600M發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計

前言

本論文為發(fā)電廠電氣部分設(shè)計，我們知道一個完整的電力網(wǎng)由發(fā)電廠，變電所，輸電線路和用戶組成。其中輸電線路是連接生產(chǎn)與使用的樞紐，而為了減少損耗所以采用高壓輸電，發(fā)電機發(fā)出的電能通過發(fā)電廠的電氣主接線，主變壓器傳出，故發(fā)電廠的電氣部分在電力網(wǎng)中扮演一個不可替代的角色。當建造一個電廠時，對電氣部分的設(shè)計也是相當重要的一個環(huán)節(jié)，電氣部分設(shè)計的好壞直接決定了供電的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性和可靠性。

本次設(shè)計的是大型凝汽式火力發(fā)電廠，工程裝設(shè)兩臺QFSN-600-2型發(fā)電機組，額定電壓為20KV,額定功率為600MW的4回出線與500KV系統(tǒng)相連的電力系統(tǒng)，主要包括電廠主變壓器的選擇與高廠變的選擇，主接線的連接方式和系統(tǒng)組成，短路電流的計算，電氣設(shè)備的選擇，配電裝置的選擇及廠用電系統(tǒng)的初步設(shè)計等。最后還要根據(jù)自己的設(shè)計畫出相應(yīng)的主接線圖和配電裝置的斷面圖。

在設(shè)計過程中，努力采集精華、體現(xiàn)三性（先進性、實用性和規(guī)程規(guī)范的一致性），力求做到：

（1）充分考慮了本次設(shè)計的電廠的地理位置、氣候條件以及土壤的溫度等，做到設(shè)計的內(nèi)容嚴謹無原則性的錯誤等。

（2）.重點突出了電氣主接線的接線方式的選擇以及設(shè)備的選擇。

（3）.認真貫徹執(zhí)行國家現(xiàn)行的方針政策，符合法規(guī)、規(guī)范、規(guī)程以及專業(yè)技術(shù)的規(guī)定，是規(guī)程規(guī)范的具體體現(xiàn)，并能夠起到補充。本次的設(shè)計與現(xiàn)行的技術(shù)政策保持了良好的一致性。

通過這次設(shè)計，一方面復(fù)習(xí)并鞏固一下專業(yè)課知識，加深自己對發(fā)電廠電氣部分的理解；另一方面，進一步了解電氣設(shè)備的功能及其作用。為了在以后的工作中迅速融入其中而做好準備。設(shè)計雖然短短的兩周，但如果全身心的投入到其中，那么收獲將是無窮的。希望通過這次設(shè)計能讓我在電氣部分的各個方面能有所提升，有所進步！

由于我的專業(yè)水平有限，難免會出現(xiàn)各種錯誤，再加上電力技術(shù)的迅速進步、電氣設(shè)備不斷地更新，因此，我懇切的期望讀者在發(fā)現(xiàn)問題和錯誤的時候，及時提供給我們，以便修改，謝謝！

編者

2011年7月

目錄

1緒論...........................................................................................................錯誤！未定義書簽。

1.1設(shè)計資料及分析.........................................................................錯誤！未定義書簽。

1.2設(shè)計意義......................................................................................錯誤！未定義書簽。2變壓器的選擇.........................................................................................錯誤！未定義書簽。

2.1主變壓器的選擇.........................................................................錯誤！未定義書簽。

2.1.1變壓器臺數(shù)的選擇..............................................................錯誤！未定義書簽。

2.1.2主變壓器容量的選擇.........................................................錯誤！未定義書簽。

2.1.3主變壓器型式的選擇..........................................................錯誤！未定義書簽。

2.2高壓廠用變壓器的選擇...........................................................錯誤！未定義書簽。

2.2.1廠用變壓器的臺數(shù)選擇.....................................................錯誤！未定義書簽。

2.2.2廠用變壓器容量的選擇.....................................................錯誤！未定義書簽。

2.2.3廠用變壓器型式的選擇.....................................................錯誤！未定義書簽。3電氣主接線.............................................................................................錯誤！未定義書簽。

3.1電氣主接線的設(shè)計原則...........................................................錯誤！未定義書簽。

3.1.1電氣主接線設(shè)計的基本要求..............................................錯誤！未定義書簽。

3.1.2電氣主接線設(shè)計的依據(jù)......................................................錯誤！未定義書簽。

3.2主接線的接線方式選擇...........................................................錯誤！未定義書簽。

3.2.1方案一：一臺半斷路器接線..............................................錯誤！未定義書簽。

3.2.2方案二：一般雙母線接線..................................................錯誤！未定義書簽。

3.2.3方案三：雙母線帶旁路接線..............................................錯誤！未定義書簽。

3.2.4三種設(shè)計方案的比較..........................................................錯誤！未定義書簽。4短路電流的計算....................................................................................錯誤！未定義書簽。

4.1.電力系統(tǒng)短路電流計算的條件............................................錯誤！未定義書簽。

4.1.1基本假設(shè)..............................................................................錯誤！未定義書簽。

4.1.2一般規(guī)定..............................................................................錯誤！未定義書簽。

4.1.3限流措施..............................................................................錯誤！未定義書簽。

4.22×600MW機組短路電流的計算.........................................錯誤！未定義書簽。

4.2.1短路電流計算的意義.........................................................錯誤！未定義書簽。

4.2.2短路電流計算的步驟.........................................................錯誤！未定義書簽。

4.2.3選取短路計算點..................................................................錯誤！未定義書簽。

4.2.4短路電流的計算結(jié)果..........................................................錯誤！未定義書簽。5電氣設(shè)備的選擇....................................................................................錯誤！未定義書簽。

5.1電器選擇的一般要求................................................................錯誤！未定義書簽。

5.1.1一般原則.............................................................................錯誤！未定義書簽。

5.1.2技術(shù)條件..............................................................................錯誤！未定義書簽。

5.2斷路器的選擇............................................................................錯誤！未定義書簽。

5.2.1參數(shù)的選擇.........................................................................錯誤！未定義書簽。

5.2.2具體選擇方法.....................................................................錯誤！未定義書簽。

5.3隔離開關(guān)的選擇........................................................................錯誤！未定義書簽。

5.4電壓互感器、電流互感器參數(shù)計算與選擇.......................錯誤！未定義書簽。

5.4.1電流互感器的選擇.............................................................錯誤！未定義書簽。

5.4.2電壓互感器的選擇.............................................................錯誤！未定義書簽。

5.5母線的選擇.................................................................................錯誤！未定義書簽。

6配電裝置..................................................................................................錯誤！未定義書簽。

6.1配電裝置的特點及分類..........................................................錯誤！未定義書簽。

6.1.1屋內(nèi)配電裝置.....................................................................錯誤！未定義書簽。

6.2配電裝置的基本要求................................................................錯誤！未定義書簽。

6.6屋外配電裝置的布置原則.......................................................錯誤！未定義書簽。7廠用電系統(tǒng)的組成................................................................................錯誤！未定義書簽。

7.1廠用電設(shè)計的原則...................................................................錯誤！未定義書簽。

7.2廠用負荷的分類........................................................................錯誤！未定義書簽。

7.3廠用電高壓選擇........................................................................錯誤！未定義書簽。

7.4廠用公用負荷的引接方式.....................................................錯誤！未定義書簽。

7.5啟動/備用電源的接線............................................................錯誤！未定義書簽。

7.5.1啟動/備用電源的要求.......................................................錯誤！未定義書簽。

7.5.2啟用/備用變壓器的臺數(shù)及接線.......................................錯誤！未定義書簽。

7.6照明、檢修和熱工用電源接線方式及使用范圍的考慮錯誤！未定義書簽。

7.7廠用保安電源的接線..............................................................錯誤！未定義書簽。課程設(shè)計總結(jié).............................................................................................錯誤！未定義書簽。附錄1發(fā)電廠廠用電接線.....................................................................錯誤！未定義書簽。附錄2配電裝置圖...................................................................................錯誤！未定義書簽。主要參考文獻及資料................................................................................錯誤！未定義書簽。

1緒論

現(xiàn)在電廠中，將220MW及其以上的機組定義為大機組，由于大機組效率高，燃料利用率高，故多用于帶基本負荷，而像100MW及其以下機組，由于其效率低，燃料利用率差，故多用于調(diào)峰用。本次設(shè)計的是600MW機組的電氣部分，其用于帶基本負荷。而且由于裝機容量大，故其在電網(wǎng)中占有重要的地位。若其電氣部分發(fā)生故障，將對整個電網(wǎng)產(chǎn)生重大的不利影響。這次進行的是初步設(shè)計，初步設(shè)計包括：總體、系統(tǒng)、總布置、和交通運輸、機務(wù)、電氣、土建、水工、環(huán)境保護、運行組織、主要設(shè)備材料清冊等。要求初步設(shè)計應(yīng)遵守國家法律法規(guī)，貫徹執(zhí)行國家建設(shè)方針和基礎(chǔ)建設(shè)程序；運用的系統(tǒng)工程的方法從全局出發(fā)，正確處理各利益間的關(guān)系；根據(jù)國家規(guī)定和規(guī)范的規(guī)定，從實際出發(fā)，做到工程的可靠、適應(yīng)和先進；最后要考慮資源的綜合利用，立足于自力更生。

1.1設(shè)計資料及分析

本次設(shè)計的資料為：大型凝汽式火力發(fā)電廠，工程裝設(shè)兩臺QFSN-600-2型發(fā)電機組，發(fā)電額定電壓為20KV，額定功率600MW，cos=0.85,xd=0.205。

本期工程裝設(shè)兩臺600MW發(fā)電機組以4回出線與500KV系統(tǒng)相連，500KV母線系統(tǒng)正序電抗=0.05（Sj=100MVA）,發(fā)電機電壓無引出線向外供電。

廠用電率6%考慮。高壓廠用電壓6KV；低壓廠用電380/220V。

500KV裝有瞬間動作保護和后備保護動作時間3秒。

該廠附近地勢平坦，交通方便，無污染。夏天最高溫度38℃，最低氣溫20℃，海拔800米。

由已知資料可知：

（1）工程情況：該電廠有兩臺機組，無積壓母線。廠用電分兩個電壓等級，高等級為6KV，低電壓等級為380/220V。本電廠可能承擔基本負荷，年最大負荷利用小時數(shù)在3000-5000h，其主接線應(yīng)保證供電調(diào)度的靈活性等。

（2）電力系統(tǒng)情況：該廠無擴建計劃，在系統(tǒng)中處于重要地位，與系統(tǒng)采用單元接線，其中性點采用直接接地方式。發(fā)電機中性點采用非直接接地。

（3）負荷情況：我們將負荷分為三類：

1）Ⅰ類負荷。即使短時停電也將造成人員傷亡和重大設(shè)備損壞的最重要負荷為Ⅰ類負荷。如礦井、醫(yī)院。Ⅰ類負荷的供電要求是：任何時候都不能停電。

2）Ⅱ類負荷。停電將造成減產(chǎn)，使用戶蒙受較大的經(jīng)濟損失的負荷為Ⅱ類負荷。Ⅱ類負荷的供電要求：僅在必要時可短時停電。

3）Ⅲ類負荷。Ⅰ、Ⅱ類負荷以外的其他負荷均為Ⅲ類負荷。Ⅲ類負荷停電不會造成大的影響，必要時可長時間停電。''

沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計

本次設(shè)計的電廠位于海拔800米、地勢平坦的開闊地帶，交通方便，輸電電壓屬于超高壓，出現(xiàn)回路為4回。其負荷多為Ⅱ類和Ⅲ類負荷。供電可靠性相對較高。所處地區(qū)夏季最高溫度為38℃，最低溫度為20℃。故當設(shè)計其絕緣和變壓器選擇時應(yīng)考慮溫度影響。

1.2設(shè)計意義

發(fā)電廠電氣部分的設(shè)計包括可行性設(shè)計、初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工設(shè)計等4個階段。下達任務(wù)書之前所進行的設(shè)計屬可行性設(shè)計。初步設(shè)計主要是確定建設(shè)標準、各項技術(shù)原則和總概算，應(yīng)控制工程投資，勾畫工程概貌。所以初步設(shè)計是工程建設(shè)中非常重要的設(shè)計階段。做好初步設(shè)計，為后續(xù)的技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計打好鋪墊，提供理論指導(dǎo)。

電力系統(tǒng)課程設(shè)計是學(xué)習(xí)系統(tǒng)課程后的一次綜合性訓(xùn)練，復(fù)習(xí)鞏固課程及其他課程的有關(guān)內(nèi)容，增強工程觀念，培養(yǎng)電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的能力。通過本次設(shè)計，應(yīng)力爭讓我們達到：

（1）熟悉國家能源開發(fā)策略和有關(guān)的技術(shù)規(guī)程、規(guī)定、導(dǎo)則等，樹立供電必須安全、可靠、經(jīng)濟的觀點。

（2）掌握電力網(wǎng)初步設(shè)計的基本方法和主要內(nèi)容。

（3）熟練電力網(wǎng)的基本計算。

（4）學(xué)習(xí)工程設(shè)計說明書的撰寫。

2變壓器的選擇

變壓器是一種靜止的電氣，他利用電測感應(yīng)原理把一種電流電壓轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種電流電壓。在電力系統(tǒng)中，變壓器占著極其重要的地位，無論是在發(fā)電廠還是在變電所都能看到各種型式和不同容量的變壓器。

2.1主變壓器的選擇

在發(fā)電廠和變電所中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器，主變壓器又稱主變。主變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。所以主變壓器的選擇對整個設(shè)計影響重大。

2.1.1變壓器臺數(shù)的選擇

主變壓器臺數(shù)選擇的原則是：（1）當發(fā)電機有電壓直配線時應(yīng)設(shè)備發(fā)電機電壓母線，為保證供電可靠性，接在發(fā)電機電壓母線上的主變壓器一般不少于兩臺。

（2）大容量的發(fā)電機一般采用單元接線，與變壓器連接成一個單元。當發(fā)電機4

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容量不大時，可由兩臺發(fā)電機與一臺變壓器組成擴大單元接線。

由原始資料可知，我們本次所設(shè)計的電氣部分，采用升壓主變壓器。把所受的功率通過主變傳輸至500KV電網(wǎng)上。

為了保證供電可靠性，又由于采用單元接線，故選用兩臺主變壓器，兩者還可以互為備用。

2.1.2主變壓器容量的選擇

主變?nèi)萘恳话惆窗l(fā)電廠建成近期負荷，5～10年規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮遠期10～20年的負荷發(fā)展，所以應(yīng)按近期和遠期總負荷來選擇主變的容量，根據(jù)發(fā)電廠帶負荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量，對于有重要負荷的發(fā)電廠，應(yīng)考慮當一臺變壓器停運時，其余變壓器容量在過負荷能力后允許時間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一類和二類負荷。當一臺變壓器停運時，可保證對60%負荷的供電，考慮變壓器的事故過負荷能力為40%，則可保證84%負荷供電。正確選擇配電變壓器的容量的原則，是使變壓器的容量能夠得到充分的利用。一般負荷應(yīng)為變壓器額定容量的75％~90％左右。這就要看用電負荷性質(zhì)即力率高低如何。動力用電還要考慮單臺大容量電動機的啟動問題，遇到這種情況，就應(yīng)選擇較大一些的變壓器，以適應(yīng)電動機啟動電流的需要。另外還應(yīng)考慮用電設(shè)備的同時率。如實測負荷經(jīng)常小于50％時，應(yīng)換小容量的變壓器；大于變壓器額定容量時，應(yīng)換大容量的變壓器。變壓器容量選擇的原則是：

（1）發(fā)電機出力最大，發(fā)電機電壓母線上負荷最小時，扣除廠用電負荷后主變壓器能將發(fā)電機電壓母線上的剩余有功和無功容量送入系統(tǒng)。

（2）當接在發(fā)電機電壓母線上最大一臺發(fā)電機組停用時，或因供熱負荷變動而需要限制本廠出力時，或因電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行的要求而需要限制本廠出力時，主變壓器應(yīng)能從系統(tǒng)中到送功率，以保證發(fā)電機組電壓母線上最大負荷的需求。

（3）根據(jù)系統(tǒng)經(jīng)濟運行的要求而限制本廠輸出功率時，能供給發(fā)電機電壓的最大負荷。

（4）若發(fā)電機電壓母線上接有兩臺或兩臺以上主變時，當其中容量最大的一臺因故退出運行時，其他變壓器在允許正常過負荷范圍內(nèi)，應(yīng)能輸送母線剩余功率的70%以上。

主變壓器容量選擇的計算公式如下：

（1）單元接線中的主變壓器容量

負荷后，留下有10%的裕度選擇。SN應(yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用

SN≈1.1PNG(1-Kp)/cos(MVA)（1-1）

式中PNG-發(fā)電機容量，MW；

cos-發(fā)電廠的額定功率因數(shù)；

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Kp-廠用電率；

（2）接于發(fā)電機電壓母線與升高電壓母線之間的主變壓器容量SN按下列條

件選擇。

1）當發(fā)電機電壓母線上的負荷最小時，應(yīng)能將發(fā)電廠的最大剩余功率送至系統(tǒng)，計算不考慮稀有的最小負荷情況。即

SN≈[PNG(1-Kp)/cos-Pmin/cos]/n(MVA)（1-2）式中PNG-發(fā)電廠電壓母線上的發(fā)電機容量之和，MW；

Pmin-發(fā)電機電壓母線上的最小負荷，MW；

cos-負荷功率因數(shù)；

n-發(fā)電機電壓母線上的主變壓器臺數(shù)。

2）若發(fā)電機電壓母線上接有2臺及以上主變壓器，負荷最小且其中容量最大的一臺變壓器退出運行時，其他主變壓器能將發(fā)電廠最大剩余功率的70%以上送至系統(tǒng)。即

SN≈[PNG(1-Kp)/cos-Pmin/cos]×70%/(n-1)MVA（1-3）

(3)變電所主變壓器的容量一般按變壓器所建成后5-10年的規(guī)劃考慮，并按照其中一臺停用時其余變壓器能滿足變電所最大負荷Smaxd的60%-70%或全部重要負荷選擇。即

SN≈PNG（0.6-0.7）Smax/(n-1)(MVA)（1-4）

式中n-變電所主變壓器臺數(shù)

為保證供電的可靠，變電所一般裝設(shè)2臺主變壓器；樞紐變電所裝設(shè)2-4臺；地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所?？裳b設(shè)3臺。

本次設(shè)計選用公式1-1，即

SN≈1.1(1-Kp)/cos(MVA)，代入數(shù)據(jù)的

SN≈1.1×600×(1-0.06)/0.85=729.88MVA

2.1.3主變壓器型式的選擇

（1）相數(shù)的確定

在500KV及以上的發(fā)電廠和變電所中，一般選用三相式變壓器。因為三項式較同容量的三臺單項式投資小、占地少、損耗小，同時配電裝置結(jié)構(gòu)較簡單，運行維護較方便。故選用三相式變壓器。

（2）繞組數(shù)的確定

變壓器按其繞組數(shù)可分為雙繞組式、三繞組式、自耦式以及低壓繞組分裂式等型式。發(fā)電廠的最大機組容量為125KW及一下時，若以兩種升高電壓向用戶供6

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電或與電力系統(tǒng)連接時，一般采用三繞組變壓器，其第三繞組接發(fā)電機。但是各繞組通過的功率應(yīng)達到該變壓器容量的15%以上，否則不如采用兩臺雙繞組變壓器經(jīng)濟合理。當發(fā)電廠只升高一級電壓時，可選用雙繞組普通式變壓器。發(fā)電廠的最大容量為200MW及以上的機組時，一般采用發(fā)電機----雙繞組變壓器單元接線形式接入系統(tǒng)，若發(fā)電廠有兩個升高電壓時，常使用三繞組變壓器（或自耦變）作為聯(lián)絡(luò)變壓器，低壓繞組作為廠用啟動電源或廠用備用電源，其主要作用是實現(xiàn)高、中壓的聯(lián)絡(luò)。其低壓繞組接成三角形抵消三次諧波分量。當中壓為中性點不直接接地電網(wǎng)時，只能選用普通三繞組變壓器。

采用擴大單元接線的變壓器，適宜采用低壓分列繞組的變壓器，可以大大限制短路電流。

自耦變壓器損耗小、造價低，與同容量、同電壓等級的普通變壓器比較，自耦變壓器的經(jīng)濟效益非常顯著。但是，由于自耦變壓器在高壓電網(wǎng)和中壓電網(wǎng)之間有電氣連接故具備了過電壓從一個電壓等級的電網(wǎng)轉(zhuǎn)移到另一個電壓等級電網(wǎng)的可能性，所以其高中壓側(cè)必須都是高中壓側(cè)必須是中性點直接接地。所以220KV及以上電壓等級的變壓器可以選擇自偶變。

國家規(guī)定只有一種升高壓向用戶供電或與系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，以及只有兩種電壓的變電所，采用雙繞組變壓器。故本次設(shè)計選用雙繞組變壓器。

（3）繞組接線組別的確定

變壓器的繞組連接方式必須使得其線電壓相位一致，否則不能并列運行。電力系統(tǒng)變壓器采用的繞組連接方式有星型“Y”和三角形“D”兩種。我國電力變壓器的三繞組所采用的連接方式為：110KV及以上電壓側(cè)均為“YN”，即有中性點引出并直接接地；35KV作為高、中壓側(cè)時都采用“Y”，其中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地，作為低壓側(cè)時可能用“Y”或“D”；35KV一下電壓側(cè)一般為“D”，也有“Y”方式。本次設(shè)計采用YN，d11接線組別。

（4）結(jié)構(gòu)形式的選擇

雙繞組變壓器在結(jié)構(gòu)上有兩種基本形式。

1）升壓型。升壓型的繞組排列為：鐵芯-低壓繞組-高壓繞組。

2）降壓型。降壓型的繞組排列為：鐵芯-高壓繞組-低壓繞組。

本次設(shè)計采用升壓型變壓器。

從阻抗方面來分析，變壓器各側(cè)阻抗值得選擇必須從電力系統(tǒng)穩(wěn)定、潮流方向、無功分配、繼電保護、短路電流、系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)壓手段和并列運行等方面進行綜合考慮，變壓器的阻抗決定了變壓器的結(jié)構(gòu)，變壓器繞組在鐵心上的相對位置決定了變壓器的阻抗，三繞組變壓器分為升壓結(jié)構(gòu)和降壓結(jié)構(gòu)兩種類型，從電力系統(tǒng)和供電電壓質(zhì)量及減少送功率時的損耗考慮，變壓器阻抗越小越好，但阻抗偏小會使短路電流增大，使低壓此設(shè)備的選擇遇到困難。因此，接發(fā)電機的變壓器應(yīng)選擇升壓型。故最終定位于升壓變壓器。

（5）調(diào)壓方式

變壓器的調(diào)壓方式分無勵磁調(diào)壓和有載調(diào)壓。由于有載調(diào)壓結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價7

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格貴，故本次設(shè)計采用無載調(diào)壓。

（6）冷卻方式選擇

電力變壓器的冷卻方式，隨其型式和容量不同而異，冷卻方式有以下幾種類型。

1）自然風冷卻。無風扇，僅借助冷卻器熱輻射和空氣自然對流冷卻，容量在10000KVA一下。

2）強迫風冷卻。在冷卻器間加裝數(shù)臺電風扇，使油迅速冷卻，額定容量在8000KVA以上。

3）強迫油循環(huán)風冷卻。采用潛油泵強迫有循環(huán)，并用風扇對油管進行冷卻，額定容量在40000KVA以上。

4）強迫油循環(huán)水冷卻。采用潛油泵強迫有循環(huán)，并用水對油管進行冷卻，額定容量在120000KVA及以上。由于銅管質(zhì)量不過關(guān)，國內(nèi)很少使用。

5）強迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。采用潛油泵將油壓入線圈之間、線餅之間和鐵芯預(yù)先設(shè)計好的油道中進行冷卻。

6）水內(nèi)冷。將純水注入空心繞組中，借助水的不斷循環(huán)，將變壓器的熱量帶走。

參考以上的冷卻方式，本次設(shè)計采用強迫油循環(huán)風冷卻。綜上所述，本次設(shè)計所選為兩臺三相雙繞組強迫油循環(huán)風冷中性點直接接地的升壓變壓器，其接線組別為YN,d11型。

根據(jù)以上條件選擇，確定采用型號為SFP-720000/500三繞組電力變壓器，變壓器具體參數(shù)如下

型號冷卻方式額定容量額定電壓比額定電流相數(shù)

SFP-720000/500強迫油循環(huán)風冷720/720MVA550/20KV755.8/20784.6A3

連接組標號短路阻抗空載電流空載損耗調(diào)壓方式調(diào)壓范圍

YN，d1113.5%0.12278.4KW

高壓側(cè)無勵磁調(diào)壓550/2.5%KV

允許環(huán)境溫度變壓器總質(zhì)量額定頻率

-25-43.4℃469t50HZ

允許溫升油質(zhì)量總損耗

繞組60℃，油50℃81t1634.8KW

3

03

×

S:三相F：風冷卻P：強迫油循環(huán)720000：額定容量500：電壓等級

8

沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計

2.2高壓廠用變壓器的選擇

廠用電源包括工作電源和備用電源，兩者又各分為高、低壓兩部分。對單機

容量在200MW及以上的發(fā)電廠還應(yīng)考慮設(shè)置啟動電源和事故保安電源。廠用電源必須滿足供電可靠，且滿足各種工作狀態(tài)的需求。廠用電應(yīng)盡量縮小廠用電系統(tǒng)的故障影響范圍，避免引起全廠停電事故，各機組廠用電系統(tǒng)應(yīng)相互獨立，以保證一臺機組故障停運或其輔機發(fā)生電氣故障時，不影響其他機組正常工作。

廠用變壓器選擇的基本原則和應(yīng)考慮的因素：

（1）變壓器原、副邊額定電壓應(yīng)分別與引接點和廠用電系統(tǒng)的額定電壓相適應(yīng)。

（2）連接組別的選擇，宜使用同一電壓級的廠用電工作、別用變壓器輸出電壓的相位一致。

（3）阻抗電壓及調(diào)整型式的選擇，宜使在引接點電壓及廠用電負荷正常被動范圍內(nèi)，廠用電各級母線的電壓偏移不超過額定電壓的5%。

（4）變壓器的容量必須保證廠用機械及設(shè)備能從電源獲得足夠的功率。

2.2.1廠用變壓器的臺數(shù)選擇

因為電廠有兩臺機組同時工作，考慮到供電的可靠性，故每臺機組配置一臺

高壓廠用變壓器和一臺公共變壓器，兩臺機組設(shè)一臺備用變壓器。

2.2.2廠用變壓器容量的選擇

確定廠用變壓器的容量，首先應(yīng)先了解廠用負荷的特性。從運行方式上分：

（1）按使用機會可分為兩類：a經(jīng)常使用的設(shè)備，即在生產(chǎn)過程中，出了

本身檢修和事故外，每天都投入使用的設(shè)備；b不經(jīng)常使用的設(shè)備，指只在檢修、事故、機爐啟停期間使用，或兩次使用間隔時間很長的用電設(shè)備。

（2）按每次使用的時間的長短分為三類：a連續(xù)工作，即每次使用時連續(xù)帶

負荷運行2h以上；b短時工作，即每次使用時，；連續(xù)帶負荷運行10-20min者；c斷續(xù)工作，即每次工作不足10min者。

在此基礎(chǔ)上，按照主機滿發(fā)的要求及廠用電母線按爐分段的原則，進行廠用

變壓器的選擇。

如前所述，常用母線是按爐分段的，要確定廠用變壓器和電抗器的容量，首

先列出該變壓器所供常用母線段上電動機容量和臺數(shù)，然后計算母線段的計算負9

沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計

荷，即在正常情況下全廠發(fā)電機滿負荷運行時，各廠用母線段上最大負荷。計算原則：

（1）經(jīng)常而連續(xù)運行的設(shè)備予以計算。

（2）機組運行時不經(jīng)常而連續(xù)運行的設(shè)備也計算。

（3）經(jīng)常短時及經(jīng)常斷續(xù)運行的設(shè)備應(yīng)適當計算；不經(jīng)常而短時及不經(jīng)常而斷續(xù)運行的設(shè)備不予計算。但由電抗器供電的應(yīng)全部計算。

（4）由同一廠用電源供電的互為備用的設(shè)備，只計算運行部分。但對于分裂變壓器，應(yīng)分別計算其高、低壓繞組的負荷。當兩低壓分裂繞組接有備用的設(shè)備時，高壓繞組容量只計入運行部分，低壓繞組容量應(yīng)分別計入運行部分。

（5）由不同廠用電源供電的互為備用的設(shè)備，全部計算。

（6）對于分裂電抗器，應(yīng)分別計算每臂中通過的負荷。

綜合電廠各大型電動機的工作時間不同，工作方式不同，無法正確掌握總的耗電量，已知廠用變壓器的容量略大于廠用電量，但本次設(shè)計提供的資料中給出了廠用電率，故廠用變壓器的容量可有式2-1求的。

SN=PNG×KP(2-1)

帶入數(shù)據(jù)的SN=600×6%=36MW

2.2.3廠用變壓器型式的選擇

（1）相數(shù)的選擇

廠用電系統(tǒng)供電負荷絕大部分為三相電動機，故本次設(shè)計選用三相廠用變壓器。

（2）繞組數(shù)的選擇

本次設(shè)計的工作變壓器選為分裂繞組變壓器，公用變壓器為雙卷變壓器。

（3）連接組別的確定

為保證常用電的供電穩(wěn)定性，并減少電流震蕩，一次側(cè)選用D型，本次設(shè)計的連接組別為D，yn1。

（4）結(jié)構(gòu)形式選擇

因為發(fā)電機出口電壓為20KV，而常用高壓為6KV故需要一臺降壓變壓器。

（5）調(diào)壓方式的選擇

因為廠用電的供電要求靈活可靠，且變壓器容量較小，經(jīng)濟成本較低，故可以采用有載調(diào)壓。

（6）冷卻方式的選擇

由于本次設(shè)計廠用變壓器容量不是很大，故可選用選用油浸風冷的冷卻方式。

綜上所述，本次設(shè)計的高壓廠用變壓器選用三相油浸式風冷分裂繞組中性點經(jīng)中阻接地的降壓變壓器，接線組別為D，yn1。

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沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計

根據(jù)以上條件選擇，確定采用型號為SFFZ-50000/20三繞組電力變壓器；高壓公用變壓器型號為SF-25000/20，高壓廠用備用變壓器型號為SFZ31500/2220；高壓廠用變壓器具體參數(shù)如下

型號

額定容量

冷卻方式

額定頻率

額定電壓

電壓組合SFFZ-50000/2050/31.5-31.5MVA自然冷卻/風冷50HZ20/6.3-6.3KV(208×1.25%)/6.3KV調(diào)壓方式接線組別空載損耗高壓側(cè)額定電流低壓側(cè)額定電流中性點接地方式有載調(diào)壓D，yn129.5KV1443A2887A低壓側(cè)經(jīng)40Ω電阻接地

S：三相F：風冷卻Z：有載調(diào)壓

3電氣主接線

3.1電氣主接線的設(shè)計原則

電氣主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體，它反映各設(shè)備的作用、連接方式和各回路間的相互關(guān)系。所以，電氣主接線的設(shè)計直接關(guān)系到全場電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置，繼電保護、自動裝置和控制方式的確定，對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行起著決定的作用。

3.1.1電氣主接線設(shè)計的基本要求

對電氣主接線的基本要求，概括的說包括可靠性、經(jīng)濟性和靈活性三個方面。

（1）可靠性

對于一般技術(shù)系統(tǒng)來說，可靠性是指一個元件、一個系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)及一定的條件下完成預(yù)定功能的能力。電氣主接線屬可修復(fù)的系統(tǒng)，其可靠行用可靠度表示，即主接線無故障工作時間所占的比例。

（2）靈活性

調(diào)度靈活，操作方便。應(yīng)能靈活的投入或切除機組、變壓器或線路，靈活的調(diào)配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在正常、事故、檢修及特殊運行方式下的要求。檢修安全。應(yīng)能方便的停運線路、斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進行安全檢查而不影響系統(tǒng)的正常運行及用戶的供電要求。需要注意的是過于簡單的接線，可能滿足不了運行方式的要求，給運行帶來不方便，甚至增加不必要的停電次數(shù)和時間;而過于復(fù)雜的接線，則不緊增加投資，而且會增加操作步驟，給操作帶來不方便，并增加失誤操作的機率。

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（3）經(jīng)濟性

可靠性和靈活性是主接線設(shè)計中在技術(shù)方面的要求，它與經(jīng)濟性之間往往發(fā)生矛盾，即欲是主接線可靠、靈活，將可能導(dǎo)致投資增加。所以，兩者必須綜合考慮，在滿足技術(shù)要求的前提下，做到經(jīng)濟合理。

1）投資省：主接線應(yīng)簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備的投資，要能使控制保護不過復(fù)雜，以利于運行并節(jié)約二次設(shè)備和控制電纜投資；要能限制短路電流，以便選擇價格合理的電氣設(shè)備或輕型電器；在終端或分支變電所推廣采用質(zhì)量可靠的簡單電器。

2）占地面積小，主接線要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，以節(jié)約用地和節(jié)省構(gòu)架、導(dǎo)線、絕緣子及安裝費用。在不受運輸條件許可，都采用三相變壓器，以簡化布置。

3）電能損失少：經(jīng)濟合理地選擇主變壓器的型式、容量和數(shù)量，避免兩次變壓而增加電能損失。

3.1.2電氣主接線設(shè)計的依據(jù)

在選擇電氣主接線是，應(yīng)以下列各點為設(shè)計依據(jù)：

（1）以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)。設(shè)計任務(wù)書是根據(jù)國家經(jīng)濟發(fā)展及電力負荷增長率的規(guī)劃，進行大量的調(diào)查研究和資料搜集工作的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)負荷進行分析及電力電量平衡，從宏觀的角度論證建廠（所）的必要性、可能性和經(jīng)濟性，明確建設(shè)目的、依據(jù)、負荷及所在電力系統(tǒng)情況、建設(shè)規(guī)模、建廠條件、地點和占地面積、訂要協(xié)作配合條件、環(huán)境保護要求、建設(shè)進度、投資控制和籌措、需要研制的新產(chǎn)品等，并經(jīng)上級主管部門批準后提出的，因此，它是設(shè)計的原始資料和依據(jù)。

（2）以國家經(jīng)濟建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)范和標準為準則。國家建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)范和標準是根據(jù)電力工業(yè)的技術(shù)特點、結(jié)合國家實際情況而制定的，它是科學(xué)、技術(shù)條理化的總結(jié)，是長期生產(chǎn)實踐的結(jié)晶，設(shè)計中必須嚴格遵循，特別應(yīng)貫徹執(zhí)行資源綜合利用、保護環(huán)境、節(jié)約能源和水源、節(jié)約用地、提高綜合經(jīng)濟效益和促進技術(shù)進步的方針。

在實際設(shè)計中還要結(jié)合工程實際情況，使主接線滿足可靠性、靈活性、和先進性要求。

（1）發(fā)電廠和變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用

電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠有大型主力電廠、中小型電廠及企業(yè)自備電廠三種類型。大型主力火電廠靠近煤礦或沿海、沿江，并接入330——500KV超高壓系統(tǒng)。一般電力系統(tǒng)樞紐變電所匯集多信大電源，進行系統(tǒng)功率交換和以中壓供電，電壓為330——500KV。

（2）發(fā)電廠、變電所的分期和最終建設(shè)規(guī)模

發(fā)電廠的機組容量，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃容量、負荷增長速度和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等12

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因素進行選擇，最大機組的容量以占系統(tǒng)總?cè)萘康?%—10%為宜，一個廠房內(nèi)的機組，其臺數(shù)以不超過6臺，容量等級以不超過兩種為宜。變電所5—10年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行設(shè)計。一般裝設(shè)兩臺（組）變壓器；當技術(shù)經(jīng)濟比較合理時，330—500KV樞紐變電所也可裝設(shè)3——4臺（組）主變壓器；終端或分支變電所如只有一個電源時，可只裝設(shè)一臺變壓器。

（4）發(fā)電機電壓母線可采用雙母線或雙母線分段的接線方式。

為了限制短路電流，可在母線分段回路中安裝電抗器。如不滿足要求，可在發(fā)電機或主變壓器回路中裝設(shè)分裂電抗器，也可在直配線上安裝電抗器。

3.2主接線的接線方式選擇

發(fā)電廠主接線應(yīng)滿足的要求：運行靈活、方便，可靠性高。根據(jù)以上的要求擬定3個方案：一臺半斷路器接線、雙母線接線和雙母線帶旁路母線接線。方案I的結(jié)線圖：

3.2.1方案一：一臺半斷路器接線

一臺半斷路器接線：一臺半斷路器接又稱3/2接線，如圖3-1所示，即每2條回路共用3臺短路器，每串的中間的斷路器為聯(lián)絡(luò)斷路器。正常運行時，兩組母線和所有斷路器都投入工作，形成多環(huán)狀供電，因此，具有較高的可靠性和靈活性。

圖3-1一臺半斷路器接線

（1）此種主接線連接方式的優(yōu)點是：

1）任何母線故障或檢修（所有接與該母線上的斷路器斷開），均不至于停電。13

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2）當同名元件接于不同串，即同一串中有一回出線、一回電源時，在兩組母線同時故障或一組檢修另一組故障的極端情況下，功率仍能經(jīng)聯(lián)絡(luò)斷路器繼續(xù)傳送。

3）除了聯(lián)絡(luò)斷路器內(nèi)部故障時（同串中的兩側(cè)斷路器將自動跳閘）與其相連的兩回路短時停電外，聯(lián)絡(luò)斷路器外部故障或其他任何斷路器故障最多停一個回路。

4）任一斷路器檢修都不會停電，而且可同時檢修多臺斷路器。

5）運行調(diào)度靈活，操作、檢修方便，隔離開關(guān)僅作為檢修時隔離電器。

（2）此種主接線連接方式的缺點是：

1）這種接線要求電源和出線數(shù)目最好相同；為提高可靠要求同名回路接在不同串上對特別重要的同名回路，要考慮“交替布置”即同名回路分別接入不同母線，以提高運行的可靠性。而由于配電裝置結(jié)構(gòu)的特點，要求每對回路中的變壓器和出線向不同方向引出，這將增加配電裝置的間隔，限制這種接線的應(yīng)用。

2）與雙母線帶旁路比較，這種接線所用斷路器、電流互感器多，投資大。

3）正常操作時聯(lián)絡(luò)斷路器動作次數(shù)是其兩側(cè)斷路器的2倍；一個回路故障時要跳兩臺斷路器，斷路器動作頻繁檢修次數(shù)增多。

4）二次控制接線和繼電保護都較復(fù)雜。

（3）一臺半斷路器的適用范圍

一臺半斷路接線用于大型電廠和變電所220kv及以上、進出線回路6回及以上的高壓、超高壓配電裝置中。

3.2.2方案二：一般雙母線接線

所謂雙母線接線是指有兩組工作母線的接線。每個回路都經(jīng)過一臺斷路器和兩臺母線隔離開關(guān)分別與兩組母線連接，其中一臺隔離開關(guān)閉合，另一臺隔離開關(guān)斷開；兩母線之間這母線聯(lián)絡(luò)斷路器（簡稱母聯(lián)斷路器）連接。因為有兩組母線，所以使運行的可靠性和靈活性大為提高。

一般雙母線接線，如圖3-2所示。一般在正常運行時，母線斷路器及其兩側(cè)隔離開關(guān)合上，兩組母線并列工作，線路、電源，均分在兩組上，以固定連接方式運行。

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圖3-2一般雙母線接線

（1）此種主接線連接方式的優(yōu)點是：

1）供電可靠。供電可靠表現(xiàn)在：

a.檢修任一母線時，可以利用母聯(lián)把該母線上的全部回路倒換到另一組母線上，會中斷供電。這是在進、出線帶負荷的情況一倒換操作，俗稱“熱倒”，對各回路的母線隔離開關(guān)是“先合后拉”

b.檢修任一回路的母線隔離開關(guān)時，只需停該回路及與該隔離開關(guān)相連的母線。

c.任一母線故障時，可將所有連于該母線上的線路和電源倒換到正常母線上，使裝置迅速恢復(fù)工作。這是在故障母線的進、出線沒有負荷的情況下倒換操作，俗稱“冷倒”，對各回路的母線隔離開關(guān)是“先拉后合”，否則故障會轉(zhuǎn)移到正常母線上。

2）運行方式靈活：

a.兩組母線并列運行方式（如上述，相當于單母分段運行）;

b.兩組母線分裂運行方式（母聯(lián)斷路器）斷開；

c.一組母線工作，另一組母線備用的運行方式（相當于單母線運行）多采用第一種方式，因母線故障時可縮小停電范圍，且兩組母線的負荷可以調(diào)配。母聯(lián)斷路器的作用是：當采用第一、二種運行方式倒母線時使母線隔離開關(guān)兩側(cè)等電位；當采用第三種運行方式時，用于在倒母線操作時檢查備用母線是否完好。

3）擴建方便，可向母線的任一端擴建

4）可以完成一些特殊功能。例如，必要時可利用母聯(lián)斷路器與系統(tǒng)并列或解列；當某個回路需要獨立工作或進行試驗時，可將該回路單獨接到一組母線上進行；當線路需要利用短路方式熔冰時亦可騰出一組母線作為熔冰母線，不致影響其他回路；當任一斷路器有故障而拒絕動作或不允許操作時，可該回路單獨接于一組母線上然后，用母聯(lián)斷路器代替其斷開電路。

（2）此種主接線連接方式的缺點是：

1）在母線檢修或故障時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，操作復(fù)雜，容易發(fā)

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生誤操作。

2）當一組母線故障時仍短時停電，影響范圍較大。

3）檢修任一回路的斷路器，該回路仍停電。

4）雙母線存在全停的可能，如母聯(lián)斷路器故障（短路）或一組母線檢修而另一組母線故障（或出線故障而其斷路器拒動）

5）設(shè)備多（特別是隔離開關(guān)），配電裝置復(fù)雜。

（3）一般雙母線接線的適用范圍

當母線上的出線回路數(shù)或電源數(shù)較多、輸送和穿越功率較大、母線或設(shè)備檢修時不允許對用戶停電、母線故障時要求迅速恢復(fù)供電、系統(tǒng)運行調(diào)度對接線的靈活性有一定要求時一般采用雙母線接線。

1）6——10kv配電裝置，當短路電流較大、出線需帶電抗器時。

2）35——63kv配電裝置，當出線回路數(shù)超過8回或連接電源較多、負荷較大時。

3）110——220kv配電裝置，當出線回路數(shù)為5回及以上或該配電裝置在系統(tǒng)中居重要地位、出線回路數(shù)為4回路以上時。

3.2.3方案三：雙母線帶旁路接線

雙母線是我國最常用的主接線型式，600MW汽輪機發(fā)電機組發(fā)電廠在分期建設(shè)的一期工程階段（一般為2臺600MW機組）可采用雙母線帶旁路接線。如圖3-3所示

圖3-3雙母線帶旁路接線

（1）此種接線方式的優(yōu)點是：

1）母線可以輪流檢修而不致使供電中斷。當一組母線檢修時可將該母線上的電源和負荷切換到另一組母線上運行。

2）雙母線通常采用單母線分段運行。如遇到一組母線故障影響一半左右的16

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電源和負荷停電，而且可將故障母線上的負荷和電源倒向正常母線上運行，能迅速恢復(fù)供電。

3）調(diào)度靈活，電源和負荷可以任意在一組母線上運行，并可根據(jù)潮流變化或其他要求改變運行方式。

4）擴建方便，雙母線可以向左右任意一個方向擴建出線且擴建時不影響供電。

5）便于試驗，當需要時可以空出一組母線供母線或出線試驗而不影響供電，還可將母聯(lián)斷路器與被試驗斷路器串聯(lián)運行，形成雙重保護，以保證試驗時的安全。此外，當進出線斷路器出現(xiàn)異常（如不能操作）時，也可以采用上述串聯(lián)運行方式將線路停下。

6）由于設(shè)有旁路母線，出線斷路器需要檢修時可用旁路代替，而線路可不停電。

7）雙母線在我國具有豐富的運行和檢修經(jīng)驗。

8）雙母線進出線斷路器與保護為一對一方式，故保護方式比較簡單。由于發(fā)電機——變壓器組只有一臺斷路器，故可在單元控制室控制，有利于單元機組、電、爐之間協(xié)調(diào)配合。

9）布置清晰，便于運行人員記憶和操作。

（2）此種接線方式的缺點是：

1）在改變運行方式時，母線隔離開關(guān)作為操作電器操作，而倒閘操作比較復(fù)雜，因而易造成誤操作。

2）雙母線存在全停的可能，如母聯(lián)斷路器故障（短路）或一組母線檢修而另一組母線故障（或出線故障斷路器拒動）。

（3）適用范圍

1）6——63KV配電裝置，一般不設(shè)置旁路母線;

2）110——220KV配電裝置，設(shè)置旁路母線的原則與分段母線相同；

3）110——220KV配電裝置在下列情況下，可以采用投簡易的旁路隔離開關(guān)代替母線。a.配電裝置為屋內(nèi)型，需要節(jié)約建筑面積、降低土建造價時；b.最終出線回路數(shù)較少，而線路又不允許停電檢修時。

3.2.4三種設(shè)計方案的比較

（1）500kv側(cè)用一臺半斷路器接線好，滿足可靠性，靈活性，但為提高可靠性要求同名回路接在不同串上對特別重要的同名回路，要考慮“交替布置”即同名回路分別接入不同母線，以提高運行的可靠性。一個回路故障時要跳兩臺斷路器，斷路器動作頻繁檢修次數(shù)增多,增加檢修費用。而由于配電裝置結(jié)構(gòu)的特點，要求每對回路中的變壓器和出線向不同方向引出，這將增加配電裝置的間隔，限制這種接線的應(yīng)用，最重要的是這種接線要求電源和出線數(shù)目最好相同，而我們設(shè)計的要求電源與出線數(shù)不同，所以不宜選用一臺半斷路器。

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（2）當選用雙母帶旁路接線時，可靠性高，調(diào)度更靈活，另外，在雙母旁路接線中當一組母線檢修時可將該母線上的電源和負荷切換到另一組母線上運行。如遇到一組母線故障影響一半左右的電源和負荷停電，而且可將故障母線上的負荷和電源倒向正常母線上運行，能迅速恢復(fù)供電,滿足供電可靠性要求。此外，發(fā)電機——變壓器組只有一臺斷路器，故可在單元控制室控制，有利于單元機組、電、爐之間協(xié)調(diào)配合。雙母線可以向左右任意一個方向擴建出線且擴建時不影響供電。

（3）雙母線帶接線和到旁路的相比雖然少了幾臺斷路器和隔離開關(guān)，但是降低了供電的可靠性和靈活性，換來的經(jīng)濟性遠遠不能抵消供電的可靠性。因此經(jīng)過各種考慮比較后，選用雙母帶旁路接線方式。

4短路電流的計算

所謂短路電流，是指電力系統(tǒng)在運行中相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時流過的電流。其值可遠遠大于額定電流，并取決于短路點距電源的電氣距離。例如，在發(fā)電機端發(fā)生短路時，流過發(fā)電機的短路電流最大瞬時值可達額定電流的10～15倍。大容量電力系統(tǒng)中，短路電流可達數(shù)萬安，這會對電力系統(tǒng)的正常運行造成嚴重影響和后果。所以對短路電流的設(shè)計是重中之重。

短路電流計算的目的是：

（1）電氣主接線比選；

（2）選擇導(dǎo)體和電器；

（3）確定中性點接地方式；

（4）計算軟導(dǎo)線的短路搖擺；

（5）確定分裂導(dǎo)線間隔棒的間距。

（6）演算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓。

（7）選擇繼電保護裝置和進行整定計算。

4.1.電力系統(tǒng)短路電流計算的條件

4.1.1基本假設(shè)

（1）正常工作時，三項系統(tǒng)對稱運行。

（2）所有電流的電功勢相位角相同。

（3）電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷下運行。

（4）短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。

18

沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計

（5）不考慮短路點的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外，元件的電阻略去不計。

（6）不考慮短路點的電流阻抗和變壓器的勵磁電流。

（7）元件的技術(shù)參數(shù)均取額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍。

（8）輸電線路的電容略去不計。

4.1.2一般規(guī)定

（1）驗算導(dǎo)體的電器動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按本工程設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)遠景的發(fā)展計劃。

（2）選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電器連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流影響。

（3）選擇導(dǎo)體和電器時，對不帶電抗回路的計算短路點，應(yīng)選擇在正常接線方式時短路電流最大地點。

（4）導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和以及電器的開斷電流，一般按三相短路計算。

4.1.3限流措施

電力系統(tǒng)可以采用的限流措施是：

（1）提高電力系統(tǒng)的電壓等級。

（2）直流輸電。

（3）在電力系統(tǒng)的主網(wǎng)加強聯(lián)系后，將次級電網(wǎng)加強聯(lián)系后，將次級電網(wǎng)解環(huán)運行。

（4）在允許范圍內(nèi)，增大系統(tǒng)的零序阻抗，例如采用不帶第三繞組或第三繞組為Y接線的全星型自耦變壓器、減少變壓器的接地點等。

發(fā)電廠和變電所中可以采取的限流措施：

（1）

（2）（3）

（4）采用低壓側(cè)為分裂繞組的變壓器，出線上裝設(shè)電抗器。

4.22×600MW機組短路電流的計算

4.2.1短路電流計算的意義

在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路，兩相短路，兩相接地短路和單相接地短路。其中，三相短路是對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行時一樣仍處于對稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對稱短路。

19

沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計

電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。但三相短路雖然很少發(fā)生，其情況較嚴重，應(yīng)給以足夠的重視。因此，我們都采用三相短路來計算短路電流，并檢驗電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。

4.2.2短路電流計算的步驟

短路電流計算步驟如下：

（1）選擇短路點；

（2）畫出等值網(wǎng)絡(luò)（次暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)）圖；

（3）化簡等值網(wǎng)絡(luò)圖，計算各電源與短路點之間的電抗即轉(zhuǎn)移電抗Xnd；

（4）求計算電抗Xjs;

（5）由計算電抗值從適當?shù)倪\算曲線中查出各電源供給的短路電流周期分量標幺值（運算曲線只作到Xjs＝3）

（6）計算無限大容量（Xjs≥3）的電源供給的短路電流周期分量；

（7）計算短路電流周期分量有名值和短路容量；

（8）計算短路電流沖擊值；

（9）計算異步電動機供給的短路電流；

（10）繪制短路電流計算結(jié)果表。

4.2.3選取短路計算點

對于同一電壓等級且在同一發(fā)電廠或變電所內(nèi)的一次設(shè)備的選型基本一致，且技術(shù)參數(shù)、性能也基本相同。因而選取產(chǎn)生短路電流最大的短路點計算的短路電流，基本上均能滿足同一電壓等級的主設(shè)備的選型、校驗。

在正常接線方式時，一般選取通過電氣設(shè)備處于最嚴重短路電流狀態(tài)的短路點為短路計算點，具體如下：

（1）對于負荷部分，選出線端（電抗器后）為短路點，可用于選擇出線斷路器和出線電抗器；

（2）對于發(fā)電機電壓等級，選發(fā)電機出口母線為短路點，可用于選擇發(fā)電機出口斷路器和出口母線、主變壓器低壓側(cè)斷路器、隔離開關(guān)和導(dǎo)體、分段斷路器和分段電抗器、母聯(lián)電抗器；

（3）對于升高電壓等級，選該電壓等級母線為短路點，可用于選擇該電壓等級所有的斷路器、隔離開關(guān)、互感器和母線；

4.2.4短路電流的計算結(jié)果

20

沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計

本次設(shè)計線路電壓采用平均額定電壓，4個短路點也已確定，且均為最嚴

圖4-1

k1～k點三相短路電流計算結(jié)果

4

表4-1

5電氣設(shè)備的選擇

導(dǎo)體和電器的選擇是變電所設(shè)計的主要內(nèi)容之一，正確地選擇設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟的重要條件。在進行設(shè)備選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設(shè)備。

電氣設(shè)備的選擇同時必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策，并應(yīng)做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠、運行方便和適當?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安

21

沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計

全經(jīng)濟運行的需要。

電氣設(shè)備要能可靠的工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定后選擇的高壓電器，應(yīng)能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。

5.1電器選擇的一般要求

5.1.1一般原則

（1）應(yīng)滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展的需要；

（2）應(yīng)按當?shù)丨h(huán)境條件校核；

（3）應(yīng)力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理；

（4）選擇導(dǎo)體時應(yīng)盡量減少品種；

（5）擴建工程應(yīng)盡量使新老電器的型號一致；

（6）選用的新品，均應(yīng)具有可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。

5.1.2技術(shù)條件

（1）按正常工作條件選擇導(dǎo)體和電氣

1）電壓：

所選電器和電纜允許最高工作電壓Vymax不得低于回路所接電網(wǎng)的最高運行電壓Vgmax

即：Vymax≥Vgmax（5-1）

一般電纜和電器允許的最高工作電壓，當額定電壓在500KV及時，設(shè)備最高電壓為550KV。

2）電流

導(dǎo)體和電器的額定電流是指在額定周圍環(huán)境溫度Q0下，導(dǎo)體和電器的長期

允許電流Iy應(yīng)不小于該回路的最大持續(xù)工作電流Igmax

即：Iy≥Igmax（5-2）

由于變壓器在電壓降低5%時，出力保持不變，即Igmax=1.05Ie（Ie為電器額定電流）。

3）按當?shù)丨h(huán)境條件校核

當周圍環(huán)境溫度Q0和導(dǎo)體額定環(huán)境溫度Q不等時，其長期允許電流IyQ可

按下式修正θy-θIyQ=Iy=KIy（5-3）θy-θ。

基中K—修正系數(shù)

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Qy—導(dǎo)體或電氣設(shè)備正常發(fā)熱允許最高溫度

我國目前生產(chǎn)的電氣設(shè)備的額定環(huán)境溫度Q。=40℃，裸導(dǎo)體的額定環(huán)境溫度為25℃。

（2）按短路情況校驗

電器在選定后應(yīng)按最大可能通過的短路電流進行動、熱穩(wěn)定校驗，一般校驗取三相短路時的短路電流，如用熔斷器保護的電器可不驗算熱穩(wěn)定。當熔斷器有限流作用時，可不驗算動穩(wěn)定，用熔斷器保護的電壓互感器回路，可不驗算動、熱穩(wěn)定。

1）短路熱穩(wěn)定校驗

≤Qr

滿足熱穩(wěn)定條件為（5-4）It2tdz≤Ir2t

Qk—短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)；

Qr—短路時導(dǎo)體和電器允許的熱效應(yīng)；

It—t秒內(nèi)允許通過的短時熱電流；

驗算熱穩(wěn)定所用的計算時間：tdz=tb+toL（5-5）tb—斷電保護動作時間

110KV以下導(dǎo)體和電纜一般采用主保護時間

110KV以上導(dǎo)體電器和充油電纜采用后備保護動作時間

toL—相應(yīng)斷路器的全開斷時間

2）短路的動穩(wěn)定校驗

滿足動穩(wěn)定條件為：

ies≥ish（KA）（5-6）

ish-短路沖擊直流幅值，KA。

式中ies-電器允許通過的動穩(wěn)定電流（或稱極限通過電流）幅值；

5.2斷路器的選擇

發(fā)電廠中，高壓斷路器是重要的電氣設(shè)備之一，它具有完善的滅弧性能，正常運行時，用來接通和開斷負荷電流，在某廠電氣主接線中，還擔任改變主接線的運行方式的任務(wù)，故障時，斷路器通常與繼電保護的配合使用，斷開短路電流，切除故障線路，保證非故障線路的正常供電及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

高壓斷路器應(yīng)根據(jù)斷路器安裝地點，環(huán)境和使用技術(shù)條件等要求選擇其種類及型式，由于真空斷路器、SF6斷路器比少油斷路器可靠性更好，維護工作量更少，滅弧性能更高，目前得到普遍推廣。

23

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5.2.1參數(shù)的選擇

（1）按開斷電流選擇

高壓斷路器的額定開斷電流Iekd應(yīng)不小于其觸頭開始分離瞬間（td）的短路電流的有效值Ie(td)

即：Iekd≥Iz（KA）（5-7）Iekd—高壓斷路器額定開斷電流（KA）；

Iz—短路電流的有效值（KA）；

（2）短路關(guān)合電流的選擇

在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中，觸頭間在未接觸時即有巨大的短路電流通過（預(yù)擊穿），更易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動力的損壞，且斷路器在關(guān)合短路電流時，不可避免地接通后又自動跳閘，此時要求能切斷短路電流，為了保證斷路器在關(guān)合短路時的安全，斷路器額定關(guān)合電流ieg不應(yīng)小于短路電流最大沖擊值。

即：ieg≥icj或idw≥icj（5-8）ieg—斷路器額定關(guān)合電流

idw—額定動穩(wěn)定電流

icj—短路沖擊電流

（3）關(guān)于開合時間的選擇

根據(jù)原始資料中瞬時動作主保護和后備保護動作時間為0.3秒。

5.2.2具體選擇方法

具體選擇：

（1）500KV母線側(cè)

1）額定電壓選擇：Vmax≥Vg=500kv

2）額定電流選擇：Ie≥Igmax

考慮到變壓器在電壓降低5%時其出力保持不變，所以相應(yīng)回路的Igmax=1.05Ie即：1.052SN1.052729Igmax===1.72KA（5-9）500VN

3）按開斷電流選擇：Inbr≥I″=7.106KA（5-10）根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇LW6-500（H）型高壓斷路器。其參數(shù)如下：

額定電壓：500kv最高工作電壓：550KV

額定短路開斷電流Iekd=50,40kA額定峰值耐受電流：125,100KA

額定電流IN=3150A全分閘時間=0.028s4S熱穩(wěn)定電流40kA

4）校驗熱穩(wěn)定，取后備保護為0.3s，全分閘時間為0.028s

tk=0.3+0.028

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Qk=k(I+10I+I)=0.027×(50.5+32.45+33)=3.13(KA)S

Ktk12

''2

22

2

2

Qr=402×4=6400(KA)2S

即Qr>Qk滿足要求。5）檢驗動穩(wěn)定

短路的沖擊電流18.12KA<額定峰值耐受電流125，100kv

由以上校核可知，選用LW6-500（H）斷路器合適。其市場售價為820萬元

表5-1由上述數(shù)據(jù)選LW6-500（H）斷路器合適。

（2）高廠變出口處6KV側(cè)

1)額定電壓選擇：Vmax≥Vg=6kv(5-11)2)額定電流選擇：Ie≥Igmax(5-12)考慮到變壓器在電壓降低5%時其出力保持不變，所以相應(yīng)回路的Igmax=1.05Ie即：

1.05SN1.0536

Igmax===3.64KA(5-13)

6VN

1.0521.7

實際上最多用到的只有：Imax==2.56KA

0.8563)按開斷電流選擇：Inbr≥I″=23.739KA(5-14)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇SN3-10斷路器，其參數(shù)為：

額定工作電壓10KV額定電流3000A額定開斷電流29KA額定關(guān)合電流75KA熱穩(wěn)定電流（1s）53.5KA全分閘時間為0.64s4)檢驗熱穩(wěn)定取后備保護為3stk=0.3+0.64=0.94s

''2

Qk=k(I+10I+I)=0.078×(563.5×3)=131.87(KA)2S(5-15)

tKtk12

2

2

2

Qr=53.52×1=2862.05(KA)2S

即Qr>Qk滿足要求。5)檢驗動穩(wěn)定：

ich=60.535KA<idw＝75KA滿足要求

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由以上計算表明選擇SN3-10斷路器能滿足要求，列出下表

表5-2

由以上計算表明選擇SN3-10斷路器能滿足要求

5.3隔離開關(guān)的選擇

隔離開關(guān)，配制在主接線上時，保證了線路及設(shè)備檢修形成明顯的斷口，與帶電部分隔離，由于隔離開關(guān)沒有滅弧裝置及開斷能力低，所以操作隔離開關(guān)時，必須遵循倒閘操作順序。

隔離開關(guān)的配置：

(1)斷路器的兩側(cè)均應(yīng)配置隔離開關(guān)，以便在斷路器檢修時形成明顯的斷口，與電源側(cè)隔離；

(2)中性點直接接地的普通型變壓器均應(yīng)通過隔離開關(guān)接地；(3)接在母線上的避雷器和電壓互感器宜合用一組隔離開關(guān)，為了保證電器和母線的檢修安全，每段母上宜裝設(shè)1—2組接地刀閘或接地器。63KV及以上斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)和線路的隔離開關(guān)，宜裝設(shè)接地刀閘。應(yīng)盡量選用一側(cè)或兩側(cè)帶接地刀閘的隔離開關(guān)；

(4)按在變壓器引出線或中性點上的避雷器可不裝設(shè)隔離開關(guān)；

(5)當饋電線的用戶側(cè)設(shè)有電源時，斷路器通往用戶的那一側(cè)，可以不裝設(shè)隔離開關(guān)，但如費用不大，為了防止雷電產(chǎn)生的過電壓，也可以裝設(shè)。隔離開關(guān)的選擇方法與斷路器相同，但隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，不承擔接通和斷開負荷電流和短路電流的任務(wù)，因此，不需校驗額定開斷電流和關(guān)合電流。具體選擇如下：

(1)500KV側(cè)

1)種類和形式的選擇

屋外雙柱式電動隔離開關(guān)。2)按額定電壓選擇即UNUNS=500KV

3)額定電流的選擇

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即IalImax=1.052SN3VN=1.0527293500=1.72KA(5-16)至此，選用型號GW10-500DW,其基本參數(shù)為：額定電壓：500KV；

最高電壓：550KV；額定電流：3150A；動穩(wěn)定電流:125KA；

3s熱穩(wěn)定電流：50KA；

4)熱穩(wěn)定校驗

應(yīng)滿足IttQ(5-17)2k

即50×50×3=7500k(I+10I+I)=0.027×(50.5+32.45+33)=3.13(KA)2SKtk12''222

2

滿足條件。

5)動穩(wěn)態(tài)校驗

動穩(wěn)態(tài)應(yīng)滿足式iesish即12512.75

滿足條件

(2)6KV側(cè)

1)種類和形式的選擇

屋外雙柱式電動隔離開關(guān)。

2)按額定電壓選擇即

UNUNS=6KV

3)額定電流的選擇

1.05SN1.0536即Igmax===3.64KA6VN

至此，選用型號GN19-10XQ其基本參數(shù)為：額定電壓：10KV；額定電流：1000A；動穩(wěn)定電流:80KA；4s熱穩(wěn)定電流：31.5KA；

4)熱穩(wěn)定校驗

應(yīng)滿足IttQ(5-18)2k

即31.5×31.5×4=3969k(I+10I+I)=0.078×(563.5×3)=131.87(KA)2SKtk12''222

2

滿足條件

5）動穩(wěn)態(tài)校驗

動穩(wěn)態(tài)應(yīng)滿足式iesish即8061.38

滿足條件。

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5.4電壓互感器、電流互感器參數(shù)計算與選擇

互感器包括電壓互感器和電流互感器，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)元件，用以分別向測量儀表、繼電器的電壓線圈和電流線圈供電，正確反映電氣設(shè)備的正常運行和故障情況，其作用有：

（1）將一次回路的高電壓和電流變?yōu)槎位芈窐藴实牡碗妷汉托‰娏?，使測量儀表和保護裝置標準化、小型化，并使其結(jié)構(gòu)輕巧、價格便宜，便于屏內(nèi)安裝。

（2）使二次設(shè)備與高電壓部分隔離，且互感器二次側(cè)均接地，從而保證了設(shè)備和人身的安全。

電流互感器的特點：

（1）一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，故一次繞組中的電流完全取決于被測量電路的負荷，而與二次電流大小無關(guān)；

（2）電流互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運行。

電壓互感器的特點：

1）容量很小，類似于一臺小容量變壓器，但結(jié)構(gòu)上需要有較高的安全系數(shù)；

2）二次側(cè)所接測量儀表和繼電器電壓線圈阻抗很大，互感器近似于空載狀態(tài)運行，即開路狀態(tài)。

互感器的配置：

1）為滿足測量和保護裝置的需要，在變壓器、出線、母線分段及所有斷路器回路中均裝設(shè)電流互感器；

2）