毕业设计（论文）-4×50MW供热式火力发电厂电气设计部分.doc

沈阳工业大学 i 450mw450mw 供热式火力发电厂电气设计供热式火力发电厂电气设计 部分部分 the 450mw heating type thermal powerplantelectricity part design 学 院：电气工程学院 专业班级 ：电气工程及其自动化 022 班 学 号：24 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 2006 年 6 月 14 日 沈阳工业大学 ii 中文摘要 电力系统专业的毕业设计是一次比较综合的训练，它是我们将在校期间所学 的专业知识进行理论与实践的很好结合，运用理论知识和所学到的专业技能进行 工程设计和科学研究，提高分析问题和解决问题的能力。在完成此设计过程中， 我们可以学习电力工程设计、技术问题研究的程序和方法，获得搜集资料、查阅 文献、调查研究、方案比较、设计制图等多方面训练，并进一步补充新知识和技 能。本毕业设计论文是 4*50mw 供热式火力发电厂电气部分设计。为了保证供电 的可靠性和一次性满足远期负荷的要求，按照远期负荷规划进行设计建设，从而 保证发电厂能够长期可靠供电。 根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及发电厂电气设计手册 等书籍的有关内容，设计过程中完成了主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、 电气设备选择、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划和防雷保护的规划 等主要工作。在此期间，遇到的种种问题均通过反复比较、验算，并请教老师得 以解决。毕业设计论文由设计说明书、设计计算书、一套图纸（电气主接线图、 总平面布置图、配电装置断面图、防雷保护图）组成。内容较为详细，对今后扩 建有一定的参考价值。 近年来，电力在世界各国能源和经济发展中的作用日益增长，它已成为现代 社会实用最广、需要最快的能源。发电厂的合理设计与建设是一个极其重要的组 成部分。本次设计是通过本人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，全面细 致的考虑工程设计的可靠性、经济性、灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。 通过完成此毕业设计论文，进一步领会我国电力工业建设的政策观念和经济观点， 培养对工程技术、经济进行较全面的综合分析能力。 由于时间紧张和能力有限，此论文中难免会出现遗漏和错误，希望老师给予 指点和更正。 关键词：关键词：火力发电厂 电气设计 短路计算 设备选择 配电装置 沈阳工业大学 iii abstract the professional graduate in system in electric power design is once more synthesize of training, it is we will during the period of school a profession for learning knowledge proceed theories and practice very good combination, make use of the theories knowledge proceeds with a profession for learning technical ability engineering design with science study, increase analyze problem with problem- solving ability.in complete this design process, we can study the electric power engineering the design, investigative procedure in problem in technique with method, be collected information, checked the cultural heritage, investigate the research, project comparison and design the various training in etc. in graphics, combine further complement the new information knows with technical ability. this graduate design thesis is a 4*5mw heating type thermal power plant electricity part design.for the sake of dependable that guarantee the power supply with a request that contented long-term burthen, carries according to the forward the programming proceeding design developments, from but guarantee to change to give or get an electric shock can long-term dependable power supply. design the request of the mission book according to the graduate, synthesize a programming for learning profession knowledge and thermal power plant electricity design handbook designed waiting dogs- ear relevantly contents, designing in the process completing lord changing choice, electricity lord connecting linear draw- up, short circuit computing, electricity equipments choosing, going together with electricity equiping, after give or get an electric shock the protection with the programming of the automatic device with defend protective programming in thunder etc. main work.here period, all kinds problems that meet all passes to compare, check to calculate again and again, and ask the can solution in teacher.graduate to design the thesis from design the manual, design calculation book, a set of diagrams paper( the electricity lord connects the line diagram, total flat surface arranges the diagram 沈阳工业大学 iv and go together with electricity equip cross section diagram, defend thunder protection diagram) constitute.the contents is more detailed, to from now on extend to consults certainly value. for this year, electric power is in international community energy with economy develop of the function increases increasingly, it have become modern the society is practical the most widely and need the quickest energy.change the reasonable design that give or get an electric shock are a with developments very constituting the part importantly. this design is at guiding teacher descend, passing oneself of design what argument complete with meticulous care.whole design process inside, completely dependable, economic, vivid.etc. many factors that meticulous consideration engineering design, end complete this design project. pass to complete this graduate design the thesis, further appreciating the our country the policy idea of electric power industry developments with the economic standpoint, educates to proceed to the engineering technique, economy more completely to synthesize the analytical skill. because time strain with ability limited, this thesis inside difficult do not need to will appear the lapse with mistake, hope the teacher give to point out with make correction. key word: thermal power plant electricity design short circuit calculation the equipments choice electricity equips 沈阳工业大学 v 目 录 中文摘要ii abstractiii 目 录v 引言.1 第一部分 说明书.2 第一章 发电厂原始资料分析.2 第二章 主变压器的选择.2 2.1 发电厂主变压器的容量和台数的确定：2 2.1.1 有发电机电压母线接线的主变压器.2 2.1.2、单元接线的主变压器.3 2.2 主变压器形式的选择.3 2.2.1 数的选择3 2.2.2 绕组数量和方式的选择3 2.3 本厂主变压器的选择3 第三章第三章发电厂电气主接线选择.5 3.1 概 述5 3.2 主接线的设计原则.5 3.2.1 主接线的设计依据5 3.2.2 主接线设计的基本要求6 3.3 本厂电气主接线的选择.7 3.3.1 主接线方案的预定.7 第四章 短路电流的计算.9 4.1 计算短路电流的目的：9 4.2 电力系统短路电流计算9 4.2.1 基本假定.9 4.2.2 一般规定.10 4.2.3 限流措施.10 4.3 短路计算点的选择10 4.4 短路计算方法.11 4.5 网络变换11 4.6 计算步骤12 沈阳工业大学 vi 4.6.1 计算步骤：.12 第五章第五章 电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验.12 5.1 设计原则12 5.1.1 一般原则.12 5.1.2 技术条件.13 5.2 母线的选择.14 5.2.1 母导体的选择.14 5.3 高压断路器的选择17 5.3.1 参数的选择.17 5.3.2 型式的选择.17 5.3.3 对断路器具体的选择和校验.18 5.4 隔离开关的选择19 5.4.1 选择和校验的项目19 5.4.2 造型说明.19 5.5 电流互感器选择21 5.5.1 参数和型式的选择.21 5.5.2 按一次额定电压和额定电流选择.21 5.5.3 按准确度级及原副边选择.21 5.5.4 动稳定和热稳定校验22 5.6 电压互感器选择.23 5.6.1 电压互感器参数及型式的选择.23 5.6.2 按一次回路电压选择.23 5.6.3 按二次回路电压选择.24 第六章第六章 高压配电装置的规划设计高压配电装置的规划设计.24 6.1 设计原则与要求24 6.1.1 总的原则.24 第七章 继电保护和自动装置的规划设计.26 7.1 设计原则与要求26 7.1.1 总的原则.29 7.2 一般规定27 7.3 发电机保护27 7.3.1 配电原则.27 7.3.2 保护的确定.28 7.4 变压器保护28 7.4.1 配置原则.28 7.4.2 保护的确定.28 7.4.3 变压器一般装设下列继电保护装置.29 7.5 发电机变压器组保护29 7.6 母线保护30 7.6.1 专业保护应具有母线的重要程度满足下列要求30 7.6.2 保护的确定30 7.6.3 10kv 发电机机压母线的保护30 沈阳工业大学 vii 7.6.4 220kv 母线保护30 7.7、线路保护.31 7.7.1 配置原则.31 7.7.2 60kv 线路保护.31 7.8 自动装置的设计31 7.8.1 自动装置的作用.31 7.8.2 自动装置应附和，可靠性、选择性、灵活性、速断性.32 7.8.3 本厂所配置的自动装置.32 7.8.4 50mw 以下发电机应装设下列故障及异常运行保护装置32 7.8.5 上述各项保护，根据故障和异常运行的性质，动作于以下出口方式32 7.9、安全自动装置.33 7.9.1 一般规定.33 7.9.2 自动重合闸装置：33 7.9.3 自动投入装置：.33 7.9.4 自动低频减载装置，系统安全自动控制：33 7.9.5 自动准同步装置。.34 7.9.6 自动调节励磁装置：.34 7.9.7 自动灭磁装置：34 第八章第八章 防雷保护的规划设计防雷保护的规划设计.34 8.1 避雷针保护34 8.1.1 避雷针及其保护范围34 8.2 避雷线的保护范围36 8.2.1 避雷线的保护范围计算方法及公式.36 8.2.2 避雷线保护基本要求如下：.36 8.3 避雷器保护及配置36 8.3.1 避雷器的参数及配置36 第二部分 计算书.39 第一章 变压器的选择.39 1.1 主变压器的计算和选择39 1.11 主变压器的计算39 1.12 厂用变及高备变的选择39 第二章 短路电流计算.41 2.1 短路计算41 2.2 参数计算41 2.2.1 短路点 d1的计算42 2.2.2 短路点的计算：.44 2 d 2.2.3 短路点的计算.46 3 d 第三章 电气设备的选择和计算.48 沈阳工业大学 viii 3.1 断路器的选择48 3.1.1 60kv 侧电流互感器的选择48 3.1.2 10kv 侧断路器的选择49 3.2 隔离开关的选择50 3.2.1 60kv 侧隔离开关的选择50 3.2.2 主变压器低压侧 10kv 母线隔离开关的选择.51 3.3 流互感器的选择和计算.52 3.3.1 60kv 电流互感器的选择53 3.3.2 10kv 侧电流互感器的选择53 3.4 压互感器的选择和计算.54 3.4.1 60kv 电压互感器的选择54 3.4.2 10kv 侧电压互感器的选择54 3.5 导体的选择和计算54 3.5.1 60kv 侧母线的选择54 3.5.2 10kv 侧母线的选择55 3.6 电抗器的选择56 第四章 防雷保护计算.58 4.1 避雷针的选择和计算58 4.2 避雷器的选择表59 4.2.1 60kv 侧避雷器的选择59 4.2.2 10kv 侧避雷器的选择59 总 结.60 文献参考.61 致 谢.62 附 录.63 沈阳工业大学 1 引言 据有关资料表明，在能源利用方面，美国的能源利用率为 51%，日本约为 60%， 我国仅为 28%30%；而每万美元产值消耗的燃料（标准煤）美国为 7.3t，法国 为 6.9t，日本为 3.6t，我国则达到 15t。为什么国外能源利用率这样高呢？这是 由于发达国家非常重视发展热电联产和热电联产联片供热的方式，广泛建立了热 电厂来提高能源的利用率。而目前我国许多地区建立的热电厂因为管理和运行不 善等原因，使能源没有得到充分利用，热电厂的经济性低，从而影响了热电厂的 发展。所以我国一些汽轮机厂也在不断改进产品性能和生产适应我国国情的新产 品，并预计在 2000 年生产热电机组 3000040000mw，这些热电厂建成之后，将 给我国带来显著的经济效益，和优越的节能效果。可见我国的这个发展计划，是 符合当前世界节能潮流发展方向的。 本次设计是根据“电力系统及自动化专业”毕业任务书的要求，综合大学四 年所学的专业知识及电力工程电气设计手册 、 电力工程电气设备手册等书 籍的有关内容，在指导教师的帮助下，通过本人的精心设计论证完成的。整个设 计过程中，包括电气主接线的选择、变压器的选择、短路电流的计算、各种设备 的选择与校验、高压配电装置的规划设计、防雷保护的规划设计、发电厂继电保 护和自动装置的规划设计等。 全面细致的考虑工程设计的经济性、系统运行的可靠性、灵活性等诸多因素， 最终完成本设计方案。 沈阳工业大学 2 第一部分 说明书 第一章 发电厂原始资料分析 待设计发电厂是建于某城市中心，以煤为主，水量充足，最高温度+40， oc 最低温度-35，年平均+5。本厂电压等级为 60/10，60kv 侧两回出线，10kv ococ 侧 13 回出线，以 4 台 50mw 发电机供电 。 第二章 主变压器的选择 2.1 发电厂主变压器的容量和台数的确定： 2.1.1 有发电机电压母线接线的主变压器 连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器容量，应该按下列条件计算： 1、当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线的剩余有功和无 功容量送入系统，但不考虑稀有的最小符合情况。 2、当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能由系统供给发电机电 压的最大负荷。在电厂分期建设过程中，在事故断开最大一台发电机组的情况下， 通过变压器向系统取得电能时，可以考虑变压器的允许过负荷和限制非重要负荷。 3、根据系统经济运行的要求，而限制本厂输出功率时，能供给发电机电压 的最大负荷。 4、按上述条件计算时，应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别应 注意发电厂初期运行，当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的 剩余容量送入系统。 5、发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对主要向发电机电压 供电的地方电厂，而系统电源仅作为备用，则允许只装设一台主变压器作为发电 厂与系统之间的联络。对小型发电厂，接在发电机电压母线上的主变压器宜设置 一台。对装设两台变压器的发电厂，当其中一台主变压器退出运行时，另一台变 压器应能承担 70%的容量。 沈阳工业大学 3 2.1.2、单元接线的主变压器 发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量可按下列条件中较大的者 选择 1、按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有 10%的裕度。 2、按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。 2.2 主变压器形式的选择 2.2.1 数的选择 1、发电厂变压器相数的选择 主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器制造条件、可靠性要求及运 输条件等因素。 选择主变压器的相数，当不受运输条件限制时，在 330kv 以下发电厂，应 选用三相变压器。 2.2.2 绕组数量和方式的选择 1、发电厂主变压器绕组的数量 因为三绕组变压器比同容量双绕组变压器价格高 40%50%，运行检修比较 困难，台数过多时会造成中压侧短路容量过大，且屋外配电装置布置复杂，故其 使用要给予限制。即本厂选择双绕组变压器。 2、绕组连接方式 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并行运行。电力 系统采用的绕组连接方式只有 y 和，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体 工程来确定。 35kv 以下电压，变压器绕组都采用连接。 2.3 本厂主变压器的选择本厂主变压器的选择 1、主变压器 1#、2#容量计算： mwsn 5 . 59 28 . 0 65 . 0 3 . 5%)101 (100 1 . 1 根据其变比 63/10.5 选出变压器为： 沈阳工业大学 4 表 2-1 所选主变压器的主要参数 型号额定容量 （kva） 额 定 电 压 (kv) 连接组 标号 空 载 损 耗 (kw) 空 载 电 流 (%) 阻 抗 电 压 ( % ) sfp7- 63000/63 6300063/10.5yn, d11 650.79 2、单元接线的主变压器容量的计算 mw89.61 8 . 0 1 . 1%)101 (50 n s 根据其变比 63/10.5 选出变压器为： 表 2-2 所选单元接线变压器的主要参数 型号额定容量 （kva） 额 定 电 压 (kv) 连接组 标号 空 载 损 耗 (kw) 空 载 电 流 (%) 阻 抗 电 压 ( % ) sfp7- 90000/63 9000063/10.5yn, d11 681.09 注：sfe7 三相油浸风冷铜线双绕组 3.厂用变及高备变的选择 根据下式计算出厂用变容量： mwsc88 . 6 8 . 0 %1050 1 . 1 表 13 根据其变比 10.5/3.15 选出厂用变压器为： 型号额定容量 （kva） 额 定 电 压 (kv) 连接组 标号 空 载 损 耗 (kw) 空 载 电 流 (%) 阻 抗 电 压 ( % ) sc- 8000/10 800010.5/3.1 5 dy,n1110.10.68 高备变的选取同厂用变容量一致 沈阳工业大学 5 表 14 本厂四台发电机的型号及参数： 型号额定容量 （mw） 额 定 电 压 (kv) cos 电 抗 “ ()x d 0 td （秒） 转换惯量 2 ()tm qfq-50-25010.50.80.12411.229.3 第三章第三章发电厂电气主接线选择 3.1 概 述 电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、 电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送 电能的总电路。将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的 电气连结图，称为电气主接线图。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，并且对电气设备的选择、配电装置布置、继 电保护和控制方式的拟订有较大影响。因此，必须正确的处理好各方面的关系， 全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。 3.2 主接线的设计原则主接线的设计原则 3.2.1 主接线的设计依据 1、发电厂在电力系统中的地位和作用 2、发电厂的最终建设规模 3、负荷的大小和重要性 4、系统备用容量的大小 5、系统专业对电气主接线提供的具体资料 沈阳工业大学 6 3.2.2 主接线设计的基本要求 主接线应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。 3.2.2. 1 可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线应满足这个要求。 1、研究主接线可靠性应注意的问题 （1）应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。主接线可 靠性的衡量标准是运行实践，至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法尚 不完善，计算结果不够准确，因而目前只作为参考。 （2）主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠 性的综合。 （3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高 的电气设备可以简化接线。 （4）要考虑所设计发电厂在电力系统中的地位和作用。 2、可靠性的具体要求： （1）断路器检修时，不影响对系统的供电； （2）断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间， 并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电； （3）尽量避免全部停运的可能性。 3.2.2. 2 灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性 （1）度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和 负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度。 （2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全 检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。 （3）扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。在不影响连续供电 或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对 一次和两次部分的改建工作量最少。 3.2.2. 3 经济性 主要是指投资省，占地面积小，能量损失小。 沈阳工业大学 7 3.3 本厂电气主接线的选择本厂电气主接线的选择 3.3.1 主接线方案的预定 1、本发电厂 4*50mw，电压等级为 60kv/10.5kv，60kv 侧出线为 2 回；10kv 侧负荷侧线路为 13 回。根据电力工程电气设计手册 、原始资料的分析。根据 主接线设计必须满足供电可靠性、保证电能质量、满足灵活性和方便性、保证经 济性的原则，本发电厂初步拟定两种主接线方案分别为：方案 1： 10kv 侧采用 双母线接线方案，60kv 侧采用单母分段接线。方案 2、10kv 侧采用双母线接线旁 路，60kv 侧采用双母线带旁路。如图所示： 方案一、 图 3-1 方案二、 图 3-2 沈阳工业大学 8 表 3-1 两种方案的比较 方案 项目 方案一 方案二 可靠性1、通过两组母线隔离开关的倒换 操作，可以轮流检修一组母线 而不致使供电终断。 2、一组母线故障后，能迅速恢复 供电。 3、检修任一回路的母线隔离开关， 只停该回路。 1、简单清晰，设备少，设备本身 故障小。 2、用断路器把母线分段后，对重 要用户可以从不同段引出两个 回路，有两个电源供电。 3、当一段母线发生故障，分段短 路器自动将故障切除，保证正 常段母线不间断供电和不致使 重要用户停电。 灵活性1、各个电源和各回路负荷可任意 分配到某一组母线上，能灵活 的适应于系统各种运行方式调 度和潮流变化的需要。 2、接线较复杂，不容易检修 3、扩建方便 4、连接不同的母线段时，易导致 出现交叉跨越。 1、不易扩建。 2、连接不同母线段时，可以避免 出现交叉跨越。 3、运行相对简单调度灵活性差。 4、避免产生环流。 经济性1、投资高，设备数量多，年费用 大。 2、提高了供电可靠性，增大了占 地面积。 1、设备相对少、投资小，年费用 小。 2、占地面积相对小 3、采用单元接线，从而避免了选 择大容量出口断路器，节省了 投资。 通过定性分析和可靠性及经济计算，在可靠性、经济性上方案一暂有明显 的优势。方案一不但可以节省开资，又可避免环流，有很高的可靠性。鉴于小型 发电厂以经济性为主，所以，经综合分析，决定选第一方案为设计最终方案。 沈阳工业大学 9 第四章 短路电流的计算 4.1 计算短路电流的目的：计算短路电流的目的： （1）电气主接线比较； （2）计算软导线的短路摇摆； （3）确定中性点接地方式； （4）选择导线和电器； （5）确定分裂导线间隔棒的间距； （6）验算接地装置的接触电压和跨步电压； （7）选择继电保护装置和进行整定计算。 本设计中计算短路电流的目的主要是载硫导体和电器的选择和校验。 4.2 电力系统短路电流计算电力系统短路电流计算 4.2.1 基本假定基本假定 短路电流实用计算中，采用的假设条件和原则为： （1）正常工作时，三相系统对称运行。 （2）所有电源的电动势相位角相同。 （3）系统中的电机均为理想电机，转子结构完全对称；定子三相绕组空间 位置相差 1200电气角度。 （4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电 流大小发生变化。 （5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中 50%负荷接在高压母线 上，50%负荷接在系统侧。 （6）同步电机都具有自动调励装置（包括强行励磁） 。 （7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 （8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 （9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电 阻忽略不计。 （10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整 范围。 （11）输电线路的电容忽略不计。 沈阳工业大学 10 4.2.2 一般规定一般规定 （1）验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流时，所有的短 路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统远景规划。 确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式选择，而不应按 仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 （2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，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的影响。 （3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常 接线方式时短路电流为最大的地点。 对带电抗器的 610kv 出线与厂用分支线回路，除其母线与母线隔离开关之 间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外，其余导体和电器的计 算短路点一般选择在电抗器后。 （4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路 验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中 的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。 4.2.3 限流措施限流措施 发电厂可以采取的限流措施： （1） 发电厂，在发电机电压母线分段回路中安装电抗器。 （2） 变压器分裂运行。 （3） 采用低压侧为分裂绕组的变压器。 （4）出线上装设电抗器。 4.3 短路计算点的选择短路计算点的选择 在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点，称为短路计 算点。本设计选择三个短路计算点，分别在 60kv 母线上、10kv 母线上和电抗器 出口处。 沈阳工业大学 11 系统短路计算电路图如图 4-1 所示。 图 4-1 等值电路图 4.4 短路计算方法短路计算方法 本设计利用分布系数法进行网络化简，分布系数法，求出转移电抗，计算电 抗。应用导体和电器选择设计技术规定所提供的运算曲线求取短路电流。 计算时取 sb=100mva 基准电压 ub=uav 4.5 网络变换 如下图 4-2 所示 图 4-2 1/y 变换 沈阳工业大学 12 x1=x13x12/（x13+x12+x23） x2=x12x23/（x12+x13+x23） x3=x13x23/（x13+x12+x23） 2y/ 变换 x12=x1+x2+x1x2/x3 x13=x1+x3+x1x3/x2 x23=x2+x3+x2x3/x1 4.6 计算步骤 4.6.1 计算步骤： （1）选择计算短路点。 （2）绘出等值网络（次暂态网络图） ，并将各元件电抗统一编号。 （3）化简等值网络：将等值网络化简为以短路点为中心的辐射等值网络， 并求出各电源与短路点之间的电抗。 x （4）求出计算电抗。 xjs （5）由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值。 （6）计算无限大容量电源供给的短路电流周期分量的标幺值。 （7）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 （8）计算短路电流冲击值。 （9）计算异步电机供给的短路电流。 （10）绘制短路电流计算结果表。 第五章第五章 电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验 5.1 设计原则设计原则 总的原则：按照正常工作条件进行选择，按照短路条件进行校验。 5.1.1 一般原则 1、应满足正常工作条件下的电压和电流的要求； 2、应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求； 沈阳工业大学 13 3、应满足安装地点和使用环境条件要求； 4、应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质； 5、对电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别； 6、选用的新产品应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况 下，选用未经鉴定的新产品时，应经上级批准。 5.1.2 技术条件 选择的高压电气设备，应能在长期工作的条件下和发生过电压、过电流的情 况下保持正常运行。 5.1.2.1 工作条件 1、电压 选用的电气设备允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压，即 g u maxg uu 2、电流 选用的电气设备额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工 作电流，即 g i eg ii 由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化也较大，故其计 算工作电流应根据实际需要确定。 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电流的要求。 5.1.2.2 动稳定条件 1、校验的一般原则： （1）电压在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验； （2）用熔断器保护的电气设备可不验算热稳定； （3）在工作电压和过电压的作用下，电气设备内、外绝缘应保证必要的可 靠性。 2、短路的热稳定条件 2 t i d q 3、短路的动稳定条件 chdf ii 5.1.2.3 环境条件 沈阳工业大学 14 1、温度：最高温度+40，年平均温度+5 2、光照：无特殊要求 3、风速：25m/s 4、冰雪：覆冰厚度 10mm 5、湿度：无特殊要求 6、污秽：无特殊要求 7、海拔：无特殊要求 8、地震：五级地震区 5.2 母线的选择母线的选择 母导体的选择 裸导体一般按下列各项选择和校验： 导体材料、类型和敷设方式；导体截面；电晕；热稳定；动稳定；共振频率 1、导体材料、类型和敷设方式： 常用导体材料有铜、铝和铝合金。因为铜价格高，因此只用在持续工作电流 大且出线位置特别狭窄或污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所。因为铝价 廉，一般采用或铝合金材料作为导体材料。 常用的硬导体截面有矩形、槽形和管形。矩形导体散热条件较好，便于固定 和连接，但集肤效应较大。为避免集肤效应系数过大，单条矩形截面最大不超过 1250。当工作电流超过最大截面单条导体允许截流量时，可将 24 条矩形 2 mm 体并列使用，4 条并列一般避免。矩形导体一般只用于 35kv 及以下，电流在 4000a 及以下的配电装置中。槽形导体机械强度好，载流量大，集肤效应系数小， 用于 40008000a 的配电装置中。管形导体集肤效应系数小、机械强度高、管内 可以通水或通风，因此，可用于 8000a 以上的大电流母线。此外，圆管表面光滑， 电晕放电电压高，可用在 110kv 及以上的配电装置中。 矩形导体三相水平布置，导体竖放散热好，载流量大，机械强度差，导体平 放与之相反。配电装置多采用三相垂直布置，导体竖放，综合二者优点。常用软 导线有钢芯铝绞线。组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于 330kv 及以上 配电装置。 2、导体截面选择： 导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。 （1）按导体长期发热允许电流选择： i maxkia1 式中 导体所在回路中最大持续工作电流。 imax 沈阳工业大学 15 在额定环境温度25时导体允许电流。 ia10 c o 与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数。当导体允许 k 最高温度为70和不计日照时，k 值可用下式计算： k oa a 1 1 其中 导体长期发热允许最高温度。 1a 导体额定环境温度和安装地点实际环境温度。 o （2）当年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在 20m 以上的导体，按经 济电流密度选择。 s=j imas 式中 正常工作时的最大持续工作电流。 imas j 最大利用小时数，对应的经济电流密度。 tmax 3、电晕电压校验 裸导体的临界电压应大于最高工作电压，即。 ucrumaxucrumax 4、热稳定校验 计及集肤效应系数的影响，得由热稳定决定的导体最小截面为： ks 5、硬导体的动稳定校验 矩形导体应力计算包括单条矩形和多条矩形两种 （1）单条矩形 导体所受的最大弯矩 m 为 m= （nm）10/ 2 lfph 式中单位长度导体上所受相间电动力 （nm）1.73x107 f ph f pha 1 ish 2 导体支柱绝缘子间的跨距（m） l 当跨距数为 2 时, 导体所受最大弯距为： m=8 （nm） f phl 2 导体最大相间计算应力= () ph w m wlfph10/ 2 pa w导体对垂直于作用力方向轴的截面系数。 () 导体材料允许应力 ph 1a pa 1a 沈阳工业大学 16 设计中常根据材料最大允许应力来确定绝缘子间最大允许跨距 lmax （m） f ph a w 1 10 （2）多条矩形 母线中最大机械应力由相间应力和同相条间应力叠加而成。 phb maxphb 由于同相条间距离很近，条间作用力大，为了减少，条间通常设有衬垫， b 衬垫间允许的最大跨距临界跨距i cr b4 icr f b h 式中 b、h矩形导体的宽和高 （m） 系数，铜：双条为 1774，三条为 1355；铝：双条为 1003，三条为 1197。 所选衬垫跨距应满足 ibicr 边条导体所受弯矩 (nm)12/ 2 bbb lfm 条间作用应力 ()或 （） b wlfwm bbb 12/ 2 pa b wlf bb 12/ 2 pa 若多条组成母线的最大应力 母线满足动稳定要 maxphb 1a 求。 简化计算： lbmax f b ba w 12 1 若所取的,则导体满足动稳定要求。 lb lbmax 6、导体共振校验 对于重要回路（如发电机、变压器及汇流母线等）的导体应进行共振校验。 （m） m ei f n i f 1 max 当已知导体材料、形状、布置方式和应避开自振频率（一般可取）hzf160 1 时，可由上式计算导体不发生共振的最大绝缘子跨距，当所取绝缘子跨距 max l ，即满足不共振的要求。 max ll 沈阳工业大学 17 行共振校验。 5.3 高压断路器的选择 5.3.1 参数的选择 1、的要求主要针对进出口产品。 2、器额定关合电流，不小于短路冲击电流值。 3、分合闸时间，对于 110kv 以上的电网，当电力系统稳定要求 快速切除故障时，分闸时间不宜大雨 0.04s。用于电气制动回路其合闸时间不宜 大于 0.04s0.06s。 4、器中性点绝缘等级低于相电压的系统中，短路器的分闸操作不同期时时 间宜小于 10ms。 5.3.2 型式的选择 短路器的型式的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于工 调试和运行维护，并经技术比较后确定。 表 5-1 短路器的选择 安装使用场所可选择的主要型式需注意的技术特点 中小型机组少油短路器 额定电流、短路电流和非周期分量均较大， 无重合闸要求，注意国产少油短路器达到 的实际标准 发电 机回 路 大型机组专用短路器 额定电流大，短路电流大，非周期分量可 能超过周期分量，要求开断电流大，热稳 定、动稳定要求高 配 电 装 置 35kv 及以下 少油短路器 真空短路器 多油短路器 用量大，注意经济实用性，多用于屋内或 成套高压开关柜内，多采用少油或老型号 少油短路器需注意产品质量和重合闸影响， 电缆线路开断应无重燃 沈阳工业大学 18 35kv220kv 少油短路器 六氟化硫短路器 空气短路器 开断 220kv 空载长线时，过电压水平不应 超过允许值，开断无重燃，有时短路器的 两侧为互不联系的电源 5.3.3 对断路器具体的选择和校验 1、按额定电压选择 高压断路器的额定电压 ue应大于或等于所在电网的额定电压 uew，即 ueuew。 2、按额定电流选择 高压断路器的额定电流 ie应大于或等于它的最大持续工作电流 igmax，即 ieigmax。 当断路器使用环境温度不等于设备基准环境温度时，应对断路器的额 定电流进行修正。 3、按开断电流选择 在给定的电网电压下，高压断路器的额定开断电流 iekd应满足 iekdit。式 中 it断路器实际开断时间 tk秒的短路电流全电流有效值。 4、按额定关合电流选择 要求断路器的额定开合电流 ieg应不小于最大短路电流冲击值，即ieg ic。. 5、动稳定校验 高压断路器的极限通过电流峰值 idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击 电流 icj，即 idwicj 6、热稳定校验 高压断路器的短时允许发热量 ir2tr应不小于三相短路电流发出的热量 qk= (i”2+10i2tk/2+i2tk)/12 即 i2rtr(i”2+10i2tk/2+i2tk)/12 根据以上原则，本设计选用断路器结果见表 52 各电压级断路器各项技术 数据与各项计算数据比较表见表 53，5-4 表 52 断路器选用结果表 安装 地点 型 号 额定 电压 (kv) 额定 电流 (a) 额定 开断 电流 (ka) 额定 关合 电流 （ka） 动稳定电流 (ka) 沈阳工业大学 19 60kv 侧 lw-6363125031.58080 10kv 侧 sn4 -10g/5000 105000105300300 表 53 所选 60kv 断路器主要参数的比较 计 算 数 据lw -63 63() ns ukv 63 n ukv （） max 606.24( ) g ia 1250( ) n ia i“ “ =14.492（ka） 31.5() nbr ika ish = 36.89（ka） 80() ncl ika qk=qp=182.17（ka）2.s 22 3969() t i tkas ish = 36.89（ka） 80() es ika 表 54 所选 10kv 断路器主要参数的比较 计 算 数 据 4 10/5000sng 10() ns ukv10() n ukv max 3637.41( )ia 5000( ) n ia qk=qp=4342.96（ka）2.s 22 3969()