李娜石嘴山发电厂电气设计(一次部分)

电气工程及其自动化专业毕业设计

毕 业 设 计 [论 文]

题目： 石嘴山发电厂电气设计（一次部分）

系 别：专 业：姓 名：学 号： 1214040422 指导教师：

平顶山工学院

年 月 日

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目 录

第一部分：设计说明书

第一章 电气主接线方案选择 8

第一节 概述 8 第二节 电气主接线的基本要求 8 第三节 主接线方案设计 9 第二章 主变压器的选择 18

第一节 概述 18 第二节 主变压器的选择 18 第三章 短路电流计算 21

第一节 概述 21 第二节 短路电流计算 21 第四章 主要电气设备的选择 23

第一节 概述 23 第二节 断路器的选择 26 第三节 隔离开关的选择 27 第四节 互感器的选择 28 第五节 母线的选择 31 第六节 组合电器的选择 32 第五章 配电装置的选择 38

第一节 配电装置基本介绍 38 第二节 配电装置的比较 39 第六章 防雷保护规划 43

第一节 概述 43 第二节 避雷器的选择 44

第二部分：设计计算书

第一章 短路电流计算 45 第二章 主要电气设备的选择计算 51

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总结 致谢 参考文献 附录A 主接线图

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摘要：发电厂电气一次部分设计内容主要包括发电厂电气主接线的设计，发电

厂电气系统主要电气设备的选择及其短路电流计算。

本设计针对发电厂电气部分设计中的重中之重——发电厂电气主接线设计做了重点阐述，其中包括电气主接线的基本要求、基本设计原则，电气主接线形式的分类，发电厂主变压器的选择设计以及发电厂电气主接线图的设计、绘制等。然后谈到了发电厂主要电气设备的选择以及为其选择设计做准备的短路电流计算。为了发电厂的正常运行还要对电气设备的校验，并且对防雷保护做了规划。最终做到了充分的考虑和精心的设计，保证了该电厂能够可靠、灵活、经济的运行。

关键字： 发电厂 变压器 电气主接线 短路电流计算 电气设备选择 Abstract：Electric power plants are the major part of the

design content of the main electrical wiring, including power plants in the design, the main electrical power plant equipment electrical system and the choice of short-circuit current calculation.

Electric power plants are designed for some of the most important tasks - the main electrical power plant wiring done a focus on design, including the electrical wiring of the main basic requirements, the basic design principles, electrical wiring the main form of classification, the main power plant transformer design and the choice of main electric power plant wiring diagram of the design, drawing, and so on. And then talked about the main electrical power plant equipment and the choice of design for their choice to prepare for the short-circuit current calculation. The electrical equipment should be checked to the normal operation of power plants, and the protection of mine should be planned. Eventually fully and carefully consider the design to ensure that the plant can be reliable, flexible and economic operation.

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Key words:

Generators Transformer；Main Electrical

Connection； Short-circuit current calculation； Electrical equipment choice

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绪 论

毕业设计是对所学知识的一次综合性运用，能够加深我们对基础知识的理解，为以后的工作打下良好基础。发电厂、变电站的一次接线指的是对用户供电的部分。其中，对外供电的部分称为主接线。为了发电厂、变电站的生产和工作人员的生活对内供电的部分称为厂（站）用电接线。因此，对其进行科学的设计很有必要。

在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中有着重要作用：它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大的影响人民的物质与文化生活水平的提高。

一、设计在工程建设中的作用

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

设计的基本任务是，在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全实用、技术先进、综合效益好的设计，有效的为电力建设服务。

二、设计工作应遵循的主要原则

1、遵守国家的法律、法规，贯彻执行国家的经济建设方针、政策和基本建设程序，特别应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。

2、要运用系统工程的方法从全局出发，正确处理中央与地方、工业与农业、城市与乡镇、近期与远期、技改与新建、生产与生活、安全与经济等方面的关系。 3、要根据国家规范、标准与有关规定，结合工程的不同性质、要求，从实际情况出发，合理确定设计标准。

4、要实行资源的综合利用，节约能源、水源，保护环境，节约用地等。 三、设计的基本程序

设计要执行国家规定的基本建设程序。工程进入施工阶段后，设计工作还要配合施工、参加工程管理、试运行和验收，最后进行总结，从而完成设计工作的全过程。

本设计的规划容量660MW（2*330MW）。宁夏石嘴山发电厂位于石嘴山市，

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东临黄河，西靠包兰铁路和109国道，南近石嘴山煤矿。该地的最高温度39摄氏度，最低温度-28.4摄氏度。地震烈度为8度。该厂以220KV线路与电网连接，承担系统的基本负荷，根据该电厂的负荷情况，在保证电力系统运行的安全稳定性和经济性的前提下，对该厂的一次部分做出一个技术上合理、经济上可行的设计方案。

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第一部分 设计说明书

第一章 电气主接线方案选择

第一节 概述

电气主接线是发电厂电气设计的重要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。

主接线是指有各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依一定的顺序相连接的接受和分配电能的电路。而用规定的图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。

主接线可分为有母线接线和无母线接线两类。有母线接线分为单母线接线和双母线接线；无母线接线分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。而在中、低压供配电系统中主要采用单母线接线、双母线接线和桥式接线。

第二节 电气主接线的基本要求

一、可靠性：供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。

1 、研究可靠性应注意的问题：

（1）应重视网内外长期运行的实践经验及其可靠性的运行分析。 （2）应包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。 （3）在很大程度上取决于设备的可靠度。

（4）考虑待设计的发电厂在电力系统中的地位和作用。 2、具体要求：

（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

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（2）断路器或引线检修及引线故障时，尽量减少停远回路和停远时间，并保

证对一级负荷及大部分二级负荷的供电。 （3）尽量避免变电站全停的可能性。

（4）大机组、超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。

二、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

1、为了调度的目的：可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，配调电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修运行方式及特殊运行方式下的系统的调度要求。

2、为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修而不致影响电力网和对用户的供电。

3、为了扩建的目的：可以容易地从初期接线过度到最终接线，并对一次和二次部分的改建工作量最少。

三、经济性：主接线在满足可靠性，灵活性要求的前提下作到经济合理。 1、投资省

（1）主接线要求简单，以节省断路器、隔离开关，电流互感器和电压互感器、

避雷器等一次设备。

（2）要使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。 （3）要能限制短路电流，以便选择价廉的电器设备和轻型电器。

（4）满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端和分支变电所可

用简单接线方式。

2、占地面积小，主接线设计要为供配电装置创造条件，尽量使占地面积减

少。

3、电能损失少，经济合理地选择各种电器，减少电能损失。 4、具有未来发展和扩建的可能性。

第三节 主接线方案设计

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一、主接线的设计依据

1、发电厂在电力系统中的地位和作用

电力系统中的变电站有：系统枢变电站，地区重要变电站和一般变电站三种类型，一般变电站多为终端和分支变电站，电压为110kV及以下。 2、发电厂的分期和最终建设规模

变电站根据5—10年电力系统发展规划进行设计，一般装设两台主变压器，终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。 3、负荷大小和重要性

（1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源故障后，能保证全部一级负荷不间断供电。

（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源故障后，能保证全部或大部分二级负荷供电。

（3）对于三级负荷，一般只需一个电源供电。 4、系统备用容量大小

装有两台及以上主变压器的变电所，当其中一台事故短开时，其余主变的容量应保证该变电所70%的全部负荷，在经过过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷供电，系统备用容量大小将会影响运行方式的变化。在主接线设计时应充分考虑这一因素。

5、系统专业对电气主接线提供的具体资料

（1）出线的电压等级、回路数、每回路输送容量和导线截面。 （2）主变压器台数、容量和型号；变压器各侧的额定电压、阻抗等。 （3）系统的短路容量或归算电抗值。

（4）变压器中性点的接地方式及接地点的选择。

（5）初期和最终变电站与系统连接方式，变电站的地理位置等。

二、主接线的接线方式选择

电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。

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1、单母分段接线 优点：

1、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。

2、当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 缺点：

1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。

2、当出线为双回线时，常使架空线路出现交叉跨越。 3、扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围： （1）6～10KV配电装置出线回路数为6回及以上时； （2）35～63KV配电装置出线回路数为4～8回时； （3）110～220KV配电装置出线回路数为3～4回时。 单母线分段接线如下图3-1所示：

图3-1 单母线分段接线

2、双母线接线

特点：有两组主母线，每一回线经三相隔离开关及一组断路器，两组母线通过母

联断路器连接。 适用范围：

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1、6～10KV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时； 2、35～63KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；

3、110～220KV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110～220KV配电装置，在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上时。

双母线接线方式如图3-2所示：

图3-2 双母线接线

3、双母线带旁路接线

双母线接线可以用母联断路器临时代替出现断路器工作，但出现数目较多时，母联断路器经常被占用，降低了工作的可靠性和灵活性，为此可以设置旁路母线。

双母线带旁路接线方式如3-3所示：

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图3-3 双母线带旁路接线

4、双母线分段接线

特点：为缩小母线故障的影响范围，用分段断路器将工作母线分段，每段用母联断路器与备用母线连接，有较高的可靠性和灵活性，但投资较多。

适用范围：适用于配电装置进出线总数达10～14回时，一组母线分段，配电装置进出线总数达15回以上时，两组母线分段。

双母线分段接线方式如3-4所示：

图3-4 双母线分段接线

5、一个半断路器（3/2）接线

每一回路经一台断路器接至一组母线，两回路间设一联络断路器，

形成一个

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“串”，两回路共用三台断路器。 接线特点：

（1）3/2接线兼有旁路环行接线和双母线接线的优点，有高的可靠性和灵活性。

（2）与双母线带旁路相比，它的配电装置结构简单，占地面积少，土建投资少。

（3）隔离开关仅做隔离电源用，不易产生误操作。

适用范围：大型发电厂和变电所的超高压配电装置中，一般进出线数在6回及以上。

一个半断路器（3/2）接线如图3-5所示：

图3-5 一个半断路器接线

图3-5 一个半断路器接线

6、单元接线

单元接线是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种。

（1） 发电机-双绕组变压器单元接线

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图3-6（a）所示为发电机-双绕组变压器单元接线是大型机组广为采用的接线形式。发电机出口不装断路器，为调试发电机方便可装隔离开关，对200MW以上机组，发电机出口采用封闭母线，为了减少开断点，亦可不装断路器，但应留有可拆点，以利于机组调试。这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。 单元接线简单，开关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压级母线，而在发电机和变压器之间采用封闭母线，使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对于具有发电机电压级母线时，有所减小。

图3-6(b)所示为发电机-变压器-线路单元接线。适宜于一机、一变、一线的厂、站。这种接线最简单，设备最少，不需要高压配电装置。

图3-7所示为发电机-三绕组变压器单元接线。为了在发电机停止工作时，还能保持和中压电网之间的联系，在变压器的三侧均应装断路器。

图3-6 单元接线

（a）发电机-双绕组变压器单元接线 （b）发电机-变压器-线路单元接线

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图3-7 发电机-三绕组变压器单元接线

7、桥形接线

特点：接线简单、使用设备少、建造费用低，并易于发展成为单母线分段和双母线接线。

适用范围：中、小容量发电厂和变电所的35～220KV配电装置中。当只有2台变压器和2条线路时，宜采用桥形接线。桥形接线，根据桥断路器的安装位置可分为内桥接线和外桥接线两种。如图示3-8所示。

图3-8 桥形接线 (a) 内桥接线 (b) 外桥接线

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根据原始资料，电厂为中型电厂，发电机电压经升压变电所升压后直接与系统相连，所以必须满足供电可靠性和灵活性，保证系统安全稳定运行。 根据分析，初选方案有以下三项： 方案一：双母线接线 方案二：双母线分段接线 方案三：3/2接线

方案一有较高的供电可靠性和调度灵活性，扩建方便，便于试验。当出线回路数或母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后可以迅速恢复供电。

方案二有较高的可靠性和灵活性，但投资较多，相对于方案一来说，采用双母线接线要比双母分段接线的费用少，而且操作简便，目前的220KV发电厂超高压配电装置均采用可靠性高，检修周期长的SF6断路器。

方案三虽然目前在国内广泛应用于发电厂和变电所的超高压配电装置中，但这种接线投资较大，继电保护复杂，开关较多。而方案一的双母线，因目前中型发电厂中基本都已采用可靠性高，检修周期长的SF6断路器，减少了检修周期，也节约了开关，故而比方案四的3/2接线要优先一些。

综合以上几种主接线的优缺点、可靠性及经济性，根据该厂的类型，容量，地理位置以及在电力系统中的地位，作用，馈线数目，输电距离以及自动化程度，将来的发展状况等因素，再按照设计任务书给定的负荷情况和《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》第一册及相关资料可以初步拟定该厂主接线的方案为双母线的接线方式，见附图1。

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第二章 主变压器的选择

第一节 概述

一、主变压器的选择原则

1、对于150MW及以上的机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。因为在发电机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线，供电可靠性很高，而大电流的隔离开关发热问题比较突出，特别是设置在封闭母线中的隔离开关问题更多；同时发电机回路断路器的价格极为昂贵，故在封闭母线回路不设置断路器和隔离开关，以提高供电可靠性和经济性。

2、对于150MW及以上的机组，一般与双绕组变压器组成单元接线，主变压器的容量和台数与发电机容量配套选用。

3、容量为150～300MW的发电机组与双绕组变压器为单元连接时，在发电机及变压器之间不应装设断路器、负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。

第二节 主变压器的确定

一、相数的选择

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。当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂均选用三相变压器。

二、绕组数量和连接方式的选择

对于200MW及以上的机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。因为在发电机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线，供电可靠性很高，而大电流的隔离开关发热问题更多；同时发电机回路断路器的价格极为昂贵，故在封闭母线回路里一般不设置断路器和隔离开关，以提高供电的可靠性和经济性。此外，三绕组变压器的中压侧，由于制造上的原因一般不希望出现分接头，从而对高、中压侧调压及负荷分配不利。这样采用三绕组变压器就不如用双绕组变压器加联络变压器灵活方便。

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变压器绕组的连接方式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。高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。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，根据以上变压器绕组连接方式的原则，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线系统中，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。

三、主变压器容量的确定

主变压器容量的确定要依据传递容量基本原始资料，根据电力系统5～10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。容量为150MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时，该变压器的容量可按下列两种条件中的较大者选择：

1、按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷，且变压绕组的温升在标准环境温度或冷却水温度下不超过55℃。

2、按发电机的最大联系输出容量扣除本机组的厂用负荷，且变压器绕组的温升不超过65℃。

3、发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择：

（1）按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。 （2）按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。

四、台数的确定

对于150MW及以上的机组，一般与双绕组变压器组成单元接线，主变压器的容量和台数与发电机容量配套选用。

由于发电厂计划安装两台330MW发电机组，故而需要安装两台主变压器。 综上所述，故选择主变压器的型号为：SFP-400000/220。变压器的具体参数如表2-1所列。

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表2-1 变压器参数表

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第三章 短路电流的计算

第一节 概述

短路是电力系统中常发生的一种故障。所谓短路是指电网中某一相导体未通过任何负荷而直接与另一相导体或“地”接触。电网正常运行的破坏大多数是由短路故障引起的。发生短路后，电力系统在运行时阻抗突然大为减小，使短路处及供电回路流过巨大的短路电流，可达正常运行电流的几倍、十几倍甚至几十倍，达到几万甚至几十万安培。同时，短路点的电压有可能降低为零，邻近地区网络电压也要大幅度下降。因而，短路故障给电力系统带来的后果是很严重的，危害很大。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路很少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况却最严重，应给予足够的重视。因此，我们采用三相短路来计算短路电流，并校验电气设备的稳定性。

第二节 短路电流的计算

一、短路电流计算的目的

短路电流计算是发电厂电气设计中的一个重要环节。其计算目的是： 1、电气主接线比选。 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。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yek4.html