凝汽式火电厂一次部分课程设计

发电厂电气部分

课程设计

题目凝气式火电厂一次部分课程设计

指导教师 班级 学号 学生姓名

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：2×300MW、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：地区电厂 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：10000MVA 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，备用2回，I级负荷，最大输送200MW，

Tmax＝4000h/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

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目录

摘要................................................................................................................................ 4 第一：电气主接线........................................................................................................ 5 1系统与负荷资料分析…………………………………………………………………………………………….5 2 主接线方案的选择.................................................................................................... 8 3 主变压器的选择与计算 ........................................................................................... 9 4 厂用电接线方的选择 ............................................................................................. 11 5主接线图和厂用接线图………………………………………………………………………………………11 第二：短路电流计算.................................................................................................. 12 1 短路计算的一般规则.............................................................................................. 14 2 短路电流的计算...................................................................................................... 14 第三：电气设备的选择.............................................................................................. 15 1 电气设备选择的一般原则...................................................................................... 16 2 电气设备的选择条件.............................................................................................. 17 3 电气设备的选择 ..................................................................................................... 19 4 电气设备选择结果表 ............................................................................................. 19 5主接线中设备配置的一般规则 .............................................................................. 21 第四：配电装置.......................................................................................................... 23 1 配电装置选择的一般原则...................................................................................... 24 2 配电装置的选型和依据.......................................................................................... 25 第五：安全保护装置.................................................................................................. 25 1避雷器的选择........................................................................................................... 26 2继电保护的配置....................................................................................................... 26 参考文献...................................................................................................................... 27 附录Ⅰ短路电流计算.................................................................................................. 28 附录Ⅱ：电气设备的校验.......................................................................................... 32

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摘要

本设计是对2×300MW总装机容量为600MW的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用电高压部分的设计，它主要包括了五大部分，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、安全保护装置。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，列出各设备选择结果表。并对设计进行了理论分析。

最后的设计总图包括主接线，厂用电，断路器，隔离开关等。

［关键词］：主接线；发电机；变压器；短路电流；厂用电；厂备用；安全保护

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第一：电气主接线

1系统与负荷资料分析 （1）工程情况

由原始资料可知，。本设计根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为16000MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装2台300MW机组，总容量占相联电力系统总容量的

600MW*10000＝3.7500,没有超过电力系统

16000MW检修备用容量800—1500和事故备用容量1000的要求，这说明了该火电厂在未来电力系统中的不占主导作用和地位，主要是负责地区供电，而且年利用小时数为6000ha>5000ha,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此该电厂的电气主接线要求有较高的可靠性。该发电机端额定电压为20KV，电厂建成后以6KV电压供给本厂负荷，厂用电为6%。以220KV电压等级供给系统，架空线10回，属于I级负荷，最大输送200MW，Tmax＝4000h/a并以110KV电压等级供给负荷，架空线8回，也属于I级负荷，最大输送180MW，Tmax＝4000h/a。并且本设计需要做到的技术指标要求保证供电安全、可靠、经济，且功率因数达到0.85。

（2）电力系统情况

该发电厂在电力系统中的作用与地位为地区电厂，地区电厂靠近城镇。 电力系统总装机容量为16000 MW，短路容量为10000MVA。 该发电厂联入系统的电压等级为220KV。 (3)负荷分析

该发电厂有两个电压等级，其负荷分析分别如下：

220KV电压等级：有架空线10回，备用两回，即十二回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送200 MW，最大负荷小时数为4000 h/a，功率因数为0.85。 110KV电压等级：有架空线8回，即8回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送180 MW，最大负荷小时数为4000 h/a，功率因数为0.85。

由于两个电压等级所联负荷均为一级负荷，且最大负荷小时数为4000 h/a，故对主接线的可靠性要求很高。

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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，一般采用单母分段接线，即按炉分段。

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第二短路电流的计算

短路计算在设计发电厂主接线的过程中有着重要作用，它为电气设备的选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。当短路发生时，对发电厂供电的可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能导致电力系统失去稳定，甚至造成系统解列。因此，对短路事故的计算是非常有必要的，而且是必须进行一项工作。

1．短路计算的一般规则

短路电流计算中，采用以下假设条件和原则： （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电气角度。

（4） 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随

电流大小发生变化。 短路计算的一般规定

(1) 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内容计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本工程建成后5至10年）。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。

(2) 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具体反馈作用对异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

(3) 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最大的点。对带电抗器的6KV至10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔离板前的引线和套管的计算短路点选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点选择在电抗器后。

(4) 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以及自耦变压器等回路中的两相短路严重时，则应按严重的情况计算

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2 短路电流的计算

短路电流由于其值很大，在极短的时间内就能产生较大的损耗，由于来不急散发热量而造成电气设备的温度急剧升高，引起设备的老化或损坏，对供电的可靠性产生影响。当所选设备不能满足短路电流的限制时，对供电的可靠性将产生极为严重的影响。为此，在设计主接线时，应计算短路电流。

短路电流计算的目的是为设备的选型提供依据；初步考察短路事故对发电厂以及系统的可靠性和稳定性的影响，为电厂主接线形式的选定、继电保护装置的选择和整定计算提供依据。此外，通过对短路电流的计算，还可初步确定系统的损耗，为发电厂的经济运行提供依据。

本次短路计算中，选取了两个短路计算点，110KV母线和220KV母线上各一个；短路类型定为对系统影响最为严重的三相短路。详细计算过程见附录I。

第三 ：电气设备的选择

电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。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，选择合适的电器。

1电气设备选择的一般规则

(1) 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；

(2) 应按当地环境条件对设备进行校准； (3) 所选设备应予整个工程的建设标准协调一致； (4) 同类设备应尽量减少品种；

(5) 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。

2电气设备的选择条件

正确的选择电器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

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而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。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。

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。

一般情况下，当额定电压在220KV及以下时电器允许最高工作电压Ualm是 1.15UN；额定电压是330KV—500KV时为1.1UN。而实际电网的最高运行电压Usm不会超过电网额定电压的1.1倍，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是指额定周围环境温度下，电器的长期允许电流。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。

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（1.3-2倍变压器额定电流）；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) 环境条件对电气设备选择的影响

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、地震烈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为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，额定电流可增加0.5%，但其最大电流

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不得超过额定电流的20%。

按短路状态校验 (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

It×It×Tk≥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。

(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。 电气设备的具体选择与动稳定校验和热稳定校验过程见附录II。

3 电气设备的选择

高压断路器和隔离开关的选择 (1) 断路器的种类和形式的选择

因为110KV侧有8回出线，220KV侧有12回出线，所以接入110KV,220KV侧的高压断路器应选择SF6断路器。 (2) 额定电压的选择

110KV侧: UN=UNs=1.1×110KV=121KV 220KV侧: UN=UNs=1.1×220KV=242KV (3) 额定电流的选择

110KV侧: IN≥Imax=1.05×200×1000/3×110×0.85=1.373KA 220KV侧: IN≥Imax=1.05×200×1000/3×220×0.9=0.686KA (4) 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此暂态电流I\进行选择,即INbr≥I\。

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110KV侧: INbr≥I\220KV侧: INbr≥I\(5) 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=1.92×37.214=96.116KA 220KV侧: INcl≥Ish=1.92×17.007=45.698KA (6) 热稳定校验

It2t≥Qk

取tk(短路切除时间)=4s。

110KV侧: I\2 =31.627KA I4=30.961KA

周期分量热效应Qpt= (I\2+10I22+I42)×tk/12=3207.176 (KA)2·s t>1s不计非周期分量Qk= Qpt

220KV侧: I\2 =15.288KA I4=15.244KA

周期分量热效应Qpt= (I\2+10I22+I42)×tk/12=714.712 (KA)2·s t>1s不计非周期分量Qk =Qpt

(7)动稳定校验

ies≥ish

110KV侧: ies≥96.116KA 220KV侧: ies≥45.698KA 器件选择结果记入表4.1－表4.4

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电压互感器的选择

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器。在需要检查和监视一次回路单项接地时，应选用三项五柱式电压互感器或具有第三绕组的单项电压互感器。

（2）准确等级：电压互感器影子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，共所有计算的电度表，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。用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为３级即可。在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。 电流互感器的选择

电流互感器的选择和配置应按下列条件：

（1）型式：电流互感器的型时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：UN≥UNs （3）一次回路电流：I1N≥Imax

（4）准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准 确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。

（5）二次负荷：互感器按选定准确级所规定的额定容量S2N应大于或等于 二次侧所接负荷I22NZ2L，即

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S2N≥I22NZ2L

Z2L=ra+rre+rL+rc（3.1）

式中，ra、rre分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻（忽 略电抗）；rc为接触电阻，一般可取0.1?；rL为连接导线电阻。 （6） 动稳定： 内部动稳定校验式为：

ies≥ish或2I1NKes≥ish（3.2）

Kes—电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，式中ies、有制造厂提供。 外部动稳定校验式为：

Fa1≥0.5×1.73×10-7i2shL (N) （3.3）

a式中Fa1—作用于电流互感器瓷帽端部的允许力，有制造厂提供；

L—电流互感器出现端至最近的一个母线支柱绝缘子之间的跨距；

a—相间距离；

0.5—系数，表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。

（7）热稳定：电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流I1N的倍数Kt来表示，热稳定校验式为：

I2t≥Qk或(KtI1N)2≥Qk（3.4）

4电气设备选择结果表

表3.1 110 KV侧的断路器选择

110KV侧 UNs Imax I\Ish 计算值 110KV 1297A 37.214KA 96.116KA 项目 UN IN INbr INcl 18 / 32

LW11－110 110KV 1600~3150A 40/31.5KA 100/80KA

Qk Ish 3207.176(KA)2·s 56.554KA

It2t Ies 402×3=4800(KA)2·s 100/80KA 表3.2 220 KV侧的断路器选择

220KV侧 UNs Imax I\Ish Qk Ish 计算值 220KV 648.5A 17.007KA 45.698KA 714.712(KA)2·s 26.531KA

表3.3 110 KV侧的隔离开关选择

110KV侧 UNs Imax Qk Ish 计算值 110KV 1297A 3207.176(KA)2·s 56.554KA

表3.4 220 KV侧的隔离开关选择

220KV侧 UNs Imax Qk Ish

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项目 UN IN INbr INcl It2t ies LW6－220 220KV 3150A 50KA 125KA 7500(KA)2·s 125KA 项目 UN IN It2t ies GW4－110D 110KV 2.0KA 6400(KA)2·s 100KA 计算值 220KV 648.5A 714.712(KA)2·s 26.531KA 项目 UN IN It2t ies GW6－220D 220KV 1.0KA 1764(KA)2·s 50KA

表3.5 各部分电压互感器的选择

剩余电 项目 型号 一次/KV 二次/V 压绕组/V 110KV 220KV 主变压器侧 发电机 JDZ6-20 出口端

表3.6 各部分电流互感器的选择

额定电流 短时热稳 额定动稳 满匝额定项目 110KV 220KV 主变压器 发电机出口 型号 比/A 电流/KA 电流/KA 80 2×55 80 163 输出/VA 级 50 40 50 40 0.2 0.2 0.2 0.2 LCWB6-110 2×300/5 31.5 LCWB7-220 2×600/1 LZZB7-35 LDZJ1-10 800/5 1500/5 2×21 31.5 80 准确 20 100 100 / JCC1M-110 JCC5-220 JDZ8-35 110/30.5 220/30.5 35 100/30.5 100/30.5 100 100 100 100 ImaxA 1297A 648.5A / J-电压互感器（油浸式） L-电流互感器 C-瓷绝缘（串级式） W-户外 B- 保护

5 主接线中设备配置的一般原则

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。

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（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。

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。

（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。 （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。 电流互感受器的配置

（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

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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。

第四：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。 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，遵循上级颁发的有关规程、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、检修以及施工方面的要求，合理指定布置方案和选用设备，积极慎重的采用新的布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新，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培植形式的选择，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、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。配电装置应满足以下四点要求：

(1) 节约用地：我国人口众多，但耕地不多，因此节约用地是我国现代化建设的一项带战略性的方针。

(2) 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。使配电装置在一旦发生事故时，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，以及在维修维护中不致损害设备。

(3) 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装的条件。

(4) 节约材料，降低造价：在保证安全的前提下，配电装置应采用布置紧凑，力求节约材料和降低造价。 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

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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。 第五：安全保护装置

在电力系统中，一定的保护装置是必要的，主要是防雷保护和继电保护。 1 避雷器的选择 避雷器应按下列条件选择：

（1）型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，按下表选择：

型号 FS FZ 型式 配电用普通阀型 电站用普通阀型 应用范围 10KV以下配电系统、电缆终端盒 3~220KV发电厂、变电所配电装置 1、 330KV及需要限制操作的220KV以FCZ 电站用磁吹阀型 及以下配电 2、 某些变压器中性点 旋转电机用磁吹阀FCD 型 （2）额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。

（3）灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）。

(4)工频放电电压Ugf：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般大于最大运行相电压的3.5倍。在中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍。 (5)冲击放电电压和残压：一般国产阀式避雷器的保护特性与各种电器的具有均可配合，故此项校验从略。

用于旋转电机、屋内 23 / 32

根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间；110、35kv线路侧一般不装设避雷器。

本工程采用220KV、110KV配电装置构架上设避雷针，10KV配电装置设独立避雷针进行直接需保护。

考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器，且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程220KV、110KV系统中，采用氧化锌避雷器。

表5.1避雷器的选择

装设地点 型号 额定电压灭弧电有效值（KV） 压有效值（KV） 不小于 220KV母线侧 110KV母线侧

2 继电保护的配备 （1）变压器继电保护配置

电力变压器是电力系统的重要电气设备之一，它的安全运行直接关系到电力系统的连续稳定运行，特别是大型电力变压器，由于其造价昂贵，结构复杂，一旦因故障而遭到损坏，其修复难度大，时间也很长，必然造成很大的经济损失。所以，本设计中主变保护配置如下：

1） 纵联差动保护 2） 非电量保护

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工频放电电压峰值(KV) 不大于 冲击放电电压峰值不大于（KV） 520 340 FCZ2-20N 220 250 FCZ2-110N 110 250 255 290 390 345

3） 过电流保护

4） 过负荷保护和零序过流保护

（2）220KV线路保护

220KV线路的安全运行，对整个电力系统有着相当重要的影响，所以，本工程为220KV

线路配置的保护如下： 1） 光纤纵联差动保护 2） 距离保护 3） 零序过流保护 4） 过电流保护

（3）110KV线路保护

110KV由于直接连接在两个工厂，输电距离较短，但稳定性同样要求较高，所以，110KV线路保护配置如下：

1） 距离保护 2） 零序方向保护 3）过电流保护

参考文献

[1] 傅知兰.电力系统电气设备选择与使用计算[M].北京：中国电力出版社,2004.

[2] 水利水电部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社,2002.

[3] 何仰赞、温增银.电力系统分析（上、下）[M].武汉：华中科技大学出版社,2002.

[4] 熊信银.发电厂电气部分（第三版）[M].北京：中国电力出版社,2004. [5] 何仰赞.电力系统分析（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社,2002.

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附录Ⅰ短路计算

1 首先画出短路电流计算接线图及其等值电路，分别为图1，图2所示：

图1 短路电流计算图

图2 短路电流等值电路

2 取基准容量为SB=100MVA，基准电压UB取用平均电压，即UB=Uav。根据所选择的联络变压器的相关参数，可计算出其各绕组的等值电抗标幺值：

X1=(X1-2+X1-3-X2-3)/2=(0.0607+0.0258-0.0410)/2=0.0228 X2=(X1-2+X2-3-X1-3)/2=(0.0607+0.0410-0.0258)/2=0.0380

X3=(X2-3+X1-3-X1-2)/2=(0.0410+0.0258-0.0607)/2=0.0031 各元件的等值电抗标幺值见图2。 计算各发电机的额定容量：

SG1=SG2=200/0.85MVA=235MVA 3 短路电流计算

由于三相短路故障最为严重，故只计算三相短路情况。 (1) 短路点d1

d1短路时等值电路图如图3

图3

短路点的额定电压为220KV，取基准电压为230KV。 基准电流IB=SB/3UB=100/(3×230)KA=0.25(KA) 再算系统电抗及系统的短路容量：

X10=（X1+X3）//(X2+X4)=0.058 X11=（X5+X6）//(X7+X8)=0.0304 2台发电机组对短路点d1的转移电抗为：

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Xk=X10//X11=0.0199

Sk=SB/Xk=100MVA/0.0199=5025.13MVA Sc=10000MVA-5025.13MVA=4974.87MVA 可求得系统电抗为：X9=SB/SC=100/4974.87=0.0201 发电机G1，G2对短路点的计算电抗为

Xjs10=0.058×235×2/100=0.2726

其分支额定电流为IN=SN/3UB=235×2/(3×230)KA=1.18(KA)

系统C对短路点的计算电抗为 Xjs9=0.0201

其分支额定电流为IN=SN/3UB=100/(3×230)KA=0.25(KA)

系统C对短路点所产生的短路电流不衰减，其电流标幺值为计算电抗的

倒数。各发电机组对短路点所产生的短路电流标幺值，可根据所求得的计算电抗，查发电机曲线数字表得到。

冲击电流最大值的计算公式为ish=1.92Ipt，有效值的计算公式为ish=1.56Ipt。 计算结果见表2.1 （2）短路点d2

d2短路时的等值电路如图4所示：

短路点的额定电压为110KV，故去基准电压为115KV。 其基准电流为：IB=SB/3UB=100/(3×115)KA=0.50(KA) X12=（X1+X3）//(X2+X4)/ /（X7+X8）=0.030 X13=X5+X6=0.0608 Xk=X12//X13=0.020

Sk=SB/Xk=100MVA/0.020=5000MVA Sc=10000MVA-5000MVA=5000MVA

可求得系统电抗为：X9=SB/SC=100/5000=0.020

发电机G1，G2对短路点的计算电抗为 Xjs12=0.03×235×2/100=0.141

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其分支额定电流为IN=SN/3UB=235×2/(3×115)KA=2.36(KA) 系统C对短路点的计算电抗为 Xjs14=0.020

其分支额定电流为IN=SN/3UB=100/(3×115)KA=0.50(KA)

因此系统C对短路点所产生的短路电流不衰减，其电流标幺值为计算电抗的倒数。各发电机组对短路点所产生的短路电流标幺值，可根据所求得的计算电抗，查发电机曲线数字表得到。

冲击电流最大值的计算公式为ish=1.92Ipt，有效值的计算公式为ish=1.56Ipt。 计算结果见表2.1

图4

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附录Ⅱ电气设备的校验

一、220KV电压级断路器的选择与校验：

UN≥UNS=220KV

（1）热稳定性的校验：

其短路电流的热效应：Qk =(I'' +10I22+I42)×Tk/12

=(17.0072+10×15.2882+15.2442)×3/12 =714.712(KA)2·s

该短路器允许的热效应为：

It2×Tk=40×40×3(KA)2·s=4800(KA)2·s>Qk 故该断路器满足热稳定要求。

２）动稳定性校验：

2Ies=125KA＞Ish=26.531KA

所以该断路器的动稳定性也满足要求。 ( 3 )开断电流校验： INbr=50KA>=Ipt=17.007KA 故该断路器的开断电流满足要求。 （ 4 ）短路关合电流的校验： INcl=125KA>Ish=45.698KA

故该断路器的短路关合电流满足要求。 二、110KV电压级断路器的选择与校验：

UN≥UNS=110KV

（1）热稳定性的校验： 其短路电流的热效应：

Qk =(I'' +10I22+I42)×Tk/12

=(38.2142+10×31.6272+30.9612)×3/12

=3207.176 (KA)2·s

该断路器允许的热效应为：

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2

It×Tk=50×50×3(KA)·s=7500(KA)·s>Qk 故该断路器满足热稳定要求。 （２）动稳定性校验：

222

Ies=100KA＞Ish=96.116KA

所以该断路器的动稳定性也满足要求。 （ 3 ）开断电流校验： INbr=40KA>=Ipt=37.214KA 故该断路器的开断电流满足要求。 （ 4 ）短路关合电流的校验： INcl=100KA>Ish=96.116KA

故该断路器的短路关合电流满足要求。 三、220KV电压级隔离开关的校验 （ 1 ）短路热稳定校验： 其短路电流的热效应是：

Qk =(I'' +10I22+I42)×Tk/12

=(17.0072+10×15.2882+15.2442)×3/12 =714.712(KA)2·s

该断路器允许的热效应为：

It2×Tk=40×40×3(KA)2·s=4800(KA)2·s>Qk 故该隔离开关满足热稳定要求。

（２）动稳定校验

2Ies=50KA＞Ish=26.531KA

所以该隔离开关的动稳定性也满足要求。 四、１１0KV电压级隔离开关的校验 （ 1 ）短路热稳定校验： 其短路电流的热效应是：

Qk =(I'' +10I22+I42)×Tk/12

31 / 32

2

=(17.402+10×15.812+15.772)×3/12

=763 (KA)2·s

该断路器允许的热效应为：

It×Tk=31.5×31.5×3(KA)·s=2977(KA)·s>Qk 故该隔离开关满足热稳定要求。 （２）动稳定性校验：

2

2

2

Ies=100KA＞Ish=56.514KA

所以该隔离开关的动稳定性也满足要求。

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