2×350MW火力发电厂电气部分设计课程设计

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　学

　发电厂电气部分

　课程设计（论文）

　题目：

　2 ×350MW 火力发电厂电气部分设计（ （2 ）

　院（系）：

　专业班级：

　学

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　指导教师：

　起止时间：

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　I 课程设计（论文）任务及评语

　院（系）：

　 教研室：

　 注：成绩：平时20%

　 论文质量60%

　 答辩20%

　以百分制计算

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　课程设计题目 2×350MW火力发电厂电气部分设计 课程设计（论文）任务

　本设计是针对 2×350MW 火力发电厂电气部分进行的设计，已知量为：2 台350MW 发电机组，发电机出口电压 23kV，经升压至 220kV 送入系统；220kV 出线 6 回（负荷功率及线路长度已知）。厂用电率 5.6%；发电机参数 415MVA、23kV、10417A、cosφ=0.86、X d =17.4%；根据火力发电厂原始资料及有关技术要求进行电气部分设计。

　 设计具体内容：

　1）设计电气主接线方案； 2）完成主变压器容量计算、台数和型号的选择； 3）短路电流的计算； 4）完成电气设备的选择与校验；

　进度计划 1、布置任务，查阅资料。（1 天）

　2、系统总体方案设计。（1 天）

　3、设计主接线。（2 天）

　4、设计变压器。（2 天）

　5、短路计算。（2 天）

　7、电气设备选择校验（1）

　6、撰写、打印设计说明书（1 天）

　指导教师评语及成绩

　 平时：

　 论文质量：

　 答辩：

　总成绩：

　指导教师签字：

　 年

　月

　日

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　II

　摘 要 电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其它能源形式。当今，火力发电在我国乃至全世界范围，其装机容量占总装机容量的 70％左右，发电量占总发电量的 80％左右。由此可见，电能在我国这个发展中国家的国民经济中担任着主力军的作用。设计中将主要从理论上在电气主接线设计，短路电流计算，电气设备的选择，配电装置的布局，防雷设计，发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，并与五彩湾发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计安全的前提下，还要兼顾可靠性、经济性和灵活性，通过计算论证该火电厂实际设计的合理性与经济性。在计算和论证的过程中，结合电气工程手册规范，采用 CAD 软件绘制了大量电气图，进一步完善了设计。

　在我国这个发展中国家的国民经济中担任着主力军的作用的是电能。由此可见，电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其它能源形式。当今，有许多新兴的发电形式如：火力发电、潮汐能、风能、太阳能等的发电形式。但火力发电是我国乃至全世界范围内最主要的发电形式。

　设计中将主要从理论上在电气主接线设计，短路电流计算，电气设备的选择，变压器和电压互感器，电流互感器等方面做详尽的论述，在保证设计安全的前提下，还要兼顾可靠性、经济性和灵活性，通过计算论证该火电厂实际设计的合理性与经济性。

　关键词 ：主接线设计、短路电流、电气设备选择

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　III 目 录

　第 1 章 绪论 ....................................................... 1

　第 2 章 电气主接线的选择 ........................................... 2

　2.1

　可选方案的确定 ............................................... 2

　2.2

　可选方案的分析 ............................................... 3

　2.3

　最优方案的确定 ............................................... 6

　第 3 章 主变压器选择 ............................................... 7

　3.1

　概述 ......................................................... 7

　3.2

　主变压器的选择 ............................................... 7

　3.2.1 变压器相数的选择 ................................................................................ 7

　3.2.2 变压器绕组数于结构的选择 ................................................................ 7

　3.2.3 变压器绕组联结组号的选择 ................................................................ 8

　3.2.4 变压器调压方式的选择 ........................................................................ 8

　3.2.5 变压器冷却方式的选择 ........................................................................ 8

　第 4 章 厂用电接线及设计 ........................................... 9

　4.1

　概述 ......................................................... 9

　4.1.1 厂用效率 ................................................................................................ 9

　4.2

　厂用电接线的设计原则和接线形式 ............................... 9

　4.2.1 对厂用电接线的要求 ............................................................................ 9

　4.2.2 厂用电接线的设计原则 ...................................................................... 10

　4.2.3 厂用电的电压等级 .............................................................................. 10

　4.2.4 厂用电源及其引接 .............................................................................. 10

　4.2.5 厂用电接线形式 .................................................................................. 12

　4.3

　厂用变压器的选择 ............................................ 12

　4.3.1 额定电压 .............................................................................................. 12

　4.3.2 工作变压器的台数和型号 .................................................................. 13

　4.3.3 变压器的阻抗 ...................................................................................... 13

　4.3.4 变压器的容量 ...................................................................................... 13

　第 5 章 短路电流的计算 ............................................ 14

　5.1

　概述 ........................................................ 14

　5.1.1 短路电流计算的一般规定 .................................................................. 14

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　IV 5.1.2 短路电流计算的目的 .......................................................................... 14

　5.1.3 短路电流计算的方法 .......................................................................... 14

　5.2

　短路电流计算 ................................................ 14

　5.3

　短路电流计算结果表 .......................................... 19

　第 6 章 电气设备的选择 ............................................ 19

　6.1

　概述 ........................................................ 19

　6.2

　断路器的选择 ................................................ 19

　6.2.1 断路器的功能 ...................................................................................... 19

　6.2.2 断路器的选择 ...................................................................................... 20

　6.2.3 断路器的校验 ...................................................................................... 20

　6.3

　隔离开关的选择 .............................................. 20

　6.3.1 隔离开关的主要用途 .......................................................................... 20

　6.3.2 隔离开关的种类 .................................................................................. 20

　6.4

　电流互感器的选择 ............................................ 21

　6.4.1 电流互感器的配置原则 ...................................................................... 21

　6.4.2 电流互感器的选择 .............................................................................. 21

　6.5

　电压互感器的选择 ............................................ 23

　6.5.1 电压互感器的分类 .............................................................................. 23

　6.5.2 电压互感器的配置原则 ...................................................................... 23

　6.5.3 电压互感器的选择 .............................................................................. 23

　第 7 章 课程设计内容总结 .......................................... 24

　参考文献 ......................................................... 25

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　1 第1章 绪论

　随着科学技术的进步，越来越多的发电形式相继出现，如：风能、潮汐能、太阳能、核能等。但是这诸多的发电形式都存在着相应的弊端，发电量小、利用率不高、对周围环境及人等产生巨大的危害。都不是主流的发电形式。最传统、利用率高的发电形式还是火力发电。

　所以本设计工程是针对 2×350MW 火力发电厂电气部分进行设计，并考虑其他形式的扩建条件。本设计充分地应用和巩固所学专业知识，如：发电厂电气部分﹑电力系统分析等课本知识，培养查阅资料，合理选择和分析数据的能力，加深对本专业课程中所学知识的理解和掌握，为今后的工作打下坚实的基础。

　已知条件量为：2台350MW发电机组，发电机出口电压23kV，经升压至220kV送入系统；220kV 出线 6 回。厂用电率 8%；发电机参数 420MVA、20kV、10190A、cosφ=0.85、Xd=22.7%；根据火力发电厂原始资料及有关技术要求进行电气部分的设计。

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　2 第2章 电气主接线的选择 主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，以电源和出线为主体。主接线的确定对电力系统整体如发电厂﹑变电所本身运行的可靠性﹑灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择﹑配电装置配置﹑继电保护和控制方式的拟订有较大影响。

　2.1 可选方案的确定 由原始资料分析，220kV 出线为四回，主变进线两回。根据该电厂的具体情况以及手册要求，对各种基本接线的具体分析如下：

　1 单母线接线：接线简单，操作方便，设备少，经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。但是可靠性差，调度不方便，因此，这种接线方式一般适用于 220kV 配电装置的出线回路数不超过 2 回。而该电厂的出线数为 4 回，所以不可选 2 单母线分段接线：适用于小容量发电厂的发电机电压配电装置，出线回路数为 3 到 4 回，可靠性不高，所以该接线方式也不可选。

　3 双母线接线：供电可靠，调度灵活，扩建方便，适用于：220kV 出线数为 6回及以上时，因此此方案可选。

　4 双母线带旁路母线接线：保证断路器检修时不中断该回路供电，220kV 输送功率较多，送电距离较远，停电影响较大，为保证系统的供电可靠性，此方案可选。

　5 双母线分段接线：双母线分段接线较多用于 220kV 配电装置，当进出线数为10~14 回时，采用三分段；15 回及以上采用四分段。而此设计中进出线为 6 回，不需要采用此方案。

　6 一台半断路器接线：通常在 330kV~500kV 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。在特殊情况下，个别大型电厂和枢纽变电所未接入 500kV 系统而接入 220kV 系统，致使其220kV 配电装置在系统中的地位特别重要而采用了超高压配电装置应用的一台半断路器接线可选。

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　3 2.2 可选方案的分析 由以上分析可知，有四种方案可供选择：双母线接线﹑双母线分段接线﹑双母线带旁路接线﹑一台半断路器接线。

　方案Ⅰ：双母线接线（如图 2—1）

　 图 2—1

　双母线接线

　（1）优点：

　1)供电可靠； 2)调度灵活； 3)扩建方便； 4)便于试验。

　（2）缺点：

　1)增加一组母线和一回线路就需要增加一组母线隔离开关； 2)当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作； 3)出现断路器检修时，该回路停止供电。

　方案Ⅱ：双母线分段接线（如图 2—2）

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　4

　 图 2—2

　双母线分段接线 （1）

　优点：

　1）任何时候都有备用母线，具有很高的可靠性和灵活性； 2）当母线故障时，不需要短时切断较多电源和负荷。

　（2）

　缺点：

　1）增加分段断路器和母联断路器的数量，配电装置投资较大； 检修出线断路器时，仍然会使该回路停止供电。

　方案Ⅲ：双母线带旁路接线（如图 2—3）

　图 2—3

　双母线带旁路接线

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　5 (1)优点：

　1）运行操作方便，不影响双母线正常运行； 2）检修出线断路器时，该回路可以不停电。

　(2)缺点：

　1）多一台旁路断路器，增加了投资和配电装置的占地面积； 2）旁路断路器的继电保护为适应出线的要求，其整定较复杂。

　方案Ⅳ：一台半断路器接线（如图 2—4）

　图 2—4

　一台半短路器接线

　 (1)优点：

　1)具有较高的供电可靠性； 2)正常运行时两组母线和全部断路器都闭合，形成多环供电，运行调度灵活可靠； 3)隔离开关不作为操作电器，只承担隔离电压的任务，减少误操作，对任何断路器检修不停电，操作检修方便。

　(2)缺点：

　1)断路器台数增多，造价高；

　2)解决继电保护校验问题，保护必须双重化；

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　6 3)投资大，建设标准高。

　 2.3 最优方案的确定 根据《火力发电厂设计技术规程》得 技术经济合理时，容量为 200MW 及以上的机组可采用发电机－变压器－线路组的单元接线。故本设计中发电机出口采用单元接线。

　根据《火力发电厂设计技术规程》（DL5000－2000)得：

　 35KV~220KV 配电装置的接线方式应按发电厂在电力系统中的地位、负荷的重要性、出线回路数、设备特点、配电装置型式以及发电厂的单机和规划容量等条件确定。

　 当配电装置在电力系统中居重要地位、负荷大、潮流变化大、且出线

　 回路数较多时，宜采用双母线接线或双母线分段的接线。

　 采用单母线或双母线的 110KV~220KV 配电装置，当配电装置采用六氟化硫全封闭组合电器时，不应设置旁路设施；当断路器为六氟化硫型时，不宜设旁路设施；当断路器为少油型时，除断路器有条件停电检修外，宜设置旁路设施，当 220KV出现在四回及以上和 110KV 出线在六回及以上时，可采用带专用旁路断路器的旁路母线。

　若采用双母线分段接线不能满足电力系统稳定性和地区供电可靠性的要求，且技术经济合理时，容量在 300MW 及以上机组发电厂的 220KV 配电装置也可采用一台半断路器的接线方式。

　在以上规程的基础上，根据原始资料的分析以及分析综合断路器台数以及供电和检修的方便可靠性分析，双母线接线和双母线带旁路接线要优于其他几种方案。又因为现在电力系统中，多用六氟化硫断路器，大大缩短检修周期，十几年才检修一次，因此不需要设置旁路断路器。故最终选择双母线接线。

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　7 第3章 主变压器选择 3.1 概述 在发电厂中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。主变压器的容量，台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统 5-10 年发展规划，输送功率大小，馈线回路数，电压等级等因素，进行综合分析和合理选择。查询《发电厂电气部分》可知:单元接线的主变压器容量应按下列条件中的较大者选择。

　(1)电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有 10％的裕度。

　(2)按发电机的最大连续输出容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组平均温升在标准环境温度或冷却水温度不超过 65℃的条件选择。

　根据原始资料可知：该电厂的单机为 350MW，发电机与变压器系用单元接线。设该电厂厂用电率为 8％。则：

　S=350×（1-5.6％）×（1+10％）／0.85=416.7MVA

　3.2 主变压器的选择 3.2.1 变压器相数的选择 容量为 300MW 及以下机组单元连接的主变压器和 330kV 及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单项变压器组相对投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。但是，由于变压器的制造条件和运输条件的限制，特别是大型变压器，需要考虑其运输可能性。若受到限制时，则可选用单相变压器组，所以本设计采用三相变压器。

　3.2.2 变压器绕组数于结构的选择 电力变压器按其每相的绕组数分为双绕组.三绕组或更多绕组等形式；按电磁结构分为普通双绕组.三绕组.自藕式及低压绕组分裂式等型式。此外，机组容量为 200MW 以上的发电厂采用发电机一双绕组变压器单元接入系统，而两种升高电压级之间加装联络变压器更为合理。故本设计采用双绕组变压器。

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　8 3.2.3 变压器绕组联结组号的选择 变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。

　在发电厂中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制 3 次谐波对电源的影响等因素，根据以上变压器绕组连接方式的原则，本设计中主变压器组别一般都选用 YN,d11 常规接线。

　3.2.4 变压器调压方式的选择 为了保证发电厂的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%。其结构较复杂，价格较贵，只在以下情况下予以选用：

　1 接于出力变化大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压维持在一定水平时; 2 接于时而为送端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。

　而本设计发电厂为地区性电厂，负荷变化不大，潮流方向固定，一直处于送端，固采用较便宜的无激磁调压。

　3.2.5 变压器冷却方式的选择 电力变压器的冷却随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。

　通常依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动机风扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却，适用于中、小型变压器；大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。

　本设计变压器额度容量为 415000KVA，容量较大，固采用强迫油循环风冷却。

　依 据 以 上分 析 结 果， 查 《 电力 工 程 电气 设 备 手册 》， 选用 型 号 为SFPT-415000/220 的变压器，其技术参数如表 1-1。

　表 3-1 主变压器参数 容量 电压 连接方式 I 0 ％ Us％ 调压方式 最高 最低 415000KVA 220±2×2.5％ 23KV YNd11 0.85 12.14 无载调压

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　9 第4章 厂用电接线及设计 4.1 概述 厂用电在启动，运转，投役，检修过程中，有大量以电动机拖动的机械设备，用以保证几组的主要设备和输煤，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、照明等用电设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。

　4.1.1 厂用效率 厂用电的电量,大都由发电厂本身供给.其耗电量与电厂类型、机械化和自动化程度、燃料种类及燃烧方式、蒸汽参数等因素有关。厂用电量占发电厂全部发电量的百分之数，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 5﹪～8﹪，热电厂为 5﹪～13﹪，水电厂为 0.5﹪～1.0﹪。本设计中厂用电率为 5.6%。

　4.2 厂用电接线的设计原则和接线形式 4.2.1 对厂用电接线的要求 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独立的。在任何运行方式下，一台机组故障停运或其铺机 的电气故障不应影响另一台机组的运行，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入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，尽可能的使切换操作简便，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

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　10 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 及其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。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 厂用电接线的设计原则 厂用电接线的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有：

　1 厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运行运转; 2 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、炉的厂用负荷有本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单； 4 设计时还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，使厂用电接线具有可行性和先进性； 5 在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接触方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。

　4.2.3 厂用电的电压等级 厂用电的电压等级是根据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络等因素，相互配合，经过技术经济综合比较后确定的。

　根据《火力发电厂厂用电设计技术规定》（DL/T5153－2002)4.1.1 查得：

　发电厂可采用 3kV，6kV,10KV 作为高压厂用电的电压。容量为 600MW 及以下的机组，发电机电压为 10.5kV 时，可采用 3kV（或 10kV）；发电机电压为 6.3kV 时，可采用 6kV；容量为 125MW~300MW 级的机组，宜采用 6kV；容量为 600MW 及以上的机组，可根据工程具体条件采用 6kV 1 级或 3kV，10kV 2 级高压厂用电压。

　本设计中发电机容量为 350MW，考虑到其他因素，设计中采用高压厂用电电压为 6kv，低压厂用电电压为 380V。

　4.2.4 厂用电源及其引接 1.工作电源 发电厂的厂用工作电源，是保证正常运行的基本电源。通常，工作电源应不少于两个。

　厂用高压工作电源从发电机电压回路的引接方式与主接线形式有密切关系。当发电机和主变压器为单元接线时，则厂用工作电源从主变压器的低压侧引接。

　厂用分支上一般都应装设高压断路器。该断路器应按发电机机端断路进行选

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　11 择，其开断电流可能比发电机出口处断路器的还要大，对大容量机组可能选不到合适的断路器，可加装电抗器或选低压分裂绕组变压器，以限制断路电流。对于200Mw 及其以上的机组，厂用分支都采用分相封闭母线，故障率较小，可不装断路器和隔离开关，但应有可拆连接点，以供检修和调试用，这时，在变压器低压侧务必装设断路器。

　低压厂用工作电源，由高压厂用母线通过低压厂用变压器引接。若高压厂用电设有 10KV 和 3KV 两个电压等级，则 400V 工作电源一般从 10KV 厂用母线引接。

　本设计中采用厂用工作电源从主变压器低压侧引接，并且采用分相封闭母线。

　2.备用电源和启动电源 我国目前对 200Mw 以上大型发电机组，为了确保机组安全和厂用电的可靠性才设置厂用启动电源，且以启动电源兼作事故备用电源，统称启动（备用）电源。

　备用电源的引接应保证其独立性，并且具有足够的供电容量，以下是最常用的引接方式：

　1)从发电机电压母线的不同分段上，通过厂用备用变压器（或电抗器）引接。

　2)从发电机联络变压器的低压绕组引接，但应保证在机组全停情况下，能够获得足够的电源容量。

　3)从与电力系统联系紧密、供电可靠的最低一级电压母线引接。这样，有可能采用变比较大的厂用高压变压器，增大高压配电装置的投资而致经济性较差，但可靠性较高。

　4)当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路，经过变压器取得独立的备用电源或启动电源。

　考虑以上原则，本设计中启动（备用）电源从变压器侧高压母线上通过厂用电备用电源变压器引接。

　3.事故保安电源 对 300Mw 及其以上的大容量机组，当厂用工作电源河备用电源都消失时，为确保在严重事故状态下能安全停机，事故消除后又能及时恢复供电，应设置事故保安电源，以保证事故保安负荷，如润滑油泵、密封油泵、热工仪表及自动装置、盘车装置、定轴油泵、事故照明和计算机等设施的连续供电。

　事故保安电源必须是一种独立而又十分可靠的电源，通常采用快速自动程序启动的柴油发电机组、蓄电池组以及逆变器降直流变为交流作为交流事故保安电源。对 300Mw 及以上机组还应由附近 110kv 及以上的变电站或发电厂引入独立可靠专用线路，作为事故备用保安电源。

　本设计采用快速自动程序启动的柴油发电机组来作为事故保安电源。

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　12 4.2.5 厂用电接线形式 厂用电接线方式合理与否，对机、炉、电德辅机 以及整个发电厂的运行可靠性有很大影响。厂用电接线应保证厂用供电的连续性，使发电机能安全满发，并满足运行安全可靠、灵活方便等要求。

　发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线形式，并多以成套配电装置接收和分配电能。

　火电厂的厂用电负荷容量较大，分布面较广，尤以锅炉的辅助机械设备耗电量大，如吸风机、送风机、排粉机、磨煤机、给粉机、电动给水泵等大型设备，其用电量约占厂用电量的 60%以上。为了保证厂用电系统的供电可靠性和经济性，高压厂用母线均采取按锅炉分段的原则，即将高压厂用母线按锅炉台数分成若干独立段，凡属同一台锅炉的厂用负荷均接在同一段母线上，与锅炉同组的汽轮机的厂用负荷一般也接在该段母线上，而该段母线由其对应得发电机组供电。全厂公用负荷，应根据负荷功率及可靠性的要求，分别接到各段母线上，各段母线上的负荷应尽可能均匀分配。当公用负荷大时，可设公用母线段。对于 400t/h 及以上的大型锅炉，每台锅炉设两段高压厂用母线。

　低压厂用母线一般也按锅炉分段，常用电源则由相应的高压厂用母线供电。

　厂用电各级电压均采用单母线分段（按锅炉分段）接线形式，具体用下列特点：

　①若某一段母线发生故障，只能影响其对应的一台锅炉的运行，使事故影响范围局限在一机一炉；②厂用电系统发生短路时，短路电流较小，有利于电气设备的选择；③将同一机炉的厂用电负荷接在同一段母线上，便于运行管理合安排检修。

　故本设计中，厂用电高压、低压、备用母线均采用单母线分段（按锅炉分段）接线形式。

　4.3 厂用变压器的选择 厂用变压器的选择主要考虑厂用高压工作变压器和启动备用变压器的选择，其选择内容包括变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗。

　4.3.1 额定电压 厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定，变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。

　本设计中厂用工作电源从主变压器低压侧引接，故一次侧电压为 20kV，二次侧电压为6 kV；厂用备用电源从厂用备用电源由煤矿工业广场110kV变电所10kV引接，故一次侧为 10 kV，二次侧电压为 6 kV。

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　13 4.3.2 工作变压器的台数和型号 1 工作变压器的台数和型式主要与厂用高压母线的段数有关，而母线的段数又与厂用高压母线的电压等级有关，而母线的段数又与厂用高压母线的电压等级有关。当只有 6KV 一种电压等级时，一般分两段；当 10KV 与 3KV 电压等级同时存在时，则分四段。当只有 6KV 一种电压等级时，厂用高压工作变压器可选用 1 台全容量的分裂绕组变压器，两个分裂支路分别供两段母线；或选用 2 台 50％容量的 双绕组变压器，分别供两段母线。如出现 10KV 和 3KV 两种电压等级时，厂用高压工作变压器可选用 2 台 50％容量的三绕组变压器，分别供四段母线。

　本设计中高压厂用电 6KV 母线分为两段，故厂用高压工作变压器选用 1 台全容量的分裂绕组变压器；而因厂用备用变压器连接的公用亦分为两段，故也采用分裂绕组变压器。

　2 厂用变压器的容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率。因此，对厂用高压工作变压器的容量应按厂用电高压工作变压器的容量应按厂用高压计算负荷 110％与厂用电低压计算负荷之和进行选择；而厂用低压工作变压器的容量应留又 10％左右的裕度。

　厂用高压备用变压器容量。厂用高压备用变压器或启动变压器应与最大一台厂用高压工作变压器的容量相同；厂用低压备用变压器的容量应与最大一台厂用低压工作变压器容量相同。

　4.3.3 变压器的阻抗 变压器的阻抗是厂用工作变压器的一项重要指标。厂用工作变压器的阻抗要求比一般动力变压器的阻抗大，这是因为要限制变压器低压测的短路容量，否则将影响到开关设备的选择，一般要求阻抗应大于 10％；但是，阻抗过大又将影响厂用电动机的自启动。厂用工作变压器如果选用分裂绕组变压器，则能在一定程度上缓解上述矛盾，因为分裂绕组变压器在正常工作是具有较小阻抗，而分裂绕组出口短路时具有较大的阻抗。

　4.3.4 变压器的容量 《火力发电厂厂用电设计技术规定》（DL/T5153－2002)5.2.1 查得：高压厂用工作变压器的容量宜按高压电动机厂用计算负荷与低压厂用电的计算负荷之和选择。如公用负荷正常由第一台高压厂用起动/备用变压器供电，则应考虑起动/备用变压器检修时，由第一台高压厂用工作变压器接带全部公用负荷，也可由第一台与第二台高压厂用工作变压器各接带 50%公用负荷。低压厂用工作变压器的容量宜留有 10％的裕度。

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　14 第5章 短路电流的计算 5.1 概述 5.1.1 短路电流计算的一般规定 1 在选择电气主接线时，为了比较何种接线方案或者却迪昂某一个接线是否需要采取限制短路联络的措施等，均需要进行必要的短路电流计算。

　2 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全，可靠的工作，同时又力求节约资金，这就是需要进行全面的算路电流计算。

　3 在选择继电保护方式和整定计算时，需要以各种短路时的短路电流为依据。

　4 在设计屋外高压配电装置时候，需要按锻炼条件检验软导线的想见和相对地的安全距离。

　5 按接地装置的实际，也需要短路电流。

　5.1.2 短路电流计算的目的 1)电气主接线比较，2)选择导体和电器，3)确定中性点接地方式，4)计算软导体的短路摇摆，5)确定分裂导线间隔棒的间距，6)验算接地装置的接地电压和跨步电压，7)选择继电保护装置和进行整定计算。

　5.1.3 短路电流计算的方法 1 有名制计算 采用有名制进行电力系统计算时，系统中所有元件参数和运行参数都要用量纲（单位）。它是一种采用有量纲参数进行计算的制式。但它需要在电力系统中选取一个电压级作为归算得基本级，再将不同电压级的元件参数和运行参数规算到基本级。基本级的选择原则上是任意的，但通常选用最高电压级或问题所需研究的电压级。

　2 标幺值计算 采用标么值进行电力系统计算时，要选取基准值，所有元件参数和运行参数都要转化为标么值才能计算，依据转化的方法不同，分为两种：基本级基准法和各电压级基准法。

　5.2 短路电流计算 系统的等值电路图所示：

　大 学 课 程 设 计（论文）

　15

　 设

　1) f 点发生三相短路时：

　系统简化等值电路

　其中

　 2）f 点发生单项短路时

　大 学 课 程 设 计（论文）

　16

　 正序网：

　负序网：

　零序网：

　大 学 课 程 设 计（论文）

　17 3）f 点发生三相短路时：

　 可简化为右图：

　其中

　 4）f 点发生单相短路时：

　正序网：

　大 学 课 程 设 计（论文）

　18

　 负序网：

　零序网：

　大 学 课 程 设 计（论文）

　19 5.3 短路电流计算结果表 表 5-1 短路电流计算表 ：

　短路点 三相短路 单相短路 0  t

　k T t  2 / k T t  sh i

　0  t

　k T t  2 / k T t  sh i

　1 f（kA）

　4.48 2 727 2.851 11.72 1.85 2.085 2.07 4.48 2 f（kA）

　56.61 45.61 45.30 152.11 22..49 8.273 8.273 60.43

　第6章 电气设备的选择 导体和电气设备选择是电气设计的主要内容之一，本章主要介绍载流导体和主要电气设备的原理及选择条件和方法。

　6.1 概述 尽管电力系统中各种电气设备和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要可靠地工作条件选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

　电气设备选择的一般要求：1.应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；2.应按当地环境条件校核；3.应力求技术先进和经济合理；4.与整个工程的建设标准应协调一致；5.同类设备应尽量减少品种；6.选用的新产品均应具有可靠地实验数据，并经证实鉴定合格。

　6.2 断路器的选择 6.2.1 断路器的功能 断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或电路故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，能起保护作用。

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　20 6.2.2 断路器的选择 查《电力工程电气设备手册》得 ：

　型号

　额定工作电压（kv）

　额定电流（A）

　额定开端电路（KA）

　额定闭合电流（KA）

　4s 热稳定电路（KA）

　额定动稳定电流（KA）

　固有分闸时间(S）

　LW12-220/2000-40 220 2000 40 100 40(3s) 100 0.04 6.2.3 断路器的校验 1）额定电压：

　2）额定电流：

　3）

　额定开断：

　4）额定关合电流：

　5）短路热稳定校验：

　6）动稳定校验：

　6.3 隔离开关的选择 6.3.1 隔离开关的主要用途 （1）隔离电压。在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全； （2）倒闸操作。投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作完成； （3）分、合小电流。因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：分、合避雷器、电压互感器和空载母线；分、合励磁电流不超过 2A 的空载变压器；关合电容电流不超过 5A 的空载线路。

　6.3.2 隔离开关的种类 按安装地点不同分为：屋内式和屋外式； 按绝缘支柱数目分为：单柱式、双柱式和三柱式，还有 V 型隔离开关。

　隔离开关的选择 一般情况下，母线侧的隔离开关选择上伸式的，另一侧选择平伸式的。

　（1）经查《电力工程电气设备手册》，靠近母线处的隔离开关选型如下：

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　21 型号 额定电压 额定电流 动稳定电流峰值 热稳定电流有效值 GW10-220W 220 KV 1600 A 100 KA 40 KA（3s）

　GW10-220DW 220 KV 1600 A 100 KA 40 KA (3s) 下面对所选型号进行校验：

　热稳定校验：

　动稳定校验：

　（2）另一侧隔离开关的选型为双接地。GW11-220-2DW 为双接地刀闸。

　下面对所选型号进行校验：

　热稳定校验：

　动稳定校验：

　6.4 电流互感器的选择 6.4.1 电流互感器的配置原则 （1)为了满足测量和保护装置的需要,在发电机.变压器.出线.母线分段及母联断路器.旁路断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统，一般按三相配置；对于中性点非直接接地系统，依据保护.测量与电能计量要求按二相或三相配置。

　（2）保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的死区来设置。如有两组电流互感器，应尽可能设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。

　（3）为了防止电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线侧或变压器侧，尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。

　（4）为了减轻内部故障对发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。

　6.4.2 电流互感器的选择 1

　选择原则：

　1)种类和型式的选择。选择电流互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支柱式、装入式等）选择其型式。

　根据《导体和电器选择设计技术规定》中（DL/T5222－2005)15.0.3 查得:

　电流互感器的型式按下列使用条件选择：35KV 及以上配电装置的电流互感

　大 学 课 程 设 计（论文）

　22 器，宜采用油浸瓷箱式、树脂浇注式、6SF 气体绝缘结构或光纤式的独立式电流互感器。有条件时，应采用套管式电流互感器。

　2）电流互感器的准确级 根据《导体和电器选择设计技术规定》中（DL/T5222－2005)15.0.4 查得:保护用电力互感器的选择，对 220KV 及以下系统的电流互感器一般可不考虑暂态影响，可采用 P 类电流互感器。对某些重要回路可适当提高所选互感器的准确限值系数或饱和电压，以减缓暂态影响。

　根据《导体和电器选择设计技术规定》中（DL/T5222－2005)15.0.5 查得:测量用电力互感器的选择，，选择测量用电流互感器应根据电力系统测量和计量系统的实际需要合理选择互感器的类型。要求在较大工作电流范围内作准确测量时可选用 S 类电流互感器。为保证二次电流在合适的范围内，可采用复变比或二次绕组带抽头的电流互感器。

　电能计量用仪表与一般测量仪表在满足准确级条件下，可共用一个二次绕组。

　3）根据《导体和电器选择设计技术规定》中，电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流，应大于变压器的允许的不平衡电流，一般可按变压器额定电流的30%选择。安装在放电间隙回路中的电流互感器，一次额定电流可按 100A 选择。

　2

　 电流互感器的选择 (1)一次回路额定电压和电流的选择 由 U NS =220KV≥U N ，I N =2×800＞1134.63A。

　(2)二次侧电流的选择 由于目前都采用的是微机保护，故 INZ=1A (3)准确级的选择 装于发电机回路中的电能表和计费的电能表一般采用 0.5—1 级表，相应的互感器准确级不低于 0.5 级，故应选 0.5 级。

　(4)热稳定效验 电流互感器热稳定能力常以 1s 允许通过的热稳定电流 It 来表示，热稳定校验式为 It2=502=200＞Qk，满足。

　(5)动稳定校验 内部动稳定校验式为 i es=125KA＞11.72KA，满足。

　(6)铁芯数

　7

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　23 6.5 电压互感器的选择 6.5.1 电压互感器的分类 目前，电力系统广泛应用的电力互感器主要有电磁式和电容分压式两种。

　6.5.2 电压互感器的配置原则 (1)母线。除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同期、测量仪表和保护装置。旁路母线上装设电压互感器的必要性，要根据出线同期方式而定。当需用旁路断路器代替出线断路器实现同期操作时，则应在旁路母线装设一台单相电压互感器供同期使用，否则不必装设。

　(2)线路。35kV 及以上输电线路上，当对端有电源时，为了监视线路有无电压、进行同期和设置重合闸应装一台单相电压互感器。

　(3)发电机。发电机一般装 2-3 组电压互感器：一组（三只单相、双绕组）供自动调节励磁装置，另一组供测量仪表、同期和保护装置使用。该电压互感器采用三相五柱或三只单相接地专用互感器，其开口三角形供发电机在未并列之前检查是否有接地故障之用。当电压互感器负荷太大时，可增设一组不完全星形连接的电压互感器，专供测量仪表使用。大、中型发电机中性点常接有单相电压互感器，用于 100%定子接地保护。

　(4)变压器。变压器低压侧有时为了满足同期或继电保护的要求设有一组电压互感器。

　6.5.3 电压互感器的选择 （1）种类和形式选择

　根据《导体和电器选择设计技术规定》中（DL/T5222－2005)16.0.3 查得 电压互感器的型式按下列条件选择：110KV 及以上配电装置，当容量和准确度满足要求时，宜采用电容式电压互感器。

　(2)一次额定电压和二次额定电压的选择 电压互感器二次侧绕组额定电压通常是供额定电压为 100v 的仪表和继电器的电压绕组使用。显然，单个单项式电压互感器的二次绕组电压为 100v，而其余可获得的相间电压的接线方式，二次侧绕组电压为 100/3v；

　 根据《导体和电器选择设计技术规定》中（DL/T5222－2005)16.0.7 查得 用于中性点直接接地系统的电压互感器，其剩余绕组额定电压应为 100V；

　(3)容量和准确级的选择

　根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分配在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量，选择互感器的准确...

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