发电厂电气部分课程设计

目录设计任务书（置于目录前） (1)

摘要 (3)

引言 (4)

1系统与负荷资料分析 (5)

2电气主接线 (6)

2.1主接线方案的选择 (6)

2.2 主变压器的选择与计算 (9)

2.3厂用电接线方式的选择 (11)

2.4 主接线中设备配置的的一般规则 (13)

3短路电流的计算 (14)

3.1短路计算的一般规则 (14)

3.2短路电流的计算 (15)

3.3短路电流计算表 (16)

4电气设备的选择 (17)

4.1电气设备选择的一般规则 (17)

4.2电气选择的条件 (17)

4.3电气设备的选择 (20)

4.4电气设备选择的结果表 (22)

5*配电装置 (23)

5.1配电装置选择的一般原则 (23)

5.2配电装置的选择及依据 (25)

结束语 (26)

参考文献 (27)

附录Ⅰ：短路计算 (28)

附录Ⅱ：电气设备的校验 (33)

附录3：设计总图 (39)

1、系统与负荷资料分析

根据原始资料，本电厂是中型发电厂，比较靠近负荷中心。本电厂要向本地区的各工厂企业供电，还要与220KV系统相连，并担负着向市区供电，保障市区人民生产和生活用电的责任。由于本厂的地理位置优越，一般情况下都容易获得燃料，能确保本地区以及附近的工厂、市区的正常供电，还可以向220KV提供电能。

由资料我们可知，本电厂以110KV的电压等级向用户送电。这里有两电压等级，分别是110KV，有8回出线；220KV，有10回出线，全部负荷有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级负荷。

1.1 220KV电压等级

架空线10回，I级负荷，最大输送200MW，T

=6000h/a；cos =0.85。出线回

MAX

路数大于4回且为I级负荷，应采用双母带旁路或一台半。

1.2 110KV电压等级

架空线8回，Ⅰ级负荷，最大输送180MW，T

=6000h/a；cos =0.85。出线回

MAX

路数大于4回且为I级负荷，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。

总装机容量16000MW，短路容量10000MW。根据原始资料，本电厂是中型发电厂，其容量为2×200MW，占电力系统总容量（800/16000）×100%=5%，未超过电力系统的检修备用容量8%~15%和事故备用容量10%的限额，但年利用小时数为6000h>5000h，远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数,说明该厂在未来电力系统中的作用和地位重要.该厂为火力发电厂，在电力系统中主要承担基荷，且电力负荷均为Ⅰ级负荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。由资料可知发电厂通过220KV的线路与系统连接且有两回回路。对于最大机组为200MW 以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。其联络变压器宜选用三绕组变压器。

2、电气主接线

2.1主接线方案的选择

2.1.1 主接线概述

电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。所以，由文献[1]可知；它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面：

电气主接线是发电厂电气设计的首要部分,也是构成电力系统的主要环节。

2.1.2 电气主接线的叙述

1）单元接线

其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，此种接线方法设备更多。

本设计中机组容量为400MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器。这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。

2）单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线

优点：在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不带电，通常两侧的开关处于合闸状态，检修时两两互为热备用；检修QF时，可不停电；可靠性高，运行操作方便。

缺点：增加了一台旁路断路器的投资。

3）单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线

优点：可以减少设备，节省投资；同样可靠性高，运行操作方便；

4）双母线接线

优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。

缺点：由于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。

5）双母线带旁路母线的接线

优点：增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。

缺点：多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作。

2.1.3 主接线方案：

1)根据变压器的组合方案拟定主接线的初步方案，并依据对主接线的基本要求，从技术上进行论证各方的优、缺点，淘汰了一些较差的方案，保留了两个技术上相对较好的方案，如下所示：

表2.1主接线方案比较

电压等级方案一方案二

220KV双母分段带旁路接线双母线分段接线

110KV单母线带旁路单母线分段接线

2）10.5KV侧采用封闭母线

封闭母线按结构式可分为：离相封闭母线、共箱封闭母线和金属箱式电缆母线。其中离相封闭母线适用于200MW及以上发电机引出线与主变压器、厂用变压器之间的连接。共箱封闭母线和金属箱式电缆母线主要用于厂用变压器至厂用配电室之间的引出线连接。全连型离相封闭母线的配套产品有发电机中性点柜、电压互感器、避雷器柜等，配套设备分别装于抽屉小车式的电气柜内，由生产厂家随封闭母线成批供货。

本设计中由于发电机的的最大持续工作电流过大，不能选到适用它的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等设备，所以采用了离相封闭母线，在其他设备选择时，就不用选10.5KV侧所设计到的设备，生产厂家已经随封闭母线成批供货。

图2.1：方案一220KV双母分段带旁路接线

图2.2：方案二220KV双母线接线

3) 两种方案的比较：

一、可靠性：方案一中220KV可靠性较高；在检修线路断路器时避免造成该回路停

电，可靠性高；方案二中220KV接线简单，设备本身故障率少；220KV故

障时，停电时间较长。

二、灵活性：方案一各电压级接线方式灵活性都好；220KV电压级接线易于扩建和

实现自动化；110KV操作过程相对简单；方案二中220KV运行方式相对简

单，灵活性差；各种电压级接线都便于扩建和发展；110KV操作过程复杂。

三、经济性：方案一的投资比方案二要大很多，增加了旁路间隔和旁路母线，每回

间隔增加一把隔离开关，大大的增加了投资，同时多占用了土地。方案二

中220KV设备相对少，投资小；110KV只增加了一台旁路断路器的投资

通过对两种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，虽然方案一比方案二供电可靠，但是由于目前断路器采用的是六氟化硫断路器，它的检修周期长，不需要经常检修，所以采用旁路也就没有多大意义了，这样一来不仅仅节省了投资，也节约了用地，所以比较论证后确定采用了方案二。

2.2 主变压器的选择与计算

2.2.1 发电机的选择

由原始资料可知，需选用两台200MW的发电机，因此查《电气工程电气设备手册》选定其型号为QFSN-200-2。

表2.2:QFSN-200-2主要参数

2.2.2 主变压器台数的选择

确定主变压器台数的因素很多，主要取决于该电厂在系统中的重要性并结合电厂本身的装机台数。为减少主变压器台数，可考虑采用扩大单元接线。一般装机一至三台的小型非骨干电厂以确定一台主变压器为宜，装机四台及以上的小型电厂可考虑确定两台主变压器以满足运行的可靠性和灵活性。本设计中可选择两台三相三绕组变压器。

2.2.3 主变压器的选择

发电机—变压器单元接线中的主变容量应按发电机额定容量扣除本机组厂用电后，留有10%的裕度来确定。主变容量一般按变电所建成后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。

根据本设计具体情况，使用三绕组变压器比使用两台双绕组变压器经济，主变的容量计算如下：

PN为发电机容量，8%为厂用电，COSΦ为发电机功率因数。

查《电气工程电气设备手册》选定主变型号为三绕组SSPS-240000/220,其主要参数如下：

表2.3：SSPS-240000/220主要参数

2.2.4 联络变压器的选择

与主变选用原则相同，则选取的型号为SFPS7-150000/220。

表2.4：SFPS7-150000/220主要参数

额定容量KVA 连接组号额定电压（KV）阻抗电压(%)

高-中24高-低15

150000 YN,yn0,d11 220±

2x2.5%/121/15.75

中-低8

2.3厂用电接线方式的选择

2.3.1厂用电的设计

发电厂在启动、运转、停役、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、气轮机或水轮机、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、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。

2.3.2厂用电设计原则

厂用电的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有：

（1）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）接线应灵活的适应正常、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。

（4）设计还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重的采用新技术、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、厂用电源及其引线和厂用电接线形式等问题，进行分析和论证。

2.4 主接线中设备配置的一般规则

2.4.1 开关的配置

（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关；容量为200MW及以上大

机组与双绕组变压器的单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。

（2）在出线上装设电抗器的6~10KV配电装置中，当向不同用户供电的两

回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。

（3）接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。

（4）一台半断路器接线中，视发变电工程的具体情况，进出线可装设隔离开关也可不装设隔离开关。

（5）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。

（6）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。

2.4.2 电压互感器的配置

（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、

同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。（2）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感顺的情况和需要确定。（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，

出线侧的一相上应装设电压互感器。（4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。

（5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。

2.4.3 电流互感受器的配置

（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、

保护和自动装置要求。

（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器；发电机和变压器的中

性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。

（3）对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。

（4）一台半断路器接线中，线路一线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。

3.短路电流的计算

3.1短路计算的一般规则

3.1．1 短路电流计算的目的

在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：

1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。

2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。

3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。

4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。

5）接地装置的设计，也需用短路电流。

3.1.2 短路电流计算条件

1．基本假定：

1）正常工作时，三相系统对称运行

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外，元件的电阻都略去不计

6）不考虑短路点的电流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

2．一般规定

1）验算导体电器的动稳定、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，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地点

4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

3.2 短路电流的计算（见附录Ⅰ）

3.3短路电流计算表（表3.1）

表3.1路电流计算表

4.电气设备的选择

正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。尽管电力系统中各种电器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确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。本设计，电气设备的选择包括：断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、导线的选择。

4.1电气设备选择的一般规则

4.1.1 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。

4.1.2 应按当地环境条件校核。

4.1.3 应力求技术先进和经济合理。

4.1.4 与正个工程的建设标准应协调一致。

4.1.5 同类设备应尽量减少品种。

4.1.6 用新的产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

4.2电气选择的技术条件

4.2.1按正常工作条件选择电器

（1）额定电压和最高工作电压

所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即

U

alm ≥U

sm

。

一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下时为1.15U

N

；额定

电压是330~500KV时是1.1U

N 。而实际电网的最高运行电压U

sm

一般不会超过电网额

定电压的1.1U

Ns ，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压U

N

不低于装置地点电

网额定电压U

NS

的条件选择,即

U N ≥U

Ns

（2）额定电流

电器的额定电流I

N 是指在额定周围环境温度θ。下，电器的长期允许电流。I

N

不应该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

max

，即

I N ≥I

max

由于发电机、调相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I

max

为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可

能时，I

max

应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压

器的I max ；母线分段电抗器的I max 应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%；出线回路的I max 除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。 （3）按当地环境条件校核

在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电器使用的额定环境温度 θ0＝＋40℃，如周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，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%。 4.2.2 按短路情况校验 （1）短路热稳定校验

短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条件

为 I t 2 t ≥Q k

式中 Q k —短路电流产生的热效应

I t 、t —电器允许通过的热稳定电流和时间。 （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。 满足动稳定条件为： I es ≥I sh

式中 I sh —短路冲击电流有效值；

I

—电器允许的动稳定电流的有效值；

es

4.2.3电气设备选择的技术条件

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。同时，所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。各种高压设备的一般技术条件如表：

表4.1 ：高压设备的一般技术条件

4.3电气设备的选择

4.3.1断路器：

断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济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，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF

6

断路器。

(1)SF6断路器的特点：

1.灭弧能力强；介质强度高，单元灭弧室的工作电压高，开断电流大然后时间短。

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．操作功小，机械特性稳定，操作噪音小。

（2）选择原则：

1. I

max

≥1.05IN

2. U

N ≥U

Ns

因此，220KV处断路器的额定电压取220kV，最高工作电压选用252kV，额定电流选用1600A，开断电流选用40 kA，采用LW-220；110KV处断路器的额定电压取110KV，最高工作电压选126KV，额定电流采用1600，开断电流采用31.5KA，采用LW11-110。

4.3.2 隔离开关：

采用GW7-220和GW5-110W，GW7-220额定电流为1250A，动稳定电流为80KA；GW5-110W额定电流为1600A，动稳定电流为80A。

4.3.3 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：电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6~20KV 屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。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式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。 （2） 一次回路电压：U N ≥U Ns （3）一次回路电流：I 1N ≥I max

（4）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。

（5）二次负荷：互感器按选定准确级所规定的额定容量S 2N 应大于或等于二 次侧所接负荷I 22N Z 2L ，即

S 2N ≥I 22N Z 2L Z 2L =r a +r re +r L +r c

式中，r a 、r re 分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻（忽略电抗）；r c 为接触电阻，一般可取0.1?；r L 为连接导线电阻。 （6）动稳定：

内部动稳定校验式为：i es ≥i sh 或

2I 1N K es ≥i sh

式中 i es 、K es —电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，有制造厂提供。 外部动稳定校验式为

F al ≥0.5×1.73×10-7i 2sh a L

(N)

式中 F al —作用于电流互感器瓷帽端部的允许力，有制造厂提供； L —电流互感器出现端至最近的一个母线支柱绝缘子之间的跨距；

a—相间距离；

0.5—系数，表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。

（7）热稳定：电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流I

t

或一次额定

电流I

1N 的倍数K

t

来表示，热稳定校验式为

I2

t

≥Q

k

或(K

t

I

1N

)2≥Q

k

4.4电气设备选择的结果表

表4.2：断路器的选择

UN 为额定电流；IN 为额定电流；INbr额定开断电流；INcl额定闭合电流；Ies(3s)动稳定电流峰值；I

t

（3s）热稳定电流。

表4.3隔离开关的选择

G-隔离开关, W-户外

电压电流互感器的选择

表4.4电流互感器的选择表

L-电流互感器,B-保护表4.5电压互感器的选择表

型号UN 次KV UN 二次

KV 剩余电压

绕组A

最大容量

KVA

110KV JCC-110 0.1 2000

220KV JCC-220 0.1 1000

发电机出

口

JDX-35 35/O.1 2000

J-电压互感器,C-瓷绝缘（串级式）,D-单相油浸式，X-特有剩余电压绕组

5.配电装置

5.1配电装置选择的一般原则

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级发的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断假冒新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。

火力发电厂及变电所的配电装置型式选择，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、检修和安装要求。

（1）节约用地：我国人口众多，但耕地不多，因此用地是我国现代化建设的一项带战略性的方针；