地区凝气式火力发电厂电气部分设计

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毕 业 设 计（论 文）说 明 书 题 目：

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地区凝气式火力发电厂电气部分设计

摘 要

毕业设计是对所学知识的一次综合性运用，能够加深我们对基础知识的理解，为以后的工作打下良好基础。本设计严格遵循发电厂电气部分的设计原则，主要介绍了发电厂电气一次部分设计的基本知识，包括设计原则、步骤和计算方法等。通过对电气主接线的设计和计算、厂用电的设计、短路电流的计算、电气设备的选择和校验以及配电装置的设计，简要完成了对所给（3×100MW）凝汽式发电厂的电气一次部分的设计。

关键词：火力发电厂；电气部分；供配电；主接线设计。

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Ⅱ

目录

摘 要 ............................................................. Ⅰ ABSTRACT ........................................................ Ⅱ 第1章 引 言 ........................................................ 1 第2章 原始资料 ..................................................... 2 第3章 电气主接线的设计 ............................................. 3

3.1 电气主接线的设计 ............................................ 3

3.1.1 电气主接线的叙述 ....................................... 3 3.1.2 给出两种方案 ........................................... 4 3.2 厂用电的设计 ................................................ 6

3.2.1 厂用电负荷分类 ......................................... 6 3.2.2 厂用电设计原则 ......................................... 6 第4章 主变压器的选择 ............................................... 9

4.1 主变压器台数的确定 .......................................... 9 4.2 主变压器的容量确定 .......................................... 9 4.3 变压器型式的选择 ............................................ 9 第5章 短路电流计算 ................................................ 12

5.1 短路电流计算的目的 ......................................... 12 5.2 短路电流计算条件 ........................................... 12 第6章 电气设备的选择 .............................................. 31

6.1 断路器和隔离开关的选择 ..................................... 31

6.1.1 220KV侧高压断路器的选择 .............................. 31 6.1.2 110KV侧高压断路器的选择 .............................. 35 6.2 隔离开关的选择 ............................................. 38

6.2.1 220KV侧隔离开关的选择 ................................ 38 6.2.2 110KV侧隔离开关的选择 ................................ 41 6.3 电流互感器的选择 ........................................... 43

6.3.1 220KV侧电流互感器的选择 .............................. 44 6.3.2 110KV侧的CT的选择 .................................. 46

本科毕业（设计）论文

6.4 电压互感器的选择 ........................................... 49 第7章 防雷保护的规划 .............................................. 58

7.1 雷电过电压的形成与危害 ..................................... 58 7.2 电气设备的防雷保护 ......................................... 58

7.2.1 发电厂和变电所的防雷保护 .............................. 58 7.2.2 架空输电线路的防雷保护 ................................ 58 7.2.3 直配旋转电机的防雷保护 ................................ 59 7.2.4 配电网的防雷保护 ...................................... 59 7.3 避雷针的配置原则 ........................................... 59 7.4 避雷针位置的确定 ........................................... 59 7.5 避雷器的选择和配置 ......................................... 60

7.5.1 220KV侧避雷器的选择和校验 ............................ 61 7.5.2 110KV侧避雷器的选择和校验 ............................ 63

第8章 主系统保护配置整定 .......................................... 64

8.1 变压器继电保护配置 ......................................... 64 8.2 发电机继电保护配置整定 ..................................... 67 8.3 220KV线路保护 ............................................. 69 8.4 220KV母线保护 ............................................. 70 8.5 110KV线路保护 ............................................. 708.6 110KV母线保护 ............................................. 70 第9章 结束语 ...................................................... 71 致 谢 .............................................................. 73 参考文献 ........................................................... 74

第1章 引 言

在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中有着重要作用，它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大的影响人民的物质与文化生活水平的提高。

一、设计在工程建设中的作用

设计工作是工程建设的关键环节。做好设计工作对工程建设的工期、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，起着决定性作用。设计是工程建设的灵魂。

设计的基本任务是，在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全实用、技术先进、综合效益好的设计，有效的为电力建设服务。

二、设计工作应遵循的主要原则 1．遵守国家的法律、法规，贯彻执行国家的经济建设方针、政策和基本建设程序，特别应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。

2．要运用系统工程的方法从全局出发，正确处理中央与地方、工业与农业、城市与乡镇、近期与远期、技改与新建、生产与生活、安全与经济等方面的关系。

3．要根据国家规范、标准与有关规定，结合工程的不同性质、要求，从实际情况出发，合理确定设计标准。

4．要实行资源的综合利用，节约能源、水源，保护环境，节约用地等。 三、设计的基本程序

设计要执行国家规定的基本建设程序。工程进入施工阶段后，设计工作还要配合施工、参加工程管理、试运行和验收，最后进行总结，从而完成设计工作的全过程。

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第2章 原始资料

一、题目：地区凝汽式火力发电厂电气部分设计 二、毕业设计原始资料：（或系统简介）

1．电厂为3台100MW汽轮发电机组，一次设计完成。

2．有220KV和110KV两级电压与系统连接，220KV出线有4回，每回出线最大输送容量为50MVA，110KV出线有3回，每回出线输送容量为35MVA。本厂无6～10KV及35KV出线。

3．气象条件：年最高温度380C，年最低温度-70C。 三、毕业设计的任务

1．完成电气一次主接线形式比较、选择； 2．完成主变压器容量计算、台数和型号的选择； 3．进行必要的短路计算以完成电气设备的选择； 4．完成所设计主系统的保护配置整定； 5．完成防雷保护的规划。

四、毕业设计主要技术指标、要求及内容

1．系统阻抗在最大运行方式下（SJ?100MVA），与110KV系统的联系阻抗为0.025，与220KV系统的联系阻抗为0.065，两系统均视为无穷大容量系统。

2．发电机参数：型号QFN-100-2 Pe?100MW Ue?10.5KV cos??0.85。 3．6KV厂用电率按5%计算。

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第3章 电气主接线的设计

3.1 电气主接线的设计

电气主接线是发电厂电气设计的首要部分,也是构成电力系统的主要环节。

3.1.1 电气主接线的叙述 1）单元接线

其是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种，此种接线方法设备更多。

本设计中机组容量为300MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器。这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。

2）单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线

优点：在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不带电，通常两侧的开关处于合闸状态，检修时两两互为热备用；检修QF时，可不停电；可靠性高，运行操作方便。

缺点：增加了一台旁路断路器的投资。

3）单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线

优点：可以减少设备，节省投资；同样可靠性高，运行操作方便； 4）双母线接线

优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。

缺点：由于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。

5）双母线带旁路母线的接线

优点：增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不

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影响双母线的正常运行。

缺点：多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作[1] [2] [3]。

3.1.2 给出两种方案

第一种方案是：10.5KV侧采用单元接线 ，110KV侧采用单母线分段带专用旁路器，220KV侧采用双母线设计。其主接线如图3-1所示。

WL1WL2WL3WL4WL5WL6WL7220KV110KVG1G2G3

图3-1 第一种方案主接线图

第二种方案是：10.5KV侧采用单元接线，110KV侧采用单母分段线分段断路器兼作旁路断路器，220KV侧采用双母线带旁路。其主接线如图3-2所示。

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WL1WL2WL3WL4WL5WL6WL7WP220KV110KVG1G2G3

图3-2第二种方案主接线图

现对这两个方案进行综合比较：（如表3-1）

表3-1 方案比较

方案 项目 可靠性 方案一 1）220KV接线简单，设备本身故障率少； 2）220KV故障时，停电时间较长。 灵活性 1）220KV运行方式相对简单，灵活性差； 2）各种电压级接线都便于扩建和发展。 3）110KV操作过程复杂 方案二 1）220KV可靠性较高；两台主变压器工作，保证了在变压器检修或故障时，不致使各级电压解列，提高了可靠性。 1）各电压级接线方式灵活性都好； 2）220KV电压级接线易于扩建和实现自动化。 3）110KV操作过程相对简单 经济性 1）220KV设备相对少，投资小； 2）110KV增加了一台旁路断路器的投资 1）220KV设备相对多，投资较大； 2）110KV设备少，投资小 5

通过对两种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，现确定第二方案为设计最终方案。

3.2 厂用电的设计

发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量由电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备（如锅炉、气轮机或水轮机、发电机等）和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。

3.2.1 厂用电负荷分类

厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，按其重要性可分为四类：Ⅰ类厂用负荷；Ⅱ类厂用负荷；Ⅲ类厂用负荷；事故保安负荷和不间断供电负荷。

3.2.2 厂用电设计原则

一、接线要求

（1）各机组的厂用电系统应是独立的。特别是200MW及以上机组，应做到这一点。

（2）全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。 （3）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。

（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，也便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。

（5）200MW及以上机组应设置足够容量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。

二、设计原则

厂用电的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有：

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（1）接线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。 （2）接线应灵活的适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求。 （3）厂用电源的对应供电性。

（4）设计还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重的采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性。

（5）在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引线和厂用电接线形式等问题，进行分析和论证。

三、厂用电源

发电厂的厂用电源，必须供电可靠，且能满足各种工作要求，除应满足具有正常的工作电源外，还应设置备用电源、启动电源和事故保安电源。一般电厂中，都以启动电源兼作备用电源。

本设计中每台发电机从各单元机组的变压器低压侧接引一台高压工作厂用变压器作为6KV厂用电系统的工作电源。为了能限制厂用电系统的短路电流，以便是6KV系统能采用轻型断路器，并能保证电动机自启动时母线电压水平和满足厂用电缆截面等技术经济指标要求，高压工作厂用变压器选用分裂变压器，其低压分裂绕组分别供6KV两个分段厂用母线[1] [2]。

为满足机组启动时厂用电供电和作为高压工作变压器的备用，每两台机组配备一台启动备用变压器。启动备用变压器电源引自升高电压母线，采用明备用方式。厂用电接线图如图3-3所示：

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至220KV母线T1高压厂用变压器G1T2高压厂用变压器启动备用变压器G2T3高压厂用变压器G3 图3-3 厂用电接线图

6KV1A6KV1B6KV2A6KV2B6KV3A6KV3B 8

第4章 主变压器的选择

4.1 主变压器台数的确定

确定主变压器台数的因素很多，主要取决于该电厂在系统中的重要性并结合电厂本身的装机台数。 为减少主变压器台数，可考虑采用扩大单元接线。

一般装机一至三台的小型非骨干电厂以确定一台主变压器为宜，装机四台及以上的小型电厂可考虑确定两台主变压器以满足运行的可靠性和灵活性。

无调节水库的径流电站，偏僻山区的运输困难的电站可采用两台小容量的变压器并列运行。

4.2 主变压器的容量确定

1）发电机—变压器单元接线中的主变容量应按发电机额定容量扣除本机组厂用电后，留有10%的裕度来确定。主变容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。

2）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，其容量一般不应低于接在两种电压母线上最大一台机组的容量。

3）小型电厂机端电压母线上的升压变压器的容量选择条件为：

（1）接于该母线上的发电机处于全开满载状态而母线负荷（包括厂用电）又最小时能将全部剩余功率送出。

（2）发电机开机容量最小、母线负荷最大时，经主变压器倒送的功率。 （3）两台变压器并列运行互为备用时，其原则与前述联络变压器同。由于变压器的检修周期长，而且它可与该母线上的发电机检修相配合，因此不需因检修增加容量。

4.3 变压器型式的选择

1）单相变压器的使用条件

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一般用三相变压器，单相变压器应用于500KV及以上的发电厂、变电站中。 2）三绕组普通变压器和三绕组自耦变压器的使用条件

使用三绕组变压器比使用两台双绕组变压器经济。使用自耦变压器不经济，且自耦变压器只能用于高、中压中性点都有效接地的电网，故其只能用于220KV及以上的发电厂和变电站。且自耦变阻抗较小可能使短路电流增加，故应经计算确定。

3）有载调压变压器的使用条件 在电压变化范围大且变化频繁的情况下需使用有载调压变压器。

有载调压变压器的价格较贵，质量不行大大降低其可靠性，所以应慎用。 一般中小电厂设立发电机电压母线的，连接该母线与高、中压电网的变压器可能出现功率倒送，为保证母线负荷供电电压质量要求，通常要带负荷调节电压；地方变电站、工矿企业的自用变电站往往日负荷变化幅度很大，要满足电能质量也需带负载调压；330KV及以上的变电站在昼夜负荷变化时高压侧端电压变化很大，为维持中低压电压水平需装设有载调压变压器[1] [3]。

根据本设计具体情况，应该选择两组变压器，一组为三绕组2台，另一组为双绕组2台。

本设计中的主变选择如下： 容量确定公式：

100PNSN?110%?——?(1?5%)?110%?——?(1?5%)?123MVA

cos?0.85查《发电厂电气部分课程设计资料》，选定变压器的容量为150MVA。 由于升压变压器有两个电压等级，所以这里选择两台三绕组变压器和一台双绕组变压器，查《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》选定主变型号为：

①双绕组为SFP7-150000/220型。 主要技术参数如表4-1：

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表4-1 技术参数

额定容量 连接组标号 额定电压 空载损耗 阻抗电压 空载电流 150000 （KVA） YN,d11 高压：242±2×2.5% 140(KW) 低压：10.5（KV） 13.0% 0.8% ②三绕组为SFPS-150000/220型。 主要技术参数如表4-2： 表4-2 技术参数

额定容量 连接组标号 额定电压 空载损耗 阻抗电压（%） 150000 （KVA） YN,yn0,d11 高压：242±2×2.5% 中压：121 低压：10.5（KV） 168(KW) 高中：22.9 中低：13.6 高低：8.0 所以一次性选择两台SFPS7-150000/220型变压器为主变。

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第5章 短路电流计算

5.1 短路电流计算的目的

在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：

1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。

2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。

3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。

4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。

5）接地装置的设计，也需用短路电流。

5.2 短路电流计算条件

1．基本假定：

1）正常工作时，三相系统对称运行 2）所有电流的电动势相位角相同

3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行 4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间

5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计

6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流

7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围

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8）输电线路的电容略去不计 2．一般规定

1）验算导体电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。

2）选择导体和电器用的短路电流，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。

3）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地点

4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。[3] [4]

系统的电路图等效电路如图5-1：

AX50.065K2X80.095X6X7X110.095220KVX90.058X4K30.025BX100.087-0.004K1-0.004k4K51100.058KVX12X10.215X20.215X30.215G1G2G3

图5-1 等值电路图

设SB=100MV·A，UB=Uav。计算各个元件标幺值。 发电机：

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SB100X1=X2=X3= X?————=0.183?————?0.215

100/0.85PN/cos?”d

110KV和220KV：X4?0.025 X5?0.06 5双绕组T：

100SBX6?US%?—?13%?——?0.087

SN150由于三侧容量相等，所以主变各绕组阻抗计算如下：

11（US%?US%?US%）=?（22.9+13.6-8.0）=14.25% US1%??（1?2）（3-1）（2?3）2211（US%?US%?US%）=?（22.9+8.0-13.6）=8.65% US2%??（1?）2（2-3）（3-1）2211（US%?US%?US%）=?（8.0+13.6-22.9）=-0.65%US3%??（2-3）（3-1）（1?2）22变压器各绕组阻抗标幺值：

SB100X7?X10?US3%?—=-0.65%?——??0.004

150SNSB100X8?X11?US1%?——?14.25%?——?0.095

SN150SB100X9?X12?US2%?——=8.65%?——?0.058

SN150（1）当K1点短路时，简化电路图为： 各元件标幺值如下：

0.215?0.215X13?X2//X3?——————?0.108

0.215+0.215 14

0.095?0.095X14?X8//X11?——————?0.048

0.095?0.095AX50.065AX50.065220KVx140.048X6x16x150.029X4220KVx140.048BX6x18x170.054B0.0250.087-0.002K10.087K1X10.2150.106X10.215x13C0.108G1CG1

图5-2 简化后的等值电路图 图5-3简化后的等值电路图

0.058?0.058X15?X9//X12?——————?0.0290.058?0.058?0.004?（-0.004）X16?X7//X10?————————??0.002

?0.004-0.004

X17?X15?X4?0.029?0.025?0.054

X18?X13?X16?0.108?0.002?0.106

对图5-3中的X14,X17,X18支路进行Y—△变换,得如图5-4所示:

X18?X140.106?0.048X19?X18?X14?————?0.106?0.048?——————?0.248

X170.054X17?X140.054?0.048X20?X17?X14?————?0.054?0.048?——————?0.126

X180.106对图5-4中的X6，X5，X19，X20支路进行星网变换,求得各个电源点对K1的转

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移电抗为（图5-5）:

AX50.065220KVx19x20AXAf0.065XBfBCG1X10.2150.248X60.126xcf0.8380.4260.087CK1X10.215BK1G1 图5-4 星网变换图 图5-5 各电源单独计算的等值电路图

1111XAf?X6?X5?（——?——?——?——）

X6X5X19X201111 =0.087?0.065?（———+———+———+———)

0.0870.0650.2480.126 =0.220

1111XBf?X6?X20?（——?——?——?——）

X6X5X19X201111 =0.087?0.126?（———+———+———+———）

0.0870.1260.0650.248 =0.426

1111 XCf?X6?X19?（——?——?——?——）X6X5X19X20 16

1111 =0.087?0.248?（———+———+———+———)

0.0870.1260.0650.248 =0.838

把220KV和110KV侧按照无穷大功率电源处理,则电流标幺值为：

1111IAf*?——?——?4.545 IBf*?——?———?2.347

XAfXBf0.220.4261002?——SN0.85发电机的计算电抗：Xjcf?Xcf?——?0.838?————?1.972

SB100100——SN0.85 Xjx1?X1?——?0.125?————?0.253

SB100汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线,电流标幺值为： 0s时：ICf*?0.519 Ix1*?4.308 所以：有名值:

SBSBSBSBIf1?IAf*?————?IBf*?————?ICf*?————?Ix1*?————

3Uav3Uav3Uav3Uav100100——2?——1001000.850.85?4.545?————?2.347?————?0.519?————?4.308?————3?10.53?10.53?10.53?10.5 ?72.48KA2

冲击电流：ish?1.9?2?72.482?184.829KA 短路容量：Sk?3?10.5?72.482?1318.158MVA

1.65s时：ICf*?0.535 Ix1*?2.515

有名值为：If1?60.88KA

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0.825s时：ICf*?0.521 Ix1*?2.638

有名值为：If1?61.5KA

（2）当K2点短路时，由计算K1中的图5-6、图5-7和图5-8可以简化为，如图5-9所示：

X50.065K2X110.095220KVX80.095X6X7X90.058X40.025X100.087-0.004-0.0041100.058KVX12X10.215X20.215X30.215G1G2G3

图5-6 等值电路图

AX50.065K2K2AX50.065220KVx150.029X4220KVx140.048x170.054Bx140.048X6x160.025BX6x180.087-0.0020.0870.106X10.215x130.108X10.215CG1CG1 图5-7 简化后的等值电路图 图5-8 简化后的等值电路图

18

AX50.065k2220KVX210.302x19x200.2480.126BCG1

图5-9 简化后的等值电路图 X21?X6?X1=0.087+0.215=0.302

把220KV和110KV侧按照无穷大功率电源处理,则短路标幺值为：

11IAf*?——?——?15.38

X50.06511IBf*?——?———?7.937

X200.1261002?——SN0.85发电机的计算电抗：Xjcf?X19?——?0.248?————?0.584

SB100100——SN0.85XjG1?X21?——?0.302?————?0.355

SB100汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线, 电流标幺值为：

0s时：ICf*?1.773 IG1*?3.156

所以：有名值:

SBSBSBSBIf2?IAf*?————?IBf*?————?ICf*?————?Ix1*?————

3Uav3Uav3Uav3Uav

19

1001002?————1001000.850.85?15.38?————?7.937?————?1.773?————?3.156?————3?2303?2303?230 ?7.832KA

冲击电流：ish?1.82?7.832?19.972KA 路容量：Sk?3?230?7.832?3119.956MVA 1.54s时：ICf*?1.619 IG1*?2.129 有名值为：If2?7.436KA

0.77s时：ICf*?1.511 IG1*?2.175

有名值为：If2?7.386KA

（3）当K3点短路时，由图5-10化简可得图5-11：

AX50.065220KVx14x15X40.0480.029K30.025BX6x160.087-0.002X1x130.2150.108G1C

图5-10 等值电路图

20

3?230 AX50.065X50.065A220KVX210.302x140.048x150.029K3x220.106G1X4X210.302B220KVX230.329X240.090X4K30.025BC1G1XC20.1990.025CC2 图5-11 Y—△变换图 图5-12简化后的等值电路图

X22?X16?X13?0.108?0.002?0.106

先对图5-11中的X14，X15 ， X22支路进行Y—△变换，然后把C电源分裂，如图5-12所示：

X22?X140.106?0.048X23?X22?X14?————?0.106?0.048?——————?0.329

X150.029X15?X140.029?0.048X24?X15?X14?————?0.029?0.048?——————?0.009

X220.106X15?X220.029?0.106Xc2?X15?X22?————?0.029?0.106?——————?0.199

X140.048再对X5，X21，X23，X24支路进行星网变换，如图5-13所示：

1111 XAf?X24?X5?（——?——?——?——）X5X21X23X241111（5———+———+———+———） =0.09?0.06?0.0650.3020.3290.09 =0.192

21

XAf0.192AXG1fX4K30.025BXC20.1990.973G1xc1f0.893C1C2

图5-13 各电源单独计算的等值电路图

Xc1f1111 ?X24?X23?（——?——?——?——）X5X21X23X241111=0.09?0.329?（———+———+———+———）

0.0650.3020.3290.09=0.973

1111 ?X24?X21?（——?——?——?——）X5X21X23X241111=0.09?0.302?（———+———+———+———）

0.0650.3020.3290.09XG1f=0.893

把220KV和110KV侧按照无穷大功率电源处理,则短路标幺值为：

1111IAf*?——?——?5.208 IBf*?——?———?40

XAfX40.1920.025发电机的计算电抗：

22

Xjc1f100——SN0.85?XC1f?——?0.973?————?1.145

SB100100——SN0.85?XC2f?——?0.199?————?0.234

SB100Xjc2f100——SN0.85XjG1?XG1f?——?0.893?————?1.05

SB100轮发电机按照计算电抗查计算曲线,电流标幺值为：

0s时：IC1f*?0.898 IC2f*?4.629 IG1*?0.985

SBSBSBSBIf3?IAf*?————?IBf*?————?(IC1f*?IC2f*)?————?IG1f*?————3Uav3Uav3Uav3Uav100100————1001000.850.85?5.028?————?40?————?(0.898?4.926)?————?0.985?————3?1153?1153?1153?115?26.628KA

冲击电流：ish?1.82?26.628?67.901

短路容量：Sk?3?115?26.628?5303.765MVA

1.55s时：IC1*?0.947 IC2*?2.577 IG1*?1.035

有名值为：If3?25.296KA

0.775s时：IC1*?0.857 IC2*?2.758 IG1*?0.928

有名值为：If3?25.287KA

（4）当K5点短路时，由图5-14和图5-15，再把X9，X12，X4进行Y—△变换,得如图5-16所示:

23

X50.065X80.095X6X7X110.095220KVX90.058X40.025X100.087-0.004-0.004K51100.058KVX12X10.215X20.215X30.215G1G2G3

图5-14 等值电路图

AX50.065220KVX210.302x19x200.248k50.126BCG1图5-15 简化后的等值电路图

X9?X120.058?0.058X25?X9?X12?————?0.058?0.058?——————?0.251

X40.025X9?X40.058?0.025X26?X9?X4?————?0.058?0.025?——————?0.108

X120.058 24

X12?X40.058?0.025X27?X12?X4?————?0.058?0.025?——————?0.108

X120.058X50.065220KVX80.095X21X7X250.251X260.108X270.108X30.215BG2G3X110.095X100.302-0.004K5G1X20.215-0.004

图5-16 Y—△变换图

而B点假设成无穷大功率电源，则可以把它分裂成如图5-17所示：

X50.065220KVX80.095X21X7X250.251X260.108X270.108B2B1X30.215X110.095X100.302-0.004K5G1X20.215-0.004G2G3

图5-17 分裂电源图

25

然后再把X8，X25，X11支路进行△－Y变换，如图5-18所示：

X8?X110.095?0.095X28?——————?————————?0.020

X8?X11?X250.095?0.095?0.251X8?X250.095?0.251X29?——————?————————?0.054

X8?X11?X250.095?0.095?0.251X11?X250.095?0.095X30?——————?————————?0.020 X8?X11?X250.095?0.095?0.251X50.065X280.020X290.054X300.020220KVX210.302X7X260.108X30.215-0.004G1K5X20.215G3X270.108B2B1G2

图5-18 △—Y变换图

把图5-18整理，然后把其中的X29，X26，X7支路进行Y－△变换，得图5-19：

X29?X70.054?（-0.004）X31?X29?X7?————?0.054?0.004?————————?0.048X260.108X29?X260.054?0.108X32?X29?X26?————?0.054?0.108?——————??1.296

X7（-0.004）X26?X70.108?（-0.004）X33?X26?X7?————?0.108?0.004?————————?0.096

X290.054

26

G1X210.302X5AB4B1X270.108X30.215G3x32-1.2960.065x280.02x300.02x310.048K5x330.096x20.215G2

图5-19 分裂电源图

图5-19中的B4，B3是无限大功率电源B2分裂出来的。 用单位电流法求其转移阻抗。

令G1，A，B4，B1，G3的电动势为0，假设在K4点加电源Ef使X21所在支路通过单位电流I1?1，如图5-20：

由于假设为电抗，不考虑相位的问题，则电压与电流的有效值为：

Ub?X21?I1?0.302 Ub0.302I2?——?———?4.646

0.065X5Uc0.325I5?——?———?1.512

X30.215?If?I6?I7?I3?5.646?4.511?0.32?9.837 Ef?Ua?IfX31?0.415?9.837?0.048?0.887

27

X210.302I1X5x32-1.296I2I30.065X270.108I4X30.215I5cbx280.02I6ax300.02I7x310.048+IfEf-

图5-20 求转移阻抗及电流分布系数图 所以各电源对短路点的转移阻抗为：

Ef0.887?——?———?0.887 I11XG1fEf0.887XAf?——?———?0.191

I24.646Ef0.887?——?———??2.772 I3?0.32Ef0.887?——?———?0.317 I42.796Ef0.887?——?———?0.587 I51.512XB4fXB1fXG3f其中把电源A，B1，B3，B4看成无限大功率电源，其电流标幺值为：

28

11IAf*?——?——?5.236

XAf0.19111IB1f*?——?——?3.155

XB1f0.31711IB3f*?——?——?10.417

X330.09611IB4f*?——?——??0.361

XB4f?2.772发电机的计算电抗：XjG1f100——SN0.85?XG1f?——?0.887?————?1.044 SB100100——SN0.85?XG2f?——?0.215?————?0.253

SB100100——SN0.85?XG3f?——?0.587?————?0.691

SB100 XjG2f XjG3f汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线,查得电流标幺值为： 0s时：IG1f*?0.991 IG2f*?4.308 IG3f*?1.501 有名值：

SBSBSNIf5?IAf*?————?(IB1f*?IB3f*?IB4f*)?————?(IG1f*?IG2f*?IG3f*)?———3Uav3Uav3Uav100——1001000.85?5.236?—————?(3.155?10.417?0.361)?————?(0.991?4.308?1.501)?————3?10.53?10.53?10.5?145.425KA

冲击电流：ish?1.9?2?145.425?370.833KA

29

短路容量：Sk?3?10.5?145.425?2644.777MVA

1.65s时：IG1f*?0.961 IG2f*?2.467 IG3f*?1.375

有名值为：If4?132.507KA

0.8255s时：IG1f*?0.857 IG2f*?2.644 IG3f*?1.307

有名值为：If4?132.54KA

(5)K4点的短路计算与K5点相同。 短路计算结果列表于下：

表5-1 短路计算结果

短路电流（tk时刻）If (KA) 60.88 7.436 25.296 132.507 132.507 短路电流（tk时刻）If (KA) 61.5 7.386 25.287 132.54 132.54 短路电流（0时短路点 K1 K2 K3 K4 K5 基准电压 (KV) 10.5 230 115 10.5 10.5 刻）If (KA) 72.482 7.832 26.628 145.425 145.425 冲击电流短路容量2ish (KA) 184.829 19.972 67.901 370.833 370.833 Sk (MVA) 1318.158 3119.956 5303.765 2644.777 2644.777

30

第6章 电气设备的选择

6.1 断路器和隔离开关的选择

断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV~220KV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF6断路器。

断路器选择的具体技术条件如下： 1）额定电压校验：

uNs?uN （6-1）

2）Imax(工作电流?1.05INs)?IN （6-2） 3）开断电流（或开断容量）：

Iekd≥I〞 （6-3）

4）动稳定：

Ig.max＜Ie （6-4） ich＜idw （6-5）

5）热稳定：

（6-6） Qk＜Q承受

隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求。[1][3][5][6]

6.1.1 220kv侧高压断路器的选择

1．主变220kv侧高压断路器的选择 流过断路器的最大持续工作电流：

31

1.05SN150000Ig.max?————?1.05?————?413.33(A)

3UN3?220①计算数据表：

表6-1 220kV高压断路器计算数据表 U(kV) 220 Ig.max(A) 413.33 I〞 (kA) 7.832 ich(kA) 19.972 ②为了满足计算的各项条件，查《电力系统课程设计及毕业设计》参考资料附表1-41，选择高压断路器技术参数如下：

表6-2 SW6-220型高压断路器参数表

型 号 额定电压Ue (kV) SW6-220 220 最高工作电压 (kV) 252 动稳额定额定开定电电流断电流 流峰Ie(A) I(kA)值ekd (kA) 1200 21 53 额定短路关合电流kA 53 热稳定电流 (kA) 3s 4s 21 0.04 固有分闸时间 (S) 合闸时间 (S) 0.2 0.07 全开断时间 (S) ③开断电流校验:

Iekd＝21(kA)≥I〞＝7.832(kA) 开断电流校验合格。 ④动稳定校验：

Ig.max＝413.33(A)＜Ie＝1200(A)

ich＝19.972 (kA)＜idw＝53(kA) 动稳定校验合格。 ⑤热稳定校验：

短路电流的热效应（kA2·S）：设继电保护时间tpr为1.5S，则短路计算时间：

32

tk?tpr?tbr＝1.5+0.07＝1.57(S) 查短路电流计算曲线数字表得：

6KA） Itk/2?7.386（KA） Itk?7.43（

（由于短路电流切除时间tk﹥1 S，导体发热主要由短路电流周期分量来决定，此时可不计非周期分量的影响。）

222I?10Itk/2?Itk7.832?10?7.386?7.436Qk?————————tk?——————————————————?1.57?86.633[(KA)2S]1212\22 Q承受＝Irw×Trw =212?4?1764 [(kA)·S] 221764[(kA)2·S] ＞86.633[(KA)2S] 热稳定校验合格。

所以，所选断路器满足要求。

2．220KV侧母联断路器的最大工作条件与变压器高压220KV侧满足相同的要求，故选用相同设备。即选用SW6-220/1200型少油断路器。

3．220KV出线高压断路器的选择：

1）220KV出线回路设备应按最大负荷进行考虑选择，所以流过断路器的工作电流最大时为系统全部出力通过一回220KV送入系统时：（四条出线回路的断路器相同）

1.05SNImax?————?1.05?50000?220?137.77(A)

33UN① 计算数据表：

表6-3 220kV高压断路器计算数据表 U(kV) 220

Ig.max (A) 137.77 33

I〞(kA) 7.832 ich (kA) 19.972

②为了满足计算的各项条件，查《电力系统课程设计及毕业设计》参考资料附表1-41，选择高压断路器技术参数如下：

表6-4 SW6-220型高压断路器参数表

型 号 额定电压Ue (kV) 最高工作电压 (kV) 额定电流Ie (A) 动稳额定开定电断电流 流峰Iekd(kA) 值(kA) 21 53 热稳定电额定流 短路(kA) 关合电流kA 3s 4s 53 21 固有分闸时间 (S) 合闸 时间 (S) 0.04 0.2 0.07 全开断时间 (S) SW6-220 220 252 1200 ③开断电流校验:

Iekd＝21(kA)≥I〞＝7.832(kA)

开断电流校验合格。 ④动稳定校验：

Ig.max＝137.77(A)＜Ie＝1200(A) ich＝19.972 (kA)＜idw＝53(kA) 动稳定校验合格。 ⑤热稳定校验：

短路电流的热效应（kA2·S）：设继电保护时间tpr 为1.5S，则短路计算时间： tk＝tpr+tbr＝1.5+0.07＝1.57(S)

6KA） 查短路电流计算曲线数字表得： Itk/2?7.386（KA） Itk?7.43（

Qk?86.633[(KA)2S]＜Q承受＝1764[(kA)2·S] 热稳定校验合格。

所以，所选断路器满足要求，220KV侧四条回路选择相同的高压断路器。 4．220KV侧旁路断路器的最大工作条件与220KV侧出线回路满足相同的

34

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