凝气式火电厂一次部分课程设计

发电厂电气部分 课程设计 题 目 凝气式火电厂一次部分课程设计 指导教师 职 称 讲师 班 级 学 号 学生姓名 2011年 X月X日 凝汽式火电厂一次部分课程设计 1．原始资料 1．1 发电厂建设规模 1.1.1 类型:凝汽式火电厂 1.1.2 最终容量、机组的型式和参数：2×300MW、年利用小时数：6000h/a 1．2 电力系统与本厂的连接情况 1.2.1 电厂在电力系统中的作用与地位：地区电厂 1.2.2 发电厂联入系统的电压等级：220KV 1.2.3 电力系统总装机容量：16000MW，短路容量：10000MVA 1.2.4 发电厂在系统中所处的位置、供电示意图 1．3 电力负荷水平: 1.3.1 220KV电压等级：架空线8回，备用2回，I级负荷，最大输送200MW， Tmax＝4000h/a 1.3.2 110KV电压等级：架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，Tmax＝4000h/a 1.3.3 穿越本厂功率为50MVA。

1.3.4 厂用电率：8% 1.4 环境条件 1.4.1 当地年最高温40℃，最低温－6℃，最热月平均最高温度28℃，最热月平均最低温度24℃ 1.4.2 当地海拔高度为50m 1.4.3 气象条件无其它特殊要求。

2.设计任务 2.1 发电厂电气主接线设计 2.2 厂用电设计 2.3 短路电流的计算 2.4 主要电气设备的选择 2．5 配电装置 3.设计成果 3.1 设计说明书、计算书一份 3.2 图纸一张 凝汽式火电厂一次部分课程设计 摘要 电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。本设计是对配有2台300MW的汽轮发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计，它主要包括了四大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。其中详细描述了主接线的选择、短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并对设计进行了理论分析。本设计是对2×300MW总装机容量为600MW的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用电高压部分的设计，它主要包括了五大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择、安全保护装置。其中详细描述了短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，列出各设备选择结果表。并对设计进行了理论分析。

最后的设计总图包括主接线，厂用电，断路器，隔离开关等。

［关键词］：
主接线 发电机 变压器 短路电流 厂用电 厂备用 安全保护                       一电气主接线 1系统与负荷资料分析 （1）工程情况 由原始资料可知，。本设计根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为1200MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装2台600MW机组，总容量占相联电力系统总容量的＝,没有超过电力系统检修备用容量—和事故备用容量的要求，这说明了该火电厂在未来电力系统中的不占主导作用和地位，主要是负责地区供电，而且年利用小时数为6000>5000,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此该电厂的电气主接线要求有较高的可靠性。该发电机端额定电压为20KV，电厂建成后以6KV电压供+给本厂负荷，厂用电为8%。以220KV电压等级供给系统，架空线8回，属于I级负荷，最大输送200MW，Tmax＝4000h/a并以110KV电压等级供给负荷，架空线8回，也属于I级负荷，最大输送180MW，Tmax＝4000h/a。并且本设计需要做到的技术指标要求保证供电安全、可靠、经济，且功率因数达到0.85。

（2）电力系统情况 该发电厂在电力系统中的作用与地位为地区电厂，地区电厂靠近城镇。

电力系统总装机容量为16000 MW，短路容量为10000MVA。

该发电厂联入系统的电压等级为220KV。

(3)负荷分析 该发电厂有两个电压等级，其负荷分析分别如下 ：
220KV电压等级：有架空线8回，备用两回，即十回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送200 MW，最大负荷小时数为4000 h/a，功率因数为0.85。

110KV电压等级：有架空线8回，即8回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送180 MW，最大负荷小时数为4000 h/a，功率因数为0.85。

由于两个电压等级所联负荷均为一级负荷，且最大负荷小时数为4000 h/a，故对主接线的可靠性要求很高。

（4）环境情况 由原始资料可知，当地海拔高50m，故可采用非高原型的电气设备；
当地年最高温度为40度，年最低温度为-6度，最热月平均最高温度为28度，最热月平均最低温度为24度，气象条件无其他特殊要求。

（5）设备情况 原始资料中给出了两台发电机的容量，这里对单台300 MW发电机设备的型号进行选择。

根据原始资料中给出了发电机的容量，课选择出发电机的型号，选择结果如表 发电机代号 发电机型号 额 定 电 压(KV) 额定 功率(MW) 功率 因数 同步电抗 瞬变电抗 超瞬变电抗 台数 G-1~~G-2 QFSN-300-2 20 300 0.85 188.59 19.68 18.9 2 型号含义；

2——2极 300——额定容量 N——氢内冷 F——发电机 Q——汽轮机 S——水内冷 2主接线方案的选择 （1）
主接线方案的拟定 1) 110KV电压等级：出线为8回架空线路，I级负荷，最大输送180MW，为实现不停电检修出线断路器，可采用单母线分段带旁路或双母线带旁路接线形式。由于两台发电机组单机容量均为300MW，而110KV侧的最大负荷为180MW，其全年平均负荷为330×4300÷8760=161.98MW。若接一台300MW机组，其容量远大于最大负荷330MW以及年平均负荷161.98MW，若当联络变压器出现故障时，会造成发电机大量积压容量，可能引起发电机出现甩负荷现象，并且在选择主变压器时有一定困难，所以在110KV侧不接发电机，而通过两台联络变压器从220KV侧引接来给110KV侧负荷供电。而且，最大输送200MW，同型号的发电机一般接在同一电压等级，因此为使联络变容量竟可能小，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，可采用双母线或双母分段接线形式，以保证供电的可靠性和灵活性。两台发电机的出口电压均为220KV、单机容量均为300MW，其额定电流和短路电流都很大，发电机出口断路器制造困难，价格昂贵，并且600MW及以上机组对供电可靠性要求级高，拟采用分相封闭母线直接与主变压器连接，并构成单元接线接至220KV母线上，可减少出口断路器和隔离开关，大大限制短路电流，提高可靠性与经济性，也减少事故的发生。

综上所述，可拟定两种主接线方案：
方案一：
发电机出口采用分相封闭母线；
110KV电压等级采用单母分段带旁路接线形式，分段断路器兼作旁路断路器；
220KV电压等级采用双母接线形式，两台发电机与分别与两台变压器接成发电机-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。

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接线形式。220KV电压等级采用双母线带接线形式。两台发电机与分别与两台变压器接成发电机-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。

（2）
主接线方案的比较原则 对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方　　面。

可靠性:安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几个方面考虑：断路器检修时，是否影响连续供电；
线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回路数多少和停电时间长短，能否满足重要的一、二类负荷对供电的要求；
本电厂有无全厂停电的可能性；
大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。

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。

灵活性：电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面：操作的方便性；
调度的方便性；
扩建的方便性。

经济性:在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要从以下几个方面考虑：节省一次投资;占地面积少；
电能损耗少。

（3）主接线方案的比较与选定 方案一110KV侧采用单母分段带旁路接线形式，220KV侧采用双母接线形式；
方案二110KV侧采用双母接线形式，220KV侧也采用双母接线形式，其对比如表 电压等级 方案一 方案二 110KV 单母分段带旁路 双母线接线 220KV 双母线接线 双母线接线 两个方案发电机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，方案二采用的是双母线接线形式。从经济性方面看，两个方案中，方案二占地面积较大，但所用断路器数量和方案一一样，因此，在投资上，两个方案基本相当；
从可靠性方面看，方案一可靠性相对较差；
从灵活性方面看，方案一运行方式单一，灵活性最差。因此，110KV侧应选用双母线接线形式，对于220KV电压等级接线形式，方案一和方案二接线形式一样，可靠性高。因此，220KV侧选用双母线接线形式。

通过比较得出比较结果下表，两种方案中方案二是最优方案，所以选择方案二作为该凝汽式火电厂的主接线方案。

方案 项目 方案一 方案二 可靠性 较差 较高 灵活性 较差 较高 经济性 相对较高 相对较低 3主变压器的选择与计算 变压器的选择包括容量、台数、型式和结构的选择。

(1) 单元接线的主变压器容量的确定原则 单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。

两台主变压器的容量为300-300×8%=276MW，300MW发电机的功率因素为0.85，所以这两台变压器的容量为276×(1+0.1) /0.85=357.2MVA，因此可选取变压器容量为360MW 主变压器 型号（额定量360MW）
额定电压KV 短路 阻抗 (%) 空载电流 (%) 额定 容量 连接组标号 台数 空载损耗（KW）
短路损耗（KW）
高压 中压/低压 SFP7- 360000/220 242±2 ×2.5% 20 14.0 0.7 360MW YN d11 2 195 860 (2) 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则 联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下网络间的有功功率和无功功率交换，一般不应小于接在两种电压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；
同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统，设计题目中要求 220KV电压等级架空线8回，备用2回，I级负荷，最大输送200MW，要求110KV电压等级架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，穿越本厂功率为50MVA。这里选择两台三绕组变压器，其容量按主变压器最大的容量计算，因此查表可选择三相三绕组变压器额定容量为360MW 联络变压器 型号 额定电压KV 短路阻抗 % 额定 容量 连接 组标 号 空载电流 % 台数 高压 中压/低压 SFPS7- 360000/220 242±2 ×2.5% 121/15.75 高中13.0 高低12.0 中低19.4 360MW（100/ 100/50）
YN d11 N0 0.7 2 (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) 主变压器型式和结构的确定原则 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。在330KV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，增加了维修工作量。对于大型三相变压器，当受到制造条件和运输条件的限制时，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。一般当最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，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，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样，可以大大限制短路电流。

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“D”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限制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。由于厂用电率为8%，故厂用变压器的最大容量为：
=*8%/=300*8%*1.1/0.85=31.05MVA 所选变压器的型号及参数另外，厂用备用电源可由联络变压器从110KV和220KV的母线上所取得，同时也可以在某台发电机检修时造成母线上功率供应不足时，也可以起到功率传送的作用，查表可得SFPF7-40000/220变压器符合该要求。具体参数如下表：
变压器 型 号 额定容量（KVA）
额定电压(KV) 短 路 阻 抗 (%) 空载 电流 (%) 联 结 组 高压 中/ 低压 厂用变压器 SFF7-40000/20 400000/2×20000 202.5×2% 6.3/ 6.3 全穿越 半穿越 0.8 D,d0-d0 9.5 15.3 厂用变压器 SFF-31500/20 400000/2×20000 202.5×2% 6.3/ 6.3 全穿越 半穿越 1.45 D,d0-d0 9.5 16.1 二 厂用电接线方式的选择 厂用电接线除应满足正常运行安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足：
(1) 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，尽可能地使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。

(2) 尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。对于200MW及以上的大型机组，厂用电应是独立的，以保证一台机组故障停运或其辅助机械的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。

(3) 便于分期扩建或连续施工，不致中断厂用电的供应。对公用厂用负荷的供电，须结合远景规模统筹安排，尽量便于过渡且少改变接线和更换设备。

(4) 对200MW及以上的大型机组应设置足够容量的交流事故保安电源。

(5) 积极慎重地采用经过试验鉴定的新技术和新设备，使厂用电系统达到先进性、经济合理，保证机组安全满发地运行。

1火力发电厂厂用电接线的设计原则 厂用电接线的设计原则基本上与主接线的设计原则相同。首先，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；
其次，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；
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，使其具有可行性和先进性。

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独立段，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 厂用电接线形式的拟定 600MW汽轮发电机组高压厂用电系统常用的有两种供电方案，见图1.4。方案Ⅰ（图1.4，a）为不设6KV公用负荷段，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线上，而方案II（图1.4，b）为单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用负荷段正常由起动备用变压器供电。

厂 用高 压变 压器 启 动备 用变 压器 去 启 动备 用变 压器 厂 用高 压变 压器 6 6 6 6 6 公用 公用 300 300 （a）
（b）
图1.4 高压厂用电系统供电方案 （a）
不设公用负荷母线；
（b）设置公用负荷母线 方案II的优点是公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。其缺点是由于公用负荷集中，并因起动备用变压器要用工作变压器作备用(若无第二台起动备用变压器作备用时)，故工作变压器也要考虑在起动备用变压器检修或故障时带公用段运行。因此，起动备用变压器均较方案I变压器分支的容量大，配电装备也增多，投资较大。

方案I的优点是公用负荷分接于不同机组变压器上，供电可靠性高、投资省，但也由于公用负荷接于各机组公用母线上，机组工作母线清扫时，将影响公用负荷的备用。另外，由于公用负荷分接于两台机组的公用母线上，因此，在#1机发电时，必须也安装好#2机的6kV厂用配电装置，并用起动备用变压器供电。由于二种方案各有优、缺点，应经过技术经济比较后选定。

而本设计采用上述方案II，厂用电压共分两级，高压为6kV，低压为380/220kV，厂用高压设全厂6kV公用厂用母线。

三 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限制时，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。详细计算过程如下本次短路计算中，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。

系统的等效电路图如图 设，，计算各个元件标幺值：
系统电抗标幺值：
发电机电抗标幺值：
主变压器电抗标幺值：
联络变压器各绕组阻抗标幺值：
1 在110KV母线上f2点短路：
系统的等效电路化简图如图 各元件标幺值如下：
0.0547 最后简化到电源到短路点的转移阻抗，如图：
基值的计算：
系统：KA 发电机：MVA 计算电抗：
根据转移电抗结果，可求发电机G1和G2合并后对短路点的计算电抗 0秒时通过计算曲线求出短路电流标幺值：
系统：
发电机：1.1045 总的短路电流：
冲击电流：
短路容量：
2 在220KV上f1点的短路计算：
等值电路图如图 基值的计算：
系统：KA 发电机：
计算电抗：
发电机：
0秒时通过计算曲线求出短路电流标幺值：
系统：
发电机：
总的短路电流：
冲击电流：
短路容量：
同理，根据所得的计算电抗值，查计算曲线数字表得任意时刻短路周期电流的标幺值，然后求得有名值，结果记入下表表 短 路 点 编 号 短路 点平 均电 压 (kv) 基准 电流 IB (KA) 分支线名称 分支 电抗 xjs 分支 额定 电流 IN (KA) 短路电流标么值 短路电流值 0s 0.1s 1s 2s 4s 0s 0.1s 1s 2s 4s d1 230KV 0.753 无限大系统 0.03 0.753 30.3 22.82 300MW发电机分支 0.306 1.772 3.533 3.03 2.355 2.344 2.338 6.261 5.369 4.173 4.154 4.143 d2 115KV 1.506 无限大系统 0.105 0.753 9.52 14.765 300MW发电机分支 0.94 3.554 1.103 1.0434 1.0964 1.216 1.216 3.922 3.708 3.897 4.322 4.322 四 电气设备的选择 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。正确的选择电气设备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。

1电气设备选择的一般规则 (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。

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。

按正常工作条件选择电气设备 （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（1.3-2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。

（3环境条件对电气设备选择的影响 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%。

按短路状态校验 (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××≥ ；
式中为短路电流产生的热效应，、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。

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I。

3电气设备选择结果表 表3.1 110 KV侧的断路器选择 110KV侧 计算值 项目 LW11-110（P）
UNs 110KV UN 110KV/126KV Imax 1.984KA、0.076KA、 IN 2.0KA I“ 18.675KA INbr 31.5KA Ish 48.85KA INcl 80KA Qk 1452.968(KA)2·s It2t 3969(KA)2·s Ish 48.85KA Ies 80KA 表3.2 220 KV侧的断路器选择 220KV侧 计算值 项目 LW12-220 UNs 220KV UN 220KV/252KV Imax 0.992KA、0.138KA IN 2.0KA I“ 40.460KA INbr 50KA Ish 76.07KA INcl 125KA Qk 2818.282(KA)2·s It2t 6400(KA)2·s Ish 76.07KA ies 125KA 表3.3 110 KV侧的隔离开关选择 110KV侧 计算值 项目 GW4-110D UNs 110KV UN 110KV/126KV Imax 1.415KA、0.118KA、0.737KA IN 2.0KA Qk 274.469(KA)2·s It2t 3969(KA)2·s Ish 9.951KA ies 80KA 表3.4 220 KV侧的隔离开关选择 220KV侧 计算值 项目 GW4-200D UNs 220KV UN 220KV/252KV Imax 1.061KA、0.177KA、0.589KA IN 2.0KA Qk 6053.673(KA)2·s It2t 6400(KA)2·s Ish 105.86KA ies 125KA 表3.5 各部分电压互感器的选择 项目 型号 一次/KV 二次/V 剩余电 压绕组/V ImaxA 110KV JCC1M-110 110/30.5 100/30.5 100 2000 220KV JCC5-220 220/30.5 100/30.5 100 2000 联络变压器低压侧 JDZ8-35 35 100 100 1000 发电机 出口端 JDZ6-20 18 100 100 500 表3.6 各部分电流互感器的选择 项目 型号 额定电流 比/A 短时热稳 电流/KA 额定动稳 电流/KA 满匝额定输出/VA 110KV LCWB6-110 2×300/5 31.5 80 50 220KV LCWB7-220 2×600/1 2×21 2×55 40 联络变低压 LZZB7-35 800/5 31.5 80 50 发电机出口 LDZJ1-10 1500/5 80 163 40 五 配电装置 配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。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，用来接受和分配电能的装置。按电器装设的地点不同，配电装置可分为屋内型和屋外型。

1配电装置选择的一般原则 高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级颁发的有关规程、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，也能将事故限制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。

(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。

(4)节约材料，降低造价：在保证安全的前提下，配电装置应采用布置紧凑，力求节约材料和降低造价。

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。

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。

电流互感受器的配置 （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。

2配电装置的选择及依据 配电装置的型式的选择，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，并结合运行及检修要求通过技术经济比较确定。一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式；
110KV及以上多为屋外式。普通中型配电装置国内采用比较多，广泛用于110～500KV电压级，在这方面我国已经有丰富的经验。

本设计的地理环境较好，没有地震，雷暴日也很少，且没有明显的环境污染，所以综合所有条件和技术，选用屋外式中型配电装置。

六 安全保护装置 在电力系统中，一定的保护装置是必要的，主要是防雷保护和继电保护。

1避雷器的选择 避雷器应按下列条件选择：
（1）型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，按下表选择：
型号 型式 应用范围 FS 配电用普通阀型 10KV以下配电系统、电缆终端盒 FZ 电站用普通阀型 3~220KV发电厂、变电所配电装置 FCZ 电站用磁吹阀型 1、  330KV及需要限制操作的220KV以及以下配电 2、  某些变压器中性点 FCD 旋转电机用磁吹阀型 用于旋转电机、屋内 （2）额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。

（3）灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）。

(4)工频放电电压Ugf：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般大于最大运行相电压的3.5倍。在中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍。

(5)冲击放电电压和残压：一般国产阀式避雷器的保护特性与各种电器的具有均可配合，故此项校验从略。

根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间；
110、35kv线路侧一般不装设避雷器。

本工程采用220KV、110KV配电装置构架上设避雷针，10KV配电装置设独立避雷针进行直接需保护。

为了防止反击，主变构架上不设置避雷针。

考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器，且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程220KV、110KV系统中，采用氧化锌避雷器。

表5.1避雷器的选择 装设地点 型号 额定电压有效值（KV）
灭弧电压有效值（KV）
工频放电电压峰值(KV) 冲击放电电压峰值不大于（KV）
不小于 不大于 220KV母线侧 FCZ2-20N 220 250 340 390 520 110KV母线侧 FCZ2-110N 110 250 255 290 345 2继电保护的配备 （1）变压器继电保护配置 电力变压器是电力系统的重要电气设备之一，它的安全运行直接关系到电力系统的连续稳定运行，特别是大型电力变压器，由于其造价昂贵，结构复杂，一旦因故障而遭到损坏，其修复难度大，时间也很长，必然造成很大的经济损失。所以，本设计中主变保护配置如下：
1）  纵联差动保护 2）  非电量保护 3）  过电流保护 4）  过负荷保护和零序过流保护 （2）220KV线路保护 220KV线路的安全运行，对整个电力系统有着相当重要的影响，所以，本工程为220KV （2）线路配置的保护如下：
1）  光纤纵联差动保护 2）  距离保护 3）  零序过流保护 4）  过电流保护 （3）110KV线路保护 110KV由于直接连接在两个工厂，输电距离较短，但稳定性同样要求较高，所以，110KV线路保护配置如下：
1）  距离保护 2）  零序方向保护 3）
过电流保护 结束语 课程设计已结束，通过对凝汽式地区发电厂一次部分的设计，我对发电厂电气部分有了更深刻的了解、掌握，初步学会了如何运用理论知识设计实际中需要的设备，即初步学会了把理论转化为实践。在此次设计中要求我们画电气主接线图，我们深知电气主接线图是电气技术人员和电气工人分析实际机械设备电路的蓝图。这次设计要求我们自己设计、绘制电气主接线图，这对我们来说既是一种挑战，也是一次练兵。我们对AutoCAD软件理论知识只学习了几个学时，上机练习也只去过三次。这次要求用AutoCAD软件画图着实有点难度。通过这次设计，使我对AutoCAD软件的应用有了更多的了解。

对于我们学习工科的学生来说，深知学习知识必须是理论指导实践，实践验证理论。通过此次设计使我加深了对《发电厂电气部分》这门学科的认识，对主接线方案的选择、主接线的连接方式、主变压器、联络变压器及各配电装置的选择都有了一定的了解，也同时加深了我对学习该学科兴趣。通过对课本和参考书籍的翻阅，进一步提高了利用手头所拥有的材料自习并完成设计的能力同时，在进行短路电流的计算时也进一步温习了《电力系统分析》。

在整个课程设计中，我再次也体会到了同学的关心，老师的关怀。由于这次课程设计的资料相当少，一个班才几本，而且还不是很全面，但同学们相互体谅，相互帮助，为那些没有找到资料的同学提供资料。而老师们，他们不辞辛苦的在办公室为我们答疑，帮我们找出问题并提出问题的相关解法，使我们的设计更加完整。特在此感谢盛义发老师给我们的帮助和指导，也感谢同学们给我的帮助，使我的设计得以顺利完成。

参考文献 [1] 熊信银.发电厂电气部分（第三版）[M].北京：中国电力出版社,2004. [2] 何仰赞.电力系统分析（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社,2002. [3] 戈东方.电力工程电气设备手册[M].北京：中国电力出版社,1998. [4] 黄其励.电力工程师手册（上、下）[M].北京：中国电力出版社,2002. [5] 张大森.中小型变电站电气设备的原理和运行 北京中国科学出版社,1991. 附录I 电气设备的选择 1.高压断路器的选择(QF) (1) 断路器的种类和形式的选择 通常因为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) 额定电流的选择 A. 110KV侧：
母联断路器额定电流：
IN1≥Imax1=1.05×360/（1.732×110）=1.984KA 接负荷出线断路器额定电流：
IN1≥Imax1=1.05×110/（1.732×110×8）=0.076KA B. 220KV侧: 母联断路器额定电流：
IN1≥Imax1=1.05×360/（1.732 ×220）=0.992KA 接负荷出线断路器和旁路断路器的额定电流：
IN1≥Imax1=1.05×500/（1.732 ×220×10）=0.138KA 220KV侧主变压器出线断路器额定电流：
IN1≥Imax1=1.05×360/（1.732 ×220）=0.992KA (3) 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“=18.675KA 220KV侧: INbr≥I“=29.08KA (4) 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。

短路发生在发电厂高压侧母线时，取Kim =1.85 110KV侧: INcl≥Ish=1.414×1.85 I“=1.414×1.85×18.675=48.85KA 220KV侧: INcl≥Ish=1.414×1.85 I“=1.414×1.85×40.460=76.07KA (5) 热稳定校验 检验式为：It2t≥Qk 取tk(短路切除时间)=4s。

110KV侧: I“=18.675KA I2 =19.087KA I4=19.087KA 周期分量热效应: Qpt= (I“2+10I22+I42)×tk/12 =(18.675×18.675+10×19.087×19.087+19.087×19.087)×4/12 = 1452.068(KA)2·s t>1s不计非周期分量 Qk = Qpt =1452.968(KA)2·s 220KV侧: I“=29.08KA I2 =26.234KA I4=26.963KA 周期分量热效应: Qpt= (I“2+10I22+I42)×tk/12= 2818.282(KA)2·s t>1s不计非周期分量 Qk = Qpt=2818.282 (KA)2·s (6)动稳定校验 ies ≥ish 110KV侧: ies ≥48.85KA 220KV侧: ies ≥76.07KA 器件选择结果记入表3.1、表3.2 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3.3、表3.4 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3.5 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3.6 附录II 火电厂电气主接线图 附录图附件无