2×600MW火电厂电气部分设计

目录
1 电气主接线设计 0
1、1 电气主接线 0
1、2电气主接线得基本要求 0
1、3电气主接线得设计原则 (1)
1、4设计步骤 (1)
1、5 220kV 电气主接线 (1)
1、5、1 单母线分段带旁路接线 (2)
1、5、2 双母线接线 (2)
2变压器得选择 (3)
2、1主变压器得选择原则 (3)
2、2厂用变压器容量选择得基本原则与应考虑得因素为 (3)
2、3 主变压器台数得确定 (4)
2、4 主变压器容量得确定 (4)
2、5 主变压器型式得选择 (4)
3短路电流得计算 (6)
3、1短路电流计算目得及规则 (6)
3、1、1短路电流计算条件： (6)
3、1、2短路计算得一般规定 (6)
3、2 220kV 母线短路电流得计算 (7)
3、3 600MW 发电机出口得短路电流 (8)
4 高压断路器得选择说明 (9)
5 隔离开关得选择 (10)
6 母线得选择 (10)
6、1 热稳定校验 (10)
6、2 动稳定校验 (10)
7电流互感器得选择 (11)
7、1参数得选择 (11)
7、2型式得选择动稳定效验 (11)
8电压互感器得选择 (12)
8、1参数得选择 (12)
8、1、2按准确度级选择 (12)
9 6kV厂用电接线 (12)
10 参考文献 (13)
摘要
本次设计就是针对2×600MW机组火电厂电气部分得设计。

介绍了现代电厂得类型与电厂中得一些设备如发电机、变压器、断路器、电压互感器、电流互感器与电动机等。

发电机将电能发出后，通常通过电力变压器传送给系统。

电力系统中得变压器得作用就是将发电机末端电压升高到传送系统电压。

升高电压得目得就是减少输电线路上得损耗。

电压互感器得二次侧不允许短路。

如果二次侧短路，将在二次侧产生巨大电流，从而烧坏绕组。

在一次侧负载运行时，电流互感器得二次侧电流不允许开路。

该设计主要从理论上在电气主接线设计、短路电流计算、电气设备得选择、配电装置得布局、防雷设计、发电机、变压器与母线得继电保护等方面做详尽得论述，并与火力发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计可靠性得前提下，还要兼顾经济性与灵活性，通过计算论证火电厂实际设计得合理性与经济性。

采用软件绘制了大量电气图与查阅相关书籍，进一步完善了设计
1 电气主接线设计
1、1 电气主接线
发电厂与变电所得电气主接线，就是由高压电器设备通过连接线组成接受与分配电能得电路，也称为一次接线。

它反映各设备得作用、连接方式与各回路间相互关系，从而构成发电厂或变电所电气部分得主体。

电气主接线就是保证出力、连续供电与电能质量得关键环节，它直接影响着配电装置得布置、继电保护得配置、自动装置与控制方式得选择，它必须满足工作可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性与发展得可能性等基本要求。

1、2电气主接线得基本要求
1）运行得可靠性：主接线系统应保证对用户供电得可靠性，特别就是保证对重要负荷得供电。

2）运行得灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别就是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关得运行方式，做到调度灵活，不中断向用户得供电。

在扩建时应能很
方便得从初期建设到最终接线。

3）主接线系统还应保证运行操作得方便以及在保证满足技术条件得要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。

1、3电气主接线得设计原则
以设计任务书为依据，以国家经济建设得方针、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、调度灵活、满足各项技术要求得前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件与设计得先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观得原则[4]。

本设计发电厂为设计规模如下：1）发电机与变压器采用单元接线。

2）220kV 线路 4 回，另预留 2 回备用。

3）高压厂用电采用6kV。

4）低压厂用采用380/220V 得三相四线。

1、4设计步骤
电气主接线得一般设计步骤如下:
(1)对设计依据与基础资料进行综合分析；
(2)选择发电机台数与容量，拟定可能采用得主接线形式；
(3)确定主变压器得台数与容量；
(4)厂用电源得引接；
(5)论证就是否需要限制短路电流，并采取什么措施；
(6)对选出来得方案进行技术与经济综合比较，确定最佳主接线方案。

1、5 220kV 电气主接线
由于此发电厂为地区大型发电厂,考虑到为 220kV 高压配电装
置接线且出线为 4回，按《发电厂技术标准及规程规范》，首先要满足可靠性准则得要求，有两种可能接线方式：单母线分段带旁路接线与双母线接线。

1、5、1 单母线分段带旁路接线
其可靠性比单母线分段高，断路器经过长期运行或者开断一定次得短路电流之后，其机械性能与灭弧性能都会下降，必须进行检修以恢复其性能。

一般情况下，该回路必须停电才能检修。

设置旁路母线得唯一目得，就就是可以不停电得检修任一台出线断路器，但旁路母线不能代替母线工作。

其极大得提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器得投资。

但旁路母线系统增加了许多设备，造价昂贵，运行复杂，只有在出线断路器不允许得情况下，才应设置旁路母线。

凡采用许多年内不需检修得 SF6 断路器时，可不装设旁路母线。

接线图如下图所示。

单母线分段带有专用旁路母线接线
1、5、2 双母线接线
此接线有两组母线，并且互为备用。

每一电源与出线得回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。

两组母线之间得联络，通过母线联络断路器来实现。

此接线停电得机会减小了，必需得停电时间缩短了，供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于实验。

但当母线故障时，隔离开关作为倒换操作电器，使操作得及时性、快速性受到一定影响。

接线图如下图所示。

双母线接线
综述：从技术、经济及供电可靠性等多方面进行比较，此发电厂220kV 电气主接线选择双母线接线方式
2变压器得选择
2、1主变压器得选择原则
（1）为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上得主变压器一般不少于两台。

在计算通过主变压器得总容量时，至少应考虑5年内负荷得发展需要，并要求：在发电机电压母线上得负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机电压得最大负荷用电需要；因系统经济运行而需限制本厂出力时，亦应满足发电机电压得最大负荷用电。

（2）对潮流方向不固定得变压器，经计算采用普通变压器不能满足调压要求就是，可采用有载调压变压器。

2、2厂用变压器容量选择得基本原则与应考虑得因素为
（1）变压器原、副边电压必须与引接电源电压与厂用网络电压一致。

（2）变压器得容量必须满足厂用机械从电源获得足够得功率。

（3）厂用高压备用变压器或起动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器容量相同；低压厂用备用变压器得容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。

2、3 主变压器台数得确定
对于单元接线得主变压器，因为它有两台发电机与系统联系紧密，故选用二台主变压器。

2、4 主变压器容量得确定
对于单元接线得主变压器：发电机得额定容量扣除本机得厂用负荷后，留有10%得裕度；按发电机得最大连续容量，（制造厂家提供得数据）扣除一台厂用变压器计算负荷与变压器绕组平均升温在标准环境温度或冷却水温不超过65℃得条件选择。

该65℃就是根据我国电力变压器得标准，即在正常使用条件下，油浸变压器在连续额定容量稳态下得绕组平均温度。

2、5 主变压器型式得选择
变压器得选择包括相数得选择、绕组数得选择、绕组联结租好得选择、调压方式与中心点接地方式得选择。

1）相数得选择
当不受运输条件限制时，在330kV 及以下得发电厂均应选用三相变压器。

当发电厂与系统连接得电压为220kV 时，经过技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。

对于单机容量为600MW、并直接升压到220kV 得，宜选用三相变压器。

容量为600MW 机组单元接线得主变压器与500KV 电力系统中得主
变压器应综合考虑运输与制造条件，经技术经济比较，可采用单相组成三相变压器。

采用单相变压器时，由于备用相一次性投资大，利用率不高，故应综合考虑系统要求、设备质量及按变压器故障率引起得停电损失费用等因素，确定就是否装设备用相。

若确需装设，可按地区或同一电厂3~4 组得单相变压器，合设一台备用考虑。

所以选用三相变压器。

2）绕组数
绕组得形式主要有双绕组与三绕组。

发电厂以两种升高电压等级向用户供电或与系统连接时，可采用两台双绕组变压器或三绕组变压器。

规程上规定，机组容量为200MW以上得发电机采用发电机双绕组变压器单元接入系统，而两种升高电压级之间加装联络变压器更为合
理，故应采取双绕组变压器[1]。

3）绕组联接组号
在发电厂与与变电所中，一般考虑系统或机组得同步并列要求以及限制三次谐波对电源得影响等因素，主变压器联接组号一般选用
YNd11 常规接线。

4）调压方式
为了保证发电厂或变电所得供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器得分接开关切换，改变变压器高压绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。

切换方式有两种：一种就是不带电切换，称为无激磁调压，调压范围通常在±2×2、5%以内。

另一种就是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。

但由于有载调压变压器结构复杂，价格昂贵，只有在以下范围选用：
a、接于出力大得发电厂得主变压器，特别就是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压维持在一定水平时。

b、接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点得联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。

通常，发电厂主变压器很少采用有载调压，因为可以通过调节励磁来实现调节电
压，因此本设计只采用无载调压得变压器。

5）中性点得接线方式
电网得中性点接地方式，决定了主变压器中性点得接地方式。

规程上规定；凡就是110kV-500kV 侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地；主变压器6-63kV 采用中性点不接地。

所以主变压器得220、6kV 侧得中性点均采用直接接地方式
变压器得容量S N ε 1、1⋅P N (1 K N )
Cos∏ N
式中：S N 为变压器得计算容量（kVA）；PN为发电机得额定功率（kW）；K P为发电机得厂用电率，一般取8%；cos∏ N 为发电机得功率因数，一般取0、85。

得：
S N ε 1、1⋅600 ⋅ 103 ⋅ (1 0、08 )
0、85 = 714353kVA
3短路电流得计算
3、1短路电流计算目得及规则
在发电厂电气设计中，短路电流计算就是其中得一个重要环节，其计算得目得主要有以下几个方面：1、电气主接线得比选；2、选择导体与电器；3、确定中性点接地方式；4、计算软导线得短路摇摆；5、确定分裂导线间隔棒得间距；6、验算接地装置得接触电压与跨步电压；
7、选择继电保护装置与进行整定计算。

3、1、1短路电流计算条件：
（1）正常工作时，三项系统对称运行；
（2）所有电流得电动势相位角相同；
（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得瞬间；
（5）不考虑短路点得衰减时间常数与低压网络得短路电流时，元件得电阻略去不计；
（6）不考虑短路点得阻抗与变压器得励磁电流；
（7）元件得技术参数均取额定值，不考虑参数得误差与调整范围；
（8）输电线路得电容略去不计。

3、1、2短路计算得一般规定
（1）验算导体与电器得动稳定、热稳定以及电器开断电流所用得短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景得发展计划；
（2）选择导体与电器用得短路电流时，在电器连接得网络中，应考虑具有反馈作用得异步电动机得影响与电容补偿装置放电电流影响；
（3）选择导体与电器时，对不带电抗回路得计算短路点，应选择
在正常接线方式时短路电流最大得点；
（4）导体与电器得动稳定、热稳定以及电器得开断电流，一般按
三相短路计算。

把系统瞧作无限大系统，即S = ,已知200k 系统电抗标幺值X l = 0、0187，发电机得等值电抗X d' = 0、205、容量S GN = 667MW ,取S B = 100MVA ,U B = U av ，E* = 1,注明：下列电抗下标“*”均省去。

发电机：
S B 100
X G1 = X G2 = X d''S N = 0、025 ⋅667 = 0、031
变压器:
X T1 = X T2 =U K % S B =14 *100 = 0、0187
100 S N 100 750
短路计算等值电路图
3、2 220kV 母线短路电流得计算
把图1、2 化简得到图1、3，发电机G1与G2 合并，合并后得等值电抗为：
X 6 = 1
2 (X2+X4)=⋅(0、0187+0、031)=0、02485
0.118
0.0187
0.0497
*0.01870.0497 0.0187X17 X 1 X *7 X 2 X *2 X 1 X 9 X 0.0444
0.04970.0187
*0.01870.0187 0.0187X77 X 2 X *7 X 1 X *2 X 1 X 8 X =++==
=++==
化简后得等值电路图
短路电流周期分量有效值:系统供给得短路电流不衰减，其周期分量标幺值、有效值： 标幺值：
有效值:
等值发电机 G 对短路点 K 1得计
算电抗为:
查运算曲线得：0S 时，发
电机 G 供给短路电流周期
分量有效值得标幺值为: I *( 0) = 3、24 归算至短路点处电压等级等值发电机 G 得额定电流为： 所以，短路点 k 1
三相短路电流得周期分量有效值为:
I '' = I *(0) I NG + I S = 3、24 ⋅ 3、334 + 13、447 = 24、25kA
冲击电流为：
i sh = 1、8 2I '' = 1、8⋅ 2 ⋅ 24、25 = 61、782kA 3、3 600MW 发电机出口得短路电流 等值电抗:
X 7 = X 3 + X 5 = 0、0187 + 0、031 = 0、0497
化简后得等值电路图
变换后得等效电路
发电机 G 1 与 G 2 对短路点 k 2 得计
算电抗分别为：
53.840.01871X11s * I ===KA U 447.133*23110084.53av 3 B S S *I S I ===0.331491002.6670.02485Sb SG N 6 X js X === 3.334kA 3
231667
.23av SG N NG I ===U
查运算曲线得：0S 时，发电机 G 1 与 G 2 供给短路电流周期分量有效值得标
幺值为:
I *( 0)1 = 5、23 I *( 0) 2 = 1、32
归算至短路点处电压等级等值发电机 G 1 与 G 2 得额定电流为： 系统供给得短路电流不衰减，其周期分量标幺值、有效值： 标幺值：
22.5230444
.018 X 1s * I ===
有效值:
所以，短路点 k 2 三相短
路电流得周期分量有效值为:
I = II + I I + I = 5、23⋅ 18、338 + 1、32 ⋅18、338 + 62、921 = 182、003kA 冲击电流为：
i sh = 1、8 2I '' = 1、8 ⋅ 2 ⋅ 182、033 = 464、19kA
4 高压断路器得选择说明
1) 按额定电压选择： NS N U U ≥ 2) 按额定电流选择： max I I N ≥ 3) 按开断电流选择： ''I I Nbr ≥ 4) 按额定关合电流选择：sh Ncl I I ≥ 5) 热稳定效验： s t I I ≥ 6) 动稳定效验： sh es I I ≥
0.787100
667
*0.118b SG N29 X 9js X 0.207100667
*0.031b SG N14
X 4js X ======S S 18.338kA
3
21667
3Uav SG N1NG 2 I NG 1 I ====61.921kA 321100*22.523 3Uav Sb S *I S I ====
5 隔离开关得选择
1) 按额定电压选择： NS N U U ≥ 2) 按额定电流选择： max I I N ≥ 3) 热稳定效验： s t I I ≥ 4) 动稳定效验： sh es I I ≥
6 母线得选择
母线在电力系统中主要担任传输功率得重要任务，电力系统得主接线
也需要用母线来汇集与分散电功率，在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体得类型也不相同。

220kV 母线得选择
按最大持续工作电流选择导线截面 S ，即 I g ⋅ max
≤ K θ I y
其中： I y 为相应某一母线布置方式与环境温度为+25℃时得导体长期允许载流量 Kθ 为温度修正系数当导体允许最高温度为+70℃与不计日照时
6、1 热稳定校验
热稳定校验公式为：
其中： S min 为根
据热稳定决定得导体最小允
许截面（mm2） C 为热稳定系数
I 为稳态短路电流（KA ） t dz 为短路电流等值时间（S ） 6、2 动稳定校验
⎛ max δ ⎛ y
⎛ max 为作用在母线上得最大计算应力
tdz
C ∞
I Smin ≥S ==
7、1参数得选择
按一次额定电压选择： NS N U U ≥1 按一次额定电流选择： max 1I I N ≥
为了确保所供仪表得准确度，互感器得一次额定电流应尽可能与最大工作电流接近。

按二次额定电流选择：一般弱电系统用1A ，强电系统用5A ，当配电装置距离控制室较远时亦可考虑用1A 。

按二次级数量选择：二次级得数量决定于测量仪表、保护装置与自动装置得要求。

一般情况下，测量仪表与保护装置宜分别接于不同得二次绕组，否则应采取措施，避免互相影响。

按准确度级选择：为了保证测量仪表得准确度，电流互感器得准确级不得低于所测量仪表得准确级。

因此，需先要知道电流互感器二次回路所接测量仪表得类型及对准确级得要求，并按准确等级要求最高得表计选择电流互感器，具体要求如下：
装设在发电机、电力变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中得电度表及所有用于计算电费得电度表用电流互感器，其准确等级应为0、5级。

供运行、监视、估算电能得电度表、功率表与电流表用电流互感器，其准确等级应为1级。

供指示被测数值就是否存在或大致估计被监测数值得表计用得电流互感器，其等级为3级与10级。

1. 热稳定效验： s t I I ≥ 2.
动稳定校验 sh es I I ≥
7、2型式得选择动稳定效验
10KV 及以下配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构得独立式电流互感器。

综上所述：本设计电流互感器选用LA-10 50/5 0、5级
8、1参数得选择
8、1、1按一次回路电压选择：
为了保证电压互感器得安全与在规定得准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（0、8～1、2）1N U 范围内变动，即应满足下列条件：
1318.02.1N N N U U U >>
8、1、2按准确度级选择
参照电流互感器得准确等级进行选择 按接线方式选择
在满足二次电压与负荷要求得条件下，电压互感器应尽量采用简单接线。

在需要检查与监视一次回路单相接地时，采用三个单相三绕组电压互感器。

三个单相三线圈电压互感器适用范围：
主二次绕组连接成星形以供电给测量表计、继电器以及绝缘检查电压表。

对于要求相电压得测量表计，只有在系统中性点直接接地时才能接入。

附加得二次绕组接成开口三角形，构成零序电压路过器供电给保护继电器与接地信号（绝缘检查）继电器。

电压互感器技术参数
9 6kV 厂用电接线
按《发电厂技术标准及规程规范》，高压厂用电采用 6kV ，高压厂用
电系统应采用单母线分段接线。

采取可靠得“按炉分段”得接线原则，每
台锅炉由两段母线供电，两段母线由同一台厂用变压器供电。

低压厂用母线采用单母线分段接线，即按炉分段。

且由于低压系统负荷较多，故采用动力与照明分开，分组供电。

单母线分段得特点如下：单母线用分段断路器进行分段，当任一段母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，自动或
手动跳开分段断路器，仅有一半线路停电，另一段母线上得各回路仍可正常运行。

重要得负荷分别从两段母线上各引出一条供电线路，就保证了足够得供电可靠性，两段母线同时故障得概率较小，此接线还具有良好得灵活性、经济性，但当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线得回路都要在检修期停电
单母线分段接线
低压厂用采用
380/220V 得三相四线制
系统。

厂用工作电源从主
变压器得低压侧引接，供给本机组厂用负荷。

厂用电源变压器低压侧引接高压厂用启动（备用）电源经由启/备变压器从220kV 母线上引接。

从发电机电压母线上引接
低压厂用启动（备用）电源引自相应得高压厂用6kV 母线段。

10 参考文献
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[11] 杨民，寇正华、电站电气一次设计，海河水利，1997 年 3 期。