三门峡华阳电厂电气一次部分设计

论文
三门峡华阳电厂电气一次部分设计
论文题目：三门峡华阳电厂电气一次部分设计
摘要
发电厂是电力系统中的重要组成环节,它将直接影响整个电力系统的安全与经济运行,是电力系统的基础。

本课题设计从电力工业在国民经济中的重要作用,电力系统的组成以及发电厂的类型谈起，论述了发电厂设计在电力系统设计中的重要地位。

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，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。

为了发电厂的正常运行还要对电气设备的校验。

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电气设备选择
Key words: Generators Transformer；Main Electrical Connection；Short-circuit current calculation； Electrical equipment choice
Power plants is an important component part in the power system, it directly affects the entire power system's security and economy,and it is the basic of the power system.
The article introduces the important position of power station design thruogh the effect of power industry on the national economy,the composition of power system and the kind of power station.It makes a lot of introductions about the most important part of electrical parts of power station design——the main electrical wiring of power station.It contains the basic requirement, basic design principle and classification of the main electrical wiring. It also contains the choice and design of 2
the main transformer in the station and the design and drawing of electrical main wiring diagram。

And then talked about the main electrical power plant equipment . 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.
论文类型：设计报告
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目录
前言 (8)
第一章绪论 (9)
第一节电能及我国电力工业现状和发展 (9)
第二节火力发电厂 (9)
第三节本文的主要工作 (10)
第二章电气主接线方案选择 (11)
第一节概述 (11)
第二节电气主接线的基本要求 (11)
第三节电气主接线设计 (12)
第三章电气设备的选择 (20)
第一节电气设备选择的一般要求 (20)
第二节主变压器的选择 (22)
第三节断路器的选择 (25)
第四节互感器的选择 (27)
第五节隔离开关的选择 (29)
第六节组合电气的选择 (30)
第四章配电装置的选择 (34)
第五章短路电流计算 (36)
第六章电气设备选择计算 (43)
总结 (47)
致谢 (48)
参考文献 (49)
附件 (50)
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前言
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。

在电力系统中，大中型电厂起着举足轻重的作用，一旦故障将引起大面积停电，重则引起电网崩溃。

本设计的电厂在电网中占有重要作用，一旦发生事故将引起主网的解列。

所以对电厂主接线进行了详细的分析比较，以确定一种安全经济成熟的主接线形式
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。

本次设计是在毕业设计依靠所学的专业理论知识，结合自己实习所得，旨在提高自己的技术理论水平，以达到理论联系实际，学以致用的目的。

本次设计参考《电力工程电气设计手册》、《发电厂电气部分》、《电力工程》、《供电技术》等技术资料，对本设计进行经济技术上的选择。

通过本次对发电厂变压器、主接线的选择及短路电流的计算、部分高压设备及配电装置的选择，以达到理论联系实际的目的.
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第一章绪论
第一节电能及我国电力工业现状和发展
通过人类的生产活动，依靠一次能源制取的能源，如电能，煤气，甲醇及由石油提取出来的各种成品油等，称之为“二次能源”。

电能是最具生命力的二次能源，他能方便的转变成其他形式能量。

在人类生产。

生活的各个领域，电气化的程度已是国民经济现代化的重要标志之一。

电力工业是为国民经济各个领域提供电能的部门。

世界上各个国家发展国民经济的正反两方面经验都证明了，没有雄厚而高速发展的电力工业为基础，国民经济的高速发展是不可能的。

电能由各种一次能源按不同的转化方式而获得。

具有一定转换规模、能连续不断对外界提供电能的工厂，成为发电厂。

基于一次能源种类和转换方式的不同，发电厂可以分为火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂、风力发电厂等等。

目前世界上形成规模，具有成熟开发利用技术，并已经大批量投入商业运行的发电厂，主要是火力发电厂、水力发电厂和原子能发电厂。

作为工农业生产动力基础的电力工业，其规模业发展水平是衡量国民经济发展和综合国力的一个重要标志，我国发电设备总装机容量从1995年以来已经跃居世界第二位，无论是在电网容量、电厂规模和单机容量上均有大幅提高。

火电厂和大机组已成为中国电力的主力，同时，运行管理水平也有了较大的提高，全国平均供电煤耗率逐年下降，安装工艺和文明施工提高到了一个新的水平；今后我国电力工业的应当向符合我国的国情的，低能耗，低环境污染，高效率的方向发展。

第二节火力发电厂
火力发电厂是利用煤炭、石油、天然气、或其它燃料的化学能生产电能的工厂。

火电厂的类型很多，但是从能量转换的观点分析，其基本过程式：燃料的化学能—>热能—>机械能—>电能。

世界上多数国家的火电厂以燃煤为主。

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燃煤火电厂动力部分是由制粉系统设备（磨制煤粉，使之能在锅炉炉膛内迅速而有效的燃烧）、锅炉设备（实现燃料化学能的释放，并转化成水蒸气携带的热能）、汽轮机设备（实现蒸汽热能部分地转化为旋转机械能）、凝汽器设备（实现乏汽冷却，并回收干净的凝结水）和给水泵设备（将给水加压后供给锅炉）等组成的。

火电厂电气部分包括电气一次系统和二次系统。

电气一次部分设计包括电气主接线，厂用电，导体和电器设备的选择，配电装置设计等。

电气二次部分主要是保护的配置和整定计算。

电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络。

对主接线的基本要求包括可靠性、灵活性、经济性。

发电厂在电力生产过程中，有大量电动机拖动的机械设备，用以保证主要设备（如锅炉、汽轮机或水轮机、发电机等）和辅助设备的正常工作。

这些电动机以及全厂的运行操作、实验、修配、照明、电焊等用电设备的总耗电量，统称为厂用电。

配电装置是发电厂的重要组成部分。

它是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和比要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。

第三节本文的主要工作
本设计的电厂三门峡华阳发电有限责任公司装机装机容量2×300MW ，位于崤函故地，黄河岸边，陇海铁路旁，紧邻闻名全国的三门峡水利枢纽工程，地处三门峡市工业发展区西端，距三门峡市区约27km。

这里煤炭、水力资源丰富，交通便利，华中、华北、西北电网在此交汇，是建设大型路口发电企业的理想之地。

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。

本设计过程采用师导辅导，学生自己动手的方式进行。

设计内容基本牵涉到大学所学习的全部专业知识，电气一次部分设计运用了包括“发电厂电气部分”、“电力系统分析”、“继电保护”、“高电压技术”等各专业课，做好本次设计基本上就可以为大学画上一个圆满的句号。

通过本次设计拟在通过综合运用各门
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课程知识，达到融会贯通，举一反三，将知识化为本身所有，.从而在工程实际中真正做到学以致用。

第二章电气主接线方案选择
第一节概述
电气主接线主要是指在发电厂､变电所､电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的､表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路｡电路中的高压电气设备包括发电机､变压器､母线､断路器､隔离刀闸､线路等｡它们的连接方式对供电可靠性､运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。

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。

第二节电气主接线的基本要求
电气主接线代表了发电厂电气部分的主体结构，起着汇集和分配电能的作用，是电力系统网络结构的重要组成部分。

电气主接线中一次设备的数量，类型，电压等级，设备之间的相互连接方式，以及与电力系统的连接情况，反映出电厂的规模和在电力系统中的地位。

电气主接线对电气设备的选择，配电装置布置，继电保护与自动装置的配置起着决定性的作用，也将直接影响系统运行的可靠性，经济性，灵活性。

为此电气主接线以满足下列要求：
一，保证必要的供电可靠性。

主接线系统应保证对用户供电的可靠性,特别是保证对重要负荷的供电
具体要求：
（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

（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）尽量避免发电厂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．运行的灵活性；接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

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:主接线系统应能灵活地适应各种工作情况,特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时,能够通过倒换开关的运行方式,做到调度灵活,不中断向用户的供电｡在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线｡
三、经济性：主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下,做到经济合理,尽量减少占地面积,节省投资
1.尽量通过节约一次设备，简化二次部分，限制短路电流以及采用简易电器以节约投资。

2.主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量减少占地面积。

3.合理选择变压器的种类，容量，数量，避免因为二次变压而导致电能损耗增加。

第三节 电气主接线设计
一．电气主接线设计原则：
1.应考虑发电厂中的地位和作用，电力系统中的发电厂有大型主力发电厂中小
型地区电厂及企业自备电厂三种类型
2.应考虑发电厂的分期和终期建设规模。

3.考虑负荷大小及重要性。

（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。

此外还应考虑当地的气温，污秽地质，风向，水文地震等因素对主接线中电气的选择和配电装置实施的影响。

二． 电气主接线常见接线方式选择：
1.
桥形接线
桥形接线采用4个回路3台断路器和6个隔离开关,是接线中断路器数量较少､也是投资较省的一种接线方式｡根据桥形断路器的位置又可分为内桥和外桥两种接线｡若为了在检修断路器时不影响和变压器的正常运行,有时在桥形外附
10 设一组隔离开关,这就成了长期开环运行的四边形接线｡
特点是：接线简单清晰、 设备少、造用低，并易于发展成为单母线分段和双母线接线
a 桥形接线 b
(a)内桥接线
(b)外桥接线
2.
多角形接线
多角形接线也称多边形接线。

就是将断路器和隔离开关相互连接,且每一台断路器两侧都有隔离开关,由隔离开关之间送出回路｡多角形接线所用设备少,投资省,运行的灵活性和可靠性较好｡正常情况下为双重连接,任何一台断路器检修都不影响送电,由于没有母线,在连接的任一部分故障时,对电网的运行影响都较小｡其最主要的缺点是回路数受到限制,因为当环形接线中有一台断路器检修时就要开环运行,此时当其它回路发生故障就要造成两个回路停电,扩大了故障停电范围,且开环运行的时间愈长,这一缺点就愈大｡环中的断路器数量越多,开环检修的机会就越大,所一般只采四角(边)形接线和五角形接线,同时为了可靠性,线路和变压器采用对角连接原则｡四边形的保护接线比较复杂,一､二次回路倒换操作
较多｡
3.单元接线
单元接线是将不同的电气设备（发电机，变压器，线路）串联成一个整体，称为一个单元，然后再与其他单元并列。

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。

例如：发电机-双绕组变压器单元接线
下图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(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c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。

a b
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
C 发电机-三绕组变压器单元接线
4. 单母线分段接线
单母线分段接线就是将一段母线用断路器分为两段,它的优点是接线简单,投资省,操作方便;缺点是母线故障或检修时要造成部分回路停电｡
单母线分段接线
5.双母线接线
双母线接线就是将工作线､电源线和出线通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组(一次/二次)母线上,且两组母线都是工作线,而每一回路都可通过母线联络断路器并列运行｡
其优点是：可靠性高，灵活性好。

可以轮流检修母线而不使供电中断, 调度､扩建､检修方便等。

缺点是：设备较多，配电装置复杂，运行中需要用隔离开关切换电路，容易引起误操作，同时投资和占地面积也较大。

双母线接线
6. 双母线带旁路接线
双母线带旁路接线就是在双母线接线的基础上,增设旁路母线｡其特点是具有双母线接线的优点,当线路(主变压器)断路器检修时,仍有继续供电,但旁路的倒换操作比较复杂,增加了误操作的机会,也使保护及自动化系统复杂化,投资费用较大,一般为了节省断路器及设备间隔,当出线达到5个回路以上时,才增设专用的旁路断路器,出线少于5个回路时,则采用母联兼旁路或旁路兼母联的接线方式
双母线带旁路接线
7.双母线分段带旁路接线
双母线分段带旁路接线就是在双母线带旁路接线的基础上,在母线上增设分段断路器,它具有双母线带旁路的优点,但投资费用较大,占用设备间隔较多,一般采用此种接线的原则为
(1)当设备连接的进出线总数为12～16回时,在一组母线上设置分段断路器
(2)当设备连接的进出线总数为17回及以上时,在两组母线上设置分段断。

双母线分段接线
8. 一台半路器接线
3/2断路器接线就是在每3个断路器中间送出2个回路,一般只用于500kV(或重要220kV)电网的母线主接线｡它的主要优点是
(1)运行调度灵活,正常时两条母线和全部断路器运行,成多路环状供电
(2)检修时操作方便,当一组母线停支时,回路不需要切换,任一台断路器检修,各回路仍按原接线方式，不需切换;
(3)运行可靠,每一回路由两台断路器供电,母线发生故障时,任何回路都不停电｡
2/3断路器接线的缺点是使用设备较多,特别是断路器和电流互感器,投资费用大,保护接线复杂｡
一个半断路器接线
根据原始资料，该电厂为中型电厂，发电机电压经主变压器升压后直接与220KV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：双母线带旁母接线
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
母带旁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，故而比方案三的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带旁母的接线方式，
第三章电气设备的选择
第一节电气设备选择的一般要求
一，一般原则：根据《电气设计手册》有：
1.安全适用，技术先进，经济合理。

2.满足正常运行、检修、短路和过电压情况，并考虑远期发展。

3 按当地环境校验。

4 与整个工程的建设标准协调一致。

5 选择的设备品种不宜过多。

6 选择的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

二、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。

各种高压电器的一般技术条件如下所示：
选择电气设备的一般技术条件
注：1、表中“〇”为选择电器进行的项目
1.长期工作条
（1）电压：选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug，即
Umax≥Ug
（2）电流：选用的电气设备的额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流Ig，即
Ie ≥Ig
高压电气设备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。

2.按当地环境条件校核
当周围环境温度C 和导体额定环境温度0θ不等时，其长期允许电流max I 可按下式修正
max al al
I KI I ≤其中K -------修正系数
al I -------在额定环境温度0θ=+25℃时的导体允许电流，
al θ、θ-------分别是导体长期发热允许最高温度和导体安装地点实际温度。

我国目前生产的电气设备的额定环境温度为+40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。

导体和电器应按正常情况选择，按短路条件验算其动热稳定，并按环境条件校核电器的基本使用条件。

第二节 主变压器的选择
主变压器的选择与变压器的台数，形式，连接组别，电压等级，冷却方式，调压方式，运输条件以及变电站的容量，发展前景等有关，在选择变压器时应考虑以下几个方面： 1. 容量及台数的确定
变电站的容量是由供电地区供电最大负荷决定的，如果已知供电地区的计算负荷，则变压器容量为 St=Pca/COSp 注：Pca 为变电站计算负荷（KW ）COSp 平均功率因数，一般取0.6到0.8
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300MW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-360000/220
2.相数的确定
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及以下的发电厂一般选用三相变压器。

3.绕组数的确定
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。

4.绕组连接组别的确定
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YNd11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。

4.冷却方式的确定
近年来大型变压器都采用强迫油循环导向冷却。

它利用潜由泵将冷油压入线圈之间，线饼之间和铁心之间的油道中，使铁芯和绕组中的热量直接由具有一定流速的油带走，而变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却或风冷却后，再由潜油泵注入变压器油箱底部，构成变压器的油循环。