2×300MW火电厂电气部分毕业设计

2×300MW火电厂电气部分毕业设计

摘 要

随着我国经济发展，对电的需求也越来越大。电作为我国经济发展最重要的一种能源，主要是可以方便、高效地转换成其它能源形式。电力工业作为一种先进的生产力，是国民经济发展中最重要的基础能源产业。而火力发电是电力工业发展中的主力军，截止2006年底，火电发电量达到48405万千瓦，越占总容量77.82%。由此可见，火力电能在我国这个发展中国家的国民经济中的重要性。

该设计主要从理论上在电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择、配电装置的布局、防雷设计、发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，并与火力发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济性和灵活性，通过计算论证火电厂实际设计的合理性与经济性。采用软件绘制了大量电气图和查阅相关书籍，进一步完善了设计。

关键词：主接线设计；短路电流；配电装置；电气设备选择；继电保护

Abstract

With the developing of economy in our country,we need more and more Electricity energy.The Electricity is the most important energy of economic development which can be conveniently and efficiently converted into other forms of energy. The Electricity industry as a advanced produced energy. It is the most important basic energy industry.And the thermoelectricity is the main energy in the Electricity industry .Until the end of 2006,power Electricity produce is 48405 kilowatt,occupied 77.82 percent in the entire capacity.So thermoelectricity energy plays an important role in our country which is a developing country.

In this design, I will mainly discuss main electric connection design, short circuit account, electric equipment choice, electric equipment layout, lightning strike defending design, electrical machine, transformer and generatrix protective relaying detailedly in theory and comparing with the power plant, while ensuring the reliability of the design, under the premise we should also take into account economic and flexibility demonstrated by calculating the effective thermal power plant design and reasonable economy.During my counting and demonstrating,in order to consummate my design, I will protract a great lot of electric engineering-pictures following the new criterion of electric engineering-enchiridion.

Keywords：main electric connection design ；short current； electric equipment choice

electric equipment layout；protective relaying

目录

第一章 前言 ............................................................ 2

1.1 课题背景 .......................................................... 2 1.2本课题的主要研究工作 .............................................. 3

1.3.1 原始资料 .................................................... 3 1.3.2 设计内容 .................................................... 4

第二章 电气主接线设计 ................................................... 5

3.1 电气主接线的基本要求 .............................................. 5 3.2 设计步骤 .......................................................... 5 3.3 电气主接线方案的比较 .............................................. 6 第三章 厂用电的设计 .................................................... 8

3.1 厂用负荷分类 ...................................................... 8 3.2 厂用电的电压等级 .................................................. 8 3.3 厂用电源及其引接方式 .............................................. 9 第四章 变压器的选择 .................................................... 11

4.1主变压器的选择原则 ............................................... 15 4.2 厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素为 ..................... 15 4.3 确定变压器台数及容量 ............................................. 15 第五章 短路电流的计算 .................................................. 17

5.1 短路电流计算目的及规则 ........................................... 17 5.2 短路等值电抗电路及其参数计算 ..................................... 17 第六章 电气设备的选择 .................................................. 20

6.1 电气设备选择的一般原则及短路校验 ................................. 21 6.2 电气设备的整定计算 ............................................... 22

6.2.1 断路器的选择 ............................................... 23 6.2.2 隔离开关的选择 ............................................. 25 6.2.3 母线的选择 ................................................. 27 6.2.4 电压互感器的选择 ........................................... 28 6.2.5 电流互感器的选择 ........................................... 29

第七章 发电机-变压器组继电保护原理及整定计算 ........................... 31

7.1 发电机的保护原理及整定计算 ....................................... 34 7.2 主变压器保护原理及整定计算 ....................................... 37 第八章 配电装置 ........................................................ 41

8.1 屋内配电装置 ..................................................... 32 8.2 屋外配电装置 ..................................................... 33 致谢 ................................................................... 42 参考资料 ............................................................... 44

第一章 前言

1.1课题背景

电力工业是国民经济的重要部门之一，是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、

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风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，作为国民经济的其他各部门的快速，稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发达程度的重要标志，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行，电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。

近几年随着我国工业的高速发展，我国电力工业超常规发展，每年装机容量超过6000万千瓦，30万千瓦、60万千瓦亚临界火电机组成为我国电网的主力机组，百万千瓦的超超临界火电机组已经在建。目前，我国30万千瓦、60万千瓦的火力发电机组，70万千瓦的水力发电机组，在国际招标中中标成功率大于90%以上。这几年电力工业之所以能飞速发展，其重要原因是，为中国电力市场提供的火力发电设备主要立足于国内生产。这一观点得到国内各发电公司以及电厂老总们的认同。今天电气制造企业的国内用户率已达到75%以上。

但是我国人均用电水平远低于发达国家，与完成其工业化进程国家的电力指标相比，我国经济发展正处于工业化进程的中后期，我国用电远低于国际水平.因此我国电力工业必须持续，稳步地大力发展，一方面要加强电源建设，搞好“西电东送”，确保电力先行，另一方面要深化电力体制改革，实施厂网分家。

本设计要求能运用电机、发电厂、变电所电气部分，高电压技术，电力系统自动化，电力系统继电保护等专业知识解决实际问题，为本次毕业设计做了充分的知识原料准备。

1.2 本课题的主要研究工作

1.2.1原始资料 1）发电厂建设规模 类型：凝气式火电厂

最终容量、机组的型式和参数：

型号 额定功率 额定电压 额定电流 功率因数 瞬变电抗 同步电抗 超瞬变电抗 （MW） (KV) 18 (A) 11320 (cos?) （X’d%） （Xd%） (X’’d%) 0.85 31.93 236.35 17.1 QFSN-300-2 300 表1-1 300MW汽轮发电机的主要技术参数 年最大负荷利用小时数：6000h/年 2）电力负荷水平

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220KV侧出线共4回，其冬季最大负荷250MW，夏季最大负荷290MW，最小负荷为最大负荷的75%，负荷cosφ=0.85，最大负荷利用小时数Tmax=6000h，其中一回出线与容量为1000MVA，X*=1的系统相连，该220KV侧有重要负荷。 3)厂址特点及自然环境 厂址设在海拔780m处，平均气温13℃，最高气温38℃，属少雷区，邻近煤矿，周围水源丰富，交通便利，出线方便，距负荷中心较远，是一期建成的火力发电厂。 1.2.2 设计内容

1、选择并确定本厂电气主接线及厂用电接线形式

(1)主变容量、台数、参数，高压厂用、备用变压器台数、容量及参数；(2)220KV侧主接线形式；(3) 发电机中性点运行方式

2、短路电流计算：(1)短路点的选择；(2)短路电流计算；(3)短路电流计算结果表 3、选择主要电气设备

(1)各电压等级的断路器和隔离开关；(2)220KV母线的选择；(3)电压互感器、电流互感器的选型及配置；

4、各电压等级的配电装置的设计 5、二次回路规划设计

（1）同期点的设置及同期方式的选择；(2)交流绝缘监察回路设计；(3)220KV断路器控制回路设计；(4)全厂继电保护配置；(5)主变保护整定计算；(6)直流系统设计

6、防雷设计

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第二章 电气主接线设计

发电厂和变电所的电气主接线，是由高压电器设备通过连接线组成接受和分配电能的电路，也称为一次接线。它反映各设备的作用、连接方式和各回路间相互关系，从而构成发电厂或变电所电气部分的主体。电气主接线是保证出力、连续供电和电能质量的关键环节，它直接影响着配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择，它必须满足工作可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和发展的可能性等基本要求。

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设计步骤

电气主接线的一般设计步骤如下:

(1)对设计依据和基础资料进行综合分析；

(2)选择发电机台数和容量，拟定可能采用的主接线形式； (3)确定主变压器的台数和容量； (4)厂用电源的引接；

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(5)论证是否需要限制短路电流，并采取什么措施；

(6)对选出来的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案。

2.3电气主接线方案的比较

第一种方案是：300MW发电机G-1，G-2采用单元接线通过双绕组的变压器与220KV母线相连，220KV电压级出线为6回，因此其供电要充分考虑其可靠性，所以我们采用双母线接线。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。有原始资料可知发电机不与110KV的母线相连，故在220KV、110KV及厂用电6KV的三个等级上采用的联络变压器为三相三绕组变压器相连，110KV母线采用双母接线。如图3-1所示：

220KV侧110KV侧G1G26KV厂用电侧6KV厂用电侧

图3-1方案一

第二种方案是：由方案一，我们很容易想到220KV母线采用双母带旁路连接，110KV母线采用双母线连接，如图3-2所示:

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220KV侧110KV侧G1G26KV厂用电侧6KV厂用电侧

图3-2 方案二

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 性能 可靠性 灵活性 方案一 方案二 1）接线简单，设备本身故障率少； 2）故障时，停电时间较长。 1）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）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。 1）倒闸操作复杂，容易产生误操作； 2）不利于实现变电所无人值守； 3)保护及二次回路接线复杂。 经济性 1）设备相对少，投资小。 1）设备相对多，占地面积大，投资较大。 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，现确定第一方案为设计的最终方案。

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第三章 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。

3.1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。

3.2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。

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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。

3.3厂用电源及其引接方式

发电厂的厂用工作电源，必须供电可靠，且能满足电厂各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设置备用、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。

（1）厂用工作电源及其引接

对于大容量的机组，各台机组的厂用工作电源必须是独立的，是保证机组正常运行最基本的电源，要求供电可靠，而且要满足整套机炉的全部厂用负荷要求，并可能还要承担部分公用负荷。

300MW机组都采用发电机—变压器

组单元接线，并采用分相封闭母线。机组厂用电源都从发电机G至主变压器T之间的，即从发电机出口经高压厂用变压器T1、T2将发电机出口电压降至所要求的厂用高压，如图4-1所示

在这种接线方式下，发电机、主变压器、厂用高压变压器以及相互连接的导体，任

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T T1 T2 G

图4-1 厂用电源引接方式

何一个元件故障都要断开主变压器高压侧的断路器并停机。因此，仅当发电机处于正常运行时，才对厂用负荷供电；在发电机处于停机状态、启动时发电机电压建立之前或停机过程电压下降时，都不能对厂用负荷供电。这就需要另外设置独立可靠的启动和停机用的电源。停机电源是指保证发电机安全停机的某些厂用负荷继续运行一段时间所需的电源。

（2）厂用电基本接线形式

厂用电接线方式合理与否，对机、炉、电的辅机以及整个发电厂的工作可靠性有很大影响。厂用电的接线应保证采用供电的连续性，使发电厂能安全满发，并满足运行安全可靠、灵活方便等要求。

300MW机组通常都为一机一炉单元式设置，采用机、炉、电为一单元的控制方式，因此，采用系统也必须按单元设置，各台机组单元（包括机、炉、电）的厂用系统必须是独立的，而且采用多段（两段或四段）单母线供电。

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第三章 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。

3.1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。

3.2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。

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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。

3.3厂用电源及其引接方式

发电厂的厂用工作电源，必须供电可靠，且能满足电厂各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设置备用、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。

（1）厂用工作电源及其引接

对于大容量的机组，各台机组的厂用工作电源必须是独立的，是保证机组正常运行最基本的电源，要求供电可靠，而且要满足整套机炉的全部厂用负荷要求，并可能还要承担部分公用负荷。

300MW机组都采用发电机—变压器

组单元接线，并采用分相封闭母线。机组厂用电源都从发电机G至主变压器T之间的，即从发电机出口经高压厂用变压器T1、T2将发电机出口电压降至所要求的厂用高压，如图4-1所示

在这种接线方式下，发电机、主变压器、厂用高压变压器以及相互连接的导体，任

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T T1 T2 G

图4-1 厂用电源引接方式

何一个元件故障都要断开主变压器高压侧的断路器并停机。因此，仅当发电机处于正常运行时，才对厂用负荷供电；在发电机处于停机状态、启动时发电机电压建立之前或停机过程电压下降时，都不能对厂用负荷供电。这就需要另外设置独立可靠的启动和停机用的电源。停机电源是指保证发电机安全停机的某些厂用负荷继续运行一段时间所需的电源。

（2）厂用电基本接线形式

厂用电接线方式合理与否，对机、炉、电的辅机以及整个发电厂的工作可靠性有很大影响。厂用电的接线应保证采用供电的连续性，使发电厂能安全满发，并满足运行安全可靠、灵活方便等要求。

300MW机组通常都为一机一炉单元式设置，采用机、炉、电为一单元的控制方式，因此，采用系统也必须按单元设置，各台机组单元（包括机、炉、电）的厂用系统必须是独立的，而且采用多段（两段或四段）单母线供电。

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第四章 变压器的选择

4.1.1主变压器的选择原则

（1）为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。在计算通过主变压器的总容量时，至少应考虑5年内负荷的发展需要，并要求：在发电机电压母线上的负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；因系统经济运行而需限制本厂出力时，亦应满足发电机电压的最大负荷用电。

（2）对潮流方向不固定的变压器，经计算采用普通变压器不能满足调压要求是，可采用有载调压变压器。

4.2 厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素为

（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。

4.3 确定变压器台数及容量

（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，300MW发电机组的主变压器选用两绕组变压器2台。向本厂供电变压器选用三相式两绕组变压器2台，厂用备用电源选用两绕组变压器1台，三个电压等级的母线之间的母连变压器选用三相三绕组变压器。

（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=1.1ΡNG(1-ΚP)

COSΦGΡNG—发电机容量； SN—通过主变的容量；

COSΦG—发电机的额定功率 COSΦG=0.85；??—厂用电率 ???6.5% 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。

发电机G-1、G-2的额定容量为300MW，扣除厂用电后经过变压器的容量为：

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1.1?NG1、(1-?P)1.1?300(1-0.065)2SN???363MVA COS?G0.85经计算后选取变压器如下：

1、300MW发电机组所选变压器型号为：SFP-360000/220 两台； 2、三个等级母线间的变压器型号为：SFPS-240000/220一台；

3、与300MW发电机组相连的厂用变压器型号为：SFF7-40000/18两台； 4、厂用备用电源变压器型号为：SF27-40000/110 一台；

5、连接6KV与三绕组变压器的变压器型号为：SFF-31500/15一台。 其具体参数如表5-1所示

表5-1所选变压器型号及其参数

型号 SFP-360000/220 SFPS-240000三绕组 SFF7-40000/18 额定容额定电压（KV） 中压 低压 18 121 6.3 15.75 6.3 阻抗电压（UK%） 量（KVA） 高压 360000 240000 400000/2×20000 242±2 ×2.5% 242±2 ×2.5% 18±2 ×2.5% 15.75±2连接组 标号 YN,d11 YN,yn0,d11 14.3 高中 高低 中低 25 14 9 全穿越 9.5 半穿越 系数 15.3 3.7 半穿越 Dd11,d11,d11 Dd11,d11 YN,d11 SFF-31500/15 31500/2 6.3 全穿越 ×20000 ×2.5% 9.5 SF27-40000/110 40000 110±8 ×1.25% 6.3 21.15 16.6

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第五章 短路电流的计算

5.1短路电流计算目的及规则

在发电厂电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下几个方面：1、电气主接线的比选；2、选择导体和电器；3、确定中性点接地方式；4、计算软导线的短路摇摆；5、确定分裂导线间隔棒的间距；6、验算接地装置的接触电压和跨步电压；7、选择继电保护装置和进行整定计算。

一、短路电流计算条件： （1）正常工作时，三项系统对称运行； （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时，元件的电阻略去不计；

（6）不考虑短路点的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； （8）输电线路的电容略去不计。 二、短路计算的一般规定：

（1）验算导体和电器的动稳定、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；

（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的点；

（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

5.2 短路等值电抗电路及其参数计算

由2×300MW火电厂电气主接线图，和查的给出的相关参数，可画出系统的等值电抗图如图6-1所示：

第17页共46页

SX1220KVd2d1110KVX2X4X6X7X3G1X5G2

图6-1

选取基准容量为SB=100MVA 基准电压为VB=Vav SB—— 基准容量；Vav—— 所在线路的平均电压；

均采用标幺值计算方法，省去“*”。系统容量可以看成是一个无穷大容量，所以：

X1?0

.3100 X2=X4=UK×SB=×=0.040

360100100SN\%SB=17.1×100=0.057 Xd==×X3X5100S100300NX6?X7?11100（U高中%?U高低%—U中低%）×SB=×（25+14－9）×=0.0625 200200240SN11100（U高中%?U中低%—U高低%）×SB=×（25+9－14）×=0.042 200200240SN等值电路图化简得，如图6-2所示：

X8d2X9图6-2

d1

X8?X91（X4?2X5）=

1×(0.040+0.057)=0.048 2?X6?X7?0.0625+0.042=0.1045

（1）220KV侧母线短路时短路电流的计算：

第18页共46页

正序图如图6-3所示：

X3X5X2X4d2X8d2

图6-3

负序图如图6-4所示：

X3X5X2X4d2X8d2

图6-4

零序图如图6-5所示：

X2X4d2X6

图6-5

正序总电抗为：X1?=X8=0.0485 负序总电抗为：X2??X8?0.0485

零序总电抗为：X0?=X2/2+X6=0.02+0.0625=0.0825 a. 两相短路电流的计算 附加电抗：X? =X2?=0.0485 计算电抗：X?2?js?2??（0.0485+0.0485）×

2?300=0.685

100?0.85 查汽轮机运算曲线得： t=0s时，X??1.52（KA）

第19页共46页

\?2?

则I\?2??3×1.52×

2?3003?220?0.85=4.877（KA）

b. 单相短路电流的计算

附加电抗：X? =0.0485+0.0825=0.131 计算电抗：X?1?js?1??（0.0485+0.131）×

2?300=1.267

100?0.85 查汽轮机运算曲线得： t=0s时，X??0.80（KA） 则I\?1?\?1??3×0.80×

2?3003?220?0.85=2.567（KA）

c. 三相短路电流的计算 等效电抗：X??X8?0.0485

2?300=0.342

100?0.85 计算电抗：Xjs?0.0485× 查汽轮机运算曲线得：

t=0s时，X??3.18； t=0.1s时，X??2.71； t=0.2s，X??2.48； t=2s，X??2.25； t=4s，X??2.28 因

?3??3??3?\?3??3?IN??I0.12?3003?230?0.85=1.772，所以

I\?3.18×1.772=5.635（KA）；

?2.71×1.772=4.802（KA）；I0.2?2.48×1.772=4.395（KA）； ?2.25×1.772=3.987（KA）；I4?2.28×1.772=4.04（KA）。

I2取Ksh=1.85，则ish?2×5.635×1.85=14.743（KA）

由220KV侧短路电流计算可知，三相短路电流大于两相、单相短路电流，所以选择设备时应 使用三相短路电流去整定计算。

第20页共46页

第七章 电气设备的选择

7.1 电气设备选择的一般原则及短路校验

一、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。 二、 按短路条件进行校验

电气设备按最大可能的短路故障（通常为三相短路故障）时的动、热稳定度进行校验。在电力系统中尽管各种电气设备的作用不一样，但选择的要求和条件有诸多是相同的。为保证设备安全、可靠的运行，各种设备均按正常工作的条件下的额定电压和额定电流选择，并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。 （1）热稳定校验

校验电气设备的热稳定性，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。如果满足这一条件，则选出的电气设备符合热稳定的要求。

第21页共46页

做热稳定校验时，通过电气设备的三相短路电流为依据，工程计算中常用下式校验所选的电气设备是否满足热稳定的要求，即：

22I?teq?Itht

式中 ，I?——三相短路电流周期分量的稳定值（KA）；

teq—— 等值时间（亦称假想时间s）；

Ith——制造厂规定在ts内电器的热稳定电流（KA）；t为与Ith相对应的时间（s）。

短路计算时间：校验短路热稳定的短路计算时间应为继电保护动作时间top和断路器全开断时间toc之和，即

tk?top?toc

式中 ， top—— 保护动作时间，主要有主保护动作时间和后备保护动作时间，当为主保护动作时间时一般取0.05s；当为后备保护时间时一般取2.5s；

，如果缺乏断toc—— 断路器全开断时间（包括固有分闸时间和燃弧时间）

路器分闸时间数据，对快速及中速动作的断路器，取toc=0.1-0.5s,对低速动作的断路器，取toc=0.2。 （2）动稳定校验

当电气设备中有短路电流通过时，将产生很大的电动力，可能对电气设备产生严重的破坏作用。因此，各制造厂所生产的电器，都用最大允许的电流的值imax或最大有效值Imax 表示其电动力稳定的程度，它表明电器通过上述电流时，不至因电动力的作用而损害。满足动态稳定的条件为

ish≤ imax或Ish≤ Imax

式中ish及Ish——三相短路时的冲击电流及最大有效值电流。

电气设备的选择除了要满足上述技术数据要求外，尚应根据工程的自然环境（位置、气候条件、化学污染、海拔高度、地震等）、电气主接线、短路电流水平、配电装置的布置及工程建设标准等因素考虑。

7.2电气设备的整定计算

发电机侧回路的最大工作电流：

IMAX =1.05 I N =1.05×11320=11886A

与主变压器所连回路的最大持续工作电流：

第22页共46页

IMAX =1.05 IN =

1.05?3603?230?10?948.7A

3与三绕组变压器所连回路220KV侧的最大持续工作电流：

IMAX =1.05 IN =

1.05?2403?230?10?632.6A

3与三绕组变压器所连回路110KV侧的最大持续工作电流：

IMAX =1.05 IN =

1.05?2403?115?10?1807.4A

37.2.1断路器的选择

断路器是在电力系统正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正常工作电流及开断故障电流的设备。

SF6断路器和真空断路器目前应用广泛，少油断路器因其成本低，结构简单，依然被广泛应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中，压缩空气断路器和多油断路器已基本淘汰。

SF6断路器的特点是：

（1）灭弧能力强，介质强度高，单元灭弧室的工作电压高，开断电流大，时间短；

（2）开断电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低； （3）电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作； （4）操作率小，机械特性稳定，操作噪音小。 1. 220KV侧断路器的选择 (1)主变压器回路 最大工作持续电流：

IMAX =1.05 IN =948.7A UNs =1.1×220KV=242KV UN ? UNs

拟选型号为LW2—220（W）系列六氟化硫断路器，参数如表7-1所示:

表7-1 LW2—220（W）系列六氟化硫断路器技术数据

额定工作 最高工作 额定电流（A） 3s 热稳定额定动稳定 固有分闸 时间（S） 额定频率 （HZ） 电压（KV） 电压（KV） 电流（KA） 电流峰值 （KA） 220 252 2500 31.5 80 0.03 50 第23页共46页

1) 动稳定校验： IMAX ? IIM

动稳定电流IMAX=80KA，220KV侧短路冲击电流为IIM =14.743KA 即： IMAX ? IIM 满足动稳定条件 2) 热稳定校验： I?teq22?Itht

LW2—220（W）系列六氟化硫断路器的固有分闸时间tin?0.03s，全分闸时间为

tab?0.15s。

周期分量热效应计算，非周期分量热效应不计，短路电流的热效应： Q?Q?KZI2\2?10?I2?I41222?4?0.15?I4?71.46???2?KA??S???

2 Itt?231.5×3=2976.76????KA??S????Q

k满足热稳定条件。 （2）三绕组变压器回路 最大工作持续电流：

IMAX =1.05 IN =632.6A UNs =1.1×220KV=242KV UN ? UNs

拟选型号为LW2—220（W）系列六氟化硫断路器

根据额定电流和电压所选型号和动、热稳定校验与主变压器回路基本相同，这里就不再作详细的叙述。 2. 110KV侧断路器的选择

最大工作持续电流：

IMAX =1.05 IN =1807.4A UNs =1.1×110KV=121KV UN ? UNs

拟选型号为LW36—110系列六氟化硫断路器，参数如表7-2所示:

表7-2 LW36—110系列六氟化硫断路器技术数据

额定工作 最高工作 额定电流（A） 3s 热稳定额定动稳定 固有分闸 时间（S） 额定频率 （HZ） 电压（KV） 电压（KV） 电流（KA） 电流峰值 （KA） 110 126 3150 40 第24页共46页 100 0.026 50

1) 动稳定校验： IMAX ? IIM

动稳定电流IMAX=100KA，110KV侧短路冲击电流为IIM =8.623KA 即： IMAX ? IIM 满足动稳定条件 2) 热稳定校验： I?teq22?Itht

LW2—110系列六氟化硫断路器的固有分闸时间tin?0.026s，全分闸时间为tab?0.12s。 周期分量热效应计算，非周期分量热效应不计，短路电流的热效应： Q?Q?IKZ\2?10?I2?I412222?4?0.12?I4?54.84???k?KA??S???

2 Itt?2402×3=4800????KA??S????Q

满足热稳定条件。 7.2.2隔离开关的选择

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： （1）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； （2）转换线路、增加线路连接的灵活性。

在电网运行时，为保证检修工作安全进行，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，以便在检修母线和线路断路器时，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。 1. 220KV侧隔离开关的选择 (1)主变压器回路 最大工作持续电流：

IMAX =948.7A

UNs =1.1×220KV=242KV UN

UNs

拟选型号为GW46—220（D）系列隔离开关，参数如表7-3所示。

表7-3 GW46—220（D）系列隔离开关技术数据

第25页共46页

额定工作 电压（KV） 额定电流 3s 热稳定 额定动稳定 额定频率 （A） 电流（KA） 电流峰值（KA） （HZ） 220 2500 30 125 50 GW46—220W系列隔离开关是三相交流50HZ高压开关设备，供在有电压五负载的情况下，断开或闭合线路之用。该系列隔离开关的主刀闸和接地刀闸可分配各类电动型或手动型操作机构进行三相联动操作，主刀闸和接地刀闸有机械连锁装置。 1)动稳定校验： IMAX IIM

动稳定电流IMAX=125KA，220KV侧短路冲击电流为IIM =14.732KA 即： IMAX IIM 满足动稳定条件

22It?I 2) 热稳定校验： ?eqtht

LW2—220（W）系列断路器的固有分闸时间tin?0.03s，全分闸时间为tab?0.15s。 周期分量热效应计算，非周期分量热效应不计，短路电流的热效应： Q?Q?KZI\2?10?I2?I412222?4?0.15?I4?71.46???k?KA??S???

2 Itt?2302×3=2700????KA??S????Q

满足热稳定条件。 （2）三绕组变压器回路 最大工作持续电流：

IMAX =1.05 IN =632.6A UNs =1.1×220KV=242KV UN ? UNs

拟选型号为GW46—220W系列隔离开关

根据额定电流和电压所选型号和动、热稳定校验与主变压器回路基本相同，这里就不再作详细的叙述。 2.110KV侧隔离开关的选择 最大工作持续电流：

IMAX =1.05 IN =1807.4A UNs =1.1×110KV=121KV UN ? UNs

第26页共46页

拟选型号为GW5—110Ⅱ（D）系列隔离开关，具体参数如表7-4所示。 表7-4 GW5—110Ⅱ（D）系列隔离开关技术数据

额定工作 电压（KV） 额定电流流4s 热稳定 额定动稳定 额定频率 （HZ） （A） 电流（KA） 电流峰值（KA） 110 2000 31.5 100 50 1) 动稳定校验： IMAX ? IIM

动稳定电流IMAX=100KA，110KV侧短路冲击电流为IIM =8.623KA 即： IMAX ? IIM 满足动稳定条件 2) 热稳定校验： I?teq22?Itht

LW2—110系列六氟化硫断路器的固有分闸时间tin?0.026s，全分闸时间为tab?0.12s。 周期分量热效应计算，非周期分量热效应不计，短路电流的热效应： Q?Q?KZI2\2?10?I2?I41222?4?0.12?I4?54.84???2?KA??S???

2 Itt?231.5×3=3969????KA??S????Q

k满足热稳定条件。

7.2.3 220KV母线的选择

选用管形截面母线

1）按长期允许电流选择母线截面。

由主接线分析可知，母线最大持续工作电流不超过一台主变压器的最大持续工作电流，故母线最大持续工作电流为：

Imax?948.7（A）

由产品目录中选用导体尺寸?80/72（㎜）型的管形截面母线，在基准环境温度为25℃，导体最高允许温度为70℃时的载流量为IN?1900A，室温为40℃时，校正系数为K=0.81

故长期允许电流为：

Ial?0.81×1900=1539A﹥948.7A

故可选用?80/72（㎜）型的管形截面母线

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1）热稳定校验

短路持续时间：t=tpr?tab =1+0.15=1.15（s）

因t﹥1s，可不考虑非周期分量热效应，所以短路周期热效应为： Q?I2t?5.6352×1.15=36.52

2K?KA?S?

2 按70℃取热稳定系数C=87

36.52?106 热稳定最小允许截面为Smin?=69.462(mm2)

87 故能满足热稳定要求

故选用?80/72（㎜）型的管形截面母线 7.2.4电压互感器的选择

电压互感器的配置原则应满足测量、保护、同期和自动装置的要求,保证在运行方式改变时，保护装置不失压,同期点两侧都能方便的取压。

通常如下配置：

（1）母线:6—220KV电压级的每组母线的三相上应装设电压互感器，旁母线侧视各回路出线外侧装设电压互感器的需要而定；

（2）线路:当需要检测线路断路器外侧有无电压，共同期和自动重合闸使用，该侧装一台单相电压互感器；

（3）发电机:一般在出口处装两组，一组（△/Y）用于自动重合闸，一组供测量仪表、同期和继电保护使用。 各种互感器的使用范围

（1）6—220KV配电装置一般采用油浸绝缘结构,在高压开关柜或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇柱式绝缘结构；

（2）35—110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器；

（3）220KV以上配电装置，当容量和准确基满足要求时，一般采用电容式电压互感器；

（4）接在110KV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯时，应尽量与耦合电容器结合，统一选用电容式电压互感器。 1. 220KV母线侧

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拟选型号为JCC5-220系列电压互感器,具体参数如表7-5所示。

表7-5 JCC5-220系列电压互感器技术数据 额定工作电压（KV） 初级绕组 次级绕组 剩余电压绕组 二次负荷 1级 3级 连接组标号 220/3 0.1/3 0.1 500VA 500VA I,I0,I0 型号含义： J——电压互感器 C——串级绝缘 C——瓷箱式

220/3——额定电压

油浸式电压互感器为串级式全密封结构，由金属膨胀器、套管、器身、基座及其他部件组成。铁心采用优质硅钢片加工而成，叠成口字形，铁心上柱套有平衡绕组、一次绕组，下柱套有平衡绕组、一次绕组、测量绕组、保护绕组及剩余电压绕组，器身经真空处理后由低介质损耗绝缘材料固定在用钢板焊成的基座上，装在充满变压器油的瓷箱内。

2. 110KV母线侧

拟选型号为JCC—110系列电压互感器具体参数如表7-6所示。 表7-6 JCC—110系列电压互感器技术数据

额定工作电压（KV） 初级绕组 次级绕组 剩余电压绕组 二次负荷 1.级 3级 连接组标号 110/3 3.发电机侧 0.1/3 0.1 500VA 1000VA I,I0,I0 拟选型号为JCC-20系列电压互感器具体参数如表7-7所示。

表7-7 JCC-20系列电压互感器技术数据

额定工作电压（KV） 初级绕组 20/3 次级绕组 0.1/3 剩余电压绕组 0.1 连接组标号 I,I0,I 7.2.5 电流互感器的选择

电流互感器（简称CT）将高压和低压大电流变成电压较低的小电流，供给仪表和继电保护装置，并将仪表和保护装置与高压电器隔开（电流互感器的二次侧额定电流一般

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为5A），这使得测量仪表和继电保护装置使用安全、方便，也使其在制造上可以标准化、简化了制造工艺并降低了成本。因此，电流互感器在电力系统中得到了广泛的应用，也是电力系统中的重要设备。

电流互感器的特点是：

(1)一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流无关；

(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。

电流互感器出线一般设三组，主要是管保护、测量、计量。若只有两组，那么测量和计量可以串联。若只用一组互感器，线路不配差动保护。差动是专门保护变压器的。高压后备电路一般也出三组，管普通过流保护、差动保护、测量。低压后备电路一般也出三组，管普通过流保护、差动保护、测量。若有计量要求，可以与测量公用一组互感器。 1. 220KV侧

（1）出线回路及双绕组变压器回路

最大工作持续电流 IMAX =1.05 IN =948.7A UNs =1.1×220KV=242KV UN ? UNs

拟选型号为LCWB—220系列电流互感器，具体参数如表表7-8所示。

表7-8 LCWB—220系列电流互感器技术数据

额定工作 电压（KV） 准确级 额定电流比 （A） 5s 热稳定 电流（KA） 额定动稳定电流 峰值（KA） 220 252 2×1200/5 42 110 1)动稳定校验： IMAX ? IIM

动稳定电流IMAX=110KA，220KV侧短路冲击电流为IIM =14.743KA 即： IMAX ? IIM

满足动稳定条件

22It?I 2) 热稳定校验： ?eqtht

tk?top//I?toc ，???1 I?//第30页共46页

tk?top?toc =2.5+0.1=2.6s

查周期分量等值时间曲线可得 teq =2.1s

即： 5×42×42=8820?2.1×5.635×5.635=66.68 满足热稳定条件。 （2）三绕组变压器回路

最大工作持续电流：IMAX =1.05 IN =632.6A

UNs =1.1×220KV=242KV

UN ? UNs

拟选型号为LCWB—220系列电流互感器

根据额定电流和电压所选型号和动、热稳定校验与出线回路基本相同，这里就不再作详细的叙述。 2.发电机侧

发电机回路的最大持续工作电流为Imax=11886A。

拟选型号为LMZB3-20系列电流互感器具体参数如表7-10所示:

表7-10 LMZB3-20系列电流互感器技术数据

额定电压（KV） 20 准确级次 B 额定电流比（A） 15000/5

第八章 配电装置

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是根据主接线做的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备连接而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置按电器装设地点的不同，可分为屋内和屋外配电装置。

一、屋内配电装置的特点是：

1、由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小； 2、维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响；

3、外界空气的污染对电器的影响较小，因此可以减少维护工作量。同时，由于污染小，还可延长设备的使用寿命。

4、房屋建设时，需要征用大量的土地，投资较大。

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二、屋外配电装置的特点是：

1、土建工作量和费用较小，建设用期短； 2、扩建方便；

3、相邻设备之间距离较大，便于带电作业； 4、占地面积大；

5、受外界环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘； 6、不良气候对设备维修和操作有影响。

三、配电装置的型式选择，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，在大中型发电厂中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式；110KV及以上多为屋外式。当在污秽地区或市区建110KV屋内和屋外配电装置的造价相近时，宜采用屋内式。

四、配电装置应满足以下基本要求：

1、配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策，如节约土地。 2、保证运行可靠。按照系统和自然条件合理选择设备，在布置上力求整齐，清晰，保证具有足够的安全距离。

3、便于检修，巡视和操作。

4、在保证安全的前提下，布置紧凑，力争节约材料和降低造价。 5、安装和扩建方便。

8.1屋内配电装置

屋内配电装置的结构型式与电气设备的类型和主接线的形式，出线回路数多少及有无电抗器等因素有着密切的关系。同时还与施工，检修，运行经验，生活习惯等因素有关。

一、布置方式的确定：

发电厂6-10KV屋内配电装置的布置方式一般分为三层、二层及单层式，综合考虑施工的复杂程度投资，选择二层式，将断路器和电抗器布置在底层。 二、母线及隔离开关的布置

a) 母线装在配电装置的上部，考虑到母线电压6KV，短路电流大，选用垂直式，母

线相间距离为700-800，两组母线以垂直的隔墙分开。

b) 隔离开关通常设在母线的下方，为防止带负荷误动作引起电弧，而造成母线短

路，母线与母线隔离开关之间宜装设耐火隔板。

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三、断路器及操动机构布置

四、断路器通常设在单独小室内，布置在两侧有隔墙的间隔内即可，可和互感器同放一

室。操动机构为电磁型设在操作通道内，由于其重量大，所以落地装在混基础上。 五、配电装置通道和出口的布置

1. 通道均设有开关装置，则维护通道1.0m；操作机构为固定式，则操作通

道2.0 m；防爆通道1.2m；

2. 配电装置室长度大于7m，两端均设置出口；

3. 由于电缆出线较多，为方便敷设和维护，宜采用电缆隧高1.8m以上，两

侧设数层电缆支架，在充分考虑防雨雪，风沙及污秽等条件下，开窗采光及通风，还应装事故通风设备。

8.2屋外配电装置

屋外配电装置的结构型式与主接线的型式、电压等级、容量、重要程度、母线和构架的型式、断路器和隔离开关型式等有着密切关系。 一、 布置形式的确定

该厂为大型火电厂，无特殊的气候地形的要求，所以220KV和110KV两级电压电气设备采用屋外配电装置。又因所建电厂无防严重污秽及地震的要求，所以110KV采用普通中型,220KV采用分相中型，就可满足要求。

中型配电装置的所有电器均安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持高度，以保证人员安全，母线所在水平面稍高于电器所在水平面。

二、 母线及构架的布置

220KV的母线为钢芯铝绞线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上，软母线可选用较大档距。

构架采用钢筋混凝土构架，这可节约大量钢材，但不便于固定设备。 三、 电气设备的布置

一般断路器、电流互感器、电压互感器和避雷器均采用高位布置，即安装在约2m高的混凝土基础上。断路器采用低位布置时，安装在0.5～1m的混凝土基础上，其优点是检修方便，抗震性好，但必须设置围栏 四、 通道的布置

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为了运输设备和消防的需要，应在主要设备近旁设行车道路。屋外配电装置内设0.8～1m的巡视小道，以便运行人员巡视设备

第九章 发电机-变压器组继电保护原理及整定计算

9.1 发电机的保护原理及整定计算

发电机的安全运行对电力系统和本火电厂供电系统的稳定运行起着决定性的作用。因此，在发电机上必须装设比较完善的继电保护装置。根据有关规程，应对下列故障及异常运行方式设置继电保护装置：

1 定子绕组相间短路； 2 定子绕组匝间短路； 3 定子绕组接地短路； 4 外部短路引起的过电流； 5 对称过负荷；

6 励磁回路一点或两点接地故障。

本火电厂发电机保护装置的设置可依据以上原则并结合具体情况进行，一般可以设置下列保护，如表8-1所示：

表8-1 配置的保护类型

纵差保护 复合电压启动的过电流保护 横差保护 过负荷保护 定子单相接地 励磁回路两点接地保护 主保护 作差动保护后备及外部故障远后备 定子绕组匝间的保护 异常运行延时动作 防御定子单相接地的保护 转子一点或两点接地，投入保护装置 跳闸 跳闸 跳闸 发出信号 跳闸 跳闸 因为两台发电机型号一样，故只需对一台进行保护整定。 各种保护的整定计算： 1）纵差保护的整定:

a.动作电流Idz 应按躲过外部短路时流过保护装置的最大不平衡电流Ibp 来整定。

即Idz ＝Kk Ibp.js = Kk kfzq ktx fi Id.zd

=1.3×1×0.5×0.1×5635=1.3×662.45＝366.275A。 Kk 可靠系数，采用1.3； Ibp.js 计算不平衡电流；

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kfzq 非周期分量影响的系数，取＝1； ktx 电流互感器的同型系数，取ktx＝0.5；

Id.zd 发电机外部三相短路时,流过保护最大周期性短路电流，Id.zd＝5635A。 b.为避免保护在电流互感器二次回路断线时误动作，保护动作电流应该大于发电机最大负荷电流:

Idz ＝Kk INf ＝1.3×11320＝14716A Kk 可靠系数，取 Kk ＝1.3； INf 发电机的额定电流。

取躲过最大不平衡电流作保护的动作电流，故Idz ＝366.275A ,则 差动继电器动作电流为Idz.j ＝nl 电流互感器的变比； kjx 接线系数，取kjx＝1 c.灵敏度：

KjxIdzn1?1?366.275?0.763A。

2400/5 klm=

IdminIdz3?56352?=13.32>2 ?366.275满足灵敏度要求。

Id.min 最小短路电流，即在单机运行情况下，发电机出口两相短路电流； d. 差动回路断线监视器的动作电流应大于正常运行时的最大不平衡电流Ibp， 可按照一下经验公式整定： Idz.j ＝0.2×Inf/nl=0.2?2) 横差保护的整定

保护动作电流按照躲过外部短路故障最大不平衡电流整定，由于不平衡电流很难确定，因此在工程设计中根据运行积累的数据计算。

即 Idz ＝0.2 Inf =0.2×11320＝2264A 则继电器动作电流为：

Idz.j＝

2264Idz＝0.55A ?2400/5nl11320=4.717A.

2400/5

3)定子单相接地保护整定

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保护动作电流根据外部发生单相接地并伴随外部两相短路的选择性来选择，需要躲过发电机固有电容电流和不平衡电流，且一次动作电流不超过5A。

Idz=

1'(kkIjd.f?kk''Ibp.bs.1) khIjdf被保护发电机的接地稳态电容电流； Ibp.bs.1 闭锁继电器一次不平衡电流； Kk\ 可靠系数，取； Kh返回系数。 4）励磁回路两点接地保护

当发电机励磁回路发生两点接地故障时，部分励磁线圈将被短路，因此由于气隙磁势的对称性遭到破坏，可能使转子产生剧烈振动，因此在发电机上需要装设励磁回路两点接地保护，该装置只设一套,并仅在励磁回路中出现稳定性的一点接地时才投入工作。

5）复合电压闭锁过电流保护的整定校验

复合电压闭锁过电流保护是发电机后备保护，它的选择性是用阶梯时限特性来满足的，因此，在整定电流电压元件时只需要考虑躲过正常运行时相应值就够了，其整定计算如下：

a 电流继电器的动作电流为： Idz.j=

Kk11320=33.294A INf＝1.2×

?0.85?2400/5?KhnlKk 可靠系数，取kk=1.2； kh 返回系数，取kh＝0.85； nl 电流互感器变比； INf 发电机额定电流

b. 按照躲过正常运行时不平衡电压降为条件整定，负序电压继电器动作电压为：Udz.j=0.06UNf/nY=0.06×18000/（220/0.1）=0.491V UNf 发电机额定电压； nY 电压互感器变比

c.动作时限：作为远后备保护，发电机过电流保护时限应该比连接在发电机电压母线上的其他设备的保护装置最大时限还要大1－2个时间级差?t(一个?t一般为0.5s),即t＝tmax+(1～2) ?t。

6）过负荷保护整定校验

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过负荷保护是动作于信号的保护，考虑到过负荷对称性，该保护只有一相中装设，并与过电流保护共用一组互感器，保护由电流继电器及时间继电器组成。

电流继电器动作值按照下式计算： Idz.j?KkINf1.05?11320=29.132A ?Khnl0.85??2400/5?Kk 可靠系数，取=1.05 Kh 返回系数，取=0.85 INf 发电机额定电流 nl 电流互干器变比 过负荷保护动作时限比过电流保护长，一般为9～10s。

9.2 主变压器保护原理及整定计算

变压器是电力系统中十分重要的供电设备。它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍有可能发生各种类型故障和异常运行，同时大容量的变压器又是十分重的设备，因此，为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量大小、电压等因素装设必要的、动作可靠的继电保护装置。

变压器的故障类型主要有：1、油箱内故障：包括绕组的相间短路、接地短路、匠间短路以及铁心的烧损等，这些故障将产生电弧，烧坏绕组绝缘及铁心，引起绝缘材料及变压器油的强烈气化，甚至造成油箱的爆炸。2、油箱外的故障：主要是套管和引出线上发生相间短路、接地短路等。

变压器的不正常运行状态主要有：1、由于变压器外部相间短路引起的过电流和中性点过电压；2、由于负荷超过额定容量而引起的过负荷。3、由于漏油等原因而引起的油面降低。

根据以上故障类型和不正常运行状态，应装设下列保护装置：

1、瓦斯保护：反应变压器油箱内部故障和油面降低的保护，容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。

2、纵联差动保护：反应变压器绕组和引出线的相间短路的保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路能起保护作用。且容量为6300KVA及以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器、10000KVA及以上厂用备用变压器和单独运

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行的变压器、以及2000KVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器应装设纵联差动保护。

3、复合电压闭锁过电流保护：反应外部相间短路引起的变压器过电流的保护。宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。保护动作后，应带时限动作于跳闸。

4、零序过电流保护：外部接地短路时的保护，110KV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为其他元件的后备保护。

5、过负荷保护：对于400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。保护接于一相电流上，延时作用于信号。 1）瓦斯保护

当在变压器内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部，。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障时的这一特点，可以构成反应于上述气体而动作的保护装置，称为瓦斯保护。

1、瓦斯保护的整定

一般瓦斯气体容积整定范围为250-300cm3，变压器容量在10000KVA以上时，一般正常整定值为250cm3，气体容积整定值是利用调节重锤的位置来改变的。

2、重瓦斯保护油流速度

重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0.6-1.5m/s，在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。根据运行经验，管中的油流速度整定为0.6-1m/sJ时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中的流速为准约为0.4-0.5m/s。因此，为发防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定范围为1m/s。 2）纵联差动保护的整定

变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时，理想情况下，流入差动继电器的电流等于零。但实际上由于变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因素的影响，变压器差动保护的不平衡电流远比发电机差动保护的大，，变压器差动保护需要解

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决的主要问题是采取各种措施避免不平衡电流的影响，在满足选择性的条件下，还要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。 a.确定保护装置的一次动作电流：

1躲过外部短路时的流过保护装置的最大不平衡电流： ○

Idz ＝Kk Ibp.js = Kk kfzq ktx fi Id.zd =1.3×1×0.5×0.1×5635=366.275A

2躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流： ○

Idz=KkIN=1.3×

360000=1.3×1487.6=1933.9A 242则：保护装置基本侧的动作电流取： Idz.jb=1933.9A

b.确定差动继电器的动作电流

1差动继电器的动作电流： ○

Idz.J.jb=Kjx×Idz.jb/nl=（3×1933.9）/（2400/5）=6.98A

2继电器的实际动作电流为： ○

Idz=（6.98/3 ）×（2400/5）=1934.4A c.灵敏度校验：

klm=

IdminIdz3?5635?=2.52 ?21934.4由以上计算可知 ，灵敏系数Klm > 2，可满足灵敏度要求。 2）复合电压闭锁过流保护

在变压器两侧均装设有复合电压启动的过流保护。 a.保护装置的动作电流

Idz.220 =Kk/Kf×Ieb.220 =1.2/0.85×1487.6=2100.1A Idz.18 =Kk/Kf×Ieb.18 =1.2/0.85×11320=15981.2A b.继电器的动作电流为

Idz.j.220 =Idz.220/nl=2100.1/（2400/5）=4.375A Idz.j.18 =Idz.18/nl=15981.2/（15000/5）=5.327A

c.负序电压继电器起动电压，按躲过正常运行的不平衡电压整定。

1一次侧整定电压 ○

Udz.220 =0.06Uav=0.06×230=13.8KV

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