2×300MW火电厂电气一次部分设计

1、摘 要在我国电能行业的大发展大繁荣的基础下，发电、变电、输电、配电等环节组成的整个电力系统已经成为我国的支柱产业，特别是发电行业更是重中之重。作为一种将天然的一次能源通过动力发电装置直接有效地转换为清洁、传递速度快的二次能源（电能）的行业，其重要性可想而知。以2台300MW的发电机组为核心的火力发电厂电气部分一次设计是我本次重点研究的问题。在火电厂中电气主接线设计中，可靠性，经济性和安全性对线路方案选择和主接线上设备选择都有不可替代的影响。本文将从电气主接线方案选取开始，对以主变压器和发电机组为基础的发电厂电气设备做出选择。其次，短路电流的计算作为本设计重点，为设备选型提供了重要理论依据。通过

2、本文设计的火力发电厂电气部分一次设计，不但能为我国高用电企业的飞速发展提供有效保障，更为整体经济发展做出了坚实的厚盾。 关键词：发电厂 电气主接线 短路计算 设备选型AbstractBasedon thedevelopment of Chinese powerindustry ,Power generation,transmission and distribution,the composition of the entirepower systemhas become a pillar industry in nowadays China .Thepowerindustry is thep

3、riority among priorities，especially .As a kind of industryusing generating devices transforming primary energy into secondary energy(electricity) effectively ,it is obviously important.The electrical part of power plant design with 2300MW generating units as the core is my key research.In the therma

4、l power plants main electrical wiring design, reliability ,economy and safety of selection in route have irreplaceable effect.This paper will start from the electrical main wiring scheme selection and make choices about electrical equipment for power plant which based on Main transformer and generat

5、or set. Secondly, the calculation of short-circuit current as the focus provides an important theoretical basis for the selection of equipment.Thethermal power plantelectricaldesign of the firstpart of this paperdesign,not only providing China effective protectionforthe rapid development ofhighenerg

6、y consumption enterprises,but also madea solidthick shield of the whole economicdevelopment. Key words: power plant electrical wiring short-circuit calculation equipment selectio目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc420477624 摘 要 PAGEREF _Toc420477624 h I HYPERLINK l _Toc420477625 Abstract PAGEREF _Toc

7、420477625 h II HYPERLINK l _Toc420477626 1 绪论 PAGEREF _Toc420477626 h 1 HYPERLINK l _Toc420477627 1.1 火力发电的特点及发电过程 PAGEREF _Toc420477627 h 2 HYPERLINK l _Toc420477628 1.2 火力发电厂的电气一次设计 PAGEREF _Toc420477628 h 2 HYPERLINK l _Toc420477629 1.3 拟定设计环节和设计要求 PAGEREF _Toc420477629 h 3 HYPERLINK l _Toc420477

8、630 2 电气主接线设计 PAGEREF _Toc420477630 h 5 HYPERLINK l _Toc420477631 2.1 电气主接线设计的原则与要求 PAGEREF _Toc420477631 h 5 HYPERLINK l _Toc420477632 2.2 接线方式简述 PAGEREF _Toc420477632 h 7 HYPERLINK l _Toc420477633 2.2.1 单元接线 PAGEREF _Toc420477633 h 7 HYPERLINK l _Toc420477634 2.2.2 单母线接线 PAGEREF _Toc420477634 h 8

9、HYPERLINK l _Toc420477635 2.2.3 单母线分段接线 PAGEREF _Toc420477635 h 8 HYPERLINK l _Toc420477636 2.2.4 双母线接线 PAGEREF _Toc420477636 h 9 HYPERLINK l _Toc420477637 2.2.5 双母线分段接线 PAGEREF _Toc420477637 h 10 HYPERLINK l _Toc420477638 2.3 电气主接线方案比对及分析 PAGEREF _Toc420477638 h 10 HYPERLINK l _Toc420477639 2.3.1 方

10、案一接线分析 PAGEREF _Toc420477639 h 11 HYPERLINK l _Toc420477640 2.3.2 方案二接线分析 PAGEREF _Toc420477640 h 12 HYPERLINK l _Toc420477641 2.3.3 方案的选取 PAGEREF _Toc420477641 h 13 HYPERLINK l _Toc420477642 2.4 厂用电接线设计 PAGEREF _Toc420477642 h 14 HYPERLINK l _Toc420477643 3 关于发电机与主变压器 PAGEREF _Toc420477643 h 15 HYP

11、ERLINK l _Toc420477644 3.1 发电机的选型 PAGEREF _Toc420477644 h 15 HYPERLINK l _Toc420477645 3.2 主变压器的型号 PAGEREF _Toc420477645 h 16 HYPERLINK l _Toc420477646 3.2.1 容量的计算 PAGEREF _Toc420477646 h 16 HYPERLINK l _Toc420477647 3.2.2 绕组连接方式的确定 PAGEREF _Toc420477647 h 17 HYPERLINK l _Toc420477648 3.2.3 主变压器的具体参

12、数 PAGEREF _Toc420477648 h 17 HYPERLINK l _Toc420477649 3.3 中性点接地方式简述 PAGEREF _Toc420477649 h 17 HYPERLINK l _Toc420477650 3.3.1 中性点不接地 PAGEREF _Toc420477650 h 18 HYPERLINK l _Toc420477651 3.3.2 中性点经消弧线圈接地 PAGEREF _Toc420477651 h 18 HYPERLINK l _Toc420477652 3.3.3 中性点直接接地 PAGEREF _Toc420477652 h 19 H

13、YPERLINK l _Toc420477653 3.4 发电机与主变压器中性点接地方式 PAGEREF _Toc420477653 h 20 HYPERLINK l _Toc420477654 4 发电厂短路电流计算 PAGEREF _Toc420477654 h 21 HYPERLINK l _Toc420477655 4.1 概 述 PAGEREF _Toc420477655 h 21 HYPERLINK l _Toc420477656 4.2 短路的原因及后果 PAGEREF _Toc420477656 h 21 HYPERLINK l _Toc420477657 4.3 短路计算的目

14、的和简化假设 PAGEREF _Toc420477657 h 22 HYPERLINK l _Toc420477658 4.4 电抗图及电抗计算 PAGEREF _Toc420477658 h 23 HYPERLINK l _Toc420477659 4.5 短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算 PAGEREF _Toc420477659 h 24 HYPERLINK l _Toc420477660 4.5.1 220KV母线上短路（d1点）的计算 PAGEREF _Toc420477660 h 25 HYPERLINK l _Toc420477661 4.5.2 110KV母线上发生短路

15、（d2）时的计算 PAGEREF _Toc420477661 h 26 HYPERLINK l _Toc420477662 4.5.3 10KV母线上发生短路电流（d3）时的计算 PAGEREF _Toc420477662 h 27 HYPERLINK l _Toc420477663 4.5.4 10KV出线上发生短路（d4）时的短路计算 PAGEREF _Toc420477663 h 29 HYPERLINK l _Toc420477664 4.6 系统短路电流小结 PAGEREF _Toc420477664 h 31 HYPERLINK l _Toc420477665 5 主要电气设备的配

16、置 PAGEREF _Toc420477665 h 32 HYPERLINK l _Toc420477666 5.1 系统各回路的基础计算 PAGEREF _Toc420477666 h 32 HYPERLINK l _Toc420477667 5.1.1 220KV侧各回路的最大工作电流 PAGEREF _Toc420477667 h 32 HYPERLINK l _Toc420477668 5.1.2 110KV侧各回路的最大工作电流 PAGEREF _Toc420477668 h 32 HYPERLINK l _Toc420477669 5.1.3 10KV侧各回路的最大工作电流 PAG

17、EREF _Toc420477669 h 33 HYPERLINK l _Toc420477670 5.2 断路器的配置 PAGEREF _Toc420477670 h 33 HYPERLINK l _Toc420477671 5.2.1 220KV高压侧断路器的选择 PAGEREF _Toc420477671 h 33 HYPERLINK l _Toc420477672 5.2.2 110KV中压侧断路器的选择 PAGEREF _Toc420477672 h 34 HYPERLINK l _Toc420477673 5.2.3 10KV低压侧断路器的选择 PAGEREF _Toc420477

18、673 h 35 HYPERLINK l _Toc420477674 5.3 隔离开关的配置 PAGEREF _Toc420477674 h 35 HYPERLINK l _Toc420477675 5.4 电压互感器的配置 PAGEREF _Toc420477675 h 36 HYPERLINK l _Toc420477676 5.5 电流互感器的配置 PAGEREF _Toc420477676 h 36 HYPERLINK l _Toc420477677 5.6 避雷器的选择 PAGEREF _Toc420477677 h 38 HYPERLINK l _Toc420477678 总 结

19、PAGEREF _Toc420477678 h 39 HYPERLINK l _Toc420477679 致 谢 PAGEREF _Toc420477679 h 40 HYPERLINK l _Toc420477680 参考文献 PAGEREF _Toc420477680 h 41 1 绪论近年来，随着我国电力工业地蓬勃、迅速发展，电力供应能力已经有了显著增强，供电紧张状况有了基本缓解。跨入21世纪，全国发电新增装机数接近2亿kW，为有史以来最高水平。统计有效数据，不难看出目前投入使用的容量已经超过6万万kW，每年将投产的机组仍然会保持在7千万kW以上1。但是，我国电力产业仍存在的十分突出的问

20、题是结构不科学的矛盾，特别是高能耗、高排放的小型火力发电机组比重还略显偏高。根据实际情况，国家下达了整改电力工业的政策上大压小。这条规定是将加快关停小型火力发电机组作为现在处于经济转型期的中国的首要任务。根据数据分析，火力发电机组在容量大小不同的情况下，所消耗的煤炭和产出的污染物有巨大的差异。对于大型发电机组来说，其煤耗控制在290340g/kwh；中小型机组测得380500g/kwh。就拿500MW机组来讲,440 g/kwh的煤耗看似不多，但和大机组进行对比就已经高出30%50%了。更不用提小型机组了，不仅煤耗巨大，而且SO2气体和粉尘排放量均占总行业排放总量的35%以上。不管是烟尘还是S

21、O2气体这些都是今年雾霾产生主原因PM2.5的主要组成部分。用国家能源局局座的话说“若是现处运营的小机组都换成大机组，一年可是能省下9000万吨优质煤，相应的SO2气体的排放减少220万吨，减少排放CO22.2亿吨。这可不是一笔小数目。”目前，我国小型火力发电机组达30%，而这些机组都是在上世纪我国供电紧张时期建造的，且绝大多数选址都在煤储存丰富或是经济发展程度高，对于电力需求高的地区。从整体上看，加速关停小火电机组从正面保证了节能减排的硬性指标，再看侧面有利于保障大机组、特大机组的持续运行率，调整整个电力行业，从其结构上进行优化。1.1 火力发电的特点及发电过程在我国，煤炭的存储量远高于石油

22、和天然气，煤在一次能源的开采和使用比重也占全世界的总的比重的70%以上。已经核实的煤炭总量也是全球之最。放眼全球，火力发电仍是发电行业的至关重要的发电手段。以发达国家为例，美、英、加的煤炭用量80%以上是用于发电的。长久以来，中国对于煤炭的需求量也节节攀升，从世纪初的1/3，已经在2014首次过半。这也预示着中国在煤需领域的大国形象。而在这其中煤用于发电的比重也从上世纪的不到1/3上升到现在的50%。火力发电作为一种直接有效的将一次能源通过燃烧产热生产清洁、廉价的二次能源的过程，长久以来，都保持着它的优势。首先，变输煤为输电，变分散输送为集体转换，将燃料燃烧污染转换成源头治理。这样火电厂不仅能

23、保证城镇中心发展，还能通过在城市外围的厂址建造，有效的带动沿边发展。在此特点的基础上，火电厂的发电过程的基本考察就变得十分重要。原煤从开采地经过洗煤后运入电厂，先堆放在储煤间，再通过输煤皮带进行磨煤，然后经过抽风机将煤粉送进锅炉内燃烧。煤炭在燃烧时产生的热能，绝大多数会经水吸收转变成过热器中的水蒸汽，推动汽轮机内转子转动带动其发电。根据汽轮机的发电原理，其内部定子绕组线圈切割磁力线转换成电能。而在此过程中，经过汽轮机的烟气会经过除尘器净化处理，能够从源头达到减排的要求。这也真正适应了当下绿色环保的基本要求。也许有人会问这样发电厂不仅会消耗大量的煤，还会使用巨量的水资源。其实不然，水蒸气完成使汽

24、轮机做工的使命后，绝大多数仍然会进入冷凝管凝结成水再次送入过热器进行重复利用。在这个周而复始、循环往复的过程中，电能就被源源不断地生产出来了。1.2 火力发电厂的电气一次设计火力发电厂作为一所兼含发、变电设备的场所,其通过煤炭处理设施、锅炉和汽轮机等设备将一次能源煤炭经焚烧转换成动能，再二次转换变成清洁的电能,之后就会由升压变压器将电能通过输电线路输送到电网，进行分配，调度2。火力发电厂的电气设备按实现功能可大体分为一次设备和二次设备。我们将生产、输送以及分配电能的主要器材称其电气一次设备。包括：（1）发电机和电动机这类电能和机械能转换的设备是发电厂中最主要的固件。（2）保证线路开关安全的通断

25、电器，例如：隔离开关、熔断器、断路器、接触器这类设备。它们用于正常检修或事故抢修时，将电路并入或分离。（3）用于避免雷电危害和限制故障电流的元件避雷器。（4）接地装置:不管是什么设备的中性点工作接地或是根据安全指标的保护接地，都应该将其具体接地部分深藏地下。（5）母线、电缆这类载流导体都应与设计要求与设备连接。（6）将电能进行示数转换的显示设备，主要分为电压互感器和电流互感器。除了设备选型之外还包括：（1）电气主接线的对比选型。（2）短路电流的计算，按照计算结果进一步确定厂用器材的型号。（3）厂用电在整个发电机组中所用比重，确定主变压器的容量。（4）室外的电气设备平面布置。（5）选定主接线上的

26、过电压保护方式、保护设备型号、规格，安置方式等。本次设计由于篇幅问题将主要对主接线方案比对、短路计算和根据计算数据进行设备选型。1.3 拟定设计环节和设计要求本文所做的具体探讨方向为：（1）通过博览有关文献资料，对发电厂有了初步了解认识。（2）通过对比不同的主接线选型思路，选取最为经济，操作简便，营运安全的主接线方案。 （3）在对发电机和主变压器的容量和型号进行选取之后。根据实际情况，配备合适的电气设备。主要包括隔离开关、接地刀闸、电压电流互感器、电缆和避雷器。（4）认真正确地计算短路电流，根据计算结果对配备设备进行选型。本篇论文将发电厂厂址定在鱼米之乡的苏州。苏州作为地处亚热带沿海地区，其最

27、高温度39，年均气温16.3，年平均降雨量217.6mm（梅雨季高于350mm）。煤炭资源全部靠货运，节能环保成了发电厂的首要指标。苏州深受上海国际化大都市的影响，高效减排理念深入人心。本论文所设计的发电厂为市区供电，多产出的电能将用于上海地区供电。电厂规模设计要求：（1）装机容量：装设发电机两台，容量均为300MW。（2）机组年利用小时数：小时。（3）厂用电率：按7%计算。输出线路规格： （1）10kV电压侧：15km电缆回馈线共计10回，平均每回路输送容量1.8MW。低压侧负荷区间在16MW至20MW，小时。（2）110kV电压侧：60km架空出线总计六出线，平均每条回路输出容量11MW。

28、110KV侧极限负荷区间为60MW和70MW，小时，视作类负荷。（3） 220kV电压等级：150km架空导线双回路，此电压等级直接与无穷大系统相连接，将剩余所有功率发送出去。当回路容量超过80MVA时，以100MVA为基准，归算到220kV侧。2 电气主接线设计2.1 电气主接线设计的原则与要求在发电厂的主接线方案选择中，保证电网安全可靠、经济运营永远是放在第一位的。只有确定了主接线方案，才能展开后续的电气设备选型和布置外加二次部分电路设计。（1）根据设计要求，给所要设计的电厂进行定位。进一步缩小主接线选取范围。（2）除了把电网平稳运行的要求规划在内，还必须保证电网内部出现故障时有有效应急手

29、段。（3）主接线的选择还要进一步考虑进出线回路数，各路设备的参数。（4）不单单考虑现行运营的可行性，还要为长期接线发展留出预留空间，方便过渡和升级。（5）技术经济要求也不容小觑。可靠性、灵活性和经济性自电厂规划之初就已经视为最重要的三项基本要求，始终是线路设计的灵魂。可靠性谈到可靠性时，我国注重考察长期运载的实际情况和各项可靠性的定性分析。其可靠性包括厂内一次部分和对应二次部分在参数匹配和长期运营中的整体可靠性，换一句话说，可靠性的高低主要取决于设备的具体参数。众所周知，电力资源的发出和供给具备同时性，不管是哪一个环节出现差错，其对整个系统的危害都是巨大的，不光会对发电厂、变电站这类电力供配单

30、位产生影响，还会给国民经济带来无法估计的影响。特别是地处发达地区的电厂，不管出现任何闪失，其造成的社会秩序，产品生产和经济增长等各方面的混乱将是无法弥补的。如能单单换算成经济损失也比当时的电价高出数十倍乃至数百倍。但所谓主接线的可靠性，并不是绝对可靠，而是在相同情况下，满足各项指标的相对可靠性。或许有人会说，既然有各项指标那就对主接线进行定量计算，但在实际情况下，原始数据的统计就是问题，更不用说处理了。相对于这种不成熟的做法，在对主接线可靠参数进行分析时，会集中考虑以下几个方面：（1）断路器检修时，会不会因为单个器件的通断影响整个供电网络。（2）母线、电缆或是断路器出现故障情况时亦或是母线上的

31、隔离开关需要检修时，造成短暂停电的回路数目数量和停电时长。（3）对于重要企事业单位（如医院等）是否能够保证不断电。（4）出现大面积设备停止运行的概率（5）主要机组突然停止工作，对电力系统造成的危害以及波及范围。（6）可靠性衡量的唯一标准是时间，只有长时间运行工作得到的经验才能及时解决突发状况。（7）作为电力系统整体，虽然一次设备（母线、断路器、隔离开关、互感器等）出现的故障的可能性偏高，但不能忘记二次部分的继电保护等设备对供配电的潜在影响。灵活性考察电气主接线的灵活性，就是考察无论是正常运行还是故障情况都能调度，切换主接线形式。能够灵活，方便地接入或移除发变电设备及各类线路。顺利调度电能、负荷

32、以满足定期检修、突发事故处理和特殊运行这三种情况下的转换需求。说到底灵活性是保证各设备能在不断电的情况下进行检修和在电厂升级时，能保证将原有接线过渡到更合理的接线方式。所以具体考察方向如下：（1）灵活方便地调度设备。在正常运行时并入或移除线路、变压器等，能够实现实时系统内部总是最为经济、安全。（2）在复杂接线的情况下，能够及时、有效对指定线路或设备进行停运检修。或是在简单接线的情况下，无法对线路实现不断电检修，对检修和机组运行都造成不必要的损失。（3）在电厂扩展时，由于电力企业是分期完成的，中间会出现多次扩建。这样就要考虑过渡时期所波及的停电时间，停电范围和怎样设计线路满足未来新设备的投入并网

33、。（4）事故处理现象是电力行业内部时常会出现的一种现象。灵活地事故安保处理，及时切除问题线段，尽早恢复电力供应，为电网的安全提供保障。经济性讨论完安全性、可靠性的基础上，减少接线方式过程中的相关投资，并通过有效地计算，让电力企业尽早回收成本，生成盈利。要节约投资，首先要力争主接线简易，减少一次设备的投入。保证继电保护在内的二次回路不至于过于复杂。此外，限制短路电流，选取轻便，易装的电气设备不光能减少运输成本还能有效减轻一次投入的资本。特别是地处经济发达地区，机组的占地问题也是一个十分重要的因素，也应考虑在内。（1）投资节省：主接线尽可能清晰明了，既可以减轻一次设备的投入开支，又能确保二次回路精

34、简。对于长期运行的电厂，节约二次设备投入和控制电缆投资其数值是非常客观的；（2）厂区占地小，主接线设计选型能为配电装置合理摆放营造合理空间，这样就可以节约土地面积和减少导线、构架、绝缘器件的安装调试费用；（3）电损小，一次侧电气主接线要首先选定符合设计要求的主变压器参数（最重要的是容量和数量），规避升降压过程中带来的不必要电能损耗。2.2 接线方式简述接线方式分两类有母线接线和无母线接线。在有母线接线中，大体有单母线接线及单母线分段接线、双母线接线和双母线分段接线、单双母线带旁路接线和3/2断路器接线方式，而在无母线接线方式中，主要有单元接线，桥型接线和角型接线。32.2.1 单元接线如图2-

35、1，作为最简易的接线方式最大的特点就是没有母线。这种接线方式一台发电机对应一台主变没有闲杂的断路点效率非常高。可是考虑到可靠性要求需装设断路器，但实际情况下，此类接线形式由于没有母线的支持单个机组就要配备相应的断路器。 图2-1单元接线 图2-2单母线接线2.2.2 单母线接线如图2-2，单母线接线作为以母线、断路器、隔离开关为主要原件的最基础接线形式。除了结构简单，易于操作，设备简易这些显而易见的优势，由于有母线连接，便于拓展，为电厂扩建提供了基础。但是单母线的可靠性仍然不高，没有分段的单母线在机器检修和调试时仍然需要整条回路断电，技术不得当还会出现源头发电机断电导致工业流水线暂时或者长期停

36、电。不仅如此，单母线接线能放置的电源形式只可是并列运行，致使调度不易，不能执行分列运行，给短路计算带来巨大问题。这类接线只适用于出线回路少的电力单位（主要用于铁路变配站），此外母线不能过长也要考虑在内。图2-3单母线分段接线2.2.3 单母线分段接线见图2-3，此种接线方式相较于上一种接线可靠性和灵活性提高不少。因为这类接线大多是两个电源供电，所以每一段发生故障都可以分段处理。在这个过程中，故障段隔离是其最明显的特征。大大降低两台发电机接线出现的同时短路的现象，减少重大事故出现的概率。在现场碰到问题时，只要能判断某分段线路完好，拉开分段开关即可恢复供电。十分方便有效。不难看出，分段越多短路段越

37、窄（波及范围也相应变小），也越方便解决分段处问题，能将问题降到最低。但也不能太多，一般取两到三段，本次设计就取了两段。该类接线对于发电容量、出现回路数有一定要求。具体如下：每段母线上接手和发送的电能容量要在12MW左右，每段母线出线侧不能超过5条回路。这一点正适合低压侧10kV的接线要求，而且此类接线相较于其他接线方式于一次成本投入和可靠安全的综合考虑最为合理，经济。图2-4双母线接线2.2.4 双母线接线考察图2-4，不难看出双母线接线顾名思义就是有两组母线并排，一条工作的时候，另一条时刻处在备用状态，且状态可相互替换。这不仅增加了母线的一次投资，两条母线之间还需要增加母联断路器，其投入也不

38、小。但在有源接线方面此类接线对运营的稳定性和操作性都有了显著提升。可靠性：此类接线可以通过倒换操作将原工作于A母线上的电路及时切换到B母线上，有效地保证检修线路时系统能稳定运行，不会出现断电。灵活性：由于母联断路器（QFC）在两条母线中的作用，致使母线出现单母线运行和双母线同时运行两种情况。而研究双母线同时运行可以发现这种运行方式可以最有效的限制短路电流。经济性：这种接线虽然一次投入有所上涨，但其在进出线回路数量、容量都有了不俗的提升。特别是在110kV侧出线数能达到6回路以上，可谓功能强大。图2-5双母线分段接线2.2.5 双母线分段接线图2-5作为双母线接线的升级版，其最突出的特点就是将故

39、障导致的事故范围给确定和变小了。在这里就不做赘述了。值得注意的是双母线分段在双母线接线的基础上还要增设两台断路器，一次投入也随之上升。此类接线形式一般用于大型、特大型供电系统，比如220kV，10+回路数的大型供电项目，330kV500kV这类超大供配电装置系统中。2.3 电气主接线方案比对及分析根据上述的多种母线供电接线和设计要求。做了以下两种设计按方案。图2-6 方案一2.3.1 方案一接线分析（1）高压侧（220kV）选取方案：由于高压侧电压馈线对于数目的要求不高，所以我选择了单母线接线这种形式。简单的2回路不仅能充分体现此种接线方式的简单、经济、便利的优点，还有利于将来的扩建。（2）中

40、压侧（110kV）选取方案：按照设计要求中压侧电压馈线的数量为6回，所以在选型上就出现了分歧。本方案设计成单母线分段，将重要用户分到母线段的一侧，保障电源供电。单段电路故障或需要进行检修时，不会影响另一段的运营。（3）低压侧（10kV）选取方案：由要求知，10回的电压馈线是整个系统的重点，数量偏多的线路使得本方案将选取单母线分段接线这种形式。通过使用断路器把单母线分段后，对用户进行分类后将其分至两条不同母线。不管哪一段母线出现问题，断路器将会自动断开，隔离故障线路段，及时有效的保护不同用户的供电需求。图2-7 方案二2.3.2 方案二接线分析（1）高压侧（220kV）选取方案：由于高压侧电压馈

41、线对于数目的要求不高，所以我选择了单母线接线这种形式。简单的2回路不仅能充分体现此种接线方式的简单、经济、便利的优点，还有利于将来的扩建。（2）中压侧（110kV）选取方案：按照设计要求中压侧电压馈线的数量为6回，所以在选型上就出现了分歧。本方案设计成双母线接线，加强了线路的可靠性和灵活性，能做到在运营母线和备用母线的互换实现不间断供电，可以有效限制短路电流。将最重要的中压侧用双母线形式还有一个好处就像上文叙述的一样，能做到出现故障瞬间转换，真正做到不停电、不断电或短暂停电、短时断电。（3）低压侧（10kV）选取方案：由要求知，10回的电压馈线是整个系统的主要输出点，所以本方案将仍然选取单母线

42、分段接线。此接线形式应经济性的要求非常适用于低压侧。2.3.3 方案的选取在有两个以及两个以上电气主接线设计方案时，首先看是否符合设计要求，其次再考虑经济一次投入和回收盈利时长。而在技术层面上我们要考虑的首先是本单位的电力设备的故障是否会对系统整体造成危害。其次对于负荷，尤其是重要负荷的供电请求、供电的质量，有没有一一考虑在内。再次对于过载甚至是短路的承受范围有没有数据统计，是否在合理要求范围内。介于上述两款列举的方案，不难看出在接线形式上仍存在明显差异。在中压侧，方案一与方案二的接线方式相比，投资要节省不少。但反过来看安全可靠性和调度灵活性就差不少了。根据我国的相关法律，110kV电压等级上

43、的出线作为类负荷出线，此类出线是不接受出线短暂停电的。因为这类接线假使出现停电会对人员安全和设备损耗造成不可弥补的损失。通过各方面考虑，还是选择方案二的电气主接线线路搭建方式。在保证了经济运营的同时，最大程度地提高电力网络的稳定。2.4 厂用电接线设计图2-8高压厂用供电系统厂用电的电压等级是由多方面的电压等级决定的。一般情况下，为了简化厂用电接线，其电压等级的数目不会设置过多。在本次设计中高压厂用电就将该电压等级设为6kV。6kV电动机的功率已经能制造较大且满足大容量负荷的需求，因为使用的是6kV的线，这样既能省去高压厂用变压器，还能直接由发电机经电抗器给厂用电供电，这样做就能有效地限制其短

44、路电流。设计此方案时，不设6KV公用负荷母线，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线上。该方案的优点是公用负荷分接于不同机组变压器上，供电可靠性高、经济性高。3 关于发电机与主变压器3.1 发电机的选型 QFSN300220机型300MW汽轮发电机已经投入生产。其容量大、额定转速高、额定电压高等特点与其他中小型发电机组相比，在电能产出和机械自身强度方面都有不小的提升。特别是安全运营方面也做了较为令人满意的改进。表3-1 QFSN300220机型300MW汽轮发电机基本参数型号：QFSN300220视在功率：353(MVA）有功功率：300（MVA）额定电压：20（kV）额定电流：10.19（

45、kA）功率因数：0.85额定频率：50HZ额定转速：3000R/MIN相数：三相额定励磁电压：463(V)额定励磁电流：2203(A)最大励磁电流：2364(A)电抗、时间常数及短路电流瞬变电抗非饱和值（）:29.57%瞬变电抗饱和值（）：26.61%超瞬变电抗非饱和值（）:17.59%超瞬变电抗饱和值（）:16.18%同步电抗（）：199.7%冷却方式：水-氢-氢（定子线棒采取水浴冷却，定子、转子铁芯均用氢气冷却）3.2 主变压器的型号在确定发电机容量和台数之后，相应的还需要对主变压器进行跟进匹配。3.2.1 容量的计算在计算厂用汽轮机与各级电压母线间的主变压器的容量时，应该注意细节：（1）

46、在供电侧的汽轮机能耗最小时，可以将机组供电母线上多余的有功功率和无功功率送入大系统。（2）在电厂整改或是扩建的进程中，考虑到装配新设备和嫁接更多的电缆线路时，会短期关停电厂主变电设施。所以在与发电机配型的主变机组时，容量本身总会比发电机要大一点。这样即使关断一台机子，还可以靠其他变压器的允许超负载能值和预留非重要负载空间来承担。（3）考虑电厂在高效运营的权限下，在抑制厂内的输出功率的同时，所能供应的火力发电机的最大运行情况。（4）在根据题设要求运算时，还要考虑未来电厂的发展，特别是负荷的增长情况曲线。在新建电厂时，一定要给发展预留空间将现运母线上多余的容量统统送进无穷大系统。（5）2300MW

47、发电机机组所对应的变压器定为2组。在配备两组主变的发电厂中，不管是哪一台主变压器出了问题，剩下的那台就得额外支撑原机组70%的工作量。具体计算的过程如下： (1)10kV电压等级下的最大容量： =444.70MVA (2)110kV 电压等级下的最大容量： (3)220kV电压等级下的最大容量： S = (S10kv max+S110kv min)0.85 =(60+20)0.85根据上述计算结果，显而易见可以得出这样的结论：线路低压侧的容量最大。所以，在此基础上应该选择一个低压容量偏大的三绕组的主变压器。3.2.2 绕组连接方式的确定系统内部变压器的连接方式一定要与系统内各侧的电压保持一致，

48、不然系统会整体解列。Y型和型作为仅有的绕组方式，绕型方式很重要。一般我们都会把三绕组变压器绕制成星、星、三角型接法，这样接可以有效避免线路个原件所带来的3以及3的倍数次的谐波在整个系统中的影响。所以在本次设计中，我挑选的主变在高压和中压侧选取星形带中性点出头接法，低压侧则选用三角形接法，防止高次波的干扰，即Ynd11。3.2.3 主变压器的具体参数与300MW机组配套的压变压器的主变压器主要规格：6表3-2 SFP10360000/220机型360MW主变压器基本参数额定容量：360000(kVA)额定电压：242/20(kV)冷却方式：ODAF（强迫油循环风冷）连接组别：Ynd11相数：三相

49、工频：50Hz主变压器阻抗电压13.97%空载电流：0.16%空载损耗：187.9(kW)负载损耗：715.8(kW)3.3 中性点接地方式简述在整个系统中，中性点的接地方式自始至终都是需要纳入全面考虑的问题。其接地形式与各方参数均有关系，就好比电压等级、过电压水准、任一相接地短路流值以及防御措施。其参数选型将无一例外地反映电力网络的绝缘性能、内部整体输变电的流畅性和稳定性、主变和汽轮机组的营运状况和周边信号网络的扰乱现状等多方面因素。8在电力行业高速发展的今天，电力网中性点接地形式可以规划有以下这么几种。3.3.1 中性点不接地如图3.1所示，中性点不接地最显著的特点就是其经济注入少，这种接

50、线能有效保证线路在非正常状况下仍持续工作2小时，有优良的持续性。当三相电源和各相负荷呈完全对称时，中性点上因各相电势相同，所以没有电流流过致使该点电势差即电压为零。一旦出现故障，对于电流来说问题不大，但对于故障后过电压水平着实是个不小的要求，对设备的绝缘系数提出了不小的要求。在电压等级偏高的系统中，绝缘设备的造价可不菲，减少此部分的投入，对于电厂一次设备投入的预算可以减轻不少。所以此类接地方式仅适应30kV以下的低压系统中。图3.1中性点不接地3.3.2 中性点经消弧线圈接地由于电网出线端的数目增多、线路增长，当线路中容性电流超过限定值时，就会产生接地过电压，且为瞬时弧光型的，处理不当容易产生

51、机器损毁。一般情况将采用此接地方案来补偿容性电流，保证此点位电弧易于自行消除，减少接地点承受的电流，提高用电可靠性。9换句话说将就是在中性点加感性元件和线路中的容性电流相抵消。图3.2即所述接地方式。图3.2中性点经消弧线圈接地3.3.3 中性点直接接地除了不接地的方案，当然还有直接接地这类方法。如图3.3所示，直接接地将直接导致任一相出现短路其电流均非常大，一经发现整段的线路或整段的开断设备都要立马切除。此类做法不仅增加通断设备的负担，还降低了供、送电过程的连惯性。可是由于过电压相比其他方式会低一些，绝缘要求就有所下降，降低了设备的投入成本，尤其在高压、特高压电网中，经济收益尤为显著，因此在

52、110kV及以上电网中普遍受用。4图3.3中性点直接接地3.4 发电机与主变压器中性点接地方式与变压器不同，发电厂内发电机Y形连接至公共点一般为间接接地方式。在汽轮机内定子绕组产生一相接地故障时，意外接地点上的电流是汽轮电机机体内部和从机身上引出线上所有串接的元件的对地容性电流，在此种情况下，一般采取中性点经消弧线圈接地。本次设计也是如此，可以将线圈在地与发电机配线间直接连接。在考虑三绕组主变压器时，根据书本对电厂电气设备的基本要求“规定主变压器的110kV220kV侧都要采用中性点直接接地”。本次毕业设计中2台变压器也将遵从此规定，中高压侧采纳中性点直接接地，低压侧直接使该点不接地。214

53、发电厂短路电流计算4.1 概 述在电力系统中，常规运营是一种非常常见和普遍的工作状况。但除了此种运行状态，非常规运营和故障状况在线路中时有发生。而在故障中出现频率最高的还要当属短路故障，此类故障对系统的危害也是最为严重。那么什么又是短路故障呢？首先看字面，不难看出其实质就是线路短接，就是本不应该接通的大地、中性点或每相出线因为不同的原因最终致使非常规接通的现象。此类现象引起的线路电流过打对机组供电产量,机组自身温度和线路电压质量都会有不良影响。9所以短路计算是整个系统的核心，是解决非正常运营这类特殊状况的必然研究对象。10其运算的结果对自动开关断设备和线路自我保护设施甚至是线路的选型都有理论依

54、据。此次计算我将对三相短路这种最严重的短路情况进行计算分析。4.2 短路的原因及后果现场事故统计表明，在一般的发电厂线路中，单相短路占所有故障状况的绝大多数，双相短路则仅为三分之一，再看三相短路别微乎其微。那么多种多样的短路成因又是什么呢？（1）运营设备加上输电线路因保护层年久硬化、或因受外力打击、或因直击雷导致电压突然蹿升引起保护原件损毁。（2）架空线路由于地震、泥石流或恶劣雨雪天气致使电力杆塔倒塌，或是由于飞禽立接在老化导体上这类因素都有几率造成短路。（3）线路内各器件因出厂设计不匹配、安装组建不当、维护存在失误和长期运行不合理产生的短路状况。（4）其他原因。输电线路出了发电单位最终都会进

55、入千家万户，线路的断连，缠绕，非法嫁接和因为线路本身的经济价值出现的偷盗等现象造成的短路。不管是何种原因产生了短路故障，由于接线形式发生了根本的变化，线路中经等效变换得到的总阻抗值也会大大缩小，致使在线路中流经的电流会比原状态下高数倍乃至数十倍，特别是三相短路其电流值会瞬时达到最大值，其对系统的危害也最为严重。11（1） 强大的短路电流流过运营设备使机体本身温度迅速升温，断路持续时间越久，对机身损耗越大，当超过临界值时会将设备变形甚至烧毁。另外短路还会伴有电弧出现，这对抢修和人员安全都带来不便。（2）故障电流在磁场的作用下，洛伦茨力会将电缆和器件本身造成范性形变，造成不可挽回的损失。（3）根据

56、功率特性，故障电流的猛增会使电压急剧下降，最直接的影响就是导致汽轮机组转速下降或停转，如果处理不当会导致机组整个报废。 （4） 故障造成的系统内部稳定变化突然，很大程度上会引起并联营运的机组步调失调，使系统瞬间崩溃。这是短路所导致的最严重后果。4.3 短路计算的目的和简化假设因为该类故障危害重大，所以一方面靠限制抑制，另一方面靠一次投入时对电气设备、电缆和二次保护措施有合理的选型意识。12因为减轻短路故障所成后果和抑制故障再扩大，在实际设计、运营、维护中都要进行短路分析和短路计算。在庞大烦复的电力网中，短路作为暂态过程，准确的定位更是难上加难。所以其计算的目标就尤为清晰：（1）所得的计算结果为

57、主接线的方案对比供应了有力依据（2）后续的自控和保护装置都需要根据计算结果来确定器件参数和选择正确的型号。在实际计算情况下，为了减少计算量，通常会启用简化假设条件：（1）在计算暂态是将主要元器件视为稳态参数，在高压等级的计算中不考虑复平面参数的数据，认为整个系统都是在常数面上进行的常数计算，规避含的复数运算。 (2) 系统出现不对称故障时，局部不对称，局部考虑，而其余部分是三相对称的，频率和工作均视为正常。（3）撇去计算接地短路，不考虑变压器组的内部励磁阻抗。（4）不加入短路点阻抗，假设短路点为金属短路。4.4 电抗图及电抗计算根据比对后所选方案的电厂电气主接线和设计要求中所提出的具体参数，不

58、难画出发电厂部分整体系统的等值电抗图，即图3-1。选取基准容量为=100MVA =1.05Ue基准容量；所在线路的平均电压；上文中都已经运用标幺值计算方法，均已经省去符号*。(1) 对于QFSN3002型发电机的电抗 图4-1发电厂整体系统电抗图(2) 针于SFP7-360000/220型三绕组变压器的三相电抗值计算： = = = = = = (3) 线路阻抗： 4.5 短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算在整个供电系统中，无穷大容量系统作为容值比对于用户端容值要大很多的出线系统。当用户端出现短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变，我们就将该类电力系统视为无穷大容量电力系统。13可

59、是，在现实生活中，无穷大系统自身容值并不是无限大，当用户侧出线端发生故障时，回馈线上的电压也应相应地会出现波动。但实际情况下，由于线路的断路点并不是在大容量线上，致使主母线其电压不会发生改变，根据这一点我们仍然可以把这样的系统看作无穷大容量电力系统。短路点的选取，一般选取流经电缆和器材的故障电流最大的集中一点视为短路计算点。首先，高、中、低三条电压等级不同的母线上应选取三个点来考虑运算。其次因为低压侧母线上有出现回路过多，所以在低压侧母线上上要增设电抗器。在选取第四个短路点时，就根据线路实际情况，在电抗器处多选取了一点。无穷大功率系统的出现其实是人为的简化运算。将其视为内部抗阻值为零且端出压值

60、U和C相等的理想系统。14在计算故障电流前，先得计算平均额定电压，即取故障电压，若选将 ，那么，无穷大功率系统的故障电压的标幺值： （4-1）短路电流周期分量的标幺值： （4-2） 本式中分母符号为个无限大系统功率系统对短路点的总电抗值的标幺值。短路电流的有名值： （4-3）则冲击电流为： （4-4） 本式中 为冲击参数，具体意义是冲击电流对于整个周期满额值的倍数。随着时间常数Ta的值随横轴由零增长到正无穷时，冲击系数、该值将会在区间1至2中发生变化，而且该取值区间也不会发生改变。根据课本的常用取值，这里取Ksh=1.8。4.5.1 220KV母线上短路（d1点）的计算 图4-2 高压母线短路