新建凝汽式火力发电厂电气部分设计

毕业设计（论文）
新建凝汽式火力发
电厂电气部分设计
学生姓名:
学生学号:
院（系）：电气信息工程学院
年级专业：04级电气工程与自动化指导教师:
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, 是电力系统存在的基础。

本毕业设计为175MW凝汽式火电厂电气部分设计。

该厂的厂用电率为9%由于只有一个升压等级,各机组均采用发电机- 变压器单元组接线。

本厂在系统中起着很重要的作用, 所以与两个变电所的连接均为双回路架空电线。

根据《火力发电厂设计技术规程》SDJ1-84的规定,结合本厂的实际情况,本厂110千伏配电装置主接线采用双母线形式。

在对系统三相短路故障进行分析计算的基础上, 进行母线和电器的选择设计。

在户外配电装置上采用半高型形式,且对电厂的自动装置作了初步的介绍,对同期接线作了初步的设计。

最后对本厂的防雷保护作了简单的设计。

关键词电力系统,短路电流,配电装置,同期,防雷保护
ABSTRACT
The power plant is the important composition links in the power system, it will influence security of the whole power system and economical operation directly, it is the foundation that the power system exists.
This design for graduate concentrates on the electrical system of the steamy-coagulating power plant by firepower with the dimension of 175 MW. The percentage of the electricity power for the mainframe of the plant is 9%, because only one rises to press the rank,various units use the generator - transformer unit group wiring.This factory is playing the very vital role in the system,therefore and two transformer substations connections for double return route overhead line.
According to the Technical Regulation of Design for Power plant with firepower SDJ1-84,unifies this power plant the actual situation,this power plant 110 kilovolts power distribution install the buyer wiring to use the double generatrix form.
In three-phaseshort-circuits the breakdown to the system to carry on the analysis computation in the foundation,carries on the generatrix and the electric appliance choice es half high form in the outdoors power distribution equipment,also has made the preliminary introduction to the power plant automatic device,has made the preliminary design to the same time wiringFinally has made the simple design to this factory anti-radar protection.
Key words electrical power system，short-circuit current，power distribution equipment，same time,anti-radar protection.
目录
摘要 (I)
ABSTRACT.................................... •• ........................................................................ n
绪论.......................................................................... ••: (1)
1发电厂接入电力系统的方式 (2)
1.1发电厂容量和初期运行方案 (2)
1.1.1安排停机检修计划 (2)
1.2系统及负荷无功的计算 ............................................................ 2 ..
1.3电厂接入系统方案 (3)
1.4发电机型号及参数的选择 (10)
2电气主接线及设计 (11)
2.1电气主接线 (11)
2.1.1对电气主接线的基本要求 (11)
2.1.2电气主接线的设计原则 (12)
2.2电气主接线的设计选择 (12)
2.3厂用变压器的选择 (15)
3开关电器、母线及互感器的选择设计 (17)
3.1短路电流的计算 (17)
3.2开关电器、熔断器的选择 (26)
3.3裸导体的选择 (27)
3.3.1发电机出口引线的选择 (29)
3.3.2厂用分支引出线的选择 (29)
3.3.3 110kV双绕组变压器高压侧引出线选择 (30)
3.3.4 110kV汇流母线的选择 (30)
3.3.5绝缘子的选择 (31)
3.4互感器的选择 (31)
3.4.1本厂继电保护配置 (31)
3.4.2电流互感器的选择 (31)
3.4.3电压互感器的选择 (33)
4配置继电保护、自动装置 (34)
4.1 继电保护的配置 (34)
4.1.1同步发电机保护的意义及分类 (34)
4.1.2发电机保护的整定计算....................... .. (35)
4.1.3发电机差动保护整定 (37)
4.2 自动装置的配置 (39)
4.2.1发电机的自动准同期并列装置 (39)
4.2.2发电机的自动调节励磁装置 (39)
4.2.3输电线路三相自动重合闸装置 (41)
5 高压配电装置的布置 (42)
5.1设计原则与要求 (42)
5.1.1高压配电装置的分类及设计原则 (42)
5.1.2屋内配电装置的安全净距 (42)
5.2屋外配电装置 (43)
6 防雷方案设计 (44)
6.1防雷保护的基本措施 (44)
6.1.1 避雷针 (44)
6.1.2 避雷器 (44)
6.2避雷器的设置 (45)
结论 (46)
参考文献 (47)
附录 A (48)
附录 B (49)
致谢 (50)
我国的动力资源非常丰富，水能资源居世界第一，而煤、石油和天然气等资源也十分丰富。

1882年7月26日，在中国上海，成立了上海电气公司，安装了1台以蒸汽机带动的直流发电机，正式发电，从电厂到外滩，沿街架线，供给照明用电，引起了极大的轰动。

它比世界上最早的公用电厂仅晚6个月。

我过的水力发电始于1912 年农历4月12日，在云南昆明附近的螳螂川上建成了石龙坝水电厂，装有2台240kW的水轮发电机组。

这些是公认的中国电力工业的起点。

但是，从1882年7月上海第一台发电机组发电开始，到1949年新中国成立，
在60多年中，电力发展迟缓，全国发电设备的总装机容量仅184.86 X 104kW年
发电量仅43.1 X 108kWh，人均年占有发电量不足10 kWh。

当时中国的电力系统大多是大城市发、供电系统，跨地区的有东北中部和南部的154、220kV电力系统、东北东部的110kV电力系统以及翼北电力系统。

新中国成立后，电力工业有了很大的发展，尤其是1978年以来，改革开放、
发展国民经济的正确决策和综合国力的提高，使电力工业取得了突飞猛进、举世瞩目的辉煌成就。

至V 1995年末，全国年发电量已达到10 000X 108kWh,仅次于美国而跃居世界第二位；全国发电设备装机容量达 2.1 X 108kW当时居世界第三
位。

其中，装机容量从1987年末的1X 108kW到1995年3月突破2X 108kW，前后只用了7年多的时间，这在世界电力发展史上是罕见的。

到2003年末全国发电装
机容量超过3.8 X 108kW年发电量超过19 000X 108kWh，人均占有发电量超过1 000 kWh。

从1996年起，我国发电装机容量和年发电量均跃居世界第二位，超过俄罗斯和日本，仅次于美国，进入世界电力生产和消耗大国的行列。

我国电力工业虽然发展较快，但是还远远不能满足经济发展的要求。

20世纪80年代我国国民生产总值的憎长率约为9%而我国在这一时期的年发电量的增长率约为7.5%，这说明电力供应不足，影响了工业产值的发展。

此外，输变电容量的增长率又低于发电设备容量的增长率。

使有限的发电设备不能充分的发挥效益。

自1980年以来，电力工业已有显著发展，但仍然不能满足国家经济发展和全社会进步的需要。

社会人均用电量是衡量现代化的粗略判据。

近20年已有显著进步，1996年平均每个中国人拥有0.2KW的装机容量以及具有918 kWh的电能消耗，其中94 kW- h是城乡住宅的份额。

它约为世界平均消耗定额的1/3。

等值于工业国
家消耗定额的1/7 —1/10。

这些数据充分说明电力工业发展的重要性与紧迫性。

1发电厂接入电力系统的方式
1.1发电厂容量和初期运行方案
在不考虑负荷增加及备用的情况下：新建电厂自带负荷100MW，厂用电占9%
可以选2台额定功率为50MV的汽轮发电机和1台25MV的汽轮发电机。

在考虑负荷增长及备用后，变电所A的负荷F d从150MV增长到180MW,变电所a的负荷从30MV增长到
45MV，变电所b的负荷从35MV增长到40MV，一共增加了50MW，负荷增加后，发电厂的装机容量也增加到175MW。

此时，厂用电为15.75MV，再除去
所有负荷150MV，还剩9.25MV，占总容量的5.3%，刚好符合发电厂备用在2%-5% 所以确定在电厂建设初期，装机容量为125MWV在以后的5年内，逐渐增加到175MW 现在选择电厂建设初期的装机方案：
1） 2 X 50 + 1 X 25 =125MW
2 ） 1 X 50 +
3 X 25 =125MW
首先，如果选择方案2），则是先投入1台50MW，3台25MW勺发电机，一共4 台。

此方案的好处在于1台机组停电检修的情况下，停25MW勺机组的机率占3/4，这样发电厂除了厂用电外，还能向负荷提供88.75MV，剩余11.25MW勺功率差额可以从系统取得。

50MW的机组停机检修的机率占1/4，其停机检修时，负荷的功率缺额就更大了，增加到36.75MW此时，也可以考虑由系统的其他发电机增发一些电，来满足负荷的需求。

如果选择方案1），则是先投入2台50MW1台25MW勺发电机，一共3台。

此方案的好处在于，发电机的台数少了一台，这一台发电机的相关保护，维护，检修等费用可以省下来，而且，发电厂有扩建的可能，在负荷增长的情况下，有要有新的发电机投入运行。

但是，负荷是逐渐增长的选择1台25MW勺机组就可以满
足要求，而方案2）则是要投入1台50MW勺机组，在经济性方面也是不利的。

所以选择方案1）作为发电厂初期的运行方案。

1.1.1安排停机检修计划
因为该发电厂的T max =6 000h，应属于带基荷的发电厂，在系统中是比较重要的。

但发电厂也有可能发生机组突然故障，为了使系统负荷与发电量保持平衡。

可以选择在负荷低谷的时候，定期的给50MV的机组作检修。

1.2系统及负荷无功的计算
系统G : F C仁=200M，cos =0.85，所以sin =0.53。

tan =^^ = 0.53
=0.62
cos® 0.85
Q C1「=P C仁x tan =200X 0.62=124Mvar
系统C2 : FC^=100MW，cos =0.85，所以sin =0.53
sin d 0 53
tan =s^= =0.62 , Q C^=100X 0.62=62Mvar
cos© 0.85 C2戈
sin © P C2f
=80MW，cos =0.8，所以sin ■- =0.6 , tan = =0.75
cos 9
Q C2f =80X 0.75=60Mvar
sin d) P d
=150MW，cos =0.8，所以sin =0.6 , tan =^^ =0.75 cos 9
Q d=150X 0.75=112.5Mvar
、sin $
变电所a：巳=30M, cos =0.8，所以sin =0.6 , tan ■- = =0.75
COS0
Q a =30X 0.75=22.5Mvar
、sin 中
变电所b: P b =35MW，cos =0.8，所以sin =0.6 , tan = =0.75
cos中
Q b =35X 0.75=26.25Mvar
sin $负荷：P f =100M, cos =0.8，所以sin =0.6 , tan = =0.75
cos©
Q f =100X 0.75=75Mvar
发电厂(初期)：P f =125M, Q f =125X 0.75=93.8Mvar
厂用电为11.25MV, Q =11.25 X 0.75=8.4Mvar
1.3电厂接入系统的方案
1) 连接F和A, F和a,线路共长48km
2) 连接F和A, F和b,线路共长58km
以上两种方案通过潮流计算，选择一种较优方案作为电厂接入系统的方案。

下面进行潮流分析：
图1.1中的箭头表示选取的参考方向。

方案1)：(电厂建成初期)
S _ -(70 j33.5)(25 25 30) (30 j22.5)(25 30) (35 j26.25) 30
F
A 18 25 25 30
_ -2 900-j655
- 98
一29.6-j6.7 MVA
S aA 二S A -S FA= -(70+j33.5)+(29.6+j6.7)= -40.4-j26.8 MVA
-(70 j33.5)MVA
30 j22.5MVA 35 j26.25MVA
图1.1 方案1)初期潮流分析图 S ba = S a - S A a =30+j22.5 —( 40.4+j26.8 ) =— 10.4 - j4.3 MVA
S Fb = S b + S ba =35+j26.25 — 10.4 - j4.3=24.6+j21.95 MVA
方案1):(电厂扩建后)
F A a b F
o -------------------------------- KX --------------------------- A ---------------------------------- -------------------------------------------- Q
-(40 j11) 45 j33.75 40 j30
图1.2方案1)最终潮流分析图
S = 一(40+j11)^80+(45+j33.75) ><55+(40+j30)汇 30
FA = 18 25 25 30
=475 + j1 876.25
= 98
=4.8+j19.1 MVA
S aA = —(40+j11 ) — (4.8+j19.1)= — 44.8 — j30.1 MVA
S ba = S a — S Aa =45+j33.75 — (44.8+j30.1)=0.2+j3.65 MVA
S F b =40+j30+(0.2+j3.65)=40.2+j33.65 MVA
同理可得：方案2)的两种情况下的潮流计算如下。

电厂建成初期的潮流计算结果如表
1.1。

表1.1 方案2）初期潮流计算
S FA —23.5 — j2.7 MVA
S aA —46.5 — j30.8 MVA
S F a
18.5+j17.95 MVA 18km A
*Q* a 2 5km ------------------------------ 25km 30km
方案2）在电厂扩建后的潮流计算结果如表 1.2
2）最终潮流计算
电厂扩建后: .3 110
现在知道两种方案在扩建后和扩建前通过线路的最大负荷电流，可以先按发 热条件选导线的截面如表1.3。

表
方案1）计算最大负荷电流： Jax
S/2
I
FA =29.厂6.72/2=
79A I Fb 3 110 24.6721.952/^86.5A ；3 110 I FA 4.8119.12/2=51.7A .3 110
1 Fb 4°2
2 33.652 /2 =137.6A .
3 110 方案2）计算最大负荷电流： l max
S/2 3U N 1 FA 2
3.52 2.72 /2
=62A 3 110 电厂扩建后:
I Fa
18
.52 17.952 /2 =67.8A ”3 110 I FA .9 62 222 /2 9.6 22 =63A
3 110 35.42 3°.752 /2 =123A i Fa
1102
110kV 级的输电线的最小截面为：LGJ-70，持续容许电流为275A,满足两 种方案的任何
情况下流过导线的电流及负荷要求。

LGJ-70的电阻为0.450 11 /km , 电抗为0.441「】/km 。

将导线的电阻、电抗代入再次计算潮流验证电压降落是否满足要求： 方案1）:（电厂建成初期）
S FA = — 29.6 -j6.7 MVA
S aA 二一40.4 -j26.8 MVA S ba 二-10.4 -j4.3 MVA S Fb =24.6+j21.95 MVA
所以变电所b 为功率分点，于是网络从b 打开变成两个幅射网，如图1.3。

F
A a
b
F
4.05 + j3.97C 1.65+ j 50 1.65+ j 50 6.8+ j 6.60
O -------- - ------- -------------- ----- Kp ----------------- h
---------- ------- O
70 j33.5 30 j22.5 10.4 j4.3 24.6 j 21.95
图1.3 方案1）初期潮流分析图
S F ，=S Fb
0b
=24.6+j21.95+O.61+jO.59=25.21+j22.54 MVA
2 (1.65 j5) -0.017+.j0.052 MVA 110
S ab 二 Sb S ab =10.4+j4.3+0.017+j0.052 = 10.417+j4.352 MVA
S a 二 S a £b S ab =40.417+j26.852 MVA
(1.65 j5) =0.321+j0.973 MVA
S A a ：S A a =40.74+j37.825 MVA S AF =70+j33.5 - 40.74 -j27.825 =29.26+j5.675 MVA
斗严
62 2
「
952
1102
(6.8 j6.6) =0.61 j0.59 MVA
■■■UFb
P^X = 25・21 6.8 22・54
6.6 =2.91 kV
110
U N 2 91
U Fb %= 100% =2.6%<10%
Fb
110
2 2
10.4
4.3
U ab 二
10.417「65 4・352 J 0.354 kV 110
-":S ab = ―4。

4172 26・8522
U Aa
4
°.74 佃 27.825 5
才.88 kV
110—0.354
2 2
.■:S AF = 29.26
… 5.675 (4.05 j3.97) =0.297+j0.291 MVA
110
所以从变电所A 经变电所a 到b 的电压降落为：0.354+1.88=2.234 kV 。

从变电所A 经发电厂F 到b 的电压降落为：2.91=1.28=4.19 kV 。

4 19 100% =3.8% < 10% ,所以此时电压降落满足要求。

110
当电厂扩建后（即负荷增加后）的潮流分析如下：
S FA =4.8+j19.1 MVA
S aA =— 40-j11 — 4.8 — j19.1= — 44.8 - j30.1 MVA S ba =45+j33.75 — 44.8 — j30.1=0.2+j3.65 MVA
=40+j30+0.2+j3.65=40.2+j33.65 MVA
此时，变电站a 为功率分点，于是网络从
F A
4.05 j3.97 门 1.65 j5门
" -------- - ------- -----------------
-(40 j11) 44.8
j30.1
图1.4
方案1）
906.01
(1.65 j5)
=0.4+j1.2 MVA
110 110
S A =S A S Aa
：S A a =— 40—j11+44.8+j30.1+0.4+j1.2=15.2+j20.3 MVA
A
15.22 +20.32 i
：S FA
2
(4.05 j3.97)
231.04 412.09 一 (4.05 j3.97)
110-2.1
107.9
1102
―
29.26 4.°5 5.675
3.97 =1.28 汐
a 打开变成两个幅射网，如图1.4。

b
F H
1.65
6.8 j6.6'J
2 44.82 +30.12 2 007.04
S Aa = 2 (1.65 j5) =
1102 12 100
S Aa F ；SAa S A ^ 0.4+j1.2+44.8+j30.1=45.2+31.3 MVA
A11
45.2X1.65+31.3X5
74.58 + 156.5
U Aa
2.1 kV
12 100
= 0.215+j0.21 MVA
S^ = $A S A =15.2+j20.3+0.215+j0.21=15.415+j20.51 MVA
All 15.415
汉4.05 +20.51 汉3.97 62.57 +81.43 d lx/
U FA
1.34 kV
a
最终潮流分析图
0.2 j3.65
40 j30
0 22 +3 6520 04 +13 3
Sa 二——3—(1.65 j5) = ------------------- (1.65 j5) =0.002+j0.015 MVA 110 12 100
S ba "S ba S a = 0.002+j0.015+0.2+j3.65=0.202+j3.665 MVA
110 110
S b =Sb S ba =0.202+j3.665+40+j30=40.202+j33.665 MVA
40.2022 +33.6652 S Fb 2 (6.8 j6.6) =0.227
X
(6.8+j6.6)=1.54+j1.5 MVA
110-0.17 109.83
从发电厂F 到变电所a 的电压降落为：2.1+1.34=3.44 kV ，从F •到变电所a 的电压降落为：0.17+4.7=4.87 kV 。

4 87 4
^ 100% =4.4% <10% ，所以电压降落满足要求。

110
方案2）:（电厂建成初期）
在电厂建成初期，其功率分点为 a ,于是网络从a 打开变成两个幅射网，如 图 1.5 。

F
A
4.05 j3.97"
1.65 j 5'.1
‘:? ------------------------ ---------------------------
图1.5 方案2）初期潮流分析图
由方案1）的计算方法可得方案2）初期潮流计算结果如表1.4
表1.4
方案2）初期潮流分析
功率损耗（MVA ）
电压降落（kV ）
也 S^ =0.26+.j0.79
A U ab =1.76
也 S Aa =0.43+j1.3 △U Aa=2.23
也 S AF =0.17+j0.17
^U AF = 0.86
U ba 严
02
「
65 3
・665 5 /333 18.325 =0.17 kV
1102 S F ^ .-■：S Fb S b =40.202+j33.665+1.54+j1.5=41.742+j35.165 MVA ,,
41.742x6.8+35.165x6.6
283.85 +232.1
. ■■U Fb
4.7 kV
F '
-(70
j33.5)
46.5 j30.8 18.5 j17.95
9 j8.8
所以从变电所A到变电所b的电压降落为：1.76+2.23=3.99 kV。

3^ 100% =3.6% <10%，电压降落满足要求。

110
电厂扩建后，其功率分点为 a ,于是网络从a打开变成两个幅射网，如图1.6
F A a
F
4.05 j3.97「 1.65 j5 门9 j8.8
G --------------------------- ---------------------- ；—— ----------------- ； --------- ]
r 4
-（40 j11）49.6 j33 35.4 j30.75
图1.6 方案2）最终潮流分析图
方案2）的最终潮流分析如表1.5。

假设变电所b的用电完全由F经A再到a到b而来，则电压降落为:
2.02+2.37+1.29=5.68 kV。

如果b的用电由F到a再到b而来，则电压降落可近似为：5.6+2.02=7.62 kV。

空2100% =6.9% <10%，所以电压降落满足要求。

110
负荷矩的计算：
方案1），电厂建成初期：无PL j =FFA L FA+P Fb L Fb+Ra L ba + P aA L aA
=29.6 X 18+24.6 X 30+10.4 X 25+40.4 X 25 =2 540.8 MW . km
电厂扩建后：•一P L j - P FA L FA P Fb L Fb Ra L ba P aA L aA
=4.8 X 18+40.2 X 30+0.2 X 25+44.8 X 25
=2 417.4 MW . km
方案2），电厂建成初期：Z PL jj =FF A L F A "Aa L Aa +P Fa L Fa 十Rb L ab
=23.5 X 18+46.5 X 25+18.5 X 40+35X 25
=3 200.5 MW . km
电厂扩建后：v R j L jj 二P FA L FA P Aa L Aa - P Fa L/a - RbL ab
=9.6 X 18+49.6 X 25+35.4 X 40+40X 25
=3 828.8 MW. km
综上所述：方案1）的线路长度小于方案2），负荷矩也小于方案2），电压降落两种情况都满足要求。

因为都是选择双回路供电，其供电的可靠性较高，所需
的开关数量都一样，开关不作考虑，所以选择方案1）作为电厂接入系统的方案。

1.4发电机型号和参数的选择
因为发电厂投入运行的发电机组的容量分为25MW和50MW两种，所以在选择汽轮发电机时，应选择发电机的机端电压相同，以便以后选择变压器。

汽轮发电机的选择如表1.6 。

2 电气主接线及设计
2.1 电气主接线
电气主接线是由电气设备通过连接线，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，故又称为一次接线或电气主系统。

2.1.1 对电气主接线的基本要求
对电气主接线的基本要求，概括的说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。

①可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。

因此，电气主接线必须保证供电可靠。

电气主接线的可靠性不是绝对的。

所以，在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。

1）发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用。

发电厂和变电站都是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。

中小型发电厂的主接线，没有必要为了追求过高的可靠性而采用复杂的接线形式，在与电力系统的接入方式上，可采用单回线弱联系的接入方式。

然而，中小型发电厂和变电站一般靠近负荷中心，且常常有6—10 kV 电压等级的近区负荷，容量不大。

此时，6—10 kV 电压等级宜采用供电可靠性较高的母线接线形式，以便适应近区各类负荷对供电可靠性的要求。

2）负荷性质和类别。

负荷按其重要性有I类、U类和川类之分。

担任基荷的发电厂，设备利用率较高，年利用小时在5 OOOh以上，主要供应I、U类负荷用电，必须采用供电较为可靠的接线形式，且保证有两路电源供电。

3）设备的制造水平。

电气设备制造水平决定着质量和可靠程度，直接影响着主接线的可靠性。

因此，主接线的设计必须同时考虑设备的故障率及其对供电的影响。

4）长期实践运行经验。

主接线可靠性与运行管理水平和运行值班人员的素质等因素有密切关系，衡量可靠性的客观标准是运行实践。

国内外长期运行经验的积累，经过总结均反映于技术规范之中，在设计时均应予以遵循。

在可靠性分析中，应考虑瞬时故障、永久故障及检修停电的影响。

评估供电可靠性的主要指标有停电频率、每次停电的持续时间及用户在停电时的生产损失或电力企业在电力市场环境下通过辅助服务市场获得备用容量所付出的代价。

②灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。

灵活性包括以下几个方面：
1）操作的方便性。

电气主接线应该在满足可靠性的条件下，接线简单，操作方便，尽可能地
使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不致在操作过程中出差错。

2 ）调度的方便性。

电气主接线在正常运行时，要能根据调度的要求，方便的改变运行方式，并且在发生事故时，要能尽快的切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。

3 ）扩建的方便性。

对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有扩建的方便性。

尤其是火电厂和变电站，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。

③经济性
在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。

通常设计应满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。

经济性主要从以下几个方面考虑：
1）节省一次投资。

主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关电器数量、选用廉价的电器或轻型电器，以便降低投资。

2 ）占地面积少。

3）电能损耗小。

在发电厂或变电站中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理的选择变压器的形式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。

2.1.2 电气主接线的设计原则
电气主接线的设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠和调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

2.2 电气主接线的设计选择
根据《火力发电厂设计技术规程》，本厂的主接线依据如下：
1）单元接线时，不装设发电机出口断路器；
2）110—220kV配电装置，当出线回路数为5回及以上时，采用双母线接线；
在对原始资料分析的基础上，结合对电气主接线的可靠性、灵敏性及经济性等基本要求，综合考虑。

在满足技术、经济政策的前提下，力争使其为技术先进、供电安全可靠、经济合理的主接线。

发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，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，以保证供电连续性。

为此，对中型发电厂主接线的可靠性，拟从以下几个方面考虑：
①断路器检修时，是否影响连续供电；
②线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回路数多少和停电时间长短，能否满足重要的I、U类负荷对供电的要求；
③本发电厂有无全厂停电的可能性；
根据对原始资料的分析，本厂采用发变单元接线形式。

现列出两种较佳方案供比较。

选择出最佳方案作为本厂的主接线。

根据主接线形式初步选择主变型号如表2.1。

表2.1 主变型号及参数表
对于以下两种电气主接线来说，可以从可靠性、灵活性和经济性来进行比较。

对可靠性来说，断路器检修时，方案1）只停断路器所在的出线，方案2）可以通过旁路母线供电。

母线故障时，方案1）可以通过另一母线供电，而方案2）则是故障段下的所有发电机停机，会出现大面积停电，而且方案2）带旁路母线，
倒闸操作多，容易出现误操作。

对灵活性来说，两种方案的调度都很灵活，但方案2）操作不如方案1）简单, 两种方案的检修都安全，在电厂的扩建方面，方案1）优于方案2），方案1）两边都可以扩建，而方案2）要两段母线平均扩建。

对经济性来说，方案1）比方案2）的投资省，无论是初期还是扩建后，都比方案2）节省2台断路器，4个隔离开关，方案1）不带旁路母线，占地面积相对较小。

综上所述，选择方案1）作为本厂的电气主接线。

图2.1 电气主接线方案1)
图2.2 电气主接线方案2)
2.3厂用变压器的选择
厂用变压器的选择主要考虑厂用高压工作变压器和启动备用变压器的选择，
其选择内容包括变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗，为了正确选择厂 用变压器容量，应先统计厂用电设备的容量。

因为该厂的厂用电为
9%，所以每
台发电机个带一台厂变，该厂的发电机都是
50MV 和25MV 的，厂用电等级为3kV 。

25X 9%=2.25 MW, 2.25 - 0.8=2 812.5 kVA , 50X 9%=4.5 MW, 4.5 - 0.8=5 625 kVA
所
1 2
3
4
5
6
以25MV的机组选择-3 150/10变压器，50MV的机组选择0。

- 6 300/10变压器，其参数如表2.2。

由选出的厂变可知：起备变的谷量应满足电厂中任何一台发电机的起动所需的电能，所以起备变的型号选择氐-6 300/10 。

3开关电器、母线及互感器选择设计
3.1短路电流的计算
选S B = 100MVA , U B =U av 为基值。

25MV 的汽轮机电抗标幺值 XJ(%) =12.6
X —0.126 X S B =0.126 X -^00 0.403
S N 25/0.8 50MV 的汽轮机电抗标幺值：X ^0.123 9 X 0.198
50/0.8
主变 SF 7 -31 500/110 的电抗标幺值： X * =0.105 X
100
-0.333
31.5
主变 SFP -63 000/110 的电抗标幺值：X * =0.105 X =0.167
63
线路:
100 X *Aa =0.401 X 25 X 2 =0.076
115 100 X *C1A =0.406 X 15X 2 =0.012 230 100
X *C2A =0.406 X 20X
2 =0.015
230
100 X *ab =0.401 X 25 X 2 =0.076 115
100 X *AF =0.441 X 18X 厂0.06 115
100 X *bF =0.441 X 30X 厂0.1 115
100 X *c1「=0.03 X =0.013 - 200/0.85
100 X *C 2"0.125 X 0.106 -
100/0.85
变电所A 的变压器型号为SFPS J -120 000/ 220 ,阻抗电压，高一中；14.5 , 高一低：23，中一低：7，在计算短路电流时，只用到变压器的高压绕组和中压
绕组，所以在此也只计算两个绕组的电抗。

1
X 1
(U d1N U d1, U d2」)=0.5 X( 0.145+0.23-0.07 ) =0.152 5 Q 1
X 2
(U d2 U d2： —Ud1,) =0.5 X( 0.145+0.07-0.23 ) =-0.007 5 Q 2
①K 1点短路时，对对网络上半部分进行 Y —△变换。

X X
X 3
^X 1 X 3
X 1X 3
=0.025+0.204+
X 2
°.°
25
0.204 =0.27 Q
0.121
X
23 "2 X3
X2 X3
=0.121 0.204
X1
0.121 0.204
0.025
-1.31 Q
图3.1 K i 点短路网络化简
提供的短路电流如表3.1至表3.4
表 3.1
C 1点提供的电流值
短路电流
1。

1 0.1
1 0.2
l 4
i ch
标幺值
1.610
1.497 1.431
1.819
235
l b —厂 -1.18 kA
V3 X115
有名值（kA ）
1.9
1.766 1.689
2.146
i ch =2.62 X 1.9=4.978 kA
4.978kA
0.121
） O C
0.27
E 1 1.31 0.245 |K v 1 0.183 "I
转移电抗（XJ
C 1 : 0.27
计算电抗（X js ）
235
=0.27 X
占 “.635 Q
C 2
:
1.31 0.245
G 2 : 0.183 S
N
S B
100/0.85
x
100 、/ 75/0.8
100 100/0.8 1.54 0.23 各电源点提供的电流值,
x
100
0.23
查短路电流周期分量计算曲线数字表可得各电源点
C 2
0.025
Q -----
25MW
50MW
>
C 1
C 2
G
G 2
2
图3.2 K 点短路网络化简
②K 2点短路：网络上半部分用丫一△转换
— 1 1 )= 12.77 S 1.31 0.353 0.183
X CK2 =0.27 0.333 12.77 =1.15 Q X C K =1.31 0.333 12.77 =1.32 Q X GK =0.353 0.333 12.77 =1.50 Q X G K 0.183 0.333 12.77 =0.78 Q
2 2
转移电抗 计算电抗
1.15 235
X
= 100 2.703
Q 1.32 7 100/0.85
X
100 二 1.553
Q 1.50 、/ 50/0.8
X ------- 二
100
0.938 Q 0.78 、/ 100/0.8
X 100 -0.975
Q
0.403
、/ 25/0.8
X
0.126 Q
各电源点提供的电流值，查短路电流周期分量计算曲线数字表可得各电源点 提供的短路电流如表3.5至表3.9
C 1 C 2
G
G 2
G 3
O
Q
Q
O
O
1-15
1.32 1.5 0.78 0.183
? 0.333 0.403 o G 3
1
0.27 G C 2 G i
G
2
K 2
2
3
100
各电源点提供的电流值，查短路电流周期分量计算曲线数字表可得各电源点 提供的短路电流如表3.10至表3.14。

表3.10
G 点提供的电流
短路电流 I 0
10.1
10.2
I 4
i ch
标幺值
0.554
0.532 0.524 0.566
l b =
—=12.922 kA
如 10.5
有名值（kA ）
7.159 6.875 6.771 7.314
口 =2.69 汉 7.159 = 19.26 kA
19.26
③K 3点短路：网络上半部分用丫 一△转换
丫一丄」 1
1 L-
-0.27
1.31 0.245 0.365 0.167
=17.276 S X C 1
K
3
= 0.167 0.27 17.276 = 0.779 Q
X
C 2 K 3
=1.31 0.167 17.276 =3.78 Q = 0.245 0.167 17.276 =0.707 Q
0.2 7 |
1.3 1
]
0.2
4 5 0.3 6 5
■
0.16 T
7
K 3
0.124
转移电抗 计算电抗
235 0.779 X 1.83Q 100 100/0.85
3.78 X
1.18Q 100 小小
75/0.8
0.707 X 0.66Q 100 50/0.8
1.053 X
0.66Q 100 50/0.8
0.198 X
0.124Q
= 0.365 0.167 17.276 = 1.053 Q
G
0.66
0.66
1.18
K 3点短路网络化简
图3.3 C 2 G 1
Q
0.198
G
1
Q
X
G 2
K
3
表3.11 C2点提供的电流
2
3
表3.15 三相短路电流计算结果表
表3.16 三相短路电流计算结果表
3.2开关电器、熔断器的选择
因为本厂采用发变单元组接线，不设机端出口断路器，则只选择110kV的配电装置中的断路器和隔离开关。

110kV电压等级断路器通过的电流：
1.0：63 000 =33
2.11 A
50MW汽轮机；I max =
如115
1.05 31 500 .
25MW汽轮机；I max 166 A
乔如15
根据U N、I max及安装在户内、户外等要求和当今断路器的发展，初选：
LW -110 72 500 。

热稳定校验计算：「= S = 7^二1.472
G 5.239
t 二t b t kd=4 0.04 0.04 =4.08 s
式中：tb——继电保护动作时间；
t kd ――断路器全分闸时间；
查短路电流周期性分量等值时间曲线：t z =3.85 s
t dz=t z0.05—3.85 0.11 =3.96 s
式中：t z ――短路电流周期性分量等值时间；
t dz ――短路电流发热等值时间；
2 2 2
I：：t dz =5.239 3.96 =108.69 (kA) S
2 2 2
I t t=31.5 4.08 =4 048 (kA) S
由选择结果表3.17可见，各项条件均满足要求。

故所选断路器LW-11072 500 合格。

保护内10.5kV电压互感器所用限流式熔断器选择：RN2-10，额定电压为10kV, 额定电流0.5A，断流容量1 000MVA
参照110kV配电装置中断路器选择的相关数据，隔离开关初选：
GW5 -110/630。

由选择结果表3.18可见，各项条件均满足要求。

故所选隔离开关GV y-110/630 合格。

3.3裸导体的选择
①型式
一般采用铝材料导体。

35KV以下，一般选用硬导体。

工作电流4 000A以下，一般选用矩形；4 000〜8 000A 一般选用槽形；容量20万千瓦及以上发电机回路采用封闭母线形式。

35K V级，根据配电装置条件，可选硬导体或软导线。

110K V及以上，一般采用软导体，在进线多或地势狭窄的地方，也可采用铝锰合金硬导体。

②截面积选择
1）按持续工作电流选择
配电装置的母线，短裸导体及年负荷最大利用时间较低的电缆，一般按持续工作电流选择：
Kl y -I gm 式（3.1 ）式中：l g.m—回路中最大工作电流
l y —载流导体及电缆的长期允许载流量。

K —温度及敷设条件修正系数
2）按经济电流密度J选择
全年平均负荷，长度为20米以上的导体（如发电机至主变压器连接导体），均应按经济电流密度选择，即
S j 式（3.2 ）
J
式中：S j —经济截面
J —经济电流密度（A/mrn）
3） 导体与电缆的热稳定校验 按热稳定要求，导体最小截面： S min 一、. Q k K f
/
C 式中：C —热稳定系数 K f —集肤效应系数 4） 动稳定校验 硬导体母线应按下述校验短路动稳定： --max —y
式中：b y —导体材料的允许应力（P a ）,硬铝6.9 X
106 二max —硬导体母线上最大计算应力，其计算方
法:
a.单条矩形母线 式中：L —支柱绝缘子间的距离（m ） W —截面系数（m 2） :-—母线相间距离（m ） :—振动系数（查表）
b.多条矩形母线 式中: 式中: -二 —相间作用力，计算公式同单条矩形母线；
J —条件作用力，按下式计算： 巧-f s L S
■■- s 2
2b h （m ）； （m ）; （m ）;
L s —衬垫中心线间距离 b —矩形母线的厚度 h —矩形母线的宽度 二 max
f s —同相导体间单位长度相互作用力（牛 /米），可按下式计算: 2 1 8
f s =2.5"— 10 b （N/m ）—每相两条时; c. 双槽形母线 式中: 匚 max = 打 s
—相间作用力，计算公式同单条矩形母线; J —条件作用力，按下式计算：
I 2
J=4.16i Ch —10“
hW
（F a ）
式（3.3）
式（3.4 ）
式（3.5）
式（3.6）
式（3.7）
式（3.8 ）
式（3.9）
式（3.10）
共振校验:。