发电厂电气一次部分设计

课程设计(论文)

题 目 凝汽式火电厂电气一次部分设计 学院名称 电气工程学院 指导教师 肖金凤 职 称 副教授 班 级 电气工程及其自动化092班 学 号 20094450203 学生姓名 孙 峥

2012年6月10日

南华大学电气工程学院课程设计

南 华 大 学

课程设计（论文）任务书

学 院： 电气工程学院

题 目： 凝汽式火电厂 电气一次部分设计

起 止 时 间:2012年5月28日至2012年6月11日

学 生 姓 名： 孙 峥

专 业 班 级： 电力092班 指 导 教 师： 肖金凤 教研室主 任： 苏泽光 院 长： 赵立宏

2012年 5月 28日

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设计（论文）内容及其要求： 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：18000MW，短路容量：12000MVA 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150MW，Tmax＝4000h/a 1.3.3 穿越本厂功率为30MVA。 1.3.4 厂用电率：6% 1.4 环境条件 1.4.1 当地年最高温42℃，最低温－10℃，最热月平均最高温度35℃，最热月平均最低温度25℃ 1.4.2 当地海拔高度为80m 1.4.3 气象条件无其它特殊要求。

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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 4、进度安排 收集整理资料、文献检索??????????????2012.5.28—2012.5.30 设计阶段 ????????????????????2012.5.31—2012.6.7 论文整理、成稿??????????????????2012.6.8—2012.6.10 指导教师：肖金凤 2012 年 6 月 11 日

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摘要:

本课程设计主要进行某凝汽式火电厂电气一次部分设计。该电厂输出电压等级共有三个，分别为220kV，110kV，6kV，其中6kV电压等级作为厂用电电压等级。

首先，根据任务书所给接入电网方式以及负荷类型确定相应的电压等级电气的电气主接线形式。通过分析比较，最终将110kV和220kV侧确定为双母线接线形式，厂用电依照“按炉分段”的原则确定为单母分段；其次，根据相应负荷容量以及工程设计原则，对本厂的主要电气设备进行选取，确定发电机以及各变压器的型号；再次，根据已经确定的电气主接线形式，主要设备参数及短路电流计算曲线表，通过基本电路原理分别对110kV和220kV侧三相短路电流进行计算，并制作相应的计算书，得到短路电流计算结果表；最后，根据短路电流的计算结果对本厂的其他设备如断路器，隔离开关，电压互感器、电流互感器及避雷器等进行选择、校验。根据相应的规程要求，本设计还对配电装置进行了简要说明单列于第五部分。

本设计中使用AutoCAD 2012进行电气主接线图绘制，以期清晰明了地展示设计方案。在短路计算部分使用Altium Designer 进行等效电路及化简电路绘制，辅助短路电流计算分析过程。

关键词：凝汽式火电厂 双母线接线 短路电流 AutoCAD/Altium Designer

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Abstract:

This course design is mainly about the first part of the electrical design of a Condensing Steam Power Plant. There are three output voltage levels of the plant, respectively, 220kV, 110kV, 6kV, which 6kV voltage level is treated as the factory service power voltage level.

Firstly, the main electrical connection form is determined by the link between the plant and the system given by the mission statement and load types. After the comparison, ultimately, the 110kV and 220kV side are used the form of dual-bus connection, and the factory service power side is used the form of segmentation for single bus bar, in accordance with principle “furnace segmentation”. Secondly, according to the load capacity and engineering design principles, I finished the selection of main electrical equipment and determined the generators’ and transformers’ types. Thirdly, with the help of Circuit Theory and the Curve about Short-circuit calculation, I found the short circuit on the level of 110kV and 220kV. At the same time, I made the Calculations of short-circuit, and the table about results of the whole calculations. Finally, according to short-circuit current calculation results, I selected and checked other equipment in this factory, such as QFs, QSs, PTs, CTs and arrester, etc. According to the procedures required by the engineering design principles, a brief description of power distribution equipment is listed in the fifth section.

In order to display the plan clearly, I used AutoCAD 2012 to draw the main electrical connection drawing in this design. In the short circuit calculation section, I used Altium Designer not only to draw the equivalent circuit and the simplification of this circuit, but also assist calculation and analysis process of short-circuit current.

Key words: Condensing Steam Power Plant two busbar scheme short-circuit current AutoCAD/Altium Designer .

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目录

引言 ............................................................................................................................... 1 1.电气主接线设计 ........................................................................................................ 1 1.1系统与负荷资料分析 .......................................................................................... 1 1.1.1本厂情况分析................................................................................................ 1 1.1.2负荷及电力系统情况分析............................................................................ 2 1.2主接线方案的选择 .............................................................................................. 2 1.3厂用电接线方式的选择 ...................................................................................... 6 2.电厂主要设备的选取 ................................................................................................ 6 2.1发电机组的选取 .................................................................................................. 6 2.2变压器选取 .......................................................................................................... 7 2.2.1变压器确定原则............................................................................................ 7 2.2.2变压器型号确定............................................................................................ 8 3.短路电流的计算 ...................................................................................................... 10 3.1短路计算的一般规则 ........................................................................................ 10 3.2短路电流的计算 ................................................................................................ 11 4.电气设备的选择 ...................................................................................................... 12 4.1电气设备选择的一般规则 ................................................................................ 12 4.2电气设备确定原则 ............................................................................................ 12 4.2.1按正常工作条件选择电器.......................................................................... 12 4.2.2按短路情况校验选择电器.......................................................................... 13 4.3电气设备确定 .................................................................................................... 14 4.3.1断路器确定.................................................................................................. 14 4.3.2隔离开关确定.............................................................................................. 18 4.3.3电压互感器确定.......................................................................................... 22 4.3.4电流互感器确定.......................................................................................... 24 4.3.5避雷器确定.................................................................................................. 26

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5.配电装置 .................................................................................................................. 28 5.1配电装置选择的一般原则 ................................................................................ 28 5.1.1基本要求...................................................................................................... 29 5.1.2基本步骤...................................................................................................... 29 5.2配电装置的选择及依据 .................................................................................... 30 5.3主接线中设备配置的一般原则 ........................................................................ 30 5.3.1隔离开关的配置.......................................................................................... 30 5.3.2电压互感器的配置...................................................................................... 30 5.3.3电流互感器的配置...................................................................................... 31 6.结束语 ...................................................................................................................... 32 7.谢辞 .......................................................................................................................... 33 参考文献 ..................................................................................................................... 34 附录Ⅰ：短路计算 ..................................................................................................... 35 附录Ⅱ：凝汽式火电厂电气一次部分设计电气主接线图 ..................................... 39

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引言

电力是国民经济发展的基础和关键，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重要指标。这些重要指标，最终都将转化为对电力系统的要求并在系统设计时充分予以考虑。电力系统主要由发电厂、输电线路、配电系统及负荷组成，通常覆盖广阔的地域。发电厂将原始能源转换成为电能，经过输电线送至配电系统，再由配电系统将电能分配给负荷，由上述四个部分组成的整体称作电力系统。它是目前电力传输、分配的重要方式。

发电厂是电力系统的能源供给核心部分，全厂的电能传输及本厂机组的运行状况将直接影响电力系统的稳定运行，其电气一次部分设计在电力系统设计中具有举足轻重的地位。而在众多的发电厂中，火力发电厂占据了绝大部分的比重。故本次设计选取某凝汽式火电厂进行电气一次设计，旨在通过工程实际设计基本技能训练，帮助学生树立工程观点，深化基本理论的理解，了解现代大型发电厂电能产生过程及其特点，掌握发电厂电力主系统的设计方法，为今后从事电气设计、运行管理和科研工作奠定必要的理论基础。

1.电气主接线设计

1.1系统与负荷资料分析

1.1.1本厂情况分析

a) 电厂类型：凝汽式火电厂

b) 装机容量：装机4台，容量分别为：

2×200MW 2×300MW

c) 机组年利用小时数：Tmax=6000h/a

d) 环境条件：当地年最高温42℃，最低温－10℃，最热月平均最高温度35℃，

最热月平均最低温度25℃，当地海拔高度为80m

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该电厂为凝汽式火电厂，其总装机容量为1000MW，最大单机容量为300MW，即具有中型容量规模及中型机组特点。该电厂年利用小时数

6000ha?5000ha，在电力系统中主要承担基荷，故该厂接线必须考虑其可靠性及经济性。

1.1.2负荷及电力系统情况分析

a) 基本负荷情况

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150MW，Tmax=4000h/a 本厂穿越功率：30MVA 厂用电率：6% b) 电力系统基本情况 电厂接入电压等级：220kV

总装机容量18000MW，短路容量12000MVA 本厂总装机容量占电力系统总容量：

1000?100%?5.26%?15%，

18000?1000未超过系统的事故备用和检修备用容量，故本设计中不考虑这两方面的容量。同时短路计算时认为，系统的短路容量中包含本厂提供的短路容量。

1.2主接线方案的选择

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，现简要分析如下：

(一) 可靠性

可靠安全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要求。它可以从以下几方面考虑：

1) 发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用； 2) 发电厂和变电所接入电力系统的方式；

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3) 发电厂和变电所的运行方式及负荷性质； 4) 设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性； 5) 长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。 (二) 灵活性

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

1) 调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变

压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求；

2) 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检

修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；

3) 扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或

停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。 (三) 经济性

主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般从以下几方面考虑。

1) 投资省； 2) 占地面积少； 3) 电能损耗少。

此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂接入系统的电压等级一般不超过两种。

发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电连续性。为此，对中型发电厂主接线的可靠性，还应特别包含以下几个方面的内容：

1) 断路器检修时，是否影响连续供电；

2) 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

多少和停电时间的长短，能否满足重要的Ⅰ，Ⅱ类负荷对供电的要求； 3) 本发电厂全厂停电的可能性分析；

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4) 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。 因此对中型发电厂电气主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行 可靠性的定量计算。

主接线的可靠性与经济性综合考虑、辨证统一，在满足技术要求的前提下，尽可能投资省、占地面积少、电压损耗少、年费用（投资与运行）为最小。

根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。这里需要特别指出的是，为了保证供电可靠性一般对重要负荷采用双回路供电，而对于单一电厂，由于带旁路母线的接线方式结构复杂，设备投入大，继保整定复杂等原因，工程上已经很少采用。因此本次设计中所有接线方式及相关比较均未涉及带旁路母线的接线方式。

110kV电压级：出线回路数12回>4回且为I级负荷，应采用双母或双母分段接线方式，以保证其供电的可靠性和灵活性。

220kV电压级：出线回路数6回>4回且为I级负荷，应采用双母或3/2接线方式。

初步拟定两种设计方案如表1.1所示

表 1.1 初步方案拟定表 电压等级 110kV 220kV 方案1 双母 双母 方案2 双母分段 3接线 2通过查找相关的资料，将两种接线方案进行比较，如表1.2所示。

表 1.2初步方案比较表 i. 方案1 检修任意一组母线时，不会中断对i. 方案2 可靠性高，即使部分设可 用户的供电； 靠 ii. 备出现故障，对供电系统影响检修任意回路母线开关时，只需断极小； ii. 两种电压有两台变压性 开该回路两侧相关元件，检修期间是该回路停电； 第4页，共39页

器联结提高可靠性； 南华大学电气工程学院课程设计

iii. 工作母线故障时可将全部负荷转iii. 联络变压器起了联络移到备用母线上，用户只需经历短暂的倒和厂备用的作用。 排时间后迅速恢复供电； iv. 对需要单独实验的任意回路，只需将该回路切到备用母线上。 i. 灵 活 i. ii. 各电压等级均有多种运行方式； 各电压等级接线都便于扩建和发各电压等级均有多种运行式； ii. 220kV含有环网结构运性 展； iii. 保护装置相对简单。 行调度灵活但保护装置较复杂； iii. 化。 易于扩建和实现自动经 i. 相对投资少、设备数量少，年费用i. 资高、设备数量多，年济 低； 性 ii. 双母接线，相对占地面积少； 费用大； ii. 220kV采用交叉接线，占地面积大。 经过以上对比分析，将两种方案的分析结果列入表1.3。

表 1.3 拟定方案结果分析表

方案 方案1 项目 可靠性 灵活性 经济性 较高 较高 造价较低 较差 较差 造价较高 方案2 经过上述分析，本设计最终选择220kV和110kV侧的主接线方式为双母接线方式。

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1.3厂用电接线方式的选择

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，使其在具有可行性和先进性的同时具有极高的可靠性。

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，一般亦采用单母分段接线。

2.电厂主要设备的选取

2.1发电机组的选取

根据1.1.1本厂情况分析中的结果，对发电机进行相应的选取，相应参数如表2.1所示。

表 2.1发电机参数表 型号 QFSN-200-2 QFSN-300-2 PN(MW) IN（kV） UN（kA） cos? 200 300 15.75 18 8625 11320 0.85 xd% 203.5 x'd% x\d% 24.3 14.8 0.85 236.35 31.93 19.15 第6页，共39页

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2.2变压器选取

2.2.1变压器确定原则

(一) 发变组中变压器确定原则

连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素： 1) 发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线的剩余有功和无功容量送入系统。

2) 接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。

3) 若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。 (二) 主变压器选择原则

1) 相数的确定：在330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。若受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。

2) 组数的确定：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，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上。对于最大机组为200MW以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。其联络变压器宜选用三绕组变压器。

3) 绕组接线组别的确定：变压器三相绕组的接线组别必须和系统的相位一致，否则，不能并列运行。我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接，35kV采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35kV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。 (三) 联络变压器容量的确定原则

1) 联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有功功率和无功功率的交换。

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2) 联络变压器容量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，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。

3) 联络变压器为了布置和引线方便，通常只选一台，在中性点接地方式允许条件下，以选自耦变压器为宜。其第三绕组，及低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置。

2.2.2变压器型号确定

(一) 主变压器选择

根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线。

为使变压器型号易选，将两台容量相同的发电机接在同一侧，故将2台200MW的发电机经三绕组变压器接在110kV侧，2台300MW的发电机经双绕组变压器接在220kV侧。

变压器容量的确定：

S?代值计算得：

?PG?P厂??（1?10%），

cos?ST1，2=243.3MW，ST3，4=364.9MW。

故与200MW发电机相连的变压器的容量为240MW，与300MW发电机相连的变压器的容量为360MW。 所选变压器参数见表2.2。 (二) 联络变及厂用变的选择

联络变选取：

根据相应原则，可得容量为：ST5?PGm300??352.9MW cos?0.85同时依据相应的电压等级要求，选得OSSPS-360000/220，其参数见表2.2。 厂用变选取：

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根据一般工程原则，300MW机组的发电厂厂用电一般采用6kV，所以发电机电压级的分裂变压器选择15.75/6.3/6.3，而联络变压器低压侧选用10.5/6.3，各变压器容量确定如下：

300MW侧：ST6,7?PG?6%?300?6%?18MW ，

200MW及联络变侧：ST8,9,10?PG?6%?200?6%?12MW。

300MW侧厂用变压器容量确定为40MVA，200MVA及联络变侧厂用变容量确定为31.5MWA，分别为SFPF9-40000/18，SFF9-31500/15.75其具体参数见表2.2。

表 2.2 选定变压器参数表

额定电压(kV) 变压器 型号 高压 中/低压 242主变器T1,T2 SFP-360000/220 ±2×2.5% 高中242主变器T3,T4 SSPS-240000/220 ±2×2.5% 121/ 15.75 24.5 高低14.5 中低8.5 高中24联络变压器T5 OSSPS-360000/220 2±2×2.5% 121/15.75 12.1 高低12 中低18.8 第9页，共39页

额定 Us% 容量 (MVA) 联 结 组 18 14.3 YN，d11 YN,yn0, d11 360/360/180 YN,yn0,d11 南华大学电气工程学院课程设计

全穿厂用变压器T6,T7 18±2×2.5% 越8.18 半穿越15.3 全穿越9.56.3/6.3 半穿越16.6 全穿越9.56.3/6.3 半穿越16.6 31.5/2×20 D,d0,d0 31.5/2×20 D,d0,d0 360/180/180 SFPF9-40000/18 6.3/6.3 D,d11,d11 15.7厂用变压T8,T9 ,T10 SFF9-31500/15.75 5±2×2.5% 15.7备用变T10 SFF9-31500/15.75 5±2×2.5% 3.短路电流的计算

3.1短路计算的一般规则

短路电流计算的一般规定： (一)

验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，

应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。

确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

(二)

选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有

反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

(三)

选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正

常接线方式时短路电流为最大的地点。

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对带电抗器的6 ~ 10kV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外， 其它导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。

(四)

导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短

路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。

3.2短路电流的计算

本设计的短路计算只计算在110kV及220kV母线上短路的情况，同时认为电力系统从220kV侧与本厂相连，并且略去厂用负荷。短路电流计算的过程见附录Ⅰ,短路电流计算结果如表3.1所示。

表 3.1 短路电流计算结果表

短路点Uav(kV) IB（kA） 编号 各支路计算电抗 支路额定基准电流(kA) 支路 标么值 有名值 Xjs 0s 0.1s 1s 7.874 2s 4s 0s 0.1s 1s 19.763 2s 4s 系统侧 0.127 2.510 f1 230 2.51 300MW发电机0.332 1.772 3.085 3.035 2.169 2.199 2.229 5.467 5.378 3.843 3.897 3.949 侧 200MW发电机0.233 1.181 4.394 4.292 2.561 2.442 2.354 7.988 7.803 4.656 4.439 4.279 侧 系统侧 0.083 2.510 12.084 30.330 f2 115 5.021 300MW发电机2.092 3.544 0.675 0.672 0.702 0.702 0.702 2.392 2.382 2.488 2.488 2.488 侧 200MW发电机4.951 2.363 0.431 0.429 0.434 0.434 0.434 1.018 1.014 1.026 1.026 1.026 侧

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4.电气设备的选择

4.1电气设备选择的一般规则

(一)

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；

(二) (三) (四) (五)

应按当地环境条件对设备进行校准；

所选设备应予整个工程的建设标准协调一致； 同类设备应尽量减少品种；

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。

4.2电气设备确定原则

正确的选择电器是使电气主接线和配电装置是使电力系统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。

尽管电力系统中各种电器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。

4.2.1按正常工作条件选择电器

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

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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，应采取相应措施。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℃（但低于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%。

4.2.2按短路情况校验选择电器

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

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It2t?Qk。

式中 Q k —短路电流产生的热效应；

It,t—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。满足动稳定条件为：

Ies?ISh

式中 Ish—短路冲击电流有效值；

Ies—电器允许的动稳定电流的有效值。

4.3电气设备确定

4.3.1断路器确定

断路器是在电力系统正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正常工作电流及开断故障电流的设备。

SF6断路器和真空断路器目前应用广泛，少油断路器因其成本低，结构简单，依然被广泛应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中，压缩空气断路器和多油断路器已基本淘汰。

由于SF6气体的电气性能好，所以SF6断路器的断口电压较高。在电压等级相同、开断电流和其他性能相接近的情况下，SF6断路器比少油断路器串联断口数要少，可是制造、安装、调试和运行比较方便和经济。

SF6断路器的特点是：

（1）灭弧能力强，介质强度高，单元灭弧室的工作电压高，开断电流大然后时间短；

（2）开断电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低； （3）电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作； （4）操作功小，机械特性稳定，操作噪音小。 原则：①

IWmax?1.05IN

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②

UN?UNe

（一）220kV侧断路器的选择 （1）出线回路

最大工作持续电流：IN1 =1000/（103UN cos?）=0.308kA

IMAX1 =1.05 IN1 =0.324kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN ? UNs

拟选型号为LW2—220系列六氟化硫断路器，参数如表4.1所示。

表4.1 LW2—220系列六氟化硫断路器技术数据

最高工作额定工作额定电4s热稳定电压 电压（kV） 流（A） 电流（kA） （kV） 额定动稳定电流峰值 （kA） 固有分闸 时间（S） 额定频率 （Hz） 220 252 2500 40 125 0.03 50 （2）母线侧IN2 =1000/（3UN cos?）=420/（3*220*0.85）=3.0827kA IMAX1 =1.05 IN2=3.236kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN ? UNs

拟选型号为LW2—220系列六氟化硫断路器 （3）300MW双绕组变压器回路

最大工作持续电流：IN3 =300/（3UN cos?）=300/（3*220*0.85）=0.926kA

IMAX3 =1.05 IN3 =0.973kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN ? UNs

拟选型号为LW2—220系列六氟化硫断路器 （4）200MW双绕组变压器回路

最大工作持续电流：IN4=200/（3UN cos?）=200/（3*220*0.85）=0.6175kA

IMAX4=1.05 IN4=0.6484kA

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UNs =1.1×220kV=242kV

UN ? UNs

拟选型号为LW2—220系列六氟化硫断路器。 （二）110kV侧断路器的选择 （1）出线回路

最大工作持续电流：IN5 =230/（8*3*UN cos?）=230/（8*3*110*0.85）=0.177kA

IMAX3=1.05 IN5=0.186kA UNs =1.1×110kV=121kV

UN ? UNs

拟选型号为

SW6—110系列少油断路器，参数如表4.2所示。

表4.2 SW6—110系列少油断路器技术数据

额定工作 电压 （kV） 110 最高工作 电压 （kV） 126 额定电流（kA） 1200 4s 热稳定电流（kA） 21 额定动稳定电流峰值 （kA） 53 固有分闸 额定频率 时间（S） （Hz） 0.04 50 （2）母线回路

最大工作持续电流：IN6 =180/（3UN cos?）=180/（3*110*cos?）=1.112kA

IMAX6=1.05 IN6=1.167kA UNs =1.1×110kV=121kV

UN ? UNs

拟选型号为SW2—110III系列少油断路器，参数如表4.3所示。

表4.3 SW2—110III系列少油断路器技术数据

额定工作电电压（kV） 110 最高工作电电压（kV） 126 额定动稳额定电4s热稳定定电流峰流（A） 电流（kA） 值 （kA） 2000 25 63 固有分闸时间（S） ?0.07 额定频率（Hz） 50 第16页，共39页

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（三）断路器校验 （1）220kV侧 ?出线侧断路器

i．动稳定校验： IMAX?IIM

动稳定电流IMAX=125kA，220kV侧短路冲击电流为IIM =96.91kA 即： IMAX?IIM 满足动稳定条件

ii．热稳定校验：

22I?teq?Itht

tk?top//I?toc ，???1 I?//tk?top?toc

查周期分量等值时间曲线可得 teq =2.1S ，I??39.542 即： 4*50*50=10000?2.1*39.542*39.542=3283.50 满足热稳定条件。 （2）110kV侧 ?出线回路断路器 i.动稳定校验：

IMAX?IIM

动稳定电流IMAX=53kA，110kV侧短路冲击电流为IIM =22.24kA 即： IMAX?IIM 满足动稳定条件 ii.热稳定校验：

22I?teq?Itht

tk?top//I?toc ，???1 I?//tk?top?toc

查周期分量等值时间曲线可得 teq =2.1S

I??8.503

即： 3*21*21=1323?2.1*8.503*8.503=151.83 满足热稳定条件。

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?母线回路断路器 i.动稳定校验：

IMAX?IIM

动稳定电流IMAX=63kA，110kV侧短路冲击电流为IIM =22.24kA 即： IMAX?IIM 满足动稳定条件 ii.热稳定校验：

22I?teq?Itht

tk?top//I?toc，???1 I?//tk?top?toc

查周期分量等值时间曲线可得 teq =2.15S 即： 4*25*25=2500?2.1*8.503*8.503=151.83 满足热稳定条件。

4.3.2隔离开关确定

隔离开关是电力系统中应用最多的一种高压电器，它的主要功能是： （1） 建立明显的绝缘间隙，保证线路或电气设备修理时人身安全； （2） 转换线路、增加线路连接的灵活性。

在电网运行情况下，为了保证检修工作电安全进行，除了使工作点与带电部分隔离外，还必须采取检修接地措施防止意外带电。为此，要求在高压配电装置的母线侧和线路侧装设带专门接地刀闸的隔离开关，以便在检修母线或线路断路器时，使之可靠接地。这种带接地刀闸的隔离开关的工作方式为：正常运行时，主刀闸闭合，接地刀闸断开；检修时，主刀闸断开，接地刀闸闭合。这种工作方式由操作机构之间具有机械闭锁的装置来实现。

原则：① IWmax?1.05IN ② UN?UNe

（一）220kV侧隔离开关的选择 （1）出线回路

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最大工作持续电流：

IN1 =1000/（103UN cos? ）=0.308kA

IMAX1 =1.05 I N1N =0.324kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN?UNs

拟选型号为GW4—220/2500系列隔离开关，参数如表4.4所示。

表4.4 GW4—220/2500系列隔离开关技术数据

额定工作 电压（kV） 220 额定电流（A） 3200 4s 热稳定电流（kA） 50 额定动稳定电流峰值（kA） 125 额定频率 （Hz） 50 GW4—220W系列隔离开关是三相交流50Hz高压开关设备，供在有电压五负载的情况下，断开或闭合线路之用。该系列隔离开关的主刀闸和接地刀闸可分配各类电动型或手动型操作机构进行三相联动操作，主刀闸和接地刀闸有机械连锁装置。

（2）母线回路 IN2 =1000/（3UN cos?）=420/（3*220*0.85）=3.082kA

IMAX1 =1.05 IN2=3.236kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN?UNs

拟选型号为GW4—220/2500系列隔离开关 （3）双绕组变压器回路 最大工作持续电流：

IN3 =300/（3UN cos?）=0.926kA

IMAX3 =1.05 IN3 =0.973kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN?UNs

拟选型号为GW4—220/2500系列隔离开关 （4）三绕组变压器回路

最大工作持续电流：IN4=200/（3UN cos?）=200/（3*220*0.85）=0.6175kA

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IMAX3 =1.05 IN4 =0.6484kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN?UNs

拟选型号为GW4—220/2500系列隔离开关 （二）110kV侧隔离开关的选择 （1）出线回路

最大工作持续电流：IN5 =180/（8*3*UN cos?）=180/（8*3*110*0.85）=0.139kA

IMAX3=1.05 IN5=0.146kA UNs =1.1×110kV=121kV

UN?UNs

拟选型号为GW4—110G/1250系列隔离开关，具体参数如表4.5所示。

表4.5 GW4—110G/1250系列隔离开关技术数据

额定工作 电压（kV） 110 额定电流流（A） 1500 4s 热稳定电流（kA） 20 额定动稳定电流峰值（kA） 80 额定频率 （Hz） 50 （2）母线回路 IN6 =230/（3UN cos?）=230/（3*110*cos?）=1.112kA

IMAX6=1.05 IN6=1.167kA UNs =1.1×110kV=121kV

UN?UNs

拟选型号为GW4—110/2500系列隔离开关，具体参数如表4.6所示。

表4.6 GW4—110/2500系列隔离开关技术数据

额定工作 额定电流流电压（kV） （A） 110 1200 4s 热稳定电流（kA） 31.5 额定动稳定电流峰值（kA） 80 额定频率 （Hz） 50 （三）隔离开关校验 （1）220kV侧

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?出线回路隔离开关 i.动稳定校验：

IMAX?IIM

动稳定电流IMAX=125kA，220kV侧短路冲击电流为IIM =96.91kA 即： IMAX?IIM 满足动稳定条件 ii.热稳定校验：

22I?teq?Itht

tk?top//I?toc ，???1 I?//tk?top?toc =2.5+0.1=2.6

查周期分量等值时间曲线可得 teq =2.1S ，I??39.542 即： 4*50*50=10000?2.1*39.542*39.542=3283.50 满足热稳定条件。 （2）110kV侧 ?出线回路断路器 i.动稳定校验：

IMAX?IIM

动稳定电流IMAX=50kA，110kV侧短路冲击电流为IIM =22.24A即：

IMAX?IIM

满足动稳定条件。 ii.热稳定校验：

22I?teq?Itht

tk?top//I?toc，???1 I?//tk?top?toc

查周期分量等值时间曲线可得 teq =2.1S，I??8.503 即： 4*20*20=1600?2.1*8.503*8.503=151.83 满足热稳定条件。

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?母线回路隔离开关 i.动稳定校验：

IMAX?IIM

动稳定电流IMAX=80kA，110kV侧短路冲击电流为IIM =22.24kA 即：IMAX?IIM满足动稳定条件 ii.热稳定校验：

22I?teq?Itht

tk?top//I?toc，???1， I?//tk?top?toc

查周期分量等值时间曲线可得 teq =2.1S 即： 4*31.5*31.5=3969?2.1*8.503*8.503=151.83 满足热稳定条件。

4.3.3电压互感器确定

电压互感器的配置原则是应满足测量、保护、同期和自动装置的要求；保证在运行方式改变时，保护装置不失压、同期点两侧都能方便的取压。通常如下配置：

（1）母线 6—220kV电压级的每组母线的三相上应装设电压互感器，旁母线则视各回路出线外侧装设电压互感器的需要而定。

（2）线路 当需要坚实和检测线路断路器外侧有无电压，供同期和自动重合闸使用，该侧装一台单相电压互感器。

（3）发电机 一般在出口处装两组。一组（△/Y）用于自动重合闸。一组供测量仪表、同期和继电保护使用。

各种互感器的使用范围

（1）6—220kV配电装置一般采用油浸绝缘结构；在高压开关柜或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂胶柱绝缘结构。

（2）35—110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器

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（3）220kV以上配电装置，当容量和准确登记满足要求时，一般采用电容式电压互感器。

（4）接在110kV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯时，应尽量与耦合电容器结合，统一选用电容式电压互感器。

（一）220kV母线侧

拟选型号为JCC5-220系列电压互感器,具体参数如表4.7所示。

表4.7 JCC5-220系列电压互感器技术数据

额定工作电压（kV） 初级绕组 220/3 型号含义： J——电压互感器 C——串级绝缘 C ——瓷箱式

次级绕组 0.1/3 二次负荷 1级 500VA 3级 500VA 连接组标号 I,I0,I0 剩余电压绕组 0.1 220/3——额定电压

油浸式电压互感器为串级式全密封结构，由金属膨胀器、套管、器身、基座及其他部件组成。铁心采用优质硅钢片加工而成，叠成口字形，铁心上柱套有平衡绕组、一次绕组，下柱套有平衡绕组、一次绕组、测量绕组、保护绕组及剩余电压绕组，器身经真空处理后由低介质损耗绝缘材料固定在用钢板焊成的基座上，装在充满变压器油的瓷箱内

（二）110kV母线侧

拟选型号为JCC—110系列电压互感器具体参数如表4.8所示。

表4.8 JCC—110系列电压互感器技术数据

额定工作电压（kV） 初级绕组 110/3 二次负荷 1.级 500VA 3级 1000VA 连接组标号 I,I0,I0 次级绕组 0.1/3 剩余电压绕组 0.1 型号含义： J——电压互感器 C——串级绝缘

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C——瓷箱式 110/3——额定电压

4.3.4电流互感器确定

电流互感器（简称CT）将高压电流和低压大电流变成电压较低的小电流，供给仪表和继电保护装置，並将仪表和保护装置与高压电器隔开（电流互感器的二次侧额定电流一般为5A），这使得测量仪表和继电保护装置使用安全、方便、也使其在制造上可以标准化，简化了制造工艺並降低了成本。因此，电流互感器在电力系统中得到了广泛的应用。也是电力系统中的重要设备。

电流互感器的特点是： (1)一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流．而与二次电流无关；(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。 电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比：kn=I1n/I2n 因为一次线圈额定电流I1n己标准化，二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2为一、二线圈的匝数。

电流互感器出线一般设三组，主要进行保护，测量，计量。若只有两组，那么测量和计量可以串联。若只用一组互感器，线路不配差动保护。差动是专门保护变压器的。高压后备电路一般也出三组，进行普通过流保护，差动保护，测量。低压后备电路一般也出三组，进行普通过流保护，差动保护，测量。若有计量要求，可以与测量公用一组互感器。

（一）220kV侧 (1)出线回路

最大工作持续电流：IN1 =1000/（103UN cos? ）=1000/（3*220*10*0.85）

=0.308kA

IMAX1 =1.05 IN1=0.324kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN ? UNs

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拟选型号为LCWB—220（W）系列电流互感器，具体参数如表表4.9所示。

表4.9 LCWB—220（W）系列电流互感器技术数据

额定工作 电压（kV） 220 准确级 252 额定电流 比（A） 2?600/5 5s 热稳定 电流（kA） 42 额定动稳定电流 峰值（kA） 110 （2）母线回路 IN2 =1000/（3UN cos?）=1000/（3*220*0.85）=3.082kA

IMAX1 =1.05 IN2=1.362kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN ? UNs

拟选型号为LCWB—220（W）系列电流互感器 （3）300MW双绕组变压器回路

最大工作持续电流：IN3 =300/（3UN cos?）=300/（3*220*0.85）=0.926kA

IMAX3 =1.05 IN3 =0.973kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN ? UNs

拟选型号为LCWB—220（W）系列电流互感器 （4）200MW双绕组变压器回路

最大工作持续电流：IN4 =240/（3UN ）=240/（3*110）=1.2597kA（A）

IMAX4=1.05 IN4=1.3227kA UNs =1.1×220kV=242kV

UN ? UNs

拟选型号为LCWB—220（W）系列电流互感器 （二）110kV侧 （1）出线回路

最大工作持续电流：：IN5=180/（8*3*UN cos?）=290/（8*3*110*0.85）=0.139kA

IMAX3=1.05 IN5=0.2350kA UNs =1.1×110kV=121kV

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UN ? UNs

拟选型号为LCWB—110（W）系列电流互感器，具体参数如表4.10所示

表4.10 LCWB—110（W）系列电流互感器技术数据

额定电压（kV） 准确级 额定电流比（A） 110 （2）母线回路 252 2?600/5 4s 热稳定 电流（kA） 45 额定动稳定电 流峰值（kA） 115 最大工作持续电流：IN6 =230/（3UN cos?）=230（3*110*cos?）=1.420kA

IMAX6=1.05 IN6=1.491kA UNs =1.1×110kV=121kV

UN ? UNs

拟选型号为LCWB—110系列电流互感器，具体参数如表4.11所示

表4.11 LCWB—110系列电流互感器技术数据

额定电压（kV） 准确级 额定电流比（A） 110 252 2*1200/5 4s 热稳定 电流（kA） 42 额定动稳定电 流峰值（kA） 110 （3）200MW双绕组变压器回路 最大工作持续电流：IN7=240/（3UN cos?）=240/（3*110*0.85）=1.4820kA

IMAX7=1.05 IN7 =1.5567kA UNs =1.1×110kV=121kV

UN ? UNs

拟选型号为LCWB—110系列电流互感器

4.3.5避雷器确定

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。

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（一）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。 （二）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4.12所示。

表4.12 避雷器的参数表

装设地点 220kV母线 110kV母

避雷器电压等级（kV） FZ-220J FZ-110 灭弧电系统额定电压（有压 效值，kV） （kV） 200 126 220 110 工频参考电压（峰值，kV） ?323 ?254 ?536 ?314 第27页，共39页

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线 主变中性点 FZ—44 50 44 102 122 各设备选择汇总如表4.13所示

表4.13 主要电气设备选择汇总表

出线回路 母线侧 220kV 双绕组变压器 三绕组变压器 出线回路 110kV 母线侧 三绕组变压器 断路器 LW2-220 LW2-220 LW2-220 LW2-220 隔离开关 GW4-220 GW4-220 GW4-220 GW4-220 电流互感器 电压互感器 避雷器 LCWB-220(W) JCC5-220 FZ-220J LCWB-220(W) JCC5-220 FZ-220J LCWB-220(W) JCC5-220 LCWB-220(W) JCC5-220 FZ-44 FZ-44 FZ-110 FZ-110 FZ-44 SW6-110 GW4-110G/1250 LCWB-110(W) JCC-110 SW2-110 GW4-110/2500 SW2-110 GW4-110/2000 LCWB-110 LCWB-110 JCC-110 JCC-110 5.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。

5.1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、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断假冒新，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配电装置型式选择，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。

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(一) 节约用地：我国人口众多，但耕地不多，因此用地是我国现代化建

设的一项带战略性的方针；

(二)

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 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，以及再次维护中不致损害设备；

(三) 装的条件；

(四)

节约三材，降低造价：配电装置的设计还应采取有效措施，减少三便于检修和安装：对各种形式的配电装置，都要妥善考虑检修和安

材消耗，努力降低造价。

5.1.1基本要求

1) 配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和经济技术政策,如节约土地；

2) 保证运行可靠按照系统和自然条件,合理选择设备,在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离；

3) 便于巡视、检修和操作；

4) 在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价； 5) 安全和扩建方便。

5.1.2基本步骤

1) 根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线的多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式；

2) 拟定配电装置的配置图；

3) 按照所选的外形尺寸、运行方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照 《配电装置设计技术规程》 的有关规定，并参考各种配电装置的典型设计手册，设计绘制配电装置的平、断面图。

4) 配电装置的整个结构尺寸、检修和运输的安全距离等因素而决定的。屋内、外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距，详见设计手册。

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5.2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。

5.3主接线中设备配置的一般原则

5.3.1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。

5.3.2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

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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(本设计不设)。

（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(本设计不设)。

（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。

5.3.3电流互感器的配置

（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。

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6.结束语

为期两周的电气工程基础课程设计已接近尾声。在这两周中，从查找资料到完成论文撰写，不仅让我对这个设计课题有了深刻的认识，同时还让我对电力系统知识有了更进一步的理解；不仅深入地了解系统设计领域的一些前沿的动态，同时对电力系统分析领域之外的内容亦有了一定的认识，这让我获益良多。

比如，在进行电气主接线设计时，我原本按照教材的内容，想当然地将220kV侧和110kV侧选定为双母带旁路的接线方式，但是通过对其他相关资料的分析以及对相应工程实际做法的考察，我发现，旁路母线在架设时需要耗费更多的材料，不仅如此，其在继电保护方面具有很大的缺陷，尽管可以在一定程度上提高供电可靠性，但相对于在继电保护方面的缺陷，双母带旁路接线方式可谓“得不偿失”。在工程上，现在的设计方案中也已很少采用带旁路母线的架设方式，而是对重要负荷采用双回路供电。因此，我在确定电气主接线最终方案时，将220kV和110kV侧均选择了双母线接线方式。

还有，在短路计算方面，由于主接线设计中其中含有自耦变压器，但在平时的课堂教学中，自耦变压器的数学模型并没有进行深入的讲解，因此在进行短路电流计算的过程中出现一定的困难。但通过仔细学习《电力系统分析》的相关内容，我最终完成了相应的计算分析，并完成了短路计算书部分的撰写。

当然，由于时间仓促，还有很多的内容没有时间进行完善，只能在论文中简单提出，无法进行深入的研究，为这次课程设计留下了一些遗憾。

本次课程设计由本人独立完成，整个过程中，边学边做，边做边学，其方式和理论课程的学习完全不同。现在回顾一下，感觉自己真的收获颇丰。

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7.谢辞

感谢这次指导我课程设计的肖金凤老师。由于课程设计的时间安排和毕业设计答辩时间相重叠，期间有很多毕业设计的事宜需要处理，尽管如此，在我进行课程设计的每个阶段——查阅资料，设计方案的修改和确定，方案检查，后期详细设计以及论文撰写等——肖老师都给予了我悉心的指导。在设计初期，因为专业水平有限，即使经过多遍修改，我的设计方案中依然存在很多不尽如人意的地方，但是肖老师仍然细心地纠正其中的每一个错误，而且指导我寻找解决方法，真正做到“授人与渔”，让我在这次设计中获益匪浅。

在这次课程设计中使我们的同学关系更进一步了，在这里我要感谢同我一起探讨问题的同学，和他们的探讨和交流给了我很多的启发，这同样使我受益匪浅。

最后感谢其他支持者我的人。正是因为有了大家的支持和帮助，这次的课程设计才能顺利完成，在此一并致谢。

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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] 牟道槐.发电厂变电站电气部分（第三版）[M]. 重庆：重庆大学出版社，2009 [3] 范锡普.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，1987 [4] 何仰赞,温增银.电力系统分析[M].武汉：华中科技大学出版社,2002

[5] 中国电器工业协会.输配电设备手册(上、下册)[M]. 北京：机械工业出版社，2000 [6] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京:中国电力出版社，2005 [7] 冯炳阳.输电设备手册[M].北京：机械工业出版社，2000

[8] 周文俊.电器设备实用手册（上、下册）[M]. 北京：中国水利水电出版社，1999 [9] 卓乐友.电力工程电气设计200例[M].北京:中国电力出版社，2004 [10] 李光琦.电力系统暂态分析（第三版）[M].北京：中国电力出版社,2007 [11] 陈珩.电力系统稳态分析（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2007 [12] DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》[M].北京：中国电力出版社，2000 [13] 刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计（2006年版）[M].北京：中国电力出版社，2007

[14] 孙成宝，李广泽.配电网实用技术[M].北京：中国水利水电出版社，1998 [15] 杨期余.配电网络[M].北京：中国电力出版社，1998

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附录Ⅰ：短路计算

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

300MW发电机：XG1= XG2=xd×SB/SN1=0.1915×1000*0.85/300=0.5426 200MW发电机：XG3= XG4=xd×SB/SN1=0.148×1000*0.85/200=0.629 360MVA变压器：XT1?XT2?14.3%?240MVA变压器：

US1=1/2(U1-2＋U1-3－U2-3)=1/2(24.5+14.5-8.5)=15.25 US2=1/2(U1-2＋U2-3－U1-3)=1/2(24.5+8.5-14.5)=9.25 US3=1/2(U1-3＋U2-3－U1-2)=1/2(14.5+8.5-24.5)=-0.75 XT3I=XT4I= US1/100×SB/SN=15.25/100×1000/240=0.635 XT3II=XT4II= US2/100×SB/SN=9.25/100×1000/240=0.385 XT3III=XT4III= US3/100×SB/SN=-0.75/100×1000/240=-0.031 联络变压器：

US1=1/2(U1-2＋U1-3－U2-3)=1/2(12.1+12-18.8)=2.65 US2=1/2(U1-2＋U2-3－U1-3)=1/2(12.1+18.8-12)=9.45

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1000?0.397 360南华大学电气工程学院课程设计

XT5I= US1/100×SB/SN=2.65/100×1000/360=0.074 XT5II= US2/100×SB/SN=9.45/100×1000/360=0.263

系统到220kV母线的电抗标幺值：

XS=SB/S=1000/12000=0.083

（二）对等值网络进行简化

X1=1/2(XT1＋XG1)=1/2(0.397＋0.5426)=0.4698 X2=1/2XT3I=1/2(0.0705＋0.05)=0.061 X3=1/2XT3II=1/2(0.125-0.0083)=0.05835 X4=1/2(XT3III＋XG3)=1/2(0.1813＋0.09)=0.1365 X5=XT5I＋XT5II=0.074+0.263=0.337 XS=0.083 (三) f1点短路时

①转移电抗的计算：Xf1 = X1=0.1365,

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Xf2=X6=X4＋(X3＋X5)//X2=0.496

S300 =1000/0.4698=2128.6 S200 =1000/0.496=2016.1

Sk =SN -S300 - S200 =12000-2128.6-2016.1=7855.3 XfS = SB/Sk=1000/7855.3=0.127

②计算电抗的计算： Xjs1=Xf1 ×SN/SB=0.4698×2×300/1000*0.85=0.332 Xjs2=Xf2 ×SN/SB=0.496×2×200/1000*0.85=0.233 ③发电机的额定电流： ING1=SN/（3×Uav）=2*300/（3*230*0.85）=1.772 kA ING2=SN/（3×Uav）=2*200/（3*230*0.85）= 1.181kA 系统的额定电流： INC=S/（3×Uav）=1000/（3×230）= 2.51kA 无限大系统的短路电流的标幺值：Ips*=1/XfS=1/0.127=7.874 有名值I=标幺值I×IN

d1点断路时的计算结果如表I.1。

表Ⅰ.1 f1点断路时的计算结果

Ijs1* 0s 3.085 5.467 4.394 7.988 0.01s 3.035 5.378 4.292 7.803 1s 2.169 3.843 2.561 4.656 2s 2.199 3.897 2.442 4.439 4s 2.229 3.949 2.354 4.279 有名值(kA) Ijs2* 有名值（kA）

(四) f2点短路时

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将X2,X3,X4进行星三变换：

X7=(X2X4+X2X3 +X3X4)/X3 =1.112 X8=(X2X4+X2X3 +X3X4)/X2 =0.674 X9=(X2X4+X2X3 +X3X4)/X4 =0.716 X5与X9合并为X10：

X10=X5 //X9 =0.229

化简图：

X11= X11* X10(1/ XS+1/X1 +1/X7 +1/X10)=0.369

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X12= X1* X10(1/ XS+1/X1 +1/X7 +1/X10)=2.092 X13= X7* X10(1/ XS+1/X1 +1/X7 +1/X10)=4.951

①转移电抗计算：

300MW发电机到短路点的转移电抗：

Xf3 = X12=2.092

200MW发电机到短路点的转移电抗：

Xf4=X13=4.951

②计算电抗的计算：

300MW发电机计算电抗：

Xjs3=Xf3 ×SN/SB=2.092×2×300/1000*0.85=1.477

200MW发电机计算电抗：

Xjs4=Xf4 ×SN/SB=4.951×2×200/1000*0.85=2.329

③发电机的额定电流： ING1=SN/（3×UaV）=2*300/（3*115*0.85）=3.544kA ING2=SN/（3×UaV）=2*200/（3*115*0.85）= 2.363kA 系统的额定电流： INC=S/（3×UaV）=1000/（3×230）=2.51kA 无限大系统的短路电流的标幺值：Ips*=1/XS=1/0.083=12.084 有名值I=标幺值I×IN

f2点断路时的计算结果如表I.2。

表Ⅰ.2 f2点断路时的计算结果

0s 0.675 2.392 0.431 1.018 0.01s 0.672 2.382 0.429 1.014 1s 0.702 2.488 0.434 1.026 2s 0.702 2.488 0.434 1.026 4s 0.702 2.488 0.434 1.026 Ijs3* 有名值(kA) Ijs4* 有名值（kA） 附录Ⅱ：凝汽式火电厂电气一次部分设计电气主接线图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9iqr.html