某火力发电厂电气部分设计

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题    目：某火力发电厂电气部分设计

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学    号：************

专    业：电气工程及其自动化

班    级：电气05-1

指导教师：李子剑  讲师

某火力发电厂电气部分设计

摘  要

火力发电在我国的起步较早，经过近几十年的迅速发展，各项措施已得到了不断的完善，但我们仍然还能够发现一些不足，如有关发电厂电气部分设计的一些不合理性、保护性措施的欠缺等。这些都需要我们通过设计出更加合理的方案来解决这些问题。

本文将针对某火力发电厂的设计来对这些问题进行探讨，主要是对电气方面进行研究，期望提出更加合理的方案来完善现有设施。首先将会对火力发电的有关内容做一阐述，并对火力发电的现状做一描述；随后对火力发电厂的电气主接线设计和防雷保护的原理部分进行介绍，最后将给出该火力发电厂的主接线的设计和防雷保护的具体实现。

关键词：火力发电；电气主接线；防雷保护

 Electrical Design of a Thermal Power Plant

Abstract

Thermal power plant in China started early, after the rapid development in recent decades, various measures have been continuously improving, but we can still find a number of shortcomings, such as the design of some unreasonable in the electric power plants, the lack of the protection measures in some places. This requires us to design a more reasonable option to solve these problems.

 In this paper, the design of a coal-fired power plant will be put to explore these problems, mainly for studying the aspect of the electrical, put forward a more reasonable plan to improve the existing facilities. First of all, the paper will make a content of the power plant; secondly, the paper will introduce the owners of coal-fired power plants for electrical wiring design and lightning protection of the principle parts. Finally the paper will give the power of the main wiring plant design and the practice of the lightning protection.

Key words: Thermal power; electrical main wire; lightning protection

第一章  绪论

1.1 课题提出的背景

能源是我国国民经济的基础。煤、石油、天然气、核能均可作为发电燃料，其中应用最广泛的是煤。我国发电以燃煤为基础，以火电为主的基本格局，在短期内不会改变。

我国煤炭资源丰富，而石油资源相对短缺，目前的一些燃油电厂已有不少改为燃煤，因此现在火力发电燃料主要是指煤。电力燃料质量，直接关系到火力发电厂的成本及锅炉机组的安全经济运行。目前燃料费用约占电厂发电成本的70%左右，这就要求我们必须重视并切实加强燃料试验工作，并还要对火力发电厂的电气部分进行改进，使之能够更好地为发电厂的各项工作服务，达到经济、科学、稳定和安全的相统一。

电力工业在国民经济起着重要的作用，是关系着国计民生的基础产业，同时也是世界各国经济发展战略中的优先发展重点，因此对发电厂电气部分的研究和设计也显得尤为重要。

1.2 课题研究的目的和意义

火力发电由于起步较早，到目前为止各项措施已取得了不断的完善和发展，其电气部分也得到很大的进展，但仍然存在一些不足期待改进。这就要求我们改善这些不良方面，最大限度的发挥经济效益，并减少事故的发生。

火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能产生出电能的工厂。按其功用可分为两类，即凝汽式电厂和热电厂。前者仅向用户供应电能，而热电厂除供给用户电能外，还向热用户供应蒸汽和热水，即所谓的“热电联合生产”。

目前采用最广泛的发电形式是利用煤的燃烧来获得电能，而我国煤的储量也是相当

丰富的，因此本课题的提出具有很大的现实意义，如何设计好火电厂的电气主接线及各项保护性措施，就显得尤为重要。

1.3 课题研究的主要内容

1.火力发电厂的发电原理和电气方面的研究

通过对火力发电有关文献的参考，明白我国火力发电的现状及未来的发展趋势。研究火力发电的工作过程，了解火力发电系统的组成、工作过程及工作原理。通过阅读有关火力发电厂的主接线图及相关介绍，明确主接线的设计规则和防雷保护的具体实现。

2.某火力发电厂电气主接线的设计

通过分析某地区火力发电厂的相关资料，设计出一种实用性、经济性和可靠性相结合的电气主接线；在此基础上，正确地选择所用的电气设备，并对主接线的基本构造及特点做一介绍。

3. 某火力发电厂防雷保护的设计

按照已经设计出的电气主接线图，研究该系统防雷保护的具体实现方法和工作原理。

1.4 本章小结

本章概要介绍了课题研究的背景和设计的思路，还介绍了课题研究的目的和意义，提出课题研究的必要性，最后介绍了本课题研究的主要内容。

第二章 火力发电厂的发电原理

2.1 火力发电厂的生产过程

2.1.1 火力发电厂的概述

火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能产生出电能的工厂。按其功用可分为两类，即凝汽式电厂和热电厂。前者仅向用户供应电能，而热电厂除供给用户电能外，还向热用户供应蒸汽和热水，即所谓的“热电联合生产”。

火力发电厂由三大主要设备— 锅炉、汽轮机、发电机及相应的辅助设备组成，它们通过管道或线路相连构成生产主系统，即燃烧系统、汽水系统和电气系统。

2.1.2  火力发电厂的生产过程

火力发电厂虽然容量大小和具体形式各异，但是从生产过程来说都是大体相同的。

具体生产过程如下：

燃煤被输煤皮带从煤场运至煤斗中。为提高燃煤效率，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带送入锅炉炉膛内燃烧。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，然后进入除尘器，将烟气中的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。

 助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样一方面使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉着火和燃烧，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。

在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通，汽包内的水经由水冷壁不断循环，吸收着煤燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。

饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一小直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线路送至用户。

释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，凝结成水，此水成为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内，完成一个循环。在循环过程中难免有汽水的泄露，即汽水损失，因此要适量地向循环系统内补给一些水，以保证循环的正常进行。高、低压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置，除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。 

如果从能量转换的角度来看火电厂的生产过程即：燃料的化学能→蒸汽的热势能→机械能→电能。在锅炉中，燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机中，蒸汽的热能转变为转子旋转的机械能；在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂中的主要设备，亦称三大主机。与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机。主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统。火电厂的主要系统就有燃烧系统、汽水系统、电气系统等。

除了上述的主要系统外，火力发电厂还有其它一些辅助的生产系统，如燃煤的输送系统、水的化学处理系统、灰浆的排放系统等。这些系统与主系统协调工作，它们之间相互配合共同完成电能的生产任务。大型火电厂为保证这些设备的正常运转，装有大量的仪表，用来监视这些设备的运行状况，同时还设置有自动控制装置，以便及时地对主辅设备进行调节。现代化的火电厂，已采用了先进的计算机分散控制系统。这些控制系统可以对整个生产过程进行控制和自动调节，根据不同情况协调各设备的工作状况，使整个电厂的自动化水平达到了新的高度。自动控制装置及系统已成为火电厂中不可缺少的部分。 

下图为火力发电厂的生产过程：

图1—1  火力发电厂的生产过程

简单的来描述其生产过程就是：

运入发电厂储煤场的煤，经过碎煤设备破碎后，由皮带运输机送入锅炉房内的原煤仓。煤从原煤仓落入给煤机，在其中研制成煤粉，同时送入热空气来干燥和输送煤粉。磨制好的煤粉，经粗粉分离器除去部分不合格的煤粉后进入旋风分离器，在其中空气和煤粉得以分离，分离出来的细粉进入煤粉仓。煤粉由给煤机送入输粉管，而旋风分离器中的空气则由排粉机抽出。

煤粉和空气在输粉管内混合后，由喷燃器喷入炉膛内进行燃烧。由送风机送来的空气，在进入炉膛之前，先在空气预热器中接受排烟预热，以减少排烟热损失，并提高空气温度，改善燃烧过程。炉膛内的燃烧产物——高温烟气，在引风机的拔风作用下，沿着锅炉本体倒U形烟道依次流过炉膛、过热器、省煤器和空气预热器，将热量逐步传递给水、蒸汽和空气。降温后的烟气流入除尘器进行净化，净化除尘后的烟气则被引风机抽出，排入大气，将燃料的化学能转换为热能。 

锅炉产生的新蒸汽进入汽轮机后逐级进行膨胀，蒸汽部分热能就转变为汽流动能；高速汽流施加作用力于汽轮机的叶片上，推动了叶轮连同整个转子旋转，汽流的动能于是被转换成汽轮机轴上的机械能。汽轮机带动发电机，利用切割磁力线感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。

2.2 火力发电厂的发电原理

通过以上有关火力发电厂生产过程的描述我们可以看出：由于蒸汽推动汽轮机转子转动，形成了机械能，而汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器连在一起；当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。

由于上文在介绍火力发电的生产过程时对电能的产生进行了详细的描述，故不再重复介绍其发电原理。

2.3 本章小结

本章介绍了火力发电厂的具体生产过程，并对其发电过程做了概要的描述，从大体上把握了有关火力发电的知识，了解了火力发电厂的基本构造，从而为以后有关电气方面的设计做了准备。

第三章  火力发电厂的电气主接线及防雷保护

3.1 电气主接线的概述

电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。

对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。

电气主接线的设计应满足以下几点要求：

1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。

2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。

3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。 

简要的描述电气主接线的设计原则如下：

电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入330～500kV超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110～220kV系统，也有接入330kV系统的；企业自备电厂则以对本企业供电供热为主，并与地区110～220kV系统相连。

发电厂的机组容量应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的8～10%为宜。一个厂房内的机组，其台数以不超过6台、容量等级以不超过两种为宜。

电气主接线的设计是一个综合性问题，应该结合电力系统和发电厂或变电所的具体情况，全面分析有关因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案，具体要求如下：

1）以设计任务书为依据；

2）以国家经济建设的方针、、技术规范和标准为准则；

3）合理地确定发电机的运行方式。

3.2 电气主接线的基本形式

电气主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式。概括的讲可分为两大类：有汇流母线的接线形式和无汇流母线的接线形式。

变电所电气主接线的基本环节是电源（变压器）、母线和出线（馈线）。各个变电所的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。但有母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适于进出线回路少，不再扩建和发展的变电所。有汇流母线的接线形式主要有：单母线接线和双母线接线。

3.2.1 有汇流母线的主接线

一、单母线接线

（一）、不分段的单母线接线

单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。供电电源是变压器或高压进线回路，母线即可以保证电源并列工作，又能使任一条出线路都可以从电源1或2获得电能。每条回路中都装有断路器和隔离开关，靠近母线侧的隔离开关称作母线隔离开关，靠近线路侧的称为线路隔离开关（在实际变电所中，通常把靠近电源侧的隔离开关称为甲刀闸，把靠近负荷侧的隔离开关称为乙刀闸。

断路器具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，用来作为接通或切断电路的控制电器。

隔离开关没有灭弧装置，其开合电流能力极低，只能用作设备停运后退出工作时断开电路，保证与带电部分隔离，起着隔离电压的作用。同一回路中在断路器可能出现电源的一侧或两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器时隔离电源。

同一回路中串接的隔离开关和断路器，在运行操作时，必须严格遵守下列操作顺序：如对馈线WL2送电时，须先合上隔离开关QS21和QS22，再投入断路器QF2；如欲停止对其供电，须先断开QF2，然后再断开QS21和QS22。为了防止误操作，除严格按照操作规程实行操作票制度外，还应在隔离开关和相应的断路器之间，加装电磁闭锁、机械闭锁。接地开关（又称接地刀闸）QE是在检修电路和设备时合上，取代安全接地线的作用。当电压在110kV及以上时，断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧均应配置接地开关。对35kV及以上的母线，在每段母线上亦应设置1~2组接地开关或接地器，以保证电器和母线检修时的安全。

图3—1  不分段的单母线接线

1．不分段的单母线接线的优缺点

优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所连接的电源；与之相连的所有电力装置在整个检修期间均需停止工作。此外，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的工作。

2．不分段的单母线接线的适用范围:

一般适用于一台主变压器的以下三种情况：

（1）6~10kV配电装置，出线回路数不超过5回。

（2）35~63kV配电装置，出线回路数不超过3回。

（3）110~220kV配电装置，出线回路数不超过2回。

（二）、分段的单母线接线

为了克服一般单母线接线存在的缺点，提高它的供电可靠性和灵活性，把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关。每段母线上均接有电源和出线回路，便成为单母线分段接线。

图3—2  分段的单母线接线

1. 运行方式：

1）母线并联运行：QF闭合运行

正常运行时：相当于不分段的单母线接线。若电源1停止供电，则电源2通过QFd闭合向Ⅰ段母线供电，不影响对负荷的供电，可靠性高。

  若Ⅰ段母线故障时，继电保护装置使QFd自动跳开，Ⅰ段母线被切除；Ⅱ段母线继续供电 。

2）母线运行：QF断开运行

 正常运行时，相当于两个不分段的单母线接线。若电源1停止供电，Ⅰ段母线失压时，可由自动重合闸装置自动合上QFd，Ⅰ段母线恢复供电。

若Ⅰ段母线故障时，不影响Ⅱ段，Ⅱ段母线继续供电 。

2．分段的单母线接线的优缺点

优点：

1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。

2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：

1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。

2）分段的单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积。

3）扩建时需向两个方向均衡扩建。

3．分段的单母线接线的适用范围：

1）6~10kV配电装置，出线回路数为6回及以上时；发电机电压配电装置，每段母线上的发电机容量为12MW及以下时；

2）35~63kV配电装置，出线回路数为4~8回时；

3）110~220kV配电装置出线回路数为3~4回时。

（三）、单母线带旁路母线接线

1、有专用旁路断路器的单母线带旁路母线接线

接线形式如图3-3，在这种接线形式下，旁路母线WBa是通过旁路断路器QFa与主母线WB相连，通过旁路隔离开关QSa与每一出线相连。

         图3—3  有专用旁路断路器的单母线带旁路母线接线

正常运行时：

旁路断路器QFa和旁路隔离开关QSa均在断开位置，旁路母线WBa不带电。但QFa两侧的隔离开关处于合闸位置。

当检修出线断路器1QF时：QSa按等电位原则→先并后切

1）合旁路断路器QFa向旁路母线WBa充电，检查旁路母线WBa是否完好，使WBa带电。

 2）再合该回路旁路隔离开关1QSa，实现旁路与正常工作回路并联运行。

3）再断开该回路出线断路器1QF。

4）最后分别断开1QF两侧隔离开关1QSL和1QSB。使1QF退出运行，即可对1QF进行检修。此时，线路1仍然保持供电。

主母线WB→旁路断路器QFa→旁路母线WBa→旁路隔离开关1QSa→对线路1供电。

特点：

 同一电压等级，各回路经过断路器、隔离开关接至公共母线。把每一回线与旁路母线相连。

优点：每一进出线回路的断路器检修，这一回路可不停电。

缺点：设备多，操作复杂。

适用范围：

35kV及以上有重要联络线路或较多重要用户时采用，回路多采用专用旁母，否则采用简易接线。

2、单母线分段带旁路母线接线

接线形式如下图（图3-4）

  图3—4   单母线分段带旁路母线接线

单母线分段的目的：减少母线故障的停电范围。

旁路母线的作用：使任意一台出线QF故障或检修时，该回路不停电。

单母线接线的适用范围： 

6～10kv出线较多而且对重要负荷供电的装置；

35kv及以上有重要联络线路或较多重要用户。

3、分段断路器兼做旁路断路器的接线

有了旁路母线，检修与它相连的任意回路的断路器时，该回路便可以不停电，从而提高了供电的可靠性。它广泛地用于出线数较多的110kV及以上的高压配电装置中。而35kV及以下的配电装置一般不设旁路母线，因为负荷小，供电距离短，容易取得备用电源，有可能停电检修断路器，并且断路器的检修、安装或更换均较方便。一般35kV以下配电装置多为屋内型，为节省建筑面积，降低造价都不设旁路母线。只有在向特殊重要的Ⅰ、Ⅱ类用户负荷供电，不允许停电检修断路器时，才设置旁路母线。

带有专用旁路断路器的接线，加装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资。供电可靠性有特殊需要或接入旁路母线的线路过多、难于操作时采用。为节约建设投资，可以不采用专用旁路断路器。对于单母线分段接线，常采用以分段断路器兼作旁路断路器的接线。两段母线均可带旁路母线，正常时旁路母线不带电。

分段断路器兼做旁路断路器的接线如图3-5所示。它是在分段单母线的基础上，增设旁路母线、隔离开关及各出线的旁路隔离开关构成。

图3—5 单母线分段断路器兼做旁路断路器接线

以此图为例，说明不停电检修任一出线路断路器的倒闸操作步骤。例如检修QF1，第一步检查旁母有无故障，此时分段断路器QFf及隔离开关QS2、QS3在闭合状态，QS1、QS4、QS5均断开，以单母线分段方式运行。当QFf作为旁路断路器运行时，闭合隔离开关QS1，后断开QFf和QS3，,再合上QS4，最后合QFf。如果旁母无故障，QFf不跳闸。第二步合上QSp，断开QF1及两侧的隔离开关。这时，该出线路L1经QSp、旁母、QS4、QFf和QS2仍然联在第一段母线上。该出线路这种接线方式，对于进出线不多，电压为35~110kV的变电所较为适用，具有足够的可靠性和灵活性。

二、双母线接线

1、 一般的双母线接线

双母线接线就是将工作线、电源线和出线通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组（一次/二次）母线上，且两组母线都是工作线，而每一回路都可通过母线联络断路器并列运行。

与单母线相比，它的优点是供电可靠性大，可以轮流检修母线而不使供电中断，当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，就可迅速恢复供电，另外还具有调度、扩建、检修方便的优点；其缺点是每一回路都增加了一组隔离开关，使配电装置的构架及占地面积、投资费用都相应增加；同时由于配电装置的复杂，在改变运行方式倒闸操作时容易发生误操作，且不宜实现自动化；尤其当母线故障时，须短时切除较多的电源和线路，这对特别重要的大型发电厂和变电站是不允许的。

双母线接线，它有两组母线，一组为工作母线，一组为备用母线。两组母线之间通过母线联络断路器（简称母联断路器）连接。采用两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大为提高，下图为一般双母线接线：

        图3 - 6   一般的双母线接线示意图

该接线方式可以轮流地检修母线而不影响正常供电，设Ⅰ段母线工作，Ⅱ段母线备用。检修Ⅰ段母线的倒闸操作：

1）、依次合上母联隔离开关QSjⅠ和QSjⅡ； 

  2）、合上母联断路器QFj，向备用母线充电，检查备用母线是否完好；

  3）、断开母联断路器QFj控制回路电源，以防止QFj在以下操作中误跳开；

  4）、依次合上所有Ⅱ段母线侧隔离开关；

  5）、再依次断开Ⅰ段母线侧的母线隔离开关；

  6）、再投入母联断路器QFj控制回路电源；

  7）、再断开母联断路器QFj ；

  8）、再依次断开母联隔离开关QSjⅠ和QSjⅡ 

此时，Ⅱ段母线转换为工作母线， Ⅰ段母线转换为备用母线。

该种接线方式的特点如下：

1）运行方式灵活。

2）检修母线时，电源和出线都可以继续工作，不会中断对用户的供电。

3）检修任一回路母线隔离开关时，只需断开该回路。

4）工作母线故障时，所有回路能迅速恢复工作。

5）检修任一线路断路器时，可用母联断路器代替其工作。

6）便于扩建。双母线接线可以任意向两侧延伸扩建，不影响母线的电源和负荷分配，扩建施工时不会引起原有回路停电。

以上均为双母线接线较单母线接线的优点，但双母线接线也由一些缺点，主要有：

1）在倒母线的操作过程中，需使用隔离开关切换所有负荷电流回路，操作过程比较复杂，容易造成误操作。

2）工作母线故障时，将造成短时（切换母线时间）全部进出线停电。

3）在任一线路断路器检修时，该回路仍需停电或短时停电（用母联断路器代替线路断路器之前）。

4）使用的母线隔离开关数量较大，同时也增加了母线的长度，使得配电装置结构复杂，投资和占地面积增大。

适用范围：当母线上的出线回路或电源数较多、输送和穿越功率较大、母线或母线设备检修是不允许对用户停电、母线故障时要求迅速恢复供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时一般采用双母线接线。

1）6~10kV配电装置，当短路电流较大、出线需带电抗器时。

2）35~63kV配电装置，当出线回路数超过8回或连接的电源较多、负荷较大时。

3）110~220kV配电装置，当出线回路数为5回及以上或该配电装置在系统中居重要地位、出线回路数为4回及以上时。

2、  双母线带旁路接线：

双母线带旁路接线就是在双母线接线的基础上，增设旁路母线。其特点是具有双母线接线的优点，当线路（主变压器）断路器检修时，仍有继续供电，但旁路的倒换操作比较复杂，增加了误操作的机会，也使保护及自动化系统复杂化，投资费用较大，一般为了节省断路器及设备间隔，当出线达到5个回路以上时，才增设专用的旁路断路器，出线少于5个回路时，则采用母联兼旁路或旁路兼母联的接线方式。 

3、 双母线分段带旁路接线：

双母线分段带旁路接线就是在双母线带旁路接线的基础上，在母线上增设分段断路器，它具有双母线带旁路的优点，但投资费用较大，占用设备间隔较多，一般采用此种接线的原则为： 

1、当设备连接的进出线总数为12～16回时，在一组母线上设置分段断路器； 

2、当设备连接的进出线总数为17回及以上时，在两组母线上设置分段断器。

三、3/2断路器接线和4/3台断路器接线

3/2接线又称为一台半断路器接线，即每两条回路共用3台断路器（每条回路一台半断路器），每串的中间一台断路器为联络断路器。

3/2(4/3)断路器接线就是在每3（4）个断路器中间送出2（3）回回路，一般只用于500kV（或重要220kV）电网的母线主接线。它的主要优点是：

    1、 运行调度灵活，正常时两条母线和全部断路器运行，成多路环状供电； 

2、 检修时操作方便，当一组母线停支时，回路不需要切换，任一台断路器检修，各回路仍按原接线方式霆，不需切换； 

3、 运行可靠，每一回路由两台断路器供电，母线发生故障时，任何回路都不停电。

2/3(4/3)断路器接线的缺点是使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资费用大，保护接线复杂。

图3-7为一台半断路器（3/2）接线的基本类型

             图3-7  一台半断路器接线

在图中，3/2接线方式中2条母线之间3个开关串联，形成一串。在一串中从相邻的2个开关之间引出元件，即3个开关供两个元件，中间开关作为共用，相当于每个元件用1.5个开关，因此也称为一个半开关接线。

3.2.2  无汇流母线的主接线

无汇流母线的主接线没有母线这一中间环节，使用的开关电器少，配电装置占地面积小，投资较少，没有母线故障和检修问题，但其中部分接线形式只适用于进出线少并且没有扩建和发展可能的发电厂和变电所。

一、单元接线

发电机-变压器单元接线

1）接线形式：如图3-8

a、发电机-双绕组变压器单元：G与T之间不装QF，可装QSG；

b、发电机-三绕组变压器单元：G与T之间可装QSG，有时可装3QF ；

c、发电机-自耦变压器单元：G与T之间可装QSG，有时可装3QF。

  图3-8     单元接线

2）单元接线的特点

优点：

1、接线简化，使用的电器最少，操作简便，降低故障的可能性，提高了工作的可靠性；

2、配电装置简单，投资少，占地小；

3、发电机出口短路电流小；

4、继电保护简单。

缺点：

任一元件故障或检修全停，检修时灵活性差。

3） 单元接线的适用范围：

1、台数不多的大（b接线除外）中型不带近区负荷的区域发电厂；

2、分期投产或装机容量不等的无机端负荷的小型水电站。

二、桥形接线

桥形接线采用4个回路3台断路器和6个隔离开关，是接线中断路器数量较少、也是投资较省的一种接线方式。根据桥形断路器的位置又可分为内桥和外桥两种接线。由于变压器的可靠性远大于线路，因此中应用较多的为内桥接线。若为了在检修断路器时不影响和变压器的正常运行，有时在桥形外附设一组隔离开关，这就成了长期开环运行的四边形接线。

1、内桥接线

下图（图3-5）为桥形接线中的一种：内桥接线，这种接线适用于仅有两台变压器和两条出线的装置中。桥连断路器3QF在QS1和QS2的变压器侧，因此称为内桥接线。

                   图3-9   桥形接线—内桥接线

该接线方式下的运行方式为：

a、线路 WL1 故障或检修：

只需先断开 1QF ，再断开 1QSL 和 1QSB ，其余三回路可以继续工作，不影响供电。

b、变压器 1T 故障或检修：

先断开 1QF 和3QF，再断开 QS1 ， 1T 退出运行。如果线路 L1 仍需恢复供电，再合 1QF 和3QF。

内桥接线的主要特点：

优点：

1）接线简单、经济（断路器最少）；

2）布置简单占地小，可发展为单母线分段接线；

 3）线路投、切灵活，不影响其它电路的工作。

缺点：

1）变压器投切操作复杂，故障检修影响其它回路；

2）桥断路器故障检修全厂分列为两部分；

3）出线断路器故障检修该回路停电。

 、外桥接线

图3-9为桥形接线中的另一种：外桥接线。这种接线方式下，桥连断路器3QF接在靠近线路侧的接线方式。

           图3-10  桥形接线—外桥接线

该接线方式下的运行方式为：

  a、线路 WL1 故障或检修：

  先断开 1QF 和3QF，再断开 QS1 ， WL1  退出运行。如果变压器 1T 仍需恢复供电，再合 1QF 和3QF。

b、变压器 1T 故障或检修：

    只需先断开 1QF ，再断开 1QS ，其余三回路可以继续工作，不影响供电。

内桥接线的主要特点：

优点：

1）接线简单、经济（断路器最少）；

 2）布置简单占地小，可发展为单母线分段接线；

 3）变压器投、切灵活，不影响其它电路的工作。

  缺点：

1）变压器投切操作复杂，故障检修影响其它回路；

 2）桥断路器故障检修全厂分列为两部分；

 3）变压器断路器故障检修该变压器停电。

三、角形接线

角形接线就是将断路器和隔离开关相互连接，且每一台断路器两侧都有隔离开关，由隔离开关之间送出回路。

角形接线所用设备少，投资省，运行的灵活性和可靠性较好。正常情况下为双重连接，任何一台断路器检修都不影响送电，由于没有母线，在连接的任一部分故障时，对电网的运行影响都较小。其最主要的缺点是回路数受到，因为当环形接线中有一台断路器检修时就要开环运行，此时当其它回路发生故障就要造成两个回路停电，扩大了故障停电范围，且开环运行的时间愈长，这一缺点就愈大。环中的断路器数量越多，开环检修的机会就越大，所一般只采四角（边）形接线和五角形接线，同时为了可靠性，线路和变压器采用对角连接原则。四边形的保护接线比较复杂，一、二次回路倒换操作较多。

适用范围：

角形接线多用于最终规模比较明确，进、出线数为3~5回的110kV及以上的配电装置中（例如水电厂和无扩建要求的变电所等）。

3.3防雷保护的基本原理

3.3.1  防雷保护的现状

近年来随着电力系统的发展,微机保护和综合自动化系统在电力系统中得到大量的应用,这对提高电力系统的自动化水平,提高电力系统的运行灵活性起了很大的作用。这与过去传统的保护和控制装置相比，是一次技术上的。迄今为止，信息传输与交换仍然以电信设备作为传输的媒体。无论是无线传送的天线，还是有线传送的电缆或光缆，都必须暴露在空气中或埋于地下。因此必然受到电力系统和天空雷电的干扰和侵入，造成通信设备损坏和信息传输中断。一旦有这类意外发生，直接经济损失有的达数十万元甚至上千万元，间接损失更难以估算。

 以往的通信设备主要使用电子管和机械继电器，即所谓的机电式通信设备。它的工作速度一般在毫秒和微秒级，因此采用一种气体放电管来保护和防止电力系统和天空雷电入侵。气体放电管的结构是采用一种陶瓷管子，两头各做一个金属电极，管子内部充入一种惰性气体，当电压或雷电加到管子两头，管子内气体电离而放电。由于机电式通信设备工作速度在毫秒或微秒级，而气体放电管工作速度为微秒级，加之机电式通信设备工作电压在150V以上，所以采用气体放电管保护机电式通信设备是有效的。但气体放电管由于慢性漏气等原因，具有寿命短、可靠性低等缺陷。并且气体放电管的慢漏及开路失效现象均不能直观反应，只有维修人员到现场将配线架保安单元内的气体放电管拆下，通过专用仪器才能检测，给设备安全带来极大隐患。统计数据表明，平均每年失效率高达20~25％，因此必须靠维修人员的责任心和高强度劳动，不断检测和观察来更换由气体放电管组成的组件“保安单元”，以保证通信设备得到有效防护。但这不仅大量增加了维护人力，也浪费了财力。

 过电压保护用半导体管又称固体放电管（相对于气体放电管而言），它完全解决了气体放电管存在的缺陷，其突出的优越性是：

1）速度快，工作于纳秒级，与半导体器件和集成电路工作完全匹配；

2）高可靠性；

3）寿命长，理论寿命可达20年，1993年开始使用的半导体放电管，追踪调研至今无一损坏；

4）导电残压降至1~3V，不会对集成电路造成损坏；

5）短路失效模式，容易检测判别。

 过电压保护用半导体管在我国的研制工作，是由上海大平科技工贸有限公司主持的。该公司在设计过压保护半导体管时，采用了许多国际上先进的技术理论，并有所创新和突破；在生产制造中采用了独有的专利技术。该产品经上海科学技术情报研究所鉴定，达到了国际先进水平。     

过电压保护用半导体管的研制成功，使得防雷、过电压保护技术又向前迈开了一大步，不但消除了事故隐患，保障了通信设备的正常运转，还降低了维护工作力度及维护费用，减少了国家的经济损失。

3.3.2  防雷保护的基本原理

闪电多发生在夏季，是从积雨云中发展起来的自然放电现象。积雨云起电的原因有许多说法，大多数认为是云中的霰粒与冰晶摩擦或霰粒使温度低于0℃的云滴在它上面碰撞而冻结，并在碰冻时表面飞出碎屑而引起。当冰晶的两头间谍有差异时热的一头氢离子扩散速度比氢氧根离子快而带负电，冷的一端则带正电，一旦冰晶断裂正负电将分居二个小残粒上。另一方面云滴在霰粒表面碰冻时冰壳外表面带正电内表面带负电，当外壳破碎时，破碎的壳屑带正电而霰粒表面带上负电，碎壳因细小受上升力的推动而积于云的上部，霰粒则因较重而聚积于云的底部而形成电位差，当电位差达到几百米几千伏时，便有游泳雷声条条闪电，这就是雷电。云层与云层之间放电，虽然有很大的声响和强烈的闪电，对人们危害不大，只有云层对大地放电才会使建筑物、电气设备或人畜等受到破坏和伤亡，其破坏作用由以下三方面引起：

1） 直接雷击：是雷云直接对地面物体放电，雷击的时间虽然很短，只有万分之几到百分之几秒，但有很大的电流通过，可达100~200千安，使空气温度骤然升到摄氏1~2万度，产生强烈的冲击波，造成房屋损坏，人畜伤亡。当雷电流通过有电阻或电感物体时，能产生很大的电压降和感应电压，破坏绝缘，产生火花，使设备损坏，甚至引起燃烧、爆炸、使危害进一步扩大。 

 2） 感应放电：是附近落雷所引起的电磁作用的结果，可分类静电感应和电磁感应两种：      

静电感应是由于建筑物上空有雷云时，建筑物会感应出与雷云所带电负荷相反的电荷，雷云向地面开始放电后，在放电通路中的电荷迅速中和，但建筑物顶部的电荷不能立刻流散入地，便形成很高的电位，造成在建筑物内的电线、金属设备、金属管道放电，引起火灾、爆炸和人身事故。电磁感应是当雷电流通过金属体入地时，形成强大的磁场，能使附近的金属导体感应出高电势，在导体回路的缺口引起火花。 

3) 由架空线路引入高电位：架空线路在直接雷击或在附近落雷而感应过电压时，如不设法在路途使大量电荷流散入地，就会沿架空线路引进屋内，造成房屋损坏或电气设备绝缘击穿等现象。 

近年来的发电厂和变电所的防雷保护主要采取以下措施：

1)发电厂和变电所的直击雷保护。装设避雷针是直击雷防护的主要措施，避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接受器。它将雷吸引到自己的身上，并安全导入地中，从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。

装设避雷针时对于35kV变电所必须装有的避雷针，并满足不发生反击的要求；对于110kV及以上的变电所，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，可以将避雷针直接装设在配电装置的架构上，因此，雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。

2)变电所对入侵波的保护。对入侵波保护的主要措施是在其进线上装设阀型避雷器。阀型避雷器的基本元件为火花间隙和非线性电阻，目前，FS系列阀型避雷器为火花间隙和非线性电阻，其主要用来保护小容量的配电装置SFZ系列阀型避雷器，主要用来保护中等及大容量变电所的电气设备；FCZ1系列磁吹阀型避雷器，主要用来保护变电所的高压电气设备。

3)变电所的进线保护。对进线实施防雷保护，其目的就是流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陡度。当线路上出现过电压时，将有行波沿导线向变电所运动，其幅值为线路绝缘的50％冲击闪络电压，线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高很多。因此，在近变电所的进线上加装避雷线是防雷的主要措施。如果没架设避雷线，当近变电所的进线上遭受雷击时，流经避雷器的雷电电流幅值可超过5kA，且其陡度也会超过允许值，势必会对线路造成破坏。

4)变压器的防护。变压器的基本保护措施是靠近变压器处安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。

装设避雷器时，要尽量靠近变压器，并尽量减少连线的长度，以便减少雷电电流在连接线上的压降。同时，避雷器的接线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起，这样，当侵入波使避雷器动作时，作用在高压侧主绝缘上的电压就只剩下避雷器的残压了(不包括接地电阻上的电压压降)，就减少了雷电对变压器破坏的机会。

5)变电所的防雷接地。变电所防雷保护满足要求以后，还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网，然后避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷的要求，或者在防雷装置下敷设单独的接地体。

此外，从雷电干扰的途径分析大都是雷电活动时,雷电波沿线路侵入变电所,有时,由于雷电幅值较低不足以使线路或母线避雷器动作，或避雷器动作时避雷器动作后的残压通过变压器的电磁感应耦合到低压侧,使低压电源系统产生雷电过电压,或强电源浪涌。因此，弱电系统也需要进行防雷保护。具体保护的方式有：

1、完善低压电源系统的防雷保护措施

因雷电通过低压电源系统对计算机等弱电系统的危害较大,因而低压电源系统的防雷保护也就特别重要。检查发生低压雷害事故的变电所发现在低压电源系统大都沒有防雷保护措施,而低压电源系统又直接关系着微机保护和综合自动化系统的安全。为防止低压电源系统的雷害事故,在低压电源系统中就需要采取以下措施：

1）在厂、所用变压器的低压侧装相应电压等级的氧化锌避雷器进行保护;

2）在微机保护和综合自动化装置的电源前边串接隔离变压器进行隔离,并加装对地电容进行雷电波的吸收;

3）在微机保护和综合自动化装置的电源前边串接浪涌吸收保护器进行保护。

2、改善接地网的冲击电位分布防止地电位干扰

1）降低接地网的接地电阻地电位升高,特别是在要在构架避雷针、避雷器下增加垂直接地极，的放射状的水平接地以降低其冲击接地电阻,防止雷电流入地时造成的局部地电位升高向二次电缆反击。

2）改善冲击地电位分布局部电位升高 在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布，对方孔地网的网格大小要从地电位分布均匀考虑,防止局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰。接地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。

3.4  本章小结

本章首先介绍了电气主接线的设计原则和电气主接线的基本类型，从根本上把握了设计电气主接线时所应当注意的问题，为后面设计火力发电厂的主接线打下了基础。

其次，本章还介绍了雷电活动对电力系统的影响，提出了防雷保护的必要性及相关概念，结合我国目前的发电厂和变电所的具体情况，提出了一些防雷保护性措施，这些都将在后序章节的电气主接线设计部分具体加以说明。

第四章   火力发电厂的电气主接线设计

4.1   电气主接线的设计

4.1.1   电气主接线的设计原则

电气主接线是发电厂、变电站设计的主体。采用哪一种主接线的形式，与电力系统的原始资料，发电厂、变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性的要求等密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟订都有较大的影响。

因此，主接线的设计必须根据电力系统、发电厂或变电站的具体情况，全面分析，正确处理好各方面的关系，通过技术经济比较，合理地选择主接线方案。

一、电气主接线设计的一般步骤：

1)原始资料分析。根据下达的设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，各电压等级拟订可采用的数个主接线方案。

2)对拟订的各方案进行技术、经济比较，选出最好的方案。各主接线方案都应该满足系统和用户对供电可靠性的要求，最后确定何种方案，要通过经济比较，选用年运行费用最小的作为最终方案，当然，还要兼顾到今后的扩容和发展。

3)绘制电气主接线图。按工程要求，绘制工程图，图中采用新国标图形符号和文字代号，并将所有设备的型号、主要参数、母线及电缆截面等标注在图上。

二、对主接线设计的基本要求

主接线应满足可靠性、灵活性、经济性和发展性等四方面的要求。

1)可靠性。为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠性的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分地做好调查研究工作显得尤为重要。

主接线的可靠性不仅包括开关、母线等一次设备，而且包括相对应的继电保护、自动装置等二次设备在运行中的可靠性，不要孤立地分析一次系统的可靠性。

为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，作出切合实际的决定。

2)灵活性。电气主接线的设计，应当适应在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运行要求。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，合理调配电源和负荷。在检修时，可以方便地停运断路器、母线及二次设备，并方便地设置安全措施，不影响电网的正常运行和对其他用户的供电。

3)经济性。

方案的经济性体现在以下三个方面：

1、投资省。主接线要力求简单，以节省一次设备的使用数量；继电保护和二次回路在满足技术要求的前提下，简化配置、优化控制电缆的走向，以节省二次设备和控制电缆的长度；采取措施，短路电流，得以选用价廉的轻型设备，节省开支。

2、占地面积小。主接线的选型和布置方式，直接影响到整个配电装置的占地面积。

3、电能损耗小。经济合理地选择变压器的类型(双绕组、三绕组、自耦变、有载调压等)、容量、数量和电压等级。

4)发展性。主接线可以容易地从初期接线方式过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，完成过渡期的改扩建，且对一次和二次部分的改动工作量最少。

    主接线设计简要的实现步骤如下：

1、搜集、整理、分析原始资料，初步拟定几个技术可行方案；

2、分别拟定高、低压侧的基本接线形式；

3、选择主变。包括台数、运行方式、容量、型式、参数；

4、选择自用电或近区用电。包括接入点、电压等级、供电方式；

5、经过技术比较，选出2～3个较优方案；

6、通过经济比较计算确定最优方案（包括设备的配置）；

7、初选导线截面；

8、短路电流计算；

9、设备的配置和选择和校验计算；

10、绘制主接线图。 

4.1.2  火力发电厂电气主接线的设计

 一、原始资料分析

1)工程情况。包括发电厂类型、设计规划容量(近期、远景)和单机容量及台数。发电机的机组容量应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的8％～10％为宜。一个电厂的机组其台数最好不超过6台，容量等级不超过两种，同容量机组应尽量选用同一型式。发电厂的电压等级不宜多于三级。一般设置升高电压一级到两级，发电机电压一级。

本次设计是针对某火力发电厂的电气主接线的设计进行的，在对其一次侧主接线的设计之外，还设计了其厂用电接线、6kV线路的过电流保护和有关防雷保护的实现，这些都将会在以后的章节中给出，本节只介绍其一次侧的电气主接线。本次设计中，火力发电厂共有两台发电机，单机容量都为150MW。电压等级有110kV和220kV两种。

2)电厂在电力系统中的地位和作用。电力系统的发电厂分为大型枢纽电厂、中小型地区电厂和企业自备电厂等类型。大型枢纽电厂一般以220～500kV的电压接入超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接人110～220kV系统；企业自备电厂以向本企业供暖供热为主，并与地区35～220kV系统相连。中小型电厂附近如果有电力用户，可通过发电机电压母线向附近用户供电。

目前，按发电厂的容量划分为：总容量在1000MW及以上，单机容量在200MW及以上的发电厂称为大型发电厂；总容量在200～1000MW，单机容量在50～200MW的发电机称为中型发电厂；总容量在200MW以下，单机容量在50MW以下的称为小型发电厂。

分析该厂在系统中所处的地位，停电对系统供电的可靠性的影响，从而提出对主接线的要求。

本次设计中的火力发电厂属于中小型地区电厂，发出的电能除了供本地区及自身厂用电之外，还对外输送电能。向外输送电能经两台三绕组变压器分别接至110kV和220kV系统。火力发电厂总装机容量为300MW，单机容量分别为150MW。

　　3)负荷情况。负荷情况在原始数据中，如负荷的性质、地理位置、输电电压等级等。

    设计中的火力发电厂所发出的电能主要供本地区的日常生活和照明使用，还有给一些重要用户提供不间断的供电。这些重要用户如：钢铁基地、大型化工、冶炼企业及城镇的综合用电。

二、电气主接线的设计

主接线图中所用的器件如下表：

火力发电厂的主接线图见附图一

所设计的火力发电厂装有两台发电机，容量都是150MW；发电厂供给本地区后的剩余电能通过两台三绕组主变压器送入220kV和110kV电压级；110kV为分段的单母线接线，重要用户可用双回路分别接到两分段上；220kV为有专用旁路断路器的双母线带旁路母线接线，只有出线进旁路，主变压器不进旁路。

4.1.3  互感器和避雷器的配置

 在主接线图中的位置已具体标出，关于器件类型的选择将会在本章最后一节中具体给出。

4.1.4   主变压器的选择

一、主变压器选择的依据

主变压器是电气主接线的核心环节。主变容量选择太大或台数太多，会造成投资浪费，增加系统运行费用；容量太小或台数太少，又无法满足负荷的供电需求，同时也会使发电机的发电能力得不到充分利用。 

主变压器的选择包括主变压器的容量、台数的确定和型式的选择。

主变压器：在发电厂中向电力系统输送功率的变压器；在变电所中向用户输送功率的变压器。

联络变压器：用于两种电压等级之间交换功率的变压器。

自由变压器：向厂用电系统供电的厂用变压器。

依据：主变台数与电压等级、接线形式、传输容量和与系统的联系有很大关系。一般为1～4台。

①、发电厂的主变压器：

与系统有强联系的大、中型发电厂，主变不少于两台；与系统有弱联系的中、小型发电厂，主变可只装一台。

②、变电所主变压器：

简易接线变电所只装设1～2台变压器；

大型枢纽变电所（尤其是特高压变电所），在同一电压等级下主变台数不应少于2台。

330～500kV的大型变电所推荐采用4台自耦变压器。

二、主变压器型式的选择：

1、相数：单相、三相；

2、绝缘：油浸式、干式；

3、绕组数：双绕组（只有一个升高电压等级）、三绕组、自耦变压器；

4、连接组别：Y，d11（小接地系统）

 ，d11（大接地系统）

5、调压方式：调节发电机出口电压、投切调相机、补偿电容和改变变压器变比。

6、冷却方式：自然风冷却 、强迫空气冷却 、强迫油循环水冷却 、强迫油循环风冷却 、强迫油循环向冷却 、水内冷变压器。

如果只有一个升高电压等级：优先选用三相油浸式双绕组变压器；

接线组别有Y，d11或YN，d11。 

如果有两个升高电压等级：优先选用三相油浸式三绕组变压器；

再考虑选用两个双绕组变压器。

三、本次设计中所用主变压器的选择

本次设计中使用的变压器是三绕组变压器，发电机和变压器接成单元接线，可按照以下方式进行选择：

单元接线中的主变压器容量SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度选择。

 SN  ≈  1.1PNG（1—KP）/ cosΦG

式中：PNG——发电机的容量，在扩大单元接线中为两台发电机的容量之和，MW；

 KP——厂用电率；

 cosΦG——发电机额定功率因数；

本次设计中，PNG = 150 MW；KP = 10%；cosΦG= 0.85。

经计算  SN = 206000kVA；经查《发电厂电气部分》附录一，主变压器选用SFPS7-240000/220型。该型号变压器的额定容量是240000 kVA，高压、中压、低压的额定电压分别为：242kV、121kV、15.75kV，能够满足该系统正常运行的需求。

主变压器型式的选择：

在330kV及以下的发电厂和变电所中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式较同容量的三台单相式投资小，占地少，损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。

故本次计设选用的是三相升压式变压器。

4.2   厂用电接线的设计

4.2.1  厂用电接线的基本要求

本节讲述厂用电、厂用电负荷分类以及对厂用电接线的基本要求和厂用电接线设计原则，介绍不同类型发电厂的厂用电接线的特点。

发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量由电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备(如锅炉、汽轮机或水轮机、发电机等)和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。

厂用电的可靠性，对电力系统的安全运行非常重要。随着超临界参数大容量机组、双水内冷发电机冷却方式、计算机实时控制的采用以及核电厂的出现，对厂用电的可靠性提出了更高的要求。提高厂用电可靠性的目的，是使电厂长期无故障运行，不致因厂用电局部故障而被迫停机。为此必须认真考虑合理厂用供电电源的取得方式，工作电源和接线方式；此外，还应配备完善的继电保护与自动装置，合理配置厂用机械，并正确选择电动机类型、容量和台数；在运行中需对厂用机械进行正确维护和科学管理。

厂用电所需的电量，大部分都由发电厂自身供给。其耗电量与发电厂的类型、机械化和自动化的程度、燃料种类及其燃烧方式、蒸汽参数等因素有关。厂用电耗电量占发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。厂用电率是发电厂运行的主要经济指标之一。一般凝汽式火电厂的厂用电率为5%～8%，热电厂为8%～13%，水电厂为0．5%～1．O%。降低厂用电率不仅能够降低电能成本，同时也相应地增大了对电力系统的供电量。

一、厂用电负荷的分类

厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，按其重要性可分为四类：

1)I类厂用负荷。凡是属于短时(手动切换恢复供电所需要的时间)停电会造成主辅设备损坏、危及人身安全、主机停运及影响大量出力的厂用负荷，都属于I类负荷。如火电厂的给水泵、凝结水泵、循环水泵、引风机、送风机、给粉机等以及水电厂的调速器、压油泵、润滑油泵等。通常它们都设有两套设备互为备用，分别接到有两个电源的母线上，当一个电源断电后，另一个电源就立即自动投入。

2)II类厂用负荷。允许短时停电(几秒至几分钟)，恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷，均属于Ⅱ类厂用负荷。如火电厂的工业水泵、疏水泵、灰浆泵、输煤设备和化学水处理设备等，以及水电厂中大部分厂用电动机。一般它们均应由两段母线供电，并采用手动切换。

3)Ⅲ类厂用负荷。较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上不方便的厂用负荷，都属于Ⅲ类厂用负荷。如试验室、修配厂、油处理室的负荷等。通常它们由一个电源供电，但在大型发电厂，也常采用两路电源供电。

4)事故保安负荷。在200MW及以上机组的大容量电厂中，自动化程度较高，要求在事故停机过程中及停机后的一段时间内，仍必须保证供电，否则可能引起主要设备损坏、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷，称为事故保安负荷。按对电源要求的不同它又可分为：①直流保安负荷，如发电机的直流润滑油泵、事故氢密封油泵等；②交流保安负荷，如盘车电动机、交流润滑油泵、交流密封油泵、消防水泵等。为满足事故保安负荷的供电要求，对大容量机组应设置事故保安电源。通常，由蓄电池组、柴油发电机组、燃汽轮机组或可靠的外部电源作为事故保安负荷的备用电源。

5)不间断供电负荷。在机组运行期间，以及正常或事故停机过程中，甚至在停机后的一段时间内，需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷，称为不间断供电负荷。如实时控制用的计算机、热工保护、自动控制和调节装置等。不间断供电电源一般采用由蓄电池供电的电动发电机组或配备数控的静态逆变装置。

二、厂用电接线设计的基本要求

厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。

厂用电接线应满足下述要求：

1)各机组的厂用电系统应是的。特别是200MW及以上机组，应做到这一点。在任何运行方式下，一台机组故障停运或其辅机的电气故障不应当影响到另一台机组的运行，并要求受厂用电故障影响而停运的机组应能在短期内恢复运行。

2)全厂性公用负荷应分散接人不同机组的厂用母线或公用负荷母线。在厂用电接线中，不应存在可能导致切断多于一个单元机组的故障点，更不应存在导致全厂停电的可能性，应尽量缩小故障影响范围。

3)充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使调换操作简便，启动(备用)电源能在短时内投入。

4)充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。

5)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人向保安负荷供电。另外，还要设计符合电能质量指标的交流不间断电源，以保证不允许间断供电的热工保护和计算机等负荷的用电。

4.2.2  厂用电接线的设计

该火力发电厂的厂用电接线图见附图二。

发电机侧的三绕组变压器和双绕组变压器选择的型号分别为：SFF-31500/15.75和SFPF-31500/18；

三绕组变压器的额定容量为，高压、低压、中压双绕组变压器的额定电压分别为：15.75、6、6kV；双绕组变压器的额定容量为40000kVA，高压、低压的额定电压为：15.75、6kV。

6kV侧的双绕组变压器选择的型号为：S9-400/10，该变压器的容量为400kVA，高压、低压侧的额定电压分别为：6、0.4kV。

熔断器选择的型号为HR5型的熔断式刀开关，适用于交流50Hz，额定电压交流380V，额定电流至1000A的配电线路中，作过载和短路保护，在本设计中低压侧的电压为380/220V，可以有效地保护低压侧的设备。

刀开关采用的是HD系列中的HD13，该系列开关适用于交流50Hz，额定电压380V，额定电流至150OA的成套配电装置中，作为不频繁地手动接通和分断交、直流电路或作隔离开关用。

交流接触器的型号选择为：LC1-D，机械寿命高达2000万次，线圈控制电压在70%-120%Uc之间波动时，不会影响到产品的正常工作，常用于控制各种类型电动机、电容器、照明灯、电加热等设备，工作频率为50～60Hz，可以满足厂用电低压侧的控制；隔离开关和断路器的型号将会在最后一节电气设备的选择中给出。

在该火力发电厂的厂用电接线中，厂用高压采用6kV，直接由发电机侧通过一台三绕组变压器T3连接到6kV厂用高压母线一段和备用母线，另一台双绕组变压器T4则引入6kV厂用高压母线二段。

厂用低压采用380/220V，因负荷较少，只设两段厂用低压母线，分别由厂用低压工作变压器T5、T6供电；T5、T6分别由厂用高压（6kV）一、二段引接，低压备用变压器T7由备用段引接。

图中的高、低压电动机均属个别供电方式，由低压厂用母线段引至车间配电屏的接线本设计中未完整绘出（属成组供电方式，本设计中不是重点，因而略去这一部分）。

4.3  6kV线路过电流保护的设计

6kV线路过电流保护设计的归总式原理图如图4—3。其中的直流电源供电采用直流电源系统中的蓄电池组供电，电压为110V。

该设计方式可以实现对6kV线路的保护，通过控制线路中断路器的通断来实现对该线路的保护，主要采用了电流互感器、电流继电器、时间继电器和信号继电器。

由图4—3可以看出归总式原理图的特点是将二次接线与一次接线的有关部分绘在一起，图中的各元件用整体形式表示，其相互联系的交流电流回路、交流电压回路（本设计中没有绘出）及直流回路都综合在一起，并将按实际连接顺序绘出。

该方式绘图的优点是能够清楚地表明各元件的形式、数量、相互联系和作用，但如果元件过多的话，接线就会相互交叉，显得零乱，并且元件的端子及回路编号没有，这样就会造成使用很不方便，因此，图4—4给出了该设计图的另一种表示形式——展开式原理图。

图中，时间继电器KT选择的型号为：JS7-2A，吸引线圈的电压为110V，触点的额定电压为380V，延时范围为0.4～180s，本次设计延时时间设定为2s；信号继电器KS选择的是温度继电器，型号是JW4-A3型，额定电流为30A, 额定线电压为380V，额定工作频率为50Hz；电流继电器采用的是DL-10型，电磁式瞬动过电流继电器，最大整定值为10A，本次设计中整定电流设为5A；电流互感器选择的型号为LA-10，其额定电流比为5～200/5A，准确级次0.5。

        图4—3  6kV线路过电流保护归总式原理图

该线路的过电流保护可通过以下方式表现出来：

假设线路原在运行状态，断路器辅助触点QF1闭合。

当线路发生过电流时，通过电流互感器立刻反应到二次侧，引起二次设备动作。如线路用户端发生AB相间短路时，动作过程如下：

1TAA、1TAB一次侧流过短路电流；

1TAA 、1TAB二次侧电流增大；

电流继电器1KA、2KA动作，其动合触点闭合；

启动时间继电器KT，经整定时限后其延时触点闭合；

信号继电器KS和断路器操动机构的跳闸线圈YT同时动作，使断路器QF跳闸，并由KS的触点发出信号。

断路器QF跳闸后，由其辅助触点QF1切断跳闸线圈YT中的电流。当发生AC或BC相间短路时，只有1KA或2KA动作，动作过程与上述情况类似。

6kV线路过电流保护设计的归总式原理图如下图：其中，M703、M706为掉牌未复归光子牌小母线。

  图4—4  6kV线路过电流保护展开图

由该图可以很清楚地看到各个元件的动作过程（动作过程在归总式原理图中已经做了相关介绍，故在此不再重述）。

这里也简要介绍一下展开式原理图的主要特点。

展开式原理图的特点主要有：

1. 交流电流回路、交流电压回路（本设计没有涉及，未绘出）、直流回路分开表示；

2. 属于同一仪表或继电器的电流线圈、电压线圈和触点分开绘出，采用相同的文字符号，有多副触点时加下标；

3. 交、直流回路各分为若干行，交流回路按A、B、C相序绘出，直流回路则基本上按元件的动作顺序从上到下排列；

4. 每行中各元件的线圈和触点按实际连接顺序由左至右排列，每回路的右侧有文字说明，引至端子排的回路加有编号，元件及触点通常也有端子编号。

归总式原理图的展开图接线比较清晰，便于阅读，还便于了解整套装置的动作程序和工作原理，便于查找和分析故障，因而在实际工作中应用也较多。

4.4  主接线防雷保护的设计

4.4.1  发电厂的直击雷保护

为了防止雷直击于火力发电厂的配电装置，可装设避雷针，应该使所有的设备都处于避雷针的保护范围之内，此外，还应采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。

图4—6为避雷针在配电机构附近的安放情况

  图4—6  避雷针离配电机构的距离

根据规程的要求，为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙Sk被击穿而造成反击事故，必须要求Sk大于一定的距离，若取空气的平均电抗强度500kV/m,则Sk应满足以下要求：

Sk  >  0.3Rch+0.1h  (m)

同样，为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙Sd被击穿，必须要求Sd大于一定距离，Sd应满足下式（假设土壤的抗电强度为500kV/m）：

 Sd  >  0.3Rch  (m)

在一般情况下，Sk不小于5m，Sd不应该小于3m 。因此，本设计中Sk选择为6m，而Sd选择为5m。

发电厂的厂房一般不装设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护的误动作。

4.4.2  变压器的防雷保护

附图一中的三绕组变压器的高压侧或中压侧有雷电过电压波袭来时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，其低压绕组上会出现一定的过电压，最不利的情况是低压绕组处于开路状态，这时静电感应分量可能很大而危机绝缘，考虑到这一分量将使低压绕组的三相导线电位同时升高，所以只要在任一相低压绕组的出线端加装一只该电压等级的阀型避雷器，就能保护好三相低压绕组。 

中压绕组虽也有开路运行的可能，但其绝缘水平较高，一般不需要加装避雷器来保护，因而附图一中也没有绘出这一部分。

4.4.3  小容量直配电机的防雷保护

这里所说的直配电机的防雷保护也是指与架空线路直接相连的旋转电机（主要包括发电机、调相机、大型电动机等）的防雷保护。

由于本设计中所用的电机容量定为1500kW，容量较小（6000kW以下为小容量直配电机），所以这类电机可以不用电缆进线段（大容量直配电机需要使用电缆进线段），其保护接线如图4—5所示：

图中的FCD为磁吹式避雷器，FS为阀型避雷器，G为电机，C为电容

图4—6   1500kW直配电机的保护接线图

经研究计算，当有雷电流入侵时，流经FCD的雷电流与接地电阻R有关，R越小则流经FCD的雷电流越小，规程上建议：

对于3，6kV线路：

   L/R >=200

对于10kV线路：

一般的进线长度L可取450~600m。

本设计中为6kV线路，进线长度选择为500m，接地电阻选为2欧，但考虑到FE1的接地电阻达不到以上要求，因此又在L/2处装设了一组管型避雷器FE2，如图4—5中的虚线所示。

图中的FS则是用来保护开路状态的断路器和隔离开关的。

4.5  短路电流的计算

4.5.1  短路电流计算的目的

1）选择电气设备时，为了能使设备在正常运行和故障的情况下都能安全、可靠的运行同时又尽量节约资金，这就需要按短路情况进行校验。

2）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。

3）在设计屋外高压配电装置时，需要按短路条件校验导线的相间和相对于地的安全距离。

4）在选择主接线的继电保护方式和进行整定计算时，需要以各种短路时的短路电流为依据。

5）接地装置的设计，也需用短路电流。

4.5.2  短路电流的计算

    本次设计短路电流计算只考虑三相短路为最严重的情况，只对三相短路进行详细计算。

1.基本假定：

1）正常工作时，三相系统对称运行；

2）所有电流的电动势相位角相同；

3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；

4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计；

6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流；

7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围；

8）输电线路的电容略去不计。

2. 系统的等值电路图如图4—7：

图4—7 系统的等值电路图

系统中所用三绕组变压器（SEPS7—240000/220型）的有关技术数据如下：

额定容量240000KVA，高、中、低压绕组的额定电压分别为：242、121、15.75kV；空载损耗为175J，短路损耗为800J；高中、高低、中低的阻抗电压分别为：25.0、14.0、9.0；总重量：258吨。

以下数据下标中的1、2、3分别表示低、中、高压侧。

首先计算变压器的等值电抗

Uk(1-2)%  = 25.0 ； 

Uk(3-1)%  = 2×14.0=28.0；

Uk(2-3)%  = 2×9.0=18.0

各绕组的短路电压计算如下：

Uk1%  =（Uk(1-2)% + Uk(3-1)% - Uk(2-3)%）

 =（25.0 + 28.0 - 18.0）

 = 17.5

Uk2%  = （Uk(1-2)% + Uk(2-3)% -Uk(3-1)%）

 = （25.0+18.0-28.0）

  = 7.5

Uk3%  = （Uk(2-3)% +Uk(3-1)% -Uk(1-2)%）

  = （18.0+28.0-25.0）

  = 10.5

XT1  =    =    =  42.7Ω

XT2  =    =     =  18.3Ω

XT3  =    =    =  25.6Ω

XT1 、XT2 、XT3分别对应于等值电路图中XT1-1 、XT1-2  XT1-3，由于两台变压器型号大小都相同，因而有：XT2-1 =  XT1-1 ；XT2-2 = XT1-2；XT2-3 = XT1-3

选取系统的基准容量和基准电压分别为：= 240MVA,   = 182kV。

当图中k1点发生三相接地短路时 ，系统的总阻抗为：

X  = （XT1-1 + XT1-3）// （XT2-1  + XT2-3）

  =   （18.3+42.7）//  （18.3+42.7）

 =  30.5Ω

短路电流的标幺值为：

  =   =  =  0.0327

由此可以得出短路电流值为：

I  =  =   

= 24.8kA

4.6  电气设备的选择

4.6.1  电气设备选择的一般条件

一、按正常工作条件选择

 、按额定电压选择

电气设备的额定电压UN就是其铭牌上标出的线电压，另外还规定有允许最高工作电压Ualm。由于电力系统负荷的变化、调压及接线方式的改变而引起功率分布和网络阻抗变化等原因，往往使得电网某些部分的实际运行电压高于电网的额定电压UNs，因此，所选电气设备的允许最高工作电压Ualm不得低于所在电网的最高运行电压Usm，即

 Ualm≥   （4-1）

对于电缆和一般电器，Ualm较UN高10%～15%，即

 （1.1～1.15）UN

而对于电网，由于电力系统采取各种调压措施，电网的最高运行电压Usm通常不超过额定电压UNs的10%，即

 Ns 

可见，只要UN不低于UNs，就能满足式（4-1），所以，一般可按式（4-2）选择

  UN≥UNs   （4-2）

2、按额定电流选择

电气设备的额定电流IN是指在额定环境条件（环境温度、日照、海拔、安装条件等）下，电气设备的长期允许电流。

经综合修正后的长期允许电流Ial不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

  Ial=KIN≥Imax   （4-3）

式中 K——综合修正系数，为有关修正系数的乘积；

  Imax——电气设备所在回路的最大持续工作电流，可按表计算，A。

当计及环境温度修正时，K值的计算如下。

对于裸导体和电缆θal-θ

  K=  （4-4）

对于电器

40℃＜θ≤60℃时，K=1-（θ-40）×0.018；

 0℃≤θ≤40℃时， K=1+（θ+40）×0.005；        （4-5）

θ＜0℃时，K=1.2。

式中：  θ——实际环境温度，℃；

  θal——多道题或电缆芯正常最高允许温度，℃。

3、选择设备的种类和型式

1）应按电器的装设地点、使用条件、检修运行等要求，对设备进行种类（如户内或户外型电器）和型式的选择。

2）除上述考虑海拔、当地实际环境温度的影响外，尚需考虑日照、风速、覆冰厚度、湿度等环境条件的影响。

二、电气设备的校验

以下校验是按短路情况进行的，有关短路电流计算的相关问题，前文中刚提到过，在此不再重述，只叙述校验方面的问题。

1.热稳定和动稳定校验

（1）热稳定校验。

1）导体和电缆满足热稳定的条件为

                            S≥Smin    （mm2）                      （4-6）

式中S——按正常工作条件选择的导体或电缆的截面积，mm2；

 Smin——按热稳定确定的导体或电缆的最小截面积，mm2。

2）电器满足热稳定的条件为

                            It≥Qk       [（kA）2·s]                    （4-7）

式中： It——制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流，kA；

 t——制造厂对定的允许通过电器的热稳定时间，s；

     Qk——短路电流通过电器时所产生的热效应，（kA）2·s 。

（2）动稳定校验。动稳定就是要求电气设备能承受短路冲击电流所产生的电动力效应。

1）硬导体满足动稳定的条件为：

                         σal≥σmax  （Pa）                        （4-8）

式中：σal——导体材料最大允许应力，Pa；

σmax——导体最大计算应力，Pa

2）电器满足动稳定的条件为

                          ies≥ish   （kA）                          （4-9）

式中：ies——电器允许通过的动稳定电流（或称极限通过电流）幅值，kA；

ish——短路冲击电流幅值，kA。

4.6.2  电气设备的选择

一、断路器的选择

1）对于220kV侧，其断路器的选择如下：

1.按额定电压选择

                           UN ≥ UNS=220kV                                     

2.按额定电流选择

                        Ial=KIN≥Imax                             

                        Imax =                           

                             =       

                             =  606.4A

IN = 2000A﹥Imax

查《发电厂电气部分》附录可选断路器的型号为SW2—220Ⅳ，其额定电压为220kV，额定电流为2000A，额定开断电流为40kA；允许通过电器的动稳定电流为100kA，热稳定电流为40kA，热稳定时间为4s。

3.按额定开断电流选择                       

IK  ≤ INbr    

IK——全电流有效值；  INbr——额定开断电流。

                             IK≈I" ≈ I"                    

在变电所主母线短路点处，可不计及非周期分量的影响，所以Ik≈I"

I"=24.8kA≤INbr=40(kA)

4.热稳定校验：

   I"= 24.8kA ， Itk/2= 20.1kA ，Itk=18.5kA

                  tk = 4.0s

             =  +  = （+ 10 + ）

                =  (24.82+10×20.12 +18.52)+4.0×24.82

= 4125.9[（kA）2·s]

It =×4=00﹥QK，故该断路器满足热稳定的要求。

5.动稳定校验

                                Ies≥Ish                                               

Ies——电器设备允许通过的动稳定电流

Ish——短路电流冲击值

Ish =  2.55=63.24(kA)<80kA

所以该断路器满足动稳定的要求

综上所选择断路器的型号为SW2—220Ⅳ，可以满足系统的正常运行。

2）对于110kV侧，其断路器的选择如下：

1.按额定电压选择

                        UN≥UNS=110kV                                     

2.按额定电流选择

                         Ial=KIN≥Imax                             

                        Imax　 =   

　　　　                    　＝　

                            　= 606.24A                        

IN = 1600A﹥Imax

查《发电厂电气部分》附录可选断路器的型号为SW2—110Ⅲ，其额定电压为110kV，额定电流为1600A，额定开断电流为40kA；允许通过电器的动稳定电流为100kA，热稳定电流为40kA，热稳定时间为4s。

3.按额定开断电流选择                      

 IK≤INbr    

IK——全电流有效值；  INbr——额定断开电流。

                             IK≈I"≈I"                    

在主母线短路点处，可不计及非周期分量的影响，所以Ik≈I"

I"=24.8kA≤INbr=40(kA)

4.热稳定校验

 I"= 24.8kA ， Itk/2= 20.1kA ，Itk=18.5kA

         =4.0s

             =  +  = （+ 10 + ）                

                = (24.82+10×20.12+18.52)+4.0×24.82

=4125.9[（kA）2·s]

It =×4=4800﹥QK，满足热稳定的要求。

5.动稳定校验

                                Ies≥Ish                                               

Ies——电器设备允许通过的动稳定电流

Ish——短路电流冲击值

Ish = 2.55 I"=  2.55 = 63.24(kA)< Ies = 80kA，满足动稳定的要求。

综上，所选110kV侧的断路器的型号为SW2—110Ⅲ，可以满足系统的正常运行。

3）按相同的方法，可以对厂用电接线中的断路器选择并进行校验，最终所选择的断路器型号为：SN10-10Ⅰ。

二、隔离开关的选择

1）对于220kV侧的隔离开关，可按如下方式进行选择

1.按额定电压选择：                

UN≥UNS=220kV

2.按额定电流选择：                    

                             IN≥Imax

 Imax==（3-10）

Imax=606.24(A)<1250(A)

查《发电厂电气部分》附录可选隔离开关的型号为GW4—220（D）型，其额定电压为220kV，额定电流为1250A，允许通过电器的动稳定电流为100kA，热稳定电流为40kA，热稳定时间为4s。

3. 热稳定校验：

QK = (I"2+10I+I)+T I"2

= (24.82+10×20.12+18.52)+4.0×24.82

=  4125.9[（kA）2

It=402×4=00>QK   满足热稳定要求。

4.动稳定校验：

 Ies   ≥  Ish

       Ish = 2.55 I"=  2.55 = 63.24(kA)< Ies = 100kA，满足动稳定的要求。

经过以上计算，最终确定220kV侧的隔离开关类型选择为：GW4—220（D）。

2）对于110kV侧的隔离开关，其隔离开关选择如下：

1.按额定电压选择：                

UN≥UNS=110kV

2.按额定电流选择：                    

                             IN≥Imax

 Imax=  =  =  

Imax=606.24(A)<2000(A)

查《发电厂电气部分》附录可选隔离开关的型号为GW5—35Ⅱ（D）型。其额定电压为110kV，额定电流为2000A，允许通过电器的动稳定电流为100kA，热稳定电流为40kA，热稳定时间为4s。

3. 热稳定校验：

QK = (I"2+10I+I)+T I"2 

= (24.82+10×20.12+18.52)+4.0×24.82 

=  4125.9[（kA）2·s

It=402×4=00>QK   满足热稳定要求。

4. 动稳定校验：

 Ies  ≥  Ish

Ish = 2.55 I"=  2.55 = 63.24(kA)< Ies = 100kA，满足动稳定的要求。

经过以上计算，最终确定110kV侧的隔离开关类型选择为：GW5—35Ⅱ（D）。

3）按相同的方法，可以对厂用电接线中的隔离开关选择并进行校验，最终所选择的隔离开关的型号为：GN8-6T。

三、避雷器的选择

1）按额定电压选择：

220kV最高工作电压为242kV，相对地电压为0.75Um=0.75×242=181.5kV，可以取避雷器的额定电压为200kV，满足额定电压要求。

2）按持续运行电压选择：

220kV系统的相电压为：

 = 139.7kV

查阅《电力工程电气设计手册》[1]可选Y10W—200/520W型无间隙氧化锌避雷器，其持续运行电压为156kV，故满足持续运行要求。

四、电流互感器的选择

1.按一次回路的额定电压和额定电流选择，应满足：

UN≥UNS=110kV

2.对于额定二次电流，规程上只有1A和5A两种类型，1A用于弱电系统，5A则用于强电系统。设计的接线属于强电系统，故额定二次侧电流选5A。

3.6-20kV屋内配电装置和高压开关柜，一般用LA、LDZ、LFZ型；发电机回路和2000A以上的回路一般用LMZ、LAJ、LBJ型等，35kV及以上配电装置一般用油浸瓷箱式结构的式电流互感器，常用LCW系列。

4.电流互感器的热稳定校验与断路器过程基本相同，在此不再重复。

综上，查《发电厂电气部分》附录中的有关技术数据，最终选择的电流互感器的型号为：LCW—35

五、母线的选择

母线的选择应按照母线的材料、截面形状和布置方式进行选择，按照这些条件，并结合本次设计中主接线的具体情况，最终可以确定母线的类型为：LGJQ-300的钢芯铝绞线，其热稳定、电晕的校验均能满足要求。

4.7  本章小结

本章首先设计了火力发电厂的电气主接线，并对主变压器做出了型号的选择，其次设计了该电厂的厂用电接线，并对厂用电接线中的6kV线路做了过电流保护，对厂用电接线中器件设计了防雷保护。

最后的两节，先是进行了短路电流的有关计算，随后对主接线所用的电气设备进行了选择并对其进行了相关的短路电流校验。

                          结束语

经过几个月的毕业设计，我对本专业以前所学的知识有了一定的认识和了解，加深了各学科之间的相互联系，无论从学习还是实践方面都有了很大的提高。

刚开始拿到题目的时候，感到了一阵的恐慌，后来在老师和同学的耐心指导下，逐渐进入了毕业设计当中。经过查阅相关资料和网络资源的使用，自己加强了解决问题的能力；在整理资料的过程中，我对本专业以前所学的课程有了更深的理解，并且还慢慢感受到了这些学科之间潜在的联系，对我们这个专业有了更深的认识，也为以后进入社会积累了一定的实践经验。虽然在设计的过程中遇到了不少的问；题和困难，但这些都在老师的耐心指导和同学的帮助下，逐渐解决了。

最后，老师和同学能在百忙之中给予我指导，在此我表示深深的谢意！我也会不断地完善自己，争取在以后的学习和工作之中，取得更大的进步和发展。

附图一：火力发电厂的电气主接线图

附图二：火力发电厂的厂用电接线图

参考文献

1. 姚春球. 发电厂电气部分，北京：中国电力出版社，2004. 159～271

2. 陈珩. 电力系统稳态分析，北京：中国电力出版社，1995. 20～72

3. 李光琦. 电力系统暂态分析，北京：中国电力出版社，2007. 5～120

4.杨保初，，戴玉松.高电压技术，重庆：重庆大学出版社，2002. 124～178

5.张保会，尹项根.电力系统继电保护，北京：中国电力出版社，2005. 15～60

6. 卢文鹏等.发电厂变电站电气设备，北京：中国电力出版社，2007. 96～115

7. 杜文学.电气设备运行及事故处理，北京：化学工业出版社，2006. 52～134

8. 电力工业部西北电力设计院编.电力工程电气设备手册（电气一次部分），北京：中国电力出版社,2004.30～56

9. 李德钜.实用短路电流计算，天津：天津科学技术出版社，2001.40～68

10. 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册，北京：水利电力出版社，19.

 ～260

11.陈立定，吴玉香，苏开才.电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社，2001. 1～48