2×600MW机组火力发电厂升压站初步设计

摘 要

火力发电厂是电力系统的重要组成部分，也直接影响整个电力系统的安全与运行。发电厂升压站系统的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。因此，发电厂升压站系统的设计是否合理，对保证连续供电乃至发电厂和电力系统的安全经济运行至关重要。

本设计结合国电哈密发电厂2×600MW超临界空冷机组工程的实际情况，主要阐述全论文说明了各种设备选择的最基本的要求和原则依据。 变压器的选择包括：发电厂主变压器、高压备用变压器及高压厂用变压器的台数、容量、型号等主要技术数据的确定；电气主接线主要介绍了电气主接线的重要性、设计依据、基本要求、各种接线形式的优缺点以及主接线的比较选择，并制定了适合本厂要求的主接线。短路电流计算是最重要的环节，本论文详细的介绍了短路电流计算的目的、假定条件、一般规定、元件参数的计算、以及各短路点的计算等知识；高压电气设备的选择包括母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、高压开关柜的选择原则和要求，并对这些设备进行校验和产品相关介绍。发电厂和变电所的防雷保护则主要针对避雷针和避雷器的设计。此外，在论文适当的位置还附加了图纸及表格以方便阅读、理解和应用。

通过对电气主接线的设计、厂用电的设计和计算、短路电流的计算、电气设备的选择和校验以及配电装置的设计，简要完成了2×600MW超临界空冷机组的电气升压站的初步设计。

关键词：火力发电厂；电气一次部分；短路电流；电气设备。

Abstract

Thermal power plant is an important part of the power system, and also affect the whole power system security and operation.The design of power plant auxiliary power system is an essential project in the electric power industry construction. Therefore,whether the design of power plant auxiliary power system is reasonable, is very important to ensure that load of plant supply electric power continuously, even the safe and economic operation of the Power Plant and the Power System.

This design is based on the actual situation of 2 * 600MW super air cooling units of hami power plant, and mainly expounds the basic requirements and principle of the selection of various equipment.. The selection of the transformer are as follows: the power of main transformer, high voltage stand-by transformer and high voltage plant determination of main technical data of the transformer units, capacity, model; the main electrical wiring mainly introduces the main electrical connection of the importance, design basis, basic requirements, various lines of the form of advantages and disadvantages and the comparison and selection of main wiring, and to develop the suitable for the factory main wiring. Short-circuit current calculation is the most important link, this paper detailed introduces the short-circuit current calculation, assumed conditions, general provisions, the component parameter calculation, and the short-circuit calculation of knowledge; selection of high voltage electrical equipment including bus, high voltage circuit breaker, isolating leave off, current transformer, voltage transformer, high voltage switch cabinet selection principles and requirements, and the equipment for verification and production are introduced in this paper. Lightning protection for power plant and substation is mainly for the design of lightning rod and arrest. In addition, the appropriate location of the paper is also attached to the drawings and forms to facilitate reading, understanding and application.

Through design and computation of the main electrical wiring and the auxiliary power system, short-circuit current computation, electrical equipment choice and verification as well as power distribution equipment, this article briefly completed 2×600MW super air-cooling units electrical partial designs． Key Words Power system，The short-current calculation，The Electrical equipment

choice，Bus，High voltage circuit breaker

目 录

摘 要 ................................................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................................ II 目 录 .............................................................................................................................................. III 1 主变压器的选择 ........................................................................................................................... 1

1.1 型式和结构的选择 ............................................................................................................ 1 1.2 绕组数与结构 .................................................................................................................... 1 1.3 绕组接线组别 ................................................................................................................... 1 1.4 调压方式 ........................................................................................................................... 2 1.5 冷却方法 ........................................................................................................................... 2 1.6 容量和台数的确定 ............................................................................................................ 2 1.7无功补偿装置的确定 ......................................................................................................... 3 2 2×600MW机组电气主接线设计 .................................................................................................. 5

2.1 电气主接线概述 ................................................................................................................ 5 2.2 600MW机组电气主接线基本接线形式 ........................................................................ 5 2.3 电气主接线形式的确定 .................................................................................................. 8 3 2×600MW机组厂用电设计 ..................................................................................................... 10

3.1 厂用电概述及设计原则 ................................................................................................ 10 3.2 厂用电的电压等级确定 ................................................................................................ 11 3.3 厂用电源及其引接方式 ................................................................................................ 11 3.4 厂用电接线设计 ............................................................................................................ 13 3.5 厂用负荷计算 .................................................................................................................. 14 3.6 厂用变压器的选择 ........................................................................................................ 15 4 最大持续工作电流及短路计算 ................................................................................................. 17

4.1 各回路最大持续工作电流 .............................................................................................. 17 4.2 短路电流计算的主要目的 .............................................................................................. 17 4.3 一般规定 .......................................................................................................................... 17 4.4 短路电流计算步骤 .......................................................................................................... 18 4.5 计算公式 .......................................................................................................................... 19 4.6 短路电流计算 .................................................................................................................. 21 5 电气设备和导体的选择 ............................................................................................................. 31

5.1 电气设备选择的一般原则 .............................................................................................. 31 5.2 500kV高压设备的选择 ................................................................................................... 32 5.3 10KV高压开关柜的选择 ................................................................................................ 35 5.4 裸导体的选择 .................................................................................................................. 36 5.5电气设备和导体的选择计算 ........................................................................................... 38 6 继电保护和自动装置配置 ......................................................................................................... 44

6.1 继电保护配置 .................................................................................................................. 44 2) 零序电流保护 ................................................................................................................... 46 5） 后备保护：复合电压过电流保护 ................................................................................. 48 6.2 自动装置配置 .................................................................................................................. 51 7 防雷保护设计 ............................................................................................................................. 52

7.1 雷害来源 .......................................................................................................................... 52

7.2 直击雷的防护 .................................................................................................................. 52 7.3 入浸雷的防护 .................................................................................................................. 53 7.4 防雷接地 .......................................................................................................................... 54 7.5防雷保护设计计算 ........................................................................................................... 54 总 结 ............................................................................................................................................ 57 致 谢 ............................................................................................................................................ 58 参考文献......................................................................................................................................... 59 附 录 ............................................................................................................................................ 60

1 主变压器的选择 1 主变压器的选择

1.1 型式和结构的选择

主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。由于大型变压器随着容量的增大，尺寸和重量也增大。所以当发电厂与系统连接的电压等级为500kV时， 600MW机组单元连接的主变压器综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，可采用单相组成的三相变压器。

采用单相变压器时,由于备用单相变压器一次性投资大,利用率不高,故应综合考虑系统要求、设备质量以及按变压器故障率引起的停电损失费用等因素，确定是否装设备用单相变压器。若确需装设，可按地区（运输条件允许）或同一电厂2～3组的单相变压器（容量、变比与阻抗均相同），合设一台备用单相变压器考虑。

1.2 绕组数与结构

电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。

容量为200MW以上大机组都采用与双绕组变压器成单元接线，而不于三绕组变压器组成单元接线。这是由于机组容量大，其额定电流及短路电流都很大，发电机出口断路器制造困难，价格昂贵，且对供电可靠性要求较高，所以，一般在发电机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线，而封闭母线回路中一般不装高断路器和隔离开关。

1.3 绕组接线组别

变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。而在发电厂中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，主变压器接线组别一般都选用YN，d11常规接线。

全星形接线变压器用于中性点不接地系统时，3次谐波无通路，将引起正弦波电压畸变，并对通信设备发生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。在我国，全星形接线变压器均为自耦变压器，电压变比多为220/110/35、330/220/35、330/110/35、500/220/110kV，由于500、330、220、110kV均系中性

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新疆工程学院毕业设计 点直接接地系统，系统的零序阻抗较小，所以自耦变压器设置三角形绕组用以对线路3次谐波的分流作用已显得不十分必要。

1.4 调压方式

调压是通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压的调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达，但结构复杂、价格昂贵。

1.5 冷却方法

电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却，在发电厂水源充足的情况下，为压缩占地面积，也可采用强迫油循环水冷却。强迫油循环水冷却的散热效率高，节省材料，减小变压器本体尺寸，但要一套水冷却系统和有关附件，在冷却器中，油与水不是直接接触，在设计时和运行中，以防止万一产生泄漏时，水不至于进入变压器内，严重地影响油的绝缘性能，故对冷却器的密封性能要求较高。

1.6 容量和台数的确定

主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出，这在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦的变电设备投资。为此，必须合理地选择变压器。

对单元接线的变压器,其容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有的裕度来确定，即

式中： SB为变压器的计算容量KVA； PN 为发电机的额定功率KW； K 为发电机的厂用电率，一般取 8%；cos? 为发电机的功率因数，一般取 0.85。

(1?KP)? 1N变压器的容量： S B . 1 ? Pcos? （1.1）

SB=1.1×（1-0.08）/0.85×600×1000=714353KV.A

由于本工程采用发电机变压器单元接线，主变压器容量一般按变电所建成后

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主变压器的选择 5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。根据DL5000—2000《火力发电厂设计技术规定》：“主变压器的容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷后留有10%的裕度选择

参见《GBT_6451-2008_三相油浸式电力变压器技术参数和要求》规定，主变压器容量选择720MVA可以满足要求。考虑到运输条件的限制主变压器选用三相双绕组强迫油循环风冷铜线圈720MVA无励磁调压电力变压器，电压变比550±2×2.5%/22kV，连接组标号：YN，d11,空载损耗360kW，负载损耗1620kW，空载电流0.15%，阻抗电压16%。主变压器SFP10-720000/500主要技术参数如

表1-1 主变压器主要技术参数 型号：SFP10-720000/500 额定容量：720MW.A 高压：550±2×2.5%kV 阻抗电压：41.25KV 负载损耗：1620kW 连接组标号: YN，d11 低压：20kV 空载损耗：360kW 空载电流：0.15%KA 1.7无功补偿装置的确定

提高自然因数的方法：

1). 恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。 2). 对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法（或自动转换）。

3). 避免电机或设备空载运行。

4). 合理配置变压器，恰当地选择其容量。

5). 调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。 6). 改善配电线路布局，避免曲折迂回等。 人工补偿法：

实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补尝无功，即：在感性负载上并联电容器。一下为理论解释：

在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。

在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90o，而纯电容的电流则超前于电压90o，电容中的电流与电感中的电流相差180o，能相互抵消。

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新疆工程学院毕业设计 电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。

并联电容器的补偿方法又可分为：

1.个别补偿。即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。 适合用于低压网络，优点是补尝效果好，缺点是电容器利用率低。

2.分组补偿。即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。

优点是电容器利用率较高且补尝效果也较理想（比较折中）。

3.集中补偿。即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线 上。在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。

优点:是电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。缺点:不能减少用户内部配电网络的无功负荷。发电厂的功率因数一般为0.85～0.89，要达到0.93～0.95的功率因数，需要无功功率补偿。现已0.93为例； 无功补偿前的功率因数；

cos?1?P1?S1P122P1?Q1

cos?1?600?0.8995667 （1.2）

无功补偿后的功率因数

cos?2?P1?S2P1P?(Q1?Q2)2126002?（291.3572?Q2）?(

6002)0.93 （1.3）

?1?tan?2) （1.4） 1(tan无功补偿容量；Q2?PQ2?54.22Mvar 4

2 2*600MW机组电气主接线设计

2 2×600MW机组电气主接线设计

2.1 电气主接线概述

将高压电气设备（包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、线路等）的图形用单线绘制成的接线图，称为电气主接线。电气主接线方式的选择，是为满足功率传输要求，对安全性、经济性、可靠性、灵活性的输送电能起着决定性作用。

对一个装有600MW机组的电厂而言，电气主接线在电厂设计时就已经根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位、供电负荷的距离等，以及保证输、供电可靠性、运行灵活性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，并经综合比较后确定。

2.2 600MW机组电气主接线基本接线形式

本节主要介绍装有大容量（600MW及以上）汽轮发电机组的发电厂有关的基本主接线形式。

一、 双母线接线 1．一般双母线接线

如图2-1所示，它具有两组母线：工作母线Ⅰ和备用母线Ⅱ。每回进出线均经一组断路器和两组母线隔离开关分别接至两组母线，两组母线间通过母线联络断路器QFc相连。有两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大为提高，其特点如下：

（1）检修任意一组母线时，不会停止对用户的连续供电。例如，检修母线Ⅰ时，可把全部电源和复合线路切换到母线Ⅱ上。

（2）运行调度灵活，通过倒换操作可以实现不同形式的运行

方式。当母联断路器QFc闭合，进出线适当地分配在两组母线上，形成双母线同时运行的状态（相当于单母线分段的运行方式）。有时为了系统的需要，亦可

图2-1 一般双母线接线 ⅡⅠQFc 5

新疆工程学院毕业设计 将母联断路器断开（处于热备用状态），两组母线同时运行。这时该电厂相当于分裂成两个电厂各自向系统送电。显然，两组母线同时运行的供电可靠性比只有一组母线运行时高。

2．双母线带旁路母线接线

一般双母线接线的主要缺点是，检修线路断路器会造成该回路停电。为了检修线路断路器时不致造成停电，可采用带旁路母线的双母线（应该注意的是旁路母线只为检修断路器时不中断供电而设，它不能代替汇流母线），如图2-2所示。在每一回路的线路侧装设一组隔离开关（旁路隔离开关）QS，接到旁路母线Ⅲ上，而旁路母线再经旁路断路器和旁路隔离开关接到两组母线上。图2-2中设有专

图2-2 双母线带旁母接线 ⅡⅠQFcⅢQSQF用的旁路断路器QF，要检修某一线路的断路器时，基本操作步骤：先合旁路断路器两侧的隔离开关（母线侧合上一个），再合上旁路断路器QF对旁路母线进行充电与检查；若旁路母线正常，则待检修的断路器回路上的旁路隔离开关两侧已经等电位，可以合上该旁路隔离开关；此后可断开带检修短路器及其两侧的隔离开关，对断路器进行检修。此时已通过旁路断路器、旁路母线及有关旁路隔离开关想起供电。

3．双母线分段接线

双母线接线难以满足大型电厂和变电所对主接线可靠性的要求：不分段的双母线接线在母联断路器故障或一组母线检修，另一组运行母线故障时，有可能造成严重的或全厂（所）停电事故。

如图2-3为双母线分段接线。用分段断路器QF3

图2-3 双母线分段接线 QF1ⅡⅠAⅠBQF2QF3 6

2 2*600MW机组电气主接线设计 把工作母线Ⅰ分段，每段分别用母联断路器QF1和QF2与备用母线Ⅱ相连。这种接线比一般的双母线接线具有更高的供电可靠性与灵活性。但由于断路器较多，投资较大，一般在进出线路较多（如多于8回线路）时可能用这种接线。

以上三种双母线接线方式具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点，在国内大中型电厂和变电所广泛采用。但是这种接线所用设备多，在运行中隔离开关作为操作电器，交易发生误操作。特别是当母线系统发生故障时，需要短时间内切除较多电源和线路，这对于特别重要的大型发电厂变电所是不容许的。

二、3/2断路器接线

如图2-4所示，在上Ⅰ和下Ⅱ两组母线之间有3个断路器构成一串，给2个元件（出线或电源）使用，每个元件占用3/2断路器。称为3/2断路器接线，又称3/2接线。

正常运行时，两组母线和同一串的三个断路器都投入运行，称为完整串运行，形形成多环路状供电，具有很高的可靠性。

其主要特点是，任一组母线故障或检修时，只断开与此母线相连的所有断路器，所有回路都不会停电。 任一断路器检修时，所有回路都不会停电(每个回路都经过两台断路器供电)。甚至在一组母线检修另一组母线故障或两组母线同时故障的极端情况下，也不中断供电。一串中任何一台断路器退出或检修时，这种运

图2-4 3/2接线 行方式称为不完全串运行，此此时任然不影响任何元件的运行。这种接线运行方便、操作简单，隔离开关

只在检修时作为隔离电器用。

在装设600MW机组的大容量电厂中，广泛采用3/2断路器接线。在电厂一期工程中，一般机组和出现数较少。如本期2×600MW工程，只有两台发电机和两回出线（一回送至霍州500kV变电所，一回备用），构成只有两串的3/2断路器接线。在此情况下，电源（进线）和出线的接入点可采用两种方式：一种是交叉接线，如图2-5（a）所示，将两个同名元件（电源或出线）分别布置在不同

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新疆工程学院毕业设计 串上，并且分别靠近不同母线接入，即电源（变压器）和出线相互交叉配置；另一种是非交叉接线，如图2-5（b）所示，它也将同名元件（电源或出线）分别布置在不同串上，但所有同名元件都靠近同一母线一侧（进线都靠近一组母线，出线都靠近一组母线）。

通过分析可知：3/2交叉接线比3/2非交叉接线具有更高的运行可靠性，可以减少特殊运行方式下事故扩大。例如，一串中的联络断路器（设502）在检修或停用，当另一串的联络断路器发生异常跳闸或事故跳闸（出线L2故障或进线T2回路故障）时，对非交叉接线将造成切除两个

电源，相应的两台发电机甩负荷至零，电厂与系统完全解列；而对交叉接线而言，至少还有一个电源（发电机—变压器）可向系统送电，L2故障时T2向L1送电，T2故障时T1向L2送电，仅是联络断路器505异常跳开时也不破坏两台发电机向系统送电。

应当指出，当3/2接线的串数多于两串时，由于线路本身构成的闭环回路不止一个，一个串中的联络断路器检修或停用时，任然还有闭环回路，因此不存在交叉接线的优点。

图2-5 3/2交叉接线 3/2非交叉接线 501502503504505L1L2ⅠL1L2Ⅰ501502503Ⅱ504505506506Ⅱ2.3 电气主接线形式的确定

本期工程2×600MW超临界空冷凝汽机组以500kV一级电压接入系统，电厂出线1回，接入郑州500kV变电站。500kV系统采用一般双母线接线。

考虑到电厂长期运行，本期工程电气采用联合单元接线，主变侧设有断路器，可避免一台机组检修和投运时影响另一台机组的正常运行；结合系统总体规划及本工程近期规划情况，从确保系统可靠性、减少运行维护工作量、降低工程造价等方面考虑，本工程发电机与主变之间的连接采用全连式分相封闭母线。发电机与主变压器之间不装设断路器，只设可拆连接片，以供检修和调试使用。（发电机出口不装设断路器，其理由是，大电流大容量断路器投资较大，而且发电机出

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2 2*600MW机组电气主接线设计 口到主变压器和厂用工作母线采用全连式分相封闭母线后，此段线路范围内，相间短路故障的可能性亦已降低。）此方案接线简单、投资低、布置简单。

高压厂用变压器和励磁变压器由发电机与主变低压侧之间引接。

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新疆工程学院毕业设计 3 2×600MW机组厂用电设计

3.1 厂用电概述及设计原则

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

厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济和满足发电运行。

现代大容量火力发电厂要求其生产过程是自动化和采用计算机控制的，为了实现这一要求 ，就需要许多厂用机械和自动化监控设备（如锅炉 汽轮机 发电机)和辅助设备服务，而绝大多数机械采用电动拖动，因此，需要向这些电动机 自动化监控设备和计算机供电，这种供电系统称为厂用电系统。

厂用电系统设置有完备的监视仪表、控制系统、保护连锁及自动装置等。 厂用电源的可靠性是决定整个电厂安全运行的关键，因此厂用电源系统在设计上应满足以下基本要求：

(1)系统应安全可靠

厂用电源系统的接线方式和电源容量应能适应正常供况、事故异

常和检修状态等各种工况的供电要求，同时还应考虑到机组启停过程中的供电，并方便电源的切换操作。一般各机组的厂用电系统应尽可能相互独立，当某一台机组的厂用电源系统故障或其相关设备故障时，只会影响到该机组的运行，而不致影响到其他机组的正常运行，同时能在短时间内将本机组恢复运行。对公用负荷的供电方式要合理布置，使发生事故时影响范围最小。

(2) 系统接线简明、运行灵活

厂用电源系统分期建设和现场施工中厂用电系统的扩建方便和可靠切换运行，应结合远景规划，统一安排，便于过渡，尽可能减少改变接线和变换设备。同时要与电气主接线的方式相结合来考虑，尤其是在备用电源引线时。

(3)符合经济性要求

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3 2×600MW机组厂用电设计 在满足可靠性的同时，还应注意厂用电源系统的经济性，压宿投资，降低运行费用。

3.2 厂用电的电压等级确定

600MW机组厂用电电压的选取，与很多因素有关，如厂用电接线方式，短路电流水平，母线电压水平，设备制造水平等。

对600MW机组的厂用电，根据国内以往若干电厂的设置情况，可分为以下两种：

方案一：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。

方案二：厂用电采用10kV、3kV和380V三个电压等级。配电原则是：2000kW及以上的电动机采用10kV电压供电，200—2000kW的电动机采用3kV电压供电，200kW以下的电动机采用380V电压供电。

方案已采用一个6kV等级的厂用高压，而方案二采用了10kV和3kV两个等级的厂用高压。原则上，前者可使厂用电系统简化、设备减少，但是许多2000kW以上的大容量电动机接在6kV母线上，也会带来设备选择和运行方面的问题，如9000kW电动给水泵的启动就要考虑许多因素。600MW机组厂用电压等级采用哪一种方案，在设计时都要经过诸多因素的综合比较后予以确定

由于本期工程厂用负荷较大，高压电机数量较多，厂用高压母线短路故障时，电动机的反馈电流大，在此种情况下，考虑到国内电机产品10kV系列中、小容量电动机生产、制造不存在问题。其余配电设备，因为10kV是我国标准配电电压等级，10kV开关柜、变压器、电缆，因此本工程选用10kV一级电压。

3.3 厂用电源及其引接方式

发电厂的厂用电源必须供电可靠，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，还应设置启动/备用电源和事故保安电源。下面简绍本工程600MW机组的厂用电源引接方式。 1 厂用工作电源及其引接

对于大容量机组，各台机组的厂用工作电源必须是独立的，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。

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新疆工程学院毕业设计 本工程600MW机组采用发电机—变压器组电源接线，并采用全连式分相封闭母线。主变压器侧设有断路器，可避免一台机组检修和投运时影响另一台机组的正常运行。机组厂用电源从发电机G到主变压器T之间的全连式分相封闭母线引接，即从发电机出口经高压厂用变压器将发电机出口22kV电压降到所需的10kV厂用高压。600MW机组的厂用分支上不装设断路器，主要原因是：开断电流很大，断路器难以选择，而且发电机出口到主变压器和厂用工作母线采用全连式分相封闭母线后，此段线路范围内，相间短路故障的可能性亦已降低。也不装设隔离开关，只设置可拆连接片，以供检修和调试用。此方案接线简单、投资低、布置简单。

低压380V厂用工作电源，由10kV高压厂用工作母线通过低压厂用工作变压器引接。

2 启动/备用电源及其引接

备用电源用于因工作电源事故或检修时带提工作电源，起到后备作用。备用电源应具有独立性和足够的容量，最好能与电力系统紧密联系，在全长停电的情况下任然能从系统获得厂用电源。

启动电源一般是指机组在启动或停运过程中，工作电源不可能供电的情况下为该机组的厂用负荷提供电源。

本工程2台600MW机组启动、备用厂用电源和其它机组一样，采用采用启动电源兼做备用电源的方式设置，启动/备用电源可由用现有的霍州寺庄220kV变电所引接。

对于380V低压厂用备用电源，与低压工作电源的引接方法类似，也从高压厂用母线经低压变压器引接，但低压工作电源与备用电源取至不同的厂用高压母线分段上。

3 事故保安电源及其引接

对于大容量发电机组，当厂用工作电源和备用电源都消失时，为确保能安全停机，应该设置事故保安电源。通常采用的事故保安电源有蓄电池组、柴油发电机、外接电源。本工程每台机组设置一套380V、三相、50Hz柴油发电机组作为机组的事故保安电源。柴油发电机组连接到保安电动机控制中心。当失去厂用电源时，柴油发电机组能在1015s之内快速启动，向保安负荷供电。

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3 2×600MW机组厂用电设计 3.4 厂用电接线设计

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的影响。厂用电的接线应保证厂用供电的连续性，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。 1 10kV高压厂用母线接线设计

本工程2台600MW超临界空冷机组10kV高压厂用母线的接线形式：单母线分段接线，且按炉分段（将厂用母线按锅炉台数分成若干独立段，凡属同一台锅炉的厂用负荷均接在同一段母线上，与锅炉同组的汽轮机的厂用负荷也接在该段上，而该段母线由其对应的发电机组供电）。

图3-1 10kv高压厂用电接线图

因此，每台机组设置A、B两段10kV母线，由双分裂厂用变压器供电，锅炉、汽机的双套辅机由A、B段母线供电。全厂公用负荷分摊到A、B两段母线。10kV高压工作母线向全厂低压厂用变压器和大于、等于200kW的电动机供电。

如图3-1所示，每台机组设置一台分裂绕组高压厂用变压器，容量为45MVA；两台机组设置1台起动/备用变压器，容量为65/45-45MVA。每台机组共2段10kV工作母线。该方案的优点是：接线简单清晰，共箱封闭母线布置方便，占地面积最小，最适应现场场地条件。 .2 380/220V低压厂用电系统接线设计

本工程低压厂用电系统采用380/220V中性点直接接地系统，PC-MCC供电方式。PC-MCC的设置原则为：成对的两台低压厂用变压器低压侧设立两段PC母线，用断路器分段。正常工作时，断路器打开，不设置自动切换。但允许短时合上断路器，以便正常检修时转移负荷。在负荷中心设立MCC母线，向就近负

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新疆工程学院毕业设计 荷供电，其电源由相应PC引接两路，一路工作，一路备用，采用手动或自动切换方式。

动力中心PC主要供电给下列负荷：大于等于75kW，小于200kW的电动机；大于等于100kVA静态负荷。

电动机控制中心MCC主要供电给下列负荷：75kW以下的电动机和小于100kVA的静态负荷由电动机控制中心供电。

成对的低压电动机分别由对应的动力中心和电动机控制中心供电。 主厂房内每台机、炉的两台低压厂用工作变压器互为备用，两台公用变压器互为备用。每台机组设1台容量为500kVA检修变压器和1台容量为500kVA照明变压器。两台机组的检修变压器、照明变压器互为备用。厂区内其它厂用变压器根据分片集中供电的原则设置。所有低压变压器接线组别为D，yn11，型式为干式。

3.5 厂用负荷计算

大型火电厂厂用负荷可达上千台，主要分布于汽水系统、循环水和供水系统、开式和闭式冷却水系统、润滑油系统、制粉系统、燃烧系统、输煤系统、燃油或点火油系统、水预处理和化学水系统、除灰系统、控制系统及电气、修配、暖通等公用负荷。厂用负荷按其在生产过程中的重要性可划分为：

1）Ⅰ类负荷：如火力发电厂送、引风机、给粉机、给水泵、凝结水泵、循环水泵等。通常它们都设有两套或多套相同设备。如：①2×100%表示有两套相同的辅助设备，每一套辅助设备运行就能使主机带满负荷；正常运行时，一套运行，另一套备用或检修，可以相互连锁切换，如凝结水泵、工业水泵、疏水泵等。②2×50%表示有两套相同的辅助设备，每一套辅助设备运行就能使主机带50%负荷；正常运行时，两套同时运行，没有备用，其中一套因故障停运时，则主机降低出力到50%，如引风机、送风机、二次风机等。③3×50%表示有三套相同的辅助设备，每一套辅助设备运行就能使主机带50%负荷；正常运行时，两套同时运行，另一套备用或检修，可以相互连锁切换；其中一套因故障停运时，不影响主机的出力，如真空泵、电动给水泵。

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3 2×600MW机组厂用电设计 2）Ⅱ类负荷：允许短时间停电，但如果停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产，如钢球磨煤机、碎煤机等。Ⅱ类负荷与Ⅰ类负荷的供电方式基本相同，所不同的仅是备用电源不用自动投入，而用手动投入即可。

3）Ⅲ类负荷：一般与生产工艺过程无直接关系，即便较长时间停电，也不会直接影响到正常运行，如油处理设施及中央修配厂等负荷，这类负荷允许只有一个电源，在有条件情况下也设有备用电源，但没有备用设备。

表3-1火力发电厂主要厂用电负荷及其分类表

分 类 锅 炉 负 荷 二次风机 空气预热器 炉水循环泵 磨煤机 给煤机 排粉机 给粉机 Ⅰ类 Ⅰ类 Ⅰ类 Ⅰ类、Ⅱ类 Ⅰ类、Ⅱ类 Ⅰ类、Ⅱ类 Ⅰ类、Ⅱ类 经常、连续 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 储库式制粉系统为Ⅱ类 储库式制粉系统为Ⅱ类 储库式制粉系统为Ⅱ类 储库式制粉系统为Ⅱ类 名称 引风机 送风机 负荷类别 Ⅰ类 Ⅰ类 运行方式 经常、连续 经常、连续 备 注

1 厂用负荷的计算方法

厂用负荷的计算常采用“换算系数法”： S——厂用分段母线上的计算负荷，kVA P——电动机的计算功率kW； K——换算系数（具体取值参见下表）

表3-2换算系数

机组容量（MW） 给水泵及循环水泵电动机 凝结水泵电动机 ≤125 1.0 0.8 ≥200 1.0 1.0 机组容量（MW） 其它高压电动机 其它低压电动机 ≤125 0.8 0.8 ≥200 0.85 0.7 3.6 厂用变压器的选择

1 变压器选择的基本原则和应考虑的因素

（1）变压器、原副边额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应。

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新疆工程学院毕业设计 （2）连接组别的选择，应使同一电压等级（高压或低压）的厂用工作、备用变压器输出电压的相位一致。

（3）阻抗电压及调压方式的选择，应使在引接点电压及厂用电负荷正常波动范围内，厂用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的±5%。

（4）变压器的容量必须保证厂用机械及设备能从电源获得足够的功率。 厂用变压器三相双绕组固体浇注式无励磁调压铜芯干式变压器，其技术数据如下；

暗备用接线的变压器负荷计算时，不仅要计算两个不同PC半段的容量，还应考虑两个半段和在一起时的负荷容量，因为两个半段连接的是一台机组的两台

互为备用的辅机负荷。因此，计算一台变压器容量时，为两个半段负荷容量之和，扣除重复负荷容量。

其它低压厂用变压器的选择方法与之类似，都选择型号为SCB10-X/10的三相双绕组固体浇注式无励磁调压铜芯干式变压器。特别的，为保证照明电压的质量，照明变压器选择SCZB10-500/10型三相双绕组固体浇注式有载调压铜芯干式变压器。

表3-3 10kv干式变压器

额定 型号 容量 （kVA） SCB10-1600/10 SCB10-2000/10 1600 2000 10.5±2×2.5%/0.4kV 10.5±2×2.5%/0.4kV 额定电压（kV） 连接 组别 D，yn11 D，yn11 损耗（W） 空载 2140 2400 负载 10200 12600 空载电流阻抗电压（%） （%） 0.6 0.4 6 6

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4 最大持续工作电流及短路计算

4 最大持续工作电流及短路计算

4.1 各回路最大持续工作电流

电气设备的额定电流 I N 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I g.max。根据公式可以计算出各回路最大持续工作电流。

Ig?1.05Smax3Un （4.1）

其中：Smax 为所统计各电压侧负荷容量，Un 为各电压级额定电压。

4.2 短路电流计算的主要目的

电力系统短路电流计算的主要目的有: (1) 选择导体和电气设备； (2) 电气主接线的比较与选择； (3) 选择继电保护装置和整定计算； (4) 验算接地装置的接触电压和跨步电压； (5) 分析送电线路对通讯设施的影响。

本次设计，进行短路电流计算主要是为了导体和电气设备的选择。

4.3 一般规定

4.3.1 计算的假定条件

短路电流实用计算中，作如下假设： (1) 正常工作时三相系统对称运行。

(2) 系统中所有发电机都在额定负荷下运行。 (3) 短路发生在短路电流最大的瞬间。

(4) 非无限大容量电源供电时，发电机的等值电抗为

E?''Xd''。

(5) 发电机电动势均采用次暂态电动势

''变，即E?E?0?。

?''0?，且同相位。认为E在短路瞬间不

(7) 短路点以外的负荷可以去掉，当短路点附近有大容量电动机时，则要计及电动机反馈电流的影响。

(8) 不考虑短路点的电弧阻抗。

(9) 忽略线路对地电容和变压器的励磁支路，计算110kV及以上高压电网时，忽略线路电阻的影响，只计电抗。

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新疆工程学院毕业设计 4.3.2 接线方式

计算短路电流所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，即最大运行方式。但不考虑在切换过程中可能短时并列运行的接线方式(如切换厂用变压器时的短时并列)。

4.3.3 短路类型

一般按三相短路计算。通常三相短路时的短路电流最大，若其他类型短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况计算。在本设计的电气主系统中，由于发电机出口采用分相封闭母线，故障几率小，所以运行可靠性高,及不可能出现比三相短路更为严重的短路类型，所以只需计算三相短路电流。

4.3.4 短路计算点

在计算电路图中，同电位各短路点的短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。校验电器和载流导体时，必须确定电气设备和载流导体处于最严重情况的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。例如：两侧均有电源的断路器，如发电厂与系统相联系的出线断路器和发电机、变压器回路的断路器，应比较断路器前、后短路时通过断路器的电流值，择其大者为计算短路点；母联断路器应考虑当采用该断路器向备用母线充电时，备用母线故障流过该备用母线的全部短路电流；带电抗器的出线回路由于干式电抗器工作可靠性较高，且断路器与电抗器间的连线很短，故障几率小，电器一般可选电抗器后为计算短路点，这样出线可选用轻型断路器，以节约投资。

当10KV厂用母线短路时，如果高备变代替其中一台厂高变工作，流经厂高变和高备变的短路电流，要经过计算才能比较大小。

综上述分析，计算电路图中的短路点可设置为四点，即母线、发电机出口、厂高变分裂绕组一侧和高备变分裂绕组一侧。

4.4 短路电流计算步骤

实用计算中，用运算曲线法计算短路电流的具体步骤：

(1) 选择短路计算点；

(2) 系统元件参数计算(标么制)，取基准容量SB，基准电压平均额定电压)，按平均额定电压之比计算元件电抗的标么值；

''(3) 对电动势、负荷的简化，取各发电机次暂态电动势E?0??1，电抗用次暂

?UB?Uav?n(各级

时态电抗电流；

Xd''表示，略去非短路点的负荷，只计短路点附近大容量电动机的反馈

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4 最大持续工作电流及短路计算 (4) 绘出等值网络，并将各元件电抗统一编号；

(5) 网络化简，在离短路点的电气距离很近时，可将同一类型的发电机进行合并，但无限大容量电源应单独考虑；

(6) 求转移电抗移电抗)；

(7) 求计算电抗

XjsXnk、Xsk(分别是等值电源和无限大容量电源对短路点的转

，即将前面求出各等值电源的转移电抗按各相应等值电

源的容量进行归算；

(8) 由计算电抗分别查出0、2、4s时各等值电源供出的三相短路电流周期分量有效值的标么值I?tn，由无限大容量电源供给的三相短路电流不衰减，其周期分量有效值的标么值

I?s?1/Xsk；

''(9) 计算短路电流周期分量有值I、(10) 计算短路的冲击电流Ish。

I?2?、

I?4?；

4.5 计算公式

4.5.1 元件参数计算

1.发电机

X?G?Xd\SB (4.2) SGN式中 X?G——发电机电抗标么值； Xd\——发电机次暂态电抗；

SB——基准容量(一般取100或1000)，MV?A； SNG——发电机的额定容量，MV?A。

2.双绕组变压器

X?T?Uk?%?SB (4.3)

100SN式中 X?T——变压器电抗标么值；

Uk?%?——变压器短路电压百分数或阻抗电压百分数，%；

SN——变压器额定容量，MV·A。

3.分裂绕组变压器

X?T?1?2??U?1?2??%?SB10019

SN (4.4)

新疆工程学院毕业设计 式中 X?T?1?2?——分裂变压器高压绕组与一个低压绕组间的电抗标么值；

U?1?2??%?——分裂变压器半穿越电抗百分数，%；

SN——分裂分压器的额定容量。

4.5.2 网络变换

1.两支路有源网络等值变换

E??E1X2?E2X1 (4.5)

X1?X2 XX1X2??X?X

12式中 E?——合并后的等值电源 X?——合并后的等值电抗 ?? EX1 1 ??

X? ?X?E? 2

E2 (a) 变换前的网络 (b)变换后的网络 图4.1 网络变换图 2.Y/Δ等值变换 Y/Δ网络变换如图4.2所示： 11 X 1X31X12 X3

3232(a) Y形网络 (b) Δ形网络 图4.2 网络变换图 Y/Δ变换 X1X212?X1?X2?XX 3XX2X323?X2?X3?X 1XX3X131?X3?X1?X 2 20

(4.6) 4 最大持续工作电流及短路计算 Δ/ Y变换 X1?X12X12X31

?X23?X31X2?X12X12X23 (4.7)

?X23?X31X23X31

?X23?X31X3?X124.5.3 计算电抗

Xjs1?X1k(SN?1/SB) (4.8)

Xjs2?X2k(SN?2/SB)

? ?

式中 X1k、X2k?——等值电源1、2?短路点的转移电抗 XN?1、XN?2?——等值电源1、2?的额定容量，MV?A。

4.5.4 短路点短路电流周期分量有效值的计算

It?I?t1IN?1?I?t2IN?2?I?sIB (4.9)

其中 IN?1?SN?1/(3Uav?k)

IN?2?SN?2/(3Uav?k)

? ?

IB?SB/(3Uav?k)

式中 Uav?k——短路点k所在电压级的平均额定电压，kV；

IN?1、IN?2——归算至短路点电压级各等值电源的额定电流，kA。

4.5.5 短路的冲击电流

ish?kimpI'' (4.10)

式中 I''——起始次暂态电流；

kimp——冲击系数，一般取1.8。

4.6 短路电流计算

4.6.1 短路电流计算接线图

为了进行短路电流计算，根据第一部分的说明分析，现将电气主接图化简，

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新疆工程学院毕业设计 如图4.3所示。图中各元件的技术数据已标出，线路电压采用平均额定电压，4个短路点也已确定，且均为三相短路。

图4.3短路电流计算接线图

4.6.2 参数计算

视系统为无限大容量电源，即S??，已经500kV母线与系统联系的电抗标么值Xl?0.02。取基准容量SB?100MVA，UB?Uav?n，计算各元件电抗的标么值

X?G1?X?G2?Xd\SB100?0.205??0.031 SN667X?T1?X?T2?Uk?%?SB13.75100???0.019

100SN10072018100??0.36 1005023100X?T4???0.46

10050取E??1，并将各元件电抗编号，做出等值网络如下图4.4所示。这是纯电

X?T3?抗等值网络，图中电抗值前的j均已略去，并将电抗下标“*”也略去，相应的运算以实数运算。

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4 最大持续工作电流及短路计算

图4.4 短路电流计算等值网络

4.6.3 500kV母线短路(k1)

1.网络化简

等值网络化简及进一步化简分别如图4.5(a)和(b)所示。发电机G1与G2合并，合并后的等值机G对短路点的等值电抗为

11X8??X2?X4????0.019?0.031??0.025

22

(a)网络化简 (b)进一步化简

图4.5等值网络化简

2.短路电流周期分量有效值

系统供给的短路电流不衰减，其周期分量有效值

标么值 I?s?11??50 X10.02 23

新疆工程学院毕业设计 有效值 Is?I?sSB3Uav?k?50?1003?525?5.5?kA?

等值机G对短路点K1的计算电抗为

Xjs?X8 查附图的运算曲线，可得

SGN2?667?0.025??0.33 SB100I??0??3.24，I??2??2.28，I??4??2.31

归算至短路点处电压级等值机G的额定电流为

ING?SG3Uav?k2?6673?525?1.47?kA?

于是短路点K1的不同时刻三相短路电流周期分量有效值分别为

I\?I??0?ING?IS?3.24?1.47?5.5?10.26?kA?

I2?2.28?1.47?5.5?8.85?kA? I4?2.31?1.47?5.5?8.9?kA?

3.短路的冲击电流

ish?1.82I\?2.55?10.26?26.16?kA?

4.6.4 600MW发电机出口短路(k2)

1.网络化间

将图4.4的等值网络进行化简及进一步化简分别如图4.6(a)和(b)所示。 等值电抗X8为

X8?X3?X5?0.031?0.019?0.05

2.短路电流周期分量有效值

系统S和发电机G2对短路点K2的转移(利用星—三角变换)分别为

24

4 最大持续工作电流及短路计算

(a)网络化简 (b)进一步化简

图4.6等值网络化简

XSk?X1?X4?X1X40.02?0.019?0.02?0.019??0.047 X80.05X4X80.019?0.05?0.019?0.05??0.117 X10.02X2k?X4?X8? 发电机G1和G2对短路点K2的计算电抗分别为

Xjs1?X2SNG1667?0.031??0.207 SB100SNG2667?0.117??0.78 SB100Xjs2?X2k根据运算曲线，分别查t为0、2、4s时，发电机G1和G2供给的短路电流周

期分量有效值的标么值

I*?0?1?5.23,I*?2?1?2.58,I*?4?1?2.46 I*?0?2?1.32,I*?2?2?1.47,I*?4?2?1.56

由系统供给的短路电流周期分量不衰减，其有效值的标么值为

I*s?11??21.277 Xsk0.047固有效值Is?I*s,IB?I?sSB3Uav?kSNG1?21.277?1003?21?58.5?kA?

归算至短路点处电压级G1和G2的额定电流为

ING2?ING1?

3Uav?k?25

6673?20?19.25?kA?

新疆工程学院毕业设计 于是短路点K2不同时刻短路电流周期分量的有效值分别为

I\?I*?0?1ING1?I*?0?2ING2?IS??I*?0?1?I*?0?2?IN1?IS?184.59?kA??(5.23?1.32)?19.25?58.5

I2??2.58?1.47??19.25?58.5?136.46?kA? I4??2.46?1.56??19.25?58.5?135.89?kA?

3.短路的冲击电流

ish?1.82I\?2.55?184.59?470.7?kA?

4.6.5 厂用高压工作变压器10kV一段短路(k3)

1.网络化简

等值网络进行化简，如图4.7所示。

图4.7 等值网络化简

其中 X8?X3?X5?0.031?0.019?0.05

2.求解电流及电抗

将图进行网络变换，如图4.8(a)所示。令各等值电源电动势均为0，在短路

?点K3加电动势Ek变为等值网络图4.8(b)。

在此图中使I1?1为单位电流，则有

I2?I1X10.02??0.04，I4?I1?I2?1?0.4?1.4 X80.05 26

4 最大持续工作电流及短路计算

(a)网络图 (b)等值网络图

图4.8网络图

I3?I1X1?I4X40.02?1.4?0.019??1.5，IK?I4?I3?1.4?1.5?2.9

X30.031根据电流分布的定义，各电源支的电流分布为 系统 CS?I11??0.345 Ik2.9I20.4??0.138 Ik2.9I31.5??0.517 Ik2.9发电机G2 C2?发电机G1 C1?对电流分布系数验算 CS?C2?C1?0.345?0.138?0.517?1 可见计算结果正确。 短路回路的总等值电抗为

Xk???X1//X8?X4?//X2?X6??0.02//0.05?0.019?//0.031?0.36?0.376 从而得各电源对短路点转移电抗为 系统 XSsk?Xk?0.376??1.09 Cs0.345Xk?0.376??0.727 C10.517Xk?0.376??2.725 C20.138发电机G1 X1k?发电机G2 X2k?3.短路电流周期分量有效值

发电机G1和G2对短路点的计算电抗分别为

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新疆工程学院毕业设计 Xjs1?X1kSNG1667?0.727??4.849 SB100SNG2667?2.725??18.176 SB100 Xjs2?X2k 由于Xjs1、Xjs2均大于3.45，表示发电机G1和G2供给的短路电流周期分量

不衰减，其标么值可分别用下式计算

I*1?1111??0.206,I*2???0.055 Xjs14.849Xjs218.176 系统供给短路电流周期分量有效值的标么值为

I*s?11??0.917 Xsk1.09 归算至短路点处电压级各发电机的额定电流为

ING2?ING1?SNG13Uav?kSB3Uav?k?6673?6.3100?61.13?kA? ?9.16?kA?

基准电流 IB??3?6.3 由于各电源供给的短路电流周期分量均不衰减，固短路点短路电流周期分量有效值为

Ik?I*1ING1?I*2ING2?I*sIB??0.206?0.055??61.13?0.917?9.16?24.35?kA?

4.短路的冲击电流

ish?1.82I\?2.55?24.35?62?kA?

4.6.6 备用/启动变压器10kV一端短路(k4)

1.网络化简

将图4.4的等值网络进行化简及进一步化简分别如图4.9(a)和(b)所示，发电机G1和G2合并后的等值机G对短路点的等值电抗为

11X8??X2?X4????0.019?0.031??0.025

22 28

4 最大持续工作电流及短路计算

(a)网络图 (b)等值网络图

图4.9等值网络化简

2.短路电流周期分量有效值

各等值电源对短的转移电抗(利用星—三角变换公式)为

系统 Xsk?X1?X7?X1X70.02?0.46?0.02?0.46??0.848 X80.025X8X70.025?0.46?0.025?0.46??1.06 X10.02等值发电机G XGk?X8?X7? 等值机G对短路点的计算电抗为

Xjs?XGkSNG2?667?1.06??14.14 SB100 由于Xjs?3.45，表示等值发电机G供给的短路电流周期分量不衰减，其有

效值的标么值可用下式计算

I*G?11??0.071 Xjs14.14系统供给的短路电流周期分量不衰减，其有效值的标么值为

I*s?11??1.179 Xsk0.848 归算至短路点处电压级等值机G的额定电流为

ING?SNG3Uav?k?SB2?6673?6.3??122.25?kA?

?9.16?kA?

基准电流 IB?1003?6.33Uav?k 由于各等值电源供给的短路电流周期分量均不衰减，固短路点的短路电流周期分量有效值为

29

新疆工程学院毕业设计 Ik?I*GING?I*sIB?0.071?122.25?1.179?9.16?19.48?kA? 1.短路的冲击电流

ish?1.82I\?2.55?19.48?49.67?kA?

7 计算结果列表

将以上三相短路电流的计算结果进行整理，如附表所示。

附表4-1 k1～k2点三相短路电流计算结果 不同时刻短路电流周期分量有效值(kA) 短路点编号 短路点位置 短路的冲击电流I'' K1 K2 K3 K4 500kV母线 600MW发电机出口 高厂变低压侧 高备变低压侧 10.26 184.59 24.35 19.48 I2 8.85 136.46 24.35 19.48 I4 8.90 135.89 24.35 19.48 ish(kA) 26.16 470.70 62.00 49.67 30

5 电气设备和导体的选择

5 电气设备和导体的选择

5.1 电气设备选择的一般原则

尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

5.1.1按正常工作条件选择

1.额定电压

电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，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，而电气设备所在电网的运行电压波动，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，一般可按电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即

UN≥UNs (5.1)

2.额定电流

电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度?0下，电气设备的长期允许电流。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 (5.2)

由于发电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应为发电机和变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有可能过负荷运行时，Imax应按过负荷确定(1.3～2倍变压器额定电流)。 3.环境条件对设备选择的影响

(1) 海拔高度的影响

当地区海拔超过制造厂家的规定值时，由于大气压力、空气密度和温度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降。一般非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过1000m，当海拔在1000～3500m范围内，若海拔比制造厂家规定值每升高100m，则电气设备允许最高工作电压要下降1%。

(2) 温度的影响

电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，允许长期通过的是最大工作电流。我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度?0??40?C，如周围环境温度高于?40?C（但 ≤?60?C）时，其允许电流一般可按每增高1?C，额定电流可增加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。

5.1.2 按短路状态校验

1.短路热稳定校验

31

新疆工程学院毕业设计 短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值，即满足热稳定的条件

It2t≥Qk (5.3)

2式中 Qk——短路电流产生的热效应，?kA??s；

It、t——电气设备允许通过的热稳电流和时间，kA、s。

22I\2?10Itk/2?Itk/2tk (5.4) 其中 Qk?12tk?tpr?tbr (5.5)

tbr?tin?ta (5.6)

式中 tk——短路的计算时间，s

tpr——继电保护动作时间，一般取后备保护动作时间3.9s；

tbr——断路器的全开断时间，s；

tin——断路器固有分闸时间，SF6断路器一般为0.03s； ta——断路器开断时电弧持续时间，约为0.02～0.04s；

可见，短路的计算时间tk最大为3.97s，所以进行短路的热稳定校验时，一般取tk?4s均会满足要求。 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或Ies≥Ish (5.7)

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，固可不验算热稳定。

(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气设备可不校验动、热稳定。

5.2 500kV高压设备的选择

5.2.1 高压断路器的选择

本次采用的3/2接线，两组母线通过4串断路器相连，而进出线不设断路器，所以高压侧共需12台断路器。断路器的选择应在各种合理的运行方式下，按流过断路器的长期工作电流和短路电流最大的一台进行选择。 1.种类和型式的选择

高压断路器根据灭弧介质不同，可分为少油断路器、压缩空气断路器、真空

32

5 电气设备和导体的选择

断路器和六氟化硫SF6断路器四种。其中SF6断路器有断口耐压高、灭弧能力强、开断性能好、无噪声和干扰、制作精度高和密封性能好、体积和面积小等特点，而且维护工作量小、检修周期长和寿命长，目前SF6断路器已被广泛应用于电力系统。所以为满足可靠性的要求，本设计选用户外瓷柱式SF6断路器。 2.额定电压和电流的选择

UN≥UNs，IN≥Imax （5.8）

式中 UN、UNs——分别为电气设备和电网的额定电压，kV；

IN、Imax——分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流，A。 3.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。但当断路器的INbr较系统短路电流大很多时，可简化计算，即

INbr≥I'' (5.9)

由于INbr仅计入了20%的非周期分量，一般中、慢速断路器，开断时间较长(≥0.1s)，短路电流非周期分量衰减较多，能满足标准规定的要求。但对SF6断路器，其全开断时间tbr最大为0.07s(<0.08s)，为高速断路器，其开断电流的最短时间tk'应为主保护动作时间tpr(一般为0.05～0.06s）与固有分闸时间tin之和，最大为0.09s(<0.1s)。当在电源附近短路时，短路电流的非周期分量可能超过周期分量的20%，需要用短路全电流Ik进行校验。但如果在500KV侧，由于离电源的电气距离较远，同样非周期分量衰减较多，固可不计非周期热分量效应。 4.短路关合电流的选择

为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流INcl不应小于短路电流的最大冲击值ish，即

INcl≥ish (5.10)

5.短路热稳定和动稳定校验 校验式为

It2t≥Qk、ies≥ish (5.11)

断路器的额定短路关合电流INcl等于其额定动稳定电流峰值ies。

5.2.2 隔离开关的选择

隔离开关与断路器配套使用，对3/2接线，进出线不设隔离开关。但在500KV系统中，电压互感器与电网之间需装设隔离开关。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定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。 隔离开关型式的选择。按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式各三柱式。型式对配电装置的布置和占地面积有很大影响，由于组合电器结构紧凑，占地面积小，有利于配电装置的布置。而

33

新疆工程学院毕业设计 GW7系列户外、三柱式隔离开关便于发展成组合电器，所以可选用此形式的隔离开关。

5.2.3 电流互感器的选

1.种类和型式的选择

按用途分测量用和保护用(B)两种，而保护用电流互感器又可分为稳态保护用(P)和暂时态保护用(TP)两种；按安装地点可分为户内式和户外式。在强电系统中，二次额定电流选用5A。

2.一次回路额定电压和电流和选择

一次回路额定电压UN和电流I1N应满足

UN≥UNs、I1N≥Imax (5.12)

为确保所供仪表的准确度，电流互感器一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。

3.准确级的选择

为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。500KV电流互感器的准确级不应低于0.5级；而稳态保护用电流互感器的准确级常用的有5P和10P，暂态保护用电流互感器的准确级分别有TPX、TPY、TPZ三个级别。

4.热稳定和动稳定校验 (1) 热稳定考验，一般以t?1s时允许通过的稳定电流It或一次额定电流I1N的倍数Kt来校验，即

It2t

≥Qk或

?Kt?I1N?2≥Qk (5.13)

(2)动稳定校验包括内部动稳定和外部动稳定校验，这里只进行内部动稳的校验，通常以额定动稳定电流ies或动稳定电流倍数Kes表示，即

ies≥ish或2I1NKes≥Qk (5.14)

5.2.4 电压互感器的选择

1.种类和型式的选择

对500KV采用的3/2接线，应在每条母线上装设一组单相电压互感器，每回出线上装设一组三相电压互感器；由于500kV配电装置中，通常配有双套主保护，并考虑到后备保护、自动装置和测量的要求，电压互感器应具有三个二次绕组，即两个主二次绕组和一个辅助二次绕组；另外500kV系统广泛采用电容式电压互感器。

2.一次额定电压和二次额定电压的选择 (1) 为保证测量的准确性，电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的90%～110%之间。如果用相电压，则为电网额定电压的1/3，即

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5 电气设备和导体的选择

UN?UNs或UN?UNs/3 (5.15)

(2) 二次额定电压。对单相电压互感器，一次绕组接于电网线电压时，二次绕组额定电压为100V；一次绕组接于电网相电压时，二次绕组额定电压为100/3V；在电网中性点直接接地系统中，互感器开口三角形辅助绕组额定电压为100V。

3.容量和准确级的选择

根据仪表和继电器接线要求选择互感器接线方式，尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后按各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量，选择互感器的准确级和额定容量。

5.2.5 并联电抗器的选择

单机容量为600MW的发电厂中，通常在高压母线上并联电抗器，以补偿高压输电网的电容和吸收其无功功率，解决500kV母线电压偏高问题，并能提高线路的功率因数，降低超高压输电线路的电能损耗和有利于自动重合闸。并联电抗器是超高压电网中普遍采用的重要电气设备。

1.种类和型式的选择

超高压并联电抗器按结构可分为油浸电抗器和干式空芯电抗器，且每种电抗器又分三相电抗器和由单相组成的三相电抗器。目前，超高压系统并联电抗器采用油浸式较多。

2.额定电压的选择 并联电抗器的额定电压应不低于装置点电网的额定电压，即

UN?UNs (5.16)

3.额定容量的选择

并联电抗器的容量必须使系统同期并列点的工频稳态电位升高有所限制；当母线电压升高时，并联电抗器应使电压降低；降低潜工电流，提高单相快速重合闸的成功率。

5.3 10KV高压开关柜的选择

高压开关柜主要用来接受和分配电能，同时亦对电路和设备起保护、控制和监测的作用。开关柜由柜体和装于柜内的主开关(断路器)、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线等一次元件及控制、测量、保护装置等二次元件组成。

5.3.1 种类和型式的选择

高压开关柜按主开关的安装方式分固定式和移开式，由于固定式开关柜检修、调试不方便，现已很少采用，而多采用移开式；按隔室结构分铠装型、间隔型和箱型，其中铠装型具有单独的隔板，且防护等及不低于IP2X，当柜内某一隔室发生短路故障时，可将故障限制在该隔室内而不使故障扩大，因而可靠性比较高，应用也较多；

35

新疆工程学院毕业设计 5.3.2额定电压和额定电流的选择

高压开关柜的额定电压和额定电流应满足

UN≥UNs，IN≥Imax (5.17)

式中 UNs——开关柜装置地点的电网额定电压，kV；

Imax——开关柜装置回路的最大持续工作电流，A。

对10KV厂用配置的开关柜

Imax?1.05SN (5.18) 3UN式中 SN——分裂变压器一个分裂绕组的容量，MV·A； UN——分裂变压器的分裂绕组额定电压，kV。

5.3.3 防护等级的选择

开关柜由固定的柜体(金属外壳)和真空断路器手车组成，为防止人体接近其带电部分和触及其运动部分免受伤害，现行标准规定开关柜外壳的最低防护等级为IP2X，此外更高的防护等级还有IP3X、IP4X、IP5X。同时对于每个隔室应有压力释放通道，以保护人身安全，防止故障扩大。

5.3.4开断和关合短路电流的选择

开关柜短路开断、关合电流实际就是断路器的额定开断、关合短路电流，选择方法同断路器一样，即

INbr≥I''，INcl≥ish (5.19)

5.3.5 短路热稳定和动稳定校验

校验式为

It2t≥Qk、ies≥ish (5.20)

其中，短路的冲击电流ish应是6KV厂用母线短路时，流经厂用高压变压器或备用/启动变压器短路冲击电流的较大者。

5.4 裸导体的选择

5.4.1 500KV母线的选择

1.导线选型

500KV配电装置中的导线选择考虑电晕现象的影响，宜采用扩径导线或铝合金绞线组成的分裂导线，分裂间距可取200～400mm。如采用空心扩软导线组成的分裂导线，对双分裂间距一般取400mm。

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