工厂供电课程设计

引言

随着我国经济生产的迅速发展，电力系统的发展和负荷的增长迅速。电力网容量的增大，电压等级和综合自动化水平也不断提高，某地原有变电所设备陈旧，占地较大，自动化程度不高，为满足该地区经济的持续发展和人民生活的需要，电网正在进行大规模的改造，对变电所的设计提出了更高、更新的要求。本设计是针对该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、短路电流的计算、电气设备的选择和厂用电的设计。其中重点介绍了短路电流的计算和电气设备的选择，从最严重的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。内容全面简要，结构层次清晰，易于建立现代凝汽式火力发电厂，大量电气设备的各个环节的局部概念及其相互联系的总体概念，对该设计进行了理论分析，在理论上证实了发电厂的实际可行性，其效果达到了设计所预期的要求。

1 本设计的主要内容

1.1 原始资料分析

（1）发电厂建设规模

类型：凝汽式火力发电厂；

装机容量：装机2台，容量分别为300MW*2；年利用小时数为6000h/a； （2）电力负荷水平

①220KV电压等级：架空线共5回，I级负荷，最大输送310MW，最大负荷利用小时数为6000h/a

②110V电压等级，架空线共7回，I级负荷，最大输送230MW，最大负荷利用小时数为6000h/a。 ③cos??0.85

④厂用电率7%

⑤备用：110KV 1回 220KV 1回 （3）厂址特点及自然环境

①当地年最高温度40℃，最低温度-20℃，最热月平均最高温度为32℃，最热月平均最低温度为25℃

②地海拔高度为600M ③气象条件无其它特殊要求。

1.2 设计任务

（1）对原始资料进行分析完成发电厂电气主接线设计 （2）厂用电设计 （3）短路电流的计算 （4）主要电气设备的选择 （5）完成主接线图与设计说明书

2 电气主接线设计

2.1 电气主接线的基本要求

（1）保证必要的供电可靠性和电能质量

安全可靠是电力生产的首要任务，停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更严重，往往比少发电能的损失大几十倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。 （2）具有一定的灵活性和方便性

主接线不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。 （3）具有经济性

在主接线设计时，在满足供电可靠的基础上，尽量使设备投资费和运行费为最少，注意节约占地面积和搬迁费用，在可能和允许条件下应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。 （4）具有发展和扩建的可能性

在设计主接线时应留有余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。

2.2 主接线的方案选择

（1）方案一

①220KV电压等级的方案选择

由于220KV 电压等级的电压回线数目是6回，因此其供电要充分考虑其可靠性，所以我们可选择双母线带旁路接线形式。根据《电力工程电气设计手册》和《220kV～500kV变电所设计技术规程》可知，220KV出线回路为5回及以上时装设专用旁路断路器。这样一来就避免了断路器检修时，不影响对系统的供电，断路器或母线故障以及母线检修时，减少停运的回路数和停运时间，保证了可靠的供电。

②110KV电压等级的方案选择

110KV电压等级的电压回线数目是8回，所以在本方案中的可选择的接线

形式是双母线接线形式。根据《电力工程电气设计手册》和《电力系统技术设计规程》可知，110KV出线回路为8回及以上时装设专用旁路断路器。由于双母线接线的可靠性和灵活性高，它可以轮流检修母线，而不中断对用户的供电；当检修任意回路的母线隔离开关时，只需断开该回路；工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，从而使用户迅速恢复供电；可用母联断路器代替任意回路需要检修的断路器，在种情况下，只需短时停电；在个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分离出来，并单独接至备用母线上。如下图2.1所示

图2.1 方案一 主接线简图 （2）方案二

①220KV电压等级的方案选择

由于220KV 电压等级的电压回线数目是6回，所以我们可选择双母线接线形式。根据《电力工程电气设计手册》和《220kV～500kV变电所设计技术规程》可知，220KV出线回路为5回及以上时装设专用旁路断路器。这样一来就避免了断路器检修时，不影响对系统的供电，断路器或母线故障以及母线检修时，减少停运的回路数和停运时间，保证了可靠的供电。

②110KV电压等级的方案选择

由于110 KV电压等级的电压回线数目是8回，所以在本方案中的可选择的接线形式是单母线分段接线。单母线分段的优点如下：①母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；②一段母线故障（或检修） 时，仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作。如下图2.2

所示

图2.2 方案二 主接线简图

对上述两种方案进行综合比较，1）在可靠性方面，方案一供电可靠，即使检修其中一组母线也不会影响供电情况，方案二同样可靠性较高；2）在灵活性方面，方案一检修方便，当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，就可迅速恢复供电，且调度灵活或便于扩建，相比之下方案二当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开该分段上的所有电源或出现，这样就减少了系统的发电量，并使该分段单回路供电的用户停电；3）在经济性方面，方案一设备较多，增设了断路器和隔离开关，方案二设备相对来说更多一点，尤其是增设了分段设备的投资，且配电装置占地面积大，投资性价比较小。所以总结来看，选择方案一更合理。

主接线方案图如图2.3所示

图2.3 主接线方案简图

3发电机和变压器的选择

3.1概述

在各级电压等级的发输配电中，变压器都是主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是发电厂安全可靠供电和网络经济运行的保证。

在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计发电机组的容量大小和自身的特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

选择主变压器的容量，同时要考虑到该发电厂以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

3.2发电机型号的确定

根据设计书的要求选用的发电机容量为

300MW，选择发出的电压为

18KV，所以选择发电机型号为QFSN-300-2。具体参数如表3.1

表3.1 所选发电机组的型号与参数

额 定 发电机 型 号 电 压(KV) G-1、G-2 QFS-300-2 18 额定 功率 (MW) 300 额定 电流 (A) 功率 因数 次暂态电抗(%) 16.7 效率 (%) 98.65 11320 0.85 3.3主变压器容量和形式的选择

（1）主变压器容量的选择

因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。为此，在选择发电厂主变压器时，应遵循以下基本原则。

①单元接线的主变压器

单元接线的变压器容量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，其容量应按单元接线的计算原则计算出的两台机容量之和来确定。

②具有发电机电压母线接线的主变压器

连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的主变压器的容量，应考虑以下因素：

当发电机全部投入运行时候，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上的剩余有功和无功容量送入系统。

当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需限制本厂出力时，主变压器应能从电力系统到送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。

若发电机电压母线上接有2台及以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70%以上。 （2）主变压器形式的选择 ①变压器相数的选择

容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330KV及以下电力系统中，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，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。

②组数的选择

电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂是等型式。

发电厂以两种升高电压级向用户或与系统连接时，可以采用2台双绕组变压器或三绕组变压器。根据该厂发电机组为单元接线，主变宜采用双绕组变压器。

③方式的选择

为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，电压必须维持在允许范围内。通过改变变压器220KV及以上网络电压应符合以下标准：的分接头切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是

不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±2×2.5%以内，应视具体工程情况而定。另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。其结构较复杂，价格较贵，只在以下情况才予以选用：接于出力变化大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压维持在一定水平；或接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。

通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压，因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，对于220KV及以上的降压变也仅在电网电压有较大变化的情况时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况而定。

因此本次选用的主变压器不采用有载调压。 ④连接组别的选择

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。一般有星形“Y”和三角形“D”两种。 ⑤主变压器冷却方式的选择

一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。具体来说，风冷却一般只适用于小容量变压器；迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。

本设计主变为大型变压器，发热量大，散热问题不可轻佻，强迫油循环风冷却效果较好，可选用强迫油循环风冷却方式。 （3）主变压器型号及参数的确定

①台数：根据原始资料，该厂除了本厂的厂用电外，其余向系统输送功率，所以不设发电机母线，发电机与变压器采用单元接线，保证了发电机电压出线的供电可靠，所以300MW发电机组的主变压器选用两绕组变压器2台。

②容量：单元接线中的主变压器容量SN 应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10％的裕度选择，为 SN?1.1?NG(1-?P)cos? ΡNG—发电机容量； SN—通过主变的容量；

cos?—发电机的额定功率因数； ??—厂用电率

单元接线中的主变压器容量应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10％的裕度选择。

发电机的额定容量为300MW，cos??0.85，???7%，所以扣除厂用电后经过变压器的容量为：

SN?1.1?NG(1-?P) ?1.1*300（1-7%）/0.85?361.05（MVA）cos?为方便计算，我们将变压器容量记为361MVA。经查看《电力工程电气设计200例》和《电力工程电气设计手册一次部分》，再根据《大型变压器技术数据》，我们选择采用型号为SFP9-370000/220户外、三相双绕组、无载调压、OFAF、铜芯、低损耗变压器的220KV双绕组无载调压电力变压器。具体参数如下表3.2

表3.2主变压器的型号

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 名 称 型式及型号 额定容量(MVA) (绕组温升65K) 最高工作电压（kV） 高压/低压 额定电压（kV） 高压/低压 额定电流(A) 高压/低压 额定电压比（kV） 短路阻抗(%) 联结组标号 额定频率(Hz) 绝缘耐热等级 绕组额定绝缘水平 高压侧 雷电冲击耐受电压峰值(kV) 短时工频耐受电压有效值(kV) 低压侧 雷电冲击耐受电压峰值(kV) 短时工频耐受电压有效值(kV) 高压侧中性点 雷电冲击耐受电压峰值(kV) 短时工频耐受电压有效值(kV) 数据 SFP9-370MVA/220 370 252/24 242/20 883/10681 242±2×2.5%/20 14 YNd11 50 A级 950/1050 395 200/220 85 400/400 200

序号 13 名 称 效率(%) 数据 99．747 3.4联络变压器的选择

（1）联络变压器选择的一般原则

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有功功率和无功功率交换。

②联络变压器容量一般不应小于接在两种电压母线是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，也可在线路或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一个系统。

（2）联络变压器的型号及参数的确定

根据联络变压器容量的确定原则可知，联络变压器的总容量为300MW/0.85=352.9MVA， 选择最接近标准容量为360MVA的变压器，即容量为360MVA的三相三绕组降压自耦变压器，具体型号选择OSPSO-360000/220。

3.5 厂用变压器的选择

（1）厂用变压器选择的基本原则

①变压器原、副边电压必须与引接电源电压和厂用网络电压一致。 ②变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。

③厂用高压备用变压器或起动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器容量相同；低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。

（2）由于两台发电机都属于大中型机组，为限制短路电流，提高可靠性，两台变压器均采用低压分裂绕组变压器.联络变压器的低压侧电压为15.75KV，作厂备用电源通过低压分裂绕组降压变压器15.75/6.3/6.3分别接至两段公用母线上。这个低压分裂绕组降压变压器选择SFF-31500/15.75,其参数见表2.3。单机容量在100MW300MW的发电厂，厂用电通常采用6KV电压等级，所以对应于300MW机组的厂用变压器，由于机端电压为18KV，其各侧电压为18/6.3/6.3，容量为300×7%/0.85=24.7MVA，选用双分裂两绕组变压器,型号为SFF9-40000/18。

①经计算后选取变压器如下：

②300MW发电机组所选变压器型号为：SFP9-370000/220KV 两台；

③联络变压器型号为：SSPS0-36000/220KV 两台 ④厂用变压器型号为：SFF9-40000/18KV两台 SFF-31500/15KV两台 其具体参数如下表3.3示

表3.3 所选变压器的型号及参数

变 型 号 压 器 主变SFP9-370000/220 G-1 G-2 联络370000 额定容量（KVA） 额定电压(KV) 中/ 高压 低压 短 路 阻 抗 (%) 联 结 组 242?2×2.5% 低压 14.3 18 YN,d11 高中13.1 高242 SSPSO-36000/220 360000 121/ 11.96 低YN,yn0, d11 变T-3 T-4 厂用?2.5×2% 15.75 中低19.2 18?2.5×变T-5 T-6 厂用变T-7 T-8 SFF-31500/15.75 31500 ×2% 15.75?2.5SFF9-40000/18 400000/2×20000 2% 6.3/ 6.3 全穿越 半穿越 9.5 15.3 D,yn1- yn1 6.3/ 6.3 全穿越 半穿越 9.5 16.6 D,yn1- yn1

4 短路电流的计算

4.1短路计算的基本假定和计算方法

（1）基本假定

①正常工作时，三相系统对称运行。 ②所有电源的电动势相位角相同。

③系统中的电机均为理想电机，不考虑电磁饱和、磁滞、涡流及导体肌肤效应等影响；转子结构完全对称；

④短路发生在短路电流为最大的瞬间； ⑤不考虑短路电的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 （2）短路电流计算的方法

对应系统最大运行方式下，按无限大容量系统，进行相关的短路点的三项短路电流计算，求得I\、ish值。

I\—— 三相短路电流；

ish —— 三相短路冲击电流。

由2*300MW火电厂电气主接线图，和设计任务书中给出的相关参数，可画出系统的等值电抗图如图3-1所示。

选取基准容量为Sj=100MVA Uj=Uav=1.05Ue

Sj —— 基准容量 Uav—— 所在线路的品平均电压 以上均采用标幺值计算方法，省去“*”。 （3）短路计算的一般规定：

①选择导体和电器用的短路电流时，在电器连接的网络中，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影响；

②选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大的点；

③导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。 （4）短路电流的计算中，常采用以下假设和原则

①正常工作时，三相系统对称运行； ②所有电源的电动势相位角相同；

③系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流以及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差120度电角度；

④电力系统中，各个器件的磁路不饱和，即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小变化而变化；

⑤步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）； ⑥路发生在短路电流为最大值的瞬间； ⑦考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

⑧计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，器件的电阻都忽略不计；

⑨件的参数都取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围； ⑩电线的电容略去不计；

4.2 短路等值电抗电路及其参数计算

系统的等效电路图如图4.1

图4.1 系统的等效电路图 设SB?300MVA，UB=Uav，计算各个元件标幺值：

系统电抗标幺值：

''XS?基准容量300??0.025

短路容量12000 电机电抗标幺值： Xd''?0.155??300?0.142

3000.85?主变压器电抗标幺值：

XT?0.14?300?0.114 370联络变压器各绕组阻抗标幺值：

S11300X1?（V高中%?V高低%—V中低%）?B?(0.131?0.1196?0.192)??0.02442SN2360S11300X2?（V高中%?V高低%—V中低%）?B?(0.131?0.192?0.1196)??0.0852SN2360S11300X3?（V高中%?V高低%—V中低%）?B?(0.1196?0.192?0.131)??0.0752SN2360（1）110KV母线上f2点短路： 系统的等效电路化简图如图4.2

图4.2，系统的等效电路化简图

各元件标幺值如下：

XS?0.025

11(X1?X2)??(0.0244?0.0085)?0.0547 2211X5?(Xd''?XT)??(0.142?0.114)?0.128

22X4?最后简化到电源到短路点的转移阻抗，如图4.3

图4.3等值电路图

X6?XS?X4?XS?X40.025?0.0547?0.025?0.0547??0.0904 X50.128X5?X40.0547?0.128?0.0547?0.128??0.4 XS0.025X7?X4?X5?①基值的计算： 系统：IB?SB300??1.506KA Vav115?3发电机：SN?IPti2?300?352.9MVA 0.85SNi2?352.9??3.543KA Vav115?3②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

XGJS?X7?SN352.9?2?0.4??1.05 SB300

0秒时通过计算曲线求出短路电流标幺值： 系统：IS?**11??11.06 X60.0904发电机：IPG?0.985 总的短路电流：

I?IB?IS?IPti2?IPG?1.506?11.03?3.543?0.985?20.1KA

**冲击电流：iim?kim2I''?1.85?2?20.1?52.59KA 短路容量：S?3?I?Vav?3?20.1?115?4003.6MVA （2）在220KV上f1点的短路计算：

等值电路图如图4.4

图4.4 等值电路图

XS?0.025

11X5?(Xd''?XT)??(0.142?0.114)?0.128

22①基值的计算： 系统：IB?SB300??0.753KA Vav230?3发电机：SN?IPti2?300?352.9MVA 0.85SN2?352.9??1.772KA Vav230?3②计算电抗：

发电机：XGJS?X5?SN352.9?2?0.128??0.30 SB3000秒时通过计算曲线求出短路电流标幺值： 系统：IS?**1?40 0.025发电机：IPG?3.865 总的短路电流：

I?IB?IS?IPti2?IPG?0.753?40?1.772?3.865?36.97kA

**冲击电流：iim?kim2I''?1.85?2?36.97?96.72KA 短路容量：S?3?I?Vav?3?36.97?230?14727.80MVA

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，结果记入表4.1

表4.1 短路电流表

短 路 点 编 号 短路 点平 均电 压 (kv) 基准 电流 IB (KA) 分支线名称 无限大系统 分支 短路电流标么值 分支 额定 电抗 电流 0s 0.1s 1s xjs IN (KA) 0.025 0.753 40 短路电流值 2s 4s 0s 0.1s 1s 2s 4s 230KV 0.753 300MWf1 发电 机分支 115KV 1.506 300MWf2 发电 机分支 无限大系统 30.12 0.30 1.772 3.6 08 3.0 81 2.3 2.3 2.34 6.3 5.4 79 60 7 93 60 4.2 4.1 4.1 16 82 59 0.025 0.753 11.06 0.985 0.9 3.543 35 8.33 1.0 1.0 1.06 3.5 3.3 03 67 7 01 23 1.05 3.5 3.7 3.7 65 92 92

5电气设备的选择

5.1电气设备选择的一般原则

（1）①应力求技术先进，安全适用，经济合理。

②应满足正常运行、检修和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 ③应与整个工程的建设标准协调一致。 ④选择的导体品种不应太多。

（2）选用的电器最高允许工作电压，不得低于该回路最高运行电压。 （3）选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流。由于高压开断电器设有持续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。

（4）验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流作用的短路电流时，应按具体工作的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景规划。 （5）验算导体和电器的短路电流，按下列情况计算：

①除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络电流外，元件电阻都应略去不计。

②对不带电抗器回路的计算，短路点应选择在正常接线方式短路电流最大的点。

（6）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流按发生短路最严重情况计算。

（7）验算裸导体短路热效应应计算时间，应采用主保护动作时间和相应的断路器全分闸时间，继电器的短路热效应计算时间，宜采用后备保护动作时间和相应的断路器全分闸时间。

（8）在正常运行时，电气引线的最大作用力不应大于电器端子允许的负载。

5.2电气设备选择的一般条件

（1）额定电压的选择

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）额定电流的选择

电气设备的额定电流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。 （3）注意事项

①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为其发电机、调相机和变压器的额定电流的1.05倍。

②对于母联断路器回路，一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax。

5.3高压断路器的选择(QF)

（1）额定电压的选择

高压断路器的额定电压不低于安装处电网额定电压，即UN≥UNS。 （2）额定电流的选择 ①110KV侧：

母联断路器额定电流：

IN≥Imax=1.05×370/（1.732×110）=2.04KA

接负荷出线断路器额定电流：

IN≥Imax=1.05×230/（1.732×110×7）=0.18KA ②220KV侧:

母联断路器额定电流：

IN≥Imax=1.05×370/（1.732 ×220）=1.02KA 接负荷出线断路器和旁路断路器的额定电流： IN≥Imax=1.05×310/（1.732 ×220×5）=0.17KA （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次暂态电流I\进行选择,即INbr≥I\。有短路计算可得，110KV侧：I\侧：36.51KA

110KV侧: INbr≥I\220KV侧: INbr≥I\（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\×1.85×20.1=52.59KA 220KV侧: INcl≥Ish=1.414×1.85×I\×1.85×36.51=95.52KA （5）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It2t≥Qk；式中Qk为短路电流产生的热效应，It、t分别为电器允许通过的热稳定电流和时间。

检验式为：It2t≥Qk 取tk=4s。

①110KV侧: I\

QK=I\k=20.1×20.1×4=1616.04（KA）2·S Qr=It2tk=40×40×4=6400（KA）2·S ②220KV侧: I\

QK=I\k=36.51×36.51×4=5331.92(KA)2·S Qr=It2tk=40×40×3=4800（KA）2·S （6）动稳定校验

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。

ies≥ish

110KV侧: ies =100KA≥52.59KA 220KV侧: ies =100KA≥95.52KA 器件选择结果记入表5.1和表5.2

表5.1 110 KV侧的断路器选择 110KV侧 UNs Imax I\Ish Qk Ish 计算值 110KV 2.04KA、0,18KA 20.1KA 52.59K 1616.04(KA)·s 52.59KA 2项目 UN IN INbr INcl Itt Ies 2 LW36-110（P） 110KV/126KV 3.15KA 40KA 100KA 6400(KA)·s 100KA 2

表5.2 220 KV侧的断路器选择

220KV侧 UNs Imax I\Ish Qk Ish 计算值 220KV 1.02KA、0.171KA 36.51KA 95.52KA 5331.92(KA)·s 95.52KA 2项目 UN IN INbr INcl Itt ies 2SW2-220IV 220KV/252KV 2.5KA 40KA 100KA 6400(KA)·s 100KA 2

5.3高压隔离开关的选择(QS)

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：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；转换线路、增加线路连接的灵活性，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：①Imax≥1.05IN

②UN≥UNS

（1）额定电压的选择

高压断路器的额定电压不低于安装处电网额定电压，即UN≥UNS。

（2）额定电流的选择 ①110KV侧： 最大工作持续电流：

Imax=1.05×370/（1.732 ×110）=2.04KA≥1.05IN

UN≥UNS

拟选型号为GW5—110D系列隔离开关 ②220KV侧:

Imax=1.05×370/（1.732 ×220）=1.02KA≥1.05IN UN≥NNS

拟选型号为GW4—220 D系列隔离开关

（3）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It2t≥Qk；式中Qk为短路电流产生的热效应，It、t分别为电器允许通过的热稳定电流和时间。

检验式为：It2t≥Qk 取tk=4s。

①110KV侧: I\

QK=I\2tk=20.1×20.1×4=1616.04（KA）2·S Qr=It2tk=31.5×31.5×4=3969（KA）2·S ②220KV侧: I\

QK=I\2tk=36.51×36.51×4=5331.92（KA）2·S Qr=It2tk=40×40×4=6400（KA）2·S （6）动稳定校验

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。

ies≥ish

110KV侧: ies =80KA≥ish=52.59KA 220KV侧: ies =100KA≥ish=95.52KA 器件选择结果记入表5.3和表5.4

表5.3 110 KV侧的隔离开关选择

110KV侧 UNs Imax I\Qk Ish 计算值 110KV 2.04KA 20.1KA 1616.04(KA)·s 52.59KA 2项目 UN IN It Ittk Ies 2GW5—110D 110KV/126KV 2.0KA 40KA 3969(KA)·s 80KA 2

表5.4 220 KV侧的断路器选择 220KV侧 UNs Imax I\Qk 计算值 220KV 1.02KA 36.51KA 5331.92(KA)·s

2项目 UN IN INbr Ittk 2GW4—220D 220KV/252KV 1.0KA 40KA 6400(KA)·s 2

Ish 95.52KA ies 100KA

5.4电流互感器的选择(TA)

（1）电流互感器的选择和配置应按下列条件：

①型式：电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6~20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。

②一次回路电压：UNS≤UN? ③一次回路电流：IN1 ≥Imax ④动稳定：ish≤2IN1Kes

式中，Kes是电流互感器动稳定倍数，等于电流互感器极限值，过电流峰值ies与一次绕组额定电流Im峰值之比，即Kes=ies/2IN1

⑤热稳定：Qk≤(IN1Kt)2 （2）110KV侧电流互感器的选择 ①一次回路电压：UNS=110≤UN ②IN1≥Imax?SN3704???2.590KA Vav110?33由此可得，初选LVQB6-110户外独立式电流互感器，其参数如表5.5

表5.5 电流互感器技术参数

额定电流比 2×2000/5 准确级次 0.5 1S热稳定倍数 Kt=12.5 动稳定倍数 Kes=31.25 ③动稳定校验：ish≤2IN1Kes

2IN1Kes=2×4.0×31.25=176.78KA≥ish=52.59KA满足要求；

④热稳定校验：(IN1Kt)2≥Qk

QK=I\2tk=20.1×20.1×1=404.01（KA）2·S

(IN1Kt)2=(4.0×12.5) 2=2500（KA）2·S≥QK=20.1×20.1×1=404.01（KA）2·S

满足热稳定性要求。

综上所述，所选的电流互感器LVQB6-110满足动热稳定性要求。器件选择结果记入表5.6

表5.6 110 KV侧的电流互感器选择

110KV侧 UNs Imax I\Qk Ish 计算值 110KV 2.590KA 20.1KA 404.01(KA)·s 52.59KA 2项目 UN IN1 IN1 (IN1Kt) 2LVQB6-110 110KV 2×1.5KA 2×1.5KA 2500(KA)·s 176.78KA 22IN1Kes （3）220KV侧电流互感器的选择 ①一次回路电压：UNS=110≤UN ②IN1 ≥Imax?SN3704???1.295KA Vav220?33由此可得，初选LVQBT-220户外独立式电流互感器，其参数如表5.7

表5.7 电流互感器技术参数

额定电流比 2500/5 准确级次 0.5 1S热稳定倍数 Kt=20 动稳定倍数 Kes=50 ③动稳定校验：ish≤2IN1Kes

2IN1Kes=2×2.5×50=176.78KA≥ish=95.52KA满足要求；

④热稳定校验：(IN1Kt)2≥Qk

QK=I\2tk=36.51×36.51×1=1332.98（KA）2·S

(IN1Kt)=(2.5×20)=2500（KA）·S≥QK=36.51×36.51×1=1332.98（KA）·S 满足热稳定性要求。

综上所述，所选的电流互感器LVQBT-220满足动热稳定性要求。器件选择结果记入表5.8

表5.8 220KV侧的电流互感器选择

110KV侧 UNs Imax 计算值 110KV 1.295KA

2

2

2

2

项目 UN IN1 LGB－220 110KV 2.0KA

I\Qk Ish 36.51KA 1332.98(KA)·s 95.52KA 2IN1 (IN1Kt) 22.0KA 2500(KA)·s 176.78KA 22IN1Kes 5.5 电压互感器的选择(TV)

（1）电压互感器的选择和配置应按下列条件：

①型式：6~20KV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV~110KV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器220KV级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求：一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。

②一次电压U1：UN＞U1＞0.9UN ③二次电压U2n：U2n=100/3

④准确等级：电压互感器应在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下：用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，所有计算的电度表，其准确等级要求为0.5级；供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为1级。

⑤二次负荷S2：S2≤Sn （2）110KV母线设备PT的选择

①型式：采用串联绝缘油浸式式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用。

②电压：额定一次电压 U1n=110KV U2n=0.1/3KV

③准确等级：用户保护，测量、计量用，其准确等级为0.5级。

查《电力工程电气设备手册（一次部分）》，选定PT的型号为：JCC6-110，器件选择结果记入表5.9

表5.9 电压互感器技术参数

型 号 额定电压（KV） 一次绕组 二次绕组 辅助绕组 JCC6—110 110/3 0.1/3 0.1 2000 最大容量（V·A） （3）220kv侧母线PT的选择

①型式：采用串联绝缘油浸式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用。（因为U≥110KV）

②电压：额定一次电压 U1n=220KV U2n=0.1/3KV

③准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级，查相关设计手册，选择PT的型号：JCC5—220，其参数如表5.10

表5.10 电压互感器技术参数

型 号 额定电压（KV） 一次绕组 二次绕组 辅助绕组 JCC5—110 110/3 0.1/3 0.1 2000 最大容量（V·A）

5.5 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；

③220KV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。 （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5.11所示。

表5.11 避雷器的参数

避雷器型号 安装地点 （有效值，KV） 220KV母线 110KV母线 FZ-220J FZ-110 灭弧电压 （KV） 200 126 系统额定电压（有效值，KV） 220 110 工频参考电压 （峰值，KV） ?323 ?254 ?536 ?314

6厂用电的设计

发电厂在启动、运转、停机、检修的过程中，有大量以电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理等辅助设备的正常运行。 这些电动机及全厂的运行操作、试验、检修、照明等用电设备都属于厂用负荷。总的耗电量，统称为厂用电。

300MW汽轮发电机组厂用电接线的要求： （1）每台机组的厂用电系统应是独立的；

（2）全厂性公用负荷应分散接入不同机组的采用母线或公用负荷母线； （3）厂用电的工作电源及备用电源接线应能保证各单元机组和全厂的安全运行；

（4）充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设备； （5）设置足够的交流事故保安电源，当全厂停电时，可以快速启动和自动投入向保安负荷供电。

6.1厂用负荷分类

发电厂厂用负荷根据其重要性、合理提供电源和供电方式，负荷可分以下几类：

Ⅰ类负荷：在瞬时短时停电，可能对人身和设备造成安全，使生产停顿或发电量大幅度下降，如送、引风机、给水泵等负荷，要求这类负荷的供电系统可靠，工作电源故障后，应有备用电源自动投入。对设备配置上要有备用设备，双电源供电，自动切换。

Ⅱ类负荷：这类负荷允许短时停电，但如停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产，如磨煤机、碎煤机等负荷。这类负荷供电与Ⅰ类负荷相似，电源也应可靠，但是备用电源可不自投，而用手动投入即可。Ⅱ类负荷一般也有备用设备，如不配备用设备，也要双电源供电。

Ⅲ类负荷：一般与生产工艺过程无直接联系，即使较长时间停电，也不会直接影响到电厂正常运行，如油处理设施及中央修配厂等负荷。这类负荷的供电的可靠性可以略低些，允许只有一个电源。

6.2厂用电的电压等级

对300MW机组的厂用电，根据国内若干电厂的设置情况，厂用电采用6kv和380v两个电压等级。配电原则是：200kw及以上的电动机采用6kv电压供电，200kw以下的电动机采用380v电压供电。

可使厂用电系统简化、设备减少，但许多2000kw以上的大容量电动机接在6.3kv母线上，也会带来设备选择和运行方面的问题。设计时都是经过诸多因素的综合比较后确定。 （1）发电厂厂用高压电压

综合考虑厂用系统的短路电流水平及断路器的开断电流，以及高压厂用系统中最大一台电动机正常工作启动时，厂用母线电压不低于80%额定电压的要求。厂用高压选用6KV电压等级，通过合理选择变压器容量及阻抗值，电动机启动电压均可满足要求。

（2）发电厂厂用低压电压

主厂房的低压厂用电系统采用动力与照明分开供电方式，动力与照明网络电压为380V，低压厂用电压为380V，辅助厂房的低压电压均为380V。 （3）电动机的引接

200KW及以上的电动机接6KV，200KW电动机接380V。

6.3对厂用电接线的基本要求

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300MW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300MW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。

6.4 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。该电厂发电机容量在100MW—300MW之间，应选6KV做为厂用高压电压等级。厂用电接线简图如下。

表6.1 厂用电接线图

结束语

为期一个学期的课程设计结束了我在这一个学期里通过不断的学习和研究已经使自己对所要设计的发电厂有了较深入的了解。这次设计实际上是一次检验自己两年所学的机会我在本次设计中我尽可能的让理论和实际有机的结合起来。让自己在实践中去深入的理解理论知识也可以说这也是我们课程设计的原因。 在本次设计中我全面的复习了所学的专业知识同时查阅了大量的专业文献和相关资料，同时到生产现场实习并实地收集设计论文所需的图文资料。可以说这次设计我是本着严谨治学、实事求是的态度来进行的。不过我在设计过程中曾经遇到了大量的设计难题，这些问题涉及到了发电厂的方方面面，包括发电机的选型、主变压器的选型及电气设备选择等诸多方面。通过解决这些问题使自己更充分的了解了未来所要工作的岗位。

参考文献

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[4]电力工业部西北电力设计院.[M]电力工程电气设备手册.中国电力出版社,1998 [5]电力工业部电力规划设计总院.[M]电力系统设计手册.中国电力出版,1998 [6]张玉行.火力发电厂厂址选择与总布置.[M]水利电力出版社, 1981

谢辞

在整个设计过程中,遇到了不少困难。最开始拿到设计任务书，对原始资料分析，由于以前没做过类似的设计，某些参数不知道怎么用也不知道用到哪去。像主变压气和联络变压器都不知道怎么选择。通过查阅一系列资料的学习后，对整个设计思路有了较清晰地了解，很多东西便茅塞顿开。短路计算中也遇到不少麻烦，系统电抗不知道怎么处理，在老师和同学的帮助下，我对其计算原理和计算方法才有了正确的掌握。最棘手的是CAD画图，第一次用CAD画电气图，左右碰壁。开始很多电气设备找不到，这个画图软件和以前用过的Protel有很多不同，用起来很不习惯，画个简图都用了我三四个小时。不过，通过不断地尝试和向同学的请教，完成了所有图的绘制，最重要的是学会并在一定程度的熟练了CAD电气绘图。

在这两星期的设计过程中，得到了老师和其他同学们的很大的帮助，使我顺利的完成了这次课程设计。汪老师细致耐心的解答我在设计过程中遇到的疑难，对每一个问题都细心讲解并引申向更深、更广的知识面，对进程的每一步都密切关注还指导我查阅了相关的学术资料和文献，使我开阔了眼界，在对知识总结和梳理的同时还提高了检索资料、自我学习的能力。在此表示由衷地感谢！最后祝我的指导老师工作顺利，生活愉快！

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