中型凝汽式火电厂；机组容量与台数：4×50 MW

湖州师范学院

课程名称： 工程项目设计训练 设计题目： 凝汽式火电厂电气部分设计 学 院： 工学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 吴 闯 学 号： 2013082507

日 期： 2016 年 5 月 30 日

目录

目录 ................................................................................................................................................................. 2 引 言 ....................................................................................................................................................... 3 摘要 ................................................................................................................................................................. 4 1、设计任务书 ............................................................................................................................................... 5

1.1设计的原始资料 .............................................................................................................................. 5 1.2设计的任务与要求 .......................................................................................................................... 5 2、电气主接线 ............................................................................................................................................... 5

2.1系统与负荷资料分析 ...................................................................................................................... 5 2.2主接线概述 ...................................................................................................................................... 6 2.3主接线方案的选择 .......................................................................................................................... 8 3、厂用电接线方式的选择 ......................................................................................................................... 11

3.1接线要求 ........................................................................................................................................ 12 3.2设计原则 ........................................................................................................................................ 12 3.3厂用电源 ........................................................................................................................................ 12 4、变压器的选择与计算 ............................................................................................................................. 13

4.1变压器容量的确定原则 ................................................................................................................ 13 4.2主变压器型式的选择原则 ............................................................................................................ 13 4.3变压器的选择 ................................................................................................................................ 14 4.4主变压器容量SN的选择 .............................................................................................................. 15 4.5联络变压器容量的选择 ................................................................................................................ 15 5、短路电流的计算 ..................................................................................................................................... 15

5.1 短路计算的一般规则 ................................................................................................................... 15 5.2 短路电流的计算过程 ................................................................................................................... 16 6、电气设备的选择与校验 ......................................................................................................................... 20

6.1电气设备的选择条件 .................................................................................................................... 20 6.2断路器和隔离开关的选择 ............................................................................................................ 22 7、结束语 ..................................................................................................................................................... 26 附录A ............................................................................................................................................................ 27 附录B ............................................................................................................................................................ 29

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引 言

设计工作是工作建设的关键环节。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建设投产后的运行安全可靠性和生产的综合效益，起着决定性的作用，设计是工程建设的灵魂。

电力行业是国民经济发展的基础和关键，国家“十一五”计划着重发展火电、水电、核电，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指标，电力的发展与时俱进。

此次是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来巩固“发电厂电气部分”、“电力系统分析”等课程的理论知识。同时，熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。做好设计工作对工程的建设的工期、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，起着决定性的作用。本设计是针对凝汽式火电厂的要求来进行配置的，它主要包括了三大部分，分别为电气主接线的设计、厂用电接线的设计、主变压器的选择。

本次设计参考了《发电厂电气部分》、《电力系统分析》等技术资料。设计过程中得到了各位老师的重要指导；此外，还得到了一些同学的帮助。在此深表谢意。

由于本人水平有限，设计中难免存在不足之处，希望大家多多指正，谢谢！

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摘要

[摘要]:本次凝汽式火电厂电气设计是在老师的指导下，以自己平时所学的理论知识为基础，结合相关专业用书按照工程设计程序综合考虑而设计的。由主接线部分和和厂用电接线部分组成。首先，分析原始资料，拟定几种主接线接线方案，进行比较，综合考虑可靠性、灵活性和经济性，选择最优方案，确定厂用电的接线形式和电压等级。接着，根据发电机容量、负荷容量和厂用电率分别确定主变压器的型号，容量，台数，列出技术参数表。综合各个步骤绘制出电气主接线图。

［关键字］：电气主接线 、短路电流 、电力变压器 、高压电气设备

abstract

The condensing coal-fired power plant electrical design is under the guidance of the teacher, in terms of their usual theoretical knowledge as the foundation, combined with relevant professional books designed comprehensive consideration according to the process of engineering design. By the main part and auxiliary power wiring connection parts. First, analyzing the original data, and proposed several main wiring connection scheme, comparison, considering reliability, flexibility and economy, select the optimal scheme, determine the connection form of auxiliary power and voltage level. Then, according to the capacity of generator, load capacity and plant rate respectively determine the type of the main transformer, capacity, sets, lists the technical parameter table. Comprehensive various steps to map the main electrical wiring diagram.

Keywords：

electrical host wiring plan short-circuit current

power transformer high-handed electric equipment

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1、设计任务书

1.1设计的原始资料

1、发电厂情况：

（1）中型凝汽式火电厂;

（2）机组容量与台数：4×50 MW，UN?10.5 Kv;

（3）电厂所在地区最高温度42℃，年平均温度25℃，气象条件一般； （4）机组年利用小时数Tmax?6500小时/年； （5）厂用电率6 %； 2、负荷与系统情况：

（1）发电机电压负荷：最大20MW，最小15MW，cos??0.8，Tmax?5200小时； （2）110kV负荷：最大40MW，最小30MW，cos??0.85，Tmax?4570小时； （3）其余功率送入220kV系统，系统容量3500MW，归算到发电厂220 kV母线上

X\=0.021(Sj＝100MVA)；

（4）供电回路数：

1）发电机电压：电缆出线6回，每回输送容量按3500KW设计，长度L=500～1000m; 2)110kV：架空线出线6回，每回输送容量按6700KW设计； 3）220kV：架空线一回。

（5）发电机出口处主保护动作时间0.1s，后备保护动作时间2s

1.2设计的任务与要求

（1）发电厂电气主接线设计； （2）厂用电设计； （3）主变压器的确定； （4）短路电流的计算； （5）电气设备选择与校验

2、电气主接线

2.1系统与负荷资料分析

(1)凝汽式发电厂的规模

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①装机容量：装机4台，每台容量为50MW，UN?10.5kv ②机组年利用小时数：Tmax=6500h/a

气象条件：发电厂所在地最高温度42C，年平均温度25度，气象条件一般 ③厂用电率：6%

⑵负荷及电力系统连接情况

①220KV电压等级：架空线1回，最大输送20MW，最小输送15MW，Tmax=5200h/a，cos=0.8。 ②110KV电压等级：架空线6回，最大输送40MW，最小输送30MW，Tmax=4570h/a，cos=0.85。 ③系统容量3500MW

设计电厂为中型凝汽式火电厂，其容量为4×50=200MW，最大单机容量为50MW，即有中型容量规模，中型机组的特点，年利用小时数为6500h/a>5000h/a，又为火电厂，在系统中将主要承担基荷，故该厂主接线务必考虑其可靠性及经济性。它占电力系统总容量200/（3500+200）×100%=5.4%< 6%，未超过系统的事故备用10%和事故检修备用容量8%~15%，所以虽然该电厂的负荷类型为基荷但是在系统中并不承担主要地位，所以应该设计时应该在保证可靠下优先考虑其经济性。 表1-1 发电机的参数 发电机 视在功率有功功率额定电压额定电功率因电抗值 （MW） （MW） （KV） 流 （A） QFN-50-4 117.5 100 10500 6475 素 COSφ 0.85 12～15 X”d(%) 2.2主接线概述

电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图。主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。 单母线接线及单母线分段接线 1、单母线接线

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单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。

单母接线的优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。缺点：①可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。②调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。

综上所述，这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。

2、单母分段接线

单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。

这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站6～10KV接线中。但是，由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整体母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时，一般不予采用。 3、单母线分段带旁路母线的接线

单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器，大大增加了投资。 双母线接线及分段接线 1、双母线接线

双母接线有两种母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。其特点有：供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。 由于双母线有较高的可靠性，广泛用于：出线带电抗器的6～10KV配电装置；35～60KV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110～220KV出线数为5回及以上时。 2、双母线分段接线

为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，用分段断路器将工作母线分

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为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。这样，只是部分短时停电，而不必短期停电。双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中，同时在 220～ 500KV 大容量配电装置中，不仅常采用双母分段接线，也有采用双母线分四段接线的。 3、双母线带旁路母线的接线

双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。

2.3主接线方案的选择

电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。

电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、实用、经济、美观的原则。

对电气主接线的主要要求，包括可靠性、灵活性和经济性三方面： ⑴可靠性

衡量可靠性的指标，一般是根据主接型式及主要设备操作的可能方式，按一定规律算出“不允许”事件发生地规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种主接型式中择优。

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；

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②发电厂和变电所接入电力系统的方式； 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。 ⑵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。 ⑶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、变电所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，对大、中型发电厂主接线的可靠性，应从以下几方面考虑： 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本发电厂有无全厂停电的可能性；

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。

对于主接型式的具体选择可以根据《火力发电厂设计技术规程》综合发电厂的具体

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要求确定。在此设计中可以参考一下相关规定：

1. 发电机电压母线可采用双母线或双母线分段的接线方式。为了限制短路电流，可在母线分段回路中安装电抗器。如不满足要求，可在发电机或主变压器回路中装设分裂电抗器，也可在直配线上安装电抗器。

2. 容量为200～300MW 的发电机与双绕组变压器为单元连接时，在发电机与变压器之间不应装设断路器、负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。

3. 采用单母线或双母线的110～220kV 配电装置，当断路器为少油型或压缩空气型时，除断路器有条件停电检修外，应设置旁路设施；当220kV 出线在4 回及以上、110kV 出线在6回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。当断路器为六氟化硫(SF6)型时，可根据系统、设备、布置等具体情况，有条件时可不设旁路设施；当需要设置旁路设施，且220kV出线在6 回及以上、110kV 出线在8 回及以上时，可采用带专用旁路断路器的旁路母线。

110KV电压级：出线回路数12回>4回且为I级负荷，Tmax=4500h/a，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，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，Tmax=5000h/a，应采用双母带旁路或一台半。

拟订两方案如表1-2，具体接线方式见附录。 表1-2 拟定的两种方案

电压等级 110KV 220KV 方案Ⅰ 双母分段 双母带旁路 方案Ⅱ 双母带旁路 一台半 关于所选几种主接线型式各自的优点与缺点如下所述： ⒈双母分段：具有比双母接线更高的可靠性，占地面积较少，但操作较复杂，并增加了断路器的数量，误操作的可能性要相对较大，配电装置投资较大。

⒉双母带旁路：和双母分段相比较，该接法主要优点在与能使每个回路不断电的情况下检修断路器，但是其占地面积较大。

⒊一台半断路器接线：通常用于330KV～500KV配电装置中，具有很高的可靠性，任意母线或断路器检修都不至于断电，运行简单，操作方便，但是投资大。当采用双母分段接线方式不能满足电力系统稳定性和地区供电可靠性的要求，且技术经济合理时，容量为300MW以上机组发电厂的200KV配电装置可以采用一个半接线方式。

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综上考虑该电厂为地区电厂，且负荷为基荷，所以主接方式采用方案Ⅰ。

主接线图

3、厂用电接线方式的选择

发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，主要由电动机带动的机械运转，可以保证机组方面主要设备如锅炉、气轮机、发电机等和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理方

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面的正常运行。在电动机和全厂运行、操作、试验、检修、照明、保护用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。在电负荷方面，就其用电设备在生产过程中的作用和突然中断供电所造成的危害性，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。

3.1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。

3.2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：

（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。

3.3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

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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。

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。

厂用系统中性点接地

6KV中性点有四种接地方式，分别是：中性点不接地、中性点经高阻接地、中电阻接地、中性点经消弧线圈接地。

目前大容量机组发电厂，6KV厂用网络较大，电容电流较大，经计算都在8～10A甚至更大，故6KV中性点步步接地或经消弧线圈接地方式较少，多采用高阻接地或中阻接地的方式。在没有中性点可供接地的高压厂用系统，通常采用专用接地变压器，此时采用间接接入电阻的办法为佳。

设计采用的为一般的中阻接地方式。

4、变压器的选择与计算

4.1变压器容量的确定原则

接有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定的原则

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。

4.2主变压器型式的选择原则

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1、对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变 电所以装设两台主变压器为宜。

2、对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑 装设三台主变压器的可能性。

3、对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压 器的容量

4、主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，适当考 虑到远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规 划相结合。

根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负 荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计其过负荷能 力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台 变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的 70%～80%。

5、同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发，推行 系列化、标准化。

4.3变压器的选择

单元接线中的主变压器容量台数的选着应按容量SN应按发电机容量扣除 本机组厂用负荷后有10%的裕度选择SN?1.1PNG(1?KP)/COS? (MVA) 双绕组变压器计算 SN=1.1×50×（1-0.06）/0.8=64.625MW

根据发电厂电气部分选着双绕组变压器SFPL1-63000/110和SSPL-63000/220 主要参数表如下

? 额定容

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连接组标号 额定电压 空载损耗 短路电压 14.45% 空载电流 2.41% 短路损耗 404 量 000 （KVA） YN,d11 高压：242±2×2.5% 低压：10.5（KV） 93(KW) 63000 （KVA） YN,d11 高压：121±2×2.5% 低压：10.5（KV） 60(KW) 10.5% 0.8% 296

4.4主变压器容量SN的选择

1、当发电机母线上负荷最小时，应能将发电机最大剩余功率送至系统

SN?[?PNG(1?KP)/COS?G?Pmin/cos?]/n =99.8（MVA）

根据据算数据从发电厂电气部分选择两台SSPSL-120000/220三绕组变压器 参数表如下

额定容连接组额定电压 空载损阻抗电压量 120000 标号 耗 （%） 高中：13 中低：22.6 高低：8.0 短路电压 高--中 高--低 中--低 24.7% 14.7% 8.8% YN,yn0,d11高压：220123.1(K ±8×1.5% W) （KVA） 中压：121 低压：10.5（KV） 4.5联络变压器容量的选择

联络变压器容量一半不应该小于接在两种电压母线上的最大一台机组容量，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符合的要求；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。

5、短路电流的计算

5.1 短路计算的一般规则

短路是一种经常在电力系统发生的故障，它是一个暂态过程。在电力系统中，影响电力系统稳定运行的因素很多在实际运算过程中我们需要把每种因素都考虑进来，这是一种复杂而且没有必要的。因此，在满足工程要求下，为了简化计算难度，做出一些合理的假设，对短路电流进行计算：

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1计算的同步发电机假设为理想发电机。 2同步发电机导磁部分的导磁系数不变。 3各发电机电动势同相位。

4各台发电机均用Xd 作为其等值电抗。

5若负荷电流较短路电流小得多，可忽略不计。因此短路点以外的负荷可以去掉。 6忽略线路对地电容和变压器的励磁支路；在计算110kV及以上高压电网时，可忽略线路电阻的影响，只计电抗。

1在短路电流计算中比较，某段线路是否需要进行短路电流计算。

2在选着电气主接线中的各种设备时能保证设备正常运行同时能够降低资金成本。 3在继电保护和屋外的防雷时必须用到短路电流

4短路电流计算首先选取短路点，算出短路发生时最大电流不考虑短路点电抗和励 磁电流和输电线电容

''5.2 短路电流的计算过程

1 .K1点短路分析

X1=X2=X3=X4=0.129×100/50=0.258 US1%=0.5(14.7+8.8-24.7)=-0.6% US2%=0.5(24.7+8.8-14.7)=9.4%

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US3%=0.5(24.7-8.8+14.7)=15.3% X7=US1%×100/120=-0.005 X8=US2%×100/120=0.078 X9=US3%×100/120=0.128 X6=13.7%×100/63=0.218 X5=10.5%×100/63=0.167 X10=0.021

将X2和X3并联后再与X7串联得到X11=0.124 X1和X6串联得到X15=0.476

X4、X5、X8串联得到X12=0.503 再将X11 X12 X9 化简得X13=0.284和X14=1.15如下图：

Xjs1=X15（50/100）=0.238 Xjs2-3=X13（100/100）=0.284

17

Xjs4=X14（50/100）=0.575 Xjss=X10(3500/100)=0.735 IG1*(0)=4.8 IG4*(0)=1.84 IG2-3*(0)=3.82 Is*(0)=1.4 IN∑G1=50/(3Uav.k)=0.125 IN∑G2-3=100/(3Uav.k)=0.25 IN∑G4=50/(3Uav.k)=0.125 IN∑s=3500/(3Uav.k)=8.75

I”=IG1*(0)×IN∑G1+IG23*(0)×IN∑G2-3+IG4*(0)×IN∑G4+IS*(0)×IN∑s=14.035KA Ish=2.69I”=37.75KA 2. K2点短路分析

X1和X6串联得X11=0.476 X11 X9 X10化简得X12=3.5 X13=0.155

18

X4 X5 X8串联得X14=0.503 再将X12 X13 X14 X7化简得X15=3.35 X16=0.148 X17=0.481 X2 和X3 并联的X18=0.129

Xjs1=1.675 Xjs2-3=0.129

Xjs4=0.241 Xjss=5.18 IG1*(0)=0.6 IG2-3*(0)=8.4

IG4*(0)=4.48 Is*(0)=1/5.18=0.193 IN∑G1=50/(3Uav.k)=0.125

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IN∑G2-3=100/(3Uav.k)=0.25 IN∑G4=50/(3Uav.k)=0.125 IN∑s=3500/(3Uav.k)=8.75

I”=IG1*(0)×IN∑G1+IG23*(0)×IN∑G2-3+IG4*(0)×IN∑G4+IS*(0)×IN∑s=4.42KA Ish=2.69I”=11.89KA

6、电气设备的选择与校验

由于电气设备各不相同在具体的工作条加下，则他们所选取的方法也不经相同，但又要保证其工作条件来选择，并进行动稳定度的校验和热稳定度的校验。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。

6.1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。 1 .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

电气设备所在电网的运行电压调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的 1.1-1.15 倍，而电网运行电压的波动范围，一般不超过电网额定电压的 1.15 倍。因此，在选择电气设备时，所选用的电气设备允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即 UN ≥ USN 。

(2) 额定电流

电气设备的额定电流 IN 是指额定周围环境温度下，电气设备的长期允许电流。IN

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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。

2 .按短路情况校验

a. 短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时,电气设备各部分的温度应不超过允许值.满足热稳定的条件为

It2×t≥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。

b.电动力稳定校验

电动力稳定是电气设备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 或 Ies≥Ish

式中 ish、Ish 分别为短路冲击电流幅值和有效值；ies、Ies 分别为电气设备允许的动稳定电流的幅值和有效值。

同时，应按电气设备在特定的工程安装使用条件，对电气设备的机械负荷能力进行校验，即电气设备的端子允许荷载应大于设备引线在短路时的最大电动力。

下列几种情况可不校验热稳定或动稳定。

（1） 用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 （2） 采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定。

21

（3） 装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不验算动、热稳定。 c.短路计算时间

（1）热稳定短路计算时间tk 。该时间用于校验电气设备在短路状态下的热稳定，其值为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tbr之和，即

tk =tpr+tbr

断路器全开断时间tbr是指给断路器的分闸脉冲传送到断路器操动机构的跳闸线

圈时起，到各相触头分离后电弧完全熄灭为止的时间段。显然tbr包括两个部分，即

tbr=tin+ta

（2）短路开断计算时间tk。断路器不仅在电路中作为操作开关，而且在短路 时要作为保护电器，能迅速可靠地切断短路电流。为此，断路器应能在动静触头刚分离时刻，可靠开断短路电流，该短路开断计算时间tk为主保护时间和断路器固有分闸时间tin 之和，即 tk=tpr1+tin

对于无延时保护，tpr1为保护启动和执行机构时间之和，传统的电磁式保护装置一般为0.05~0.06s，微机保护装置一般为 0.016~0.03s。tk是短路电流的切除时间，等于继电保护动作时间加上断路器全开断时间。

其中，在无继电保护整定资料的情况下，继电保护后备保护的时限，一般在电厂高压母线上认定为4秒，对发电机直配线路上认定为2秒。

’

’

’

6.2断路器和隔离开关的选择

1. 断路器的选择

对于断路器的选择，除了满足技术条件与环境条件以外，还要考虑适合安装调试并运行维护，在经济技术和方面比较后才能确定。目前在我国断路器的生产情况就是，等级在10KV~220KV的电网通常选用少油断路器。高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统发生短路故障时迅速的自动断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。

220KV 侧出线断路器

22

出线一回，PN=50×4-15-30=135MW 发电机最大持续工作电流： Imax=1.05PN/(3UNcosΦ)=465A

查附录6，选择SW6-220/1200型少油断路器，固有分闸时间为0.04s 短路计算时间 tk=2s

由于tk >1s，不计非周期热效应，短路电流的热效应Qk 等于周期分量热效应Qp Qk=（I+10Itk/2+Itk）tk/12=355.8 kA?s

短路断开时间tk’=tpr1+tin=0.1+0.04=0.14s>0.1s，故用I”校验INbr。 冲击电流：ish=1.82I”=35.73kA 由下表可知所选设备符合要求 表6-1 断路器、隔离开关选择结果表 计算数据 SW6-220/1200 少型断路器 UsN Imax I” ”2

2

2

2

GW6-220D/1000-50 型隔离开关 220kV 465A 14.035kA UN IN INbr 220kV 1200kA 21kA UN IN 220kV 1000kA ish 35.73kA INcl 55kA Qk 355.8kA?s 2It×t 21764kA2?s It×t 21764kA2?s ish 35.73kA ies 55kA ies 50kA 断路器的选择： 1．从表 6-1 中可知，UsN=UN=220kV，IN＞Imax符合高压断路器额定电压和电流的选择。

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2．开断电流选择：从表6-1 中可知INbr＞I 3.短路关合电流的选择：从表6-1中可知INcl＞ish

4.短路热稳定和动稳定校验： 从表6-1中知It×t＞Qk ies＞ish

隔离开关与断路器相比，在额定电压、电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。

10kV 侧出线断路器 PN=20WM

发电机最大持续工作电流：

Imax=1.05PN/(3UNcosΦ)=1516kA

查附录6，选择SN10-10Ⅲ/2000型少油断路器，固有分闸时间为0.06s 短路计算时间 tk=2.12s

由于tk >1s，不计非周期热效应，短路电流的热效应Qk 等于周期分量热效应Qp Qk=（I+10Itk/2+Itk）tk/12=17.04 kA2?s

短路开断时间tk’=tpr1+tin=0.1+0.06=0.16s>0.1s，故用I”校验INbr。 冲击电流：ish=1.82I”=11.25kA 由下表可知所选设备符合要求 表6-2 断路器、隔离开关选择结果表 计算数据 SW6-220/1200 少型断路器 UN Imax I” ”2

2

2

2

”

GN2-10/2000型隔离开关 10kV 1516A 4.42kA 11.25kA UN IN INbr INcl 10kV 2000kA 43.3kA 130kA UN IN 10kV 2000kA ish 24

Qk 17.04kA2?s It×t 27499kA2?s It×t 213005kA2?s ish 11.25kA ies 130kA ies 85kA 断路器的选择： 1．从表 6-2 中可知，UsN=UN=10kV，IN＞Imax符合高压断路器额定电压和电流的选择。

2．开断电流选择：从表6-2 中可知INbr＞I” 3.短路关合电流的选择：从表6-2中可知INcl＞ish

4.短路热稳定和动稳定校验： 从表6-2中知I2t×t＞Qk ies＞ish

隔离开关与断路器相比，在额定电压、电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。

25

7、结束语

经过近两周的时间，火力发电厂的设计已完成，同时本次课程设计也就结束了。在这次设计的过程中，我们翻阅了许多的相关资料，进一步提高了利用手头所拥有的材料自习并完成设计的能力，更重要的是通过本次设计，我们能够巩固所学的基本理论、专业知识，并综合运用所学知识来解决实际的工程问题，学习工程设计的基本技能，基本程序和基本方法。

所设计的火电厂电气部分具有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工程建设规模要求。采用的电气主接线具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和可扩建发展的可能性等特点。所选主变经济、合理。在设计过程中，短路电流是按最严重情况考虑计算的，并结合实际环境，选择的电气设备提高了运行的可靠性，节约运行成本。

在设计的初期我们查阅了有关的资料，在查阅资料和分析的过程中，学习了许多相关专业知识和方法，不仅仅局限于书本上的东西，更学会了理论与实际相结合，加强了独立的分析问题、解决问题的能力。通过这次设计，使我对发电厂的设计有了整体的了解，为我们今后的学习和工作都奠定了良好的基础。

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附录A

表1汽轮发电机的规格参数

型 号 QFS-50-2

表2双绕组变压器SSPL-63000/220和SSPL-63000/110

三绕组变压器SSPSL-120000/220

额定电压 10.5KV 额定容量 50MW 功率因数 0.8 接线方式 YY 次暂态电抗 0.129 额定容量 连接组标号 额定电压 空载损耗 短路电压 63000 （KVA） 额定容量 YN,d11 高压：220±2×2.5% 低压：10.5（KV） 93(KW) 14.45% 连接组标号 额定电压 空载损耗 短路电压 63000 （KVA） YN,d11 高压：121±2×2.5% 低压：10.5（KV） 65.4(KW) 10.57% 额定容量 连接组标号 额定电压 空载损耗 短路电压 12000 （KVA） YN,yn0,d11 高压：220（KV） 中压：121（KV） 低压：10.5（KV） 123.1(KW) 高中：24.7% 中低：14.7% 高低：8.8% 表3 220kV 侧出线断路器、隔离开关选择

断路器、隔离开关选择结果表 计算数据 SW6-220/1200 少型断路器 UsN 27

GW6-220D/1000-50 型隔离开关 220kV UN 220kV UN 220k

V Imax 465A IN 1200kA IN 1000kA I” 14.035kA INbr 21kA ish 35.73kA INcl 55kA Qk 355.8kA?s 2It×t 21764kA2It×t 21764kA?s 2?s ish 35.73kA ies 55kA ies 50kA 表3 220kV 侧出线断路器、隔离开关选择

断路器、隔离开关选择结果表 计算数据 SW6-220/1200 少型断路器 UN Imax I” GN2-10/2000型隔离开关 10kV 1516A 4.42kA 11.25kA UN IN INbr INcl 10kV 2000kA 43.3kA 130kA UN IN 10kV 2000kA ish Qk 17.04kA2?s It×t 27499kA2?s It×t 213005kA2?s ish 11.25kA ies 130kA ies 85kA

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附录B

电气主接线图：

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