【2×600MW火电厂电气部分设计（论文）16000字】

×600MW火电厂电气部分设计摘要随着我国综合实力的不断发展，电能需求的日益增长，从我国火力发电发展情况来看，虽然近年来我国不断强调要加大电力结构调整力度，加快清洁能源的发展，但我国火力发电仍然占据着电力供应的主流。并且效率高、容量大的发电机组越来越普及，技术愈加先进，逐渐取代了普通燃煤机组成为发电系统的主力，同时，对发电厂电气部分的设计也提出了更高的要求。本论文在查阅大量资料的基础上，对2×600MW火电厂电气部分进行设计，首先从原始资料分析开始，并参考实地的自然条件和所能使用的技术条件，详细的论述了各种电气接线方案和设备的选择。主变压器综合考虑运输和制造条件，选择采用单相组成的三相变压器；电气主接线通过比较不同方案的优缺点来确定本厂方案；厂用电系统包括厂用变压器和厂用母线设计；短路电流的计算是很重要的环节，用来选择主要的电气设备和裸导体的型号，并校验选择的型号是否合格；最后对火电厂进行了防雷保护的设计。本设计采用目前经常使用和较为普及的器件，保证设计的合理性和经济性，保障电厂运行的安全可靠。关键词：火电厂；电气主接线；短路计算；设备选择目次1.绪论 11.1选题意义 11.2国内外火电行业发展状况 21.3原始数据 32.主变压器的选择 63.电气主接线设计 83.1电气主接线的设计要求和原则 83.2电气主接线方案的拟定 84.厂用电系统设计 124.1厂用电接线的设计原则 124.2厂用电电压等级的确定 124.3厂用变压器的选择 124.4厂用电的接线方式 145.短路电流的计算 165.1短路的原因及危害 165.2短路电流的计算过程 176.电气设备与导体的选择 266.1500kV高压设备的选择 276.26kV高压中置柜的选择 296.3裸导体的选择 307.防雷保护设计 337.1发电机出口避雷器 337.2500kV进出线路避雷器 338.继电保护配置 358.1发电机保护 358.2变压器保护 358.3母线保护 368.4断路器失灵保护 36结论 37参考文献 39

绪论1.1选题意义电力是一种很具弹性的能量形式，应用于我们生活的方方面面，成为当代社会最为重要的能源之一。我国发展迅速，电力的发展也突飞猛进，电网走进千家万户，基本覆盖了我国城市、乡村的各个地区，让电走进万千家，使全国大多数地方都能用上电。我国另有“南水北调，西电东送”的国策，平衡了东西部的发展，优化能源网络结构，推动“全国一张网”，使我国能够实现全国范围内的联网，充分利用先进的技术和设备，使得各级电网能够相辅相成，共同协调发展，建设现代化、信息化的坚强智能电网。2021年是“十四五”规划开局之年，我国进入新发展阶段。2021年我国经济将延续稳健复苏态势，预计用电消费呈恢复性增长态势，电力供需总体平衡。在2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标要求下，电力行业要保障电力安全可靠供应，加快清洁低碳转型，实现碳减排目标。推动实现碳达峰、碳中和，能源是主战场，电力是主力军。电力行业将加速低碳转型，推动煤电尽早达峰。煤电碳排放是能源行业碳排放最大来源。电力结构调整任重道远，“十四五”期间亟需严控煤电总量、优化布局，统筹有序推进煤电规划实施。发挥电力系统煤电保底的支撑作用，同时，要继续推进机组灵活性改造，加快煤电向电量和电力调节型电源转换，实现煤电尽早达峰并在总量上尽快下降。作为煤炭资源大国，我国将长期以火力发电为主，但受到我国供给侧结构性改革、非化石能源发电技术的发展，火力发电装机容量市场占比将逐渐有所下滑。未来一段时间，为了切实贯彻科学发展观、提高发电效率、做到清洁发电，中国的火力发电也将逐步转型为高效、清洁、环保的发电方式。并且将强化管理制度，建立梯形制度，因地制宜发展，取得行业结构优化。现代电力工业在国际上已经迅速发展，其发展的特点是：采用大容量的发电机组，超高压输电线路和巨大的水、火、核电联合电力系统的形成，电力工业的迅速发展，对发电厂的设计提出了更高的要求，需要我们认真的研究对待。而现代化发电厂的设计是一门综合性的科学，它是在多种专业有机配合，密切协作下完成的一个统一整体，是在审议后的电力系统规划的基础上，为发电厂的发展制定具体方案，在设计中，贯彻国家各项政策，遵照有关的设计技术规定，从整体出发，深入论证电源布置的合理性，提出网络设计方案，并论证安全可靠性和经济性，为此需进行必要的计算，考虑近期与远期的关系，并为发电厂及下一级电压的系统设计创造条件。1.2国内外火电行业发展状况近年来，我国高效、清洁、低碳火电技术不断创新，相关技术研究和实际运用达到国际领先水平，为优化我国火电结构和技术升级作出了贡献。整体来看，火电在当前和今后仍然具有许多独特的优势，这些都是其他非化石能源在相当长时期内无法替代的，面对如今日益严格的绿色发展要求，火力发电行业必须加大科技创新力度，提升绿色管理水平，增强行业绿色竞争力。2020年，我国火电新增装机5637万千瓦，较上年同期多投产1214万千瓦，同比上升27.4%。全年有多个大型火电机组并网，重点工程包括：1月阳江全球首台1240兆瓦阳西5、6号机组启动试运行；8月，山东能源盛鲁能化盛鲁电厂1号机组、甘肃常乐电厂1号100万千瓦机组首次并网一次成功；9月大唐东营热电厂世界首台六缸六排汽100万千瓦一号机组首次并网一次成功；12月，山西盂县2×100万千瓦发电项目1号机组并网成功，世界首例、我国首台汽轮机高位布置发电机组-国家能源集团国华电力锦界电厂5号机组首次并网一次成功。受需求驱动，火电装机容量持续增加。但随着风电等清洁能源的大规模应用，火电装机容量增长速度逐渐降低。“十三五”以来，火电新增装机持续呈逐渐缩减之势，其增量主体地位有被新能源取代的趋势。超临界发电技术已经发展五十余年，超超临界技术主要风靡于美国欧盟、日本、中国等。我国超超临界机组的发展上世纪80年代后期开始，到1992年才投资建设第一台超超临界机组，属于起步较晚的一批，但是由于技术的支持和不断研究，发展速度很快，现在我国的百万千瓦超超临界机组已经占到了全世界数目的一半以上。在国家科技项目持续支持下，符合国策需要的情况下，经过20余年的努力改进与创新，我国超超临界燃煤发电技术发展迅速，技术接轨国际，部分技术甚至引领世界发展。我国超超临界机组的发展状况逐渐领头于世界，大容量超超临界发电机组逐渐代替中小型机组，担起我国电网的发电主力。1.3原始数据1.3.1电厂地理位置及气候数据本课题设计的电厂建设规模为2×600MW燃煤发电机组，厂址拟建于金堂县淮口镇境内，金堂县位于成都市的东北面，地处四川盆地西面。金堂县西北部属川西平原平坝浅丘区，中西部为龙泉山中低山地带，东南部为丘陵区，境内有沱江和达成铁路、成南高速公路通过。表1.1厂址主要气象条件气温（℃）多年平均气温16.6多年极端最高气温37.7多年极端最低气温-4.8气压（hpa）多年平均气压962.4水汽压（hpa）多年平均水汽压16.2相对湿度（%）多年平均相对湿度78多年最小相对湿度3降水量（mm）多年年平均降水量920.1多年一日最大降水量211.7雷暴日数（d）多年年平均雷暴日数35.7设计风速30年及50年一遇10min最大风速分别为20.7m/s、21.9m/s1.3.2电厂发电机数据发电机：采用上海汽轮发电机有限公司在引进西屋600MW汽轮发电机机组设计基础上优化设计的产品，型号为QFSN-600-2型汽轮机直接拖动、二极、三相同步汽轮发电机。发电机冷却方式为水-氢一氢，采用机端自并励静止励磁。主要参数如下:表1.2QFSN-600-2型发电机主要技术参数QFSN-600-2型发电机额定参数额定容量667MVA额定电压20kV额定电流19245A额定功率因数0.9(滞后)额定功率600MW额定频率50Hz相数3额定转速3000r/min励磁方式自并励静止励磁冷却方式水氢氢额定氢压0.4MPa绝缘等级F级（温升按B级考核)线路参数：电厂发出电能升压后经4条200km高压线路输入下级变电站，平均线路阻抗取0.4Ω/km。1.3.3电厂厂用电负荷统计数据厂用电的计算在整个电厂中起着十分重要的作用，它维系着整个电厂的正常运转，用来计算厂用负荷率，选择合适的场用变压器及主变压器，场用负荷统计如下：表1.3厂用负荷统计设备名称额定容量（kW）1A1段1B1段重复容量(kW)台数容量(kW)台数容量(kW)电动给水泵400014000000循环水系统循环水泵270012700127000凝给水泵200012000120000Σ870047000一次风机270012700127000送风机100011000110000吸风机220012200122000碎煤机32013200磨煤机56015601560560凝结水升压泵630163016300消防水泵280001280酸洗泵400001400皮带机30013000Σ73908090560S14981.511576.5476.0厂前区变压器（kV·A）8001800汽机变压器（kV·A）160011600116001600锅炉变压器（kV·A）200012000120002000电除尘变压器（kV·A）100011000110001000灰浆泵变压器（kV·A）100011000化水变压器（kV·A）8001800修配变压器（kV·A）8001800照明变压器（kV·A）3151315ΣS（kV·A）460075154600SL39106387.753910分裂绕组负荷S20389.6519121.94433.6高压绕组负荷SC−S35077.951.3.4厂用电率的计算发电厂的厂用电率是指单位时间内厂用变耗电量与发电量的百分比，有时也可以用“（发电量-上网电量）/发电量”来衡量综合厂用电率。计算公式为：L由此得到厂用电率约为5.8%，用来进行发电厂的变压器选型。

主变压器的选择主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益;若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出，这在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦的变电设备投资。为此，必须合理地选择变压器。主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。由于大型变压器随着容量的增大，尺寸和重量也增大。所以当发电厂与系统连接的电压等级为500kV时，600MW机组单元连接的主变压器综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，可采用单相组成的三相变压器。对单元接线的变压器，其容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定，即

X式中：Sbj——变压器的计算容量，PNKp——发电厂的厂用电率，cosφ已知发电机的额定功率PN=600MW，功率因素cosφX根据计算结果和查询《电工产品目录》，主变压器选择采用特变电工沈阳变压器集团的DFP—240000/500型单相双绕组变压器，低压侧经离相封闭母线将三台单相变压器连接为三角形，高压侧经导线和连杆连接为星形，并直接接地。冷却方式为强迫油循环风冷却。表2.1DFP—240000/500型单相双绕组变压器主要铭牌参数DFP—240000/500型单相双绕组变压器额定容量240MVA额定电压550/3−2×2.5%/20kV额定电流755.8/12000A（高压/低压）接线组别Ynd11短路阻抗百分比（50Hz）13%调压方式高压侧无励磁调压该变压器的设计亮点是采用了金属波纹管储油柜取代常规的胶囊式储油柜，并采用美国dobble公司的变压器在线监测装置对绝缘油和套管进行实时监测，增强了对油质的保护和监测。主变压器由三台这样的DFP—240000/500型单相双绕组变压器组成三相变压器，其额定容量为3×24000kV·A。

电气主接线设计3.1电气主接线的设计要求和原则电气主接线是由发电厂电气部分设计的主体，它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及厂用运行可靠性、经济性的要求有密切的关系，并对电气设备的选择和布置、继电保护和控制方式等有较大的影响。因此，主接线的设计必须结合电力系统和发电厂的基本情况，全面分析有关因素（包括发电厂在电力系统中的地位和作用，发电厂的分期和最终建设规模，符合负荷大小和重要性，系统备用容量的大小等），合理地选择主方案，经过技术、经济比较，合理的选择主接线方案，使设计的主接线具有先进性及可行性。通常，发电厂和变电所的主接线应满足下列基本要求：a.根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量。在运行中供电被迫中断的机会越少，则主接线的可靠性就越高。b.主接线应具有一定的灵活性和以适应电力系统及主要设备的各种运行工况的要求，此外还要便于检修。c.主接线应简单明了，运行方便，使主要元件投入或切除时所需的操作步骤最少。d.在满足上述要求的条件下投资和运行费用最少。e.具有扩建的可能性。3.2电气主接线方案的拟定3.2.1发电机—变压器单元接线方式发电机变压器组单元接线：是发电机直接或经一台隔离开关，或经一台断路器及相应的隔离开关与变压器连接成一个单元，将电能送入高一级电压电网的接线方式。600MW的发电机组大多都采用发电机—变压器单元接线的方式，如图3.1所示，这种接线方式可以减少发电机和主变侧QF的数量，以及节省高压配电装置占地面积，经济性较好，同时任一发电机机组停机都不影响厂用电的供电，可靠性也有保障。并且主母线磁场外壳屏蔽，可以消除钢材发热问题，外壳处处等电位而且接地，安全性得到提高，保护人体的安全。图3.1发电机-变压器单元接线因此，发电机与变压器之间选用发电机-变压器单元接线方式。3.2.2500kv母接线方式选择a.双母线三分段接线方式当双母线接线配电装置的进出线回路数较多时，为增加可靠性和灵活性，缩小母线故障的影响范围，可将双母线中的一组用断路器分段，形成双母线三分段。如图3-2所示。双母线可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，此种运行方式降低了全厂停电事故的可能性，可以减小母线故障的停电范围，母线故障时的停电范围只有1/3，此时没有停电部分还可以按双母线或单母线分段运行。由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大。图3.2双母线三分段接线b.一台半断路器接线方式一台半断路器接线即每一回路经一台断路器QF1或QF3接至一组母线，两回路之间设一联络断路器QF2，形成一个“串”，两个回路共用三台断路器，故又称二分之三接线。如图3.3所示。图3.3一台半断路器接线一台半断路器接线方式运行调度灵活，操作更加方便。当任一开关需要检修时，只需把相应开关及刀闸拉开即可，不影响送电和保护运行。因此，操作更加简便，减少了人为误操作的可能性。而常规接线开关需要检修时必须带路，尤其是母联开关需要检修时，必须倒成单母线运行，一次操作量大，且十分繁琐，每次停电需要很长时间。并且，供电更加可靠、安全。当任何一台断路器在切除故障过程中拒动时，最多只扩大到多切除一条引出线或一台主变。而其它线路、主变和发电机照样正常运行，因此供电可靠性较高。而在双母线带旁路主接线中，若一条出线故障，其开关若发生拒动，失灵保护将跳开该开关所在母线上连接的所有开关。当两台断路器同时运行时，如果引出线故障，两侧开关同时跳开后，若先重合的断路器拒绝重合或重合失败，可以由后重合的断路器来补救。常规接线在重合闸拒动或重合失败时将影响正常供电。因此3/2接线的供电可靠性将大大提高。灵活性：（1）形成多环状供电，一个回路由两台断路器供电，调度灵活，但增加了断路器维护工作量;（2）隔离开关只作为检修电器，不需要进行倒换操作;（3）检修断路器时，可任意停下检修;（4）成对双回线路可按地理位置布置在不同串上，减少交叉;（5）扩建方便。可靠性：（1）任何断路器检修，不影响用户的供电;（2）任何一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动时，不切除两回以上的的线路;（3）任一段母线故障，不影响进出线的供电。经济性：（1）进出线共9回及以下时，一台半断路器接线较经济（进出线6回时，共需9台断路器）;（2）占地面积较小。表3.1接线方式对比表接线方式可靠性扩建方便性经济性隔离开关作用（安全性）一台半断路器接线最优最优中等仅作隔离双母线三分段接线中等中等中等倒闸操作综上述分析，对大容量机组、超高压输电系统，无论什么原因，诸如断路器临时检修、母线故障、人员误操作等造成线路或电源进线停用或发电机限制出力，均可能影响几十万千瓦电力的生产，对系统将造成较大冲击，造成的损失将十分巨大。综合经济、技术比较，一台半断路器接线的运行方式比较灵活性，供电可靠性更显突出，因而500kV电压母线最终采用一台半断路器接线。

厂用电系统设计4.1厂用电接线的设计原则（1）厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电。（2）接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求。（3）厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电。（4）积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性。（5）在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。4.2厂用电电压等级的确定发电厂在启动、运行、检修的过程中有大量的电气设备，用以保证机组的正常工作，厂用电在主变压器的容量计算中需要进行计算配置，因此我们选择厂用电电压等级，参考厂用电电压选择原则，发电机组容量在600MW及以上可采用6kV一级或采用3kV和10kV两级电压。这里我们选择6kV电压作为火电厂高压电源。4.3厂用变压器的选择厂用变的选择主要考虑厂用高压工作变压器和启动/备用变压器。选择的内容包括:额定电压、台数与型式、容量、阻抗。厂用变压器的选择：1）、额定电压原、副边额定电压与外接电源电压和厂用网络电压相一致。2）、台数和型式当只有6kV一种电压等级时（高压厂用）:可选一台全容量的分裂低压绕组变压器;选用两台50%容量的双绕组变压器。3）、厂用变压器的容量容量必须满足厂用负荷的要求。厂用高/低压备用变或启动变的容量应与它所代替的工作变中最大一台的容量相同。4）、厂用变压器的阻抗为限制厂用系统的短路电流厂用变压器的阻抗要求比一般动力变压器的阻抗大（阻抗电压的百分数大于10%)。一般采用分裂低压绕组的变压器。容量在200MW及以上的发电机采用单元接线时，其厂用变压器或者分裂绕组变压器的容量应按高压电动机的计算负荷的110%与低压厂用负荷选择。按照厂用电率来确定厂用变压器的容量的计算公式为：S4.3.1厂用高压工作变压器分裂绕组变压器可以有效限制短路电流，但分裂绕组变压器价格较为昂贵，双绕组变压器结构简单价格低廉但是短路电流大，由于我厂机组容量大，设备造价昂贵，电厂在电网中地位地位比较重要，因此我厂高压厂用变压器选择采用新疆特变电工生产的SFF9-50000/20型变压器，如表4.1所示。表4.1SFF9-50000/20型变压器额定参数SFF9-50000/20型变压器额定参数额定容量（MVA）50/31.5-31.5额定电压（kV）(20±2×2.5)/6.3-6.3额定电流（A）1443/2657-2657额定频率（HZ）50阻抗阻抗U1−2（%20连接组别D，yn1-yn14.3.2厂用启动/备用变压器火电厂中，需要一种启动/备用（简称：启备变）的变压器，用处在于在建设电厂的过程中，向电厂供给厂用电，一直到电厂正式发电再停止运作，转为备用变压器，正常运行时，通过厂用电快切，或者自投切换两个变压器。一般电厂中，都以启动电源兼用作备用电源。由于这次采用的是6000MW的大型机组，采用的是500kV接入系统，又由于需要厂网分开等技术原因，选则了从升高电压母线中电源可靠的最低一级电压母线(本电厂为500kV电压母线)引接。又因为引接方案的确定，所以选择的备用变压器是天威保变(合肥)变压器有限公司所产的，型号为SFFZ-50000/500，额定参数如表4.2所示。表4.2SFFZ-50000/500型变压器额定参数型号额定容量（MVA）额定电压（kV）半穿越电抗（%）SFFZ-50000/50050550±8×1.25%/6.3~6.3234.4厂用电的接线方式4.4.1高压厂用电接线每台机组的厂用高压工作电源采用两台三绕组分裂式无载调压变压器，高压厂用母线采用单母线四分段接线，备用/启动电源共采用两台三绕组分裂式有载调压变压器，其低压侧分别连接到各机组的四段厂用工作母线上,如图4.1所示。图4.1高压厂用电接线图4.4.2低压厂用电接线低压厂用电接线也采用单母线分段接线方式，如图4.2所示。分段断路器可以保证低压厂用电源的互为备用，提高运行可靠性。正常运行时分段断路器断开，两半段低压厂用母线分别由各自的电源变压器供电，只有当其中一个电源断路器因变压器停运或其他原因断开时，分段断路器才会合闸，由另一台变压器负担全部负荷。图4.2低压厂用电接线图

5.短路电流的计算5.1短路的原因及危害在系统的运行过程中，时常会发生各种故障，对系统危害最大，而且发生概率最高的是短路故障(简称短路)。所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相或相与地(或中性线)之间的连接。产生短路的主要原因是设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被破坏。正常运行时电力系统各部分绝缘是足以承受所带电压的，且具有一定的裕度。但架空输电线路的绝缘子可能由于受到过电压(例如由雷击引起)而发生闪络或者由于空气的污染使绝缘子表面在正常工作电压下放电；其它电气设备如发电机、变压器、电缆等载流部分的绝缘材料在运输、安装及运行中削弱或损坏，造成带电部分的相与相或相与地形成通路；运行人员在设备(线路)检修后未拆除地线就加电压或者带负荷拉刀闸等误操作也会引起短路故障；此外，鸟兽跨接在裸露的载流部分以及大风或导线覆冰引起架空线路杆塔倒塌所造成的短路也屡见不鲜。短路故障对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害，主要表现在如下几方面:发生短路时，由于供电回路的阻抗减小以及突然短路的暂态过程，使短路回路中的短路电流值大大增加，可能超过该回路的额定电流许多倍。短路点距发电机的电气距离越近(即阻抗越小)，短路电流越大。例如在发电机端发生短路时，流过发电机定子回路的短路电流最大瞬时值可达发电机额定电流的倍，在大容量系统中的短路电流可达几万甚至几十万安培。短路点的电弧有可能烧坏电气设备；短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应会引起导体或其绝缘的损坏。同时，导体也会受到很大的电动力冲击，致使导体变形，甚至损坏。因此，各种电气设备应有足够的热稳定度和动稳定度，使电气设备在通过最大可能的短路电流时不致损坏。短路时短路点的电压比正常运行时低，如果是三相短路，则短路点的电压为零。这必然导致整个电网电压大幅度的下降，可能使部分用户的供电受到破坏，接在电网中的用电设备不能正常工作。例如在用电设备中占有很大比重的异步，其电磁转矩与电压的平方成正比，当电压下降幅度较大时，电动机将停止转动；在离短路点较远处的电动机，因电压下降幅度较小而能继续运转，但转速将降低，导致产生废、次产品。此外，由于电压下降，转速降低，而电动机拖动的机械负载又未变化，电动机绕组将流过较大的电流，如果短路持续时间较长，电动机必然过热，使绝缘迅速老化，缩短电动机的寿命。在由多个发电机组成的电力系统中发生短路时，由于电压大幅度下降，发电机输出的电磁功率急剧减少，如果由原动机供给的机械功率来不及调整，发电机就会加速而失去同步，(极端情况下)使系统瓦解而造成大面积停电，这是短路造成的最严重、最危险的后果。接地短路时出现的零序电流会产生零序磁通，在邻近的平行线路(如通信线路、电话线、铁路信号系统等)上感应电动势，造成对邻近通信线路的危险和干扰影响，这不仅会降低通信质量，还会威胁设备和人身的安全。本次设计中进行短路电流计算的目的主要是为了电气设备和导体的选择。5.2短路电流的计算过程5.2.1各元件参数的计算取基准值SB=100MVA发电机等值电抗：X主变压器等值电抗：X厂用高压变压器等值电抗X厂用启动/备用变压器等值电抗X输电线路等值电抗X取E∗5.2.2短路电流计算等值网络简化图图5.1等值网络图5.2.3600MW发电机出口短路（K1）等值网络简化如图所示：图5.2等值网络简化图X系统和G2对K1点的转移电抗：XXG1和G2对K1点的计算电抗：XX由运算曲线查t为0S、2S、4S时，G1和G2供给的短路电流周期分量有效值的标幺值为：II由系统供给的短路电流周期分量不衰减，有效值的标幺值为：II归算到K1处的电压等级的G1和G2的额定电流为：IK1处不同时刻的短路电流周期分量有效值：III短路冲击电流：i5.2.4500kV母线短路（K2）等值网络简化如图所示：图5.3等值网络简化图X由系统供给的短路电流周期分量不衰减的标幺值和有效值为：II等值发电机对K2点的计算电抗为：X查运算曲线得：I归算至K2处电压等级的等值发电机额定电流为：IK1处不同时刻的短路电流周期分量有效值：III短路冲击电流：i5.2.5厂用高压工作变压器6kV一段短路（K3）等值网络简化如图所示：图5.4等值网络简化图X图中I1IIIIK=各电流分布系数为：系统SC发电机GC发电机GC2=对电流分布系数验算CS+计算结果正确对短路点转移电抗为XKΣ=系统S:X发电机G1X发电机G2X2kG1和G2对KXX其标幺值:I∗1I∗2系统供给短路电流周期分量有效值的标幺值为:I归算至K3电压等级下各发电机的额定电流为：I基准电流:IK3处短路电流周期分量有效值为：I短路冲击电流：i5.2.6厂用启动/备用变压器6kV一段短路（K4）等值网络简化如图所示：图5.5等值网络简化图X转移电抗：系统S：X等值发电机G：X等值发电机G计算电抗：X其标幺值:I系统供给短路电流周期分量有效值的标幺值为:I归算至K4电压等级下发电机的额定电流为：I基准电流:IK4处短路电流周期分量有效值为：I短路冲击电流:i5.2.7短路计算结果汇总表将以上计算结果汇总如表5.1所示表5.1K1、K2、K3、K4点短路计算结果短路点短路点位置不同时刻短路电流周期分量有效值（kA）短路冲击电流isℎ(IIIK1发电机出口201.9775130.175130.3675514.15K2500kV母线8.5437.1797.20821.75K3高厂变低压侧22.0622.0622.0656.16K4高备变低压侧19.4019.4019.4049.38

6.电气设备与导体的选择导体和电气设备的选择是电气设计的主要内容之一。尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠的工作，按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号等，电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于所接电网的最高运行电压。电气设备的额定电流电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电流或计算电流。按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。（a）按工作电压选择电气设备电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会有高于电网的额定电压，故所选择电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。通常规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1～1.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备是，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于设备安装地点电网额定电压UU（b）按工作电流选择电气设备电气设备的额定电流IN是指在规定的环境温度下，设备的长期允许电流。IN不应小于该回路的最大持续工作电流I（c）热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值，即满足热稳定的条件:I式中：Qk—短路电流产生的热效应，(kA)2·SIt、t—电气设备允许通过的热稳电流和时间，kA、S（d）动稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为：i6.1500kV高压设备的选择500kV电压出线回路的最大持续工作电流为：I短路电流的热效应：Q已知的短路冲击电流：i6.1.1高压断路器的选择根据以上数据，我厂500kV高压断路器拟采用苏州阿海法(AREVA）高压电气开关有限公司生产的GL317型SF6断路器。表6.1列出了该断路器的技术参数，并与计算结果进行比较如下：表6.1断路器选择结果对照表计算数据GL317型SF6断路器U500kVU500kVI872.95AI4000AI8.543kAI50kAi21.75kAI125kAQ191.96(kA)2·SI7500(kA)2·Si21.75kAi125kA将计算数据与所选型号数据比较可知，GL317型SF6断路器合格。6.1.2隔离开关的选择隔离开关，就是电厂中常说的“刀闸”，是高压开关电器中使用最多的一种电器，它不做开断电路的作用，只能分合小电流，它只在电路中形成隔离作用，形成可见的断口，配合电路器进行复杂的倒闸操作。而它本身结构简单，工艺并不复杂，但是使用量很大，隔离开关没有灭弧作用，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路，只能分、合小电流的作用，隔离开关不用来切除和接通短路电流，所以不用进行开断电流和短路关合电流的校验。根据以上数据，我厂500kV高压隔离开关拟选用GW17-550DW型隔离开关。表6.2列出了该隔离开关的技术参数，并与计算结果进行比较如下：表6.2隔离开关选择结果对照表计算数据GW17-550DW型隔离开关U500kVU550kVI872.95AI3150AQ191.96(kA)2·SI7500(kA)2·Si21.75kAi125kA将计算数据与所选型号数据比较可知，GW17-550DW型隔离开关合格。6.1.3电流互感器的选择电流互感器与电压互感器结构相似，都是由闭合的铁心和绕组组成，一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中。根据以上数据，我厂500kV电流互感器拟选用LVQB(T)-500W型电流互感器。表6.3列出了该电流互感器的技术参数，并与计算结果进行比较如下：表6.3电流互感器选择结果对照表计算数据LVQB(T)-500W3型电流互感器U500kVU550kVI872.95AI1250AQ191.96(kA)2·SI7500(kA)2·Si21.75kAi125kA将计算数据与所选型号数据比较可知，LVQB(T)-500W型电流互感器合格。6.1.4电压互感器的选择电压互感器是一种按照电磁感应原理制作的特殊变压器，其结构并不复杂，是用来变换线路上的电压的，电压互感器变换电压的目的主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器。电压互感器有电磁式和电容式。目前我国500kV的电压互感器只有电容式的。并且三相式电压互感器无35kV以上电压等级的。电压互感器不用校验热稳定性和动稳定性，其额定电压的选择如表6.4所示：表6.4电压互感器额定电压的选择型式单相三相一次电压接于一次线电压UU接于一次相电压U二次电压100100第三绕组电压中性点非直接接地100/3，100/中性点直接接地100根据以上数据，我厂500kV电压互感器选用思源电气所产的TYD500/3-0.005W3型电压互感器。表6.5列出了该电压互感器的技术参数如下：表6.5电压互感器技术参数型号额定最高电压额定一次电压额定二次电压TYD500/3-0.005W3550kV500/3二次绕组剩余电压绕组0.1/30.1kV6.26kV高压中置柜的选择高压中置柜回路的最大持续工作电流：I短路电流的热效应：Q已知的短路冲击电流：i根据以上数据，我厂高压中置柜拟采用KYN28A-6型高压中置柜，KYN28A-6铠装移开式金属封闭开关设备作为定额电压3~12kV，额定频率50HZ电力系统中的无油配电装置。其额定电流小，开断电流大，可广泛应用于电力、冶金、石油、化工等部门。它适用于三相交流50HZ电力系统，用于接受和分配电能并对电路实行控制、保护及监测。表6.66kV高压中置柜选择结果对照表计算数据KYN28A-6型高压中置柜U6kVU6kVI2406AI2500AI22.06kAI31.5kAi56.16kAI80kAQ1946.6(kA)2·SI3969(kA)2·Si56.16kAi80kA将计算数据与所选型号数据比较可知，KYN28A-6型高压中置柜合格。6.3裸导体的选择6.3.1500kV母线的选择500V母线的选择应该考虑电晕现象，适合采用扩径导线或者分裂导线（铝合金绞线组成），对于年利用负荷小时数大，传输容量大，例如发电机和变压器的连接导体一般用经济电流密度来进行截面的选择。500kV电压出线回路的最大持续工作电流为：Imax6.3.2封闭母线的选择600MW的发电机引出线和厂用电的分支线，适合选用全连接式分相封闭母线，以减少导体对邻近钢构的感应发热和避免相间短路。发电机出口封闭母线的选择发电机出口的最大工作持续电流：I根据发电机的出口电压和最大工作持续电流，选用QLFM-24/23000型全连式离相封闭母线，技术参数如下表6.7所示：表6.7QLFM-24/23000型全连式离相封闭母线技术参数QLFM-24/23000型全连式离相封闭母线额定电压(kV)24额定电流(A)23000短路电流冲击值ies560热稳定电流有效值4S(kA)2000热稳定校验：QIQk<动稳定校验：isℎ=514.15（kA）500kV母线的选择最大工作持续电流：Imax=872.95（A），考虑电晕影响，选择两条LGJK-630表6.8LGJK-630扩径导线技术参数LGJK-63070℃时载流量(A)24标称截面(mm2)23000外径(mm)560拉断力(kA)2000电晕电压校验：中间相电晕临界相电压为0.95525母线相间距离在4m以上的晴天不会发生电晕现象。热稳定校验：由上述计算结果可知QkS6.3.3共箱封闭母线的选择厂高变低压回路额定电压6kV，最大工作持续电流Imax=2406（A），查产品目录可选BGFM-10型封闭母线，技术参数如表6.9表6.9BGFM-10型封闭母线技术参数BGFM-10型封闭母线封闭母线额定电压(kV)10额定电流(A)3000动稳电流峰值(kA)100热稳定电流有效值2S(kA)40热稳定校验：It动稳定校验：isℎ=56.16（kA）<1007.防雷保护设计雷电是一种自然大气现象，它会对我们的电气设备绝缘产生一定威胁，雷电产生的危害的特点和性质不尽相同，危害有直击雷危害、感应雷危害、雷电入侵危害等几种不同的危害模式，程度也大不相同，防御模式也有所不同。如直击雷的防御措施，一般采用避雷线和避雷针等方式，引雷入地，防止对电气设备产生的危害。而感应雷虽然直接危害不如直击雷，但是仍要防止它带来的危害，一般通过避雷器进行。110kV以上的线路一般按全线架设避雷线。氧化锌避雷器是七十年代发展起来的一种新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成。氧化锌避雷器是具有良好保护性能的避雷器。利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。这种避雷器和传统的避雷器的差异是它没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用。因此，如在电力线上安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，可以将电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电气设备的安全。7.1发电机出口避雷器因发电机出口线路很短，因此避雷器额定电压于其安装处的电压等级相同即可，选用HY5W-24/70型避雷器，其技术参数如表8.1所示：表8.1HY5W-24/70型避雷器技术参数HY5W-24/70型避雷器额定电压(V)24最大残压陡波冲击1/5us(kV)80.0最大特续运行电压(kV)19.5雷电冲击8/20us(kV)70.0标称放电电流(kA)10操作冲击8/20us(kV)62.07.2500kV进出线路避雷器500kV进出线甩负荷和空载长线等因素的影响较大。线路断路器的变电所侧和线路断路器线路侧的避雷器，其额定电压一般按1.4倍最大相电压选取。500kV进出线路母线的避雷器额定电压选择应为：U>1.4×5003=405（kV）,选择Y10W5-444/995的无间隙氧化锌避雷器，其技术参数如表8表8.2Y10W5-444/995型氧化锌避雷器技术参数Y10W5-444/995型氧化锌避雷器额定电压(kV)444工频参考电压(kV)628持续运行电压有效值(kV)3188/20雷电冲击电流残压峰值不大于(kV/10kA)995标称放电电流(kA)20操作冲击电流残压峰值不大于(kV)875

8.继电保护配置8.1发电机保护根据故障类型和不正常运行状态，应装设下列保护装置:1）、发动机差动保护：全称为发电机比率制动纵联差动保护，这种继电保护装置通过比较发电机两端电流大小和方向来判断被保护元件的正常状态、故障状态和非正常运行状态，是发电机相间短路的主保护。2）、定子匝间短路保护：在600MW汽轮发电机机组中都装设有发电机定子匝间短路保护以防止发生匝间短路，造成发电机的重大损坏。除此之外，发电机定子匝间短路保护还具有横差保护、负序功率方向保护等功能。3）、发电机定子接地保护：定子绕组单相接地是发电机最常见的一种故障形式，发电机定子100%接地保护就是对发电机定子发生接地故障时进行无死区的保护。这种装置在发电机正常运行时保护不会误动，而在发电机中性点附近发生接地时，保护具有很高的灵敏度。选择采用国电南京自动化股份有限公司的DGT801系列数字式发变组保护装置。8.2变压器保护根据故障类型和不正常运行状态，应装设下列保护装置:1）、纵联差动保护:反应变压器绕组和引出线的相间短路的保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路能起保护作用,是变压器内部短路的主保护。2）、瓦斯保护:反应变压器油箱内部故障和油面降低的保护，容量为800kVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，它是变压器油箱内部所有故障的主保护。3)、零序过电流保护:110KV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为外部及内部相间故障的后备保护。4)、过负荷保护:对于400KVA及以上的变压器，当数台并列运