火力发电厂电气一次部分设计Word文档格式.docx
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错别字，要求打印，统一用A4纸。
⑸独立完成，严禁抄袭或请人代作。
⑹按分配时间阶段完成相应任务。
3重点研究问题
电气主接线，电气设备选择。
4设计（论文）成果要求
1毕业设计论文说明书及计算书
装订次序：
（1）毕业设计（论文）任务书（抄录原件有关内容）；
（2）目录；
（3）毕业设计（论文）正文。
正文包括方案论证（变压器选择、技术论证和经济比较）、短路计算图表、电气设备选择（高压开关电器、互感器、避雷器、母线等）及设备表、结论和体会。
（4）计算书
2发电厂电气主接线图、短路电流计算接线及等效阻抗图、220KV开关站纵剖
面图、发电厂继电保护图（要求计算机绘图[A3]各一份和手工绘图[1号图纸]发电厂电气主接线图一份）。
3参考文献
[1]熊银信主编发电厂电气部分（第三版）中国电力出版社2004.8
[2]西北电力设计院电力工程电气一次设计手册水利电力出版社1989
[3]西北电力设计院电力工程电气二次设计手册水利电力出版社1989
[4]陈珩主编电力系统稳态分析中国电力出版社1998
[5]李光琦主编电力系统暂态分析中国电力出版社2002
[6]贺家李宋从矩合编电力系统继电保护2003
4专业文献（汉字要求3000字以上）四时间安排
本次设计时间共12周，各部分设计内容的时间安排大致如下：
收集资料，熟悉任务1周
方案论证比较2周
短路电流计算2周
电气设备选择计算3周
计算机绘图2周
编制设计说明书1周
答辩1周
总计12周
第一部分设计说明书
1电气主接线方案的设计
1.1电气主接线方案的选择
1.1.1基本资料
（1）凝气式发电厂
1凝气式发电机组3台：
3*200MV；
出口电压：
0.125；
0.87。
2机组年利用小时数：
Tma=6000小时。
3厂用电率：
4发电机出口处主保护动作时间取0.1秒。
5环境温度：
（2）发电厂出线
220KV出线3回，两回经15KM架空在A1变电站220KV母线的不同分段上与系统连接，另一回经10KM架空在A2变电站220KV母线与系统连接，A1和A2两变电站220KV母线经15KM一回架空连接。
（3）电力系统情况
由基本资料可知该火电厂为地区中型火电厂。
1.1.2地区中型火电厂电气主接线特点
地区中型火电厂的单机容量和总装机容量都较小，一般都建在负荷中心附近
（城市边缘）。
所发出的电能有较大部分以发电机电压（10KV）经线路直接送到附近的用户，或升至35KV送到较远的用户，其余的电能则升压到110KV或
220KV电压送入系统。
在本厂发电机故障或检修时，可由系统返送电能给地方负荷。
由基本资料可知该火电厂生产的电能主要经过升压变压器升高至较高电压后送入系统，没设发电机电压母线给当地负荷直接供电。
发电机出口接线多采用发电机一变压器单元接线，升高至一个最多两个升高电压等级。
升高电压等级则根据具体情况，一般可以选用单母线，单母线分段，单母线分段带旁路母线，双
母线等接线形式。
1.1.3发电机-变压器组接线方案的确定
（1）发电机一双绕组变压器单元接线
发电机一双绕组变压器单元接线（图1-1）一般200MW及以上大机组都采用这种接线形式，发电机出口不装设断路器,因为制造这样大的断路器很困难，价格十分昂贵。
为避免大型发电机出口短路这种故障，常采用安全可靠的分相封闭母线来连接发电机和变压器，甚至连隔离开关也不装设（但设有可连接点以方便试验）。
扩大单元接线（图1-2）为减少主变压器的台数（还有相应的断路器数和占地面积等）,可将两台发电机与一台主变连接，构成扩大单元接线。
1.1.4220KV侧接线方案确定
（1）单母线分段带旁路母线接线
单母线分段带旁路母线接线（图1-3）
适用范围：
旁路母线系统增加了许多设备，造价昂贵,运行复杂,只有在出线断路器不允许停电检修的情况下才设置旁路母线。
220KV如果采用单母分段，般应设置旁路母线且设专用旁路断路器为宜。
图1-3
图1-4
（2）双母线接线
双母线接线（图1-4）双母线接线具有两组母线，图中I为工作母线，U为备用母线，两组母线通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。
每一回线路都经过线路隔离开关、断路器和两组母线隔离开关分别与两组母线连接。
双母线接线的优缺点：
①双母线与单母线相比，停电机会减少了，必需的停电时间缩短了，运行
的可靠性和灵活性有了显著的提高。
另外，双母线接线在扩建时也比较方便，施工不必停电。
②双母线接线的缺点是使用设备较多，投资较大，配电装置比较复杂。
同时，在运行中需将隔离开关作为操作电器。
220KV配电装置出线回数为5回及以上时，或者出线回路为4回但在系统中地位重要时。
1.1.5接线方案的形成
由以上论述可知形成了两种方案，这两种方案为：
（1）方案1和方案2采用的双母线接线正常运行时，工作母线带电，备用母线不带电，所有电源和出线回路都连接到工作母线上（工作母线隔离开关在合上位置，备用母线隔离开关在断开位置），母联断路器亦断开，这是一种运行方式。
此时相当于单母线运行。
工作母线发生故障将导致全部回路停电，但是可在短时间内将所有电源和负荷均转移到备用母线上，迅速恢复供电。
另外正常运
行时，为提高供电可靠性，也常采用另一种运行方式，即工作母线和备用母线各自带一部分电源和负荷，母联断路器合上，这种运行方式相当于单母线分段运行。
若一组母线故障，担任分段的母联断路器跳开，接于另一组母线回路不受影响。
同时，接于故障母线的回路经过短时停电后也能迅速转移到完好母线上恢复供电。
（2）方案1和2采用的双母线接线检修任一组母线不必停止对用户供电。
（3）该发电厂为地区中型火力发电厂，主要与系统相连，所以对电气主接线
以可靠性为主。
方案1和2的220KV侧采用双母线接线，停电机会减少了，必需的停电时间缩短了，运行的可靠性合灵活性有了显著的提高。
另外，双母线接线扩建时也比较方便，施工不必停电。
（5）一般200MW及以上大机组都采用发电机一双绕组变压器单元接线形式，
发电机出口不装设断路器,因为制造这样大的断路器很困难,价格十分昂贵•为避免大型发电机出口短路这种故障，常采用安全可靠的分相封闭母线来连接发电机和变压器,甚至连隔离开关也不装设（但设有可连接点以方便试验）。
采用扩大单元接线时，变压器低压侧短路时短路电流很大，且有很大的电动力，一旦发生事故将造成严重的后果。
由此可见方案2不可取。
方案的综合比较见表（1-1）
表1-1
万案
断路器数量
隔离开关数
量
可靠性
灵活性
经济性
万案1
7
17
高
好
一般
万案2
6
15
不好
综上所述,在满足可靠性和灵活性的前提下，方案1的经济性比较好。
故该火力发电厂的电气主接线应选方案1,即发电出口采用发电机一双绕组变压器单元接线,220KV侧采用双母线接线。
1.2发电机出口主变压器的选择
DL5000-2000<
<
火力发电厂设计技术规程>
>
规定：
容量为200MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时，该变压器的容量可按下列两种条件中的较大者选择：
（1）按发电机额定容量扣除本机组的厂用电负荷，且变压器绕组的温升在
标准环境或冷却水温度下不超过55K。
（2）按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用电负荷，且变压器绕组的温升不超过65K。
由于发电机的最大连续输出容量系非额定工况，出现的机率较少，平均温升65K下的容量为55K时的1.12倍，为使发电机在可能工况下运行，升压变压器的容量不应限制发电机的出力，可按第一条规程选择变压器容量，并留有10%
的裕度。
规程中所指厂用负荷，并不是厂用变压器的容量，也不应是计算中厂用负荷之和。
因为厂用变压器的容量与其实际负荷间差别有时较大，而计算容量之
和则为当发电机在满载运行时可能出现的最大连续负荷，它可以用来选择厂用变
压器的容量，但是在选择主变压器容量的计算中，不能单独地将发电机在各种工况下的出力扣除厂用变容量或扣除计算厂用负荷来决定。
变压器在局部时间内因少量过负荷对绝缘造成的过热损伤，可以在同样时间内以
相同比率的低负荷来弥补其寿命。
因此，以年平均厂用电率来作为主变压器选择中的厂用负荷是比较合理的。
对于凝气式机组的电厂，厂用负荷可用下述简易公式计算：
式中Sjs—厂用电计算负荷，KVA；
e—厂用电率（％）;
Pe—发电机的额定功率（MW）;
Cos—发电机在运行功率时的平均功率因数
故变压器容量可按下式计算:
故主变压器容量为:
所以选用主变压器的容量为240MVA
由变压器的变比15.75KV/220KV,及主变压器的容量为240MVA选择主变压器型
号为SFP7-240000/220。
该变压器的技术参数见表（1-2）。
表1-2
型号
额定电压
（KV
连接
组别
空载
损耗
（KW）
负载损耗
空载电流
（%）
阻抗电压
咼压
低压
SFP7-240000/220
242±
2X
2.5%
15.75
YN,d11
200
630
0.8
14
2短路电流计算
2.1
短路电流计算目的
（1）
电气主接线的比较与选取。
（2）
选择导体及电气设备。
（3）
确定中性点接地方式。
（4）
计算软导线的短路摇摆。
（5）
确定分裂导线间隔棒的间距。
（6）
验算接地装置的接触电压和跨步电压。
（7）
选择继电保护装置和整定计算。
2.2
短路点的选择
（1）220KV电压等级的短路点Ki该厂220KV侧采用双母线接线，在220KV侧母联断路器对备用母先进行充电检查时，恰好备用母线上发生短路的情况，此
时发电机和系统供给的短路电流都通过母联断路器，情况最为严重，故选母联断
路器处为220KV侧的短路计算点。
（2）15.75KV电压等级的短路点K2由于发电机侧采用发电机-变压器单元接线，三台发电机对称，故任选一台发电机出口处短路作为发电机侧的短路计算点
2.3短路电流计算的结果
（1）短路点Ki的短路电流计算结果如表（2-1）
表2-1
短路占八、、
电源
次暂态短路电流
I!
1（KA）
冲击系数
Ksh
冲击短路电流
ish（KA）
短路电流
I2.0
14.0
K1
系统1
5.517
2.55
14.068
系统2
4.404
11.23
火电厂123
7.444
P2.62
P19.503
:
4.328
4.155
合计
17.365
44.802
14.249
14.076
⑵短路电&
的短路电流计算结果如表[2-2]
表2-2
短路点
I（KA）
冲击系数
11.95
13.9
K2
14.843
—37.85
P14.843
15.147
38.625
火电厂1
72.473
2.62
194.952
24.439
21.911
火电厂23
18.768
2.69
P49.172
P20.731
21.405
121.231
320.6
75.16
73.306
3主要电气设备的选择
3.1发电厂主要电气设备
在发电厂和变电所中，根据电能生产、转换和分配等各环节的需要，配置了各种电气设备。
根据它们在运行中所起的作用不同，通常将它们分为电气一次设备和电气二次设备。
本设计主要为火力发电厂的电气一次部分设计，故本设计只对电气一次设备进行介绍。
电气一次设备及其作用直接参与生产、变换、传输、分配和消耗电能的设备称为电气一次设备，主要有：
（1）进行电能生产和变换的设备，如发电机、电动机、变压器等。
（2）接通、断开电路的开关电器，如断路器、隔离开关、自动空气开关、接触器、熔断器等。
（3）限制过电流或过电压的设备，如限流电抗器、避雷器等。
（4）将电路中的电压和电流降低，供测量仪表和继电保护装置使用的变换设备，如电压互感器、电流互感器。
（5）载流导体及其绝缘设备，如母线、电力电缆、绝缘子、穿墙套管等。
（6）为电气设备正常运行及人员、设备安全而采取的相应措施，如接地装置等。
3.2电气设备选择的一般条件不同类别的电气设备承担的任务和工作条件各不相同，因此它们的具体选择方法也不相同。
但是，为了保证工作的可靠性及安全性，在选择它们时的基本要求是相同的，即按正常工作条件选择，按短路条件校验其动稳定和热稳定。
对于断路器，熔断器等还要校验其开断电流的能力。
3.2.1按正常工作条件选择设备
（1）按使用环境选择设备
1温度和湿度
般高压电气设备可在环境温度为-30°
C〜+40°
C的范围内长期正常运行
当使用环境温度低于-30°
C时，应选用适合高寒地区的产品；
若使用环境温度超过+40°
C时，应选用型号后带“TA”字样干热带型产品。
一般高压电气设备可在温度为+20°
C,相对湿度为90%勺环境下长期正常运行＜当环境的相对湿度超过标准时，应选用型号后带有“TH'
字样的湿热带产品。
2污染情况安装在污染严重，有腐蚀性物质、烟气、粉尘等恶劣环境中的电气设备，应选用防污型产品或将设备布置在屋内。
3海拔高度
一般电气设备的使用条件为不超过1000m当用在高原地区时，由于气压较低，设备的外绝缘水平将相应下降。
因此，设备应选用高原型产品或用外绝缘提高一级的产品。
4安装地点配电装置为室内布置时，设备应选用户内式；
配电装置是室外布置时，设
备应选用户外式。
此外，还应考虑地形、地质条件以及地震影响。
3.2.2按正常工作电压选择设备额定电压
所选电气设备的最高允许电压必须高于或等于所在电网的最高运行电压。
设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压
1.1〜1.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围内，故选择时只要满足下式即可：
Un》uns
式中UN设备所在电网的额定电压，KV；
UNs设备的额定高压，KV
3.2.3按工作电流选择设备额定电流
所选设备的额定电流应大于或等于所在回路的的最大长期工作电流：
IN》INS
应当注意，有关手册中给出的各种电器的额定电流，均是按标准环境条件确定的
当设备实际使用环境条件不同时，应对其额定电流进行修正。
各种回路最大长期工作电流以Imax的计算方法如下：
（1）发电机和变压器回路
由于发电机和变压器在电压降低5％时，出力可保持不变，故该回路的最大工作电流应不小于相应额定电流的1.05倍。
若变压器有过负荷运行的可能时，还应计其实际的过负荷电流。
（2）母线分段断路器及母联断路器回路母线分段断路器及分段电抗器的最大工作电流，一般可取母线分段上一台
最大发电机额定电流的50%〜80%;
母联断路器的最大工作电流则应取母线上最大一台发电机或变压器的最大工作电流。
3.2.4按短路条件校验设备的动稳定和热稳定
（1）短路动稳定校验
制造厂一般直接给出定型设备允许的动稳定峰值电流imax，动稳定条件为
imaxxish
式中ish所在回路的冲击短路电流，KA;
imax设备允许的动电流，KA
（2）短路热稳定校验
通常制造厂直接给出设备的热稳定电流11及允许持续时间t。
热稳定条件
为
IttxQk
式中It2t设备允许承受的热效应
Qk所在回路的短路电流热效应
3.3220KV高压断路器的选择结果
高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统故障情况下自动地迅速断开电路。
断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。
灭弧能力是断路器的核心性能。
220KV侧断路器选择结果：
根据Un=220KV,lgmax=661.3A及屋外布置的要求，查《电力工程电气设备手册》—电气一次部分选型号为：
SW6-220/1200,其技术数据如表（3-3-1）表3-3-1
额定电
压（KA）
额定电流（A）
额定开断电流
（KA
根限通过电流
热稳定电流
固有分闸时间（s）
合闸时间（s）
峰
值
有
效
4
秒
10
SW—220/1200
220
1200
21
55
14.8
0.04
0.2
3.4隔离开关的选择结果
隔离开关（俗称刀闸）没有灭弧装置。
它既不能开断正常负荷电流，更不能断开短路电流，否则即发生“带负荷拉刀闸”的严重事故。
此时产生的电弧不能熄灭，甚至造成飞弧（相间或相对地经电弧短路），会损坏设备并严重危及人身安全。
220KV侧隔离开关选择：
根据Un=220KV,Igmax=661.3A既屋外布置的要求，查《电力工程电气设
备手册》—电气一次部分选型号为：
GW6-220D/1000-50,其技术数据如表（3-4-1）
表3-4-1
额定电流
动稳定电流
热稳定电流4（S）
GW6-220D/100
0-50
220KV
1000A
50KA
21KA
3.5电流互感器的选择结果
选择电流互感器时，首先要根据装设地点、用途等具体具体条件确定互感器的结构类型、准确等级、额定电流比；
其次要根据互感器的额定容量和二次负荷计算二次回路连接导线的截面积；
最后校验其动稳定和热稳定。
（1）15.75KV侧电流互感器的选择：
1根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流及安装地点等条件选用型号为LMZ—20屋内型电流互感器，互感器变比为10000/5A，由于供给测量和自动调节励磁用，故选用0.5/0.5，查《电力工程电气设备手册》一电气一次部分其技术数据如表（3-5-1）
表3-5-1
额定电流比（A
级次组合
准确等级
二次负荷（0）
10%
倍数
0.5
1
3
D
LMN20
6000〜12000/5
0.5/0.5
0.5/B
B/B
2.4
B
2根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流及安装地点等条件选
用型号为LMZB3—20屋内型电流互感器，互感器变比为15000/5A，由于供给发电机差动保护和发电机变压器组差动保护用，故选用B/B,查《电力工程电
气设备手册》—电气一次部分其技术数据如表（3-5-2）
表3-5-2
额定电流比（A）
LMZB3-20
15000/5
0.5/0.
5
3安装于中性点连接线上时，可按发电机允许的最大不平衡电流选择，根据运行经验，此电流一般取发电机额定电流的20%-30%故Igmax=
1.05—0.87（20%-30%）=1770〜2655A。
由此选用LMZB1—20屋内型电
315.75
流互感器，互感器变比为3000/5，由于供给保护和测量用，故选用0.5/B,B/B，查《电力工程电气设备手册》—电气一次部分其技术数据如表（3-5-3）
表3-5-3
二次负荷
LMZB—20
1000〜4000/5
0.5/B
1.B/B
800/5
2.0
（2）220KV侧电流互感器的选择：
1电力电压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不
平衡电流选择，一般取变压器额定电流的1/3进行选择。
由lgmax=
1240
-1.05泊一—=220A选用型号为LCWB
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