发电厂电气部分课程设计

目录摘要……………………………………………......................

第1章设计任务…………………………….....................

第2章电气主接线图………………………........................

2.1 电气主接线的叙述……………………………..

2.2 电气主接线方案的拟定.....................................

2.3 电气主接线的评定..................................................

第3章短路电流计算……………………….....................

3.1 概述..................................................................

3.2 系统电气设备电抗标要值的计算.................

3.3 短路电流计算..................................................

第4章电气设备选择……………………….....................

4.1电气设备选择的一般规则……………………….

4.2 电气选择的技术条件…………………………….

4.2.1 按正常情况选择电器……………………….......

4.2.2 按短路情况校验……………………………........

4.3 电气设备的选择………………………………….

4.3.1 断路器的选择……………………………….

4.3.2 隔离开关的选择…………………………….

第5章设计体会及以后改进意见…………........................

参考文献……………………………………….......................

摘要

由发电、变电、输电、和用电等环节组成的电能生产与消费系统，他的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化为电能，再经过输、变电系统及配电系统将电能供应到个负荷中心。

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。主接线的确定对整个电力系统及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备的选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域。而在我国电源结构中火力设备的容量占总装机容量的75%。本文是对有2台

50MW和2台300MW汽轮发电机的大型火电厂的一次部分的初步设计、主要完成电气主接线的设计。包括电气主接线的形式比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和厂用高压变压器的计算、台数、型号的选择；短路电流的计算和高压电气设备的选择与校验；并做了变压器保护装置。

【关键词】发电厂、变压器、电力系统、继电保护、电气设备。

电力系统故障

每年新设计的电力设备都是系统的可靠性不断提高，然而，设备的使用不当以及一些偶然遇到的外在因素均会导致系统故障的发生。发生故障时，电流、电压变化的不正常，从电厂到用户的送点在相当大得内不令人满意。此时若故障设备不立即从系统中切除的话，则会造成其他运行设备的损坏。

故障时由于有意或无意地两个或更多的导体接触造成的，导体间本来是有电流存在的而这种接触可能是金属性接触，也可能是电弧引起的。如果是前者造成的故障，则两部分导体之间电压下降为零；若为后者，则电压便得很低，超长的大电流经过网络留至故障处。此短路电流通常会大大超出导线以及供电发电机的热承受能力，其结果，温度的升高会导致导体烧毁或绝缘焦化。在允许的期限内，最靠近故障处的电压会变的很低，致使用电设备无法运行。显然，系统设计者必须事先考虑到故障可能发生在什么地方，能够推测出故障期间的各种情况，提供调节好的设备，以使驱动为将故障设备切除所必须断开的开关能够跳闸。通常希望此时系统无其他开关打开，否则会导致系统线路不必要的修改。

过负荷与故障是两个概念。过负荷仅指施加于系统的负荷超过了设计值。发生这种情况时，过负

荷处的电压可能很低，但并不等于零。这种电压不足的情形可能会超过过负荷处蔓延一定距离，进而影响系统其他部分。过负荷设备的电流变大而超过预定的热极限，但是这种情况比发生故障时的电流要小。此时，供电虽然往往能维持，点电压较低。

过负荷的情况在家里发生，例如请街坊邻居聚会时，女主人可能会将五个化夫饼干烘烤器的插头同时插入厨房的插座，诸如此类的过负荷倘若不能迅速处理的话，就会造成电力线发热甚至酿成火灾。为了避免这种情况的发生，须采用保险丝或断路器来保护住宅区电路免受损坏。断路器会在电流超出预定值时迅速切断电路。当用户安装的用电器增加时，也会超过变压器负荷能力，因此有必要不时地监视配电线路以确保在负荷增加时变压器的容量也相应增加。

电力系统会发生各种类型，由各种原因引起的故障。我们在家看到过破损的照明灯电线，是得其两根导线相触，并会发生弧光。如果此时断路器或保险丝能够正常工作，则电路能被自动切断。

大部分架空明线是用裸导体假设的，又是由于风、雨、雷或大树、起重机。飞机及支撑物的损坏等因素会使导线偶然碰到一起。由雷电或开关瞬变过程中引起的过电压会在支撑物或导体之间产生电弧，即便在电压正常的情况下，绝缘材料的污染也会引起电弧。

通常采用油浸电缆纸或聚乙烯一类固体塑料绝缘材料将埋地电缆中的导线与导线和导线与地隔开。这些绝缘会随着时间的流逝而老化，尤其是在过负荷引起的高温下运行时更是如此。绝缘材料内的空隙会造成气体的电离，其生成物对绝缘不利。绝缘材料老化会引起绝缘性能下降而导致导线短路。电缆故障的可能性会因雷电或开关瞬间引起的导线的电压骤然变高而增加。

变压器故障可能是由绝缘老化、加上雷电、开关顺便过程导致的过高压造成的，其结果会导致发电机匝内短路。绝缘损坏也可能会发生在某一绕组与定子铁芯的接地钢架构之间。同一槽内不同绕组之间的绝缘损坏会导致点击大范围短路。

像处理平衡三相负荷一样，处理平衡三相故障也是依照基于由火线到零线的电路或等效单相电路的原则进行。可以通过电压、电流和电阻的规律来求解问题。当然，单相线路上的故障的处理方法也可以用于在单项等效电路下三线故障的处理中。

鉴于线路故障的这些特征，许多公司都用一种叫高速重合器的装置。故障发生时，线路两端的断路器跳闸，电流即被切断，经过一定的时间间隔，待电弧熄灭后，断路器又自动进行再次合闸，大多数情况下，不到一秒既可以恢复正常供电。当然，如果因结构损坏，故障不能很快排除的话，则断路器必须再次跳闸且保持这种跳闸状态。

设计任务：

完成火力发电厂的电气主接线的选择及电气主设备，包括变压器、断路器、电流互感器。

原始资料：

火力发电厂的原始资料：

装机4台，分别为供热式机组2*50MW(N U =10.5KV )，凝汽式机组2*300MW （15.75N U KV =），厂用电率6%，机组年利用小时max 6500T h =。

电力负荷和电力系统连接情况如下：

1、 10.5KV 电压级最大负荷20MW ，最小负荷15MW ，cos 0.8?=，电缆馈线6回；

2、 220KV 电压级最大负荷250MW ，最小负荷200MW ，cos 0.85?=，max 4500T h =，架空

线6回；系统归算到本厂22KV 母线上的电抗标幺值0.024s x =（基准容量为100KV ·A ） 3、 110KV 电压级与容量为3500MW 的电网连接，架空线6回，系统归算到本电厂110KV 母线

上的电抗标幺值0.02s x =（基准容量为100MV ·A ）

电气主接线形式：

220KV 采用双母线带旁路母线接线，110KV 采用双母线带旁路母线接线。

电气设备的选择：

公共部分：变压器

分组部分：110KV 与220KV 联络变接220KV 母线侧断路器，隔离开关，电流互感器。

原始资料分析：

设计电厂总容量2502300700MW ?+?=。当本厂投入生产后，将占系统总容量的

700/(3500700)100%16.7%15%+?=>，超过了电力系统的检修备用容量和事故备用容量，说明

了该电厂在未来供电系统中的作用和地位很重要，而且max 65005000T h h =>，又为火电厂，在电力

系统中将主要承担基荷，从而该电厂主接线务必着重考虑可靠性。从负荷点及电压等级可知，它具有10.5KV、110KV、220KV三级电压负荷。10.5KV容量不大，为地方负荷。110KV与系统6回馈线，备用一回，呈强联系形式，并接受本厂剩余功率，最大可接受本厂送出电力为---?=，最小可接受本厂送出电力为700152007006%443MW

---?=，可见，该厂110KV接线对可靠性要求很高，采用双母带旁路700202507006%388MW

母线接线形式。220KV架空线6回，为了提高其供电的可靠性，采用双母线带旁路母线接线形式。

10.5KV电压级共有6回电缆出线，其电压恰与发电机端电压相符，采用直馈线为宜。

主接线方案的拟定：

在对原始资料的分析基础上，结合对电气接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术，积极政策的前提下，力争使其技术先进，供电安全可靠、经济合理的主接线方案。

发电、供电的可靠性是发电厂生产的重要问题，主接线的设计，首先应保证其满发，满供，不积压发电能力。同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电的连续性，因为根据对原始资料的分析，将主接线方案拟定如下：

（1）10.5KV：鉴于出现回路多，且发电单机容量为50MW，远大于有关设计规程对选定单母线分段接线不得超过24MW的规定，应确定为双母线分段的接线形式，两台50MW机组分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压220KV。由于50MW机组均接在10.5KV母线上，可选择轻型设备，在分段处加母线电抗器，各条电缆出线装有电缆电抗器。

（2）220KV：出线6回，采用双母线带旁路接线形式。进线从10.5KV侧送来的剩余容量?-?+=，不能满足220KV最大最小负荷的要求。为此以一台300MW机250[(7006%)20]38MW

组按发电机—变压器单元接线形式接至220KV母线上，剩余容量机组检验时不足容量由联络变压器与

110KV接线相连，相互交换功率。

（3）110KV：出线6回，为使出线断路器检修期间不断电，采用双母带旁路母线接线。其进线一

路通过联络变压器与220KV相连，另一路为一台300MW机组与变压器组成单元接线，直接接入

110KV，将功率送入电力系统。据以上分析，接线形式如下：

电气主接线

2.3 电气主接线方案的判断

该电气主接线始终遵循了可靠性、经济性、灵活性的要求。在确保可靠性、灵活性的同时，兼顾

了经济性。在可靠性方面该主接线简单清晰，设备少，无论检修母线或者故障检修，均不致造成全厂

停电，每一种电压级中均有两台变压器联系，保证在变压器检修和故障时，不致使各级电压解列。机

组的配置也比较合理，使传递能量在变压器中的损耗最小。在灵活性方面，运行方式比较简单，调度

灵活性好，各种电压级接线都便于扩建和发展。在经济性方面，投资小，占地面积小，采用了单元接线及封闭母线，从而避免了选择大容量的出口断路器，节省了投资，有很大的经济性。

通过以上分析，该主接线方案对所设计的这一火电厂而言，是比较合理的，可以采纳。

2.4 发电机及变压器的选择

1、发电机的选择：查《电力系统工程基础》两台50MW 发电机选用QFS-50-2汽轮发电机，两台300MW 汽轮发电机选用QFS-300-2型汽轮发电机。

2、根据本设计的具体情况，应该选择3台双绕组变压器，1台三绕组变压器。

表1-1 发电机型号选择

2台双绕组变压器额定容量确定公式 所以选定变压器容量为360MVA

220KV 双绕组变压器为SSP-360000/220型

三绕组联络变压器选择SSPSL-180000/220型

两母线之间的变压器： 容量初选：00007001530094+94=121.950.850.8MW ??

?-

?- ???

N S =（）100

因此选容量为120MV 的变压器，变压器型号为SFP7-120000/220

3.1 概 述

电力系统中，常见的短路故障有三相对称短路、两相短路和单项接地短路。其中三相短路电流的计算式为了选择和校验QF 、QS 、母线等电气设备，两相短路电流用于确定继电保护装置。

短路发生后，短路电流的值是变化的，变化的情况决定于系统电源容量的大小、短路点离电源的远近以及系统内发电机是否带有电压自动调整装置等因素。按短路电流的故障情况，通常把电力系统分为无限容量系统和有限容量系统。

无限容量系统短路电流的计算，采用短路回路总阻抗法计算；有限容量系统短路电流的计算，采用运算曲线法，这中间要用到网络的等值变换。 3.2 系统电气设备电抗标幺值计算 系统基准值

100B

MVA S

=, 基准值电压av.n =B U U

1. 发电机12G G ，

：

12**100

==0.1953=0.3950d d x x ? 发电机

12

G G

，

：34**100

==0.167=0.06300

d d x x ?

2. 变压器电抗标幺值的计算

两台220KV 主变压器：(

)

k %*15100

0.042100

100360

u x B T N

S S

=

?=

?= 联络变压器：

3. 母线电抗器电抗标幺值的计算

发电机

1

G （或2

G

）的额定电流

1

3.347NG KA I

=,母线电抗器一般取发电机额定电流的5%~8%，

照此标准选电抗器NKL-10-400-5型，额定电流0.4N

KA I

=,10N KV U =,电抗百分数5L X =,

由此得电抗标幺值(

)22*

%5100

0.65510010010.05

L

B L av n

S

X X

U

?==

= 4. 系统归算到110KV 侧的电抗标幺值：*

=0.02S X

3.3 短路电流的计算

用于校验设备的最大三相短路电流的计算，本设计用近似方法计算，即发电机和系统的次暂态电势

''

1

E

=S

S

G2

G1

12/0.024

11/0.39

K 点

发生短路，其等值电路如下

G

G

G2

G1

7/0.042

11/0.39

()

()13

231

0.06+0.0420.02=0.017X

X X X =+=

短路电流周期分量有效值为：

最大有效值：()imp w 1.52=1.5218.7=28.5I I KA =? 冲击电流：()sh w 2.55=2.5518.7=47.7I I KA =? 短路功率：kt w =71.41007140B S I S *?=?=（MVA ）

4.1：电气设备的选择

断路器的选择：除满足各项技术条件和环境条件，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，经技

术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV-220KV 的电网一般选用少油断路器，而少油断路器不能满足要求时，可选用6SF 断路器。 断路器的选择条件具体条件如下： 1：额定电压校验：max N U U ≥ 2：额定电流校验：max N I I ≥

3：开路电流：()

br w N I I ≥短路电流有效值

4：动稳定：

(es

sh i

i ≥短路冲击电流）

5:热稳定：r k Q Q ≥

隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求。

220KV 侧断路器的选择

流过断路器的最大持续工作电流： 计算数

据表： 查表选

择

SW6-220/1200

开断电流校验：

动稳定校验：()()es i =5547.7KA KA ≥ 热稳定校验：

设继电保护后备时间pr2t =0.15s ，固有分闸时间in t 为0.04s ，少油断路器燃弧时间a t 为0.04s ，保护启动和执行机构时间之和pr1t

为0.06s ，短路开段时间·

k pr1in t =t +t =0.06+0.04=0.1s 故用"

I 校验br N I 短路电流的热效应 所以热稳定校验合格

220KV 隔离开关的选择

滤过断路器的最大持续工作电流： ○

1计算数据表

○

2为了满足各项条件，选择GW6—220D/1000—50 隔离开关

○

3动稳定校验: 所以动稳定校验合格 ○

4热稳定校验 设继电保护后备时间 全开断时间 为0.06s 则短路计算时间为： 短路电流的热效应： 所以热稳定校验合格

4.3 电流互感器的选择

电流互感器的选择和配置应按下列条件：

1. 型式：电流互感器的型式应 使用环境条件和产品，情况选择，对于35KV 及以上配电装置，一般采

用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。 2. 准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求。并按准确等级

要求高的表计来选择。

220KV 的电流互感器的选择

1. N U 220()NS U KV ≥=一次回路电压 根据以上两项，选择LCW —220 3.动稳定校验 满足动稳定要求 4.热稳定校验 短路电流的热效应

满足热稳定性要求

综上述，所选的电流互感器LCW—220（1200/5）满足要求

总结

随着这学期学习时间的结束，课程设计也接近了尾声。经过几周的奋战我们的课程设计终于是完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这一门课程知识的单纯总结，但是通过做这次的课程设计发现自己的看法有点太片面了点。课程设计不仅是对之前学习的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了原来自己知识还是比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么都会了，什么东西自己也都懂了，有点眼高手低。通过这次课程设计，我们才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己的知识和综合素质。

在这次课程设计中也是使我们同学间的友谊更近一步了，也让我们学会如何去更好的合作办事，同学之间互相帮助，有什么不懂得打架在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里每一个同学都是值得感激的。

不管是学会的还是学不会的，的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何下手。最后做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正用到的时候才发现是两回事，所以我们认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

还要感谢我们的指导老师齐辉老师对我们的悉心指导，感谢老师对我们的帮助，在设计过程中，我们通过查阅大量有关资料，与同学交流经验与知识，并向老师请教一些我们不懂的，不清楚的地方，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样是巨大的。在整个设计中我们懂得了很多东西，也培养了我们分工合作的能力，树立了自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了我们的动手能力，使我们充分体会到了再创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的并不是完美，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获的财富，使我们终生受益。

由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的协助，想要完成这个设计是十分有难度的。再次感谢指导老师，在我们做设计的每一个阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我们悉心指导。我们的设计业较为复杂繁琐，但是齐老师仍然细心纠正我们的错误。让我们得以顺利完成这次课程设计。

参考文献

[1] 熊信银张步涵编，电力系统工程基础【M】.华中科技大学出版社，2003

[2] 熊信银编，发电厂电气部分（第四版）【M】.中国电力出版社，2009

[3] 于永源杨绮雯编，电力系统分析（第三版）【M】.中国电力出版社，2007

[4] 贺家李宋从矩编，电力系统继电保护原理（第三版）【M】.中国电力出版社，1999

[5] 马永翔王世荣编，电力系统继电保护【M】.中国林业出版社，2006

[6] 马永翔编，高电压【M】》.北京大学出版社

[7] 李扬编发电厂电气设备【M】中国电力出版社

[8] 曹绳敏编电力系统课程设计及毕业设计参考资料【M】东南大学出版社