社 2002

[6]. 张大森 .中小型变电站电气设备的原理和运行.[M].北京：中国科学出版社 1991.

[7]. 周文俊 .电气设备实用手册.[M].北京：中国水利水电出版社 1999.

[8]. 周  章 .输配电设备手册.[M].北京：机械工业出版社 2000.

[9]. 卓乐友.电力工程电气设计200例.[M].北京：中国电力出版社；

[10].东北电业管理局调度通信中心.电力系统运行操作和计算（修订版）.[M]. 沈阳：辽宁科学技术出版社，1996，10；

[11]. 中国电器工业协会.输配电设备手册.[M]. 北京：机械工业出版社；

[12]. 冯炳阳.输电设备手册.[M].北京：机械工业出版社；

[13]. 周文俊.电器设备实用手册.[M].北京：中国水利水电出版社

[14]  卓乐友.电力工程电气设计手册电气一次部分.中国电力出版社.2003

[15]  姚春球.发电厂电气部分.中国电力出版社.2004

[16]  傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算.中国电力出版社.2004 

[17]  戈东方.电力工程电气设备手册.电气一次部分.中国电力出版社.1998

[18]  马玉琴.青铜峡水电站计算机监控系统的设计与开发.西安理工大学专业学位论文.2005

附录Ⅰ　　短路计算

因为母线上的短路电流是最大的，所以只对母线的三相短路计算。

选取SB=1000MW，UB=Uav。其余参数见表1.3

200MW的发电机选取QFQS-200-2, =0.1443,

    300MW的发电机选取QFSN-300-2,x= 0.1915 

                 附一 短路等值电路

电抗的计算：

     200MW 发电机：  Xd=×SB/SN=0.1443×1000/(200/0.85)=0.6133

      300MW发电机：Xd=×SB/SN=0.1915×1000/(300/0.85)=0.5425

主变压器：

200MW变压器 ： XT1= U2%/100×SB/SN2=0.14×1000/240=0.5833

300MW变压器 ：XT2= U2%/100×SB/SN2=0.143×1000/360=0.3972

  联络变压器： 

                US1=1/2(U1-2＋U1-3－U2-3)=1/2(24.5+14.5-8.5)=15.25

                        US2=1/2(U1-2＋U2-3－U1-3)=1/2(24.5+8.5-14.5)= 9.25

                        US3=1/2(U1-3＋U2-3－U1-2)=1/2(14.5+8.5-24.5)= -1.5

        X1= US1/100×SB/SN1=15.25/100×1000/240=0.6350

        X2= US2/100×SB/SN2= 9.25/100×1000/240= 0.3850

        X3= US3/100×SB/SN3= -1.5/100×1000/240= -0.0625(接厂备用，忽略)

所以：

      系统：    XS=SB/S=1000/8000=0.1250

 对200MW的发电机      X1=1/2(XT1＋Xd)=1/2(0.5833+0.6133)=0.5983

 对300MW的发电机      X2=1/2(XT2＋Xd)=1/2(0.3972+0.5425)=0.4699

 对联络变压器：          X3=1/2(X1＋X2)=1/2(0.6350+0.3850)=0.5100

2、f1点短路时短路电流计算：

转移电抗的计算：  对200MW的发电机  Xf(G) = X1=0.0616,  

                  对300MW的发电机  Xf(G) = X2=0.0616    

对系统              XfS = XS=0.025

计算电抗的计算：  

200MW的发电机  Xjs1=Xf(G)1 ×SN1/SB=0.5983×2×（200／0.85）/1000=0.29

300MW的发电机  Xjs2=Xf(G)2 ×SN2/SB=0.4699×2×（300／0.85）/1000=0.3317

     对系统      Xjs= XfS=0.125

发电机的额定电流：  

200MW的电机  ING1=SN1/（×UaV）=1.181(KA)

300MW的发电机   ING2=SN2/（×UaV）=1.772(KA)

系统的额定电流：   INC= SB /（×UaV）*1/ XfS =1000/（×230）*1/0.125=20.08(KA )

有名值I=标幺值I×IN    

系统回路的短路电流值恒为： I=20.08(KA )

3、f2点短路时短路电流计算：

转移电抗的计算：  

200MW的发电机     X’f(G) = X1 X3 (1/ X1 + 1/ X2 +1/ XS + 1/ X3 )=4.1990

300MW的发电机     X’f(G) = X2 X3 (1/ X1 + 1/ X2 +1/ XS+ 1/ X3 )=3.298

对系统            XfS = X1 X3 (1/ X1 + 1/ X2 +1/ XS + 1/ X3 )=0.8772

计算电抗的计算：

200MW的发电机   X’js1= Xf(G)1 ×SN1/SB=4.1990×2×(200/0.85)/1000=1.9760    

300MW的发电机   X’js2= Xf(G)2 ×SN2/SB=0.3317×2×(300/0.85)/1000=2.328 

对系统          X’js2= XfS =0.8772

发电机的额定电流：200MW的发电机  ING1=SN1/（×UaV）=2.360(KA)

                  300MW的发电机   ING2=SN2/（×UaV）=3.545(KA)

系统的额定电流：   INC= SB /（×UaV）*1/ XfS =1000/（×115）*1/0.8772=5.723(KA )

有名值I=标幺值I×IN

系统的额定电流：  I’NC=5.723(KA)

以上为短路点d1,d2的计算过程，短路电流值如表3.1所示：

附录Ⅱ 电气设备的选择和校验

1.高压断路器的选择(QF)

(1) 断路器的种类和形式的选择

因为110KV侧有8回出线，220KV侧有10回出线，所以接入110KV,220KV侧的高压断路器应选择SF6断路器。

(2) 额定电压的选择

110KV侧: UN= UNs =1.1×110KV=121KV

220KV侧: UN= UNs =1.1×220KV=242KV

(3) 额定电流的选择

110KV侧: IN≥Imax=1.05×=1.05×180×/(1.732×121×0.85)=1.061KA

220KV侧: IN≥Imax=1.05×300/（1.732 ×0.85×242）=0.884KA

(4) 开断电流的选择

高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量IPt,为了简化计算可应用此暂态电流I"进行选择,即INbr≥I"。

110KV侧: INbr≥I"=8.508KA

220KV侧: INbr≥I"=30.425KA

(5) 短路关合电流的选择

为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流INcl 不应小于短路电流最大冲击值Ish，即INcl≥Ish。

110KV侧: INcl≥Ish=2.69I"=22.887KA

220KV侧: INcl≥Ish=2.69I"=81.843KA

(6)短路热稳定校验

短路电流通过电器时，电气设备各部件温度应不超过允许值。

满足热稳定的条件为

It2t≥Qk                                            

其中   Q--------短路电流产生的热效应；

 I,t----电气设备允许通过的热稳定电流和时间。其中

取tk(短路切除时间)=4s。

110KV侧: I"=8.508KA   I2 =8.487KA   I4=8.487KA

周期分量热效应Qpt= (I"2+10I22+I42)×tk/12=288.24[(KA)2·s]

t>1s不计非周期分量 Qk = Qpt

220KV侧: I"=30.425KA   I2 =26.9KA   I4=26.955KA

周期分量热效应Qpt= (I"2+10I22+I42)×tk/12=2974.28[(KA)2·s]

t>1s不计非周期分量 Qk =Qpt

(7)动稳定校验         

   电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为                    

ies ≥ish      

其中ies------------电气设备允许通过的动稳定电流幅值

    ish  ------------短路冲击电流幅值

110KV侧: ies ≥ish= 2.69I"=22.887KA

220KV侧:  ies ≥ish= 2.69I"=81.843KA

选择结果记入表4.1

2.高压隔离开关的选择(QS)

选择方式与计算方式同高压断路器。

器件选择结果记入表4.2

3.电压互感器的选择(TV)

选择方式与计算方式同高压断路器

器件选择结果记入表4.3

4.电流互感器的选择(TA)

选择方式与计算方式同高压断路器

器件选择结果记入表4.4