发电厂电气主系统 - 图文

前言

电力系统不断发展和安全运行，给国民经济和社会发展带来巨大的动力和效益。 但是，电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效地控制，就会失去稳定运行，是电网瓦解，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。在此次设计中，通过对原始数据的分析计算，设计出了该火力电厂的电气主接线图；选择恰当的短路点并计算短路电流；并根据计算结果选择合适的电气设备。

目录

第一章 课程任务设计书和原始资料分析.....................4 第二章 电气主接线设计...................................5

1) 对电气主接线的基本要求............................5 2) 对电气主接线方案的初步设计........................5 3) 几种方案的比较及最终接线..........................6 第三章 变压器的选择.....................................9 附录B....................................................12 附录C....................................................17 结论......................................................31 参考文献..................................................31

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第一章 课程任务设计书和原始资料分析

1.1发电厂电气部分课程设计任书 1.1.1课程设计的目的：

发电厂电气部分课程设计是在学习电力系统基础课程后的一次综合性训练，通过课程设计的实践达到：

（1）巩固“发电厂电气部分”、“电力系统分析”等课程的理论知识。 （2）熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。 （3）掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。 （4）学习工程设计说明书的撰写。

（5）培养学生独立分析问题、解决问题的工作能力和实际工程设计的基本技能。 1.1.2.课程设计的任务要求： （1）分析原始资料 （2）设计主接线 （3）计算短路电流 （4）电气设备选择 1.1.3.设计成果：

（1）完整的主接线图一张。 （2）设计说明书一份。

1.2原始资料

110/35/10KV降压变电所电气部分设计 1.2.1、变电所的建设规模

本变电所是中型降压变电所，一次建成。 1.2.2、变电所与电力系统连接情况

（1）变电所在电力系统中的地位和作用 本所位于某市郊小工业区中心，交通便利，地质条件好，进出线方便，供当地城市、工厂及农村用电。

（2）变电所电压等级为110KV、35KV及10KV，系统以两回线向本所供电，35KV有6回出线，10KV有10回出线。

1.2.3、负荷资料 35KV侧最大负荷为38.5MVA，其中重要负荷占60%，最大的一回负荷为7.5MVA，平均功率因素为0.85，Tmax=6000h，35kv用户除本所外无其它电源。 10KV侧最大负荷为25MVA，最大一回为3.2MVA，平均功率因素为0.8，Tmax=4300h，所用负荷按变电所最大负荷的0.5%计算。

1.2.4、最小运行方式：变电所停运一台变压器，同时与变电所连接的发电厂中停用一台容量最大的发电机组。

1.2.5、环境条件： 变电所地处平原，年平均气温17℃，最热月平均30℃，绝对最高气温39℃，最热日平均气温为35℃，最低气温-13℃，最热月地下0.8米处土壤平均温度18℃。当地海拔高度400米，雷暴日数29.5日/年；无空气污染。土壤电阻率ρ=200Ω?m

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第二章 电气主接线设计

第一节 对电气主接线的基本要求

现代电力系统是一个巨大的严密整体，各类发电厂和变电所分工完成整个电力系统的发电、变电和配电任务，主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电所和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民生活，因此，发电厂、变电所的主接线，必须满足以下基本要求：

1) 必须保证发供电的可靠性。 2) 应具有一定的灵活性。 3) 操作应尽可能简单、方便。 4) 经济上应合理。

主接线除应满足以上技术经济方面的基本要求外，还应有发展和扩建的可能性，以适应发电厂和变电所可能扩建的需要。

第二节

对电气主接线方案的初步设计

电气主接线基本要求：可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。

一、 主接线的初步选择

1、110kV系统的主接线选择

根据《电力工程设计手册》：110kV～220kV配电装置出线回路不超过2回时一般选用单母线接线；出线回路3～4回时一般选用单母线分段接线，故选用单母线接线与单母线分段接线两种方案进行比较决定。 2、35kV侧的主接线形式

根据《电力工程设计手册》：1）35kV～6.3kV的配电装置出线回路数在4～8回时采用单母线分段接线。

2）35kV的出线多为双回路，且检修时间短，一般不设旁母，当配电装置出线回路数在8回以上时；或连接的电源较多，负荷较大时采用双母线接线。故选用单母线分段接线与双母线接线两种方案进行比较决定 。 3、10kV侧接线形式选择

根据《电力工程设计手册》：6～１0kV系统中，出线在6回或以上时一般使用单母

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线分段接线形式，当用户要求不能停电时可装设旁路母线。故选用单母线分段接线与单母线分段带旁母接线两种方案进行比较决定。

二、可靠性的要求

1. 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

2. 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间。 3. 避免全所停电的可能。

三、灵活性的要求

1．调度时，可灵活的投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷。 2．检修时，方便的停运断路器、母线及保护，进行安全检修。 3．扩建时，容易从初期接线过渡到最终接线。

四、经济性的要求：

1．投资省。

2. 主接线力求简单，以节省一次设备。 3.二次回路简单。

4. 能限制短路电流，以便选择价廉的设备。 5.占地面积小。 6.电能损失少。

第三节 几种方案的比较及最终接线

根据以上几点要求对主接线的初设方案进行比较，结果如下：

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110kV 方案一：为“单母线分段接线” 方案二：为“单母线分段接线” 优点：用断路器把母线分段后，对优点：用断路器把母线分段后，对重要用户重要用户从不同段引出，有两个电从不同段引出，有两个电源供电。当一段母源供电。当一段母线发生故障，分线发生故障，分段断路器自动将故障段切段断路器自动将故障段切除，保证除，保证正常段母线供电，供电可靠性高。 正常段母线供电，供电可靠性高。 缺点：占地面地大，投资较多。 缺点：占地面地大，投资较多。 35kV 方案一：为“单母线分段接线” 方案二：为“双母线接线” 优点：不间断供电和不致使重要用优点：供电可靠性高，一般不对歪停电。 户停电。 缺点：1．当一段母线或母线刀闸故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期内停电。 2．当出线为双回路时，常使架空出线呈交叉跨越。3．扩建需两个方向。 10kV 方案一：为“单母线分段接线” 优缺点：同上 方案二：为“单母线分段带旁母接线” 优点：供电可靠性高。 缺点：占地面地大，刀闸多，投资较多。

缺点：占地面地大，刀闸多，投资较多。 6

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由于待建变电所属地区变电所，负荷主要是地区性负荷，该变电站110kV、35kV、

10kV侧均采用单母线分段接线。

第三章 变压器的选择

1.可按下述原则确定变压器容量 （1） 变压器的容量和台数的选择

（2） 根据变电站的实际情况，应根据以下的原则进行选择 （3） 主变得容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择

（4） 根据电压网络的结构和变电站所带的负荷的性质来确定主变的容量， 对于有重要用户的变电站应考虑当一台主变停运时其余变压器在计及过 负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级的负荷，对一般性 变电站，一台机停用时，应使其余变压器保证全部负荷的70%~80%。

（5） 同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化

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（6） 对于大城市市郊的一次变电站，在中低压侧已构成环网的基础上，变 电所以装设两台变压器为宜。

2. 变压器绕组形式选择

根据：不受运输条件限制时，在330kV及其以下的发电厂和变电所中，均 采用三相变压器。

3. 变压器绕组数量的选择

根据：在具有三种电压的变电站中，如通过主变各侧的功率均达到该主变 容量的15%及以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功功率补偿 设备时，主变宜采用三绕组变压器。 4. 绕组连接方式

根据：我国110kV及以上的电压级别，变压器绕组均用Y0的接法，35kV用Y 连接，其中性点经过消弧线圈接地。第三绕组用三角形连接。

5. 高、中压电网的联络变压器应按两级电网正常与检修状态下可能出现的最大功率交换确定容量,依赖于两级电网的合理调度。

6. 当联络变压器为两台时，考虑一台突然切除后，另一台短时承担全部负荷，因此选择每台变压器的容量为总容量的50~75%，采用50%时，一台变压器突然切除，另一台过载倍率为2，允许运行7.5分钟，采用75%时，过载倍率为1.3，允许运行2小时，应保证上述时间内电网调度能妥善的调整系统潮流，降低联络点的穿越功率。

二．主变压器台数的确定 1.减少变压器台数的途径如下： 1)使用发电机—变压器扩大单元。

2)在需要变压器并联以相互备用的情况下，使用两台变压器比较便利。考虑一台变压器退出工作后的备用能力相当，使用两台变压器时，其总容量较使用各台数变压器的总容量有所增加，但考虑上述因变压器台数减少取得的综合效益及损耗的减少仍将使用两台变压器更为合理。

2.负荷变电站的降压变压器，发电厂、变电站高、中压电网的联络变压器一般情况下选用两台主变压器比较合理。

（1） 选择降压结构：绕组排列结构从里往外为：低中高； （2） 选择容量：

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S35max=38.5 MVA S10max=25MVA

变电所用电负荷P为0.32 则:

S总max=S35+S10+P=38.5+25+0.32=63.82MVA 按冗余考虑配置主变:

单台主变故障时,另一台承担50%～75%负荷, 选50%时:S1=63.82*0.5=31.91 MVA 选75%时:S1=63.82*0.75=47.87MVA

如按国家标准规定的R10系列10√10倍数系列容量等级的原则选主变则为:从40 MVA、50 MVA、63 MVA中选40 MVA为宜。

为了减少维护费用，选择三相油浸风冷、铝线圈、有载调压的主变为宜，查表选：SFSZ9-40000kVA/110kV±8*1.25%/38.5±2*2.5%/10.5,查表，选择

主变型号为：

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作状态下合磁磁通φ0很小而设计的。

使用中的电流互感器如果发生二次回路开路，二次绕组磁动势F2等于零，一次绕组磁动势F1仍保持不变，且全部用于激磁，合成磁势F0=F1，这时的F0较正常时的合成磁势(F1-F2)增大了许多倍，使得铁心中的磁通急剧地增加而达到饱和状态。由于铁心饱和致使磁通波形变为平顶波，因为感应电动势正比于磁通的变化率dφ/dt，所以这时二次绕组内将感应出很高的感应电动势e2。二次绕组开路时二次绕组的感应电动势e2是尖顶的非正弦波，其峰值可达数千伏之高，这对工作人员和二次设备以及二次电缆的绝缘都是极危险的。(普通电压表仅能测量电压的平均值，故尖顶的非正弦波电压幅值用普通电压表不能测出，应该用示波器测量。)另一影响是，因铁心内磁通的剧增，引起铁心损耗增大，造成严重发热也会使电流互感器烧毁。第三个影响是因铁心剩磁过大，使电流互感器的误差增加。因此，使用中的电流互感器二次回路是不允许开路的，在电流互感器二次回路内也不允许安装熔断器。使用中电流互感器的二次仪表或继电器因工作需要必须断开时，应先将电流互感器二次绕组短接后，再断开其二次仪表或继电器电流线圈。同理，恢复二次仪表或继电器的工作时，应先接入二次仪表或继电器电流线圈，然后再拆除原有的短接线，即保持使用中的电流互感器二次回路处于近似短路工作状态。

2.电流互感器的误差与准确度级。由于电流互感器的一、二次绕组中存在着损耗，使得一、二次电流在数值上或相位上有差异，即测量误差。测量误差一般用变比误差和角误差表示。

1)变比误差(△I%)。变比误差是指用电流互感器测出的电流KNII2和实际电流I1之差与实际电流I1之比的百分值。

电流互感器变比误差与合成磁动势F0、一次绕组磁动势F1、二次绕组磁动势F2以及二次负荷的相位角有关。运行中的电流互感器F0为确定值，所以电流互感器误差将随一次绕组磁动势F1和副边电流I2的大小而变化。当一次通过电流比额定值小得多时，由于F1较小，变比误差较大；当一次通过电流逐渐增大到(1.0～1.2)IN1时由于F1增大，变比误差则减小；一次通过的电流再继续增大时，因电流互感器铁心磁路的饱和，造成误差的迅速增大；二次负荷中的感性负荷相对增加时，因ψ2的加大使变比误差亦增大；二次总负荷增加时，因I2的减小而使变比误差增大。

2)角误差(δ)。角误差是指电流互感器一次电流I1与反向二次电流-I2之间的夹角δ值。

当一次侧通过电流较额定值小得多时，由于一次绕组磁动势F1较小，角误差会增大；当

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一次侧电流逐渐增加到(1.0～1.2)IN1时，由于一次绕组磁动势F1的增大，使角误差减小；当一次侧电流再继续增大时，由于铁心饱和， 又会使角误差迅速增大；如果二次感性负荷增加时，由于ψ2的加大，使角误差反而减小。

3)电流互感器的额定容量。电流互感器二次绕组之外所接的全部阻抗为其二次负荷。电流互感器正常工作时，因二次绕组处在近于短路状态，故二次负荷应包括它所连接的全部测量仪表和继电器电流线圈的阻抗、二次电缆的电阻和接头的接触电阻等几部分。 电流互感器的额定容量(SN)是指电流互感器在二次侧电流为额定电流、误差不超过规定值的条件下，二次绕组所允许输出的最大容量。 电流互感器额定容量也可以用阻抗表示，该阻抗称为额定二次负荷，两者关系为： SN＝IN2ZN

式中 SN─电流互感器的额定容量，VA； IN2─电流互感器的二次额定电流,A； ZN─电流互感器的二次额定负荷，Ω。

由于电流互感器的误差与二次负荷的大小有关， 因此同一台电流互感器处在不同准确度级下工作时，便有不同的额定容量。例如某电流互感器二次额定电流为5A，工作在0.5级时，其额定容量为30VA(1.2Ω)；当工作在1级时，其额定容量为60VA(2.4Ω)。

4)电流互感器的接线。常用电气仪表和继电器，接入电流互感器有三种接线方式，(a)单相式；(b)三相式；(c )两相式

单相式接线，适用于三相对称电路，由于三相对称负荷的三相电流大小相同、相位互差120°，所以只测量一相电流便可以监测三相电流，故仅在C相装设电流互感器。三相式接线，适用于三相四线制系统中。由于三相四线制系统中，三相电流的大小与相位均可能不相同，所以在三相上装设电流互感器，分别测量三相电流。所示接线图为两相式接线，适应用在三相三线制系统中。由于在三相三线制系统中三相电流的关系为IA+IB+IC=0,所以IB=-(IA+IC),即通过公共线上的电流表中的电流为-IB。显然，不完全星形接线可以测量三相三线制系统中的三相电流（即IA、-IB和IC）。

（1）电流互感器的二次额定电流有两种1A和5A，一般强电系统取5A

（2）电流互感器的型式选择，一般35kV及以上的配电装置采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立的电流互感器。

（3）一次电流的选择，当CT用于测量时，应比回路中的正常工作电流大1/3左右，

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保证测量仪表 的最佳工作。

（4）进行动稳定，热稳定校验。

电压互感器的选择

1.电压互感器的工作状态。电压互感器的一次绕组并联接入被测电路之中， 一次绕

组所承受的电压将随被测电路电压变动而变化。它的二次绕组并联接入仪表和继电器的电压线圈(阻抗很大)， 又由于二次额定电压通常为100V或100/√3V，所以二次回路电流很小，故电压互感器正常运行时它的二次回路近于开路状态。

运行中的电压互感器二次绕组基本维持在额定电压值上下，如果二次回路中发生短路，必然会造成很大的短路电流。为了及时切断二次侧的短路电流，在电压互感器二次回路内必须安装熔断器或小型空气自动开关。

电压互感器一、二次额定电压之比，称为电压互感器的额定变比KNV，其值为： UN1 KNV＝━━━━ UN2

2.电压互感器的误差

（1）变比误差(△U％)。变比误差是用电压互感器测量出的电压KNVU2和实际电压U1之差与实际电压U1之比的百分值表示。

运行中的电压互感器的变比误差与二次负荷等因素有关，二次负荷愈大时，变比误差愈大；一次电压接近额定值时，变比误差减少，当一次电压超过1.1倍额定电压后，由于铁心的饱和而使变比误差增大。

（2）角误差(d)。角误差是指电压互感器一次电压U1与反向二次电压-U2之间的夹角δ值。

(3) 电压互感器的额定容量。电压互感器的额定容量是指在最高准确度级工作时它所容许的二次最大负荷。电压互感器的额定容量一般用伏安表示。同一只电压互感器在不同准确度级工作时，其额定容量不同。 例如某电压互感器在0.5级工作时，额定容量为150VA；在1.0级工作时，额定容量则为500VA。

电压互感器的二次负荷一般仅考虑二次所接电压表和继电器电压线圈所消耗的功率。如果二次电缆较长，需要精确测量时，应考虑电压互感器二次导线上的电压损失。

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(4)电压互感器的接线。电压互感器的接线方式较多，仅介绍发电厂和变电站中应用较广泛的几种典型接线，分析比较接线图之后可以看出：

不同额定电压的互感器接入被测电路方式不同。在低压380V电路中，一次绕组与被测电路之间经熔断器连接，熔断器既是一次绕组的保护元件，又是控制电压互感器是否接入电路的控制元件。3～35kV电压互感器一次绕组需经隔离开关接入被测电路,而且在电压互感器的一次绕组与隔离开关之间安装高压熔断器；隔离开关是控制电压互感器是否接入电路的控制元件，高压熔断器作为一次侧的短路保护元件。额定电压为110kV及其以上时，电压互感器一次绕组经隔离开关接入被测电路；隔离开关是控制电压互感器是否接入电路的控制元件；电压互感器的一次绕组与隔离开关之间不安装高压熔断器，一旦互感器高压侧发生短路故障，则由母线的继电保护装置动作切断高压系统的电源。

3.电压互感器的技术条件

（1）正常工作状态：一次回路电压，电流，二次负荷，准确度等级 （2） 承受过电压能力和环境条件

1）对于35-110kV配电装置一般采用油浸式绝缘结构电磁式PT，而对于220kV以上的配电装置，使用电容式PT。

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结论

这次课程设计将书本上所学到的知识与实际操作相结合，使我们对发电厂电气主系统这门学科有了更深刻的理解，对我们有很大的提高。

本次设计从理论入手，分析、总结以往在学习中的经历，再加上生活实践和参观所得到的信息，让我们对降压变电所的建设有了具体思路。我们最先着手变电所的电气主系统，通过电气主接线的选择、对比，进而确定系统主接线。选择好主接线后经过短路电流的计算我们便能确定系统电气设备。是我们选择出较为合适的电气设备。 .参考文献

西北电力设计院.电力工程设计手册.中国电力出版社 熊信银.发电厂电气部分. 中国电力出版社

黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料. 中国电力出版社 王荣藩.工厂供电设计与实验[M].天津大学出版社，1998，05 傅知兰.电力系统电气设备选择与计算，中国电力出版社

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