火电厂一次侧课程设计论文

目 录

设计任务书 摘要 前言

2系统与负荷资料分析 3电气主接线

3.1主接线方案的选择 3.2 主变压器的选择与计算 3.3厂用电接线方式的选择

3.4 主接线中设备配置的的一般规则

4短路电流的计算

4.1短路计算的一般规则 4.2短路电流的计算 4.3短路电流计算表

5电气设备的选择

5.1电气设备选择的一般规则 5.2电气选择的条件 5.3电气设备的选择 5.4电气设备选择的结果表

6*配电装置

6.1配电装置选择的一般原则 6.2配电装置的选择及依据 6.3主接线中设备配置的一般原则

结束语 参考文献 附录Ⅰ：短路计算 附录Ⅱ：电气设备的校验 附录3：设计总图

设计任务书

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：2×200MW + 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：区域电厂 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：8000MVA

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10回，I级负荷，最大输送1000MW，Tmax＝4500h/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：6% 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

摘要

社会在不断进步，中国的电力事业也随着发展起来。直到今天，电力事业在中国已有了举足轻重的地位。企业、居民都离不开用电。建立大型电站是发展电力事业的必经之路。

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、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定有较大的影响。电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域，而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。本文是对配有2台200MW和2台300MW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。包括电气主接线的形式的比较、选择；发电机、主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和断路器、隔离开关的选择与校验;电流互感器、电压互感器的选择与校验； 并作了变压器保护。

通过本次设计，我很好地复习了以前学过的知识。在短路电流的计算中，开始还对它有所畏惧，但是经过不断的查找资料，不断的了解熟悉资料，突破重重难关，解决了这一难题。当然设备的选择配置也是这次设计的一个重点，在电力系统中是很有必要的。同时也要求我们掌握基础的专业知识，面对在设计的过程中遇到的疑难问题能做出正确的判断。

关键词：火力发电厂；电气部分；供配电；主接线设计。

前言

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。做好设计工作对工程的建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。本设计是针对地区变电站的要求来进行配置的，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，在理论上证实了变电站实际可行性，达到了设计的要求。

限于本人的水平，本设计中难免有错误和不足之处，热诚希望老师和同学们批评指正。

1 原始资料及其分析

从原始资料我们可以知道，电力负荷水平有两个电压等级，220KV和

110KV，而且两个电压等级的负荷都是一级负荷，大家都知道，一级负荷对供电的可靠性要求非常高。两个电压等级的供电容量也不一样，但供电的容量都比较大。而且回路数都比较多。这些设计标准对电厂的设计提出了较高的要求。而且还得考虑当地气温的变化和一些其他因素的影响。

通过以上资料分析我们可以知道此次设计基本上可以分为下面几个步骤： 1、主接线的设计： 发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。电气主接线的设计原则是：应根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济

性的要求。2、主变压器的选择：发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》的规定：“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过650C的条件进行选择”。3、短路电流的计算：短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式及设备选择。工程要求系统调度或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的的综合阻抗值，由电气专业负责计算。 进行短路计算的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。三相短路是危害最严重的短路形式，因此，三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依据。4、电气设备的选择：选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号。正确的选择电气设备的目的是为了事导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、及经济合理的运行、在进行设备选择时，应根据工程实际情况、在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采取新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

2系统与负荷资料分析

系统的负荷是：

220KV电压等级：架空线10回，I级负荷，最大输送1000MW，Tmax＝4500h/a 110KV电压等级：架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，Tmax＝4000h/a 系统出线回路较多，且属于I级负荷，是不允许停电的，因此对发电站的供电可靠性要求很高。采用2台200MW和2台300MW的发电机供电，在220KV电压等级上最大输送为1000MW，所以需要在220KV和110KV之间采用联络变压器，用于补充功率。

3电气主接线

3.1电气主接线的基本原则

主要以本次设计任务书为依据，按照国家国规定的“安全可靠，经济适用，符合国情”的电力建设与发展的方针，结合工程实际的具体特点，准确的掌握基本资料，保证设计方案的可靠性，经济性和灵活性。 1、计中要严格按照以下步骤来进行：

(1) 的分析，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)对拟定的各方案进行技术，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，还要兼顾到今后的扩容和发展； (3)电气主接线图。按工程要求，绘制工程图，图中彩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。 2、接线的要求：

（1）可靠性：要从三个方面来考虑。断路器检修时是否会影响对用户的供电，设备和线路故障或检修时，停电线路的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电，是否存在发电厂、变电所全部停止工作的可能性；

（2）操作力求简单、方便：电气主接线应该简单清晰、明了；

（3）经济合理：占地面积要少，以节省基建投资和减少年运行费用，让发电厂变电所尽快的发挥社会和经济效益 3.1主接线方案的选择 我的方案如下图3.1.1所示。

220KV主接线采用双母分段接线，110KV主接线采用双母接线。 采用双母线接线具有如下特点： 可靠性 灵活性 经济性 线路复杂度 可扩展性 双母线带旁可靠性高，比较灵活，比较昂贵，比较复杂，扩展性好，路接线方式 适用与I类操作复杂 负荷 设备较多 但检修线路可向母线任时，不需停意方向扩建 电 单母线带旁可靠性不灵活，操作设备较少，简洁，但修可扩展性也投资省 线路母线时，需大面积停电 比较好 路接线方式 高，不适用相对简单 于I类负荷

（1）可靠性较高

① 检修任一组母线时，不会中断对用户的供电；

② 检修任意回路的母线隔离开关时，只需要断开该回路两侧相关元件，在检修期间使该回路停电；

③ 工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，使用户在经历短暂倒排时间后迅速恢复供电；

④ 检修任意工作回路断路器时，可用母联断路器来替代，而不致使该供电回路供电长期中断；

⑤ 对需要单独进行试验的任意回路，只需将该回路切换到备用母线上。 （2）运行灵活

各个电源和备用回路负荷可以任意分配到某一组母线上，通过倒排操作组成各种运行方式。其常用运行方式有：

① 单母线分段运行。母联断路器闭合，进出线分别接在两组母线上。 ② 单母线运行。母联断路器断开，一组母线运行，另一组母线备用，全部进出线均接在运行母线上。

③ 固定连接方式。两组母线同时工作，通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配于两组母线上。 （3）扩展方便

可不影响两组母线的电源和负荷自由组合负荷，向母线任意方向扩建。 双母线接线具有可靠性较高、运行方式灵活多变的特点。这一切的基础都是双母线运行和故障、检修时的倒闸操作。 （4）双母线的缺点及改进措施

① 为避免隔离开关误操作引起事故，要求隔离开关与对应短路期间装设闭锁装置（机械闭锁或电磁闭锁），并要求运行人员严格按操作制度进行操作。

② 为避免工作母线故障会造成全装置停电的不利现象，可以采取正常运行时两组母线均带电并列运行的方式。这样当任一组母线故障时，通过继保装置作

用，将母联断开，并将所有回路均切换至正常母线上，使原装置所有回路能继续维持运行。

③ 采用将母线分段的方式来减少母线故障时造成的损失，缩小停电范围。 3.2 主变压器的选择与计算

首先选择300MW和200MW发电机的参数如下：

型号 额定功率额定电压额定电流（KA） 8625 11320 （MW） （KV） QFSN-200-2 QFSN-300-2 200 300 15.75 18 功率因数同步电抗（cos?） (Xd%) 0.85 0.85 203.5 236.35 瞬变电抗(X'd%) 24.3 31.93 超瞬变电抗(X\14.8 19.15 300MW发电机主变容量为：

额定容量?300?（1?0.08）?1.1?357.2MVA0.85200（1?0.08）?1.1?238.1MVA0.85300(1?0.08)0.85200?0.080.85

200MW发电机主变容量为：

额定容量?

300MW发电机侧厂用变容量为：

额定容量??324.7MVA

200MW发电机侧厂用变容量为：

额定容量??18.8MVA

因为200MW发电机侧变压器是三绕组的，它可以将200MW发电机发的电，部分升压送到220KV母线上，故联络变压器的容量可以小一点。

型号 额定容量（MVA） 360000 额定电压 中压高压（KV） （KV） 低压（KV） 18 空载电流（%） 空载损耗负载损耗阻抗电压（%） （KW） （KW） SFP-360000/220 SSPS-240000 SFPF7-40000/18 SFF7-31242?2?2.5% 0.28 190 860 14.3 高中 高低 中低 400000/2×20000 31500/242?2?2.5% 18?2?2.5% 15.75?2?2.5% 121 15.75 0.7 257 24.5 全穿14.5 半穿越 8.5 系数 6.3-6.3 6.3-6.3 0.8 0.5 29.4 28 177.7 150 越 9.5 全穿15.3 3.74 半穿越 500/18 2×20000 150000/150000/45000 越 9.5 高中 121 6.3 0.16 61 400 8.7 高低 29.2 16.6 中低 18.3 OSSPSZ7-150000/220 242?2?2.5%

3.3厂用电接线方式的选择

现代发电厂厂用电系统往往由主发电机进行供电，为提高该系统供电可靠性，厂用电系统接线通常采用单母线分段并配以成套配电装置以降低电力系统及厂用电设备本身故障带来的影响。

在我的设计中厂用电采用最常见的单母分段，按炉分段的接线。并由联络变压器提供备用电源。接线方法如图所示。 3.4 主接线中设备配置的的一般规则 主变压器容量应留出10%的裕量

4短路电流的计算

4.1短路计算的一般规则

在电力系统短路电流的工程计算中，许多实际问题的解决（如电网设计中的电气设备选择）并不需要十分精确的结果，于是参数了近似计算的方法。在近似算法中，主要是对系统元件模型和标幺参数计算做了简化处理。在元件模型方面，忽略发电机变压器和输电线路的电阻，不计输电线路的电容，略去变压器的励磁电流（三相三柱式变压器的零序等值电路除外），负荷忽略不计或只做近似估计。在标幺参数计算方面，在选取各级平均额定电压时，认为变压器变比等于其对应侧平均额定电压之比，即所有变压器的标幺变比都等于1。此外，有时还假定所有发电机的电势具有相同的相位，加上所有元件仅用电抗表示，这就避免了复数运算，把短路电流的计算简化为直流电路的求解。 4.2短路电流的计算

（一）选取SB?1000MV?A和VB?Vav，画出等值网络，计算各电抗的标幺值。

图 1.1

1 2 3 4

300MW发电机：XG1?XG2?19.15%?200MW发电机：XG3?XG4?14.8%?360MVA变压器：XT1?XT2?14.3%?1000?0.853001000?0.852001000360?0.543

?0.629

?0.397

'240MVA变压器（先转化为基准容量下的电抗，然后进行星三变换）：X1?X1?0.312，

'X2?X2?0.183，X3?X3?0.108

'5

联络变压器（先转化为基准容量下的电抗，然后进行星三变换)：X4?0.163，

X5?0.319

''6

系统到220KV母线的电抗标幺值：XS?基准容量短路容量?10008000?0.125

（二）对等值网络进行简化

图 1.2

1 2

1X6?（0.638?0.397）?0.518

2X7?X4?X5?0.163?0.319?0.482

3

X8?1212?(X1//X1)?0.156'';

X9?12?(X2//X2)?0.092';

X10??（(X3?XG3）//（X3?XG4）)?0.424

(三) D1点短路时

图 1.3

1

X11?X10?（X7?X9）//X8?0.424?（0.482?0.092）//0.156?0.547

S300?10000.518?1390.5，S200?10000.547?1828.2，

SK?SN?S300?S200?8000?1390.5?1828.2?4781.3

''XS?SBSK?10004781.3?0.209

2

300MW发电机计算电抗：Xjs1?X6?SN1SBSN2SB?0.518?300?21000?0.311

3 4 200MW发电机计算电抗：Xjs2?X11??0.547?200?21000?0.219

查表可知次暂态（0s）短路电流标幺值为：

0s 3.486 4.938 0.01s 3.423 4.813 0.1s 2.995 3.988 1s 2.339 2.729 2s 2.333 2.561 4s 2.332 2.444 Ijs1* Ijs2*

Ijs1*?3.486；Ijs2*?4.938；Ips*?1Xs''?10.209?4.785

300MW发电机提供的次暂态短路电流有名值：

Ipt1?Ijs1*?SN13?Vav?3.486?3001.732?220?0.85?3.229（KA）

200MW发电机提供的次暂态短路电流有名值： Ipt2?Ijs2*?SN23?Vav?4.938?2001.732?220?0.85?3.049（KA）

无限大系统提供的次暂态短路电流有名值：Ips?Ips*?(KA)

所以D1点短路的次暂态短路电流为：

SB3?Vav?4.785?1000220?21.749

ID1?Ipt1?Ipt?Ips?3.229?3.049?21.749?28.027 （KA）

2短路冲击电流为：Ish?1.852ID1?1.85?1.414?28.027?73.316 （KA） 5

2次暂态（2s）短路电流有名值为：

3001.732?220?0.85?2.561?2001.732?220?0.85?1.890（KA）

ID1?0.333?6

4次暂态（

3004s）短路电

200流有名值为：

ID1?2.332?1.732?220?0.85?2.444?1.732?220?0.85?3.64?3.669?3.64?7.309 （KA）

(四) D2点短路时

图 1.4

1 将X8,X9,X10进行星三变换：

图 1.5

X12?X8X9?X8X10?X9X10X10X8X9?X8X10?X9X10X9X8X9?X8X10?X9X10X8?0.156?0.092?0.156?0.424?0.092?0.4240.4240.156?0.092?0.156?0.424?0.092?0.4240.0920.156?0.092?0.156?0.424?0.092?0.4240.156?0.282

X13???1.299

X14???0.766

将X7和X12合并为X15：X15?X7//X12?0.482//0.282?0.178 2

化简图：

图 1.6

X16?Xs?X15（''1Xs''?1X6?1X13?1X15）?0.209?0.178?（10.209?10.518?11.299?10.178）?0.487

X17?X6?X15（1Xs''?1X6?1X13?1X15）?0.518?0.178?（10.209?10.518?11.299?10.178）?1.845

X18?X13?X15（1Xs''?1X6?1X13?1X15）?1.299?0.178?（10.209?10.518?11.299?10.178）?3.03 3

求转移电抗

无限大系统到短路点的转移电抗为：X16?0.487 300MW发电机到短路点的转移电抗为：X17?1.845

200MW发电机到短路点的转移电抗为：X19?X18//X14?3.03//0.766?0.611 4

计算电抗：

从300MW发电机到短路点的计算电抗为：Xjs3?X17?SN3SBSN4SB?1.845?3001000?0.852001000?0.85?0.652

从200MW发电机到短路点的计算电抗为：Xjs4?X19??0.611??0.144

从无限大系统到短路点短路电流为：Ips?

查表可知： Ijs3* Ijs4* 1X16?10.487?2.053

0s 1.610 7.718 0.01s 1.596 7.467 0.1s 1.497 5.839 1s 1.452 3.280 2s 1.621 2.808 4s 1.819 2.526 5

由标幺值换算为实际值如下表： Ifs3（KA） 0s 5.965 19.063 0.01s 5.913 18.443 0.1s 5.546 14.422 10.776 1s 5.380 8.102 2s 6.006 6.936 4s 6.739 6.239 Ifs4（KA） Ips（KA） 6

所以D2点短路时短路电流为：

ID2?Ifs3?Ifs4?Ips?5.965?19.063?10.776?35.804 （KA）

2s时短路电流为：ID2?6.006?6.239?10.776?23.021（KA） 4s时短路电流为：ID2?6.739?6.239?10.776?23.754（KA） 7 8

短路冲击电流为：Ish?1.85?发电机额定电流：

ING1?ING2?SN3?UavSN3?Uav?2?352.941.732?1102?235.31.732?110?3.705（KA）422?ID2?1.85?1.414?35.804?93.66 （KA）

?2.47(KA)?无限大系统额定电流：

IS?SB3?Uav?10001.732?110?5.249(KA)

4.3短路电流计算表 短 路 点 编 号 短路 点平 基准 分支 分支 电抗 xjs 额定 电流 IN (KA) 4.545 0s 0.1s 1s 2s 4s 0s 0.1s 1s 2s 4s 短路电流标么值 短路电流值 电流 分支均电 IB 线 压 (KA) 名称 (kv) 无限大系统 d1 300MW发电机分支 200MW发电机分支 无限大系统 d2 110KV 5.249 300MW发电机分支 200MW发电机分支 0.487 5.249 1.610 1.596 2.057 1.497 1.452 1.621 10.797 0.209 4.785 21.749 220KV 2.624 0.518 0.926 3.486 2.995 2.339 2.333 2.332 3.229 2.773 2.166 2.160 2.159 0.547 0.618 4.938 3.988 2.729 2.561 2.444 3.052 2.465 1.687 1.583 1.510 0.652 3.705 5.965 5.913 5.546 5.380 6.006 7.710.144 2.470 8 7.467 5.839 3.280 2.808 19.063 18.443 14.422 8.102 6.936

5电气设备的选择

5.1电气设备选择的一般原则 1、电气设备的选择的重要性

（1）电气设备的选择是发电厂和变电所规划的主要内容之一，是工程上的具体应用。正确的选择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；

（2）在进行设备选择时，必须执行国家的有关技术经济政策，根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，做到技术先进、经济合理、运行方便和留有余地，选择合适的电气设备。

2、电气设备的选择应满足以下原则 （1）按正常工作条件选择：

1）额定电压

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 。

一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下时为1.15UN；额定电压是330~500KV时是1.1UN。而实际电网的最高运行电压Usm一般不会超过电网额定电压的1.1UNs，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是指在额定周围环境温度θ。下，电器的长期允许电流。IN不应该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；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按当地环境条件校核

在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列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。我国目前生产的电器使用的额定环境温度 θ0＝＋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，环境温度每降低1℃，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%。

3.、按短路条件进行校验

电气设备按短路故障情况进行校验，就是要按最大可能的短路故障（通常为三相短路故障）时的动、热稳定度进行校验。但有熔断器和有熔断器保护的电器和导体（如电压互感器等），以及架空线路，一般不必考虑动稳定度、热稳定度的校验，对电缆，也不必进行动稳定度的校验。

在电力系统中尽管各种电气设备的作用不一样，但选择的要求和条件有诸多是相同的。为保证设备安全、可靠的运行，各种设备均按正常工作的条件下的额定电压和额定电流选择，并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。 （1）热稳定校验

校验电气设备的热稳定性，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。如果满足这一条件，则选出的电气设备符合热稳定的要求。

作热稳定校验时，已通过电气设备的三项短路电流为依据，工程计算中常用下式校验所选的电气设备是否满足热稳定的要求，即：

I?teq?Itht

式中 ，I?——三相短路电流周期分量的稳定值（KA）； teq—— 等值时间（亦称假想时间s）；

Ith——制造厂规定的在ts内电器的热稳定电流（KA）；t为与Ith相对应的时间（s）。

短路计算时间。校验短路热稳定的短路计算时间应为继电保护动作时间top和断路器全开断时间toc之和，即

22tk?top?toc

式中 ， top—— 保护动作时间，主要有主保护动作时间和后备保护动作时间，

当为主保护动作时间时一般取0.05s；当为后备保护时间时一般取2.5s；

toc—— 断路器全开断时间（包括固有分闸时间和燃弧时间）。 如果缺乏断路器分闸时间数据，对快速及中速动作的断路器，取toc=0.1-0.5s,对低速动作的断路器，取toc=0.2s。

校验导体和110KV以下电缆的短路热稳定性时，所用的计算时间，一般采用主保护的动作时间加上相应地断路器的全分闸时间.如主保护有死区时，则应采用能对该死区起作用的后备保护的动作时间，并采用相应处的短路电流值。校验电器和110KV以上冲油电缆的短路电流计算时间，一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。 （2）动稳定校验

当电气设备中有短路电流通过时，将产生很大的电动力，可能对电气设备产生严重的破坏作用。因此，各制造厂所生产的电器，都用最大允许的电流的幅值imax或最大有效值Imax 表示其电动力稳定的程度，它表明电器通过上述电流时，不至因电动力的作用而损害。满足动态稳定的条件为

ish≤ imax或Ish≤ Imax

式中ish及Ish——三相短路时的冲击电流及最大有效值电流。 电气设备的选择除了要满足上述技术数据要求外，尚应根据工程的自然环境、位置（气候条件、厌恶、化学污染、海拔高度、地震等）、电气主接线极短路电流水平、配电装置的布置及工程建设标准等因素考虑。

5.2电气设备选择的条件

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，选择合适的电气设备。

尽管电力系统中各种电气设备的作用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。

⑴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

所选用的电气设备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 。

通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1~1.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压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

电气设备的额定电流IN是指在额定周围环境温度θ。下，电气设备的长期允许电流IN不应该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；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，还与电气设备的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电气设备进行种类和形式的选择。

③按当地环境条件校核

在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度 θ0＝＋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，环境温度每降低1℃，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%。

⑵按短路情况校验 ①短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时，电气设备各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定

的条件为 It2 t ≥Q k

式中 Q k —短路电流产生的热效应

It、t—电气设备允许通过的热稳定电流和时间。

②电动力稳定校验

电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。 满足动稳定条件为：

I es≥I sh

式中；； I sh—短路冲击电流有效值；

I es—电气设备允许 的动稳定电流的有效值；

5.3电气设备的选择

1.高压断路器的选择(QF)

⑴ 断路器的种类和形式的选择 因为110KV侧有12回出线，220KV侧有6回出线，所以接入110KV,220KV侧的高压断路器应选择SF6断路器。

⑵额定电压的选择

110KV侧 UN= UNs =1.1×110KV=121KV 220KV侧 UN= UNs =1.1×220KV=242KV ⑶额定电流的选择 300MW

220KV侧 IN≥Imax=1.05×300/(3×220×0.85)=0.973KA 200MW

110KV侧 IN≥Imax=1.05×200/(3×110×0.85)=1.297KA

⑷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次暂态电流I\进行选择,即INbr≥I\。 110KV侧 INbr≥I\220KV侧 INbr≥I\

⑸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=93.66KA 220KV侧 INcl≥ish=70.854KA

⑹热稳定校验

It2t≥Qk

取tk(短路切除时间)=4s。 0s 2s 4s 110KV 35.825 24.279 23.739 220KV 28.03 110 KV 周期分量热效应

Qpt? (I''225.492 25.418 ? 10I22?I4)?tk/12?(35.825?24.279222?23.739)?4/12?812.147（KA）?S22

t>0.1s不计非周期分量 Qk =Qpt 220 KV 周期分量热效应

Qpt? (I''2? 10I22?I4)?tk/12?(28.03?25.492?25.418)?4/12?693.866（KA）?S22222

⑺动稳定校验 ies ≥ish

110 KV ies ≥93.66KA 220 KV ies ≥70.854KA

5.4电气设备选择的结果表 根据上述计算填写下列表格 断路器选择 110K型计算值 LW11-110 V侧 号 UNs 110KV UN 110KV Imax 1.297KA IN 1.6--3.15KA I\25.07KA INbr 31.5/40KA Ish 93.66KA INcl 80/100KA Qk 812.147(KA)2·s It2t 402×3=4800(KA)2·s Ish 93.66KA ies 80/100KA LW2-220 220KV 2.5KA 31.5KA 80KA 2976.75(KA)2·s 80KA

隔离开关选择

校验 通过 通过 通过 通过 通过 通过 220K计算值 V侧 UNs 220KV Imax 0.973KA I\27.086KA Ish 70.854KA Qk 693.866(KA)2·s Ish 70.854KA 型号 UN IN INbr INcl It2t ies 校验 通过 通过 通过 通过 通过 通过

110K计算值 V侧 UNs 110KV UN Imax 1.297KA IN Qk 812.147(KA)2·s It2t Ish 93.66KA ies GW4-110D 110KV 2KA 6400(KA)2·s 100KA 校验 通过 通过 通过 通过 220K计算值 V侧 UNs 220KV UN Imax 0.973KA IN Qk 693.866(KA)2·s It2t Ish

GW7-200D(W) 220KV 1.0KA 2976.75(KA)2·s 80KA

校验 通过 通过 通过 通过 70.854KA ies 电压互感器的选择 110KV 220KV 主变压器 发电机出口 型号 剩余电压绕UN一次(KV) UN二次(KV) 组(A) ImaxA 避雷器的选择

避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器主要有阀式避雷器排气式避雷器角型避雷器等几种。

（1）避雷器的配置原则

1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外； 2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器

到保护设备的电气距离是否满足要求而定；

3）220KV以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值，应在变压器附设一 组避雷器；

4）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器；

5）自耦变压器必须在其两个自耦合的绕组出线上装设避雷器，并应接压器 与断路器之间；

6）下列情况的变压器中性点应装设避雷器：1直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时；2直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时；3不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。

7）连接在变压器低压侧的调相机出线处宜装设一组避雷器；

8）发电厂变电所35KV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器；

9）变电所10KV及以下进线段避雷器的配置应遵照《电力设备过电压保护设计技术规程》执行；

10）六氟化硫全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 （2）避雷器的确定

本工程采用220KV、110KV配电装置构架上设避雷针。为了防止反击，主变构架上不设避雷针，采用避雷器来防止雷电的入侵波对电气设备造成危害。所选避雷器的参数如表5-9所示。

表5-9 避雷器的参数 安装地点 220KV母线 110KV母线 主变中性点

避雷器型号（有效值，KV） FZ-220J FZ-110 FZ—44 灭弧电压 （KV） 200 126 50 系统额定电压工频参考电压（峰（有效值，KV） 值，KV） 220 110 44 ??323 254 102 ?536 314 122 ?6继电保护配置

继电保护与自动装置是变电所的重要组成部分，为了反映电力系统故障和不正常工作状态,满足各种故障时主保护与后备保护可靠动作，保证变电站及电力系统安全运行,在变电站各元件上应配置以下继电保护和自动装置。 1.主变压器保护

主变保护装置采用微机保护装置，有以下功能配置：

（1)主变保护由差动保护与主变非电量本体保护组成，差动保护采用双重化微机保护装置，保护装置具有差动速断保护、二次谐波制动和比率制动差动保护；本体保护装置包含有：本体重瓦斯保护、本体轻瓦斯保护、有载瓦斯保护和压力释放阀保护，重瓦斯作用于跳闸，轻瓦斯作用于信号；

（2)主变后备保护选用微机型保护装置，主要保护有复合电压闭锁方向过流保护、零序过流可带方向保护、零序过电压保护、间隙过流保护、过负荷保护。 2. 220KV线路保护

220KV线路保护装置采用微机保护装置，有以下功能配置： （1)高频闭锁距离保护：瞬时切除全线路上任一处故障； (2)高频闭锁方向保护：快速切除全线路范围内的各种故障；

(3)阶段式距离保护：由三段式相间距离保护和三段式接地距离保护组成，作为高频保护的后备保护；

(4)三段式零序电流方向保护；

(5)断路器失灵保护：在主断路器拒动时切除故障；

(6)自动重合闸装置：线路发生故障切除故障后，实现自动重合。 3 .110KV线路保护

110KV线路保护装置采用微机保护装置，有以下功能配置：

(1)阶段式距离保护：由三段式相间距离保护和三段式接地距离保护组成，实现110KV线路主保护；

(2)四段式零序电流方向保护；

(3)自动重合闸：线路发生故障切除故障后，实现自动重合；重合闸具有检同期、检无压、不检三种方式，重合闸启动方式以保护起动及开关位置不对应起动两种方式；保护具有多组定值切换、相继动作、后加速、自动重合闸、录波等功能。 4 .母线保护

220KV和110KV母线采用电流相位比较式保护，10KV母线采用两相两段式不完全母线差动保护 5 .母联和旁路断路器

两段式相电流和零序电流保护，距离、零序保护及重合闸装置。 6.所用变保护

所用变压器保护采用微机型保护装置，设有速断、三相延时过流保护、零序过流保护、零序过压保护，安装于开关柜上。低压侧采用数字式备用电源自动投入装置。

所选的一次设备如表5-5所示。 220KV 侧 回路 断路器 出线LW2-220 隔离开关 电流互感器 电压互感器 GW4-220/2500 LCWB-220(W) 母线LW2-220 侧 双绕LW2-220 组变压器 三绕LW2-220 组变压器 110KV侧 出线SW6-110 回路 母线SW2-110 侧 三绕SW2-110 组变压器 GW4-220/2500 LCWB-220(W) GW4-220/2500 LCWB-220(W) TYD220/3-0.005 GW4-220/2500 LCWB-220(W) GW4-110G/1250 LCWB-110(W) GW4-110/2500 LCWB-110 GW4-110/2000 LCWB-110 JCC-110

结束语

课程设计已到了尾声了，通过本次课程设计，使我对发电厂电气部分有了更深刻的了解、掌握，相对于以前来说确实懂得了不少。

本次设计中所设计的火电厂电气部分具有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工程建设规模要求。采用的电气主接线具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和可扩建发展的可能性等特点。所选主变经济、合理。

在这次课程设计中，刚开始的时候由于对以前所学知识的不牢固，所以前面一段时间都处于摸索的状态，后面通过几天对课本和参考书籍的翻阅才有所眉目。这次设计对于主接线方案的选择、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，同时也使得我们对以前所学知识的进一步巩固和提高了我们利用手头所拥有的材料完成设计的能力。在对设计有了一个大致的方向及概况后，通过老师的指导和同学们的大力帮助下，终于给设计划上了圆满的句号。

通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人的单独工作能力，增张了工作阅历，得到了不少的收获和心得。在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步

发展，对以后的生活和工作有着不可预计的帮助。

参考文献参考文献

[1]何仰赞,温增银.电力系统分析.武汉：华中科技大学出版社，2002 [2]刘笙.电气工程基础.北京：科学出版社，2008

[3]电力工业部西北电力院.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，1998

[4]王士政.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程.北京：中国水利水电出版社，2007

[5]冯林桥，许文玉，王姿雅.电力系统及厂矿供电CAD技术.长沙：湖南大学出版社，2004

[6]陈家斌.电气设备安装及调试 基分 分 分 准 支 支 支 短路电流标幺值 短路电流值 电线 电 额 流 名 抗 定 IB 称 电0s 0.2s 1s 2s 4s 0s 0.2s 1s 2s xjs (KA流IN ) (KA) 0.502 0.30G1, 7 G2 G3,G0.294 2 系统 0.032 1.771 3.603 2.785 2.32.362.379 0 47 6.381 4.932 4.213 4.180 短 路 点 编 号 f1 短路 点平 均电 压 (KV) 230 4s 4.157 1.18 0.502 3.603 31.25 2.785 31.25 2.32.362.379 0 47 31.31.231.25 5 25 4.252 15.69 26.32 3.286 15.69 23.90 2.264 2.807 15.69 22.71 2.35 2.785 15.69 22.66 2.35 5.94 5.91 2.769 15.69 22.62 2.35 5.68 5.91 短路总电流 115 1.004 G1,G1.62 3.542 4 G3,G0.24 2.364 3 系统 0.17 1.004 0.642 4.524 5.88 0.604 3.826 5.88 0.664 2.638 0.660.64 64 2.512.45 04 f2 2.275 10.69 5.91 9.04 6.23 5.91 5.91 5.88 5.88 5.88 短路总电流 .北京：中国水利水电出版社，2003 18.88 17.21 14.49 14.20 13.94

附录Ⅰ：短路计算 附录Ⅱ：电气设备的校验 附录3：设计总图

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/273p.html