火力发电厂电气一次部分设计

1、华 北 水 利 水 电 学 院毕 业 设 计 任 务 书 设计题目：D火力发电厂电气一次部分设计专 业： 电气工程及其自动化班级学号： 姓 名: 指导教师： 2009年 04 月 20日 D火力发电厂电气一次部分设计任务书一 设计的原始资料1 凝气式发电厂 凝气式发电机组3台：3*200MW；出口电压：15.75KV；发电机次暂态电抗：0.125；额定功率因数：0.87。 机组年利用小时数：Tmax=6000小时。 厂用电率：6%。 发电机出口处主保护动作时间取0.1秒。 环境温度：最高温度40oC,年平均气温20 oC。2 发电厂出线220KV出线3回，两回经15KM架空在A1变电站220K

2、V母线与系统连接，另一回经10KM架空在A2变电站220KV母线与系统连接，A1和A2两变电站220KV母线经15KM一回架空连接。正常时A1和A2断开运行。3 电力系统情况220KV系统容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到A1变电站220KV母线短路容量为(A1和A2断开)2500MVA；归算到A2变电站220KV母线短路容量为(A1和A2断开)2000MVA。二 设计的任务与要求 1 设计的任务 电气主接线方案设计。 短路电流计算。 电气设备选择。 发电机电压母线选择。 2 设计要求 电气主接线方案设计应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案。 短路电流及电气设备选择计算方法应正

3、确。 主接线图形符号，线条及图签符合规范，接线正确，图面布局合理，参数标注正确，图形清晰美观。 论文格式应符合要求，结构严谨，逻辑性强，层次分明，文理通顺，无错别字，要求打印，统一用A4纸。 独立完成，严禁抄袭或请人代作。 按分配时间阶段完成相应任务。三 重点研究问题 电气主接线，电气设备选择。四 设计（论文）成果要求1 毕业设计论文说明书及计算书 装订次序：（1）毕业设计（论文）任务书（抄录原件有关内容）；（2） 目录；（3）毕业设计（论文）正文。正文包括方案论证（变压器选择、技术论证和经济比较）、短路计算图表、电气设备选择（高压开关电器、互感器、避雷器、母线等）及设备表、结论和体会。（4）

4、计算书2 发电厂电气主接线图、短路电流计算接线及等效阻抗图、220KV开关站纵剖面图、发电厂继电保护图（要求计算机绘图A3各一份和手工绘图1号图纸 发电厂电气主接线图一份）。3 参考文献1 熊银信主编 发电厂电气部分（第三版） 中国电力出版社 2004.8 2 西北电力设计院 电力工程电气一次设计手册 水利电力出版社 19893 西北电力设计院 电力工程电气二次设计手册 水利电力出版社 19894 陈珩主编 电力系统稳态分析 中国电力出版社 19985 李光琦主编 电力系统暂态分析 中国电力出版社 20026 贺家李 宋从矩 合编 电力系统继电保护 20034 专业文献（汉字要求3000字以上

5、）四 时间安排本次设计时间共12周，各部分设计内容的时间安排大致如下：收集资料，熟悉任务 1周方案论证比较 2周短路电流计算 2周电气设备选择计算 3周计算机绘图 2周编制设计说明书 1周答辩 1周总计 12周第一部分 设计说明书1电气主接线方案的设计1.1电气主接线方案的选择1.1.1基本资料（1） 凝气式发电厂 凝气式发电机组3台：3*200MW；出口电压：15.75KV；发电机次暂态电抗：0.125；额定功率因数：0.87。 机组年利用小时数：Tmax=6000小时。 厂用电率：6%。 发电机出口处主保护动作时间取0.1秒。 环境温度：最高温度40oC,年平均气温20 oC。（2） 发电

6、厂出线220KV出线3回，两回经15KM架空在A1变电站220KV母线的不同分段上与系统连接，另一回经10KM架空在A2变电站220KV母线与系统连接，A1和A2两变电站220KV母线经15KM一回架空连接。正常时A1和A2断开运行。（3） 电力系统情况220KV系统容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到A1变电站220KV母线短路容量为(A1和A2断开)2500MVA；归算到A2变电站220KV母线短路容量为(A1和A2断开)2000MVA。由基本资料可知该火电厂为地区中型火电厂。1.1.2 地区中型火电厂电气主接线特点地区中型火电厂的单机容量和总装机容量都较小，一般都建在负荷中心附近（

7、城市边缘）。所发出的电能有较大部分以发电机电压（10 KV ）经线路直接送到附近的用户，或升至35 KV 送到较远的用户，其余的电能则升压到110 KV或220 KV电压送入系统。在本厂发电机故障或检修时，可由系统返送电能给地方负荷。由基本资料可知该火电厂生产的电能主要经过升压变压器升高至较高电压后送入系统，没设发电机电压母线给当地负荷直接供电。发电机出口接线多采用发电机变压器单元接线，升高至一个最多两个升高电压等级。升高电压等级则根据具体情况，一般可以选用单母线，单母线分段，单母线分段带旁路母线,双母线等接线形式。1.1.3 发电机-变压器组接线方案的确定（1） 发电机双绕组变压器单元接线

8、发电机双绕组变压器单元接线（图1-1） 一般200 MW及以上大机组都采用这种接线形式，发电机出口不装设断路器,因为制造这样大的断路器很困难,价格十分昂贵。为避免大型发电机出口短路这种故障,常采用安全可靠的分相封闭母线来连接发电机和变压器,甚至连隔离开关也不装设(但设有可连接点以方便试验)。图1-1 图1-2（2） 扩大单元接线扩大单元接线（图1-2） 为减少主变压器的台数(还有相应的断路器数和占地面积等),可将两台发电机与一台主变连接,构成扩大单元接线。1.1.4 220 KV侧接线方案确定（1） 单母线分段带旁路母线接线 单母线分段带旁路母线接线（图1-3）适用范围:旁路母线系统增加了许多

9、设备,造价昂贵,运行复杂,只有在出线断路器不允许停电检修的情况下才设置旁路母线。220 KV如果采用单母分段,一般应设置旁路母线且设专用旁路断路器为宜。图1-3 图1-4（2） 双母线接线双母线接线（图1-4） 双母线接线具有两组母线，图中为工作母线，为备用母线，两组母线通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。每一回线路都经过线路隔离开关、断路器和两组母线隔离开关分别与两组母线连接。双母线接线的优缺点: 双母线与单母线相比，停电机会减少了，必需的停电时间缩短了，运行的可靠性和灵活性有了显著的提高。另外，双母线接线在扩建时也比较方便，施工不必停电。 双母线接线的缺点是使用设备较多，投资较大，配电

10、装置比较复杂。同时，在运行中需将隔离开关作为操作电器。 适用范围:220 KV配电装置出线回数为5回及以上时，或者出线回路为4回但在系统中地位重要时。1.1.5 接线方案的形成 由以上论述可知形成了两种方案，这两种方案为：方案1 方案21.1.6 方案的技术经济比较 （1） 方案1和方案2采用的双母线接线正常运行时，工作母线带电，备用母线不带电，所有电源和出线回路都连接到工作母线上（工作母线隔离开关在合上位置，备用母线隔离开关在断开位置），母联断路器亦断开，这是一种运行方式。此时相当于单母线运行。工作母线发生故障将导致全部回路停电，但是可在短时间内将所有电源和负荷均转移到备用母线上，迅速恢复供

11、电。另外正常运行时，为提高供电可靠性，也常采用另一种运行方式，即工作母线和备用母线各自带一部分电源和负荷，母联断路器合上，这种运行方式相当于单母线分段运行。若一组母线故障，担任分段的母联断路器跳开，接于另一组母线回路不受影响。同时，接于故障母线的回路经过短时停电后也能迅速转移到完好母线上恢复供电。（2） 方案1和2采用的双母线接线检修任一组母线不必停止对用户供电。（3） 该发电厂为地区中型火力发电厂，主要与系统相连，所以对电气主接线以可靠性为主。方案1和2的220KV侧采用双母线接线，停电机会减少了，必需的停电时间缩短了，运行的可靠性合灵活性有了显著的提高。另外，双母线接线扩建时也比较方便，施

12、工不必停电。（5） 一般200 MW及以上大机组都采用发电机双绕组变压器单元接线形式，发电机出口不装设断路器,因为制造这样大的断路器很困难,价格十分昂贵.为避免大型发电机出口短路这种故障,常采用安全可靠的分相封闭母线来连接发电机和变压器,甚至连隔离开关也不装设(但设有可连接点以方便试验)。采用扩大单元接线时，变压器低压侧短路时短路电流很大，且有很大的电动力，一旦发生事故将造成严重的后果。由此可见方案2不可取。 方案的综合比较见表（1-1）表1-1方案断路器数量隔离开关数量可靠性灵活性经济性方案1717高好一般方案2615高好不好综上所述,在满足可靠性和灵活性的前提下，方案1的经济性比较好。故该

13、火力发电厂的电气主接线应选方案1,即发电出口采用发电机双绕组变压器单元接线,220 KV侧采用双母线接线。1.2 发电机出口主变压器的选择DL50002000规定：容量为200MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时，该变压器的容量可按下列两种条件中的较大者选择：（1）按发电机额定容量扣除本机组的厂用电负荷，且变压器绕组的温升在标准环境或冷却水温度下不超过55K。(2) 按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用电负荷，且变压器绕组的温升不超过65K。 由于发电机的最大连续输出容量系非额定工况，出现的机率较少，平均温升65K下的容量为55K时的1.12倍，为使发电机在可能工况下运行，升压变压器

14、的容量不应限制发电机的出力，可按第一条规程选择变压器容量，并留有10%的裕度。规程中所指厂用负荷，并不是厂用变压器的容量，也不应是计算中厂用负荷之和。因为厂用变压器的容量与其实际负荷间差别有时较大，而计算容量之和则为当发电机在满载运行时可能出现的最大连续负荷，它可以用来选择厂用变压器的容量，但是在选择主变压器容量的计算中，不能单独地将发电机在各种工况下的出力扣除厂用变容量或扣除计算厂用负荷来决定。变压器在局部时间内因少量过负荷对绝缘造成的过热损伤，可以在同样时间内以相同比率的低负荷来弥补其寿命。因此，以年平均厂用电率来作为主变压器选择中的厂用负荷是比较合理的。对于凝气式机组的电厂，厂用负荷可用

15、下述简易公式计算:式中 厂用电计算负荷,KVA； e 厂用电率 （%）； Pe 发电机的额定功率 （MW）; 发电机在运行功率时的平均功率因数。故变压器容量可按下式计算： 故主变压器容量为：所以选用主变压器的容量为240MVA。由变压器的变比15.75 KV/220 KV,及主变压器的容量为240MVA选择主变压器型号为SFP7-/220。该变压器的技术参数见表（1-2）。表1-2型号额定电压（KV）连 接组 别空 载损 耗(KW)负 载损 耗(KW)空 载电 流(%)阻 抗电 压(%)高压低压SFP7-/22024222.5%15.75YN,d112006300.8142 短路电流计算2.1

16、 短路电流计算目的（1） 电气主接线的比较与选取。（2） 选择导体及电气设备。（3） 确定中性点接地方式。（4） 计算软导线的短路摇摆。（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整定计算。2.2 短路点的选择(1) 220 KV电压等级的短路点K1 该厂220KV侧采用双母线接线，在220KV侧母联断路器对备用母先进行充电检查时，恰好备用母线上发生短路的情况，此时发电机和系统供给的短路电流都通过母联断路器，情况最为严重，故选母联断路器处为220KV侧的短路计算点。(2) 15.75 KV电压等级的短路点K2 由于发电机侧采用发电机-变

17、压器单元接线，三台发电机对称，故任选一台发电机出口处短路作为发电机侧的短路计算点2.3 短路电流计算的结果(1) 短路点K1的短路电流计算结果如表（2-1）表2-1短路点电源次暂态短路电流（KA）冲击系数Ksh冲击短路电流ish（KA）短路电流I2.0短路电流I4.0K1系统15.5172.5514.0685.5175.517系统24.4042.5511.234.4044.404火电厂1237.4442.6219.5034.3284.155合计17.36544.80214.24914.076(2) 短路电K2的短路电流计算结果如表2-2。 表2-2短路点电源次暂态短路电流（KA）冲击系数Ksh

18、冲击短路电流ish（KA）短路电流I1.95短路电流I3.9K2系统114.8432.5537.8514.84314.843系统215.1472.5538.62515.14715.147火电厂172.4732.62194.95224.43921.911火电厂2318.7682.6949.17220.73121.405合计121.231320.675.1673.3063 主要电气设备的选择3.1 发电厂主要电气设备在发电厂和变电所中，根据电能生产、转换和分配等各环节的需要，配置了各种电气设备。根据它们在运行中所起的作用不同，通常将它们分为电气一次设备和电气二次设备。本设计主要为火力发电厂的电气一

19、次部分设计，故本设计只对电气一次设备进行介绍。电气一次设备及其作用 直接参与生产、变换、传输、分配和消耗电能的设备称为电气一次设备，主要有：(1) 进行电能生产和变换的设备，如发电机、电动机、变压器等。(2) 接通、断开电路的开关电器，如断路器、隔离开关、自动空气开关、接触器、熔断器等。 (3) 限制过电流或过电压的设备，如限流电抗器、避雷器等。(4) 将电路中的电压和电流降低，供测量仪表和继电保护装置使用的变换设备，如电压互感器、电流互感器。(5) 载流导体及其绝缘设备，如母线、电力电缆、绝缘子、穿墙套管等。(6) 为电气设备正常运行及人员、设备安全而采取的相应措施，如接地装置等。3.2 电

20、气设备选择的一般条件不同类别的电气设备承担的任务和工作条件各不相同，因此它们的具体选择方法也不相同。但是，为了保证工作的可靠性及安全性，在选择它们时的基本要求是相同的，即按正常工作条件选择，按短路条件校验其动稳定和热稳定。对于断路器，熔断器等还要校验其开断电流的能力。3.2.1按正常工作条件选择设备(1) 按使用环境选择设备 温度和湿度 一般高压电气设备可在环境温度为-30 oC+40 oC的范围内长期正常运行。当使用环境温度低于-30 oC时，应选用适合高寒地区的产品；若使用环境温度超过+40 oC时，应选用型号后带“TA”字样干热带型产品。 一般高压电气设备可在温度为+20 oC，相对湿度

21、为90%的环境下长期正常运行。当环境的相对湿度超过标准时，应选用型号后带有“TH”字样的湿热带产品。 污染情况安装在污染严重，有腐蚀性物质、烟气、粉尘等恶劣环境中的电气设备，应选用防污型产品或将设备布置在屋内。 海拔高度一般电气设备的使用条件为不超过1000m。当用在高原地区时，由于气压较低，设备的外绝缘水平将相应下降。因此，设备应选用高原型产品或用外绝缘提高一级的产品。 安装地点配电装置为室内布置时，设备应选用户内式；配电装置是室外布置时，设备应选用户外式。此外，还应考虑地形、地质条件以及地震影响。3.2.2按正常工作电压选择设备额定电压所选电气设备的最高允许电压必须高于或等于所在电网的最高

22、运行电压。设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压1.11.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围内，故选择时只要满足下式即可：UNUNS式中 UN-设备所在电网的额定电压，KV； UNS-设备的额定高压，KV3.2.3按工作电流选择设备额定电流所选设备的额定电流应大于或等于所在回路的的最大长期工作电流：ININS应当注意，有关手册中给出的各种电器的额定电流，均是按标准环境条件确定的。当设备实际使用环境条件不同时，应对其额定电流进行修正。各种回路最大长期工作电流以Imax的计算方法如下：(1) 发电机和变压器回路由于发电机和变压器在电压降低5时，出力可保持不变，故

23、该回路的最大工作电流应不小于相应额定电流的1.05倍。若变压器有过负荷运行的可能时，还应计其实际的过负荷电流。(2) 母线分段断路器及母联断路器回路母线分段断路器及分段电抗器的最大工作电流，一般可取母线分段上一台最大发电机额定电流的5080；母联断路器的最大工作电流则应取母线上最大一台发电机或变压器的最大工作电流。3.2.4 按短路条件校验设备的动稳定和热稳定(1) 短路动稳定校验制造厂一般直接给出定型设备允许的动稳定峰值电流imax，动稳定条件为 imaxish式中 ish -所在回路的冲击短路电流，KA; imax -设备允许的动电流，KA(2) 短路热稳定校验 通常制造厂直接给出设备的热

24、稳定电流It及允许持续时间t。热稳定条件为 It2tQk式中 It2t -设备允许承受的热效应 Qk -所在回路的短路电流热效应3.3 220KV 高压断路器的选择结果高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统故障情况下自动地迅速断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。灭弧能力是断路器的核心性能。 220KV侧断路器选择结果：根据UN=220 KV,Igmax=661.3 A及屋外布置的要求，查电力工程电气设备手册电气一次部分选型号为：SW6-220/1200，其技术数据如表（3-3-1）表3-3-1型号额定电压（KA

25、）额定电流（A）额定开断电流（KA）根限通过电流热稳定电流（KA）固有分闸时间（s）合闸时间（s）峰值有效值4秒10秒SW6220/120022012002155211480.040.23.4 隔离开关的选择结果隔离开关（俗称刀闸）没有灭弧装置。它既不能开断正常负荷电流，更不能断开短路电流，否则即发生“带负荷拉刀闸”的严重事故。此时产生的电弧不能熄灭，甚至造成飞弧（相间或相对地经电弧短路），会损坏设备并严重危及人身安全。220 KV侧隔离开关选择：根据UN=220 KV,Igmax=661.3 A既屋外布置的要求，查电力工程电气设备手册电气一次部分选型号为：GW6-220D/1000-50,其

26、技术数据如表（3-4-1）表3-4-1型号额定电压额定电流动稳定电流热稳定电流4（S）GW6-220D/1000-50220KV1000A50KA21KA3.5 电流互感器的选择结果选择电流互感器时，首先要根据装设地点、用途等具体具体条件确定互感器的结构类型、准确等级、额定电流比；其次要根据互感器的额定容量和二次负荷计算二次回路连接导线的截面积；最后校验其动稳定和热稳定。（1） 15.75 KV侧电流互感器的选择： 根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流及安装地点等条件选用型号为LMZ20屋内型电流互感器，互感器变比为10000/5 A，由于供给测量和自动调节励磁用，故选用0.5/0.5

27、，查电力工程电气设备手册电气一次部分其技术数据如表（3-5-1）表3-5-1型号额定电流比（A）级次组合准确等级二次负荷()10%倍数0.513DLMZ20600012000/50.5/0.50.5/BB/B0.52.415B2.4150.52.415B2.415 根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流及安装地点等条件选用型号为LMZB3屋内型电流互感器，互感器变比为15000/5 A，由于供给发电机差动保护和发电机变压器组差动保护用，故选用B/B，查电力工程电气设备手册电气一次部分其技术数据如表（3-5-2）表3-5-2型号额定电流比（A）级次组合准确等级二次负荷()10%倍数0.51

28、3DLMZB32015000/50.5/0.50.5/BB/B0.5315B315 安装于中性点连接线上时，可按发电机允许的最大不平衡电流选择，根据运行经验，此电流一般取发电机额定电流的20%30%。故Igmax= =17702655 A。由此选用LMZ B120 屋内型电流互感器，互感器变比为3000/5，由于供给保护和测量用，故选用0.5/B,B/B ，查电力工程电气设备手册电气一次部分其技术数据如表（3-5-3）表3-5-3型号额定电流比（A）级次组合准确等级二次负荷0.513DLMZB12010004000/50.5/0.50. 5/B1. B/B0.52.43B2.4800/50.5

29、2.0B2.0（2）220 KV侧电流互感器的选择： 电力电压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般取变压器额定电流的1/3进行选择。由Igmax= =220 A选用型号为LCWB-220屋外型电流互感器，互感器变比为300/5，由于供给零序保护用，故选用B级。 由Igmax= =661.3 A，根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流等条件选用型号为LCWB-220屋外型电流互感器，互感器变比为800/5，由于供给发电机-变压器差动保护、母线保护、变压器差动保护、断路器失灵保护用，故选用B/B/B/B级。 由Igm ax= =661.3 A，根据电流互感

30、器安装处的电网电压，最大工作电流等条件选用型号为LCWB-220屋外型电流互感器，互感器变比为800/5，由于供给母线保护、测量仪表、线路保护、断路器失灵保护用，故选用B/0.5/B/B级 由电流互感器安装处的电网电压及经过的最大电流，选型号为LCWB-220屋外型电流互感器，其变比为800/5 A，由于供给母线保护、测量仪表、线路保护、断路器失灵保护等用，故选用保护等级为B/0.5/B/B。查电力工程电气设备手册电气一次部分其技术数据如表（3-5-4） 表3-5-4型号额定电流比（A）级次组合准确等级二次负荷10倍数热稳定电流1（S）动稳定电流05LCWB220B40VA2531.580kA

31、0.50.240VA303.6 电压互感器的选择结果电压互感器是将高压变成低压的设备，分为电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器两种。 电压互感器的选择内容包括：根据安装地点和用途，确定电压互感器的结构类型、接线方式和准确级；确定额电压比；计算电压互感器的二次负荷，使其不超过准确度的额定容量。（1） 15.75 KV侧电压互感器的选择：由电压互感器安装处的电网电压和用途选用电压互感器的型号为：JDJJ-35和JDJ-35。由于双绕组电压互感器供励磁调节装置用，准确级为0.5级；三绕组电压互感器供测量、同期、继电保护及绝缘监视用，其准确级为3P。查电力工程电气设备手册电气一次部分其主要技术参数如

32、表（3-6-1）表3-6-1型号额定电压（KV）二次绕组额定输出（VA）二次绕组极限输出(VA)一次绕组二次绕组剩余电压绕组0.5级1.0级3P级JDJJ-351502506001200JDJ-35350.11502506001200 (2) 220 KV侧电压互感器的选择：由电压互感器安装处的电网电压和用途选用电压互感器的型号为: JCC5-220和YDR-220。110 KV及以上线路，为了节省投资和占地，载波通信和电压测量可共用耦合电容，故一般选择电容分压式电压互感器。故220 KV侧母线选用电磁式电压互感器，线路侧选用电容分压式电压互感器。查电力工程电气设备手册电气一次部分电磁式电压互

33、感器的主要技术参数见表（3-6-2）。查电力工程电气设备手册电气一次部分电容式电压互感器的主要技术参数见表（3-6-3）表3-6-2型号额定电压（KV）耐受电压（KV）二次绕组额定输出（VA）剩余电压绕组二次绕组极限输出(VA)一次绕组二次绕组剩余电压绕组工频（1min）冲击全波0.5级1.0级3P级额定输出（VA）准确级JCC5-2200.14009453005003003003P2000表3-6-3型号额定电压比准确等级/额定容量（VA）额定电容（pF）电容器数量爬电距离（mm）海拔(m)1a-1n2a-2nda-dnYDR-2203.0/5050002593020003.7 避雷器的选择

34、及结果避雷器是电力设备过电压保护的措施之一。它装在被保护设备附近，跨接于设备端子之间。过电压由线路传递到避雷器，当其值达到避雷器的工作电压时，避雷器动作，将过电压限制在某一水平（称为保护水平），过电压过去之后，避雷器迅速恢复截止状态，电力系统恢复正常状态。由避雷器安装处的电网电压及安装地点可选用的避雷器的型号为：FCD2-15.75和Y10W1-192/476,变压器中性点选用的避雷器型号为Y1W5-146/320。查电力工程设备手册电气一次部分FCD2-15.75的主要技术参数如表（3-7-1）。查电力工程设备手册电气一次部分氧化锌避雷器的主要技术参数入表（3-7-2） 表3-7-1型号额定

35、电压有效值（KV）灭弧电压效值（KV）工频放电电压有效值(KV)冲击放电电压峰值（KV）雷电冲击波电压峰值（KV）电导电流（10-6A）不小于不大于3KA5KAFCD2-15.7515.751937444545495020表3-7-2型号额定电压有效值(KV)系统额定电压有效值(KV)持续运行电压有效值(KV)直流1mA参考电压有效值不小于(KV)2KA操作波残压峰值不大于(KV)方波通流容量峰值(A)爬电距离最小值(cm/kv)Y10W1-192/4761922201462784148005500Y1W5-146/3201462201906003.8发电机机压母线的选择3.8.1 概述随着电

36、力系统规模的不断扩大，发电厂的单机容量也在不断增加。到目前为止，我国已运行电厂的最大单机容量，火电厂为600MW；水电厂为550 MW，而且呈进一步增大的趋势，相应地，发电机额定电流由几百安增大到几万安。当单机容量在12MW以下时，发电机额定电压为6.3 KV，发电机额定电流在1500A以下，发电机母线只用一条矩形铝母线即可；当单机容量为25MW50MW时，发电机额定电压为10.5 KV，发电机额定电流由1720A增到3440A,要选用二条到四条矩形母线作为发电机母线；当单机容量为100MW时，发电机额定电压为10.5 KV,发电机额定电流为6470A，再选用矩形母线在技术上和结构上便很难满足

37、母线发热和电动力的要求，因而要选用槽形铝母线或菱形母线；当单机容量为200MW时，发电机额定电压为15.75 KV，额定电流为8625A，即使是槽形母线或菱形母线，也难以满足母线周围钢构件发热以及故障时母线间的巨大短路电动力的要求，因而要选用管形母线或封闭母线。同时大容量机组的出现，给发电机出口母线运行的可靠性提出了新的问题。如果依旧采用敞露式布置，绝缘子易沾上灰尘，极易造成绝缘子闪络以及由外物引起的短路故障。大型发电机出口母线短路时，电动力可能相关达到极高的数值，这给母线及相关设备的选型造成困难。同时，母线工作电流也很大，使附近刚构件发热严重，周围环境温度升高，影响母线的正常运行。解决上述问

38、题的合理办法是采用封闭母线。事实上，我国200 MW600 MW的机组已广泛采用全连式分相封闭母线，即母线由铝管制成，每相母线全封装在单独的外壳内，外壳两端用短路板连接并可靠接地。3.8.2 大电流封闭母线的优点及缺点全连式分相封闭母线的优点是 ： （1）运行可靠性高。母线被封装在里面，避免了外界自然环境对母线及其绝缘子的粉尘污染，消除了母线相间短路的可能性。 （2）可有效地减小母线及其附近短路时母线间的电动力。外壳与母线形成相当于1：1的空心变压器。由于外壳涡流和环流磁场对母线电流磁场的强烈去磁作用，使外壳内磁场大为减弱，有效地减小了短路时母线的电动力。 （3）可显著地减小母线附近刚构的发热

39、。 （4）外壳多点接地，可保证人体触及时的安全。 （5）维护工作量较小。全连式分相封闭母线的缺点是： （1） 母线的自然散热条件较差。（2）外壳发热产生损耗。（3）有色金属消耗较多，投资较大。3.8.3 发电机出口分相封闭母线的选择结果发电厂的封闭母线分为共箱式和分相全连式两种。每一种又分为定型产品和非定型产品。选用定型封闭母线时，制造厂一般提供有关封闭母线的额定电压、额定电流和动稳定、热稳定等参数，此时的母线选择可按电器选择中的所述的方法进行选择和校验。若根据发电机、主变压器和配电装置连接等具体情况，需要选用非定型封闭母线时，应向制造厂提供有关资料，供制造厂进行布置和连接部分设计。这时应进行

40、母线导体和外壳发热、应力及绝缘子抗弯等项计算，并进行共振校验。这里我只对机压母线按电器选择的方法选用定型产品。根据UN=15.75 KV,Igmax=8848 A,查相关手册封闭母线额定技术数据为:UN=20KV,IN=12500 A, 动稳定电流为imax=400 KA, 热稳定电流为It=160 KA，铝母线外径及厚度为 10508。其技术参数如表（3-8）表3-8项目名称主回路厂用分支电压互感器分支额定电压（KV）202020额定电流（KA）1250016001600相数333频率（HZ）505050短路电流冲击峰值（KA）4005605604s热稳定电流（KA）160220220母线正

41、常运行最高温度。C909090外壳连接最高温度（。C）656565铝母线外径及厚度（mm）500121501015010铝外壳外径及厚度（mm）1050870057005相间距离（mm）140010001200一分钟工频耐压（KV）686868冷却方式自冷自冷自冷母线涂漆（外表面）黑黑黑内壳涂漆（内表面）黑黑黑外壳涂漆（外表面）浅灰（光泽）浅灰（光泽）浅灰（光泽）3.9母线的选择母线的截面选择有两种方法：按最大长期工作电流选择；按经济电流密度选择。发电厂的主母线和引下线以及持续电流较小，年利用小时数较低的其它回路的导线，一般按最大长期工作电流选择；而发电机出口母线，以及年平均负荷较大，且长度较

42、长的回路的导线，则按经济电流密度选择。按经济电流密度选择当导体通过电流时，要产生电能损耗。一年中导体所损耗的能量，与导体通过的电流大小和年利用小时数有关，还与导体的截面有关。从降低损耗考虑，导体截面越大越好；但从降低投资、维修费用、利息支付及有色金属消耗量等方面考虑，导体截面越小越好。可以用年计算费用这样一个指标，综合以上因素。年计算费用最小时所对应的导体截面应当是最合适的，称之经济截面。导体单位经济截面上流过的电流称为经济电流密度，用J表示。按经济电流密度选择母线截面的方法是： 根据确定的母线材料和最大负荷年利用小时，查表得经济电流密度J； 按下式计算母线的经济截面积S。本次设计中对220K

43、V机压母线的选择即根据经济电流密度选择。由Igmax=661.3 A，可知J=0.93A/，则选扩径钢芯铝绞线LGJK800长期允许电流：870A(), 1150A()温度修正：当环境温度为30时，查表得K=0.95则=0.=1092.5A=661.3A4 继电保护规划及开关站配电装置4.1继电保护的规划4.1.1 发电机、变压器主保护及备用保护的规划1 发电机、变压器主保护的配置 按DL/T 684-1999 规定，主保护的配置应能保证在保护范围内任一点发生各种故障均有双重或多重的主保护，故障应有选择性地、快速地、灵敏地被切除，使机组受到的损伤最轻、对电力系统的影响最小。为满足电力系统稳定方

44、面的要求，当在升压变压器高压侧发生短路故障时，通常要求切除故障的时间不大于0.1s，扣除断路器跳闸时间和中间继电器的动作时间，要求保护的动作时间不大于0.030.05s。从机组发热方面考虑，为不损坏电机，当机端发生两相短路时，要求在十分之几秒内切除故障。为了确保快速切除故障，对发电机变压器组配置了发电机差动保护、升压变压器差动保护和发电机变压器组差动保护，对发电机变压器组构成了双重快速保护。对于发电机内部故障，如果发电机中型点侧引出四或六个端子，则发电机和发电机变压器组差动保护均为不完全纵差方式，而且还可以装有单元件式的高灵敏横差保护，这就使发电机定子绕组的所有故障(相间短路、匝间短路和分支开

45、焊)具有三重主保护；对于变压器内部故障将有变压器差动保护、瓦斯保护和发电机变压器组不完全差动保护，也具有三重主保护。因此这样的发电机变压器组无需再设后备保护，只是有时为了高压母线的需要，才有必要装设后备保护。由于200MW发电机的中线点侧一般只引出三个端子，所以发电机和变压器组差动保护都是传统的完全纵差方式，它们对发电机定子绕组匝间短路和分支开焊无保护功能，为此必须增设发电机定子绕组匝间短路保护，但后者目前尚无性能完善的解决方案。发电机变压器组在配置了双重快速保护的情况下，就本发电机变压器组而言，已不需要其他反应相间短路的后备保护。2 发电机变压器备用保护的配置 既然200MW机组中没有采用不

46、完全纵差保护和单元件式高灵敏横差保护，所以发电机变压器组本身就有必要装设后备保护，用来反映匝间短路、分支开焊等故障。 主变压器高压侧相间短路后备保护，以高压母线两相金属性短路的灵敏度大于或等于1.2为整定条件，首先考虑采用过电流保护。如灵敏度不够，则改用一段简易阻抗保护，不设震荡闭锁环节，以0.51.0s延时取得选择性和避越震荡，但应有电压回路断线闭锁和电流启动元件（200MW机组多不采用）。在切实加强主保护的前提下，同时注意后备保护的简化。过于复杂的后备保护配置方案，不仅是不必要的，而运行实践表明是有害的。具体地说，发电机侧即主变压器低压侧不再装设后备保护，仅在主变压器高压侧配置放应相间短路

47、和单相接地的后备保护，作为主变压器高压母线故障和主变压器引线部分故障的后备，同时为提高安全性，这些后备保护可具体情况设为联跳或均不联锁跳高压母线上的联络断路器和分段断路器。对于升压变压器高压侧的零序电流电压保护配置问题，由于升压变压器高压侧，一般都是220KV及以上中性点直接接地系统，当在高压侧发生单相接地短路时，如果双重差动保护的灵敏度都能满足要求，按照近后备的原则，对变压器高压侧绕组及起引出线而言，则不需要装设其他反应零序电流的后备保护。零序电流保护简单可靠，正确动作率高，而超高压电网中，单相接地短路故障最多，在各种短路故障中，有80%90%是单相接地短路故障。为了在某些特殊的情况下，不致

48、使电网失去保护，所以尽管相邻线路上配置了完善的近后备保护，一般还是要求在变压器中性点装设零序电流保护，对相邻线路构成元后备。对于相临母线，由于与相间短路保护相同的理由，也要求在变压器中性点装设作为母线后备保护的零序电流保护。因此，一般在变压器中性点装设两段零序电流保护，一段作为母线后备，与相邻线路主保护相配合；一段作相邻线路的远后备，与相邻线路的后备保护相配合。此外，零序电流保护还用于消除电流互感器与短路器之间的保护死区。 综上所述，发电机变压器需要配置的保护为： 发电机配置的保护有：发电机差动保护；过流保护；发电机-变压器差动保护。 变压器配置的保护有：变压器差动保护；发电机-变压器差动保护

49、；过流保护；零序保护；瓦斯保护。 4.1.2 母线及其他保护配置母线要配置母线差动保护，线路要配置方向过电流保护，断路器要配置断路器失灵保护。4.2 开关站配电装置4.2.1 母线及构架 屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。软母线为钢芯铝绞线，软管母线和分裂导线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的档距，但一般不超过三个间距宽度，档距越大，导线弧垂越大，因而导线相间及对地距离就要增加，母线及跨越线构架的宽度和高度均需要加大。屋外配电装置的构架，可用型钢或钢筋混凝土制成。4.2.2 电力变压器电力变压器外壳不带电，故采用落地布置，安装在变压器基础上。4.2.3 高

50、压断路器按照断路器在配电装置中所占的地位，可分为单列，双列和三列布置。断路器的排列方式，必须根据主接线，场地地形条件，总体布置和出线方向等多种因素合理选择。4.2.4 避雷器避雷器也有高式和低式两种布置。110KV及以上的阀型避雷器由于器身细长，多落地安装在0.4m的基础上。4.2.5 隔离开关和互感器隔离开关和互感器均采用高式布置，其要求与断路器相同。 5 结论及体会电力工程设计中，电气一次设计是一项繁琐而复杂的综合性工作，必须遵循国家的有关法律、法规、方针、政策，依据相应的国家规范、标准和设计规程，结合具体工程的不同情况不同要求，按照严格的设计程序，与其他专业互相协调，由宏观到微观，要逐步

51、地细化和充实，反复地比较和优化，最后提出技术上先进可靠、经济上合理的设计方案。经过大学四年的学习，我了解了很多电气工程自动化专业的有关知识，这为我们毕业设计打下了坚实的理论基础。结合本次“D火力发电厂电气一次部分设计”我又翻看了很多与本专业相关的书籍，丰富了主要包括电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选型、主变压器保护、配电装置布置等各部分的知识。设计内容历时一个学期，编写了毕业设计说明书(包括目录、摘要、前言、设计说明、结论、外文翻译、参考文献)与毕业设计计算书(包括参数计算、短路计算、设备选择及校验)，绘制电气主接线图1张、220KV开关站纵剖面图1张、继电保护配置图1张、电气主接线手工图1张，共4张图，查阅外文资料编写外文翻译一篇。经过这次设计，使我明白发电厂电气主接线有多种形式，但选择何种电气主接线，是发电厂的关键，他对电气设备的选择、配电装置的配置、继电保护和控制方式的拟定等有决定性的影响，并将长期地影响