300MW汽轮发电机组厂用电设计论文

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2×300MW汽轮发电机组厂用电设计

摘 要

本论文是对发电厂厂用电进行设计，主要运用发电厂电气部分，电力系统分析，电力系统继电保护等专业知识完成。具体设计内容包括厂用电接线设计，负荷分析计算，变压器选择，电动机自启动校验，继电保护设计，防雷设计等。在严格遵循发电厂电气部分的设计原则下，并结合实际情况确定了厂用电母线电压等级为6KV，利用换算系数法进行负荷分析计算，变压器选择低压分裂三绕组变压器，确定了合适的短路点进行短路电流计算，根据防雷保护要求确定避雷器，最后绘制了厂用电接线图。 关键词：发电厂，变压器，避雷器

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Design of Power Plant of 2×300MW Turbo Generator Factory

Abstract

The paper is designed towards the electricity power plant, using electrical power plants, power system analysis, power system protection and other expertise to complete. Specific design elements including electricity cable plant design, load analysis, the choice of transformers, motors start checking, relay protection design, lighting protection design and so on. The design follows strictly to the principles of the electrical power plants, combined with the actual situation, identifying the bus voltage electricity plant as 6 KV, using conversion factor method to calculate the load, choosing the low-voltage split three winding transformer, fixing the appropriate short-circuit point to calculate the short-circuit current,selecting the arrester according to the requirement of lighting protection, finally drawing the electric wiring diagram. Keyword: power plant, transformer, arrester

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目 录

前言................................................................1 第1章 厂用电电压等级确定及接线设计.................................2 1.1厂用电.......................................................2 1.2厂用电的电压等级确定.........................................2 1.3厂用电接线设计...............................................4 1.3.1对厂用电接线的要求......................................4 1.3.2厂用电接线的基本原则....................................4 1.3.3厂用电接线形式..........................................4 第2章 厂用电负荷计算及变压器的选择................................7 2.1厂用电负荷的分类.............................................7 2.2厂用电负荷的计算原则.......................................10 2.3厂用负荷的计算方法.........................................10 2.3.1换算系数法..................................................10 2.3.2电动机计算功率确定.....................................10 2.4厂用变压器的选择............................................14 2.4.1额定电压...............................................14 2.4.2厂用变压器的容量 ......................................14 第3章 厂用电动机的选择和自启动校验................................18 3.1厂用电动机的选择............................................18 3.2电动机自启动...............................................18 3.2.1电动机自启动分类.......................................18 3.2.2电动机自启动时厂用母线最低电压.........................19 3.2.3电动机自启动校验.......................................20 第4章 短路计算及电气设备选择....................................27 4.1短路概念及原因..............................................27 4.2短路后果....................................................27 4.3短路计算....................................................27 4.3.1短路计算基本假设.......................................27

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4.3.2短路计算的规定.........................................28 4.3.3短路电路计算的步骤.....................................28 4.4电气设备的选择和校验........................................29 4.4.1电气设备选择的要求和原则...............................29 4.4.2校验的原则及热稳定条件.................................30 4.4.3环境条件...............................................30 4.5电气设备的选择..............................................31 4.5.1断路器参数的选择.......................................31 4.5.2隔离开关参数的选择.....................................31 4.5.3电压互感器的选择.......................................32 第5章 继电保护总体方案和防雷保护.................................34 5.1主变压器保护规划............................................34 5.2变压器保护..................................................34 5.3母线保护....................................................35 5.4防雷保护设计................................................36 5.4.1雷电过电压的形式及危害性...............................36 5.4.2直击雷和感应雷保护.....................................36 5.4.3雷电波入侵保护.........................................36 5.4.4避雷器的选择...........................................37 结论..............................................................38 参考文献...........................................................39 致谢..............................................................40 附录..............................................................41

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前 言

厂用电是电厂生产过程中生产设备、附属设备、公用设备及办公照明等过程中的消耗用电。在现代电力市场改革背景下,电厂厂用电设计关系到电厂综合成本控制目标的实现,关系到电厂节能减排目标的实现。在现代社会发展过程中,家庭用电及工业用电量需求的增加,对电厂生产能力及生产成本提出了更高的要求。因此现代电厂技术改造及新建电厂的设计中,必须加快厂用电的设计与施工管理。

在现代科技快速发展的今天，居民日常用电及生产用电量日益提高。虽然我国加快了节能减排战略的实施，但是节能技术在家电及工业生产中的应用效果并不理想。针对现代电力能源需求现状，我国加快了电厂的投资与建设。为了满足电力市场竞价上网需求、满足电厂综合成本控制需求，现代电厂对厂用电的关注越来越高,通过厂用电控制，实现电厂综合生产成本控制目标。

电厂建设与技改过程中必须加强厂用电接线的设计与管理。针对厂用电需求及电厂结构布局对厂用电接线线路进行设计，满足线路损耗降低、满足辅机用电需求。作为影响电厂厂用电效率的重要因素,厂用电接线设计是减少厂用电线路损耗的关键,通过厂用电线路的科学设计能够有效减少电厂用电的线路损耗,降低电厂综合生产用电消耗,满足现代电力市场改革对电厂生产成本控制的需求。在注重线路设计时，厂用电技改部门还应根据厂用电负荷需求进行变压器的选择，根据电厂变压器运行环境及成本控制需求确定变压器形式，并针对各辅机用电需求以及电厂发展规划确定厂用变压器负荷。通过科学的厂用电接线设计及基本原则的遵循，保障电厂运行中厂用电的需求，促进电厂竞价上网战略目标的实现。

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第1章 厂用电电压等级确定及接线设计

1.1 厂用电

发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，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（如锅炉、汽轮机或水轮机、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、照明等用电设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。

发电厂在生产电能的过程中，一方面向系统输送电能，另一方面发电厂本身也在消耗电能。

厂用电的电量，大都由发电厂本身供给，且为重要负荷。其耗电量的高低与电厂类型、机械化和自动化程度、燃料种类及其燃烧方式、蒸汽参数等因素有关。厂用电系统的可靠性，对发电厂乃至整个电力系统的可靠运行都有直接的影响。任何情况下，厂用电都是最重要的负荷，必须能满足发电厂正常运行、事故处理和检修试验等的需求，尽量缩小厂用电系统发生故障时的影响范围，避免因此造成全厂停电事故。

厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。一般凝汽式火电厂厂用电率为5%~8%，热电厂为8%~10%，水电厂为0.5%~2%。

厂用电率是发电厂的一项重要经济指标。降低厂用电率即可降低发电成本，增大对系统的售电量，有着巨大的经济效益。

1.2 厂用电的电压等级确定

厂用电的电压等级是根据发电机的额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络的等因素，相互配合，经过技术经济综合比较确定的。为了简化厂用电接线，使运行维护方便，厂用电压等级不宜过多。在发电厂中，低压厂用电常采用380V，高压厂用电电压有3、6、10KV等。在满足技术要求的前提下优先采用电压较低的电动机，以获得较高的经济效益；大容量的电动机采用较低电压时往往并不经济，为了正确选择高压厂用电的电压等级，需进行技术经济论证。

(1)按发电机容量、电压确定高压厂用电压等级

①发电机组容量在60MW及以下，发电机电压为10.5KV，可采用3KV作为高压厂用电电压；发电机电压为6.3KV，可采用6KV作为高压厂用电电压。 ②当容量在100~300MW时，宜选用6KV作为高压厂用电压。

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③当容量在600MW以上时，经技术经济比较可采用6KV一级电压，也可采用3KV和10KV两级电压作为高压厂用电压。

(2)按厂用电动机容量、厂用电供电网络确定高压厂用电压等级

发电厂中拖动各种厂用机械设备的电动机，容量相差悬殊，从数千瓦到数千千瓦，而且和电动机的电压和容量有关。在满足技术要求的前提下，优先采用电压较低的电动机以获得较高的经济效益。这是因为高压电动机，制造容量大、绝缘等级高、磁路较长、尺寸较大、价格高、空载和负载损耗均较大，效率较低。但是，结合厂用电供电网络综合考虑，电压等级较高时，可选择截面较小的电缆或导线，不仅节省有色金属，还能降低供电网络的投资。

火力发电厂采用3KV、6KV和10KV作为高压厂用电压，其特点如下。 3KV电压供电的特点

①3KV电动机和6KV电动机约高1%~15%，价格约低20%；

②将100KW及以上的电动机接到3KV电压母线上，100KW以下的电动机一般采用380V，可使低压厂用变压器容量和台数减少；

③由于减少了380V电动机数量，使较大截面的电缆数量减少，从而减少了有色金属消耗量。

6KV电压供电的特点

①6KV电动机的功率可制造的较大，200KW以上的电动机采用6KV电压供电，以满足大容量负荷要求；

②6KV厂用电系统与3KV厂用电系统相比，不仅节省有色金属和费用，而且短路电路亦较小；

③发电机电压若为6KV时，可以省去高压厂用变压器，直接由发电机电压母线经电抗器供厂用电，以防止厂用电系统故障直接威胁主系统并限制其短路电流。

10kV电压供电的特点

①10kV电动机的功率可制造得更大一些，以满足大容量负荷，例如2000kW以上大容量电动机的要求；

②1000kW以上的电动机采用10kV电压供电，比较经济合理；

③适用于300MW以上大容量发电机组，但不能为单一的高压厂用电压，因为它不能满足全厂所有高压电动机的要求。

本设计2x300MW发电厂厂用电设计采用高压为6KV，低压为380/220V作为厂

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用电压。

1.3 厂用电接线设计 1.3.1 对厂用电接线的要求

(1)供电可靠，运行灵活。厂用负荷的供电除了正常情况下有可靠的工作电源外，还应保证异常或事故情况下有可靠的备用电源，并可实现自动切换。另外，由于厂用电系统负荷种类复杂、供电回路多，电压变化频繁，波动大，运行方式的变化多样，要求无论在正常、事故、检修以及机组启停情况下均能灵活地调整运行方式，可靠、不间断地实现厂用负荷的供电。

(2)各机组的厂用电系统应是独立的。

(3)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。

(4)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)电源能在短时间内投入。

(5)供电电源应尽量与电力系统保持紧密的联系。当机组无法取得正常的工作电源时，应尽量从电力系统取得备用电源，这样可以保证其与电气主接线形成一个整体，一旦机组故障时，以便从系统倒送厂用电。

(6)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置。

1.3.2 厂用电接线的基本原则

(1)厂用电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)接线应能灵活地适应正常、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，本机、炉的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单；

(4)设计时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，使厂用电接线具有可行性和先进性；

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

1.3.3 厂用电接线形式

发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线，并以成套配电装置接受和分

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配电能。因火电厂的厂用负荷大多集中在锅炉的辅助机械设备中，因此一般采用“按炉分段”的接线原则，将厂用高压母线按锅炉台数分成若干独立段。 厂用电各级电压母线均采用按锅炉分段接线方式，具有下列特点：

①若某一段母线发生故障，只影响其对应的一台锅炉的运行，使事故影响范围局限在一机一炉；

②厂用电系统发生短路时，短路电流较小，有利于电气设备的选择； ③将同一机炉的厂用电负荷接在同一段母线上，便于运行管理和安排检修。 随着发电机组容量的不断增大，汽轮机辅机的容量也越来越大，如射水泵、凝结水泵等设备都进入了高压厂用负荷的范畴。加之大容量机组都实行机、炉单元集中控制，所以“按锅炉分段”的原则，实际已是“按机组分段”了。

300MW汽轮发电机组高压厂用电系统有两种接线方案，如图1-1所示。图(a)所示方案1，不设6KV公用负荷母线，将全厂公用负荷（如输煤、除灰、化水等）分别接在各机组A、B段母线上；如图(b)所示方案2，单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用负荷母线段正常由启动备用变压器供电。

(a)方案1—不设公用负荷母线； (b)方案2—设置公用负荷母线；

图1-1 高压厂用电系统供电方案

如图(a)所示方案1的优点是公用负荷分接于不同机组变压器上，供电可靠性高、投资省，但也由于公用负荷分接于各机组工作母线上，机组工作母线清扫时，将影响公用负荷的备用。另外，由于公用负荷分接于两台机组的工作母线上，因此，在机组G1发电时，必须也安装好机组G2的6kV厂用配电装置，并由启动/备用变压器供电。

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如图(b)所示方案2的优点：公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。其缺点：由于公用负荷集中，并因启动/备用变压器要用工作变压器作备用（若无第二台启动/备用变压器作备用时），故工作变压器也要考虑在启动/备用变压器检修或故障时带公用负荷母线段运行。因此，启动/备用变压器和工作变压器均较方案1变压器分支的容量大，配电装置也增多，投资较大。 综合考虑，本设计采用方案1，不设6KV公用负荷母线。

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第2章 厂用电负荷计算及变压器的选择

厂用变压器的选择主要考虑高压厂用工作变压器和启动备用变压器的选择，其选择内容包括变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗、为了正确选择厂用变压器容量，首先应对主要设备的容量、数量及其运行方式有所了解，并予以分类和统计，最后确定厂用变压器的容量。

2.1 厂用电负荷的分类

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，其重要性可分为下列几类：

(1)Ⅰ类厂用负荷。凡是属于单元机组本身运行所必须的负荷，短时（手动切换恢复供电所需要的时间）停电会造成主辅设备损坏、危及人身安全、主机停运及出力下降的厂用负荷，都属于Ⅰ类负荷。如火电厂的给水泵、凝结水泵、循环水泵，引风机、送风机、给粉机等。通常它们都设有两套设备互为备用，分别接到两个独立电源的母线上，当一个电源断电后，另一个电源就立即自动投入。

(2)Ⅱ类厂用负荷。允许短时停电（几秒至几分钟），恢复送电后，不致造成生产紊乱，但较长时间停电有可能损坏设备或影响机组正常运转的厂用负荷，均属于Ⅱ类厂用负荷。此类负荷一般属于公用性质负荷，不需24h连续运行，而是间断运行。如输煤、除灰、疏水泵、化学水处理等。一般它们均应由两段母线供电，并采用手动切换。

(3)Ⅲ类厂用负荷。较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上不方便的厂用负荷，属于Ⅲ类厂用负荷。如修配车间、试验室、油处理室等负荷。通常一路电源供电。通常它们由一个电源供电，但在大型发电厂也常采用两路电源供电。

(4)0Ⅰ类负荷（不停电负荷）。随着发电机组容量的增大及自动化水平的不断提高，有些负荷对电源可靠性的要求越来越高，如机组的计算机控制系统就要求电源的停电时间不得超过5ms，否则就会造成数据遗失或生产设备失控，酿成严重后果。这类负荷由一般的电源自动切换系统已无法满足要求，所以专门采用由不停电电源（UPS)供电。

(5)0Ⅱ类负荷（直流保安负荷）。发电厂的继电保护和自动装置、信号设备、控制设备以及汽轮机和给水泵的直流润滑油泵等，是由直流系统供电的直流负荷，称为直流保安负荷。这类负荷要求由独立的、稳定的、可靠的蓄电池组或整理装置供电。

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(6)0Ⅲ类负荷（交流保安负荷）。在200MW及以上机组的大容量电厂中，自动化程度较高，要求在停机过程中及停机后的一段时间内仍必须保证供电，否则可能引起主要设备损坏、自动装置失灵或危机人身安全等严重事故的厂用负荷，称为交流保安负荷。交流不停电保安负荷，如电子计算机、热工保护、自动控制装置；允许短时间停电的交流保安负荷，如盘车电机，交流润滑油泵等。为满足交流保安负荷的供电要求，对大容量机组应设置交流保安电源。平时由交流厂用电供电，一旦失去厂用工作电源和备用电源时，交流保安电源应自动投入。通常，由柴油发电机组、燃轮机组或具有可靠的外部独立电源等作为交流保安电源。

火电厂的厂用电负荷包括全厂机、炉、电、燃运等的用电设备，涉及范围广、数量大，且随各厂机炉类型、容量、燃料种类、供水条件等而差异较大。例如：高温高压电厂比同容量的中温中压电厂的给水泵容量大；大容量机组的辅助设备比中、小型机组要多且功率大；开式循环冷却方式比闭式循环冷却方式的耗电量要小；各种燃料的发热量不同，需要的风量不同，风机容量也不同，同时除灰设备也不尽一样；若电厂采用汽动给水泵则可大大减小厂用变压器容量等。一般厂用变压器连接在厂用母线段上，而用电设备由母线引接。

为了正确选择厂用变压器容量，不但要统计变压器连接的分段母线上实际所接电动机的台数和容量，还要考虑它们是经常工作的还是备用的，是连续运行的还是断续运行的。为了计及这些不同的情况，选出既能满足负荷要求又不致容量过大的变压器，所以又提出按使用时间对负荷运行方式进行分类： 经常——每天都要使用的负荷（电动机）；

不经常——只在检修、事故或机炉启停期间使用的负荷（电动机）； 连续——每次连续运转2h以上的负荷； 短时——每次仅运转10~120min的负荷；

断续——每次使用从带负荷到空载或停止，反复周期性地工作，其每一周期不超过10min的负荷。

上述“经常”和“不经常”主要用来表征该类设备电动机的使用机会。而“连续”、“短时”和“断续”则用来区分该类设备每次使用时间的长短。

如表2-1列出了火电厂主要厂用电负荷。

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表2—1 列出火电厂主要厂用电负荷及其类别

分类 名称 引风机 送风机 锅炉负荷 排粉机 磨粉机 给煤机 给粉机 射水泵 汽轮机负荷 凝结水泵 循环水泵 给水泵 备用水泵 充电机 浮充电装置 空压气冷却风机 通信电源 盘车电动机 顶轴油泵 事故保安负荷 交流润滑油泵 浮充电装置 机炉自控电源 输煤皮带 输煤负荷 碎煤机 电气除尘器 灰浆泵 出灰负荷 碎渣机 电气除尘器 中央循环水泵 消防水泵 场外水工负荷 冷却塔通风机 Ⅱ 经常、连续 生活水泵 负荷类别 Ⅰ Ⅰ Ⅰ或Ⅱ Ⅰ或Ⅱ Ⅰ或Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅰ 保安 保安 保安 保安 保安 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅱ或Ⅲ 经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续 不经常、连续 不经常、连续 经常、连续 经常、短时 经常、连续 经常、连续 不经常、连续 不经常、短时 不经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续 不经常、短时 经常、短时 大于300MW机组时，化学水处理室负荷类别为Ⅰ 与工业水泵合用时生活水泵负荷类别为Ⅱ 用汽动给水泵就无给水泵项 经常、连接 用于送粉时为Ⅰ 无煤粉仓时为Ⅰ 无煤粉仓时为Ⅰ 运行方式 备注 电气及公共负荷 空压机 9

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2.2 厂用电负荷的计算原则

(1)经常连续运行的负荷应全部计入。如引风机、送风机、排粉机、循环水泵等用的电动机。

(2)连续而不经常运行的负荷亦应计入。如充电机、备用励磁机、事故备用油泵等用的电动机。

(3)经常而连续的负荷亦应计入。如疏水泵、空气压缩机等用的电动机。 (4)短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算。如行车、电焊等。但在选择变压器时，变压器容量应留有适当的裕度。

(5)由同一台变压器供电的互为备用的设备，只计算同时运行的台数。 (6)对于分裂变压器，其高低压绕组负荷应分别计算。

2.3 厂用负荷的计算方法 2.3.1 换算系数法

厂用电负荷的计算方法常采用换算系数法，可计算为

S??(KP) (2-1)

KK K?ML (2-2)

?cos?式中：S—厂用母线上的计算负荷(KV·A)， P—电动机的计算功率(KW)，K—换算系数，可取表2-2所列的数值，KM—同时系数，KL—负荷率， η—效率，cos?—功率因数。

表2-2 换算系数

机组容量 给水泵及循环水泵电动机 凝结水泵电动机 其它高压电动机及厂用低压变压器 其它低压电动机 ≤125 1.0 0.8 0.8 0.8 ≥200 1.0 1.0 0.85 0.7 2.3.2 电动机计算功率确定

电动机的计算功率P，应根据负荷的运行方式及特点确定。

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(1)对经常、连续运行的设备和连续而不经常运行的设备，即连续运行的电动机均应全部计入。按下式计算

P?PN (2-3) (2)对经常短时及经常断续运行的电动机应按下式计算

P?0.5PN (2-4) (3)对不经常短时及不经常断续运行的设备，一般可不与计算

P?0 (2-5) 这类负荷如行车、电焊机等。在选择变压器容量时由于留有裕度，同时亦考虑到变压器具有较大的过载能力，所以该类负荷可以不予计入。但是，若经电抗器供电时，

因电抗器一般为空气自然冷却，过载能力很小，这些设备的负荷应全部计算在内。

(4)对中央修配厂的用电负荷，通常按下式计算

P?0.14P??0.4P?5 (2-6)

式中：P?—全部电动机额定功率总和(KW)；P?5—其中最大5台电动机的额定功率之和(KW)。

(5)煤场机械负荷中，对大型机械应根据机械具体情况具体分析确定。对中小型机械，应按下式计算

P?0.35P??0.6P?3 (2-7) 翻斗机

P?0.22P??0.5P?5 (2-8) 轮斗机

P?0.13P??0.3P?5 (2-9)

式中：P?3—其中最大3台电动机的额定功率之和(KW)。

(6)对照明负荷计算式为

P?KdPi (2-10) 式中：Kd—需要系数，一般0.8~1.0 ；Pi—安装容量(KW)。 根据表2-1、2-2和2-3负荷运行方式及特点计算如下： 由公式S=?(KP) ⅠA段负荷

电动给水泵、循环水泵、凝结水泵：

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?PKW 1?5500?1250?315?7065 引风机、送风机、皮带机等等：

?P2?2240?1000?300?1360?2000?630?260?300?300?8390KW 厂用变压器高压绕组容量：

SH??P.5KW 1?0.85?P2?7065?0.85*8390?14196厂用变压器低压绕组计算负荷：

?S?1600?1250?1000?1000?4850KW

厂用变压器低压绕组负荷：

SL?0.85?S?0.85*4850?4122.5KW 同理可得： ⅠB段负荷

?PKW 1?2500?315?2815?P2?2240?1000?300?1360?2000?630?320?7850KW

SH??P.5KW 1?0.85?P2?2815?0.85*7850?9487?S?1600?1250?1000?1000?1000?1000?315?800?1000?315?9280KWSL?0.85?S?0.85*9280?7888KW ⅡA段负荷

?PKW 1?5550?1250?315?7065?P2?2240?1000?300?1360?2000?630?7530KW

SH??P.5KW 1?0.85?P2?7065?0.85*7350?13465?S?1600?1250?1000?3850KW

SL?0.85?S?0.85*3850?3272.5KW ⅡB段负荷

?PKW 1?2500?315?2815?P2?2240?1000?300?1360?2000?630?320?260?300?300?8710KWSH??P.5KW 1?0.85?P2?2815?0.85*8710?10218?S?11600?1250?1000?1000?1000?315?1000?315?7480KW

SL?0.85?S?0.85*7480?6358KW

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表2-3 6KV厂用负荷及高压变压器容量

设备名称 电动给水泵 循环水泵 凝结水泵 引风机 送风机 一次风机 排粉机 磨粉机 凝结水升压泵 主汽机调速水泵 碎煤机 喷射水泵 1号皮带机 4号皮带机 5500 1250 315 2240 1000 300 680 1000 630 350 320 260 300 300 额定 容量 (KW) 台数 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Ⅰ号厂用高压变压器 ⅠA段 容 量 (KW) 5500 1250 315 2 1000 300 1360 2000 630 260 300 300 1250 1600 1000 1000 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 ⅠB段 台 数 容 量(KW) 2500 315 2240 1000 300 1360 2000 630 260 300 300 1250 1600 1000 1000 1000 1000 315 800 1000 315

1250 1600 315 630 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1250 1600 1000 重复容量 (KW) 台 数 Ⅱ号厂用高压变压器 ⅡA段 容 量(KW) 5500 1250 315 2240 1000 300 1360 2000 630 2 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 320 260 300 300 1250 1600 1000 1000 1000 315 1000 315 台 数 ⅡB段 容 量(KW) 2500 315 2240 1000 300 1360 2000 630 630 315 重复 容量 （KW） 除尘变压器（KV·A） 1250 机炉变压器（KV·A） 1600 化水变压器（KV·A） 1000 公共变压器（KV·A） 1000 输煤变压器（KV·A） 1000 灰浆泵变压器（KV·A） 负压风机房变压器（KV·A） 污水变压器（KV·A） 修配变压器（KV·A） 315 800 1000 1000 水源地电源（KV·A） 1000 照明变压器（KV·A） 315 13

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2.4 厂用变压器的选择 2.4.1 额定电压

厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接出电压确定,变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致.

各种变压器的台数和型式

工作变压器的台数和型式与厂用高压母线的段数有关，而母线的段数又与厂用高压母线的电压等级有关。

当只有6kV或10kV一种电压等级时，一般分2 段；200MW以上机组可分4 段； 当10kV与3kV电压等级同时存在时，则分4 段（10kV2 段和3kV2 段）只有6kV或10kV一种电压等级时，高压厂用工作变压器可选用1台全容量的低压分裂绕组变压器，两个分裂支路分别供2 段母线；或选用2台50%容量的双绕组变压器，分别供2 段母线。当只有6kV或10kV一种电压等级时，一般分2 段；对于200MW以上机组可分4 段；

对于200MW以上机组，高压厂用工作变压器可选用2台低压分裂绕组变压器，分别供四段母线；当出现10kV和3kV两种电压等级时，高压厂用工作变压器可选用2台50%容量的三绕组变压器，分别供四段母线。

2.4.2 厂用变压器的容量

厂用变压器的容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率。因此，对厂用高压工作变压器的容量应按厂用电高压计算负荷的110%与厂用电低压计算负荷之和进行选择；而厂用低压工作变压器的容量应留有10%左右的裕度。

(1)厂用高压工作变压器容量 当为双绕组变压器时按下式选择容量

ST?1.1SH?SL (2-11)

式中：SH—厂用电高压计算负荷之和；SL—厂用电低压计算负荷之和。

当选用分裂绕组变压器时，其各绕组容量应满足 高压绕组

S1N??SC?Sr (2-12) 分裂绕组

S2N?SC (2-13)

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SC?1.1Sh?SL (2-14) 式中：A)；A)；S1N—厂用变压器高压绕组容量(KV·S2N—厂用变压器分裂绕组容量(KV·

SC—厂用变压器分裂绕组计算负荷(KV·A)；Sr—为分裂绕组两支重复计算负荷

(KV·A)。

(2)厂用高压备用变压器容量

厂用高压备用变压器或启动变压器应与最大一台厂用高压工作变压器的容量相同；厂用低压备用变压器的容量应于最大一台厂用低压工作变压器容量相同。

(3)厂用低压工作变压器容量 按下式选择厂用低压工作变压器容量

K?S?SL (2-15) 式中：S—厂用低压工作变压器容量(KV·A)；K?为变压器温度修正系数，一般对装于屋外或由屋外进风小间内的变压器，可去K?=1，但宜将小间进出风温差控制在10?C以内，对由住厂进风小间内的变压器，当温度变化较大时，随地区而异，应当考虑温度进行修正。

厂用变压器容量的选择，除了考虑所接负荷的因素外，还应考虑：①电动机自启动时的电压降；②变压器低压侧短路容量；③留有一定的备用裕度。

(4)厂用变压器的阻抗

变压器的阻抗是厂用工作变压器的一项重要指标。厂用工作变压器的阻抗要求比一般动力变压器的阻抗大，这是因为要限制变压器低压侧的短路容量，否则将影响到开关设备的选择，一般要求阻抗应大于10%；但是，阻抗过大又将影响厂用电动机的自启动。厂用工作变压器如果选用分裂绕组变压器，则能在一定程度上环节上诉矛盾，因为分裂绕组变压器在正常工作时具有较小阻抗，而分裂绕组出口短路时则具有较大的阻抗。

(5)变压器选择计算 ⅠA段

SH??P.5KW 1?0.85?P2?7065?0.85*8390?14196?S?1600?1250?1000?1000?4850KW

.5KW SL?0.85?S?0.85*4850?4122ⅠB段

SH??P1?0.85?P2?2815?0.85*7850?9487.5KW

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?S?1600?1250?1000?1000?1000?1000?315?800?1000?315?9280KWSL?0.85?S?0.85*9280?7888KW Ⅰ段重复容量负荷

?P1?315KW

?P2?630KW

SH??P.5KW 1?0.85?P2?315?0.85*630?850?S?1600?1250?2850KW

SL?0.85?S?0.85*2850?2422.5KW ⅠA段分裂绕组负荷

SC?1.1SH?SL?1.1*14196.5?4122.5?19738.6 KV·A ⅠB段分裂绕组负荷

SC?1.1SH?SL?1.1*9487.5?7888?18324 KV·A 重复分裂绕组负荷

SC?1.1SH?SL?1.1*850.5?2422.5?3358 KV·A 高压绕组负荷

?SC?Sr?19738.6?18324?3358?3470.64 KV·A

根据计算选择Ⅰ变压器：本设计选用三绕组低压分裂变压器，电压比为18/6-6KV,短路电压为UK(%)=15,容量比为40/25-25MV·A。 ⅡA段

SH??P.5KW 1?0.85?P2?7065?0.85*7350?13465?S?1600?1250?1000?3850KW

SL?0.85?S?0.85*3850?3272.5KW ⅡB段

SH??P.5KW 1?0.85?P2?2815?0.85*8710?10218?S?11600?1250?1000?1000?1000?315?1000?315?7840KW

SL?0.85?S?0.85*7840?6358KW Ⅱ段重复容量负荷

?P1?315KW

?P2?630KW

SH??P.5KW 1?0.85?P2?315?0.85*630?85016

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?S?1600?1250?2850KW

SL?0.85?S?0.85*2850?2422.5KW ⅡA段分裂绕组负荷

SC?1.1SH?SL?1.1*13465.5?3272.5?18084.5 KV·A ⅡB段分裂绕组负荷

SC?1.1SH?SL?1.1*10128.5?6358?17598 KV·A 重复分裂绕组负荷

SC?1.1SH?SL?1.1*850.5?2422.5?3358 KV·A 高压绕组负荷

?SC?Sr?18084.5?17598?3358?32324.5 KV·A

本设计选用三绕组低压分裂变压器，电压比为18/6-6KV,短路电压为UK(%)=15,容量比为40/25-25MV·A。

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第3章 厂用电动机的选择和自启动校验

3.1 厂用电动机的选择

(1)型式选择

厂用电动机一般都采用交流电动机。只有要求在很大范围内调节转速及当厂用交流电源消失后仍要求工作的设备才选择直流电动机。只有对反复、重载启动或需要小范围内调速的机械，如吊车、抓斗机等才选用线绕式电动机或同步电动机。对200MW以上机组的大容量辅机，为了提高运行的经济性可采用双速电动机。

厂用电动机的防护型式应与周围环境条件相适应，根据发电厂厂用设备安置地点可分别选用开启式、防护式、封闭式及防爆式等型式。 (2)容量选择

选择拖动厂用机械的电动机时，其电压应与供电网络电压相一致，电机的转速应符合被拖动设备的要求，电动机容量必须满足在额定电压和额定转速下大于满载工作的机械设备轴功率，并留有适当的储备。

3.2 电动机自启动

厂用电系统中运行的电动机，当突然断开电源或厂用电压降低时，电动机转速就会下降，甚至会停止运行，这一转速下降的过程称为惰行。若电动机失去电压以后，不与电源断开，在很短的时间（一般在0.5-1.5s）内，厂用电压又恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰行尚未结束，又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机的自启动。

若参加自启动的电动机数量多、容量大时，启动电流过大，可能会使厂用母线及厂用电网络电压下降，甚至引起电动机过热，将危及电动机的安全以及厂用电网络的稳定运行，因此必须进行电动机自启动校验。若经校验不能自启动时，应采取响应的措施。

3.2.1 电动机自启动分类

根据运行状态，自启动分为三类：

(1)失压自启动：运行中突然出现事故，厂用电压降低，当事故消除、电压恢复时形成的自启动。

(2)空载自启动：备用电源处于空载状态时，自动投入失去电源的工作母线的工

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作母线段时形成的自启动。

(3)带负荷自启动：备用电源已带一部分负荷，又自动投入失去电源的工作母线段时形成的自启动。

厂用工作电源一般仅考虑失压自启动，而厂用备用电源或启动电源则需考虑失压自启动、空载自启动及带负荷自启动等三种方式。

3.2.2 电动机自启动时厂用母线最低电压

为了叙述方便，假设异步电动机的转矩、额定转矩和最大转矩分别用M*e、M*eN和M*emax表示，电压、额定电压和临界电压用U*、U*N、和U*cr表示，机械负荷转矩

M*m表示，均为归算到基准值得标幺值。

异步电动机得转矩M*e与电压U*成正比。一般电动机在额定电压U*N下运行时，其最大转矩M*emax约为额定转矩M*eN的2倍，如图3-1随着电压下降，电动机转矩急剧下降。当电压下降到某一数值时，如下降到70%U*N，那么它的最大转矩M*emax相应的变为(0.7)2?2?1。若电动机已带有额定负载转矩，则此时剩余转矩变为负值，电动机受到制动开始惰行，最终可能停止运转。出现惰行的电动压称为临界电压U*cr，

这时电动机最大化转矩M*emax恰好等于机械负载转矩M*m，根据M*e?U*2关系可得

M*2crMemax?1

式中：M*emax—电动机在额定电压下的最大转矩标幺值；U*cr—临界电压标幺值。

图3-1 异步电动机转矩与电压、转速的关系

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由于异步电动机最大转矩M*emax为1.8-2.4，所以临界电压U*cr为0.64-0.75，即电压降低到额定值的64%-75%，电动机就开始惰行。为使厂用电系统稳定运行，规定电动机正常启动时，厂用母线电压的最低允许值为额定电压的80%；电动机端电压最低值为额定电压的70%。但是，自启动时，有成组电动机的启动，被拖动设备飞轮转矩GD2很大，具有惯性。当电压降低后，电磁转矩立即下降，而机械转速由于惯性造成的时延，在短时内几乎无大变化。为了保证厂用Ⅰ负荷自启动且考虑到机械的因数，规定厂用母线电压在电动机自起动时，应不低于表3-1所示的数值。

表3-1 电动机自启动要求厂用母线最低电压

名称 类型 高温高压电场 厂用高压母线 中压电厂 由低压母线单独供电电动机自启动 厂用低压母线 由低压母线和高压母线串接供电电动机自起动 60-7560 55 自启动电压为额定压的百分值（%） 65-70 注：对于厂用高压母线失压或空载自启动时取上线值，带负荷自启动时取下限值

3.2.3 电动机自启动校验

电动机自启动校验可分为电压校验和容量校验。而电压校验又分为两种情况；一是单台电动机自启动或成组电动机自启动母线电压校验；二是电动机经厂用高压变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验。 (1)电压校验

单台电动机自启动或成组电动机自启动母线电压校验。如图3-2(a)所示为一组电动机经厂用高压变压器自启动接线及等值电路。假设成组电动机在电压消失或下降后全部处于制动状态，当恢复供电后同时开始启动。如果忽略外电路所有元件的电阻，向高压厂用变压器供电的电源视为无穷大电源，即电源母线电压U*0?1。以变压器容量为基准值，各元件参数用标幺值表示，由图3-2(b)可得电压关系。

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(a)接线图 (b)等值电路图

图3-2厂用电动机自启动接线及等值电路

I*?U*0 (3-1)

x*t?x*m式中：I*—参加自启动电动机的启动电流标幺值总和；U*0—电源母线电压标幺值，一般采用经电抗器供厂用电是取1，采用无激磁调压变压器取1.05，采用有载调压变压器时取1.1；x*t—厂用电变压器或电抗器的电抗标幺值；x*m—参加自启动电动机的等值电抗标幺值。

电动机自启动开始瞬间，厂用高压母线U*1上的电压为

U*1?I*x*m (3-2)

将(3-1)带入(3-2)得

U*1?U*0x*m (3-3)

x*1?x*m1关系，式中K为该电动机K的启动电流数倍。如果自启动的电动机取一平均启动电流数倍Kav，则全部电动机经

对于一台静止得电动机，在启动瞬间的电抗有x*m?折算后的等值电抗标幺值可写为

x*m?S1?t (3-4) KavSm?式中：St为厂用变压器额定容量(KV·A)；Sm?为全部电动机总容量(KV·A)；Kav为电动机自启动电流平均倍数，对备用电源一般当快速切换时可取2.5，慢速切换时可取5。

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将(3-4)带入(3-3)，得到厂用电动机在启动开始瞬间厂用高压母线电压为

U*1?U*0x*mU*0 (3-5) ?x*t?x*m1?x*tS*m? 其中 S*m??KavPm? (3-6)

?Stco?s式中：Pm?为参加自启动的电动机功率(KW)；?cos?—电动机的效率和功率因数的乘积，一般取0.8。

(2)电动机串联自启动母线电压校验

电动机经厂用高压变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验。如图3-3表示厂用高、低压变压器串联，高、低压电动机同事自启动得等值电路。假设高压母线已带有负荷S0，自启动过程中S0继续运行。在这种情况下，对应的厂用高压母线电压U*1和厂用低压母线电压U*2分别进行校验。 ①厂用高压母线电压U*1的校验 由图3-3可知电压关系，得

U*0?U*1?I*t1xt1 (3-7) 式中：U*0—厂用高压变压器电源侧电压标幺值；U*1—厂用高压母线电压标幺值；

I*t1—自启动时通过厂用高压变压器得电流以常用高压变压器容量为基准的标幺值；xt1—厂用高压变压器电抗标幺值。

图3-3 厂用高、低压电动机同时自启动的等值电路图

电动机自启动时，通过厂用高压厂用变压器得电流I*t1为

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I*t1=I*0?I*1?I2 (3-8)

其中 I*1?U*1S?K1U*11 x*1St1S2 St1 I*2?K2U*2 I*0?K0U*1S0 St1 其中，K0、K1、K2分别为负荷支路0、1、2的电动机启动电流倍数。故通过高压厂用变压器的电流

I*t1?K1U*1SS1S?K2U*22?K0U*10 St1St1St1 因K2U*2中，即得

S2项所占比重很小，可以忽略，且K0?1，将I*t1带入电压关系式(3-7)St1U*0?U*1??K1S1?S0?x*t1U*1/St1

而 S1?P1

?co?s故 U*1?U*0U*0 (3-9) ?1?xt1S*HP1????Kx?1?co??*t1s?1??St1式中：S*H为厂用高压母线得合成负荷标幺值。

当厂用高压变压器采用分裂绕组变压器时，高压绕组额定容量为S1N,分裂绕组额定容量为S2N，即

K1 S*H?P1?S0SK1P1?co?s??0 (3-10)

S2N?S2Nco?sS2N23

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x*t1?1.1?UK?%?100?S2N S1N式中：x*t1—当厂用高压变压器采用采用分裂绕组变压器时，厂用高压变压器电抗标幺值。

②厂用低压母线电压U*2校验

同理，假设低压母线带有负荷S2,厂用低压变压器容量为St2，由电压关系可得

U*1?U*2?I*t2x*t2 (3-11) 又因

I*t2?K2S2U*2 St2S2?代入电压关系式，可得

U*2?P2

?cos?U*1U*1? (3-12)

P2K2?x*t21?xr2S*L?co?s1?St2 S*L?K2P2/??co?s?K2P2 (3-13) ?St2?St2co?sx*12?1.1?UK?%?

100式中：S*L—厂用低压变母线的合成负荷标幺值；x*t2—常用低压变压器电抗标幺值；

U*1—厂用高压母线电压标幺值；U*2—厂用电压母线电压标幺值；

对已求得常用母线电压U*1及U*2，应分别不低于电动机自动启动要求的厂用母线

本发电厂厂用电系统为6KV和0.38KV两级电压。厂用高压备用变压器为分裂绕组变压器，其高压绕组额定容量为40000 KV.A ,低压绕组额定容量为25000 KV·A，已高压绕组电抗为基准的半穿越电抗标幺值为19%，厂用高压变压器电源测母线电压标幺值U*0?1.1（有载调压）。厂用低压变压器额定容量为1000 KV·A，阻抗电压为

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电压最低值。

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10%。厂用高压备用变压器已带负载6200 KW，参加自启动电动机总容量为13363KW。厂用低压母线上参加自启动电动机电机容量为500KW。 计算电动机自启动校验如下：

①高压厂用母线电压校验。高压厂用母线的合成负荷标幺值可得

K1?P1?S05?13363?6200?cos?0.8S*H???3.59

S2N25000 厂用高压变压器电抗标幺值为

x*t1?1.1?UK?%?S2N19?25000??1.1??0.131 100S1N100?40000 高压厂用母线标幺值由得

U*1?U*0U*01.1???0.748?(0.65?0.70) 1?xt1S*H1?0.131?3.59??P1Kx???1?cos??*t1?1??St1满足要求。

②厂用低压母线电压校验。 厂用低压母线的合成负荷标幺值

S*L?K2P2/??cos??5?500/0.8??3.125

St21000 厂用低压变压器电抗标幺值为

x*t2?1.1?UK?%?10?1.1??0.11 100100 低压母线电抗标幺值

U*2??满足要求。

U*10.8??0.595?55%

1?xr2S*L1?0.11?3.125厂用高压母线电压校验和常用低压母线电压校验，均满足电动机自启动要求得厂用电母线电压最低值，可见本厂用高压备用变压器可以顺利的实现自投高、低压母线串接自启动。

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(3)电动机自起动允许容量校验

电动机自启动的电压校验和容量校验其实是一回事，电压校验是把电动机容 量

S*m?当作已知值，求厂用母线电压U*1；而容量校验是把厂用母线电压U*1作为已知值，

求允许自起动电动机容量Pm?可求得允许自起动电动机容量为

Pm?=

(U*0?U*1)?cos? St (3-14)

U*1x*tKav由式（3.7）可见，厂用变压器的电源电压U*0越高，厂用变压器容量St越大和短路阻抗x*1越小，厂用电动机效率?和功率因数cos?越高、自起动电流倍数Kav越小，自起动要求的厂用母线电压U*1越低时，允许自起动容量Pm?越大；反之，允许自起动容量Pm?越小。为了保证重要厂用机械的电动机顺利自起动，通常可采用以下措施： ①限制参加自起动电动机的数量。

②阻转矩为定值的重要设备的电动机不参加自起动。

③对重要的机械设备，选用具有高起动转矩和允许过载倍数较大的电动机。

④在不得已的情况下，另行选用较大容量的常用变压器，或在限制短路电流允许的情况下适当减小厂用变压器的阻抗值。

本设计中6kV高压厂用变压器的容量为40000 kV·A，Uk%=15，cos?=0.85

?=0.95，由表3-1可见，高温高压火电厂由高压厂用变压器使厂用电动机自起动时要

求的厂用母线电压最低值为U*1取0.65，高压厂用工作变压器一般为无励磁调压变压器，电源母线电压标幺值U*0取1.05，高压厂用工作变压器电抗标幺值取额定值的1.1倍。

由于备用电源采用慢速切换，取Kav=5。

x*t=1.1Uk%/100=0.165

Pm?=

(U*0?U*1)?cos? St=(1.05-0.65)*0.95*0.85*40000/(0.65*0.165*5)

U*1x*tKav =24093.24 kW

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第4章 短路计算及电气设备选择

4.1 短路概念及原因

短路是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接。 电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和故障状态。在火电厂厂用电系统的设计中，还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统危害最大的是短路故障。短路电流计算是电气主接线的比选，电气设备、载流导体的选择、继电保护装置和进行整定计算的基础。

电力设备绝缘损坏，引起绝缘损坏的原因有：各种形式的过电压（如雷击过电压或操作过电压）引起的绝缘子、绝缘套管表面闪络；绝缘材料恶化等原因引起绝缘介质击穿，此外恶劣的自然条件、鸟兽跨接裸露导体及运行人员的误操作等也会造成短路。

4.2 短路后果

短路故障发生后，由于网络总阻抗大为减小，将在系统中产生几倍甚至几十倍于正常工作电流的短路电流。强大的短路电流将造成严重的后果，主要有以下几方面： (1)强大的短路电流通过电气设备是发热急剧增加，短路持续时间较长时，足以使设备因过热而损坏甚至烧毁；

(2)巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏；

(3)短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或停转，造成产品报废甚至设备损坏；

(4)短路将引系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电。这是短路所导致的最严重后果；

(5)巨大的短路电流将在周围空气产生很强大电磁厂，尤其是不对称短路时，不平衡电流所产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。

4.3 短路计算

4.3.1 短路计算基本假设

(1)正常工作时，三相系统对称运行；

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(2)所有电源的电动势相位角相同；

(3)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化；

(4)不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

(5)元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响； (6)系统短路时是金属性短路。

4.3.2 短路计算的规定

(1)电力系统中所有电源均在额定负荷下运行； (2)短路发生在短路电流为最大值的瞬间； (3)所有电源的电动势相位角相同；

(4)所有接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式； (5)计算容量应考虑电力系统的远景发展规划； (6)应按最严重的情况进行校验； (7)应注意选择短路点。

4.3.3 短路电路计算的步骤

(1)计算各元件电抗标幺值，同一基准容量下；

(2)给系统制订等值网络图； (3)选择短路点；

(4)对网络进行化简，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值；

(5)计算短路容量，短路电流冲击值。 系统等值网络图如图4-1所示

图4-1 短路计算

变压器T=40MV.A，UK(%)?15

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发电机 UN=18KV，发电机次暂态电抗 Xd*=0.25

发电机次暂态电抗标幺值 XG*=O.25×100/(300÷0.85)=0.0708 取SB?100MV.A , UB?UAV 变压器电抗标幺值为

100XT*?0.15??0.375

40在网络6.3KV电压级的基准电流为

IB?1003?6.3?9.16KA

f点短路时

转移阻抗 X =0.375+0.0708=0.4458

计算电抗为：XJ = 0.4458×100/(300÷0.85)=1.57 根据汽轮发电机计算曲线数字表得I''?0.64

4.4 电气设备的选择和校验 4.4.1 电气设备选择的要求和原则

(1)应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展； (2)应按当地环境条件校核； (3)应力求技术先进和经济合理； (4)与整个工程的建设标准应协调一致； (5)同类设备应尽量减少品种；

(6)选用的新产品均应有可靠的试验数据，并经正式验定合格。在特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。

电压： Umax?Ug (4-1)

式中：Umax为电器允许最高工作电压，Ug 为最高运行电压。

电流： Ie?Ig (4-2)

式中：Ie为电器额定电流， Ig为持续工作电流。

由于变压器短路时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度比较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以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。

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4.4.2 校验的原则及热稳定条件

(1)校验的一般原则：

①电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定效验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流,若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。

②用熔断器保护的电器可不验算热稳定；当熔断器有限流作用时，可不演算动稳定；用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。 (2)短路的热稳定条件：

I2t?Qk (4-3)

22 Qk?I''2?10Itk/2?Itk?t/12 (4-4)

??式中：Qk 为短路电流产生的热效应 电动力稳定效验：

Ies?Ich (4-5)

式中：Ich 为短路冲击电流幅值，Ies 为电器允许通过的动稳定电流的幅值 (3)下列几种情况下可不效验热稳定或动稳定：

①用熔断器保护的电器，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； ③装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。

4.4.3 环境条件

(1)温度：按《交流高压电器在长期工作时的发热》（GB763-74）的规定，普通高压电器在环境最高温度为+400C时，允许按额定电流长期工作。当电器安装点的环境温度高于+400C（但不高于+600C）时，每增高10C，建议额定电流减少1.8%；当低于+400C时，每降低10C，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。本电厂地区夏季最高温度为380C，冬季最低温度为-250C摄氏度，年平均气温为100C，应选用普通高压电器。因此按环境温度最高时求得温度整定系数：

KW?1??40?38??0.5%?1.01

(2)日照：屋外高压电器在日照影响下将产生附加温升。但高压电器的发热实验是在避免阳光直射的条件下进行的。如果制造部门未能提出产品在日照下额定载流量下降的数据，在设计中可暂按电器额定电流的80%选择设备。日照整定系数： Kr?0.8

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(3)污染：根据资料显示，厂址附近无严重空气污染，可不考虑。 (4)海拔：本电厂地区海拔高度为700米，可选择普通高压电器。 (5)地震：本地区为五级地震区，故可不考虑防震。

4.5 电气设备的选择 4.5.1 断路器参数的选择

(1)按额定电压选择： UN?UNS (4-6)

(2)按额定电流选择： IN?Imax (4-7) (3)按开断电流选择： INbr?I''

(4-8)

(4)按额定关合电流选择： INcl?Ish (4-9) (5)热稳定效验： It?Is (6)动稳定效验： Ies?Ish

(4-10) (4-11)

4.5.2 隔离开关参数的选择

(1)按额定电压选择： UN?UNS (4-12)

(2)按额定电流选择： IN?Imax (4-13) (3)热稳定效验： It?Is (4-14) (4)动稳定效验： Ies?Ish (4-15) 断路器的形式选择，除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试的运行维护，并经技术经济比较后确定。

发电机的主保护按种类和形式选择：隔离开关的形式和种类的选择应根据配电装置的布置特点和使用条件等因素进行综合技术比较后确定。时间tpr1?0.05S

后备保护时间tpr2?3.9S

根据发电机回路、Imax及断路器安装在室内的要求，查表，可选SN10?10Ⅲ/3000少油断路器UNS

短路计算时间tk?tpr2?tin?ta?3.9?0.06?0.06?4.02S

根据短路计算电抗查短路电路计算曲线，并换算成有名值后，所得短路电流为

I''?0.64×9.16?5.86KA

I2.01?0.60×9.16?5.496KA I4.02?0.66×9.16?6.045KA

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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,即

QK?2I''2?10It2?I/2tKK125.862?10?5.4962?6.04522tK??4.02?130.53[?KA?·S]

12冲击电流 ish?1.852I''?15.33KA 那么，断路器和隔离开关的选择如表4-1所示

表4-1 断路器和隔离开关选择结果及数据比较

计算数据 SN10?10Ⅲ/3000型断路器 GN10?10T/3000型隔离开关 UNS 6.3KV I 5.86KA 2UN 10KV INbr 43.3KA 22UN 10KV ''（KA）· s It 7499（KA）·sQK 130.53 ish 15.33KA ies 130KA It2 13005（KA）·s 2 ies 85KA

4.5.3 电压互感器的选择

电压互感器的特点：容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数；二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。

参数的选择：

(1)电压互感器的准确级和容量

电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。

由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。

(2)按一次回路电压和二次回路电压选择：

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为了保证电压互感器的安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（0.8～1.2）UN1范围内变动，即应满足下列条件：

1.2UN1?UN3?0.8UN1 (4-16) 电压互感器二次绕组电压通常是供额定电压为100V的仪表和继电器的电压绕组使用。显然，单相式电压互感器单独使用，二次绕组电压为100V，而接线方式为三相式的电压互感器，其二次绕组电压为100/3，并可获得相间电压100V；当用于35KV及以下中性点不接地系统时电压互感器剩余电压绕组的电压为100/3V，110KV及以上的中性点接地系统时剩余电压绕组为100V。

(3)按接线方式选择

在满足二次电压和负荷要求的条件下，电压互感器应尽量采用简单接线。在需要检查和监视一次回路单相接地时，采用三个单相三绕组电压互感器。

三个单相三线圈电压互感器适用范围：

主二次绕组连接成星形以供电给测量表计、继电器以及绝缘检查电压表。对于要求相电压的测量表计，只有在系统中性点直接接地时才能接入。附加的二次绕组接成开口三角形，构成零序电压路过器供电给保护继电器和接地信号（绝缘检查）继电器。选择结果如表4-2

表4-2 电压互感器技术参数

额定变比（KV） 原绕组 6/3 副绕组 0.1/3 辅助绕组 0.1/3

安装地点 6KV侧 型 号 JDZJ—6

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第5章 继电保护总体方案和防雷保护

5.1 主变压器保护规划

电力变压器是电力系统中经常使用的重要电气设备，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件。因此，必须根据变压器容量和重要程序装设性能，动作可靠的保护。

变压器故障可分为油箱内部和油箱外部故障，油箱内部故障包括绕组相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路。油箱内部故障对变压器来说是非常危险的，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁心，而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果。变压器油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。

变压器的不正常运行状态有：变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷，风扇故障或漏油等原因引起的冷却能力下降等。这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘。变压器处于不正常运行状态时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。

现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但实际运行中仍有可能发生各种类型故障和异常运行。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的大小、电压变压器保护的配置原则。

变压器一般应装设以下保护：

(1)变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护 (2)纵差动保护 (3)后备保护

(4)中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护 (5)过负荷保护

5.2 变压器保护

本厂用电主变压器容量40MVA，高压备用变压器容量40MVA，结合变压容量，针

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对变压器的故障类型及其不正常运行状态，配置变压器继电保护。如表5-1所示。

表5-1 变压器保护配置

序号 保护的配置 规程要求 对于油箱内的各种故障以及由面的降低，0.8MVA及以上的油浸式变压器 对于绕组、套管及引出线上的故障，并列运行的变压器，容量为6.3MVA及以上厂用工作变压器，10MVA及以上厂用备用变压器 对于外部相间短路引起的变压器过电流，一般用于降压变压器。 1 瓦斯保护 2 纵差动保护 3 过流保护 4 零序电流保护 对于外部接地短路引起过电流 温度保护、油位保护、通风故障保护、冷却器故障保护等，反映相应的温度、油位、通风等故障。 5 开入量保护 5.3 母线保护

本厂总装机容量2×300MW，母线为6KV两个分段厂用母线，根据母线保护设置要求，应该设置母线保护。 (1)厂用母线保护应满足的要求

必须快速有选择地切除故障母线；应能可靠方便地适应母线运行方式的变化；接线尽量简化。母线保护的接线方式，对于中性点直接接地系统，为反映相间短路和单相接地断路，需采用三相式接线；对于中性点非直接接地系统只需反映相间短路，可采用两相式接线。母线保护大多采用差动保护原理构成，动作后跳开连接在该母线上的所有断路器。

(2)厂用母线保护的选择

根据以上母线保护要求，本厂采用微机型的完全电流差动母线保护。

即在母线所有连接元件中装设具有相同变比和特性的电流互感器，将他们的二次线圈同极性连接在一起，然后接入电流型差动继电器，此类保护要求电流互感器和电流继电器的内主抗要小，否则会造成外部故障时保护的误动作。

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5.4 防雷保护设计

5.4.1 雷电过电压的形式及危害性

雷电过电压的基本形式有直击雷、感应雷和入侵雷三种。

(1)直击雷。雷电直接对电气设备(含输电线路)或建筑物进行放电，称为直接雷击或宜击雷。直击雷过电压可引起数万安培的强大雷电流通过被击物体而人地，产生破坏性很大的热效应和机械效应，损坏设备，击毁建筑物，引起火灾，甚至造成人身伤亡。

(2)感应雷。雷电落在电气设备附近或雷云在电气设备上方移动时，通过静电感应或电磁感应在电气设备上呈现出数万乃至数十万伏的感应过电压，称作感应雷或间接雷击。

(3)入侵雷。当输电线路上遭受直击雷或感应雷产生的雷电被侵入发电厂或变电所，产生过电压击坏电气设备，称为雷电波侵入或入侵雷。由于雷电波侵人造成的雷害事故占全部雷害事故的一半以上，因此需采取特别措施。

5.4.2 直击雷和感应雷保护

(1)电压为110KV及以上的屋外配电装置，可将避雷针装在配电装置构架上。对于35KV-60KV配电装置中，为防止雷直击时引起的反击，一般采用独立避雷针进行保护。 (2)35KV-60KV屋外配电装置，如将保护线路的避雷线接在出线门型架上，需满足变压器6KV-60KV出口装设阀型避雷器的要求。

(3)在选择独立避雷针装设地点时，应尽量选择在照明塔上装避雷针。

(4)防止从线路侵入的雷电波过电压对电气设备的危害，一般采用避雷器、间隙、电容器和相应的进线进行保护。

5.4.3 雷电波入侵保护

(1)利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相配合的进线段保护。

(2)进线段保护：作用是使雷电不直接击在导线上，且利用进线段本身阻抗来限制雷电流幅值，利用导线的电晕衰耗来降低雷电波的陡度。 (3)变压器中性点保护设备的选择：

①原则：在单相接地情况下，保护变压器中性点的设备不应动作，即要求保护设备的操作放电电压下限应高于单相接地时变压器中性点上操作过电压。

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