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《發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計》說明書

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課程設(shè)計任務(wù)書(3#)

大型火電廠電氣設(shè)計

一、原始資料

發(fā)電廠情況：凝汽式大型火電廠。汽輪發(fā)電機組600MWX2臺，機端電

壓20kV,300MWx2臺，機端電壓10.5kV,功率因數(shù)cos溶0.85,廠用

電率5%,年運行時間片8000h,年最大負荷利用小時數(shù)以=6000k

故障計算時間TH).6s。

電力系統(tǒng)情況：通過2回500kV架空線與15000MVA的系統(tǒng)1交換功率

800MW?900MW，cos(^0.9,7^=5500h,系統(tǒng)在500kV母線處的等值

短路阻抗為2.0(基值為15000用小)；通過4回220kV架空線與8000MVA

的系統(tǒng)2交換功率400MW?500MW,cos產(chǎn)0.9,7^=5500h,系統(tǒng)在220kV

母線處的等值短路阻抗為2.5(基值為8000MVA)。剩余功率通過4條

UOkV線路供給負荷,cosk0.9。

二、設(shè)計任務(wù)

1.電氣主接線及廠用高壓接線設(shè)計；

2.短路電流計算；

3.主要電氣設(shè)備選擇；

4.繪制主接線圖。

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摘要

當今，電能己應(yīng)用到人民生產(chǎn)生活中的各個領(lǐng)域，成為了國家建設(shè)、國民經(jīng)

濟發(fā)展和人民生產(chǎn)生活不可或缺的主要能源之一。電能生產(chǎn)與消費主要由發(fā)電、

變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成。在我國電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，火電設(shè)備容量占

總裝機容量的75%左右，尤其在牛二五'規(guī)劃出臺后，大型火電廠興建與投入運

行、關(guān)停整并中小火電廠已成為火電發(fā)展的總體趨勢。

電氣主接線是發(fā)電廠電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。

主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠本身的運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性,

電氣設(shè)備選擇、廠用電的設(shè)計、配電裝置選擇及繼電保護和控制方式的擬定有較

大的影響。本文對裝設(shè)有2臺600MW和2臺300MW的凝汽式發(fā)電機組的大型火電

廠的一次部分進行初步設(shè)計探討，包括電氣主接線的形式的比較、選擇；主變壓

器及聯(lián)絡(luò)變壓器容量計算、臺數(shù)和型號的選擇；短路電流計算和高壓電氣設(shè)備的

選擇與校驗等，使該大型火電廠的一次部分具有可能性、靈活性，經(jīng)濟性的特點，

并且能夠滿足工程建設(shè)規(guī)模要求，且能夠適應(yīng)未來5~10年電力系統(tǒng)的發(fā)展要求

及趨勢。

關(guān)鍵詞：火電廠；主接線；主體設(shè)備

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目錄

緒論.................................................1

第一章電氣主接線的設(shè)計..........................2

1.1電氣主接線概述................................2

1.2各電壓等級系統(tǒng)主接線方案的草擬...............3

1.3對草擬方案的比較和初選........................8

第二章方案經(jīng)濟性的比較.........................11

2.1經(jīng)濟計算方法.................................11

2.2備選方案的經(jīng)濟性比較.........................13

第三章短路電流的計算...........................16

3.1短路電流計算的規(guī)則...........................16

3.2本方案中短路電流的計算.......................18

第四章主體設(shè)備的選擇...........................26

4.1主體設(shè)備選擇的一般條件.......................26

4.2本方案中主體設(shè)備的選定.......................27

參考文獻............................................47

附錄................................................48

致謝

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緒論

能源(energysource)是人類賴以生存的基礎(chǔ)，而對于電能(electrical

energy)的開發(fā)和應(yīng)用，則是人類征服自然過程中取得的具有劃時代意義的光輝

成就。當今，電能已成為現(xiàn)代國民經(jīng)濟生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)研究以及人民生活等各個

領(lǐng)域廣泛應(yīng)用且小可或缺的重要能源。電能之所以獲得廣泛應(yīng)用，是因為它具有

易于生產(chǎn)、便于傳輸、使用方便、利用率高和污染低的特點。

火力發(fā)電廠(簡稱火電廠，thermalpowerplant),即通過將煤、石油或天

然氣等燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為動能帶動發(fā)電機(alternator)發(fā)電的電廠，是

我國目前的主力發(fā)電廠，對國民經(jīng)濟發(fā)展起到至關(guān)重要的作用(李林川等，2011)o

據(jù)統(tǒng)計資料顯示,2013年1~5月，中國累計火力發(fā)電量總計達11.66587x1宿kkh,

僅5月當月，我國火力發(fā)電量為13.2564x10耳kWh,

在各類發(fā)電廠中，火電廠布局靈活，裝機容置的大小可按需要決定，一次性

建造投資少，單位容量的投資僅為同容量水電廠的一半左右，建造工期短，發(fā)電

設(shè)備年利用小時數(shù)較高。為響應(yīng)牛二五規(guī)劃及中共十八大建設(shè)生態(tài)文明的號召，

我國正在積極貫徹火電廠上大壓小'的政策，著力建設(shè)大型火電廠，關(guān)停、整并

中小火電廠。因此，本文將就大型火電廠的設(shè)計進行電氣部分初步設(shè)計方案的探

討。

數(shù)據(jù)來源：中國報告大廳.2013年火力發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀分析.hup://.

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第一章電氣主接線的設(shè)計

1.1電氣主接線概述

電氣主接線(mainelectricalconnectionscheme)是由高壓電氣設(shè)備通過

連接線按功能要求組成的接受和分配電能的電路，又稱一次接線或電氣主系統(tǒng),

是發(fā)電J電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成甩力系統(tǒng)(electricpowersystem)的

重要環(huán)節(jié)。電氣主接線代表了發(fā)電廠電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

的重要組成部分。因此，電氣主接線的設(shè)計需要滿足以下幾個方面的技術(shù)指標要

求：

(1)可靠性(reliability)。安全可靠是電力生產(chǎn)和供應(yīng)的首要任務(wù)，保證系

統(tǒng)供電可靠是電氣主接線的基本要求。在系統(tǒng)運行過程中，對不同地位、不同類

型發(fā)電廠電氣主接線的可靠性要求是不同的。因此，在分析電氣主接線可靠性時,

要考慮發(fā)電廠在系統(tǒng)中的地位和作用，供電用戶的負荷性質(zhì)和類別、設(shè)備制造水

平及運行經(jīng)驗等諸多因素。

(2)靈活性(flexibility)。電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)系統(tǒng)各種運行狀態(tài)，并能靈

活轉(zhuǎn)換運行方式。一般而言，電氣主接線的靈活性與可靠性相輔相成，對電氣主

接線設(shè)計的靈活性具有操作方便、調(diào)度靈活、便于擴建等要求。

(3)經(jīng)濟性(econo門icefficiency)。電氣主接線的設(shè)計在滿足可靠性、靈活

性要求的前提下要做到經(jīng)濟合理，一般要考慮投費、占地面積、電能損失等方面。

(李林川等,2011)

1.1.1電氣主接線的設(shè)計原則

電氣主接線設(shè)計遵循的總原則：①符合設(shè)計任務(wù)書的要求;②符合有關(guān)方針、

政策和技術(shù)規(guī)范、規(guī)程:③結(jié)合具體工程特點，設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟合理的電氣主接線。

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一般應(yīng)考慮下列情況:

(1)明確發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和作用；

(2)確定主體設(shè)備的運行方式；

(3)確定電壓等級及接入系統(tǒng)方式；

(4)考慮發(fā)電廠的最終規(guī)模(一般以5~10年的電力系統(tǒng)遠景規(guī)劃進行設(shè)計)。

(李林川等,2011)

1.1.2電氣主接線的設(shè)計步驟

電氣主接線的設(shè)計，一般可以分為如下步驟：

(1)擬定可行的主接線方案，初選幾個技術(shù)上較好的方案；

(2)對初選方案進行經(jīng)濟計算，選擇出經(jīng)濟上的最佳方案；

(3)對所選方案進行全面的技術(shù)、經(jīng)濟比較，確定最優(yōu)主接線方案；

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(4)電氣主接線可靠性計算;

(5)繪制電氣主接線圖。(黃純?nèi)A，1987)

1.2各電壓等級系統(tǒng)主接線方案的草擬

1.2.1原始資料分析

按照《課程設(shè)計任務(wù)書(3#)》的要求，本方案所需設(shè)計的發(fā)甩廠為大型凝汽

式火電廠，主機采用4臺凝汽式汽輪機(CondensingSteamTurbine),設(shè)計總裝

機容量(designtotalinstalledcapacity)為12x600+2x300=180011隊最大

單機容量(maximumsingle-machinecapacity)為600MW,具有大型容量的規(guī)模、

大型機的特點。經(jīng)計算，該電廠全部機組投入運行后，約占電力系統(tǒng)總?cè)萘康?/p>

7.83%。因此該廠在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位至關(guān)重要。

該火電廠年運行時間(annualruntimc)^=8000h,年最大負荷利用小時數(shù)

Kax=6000h,在電力系統(tǒng)中將主要承擔基荷(baseloadunit),因此，該廠電氣

主接線設(shè)計要求有較高的可靠性。從負荷特點及電壓等級(voltageclass)可知，

該廠具有5()()kV和220kV兩級電壓負荷以及110kV剩余功率系統(tǒng)。500kV具有2

回架空線路(aerialconductor)最大的輸送功率為900MW，年最大負荷利用小

時數(shù)R「5500h,說明對其可靠性要求較高。220kV電壓等級有4回架空線路，

最大輸送功率為500MV/,年最大負荷利用小時數(shù)兀x=5500h,對其可靠性亦有一

定的要求。

因此，本方案的設(shè)計應(yīng)首要考慮滿足可靠性要求。在滿足可靠性要求的前提

下，也應(yīng)具有一定的經(jīng)濟性。另外，在設(shè)計時，我們需要同時考慮該電廠遠景(一

般為5?1()年)的發(fā)展規(guī)劃，電氣主接線設(shè)計應(yīng)考慮方便擴建。

1.2.2方案草擬

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1.方案一

如圖1-2-1所示，在方案一中，500kV系統(tǒng)采用一臺半斷路器(breaker)接

線，220kV系統(tǒng)采用雙母線(bus)分段方式接線，廠用電接線從發(fā)電機升壓變壓

器(transformer)的低壓側(cè)引出。

2.方案二

如圖1-2-2所示，在方案二中，5()()kV系統(tǒng)采用一臺半斷路器接線方式以保

證其擁有很高的可靠性,220kV系統(tǒng)采用雙母線(doublebus)帶旁路(bypass)

接線方式，使得220kV母線在檢修過程中能保證正常供電，可靠性較高。HOkV

系統(tǒng)采用雙母線接線方式，調(diào)度靈活，供電可靠。

3.方案三

如圖1-2-3所示，在方案三中，500kV系統(tǒng)采用一臺半斷路器接線，220kV

系統(tǒng)采用雙母線接線方式，HOkV系統(tǒng)采用單母線分段接線。

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4.方案四

如圖1-2-4所示，在方案四中，500kV系統(tǒng)采用一臺半斷路器接線，220kV

系統(tǒng)采用雙母線分段帶旁路方式接線，110kV系統(tǒng)采用雙母線接線方式。

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圖1-2-1方案一電氣主接線圖

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220k￥

500kV

圖l-2?3方案三電氣主接線圖

110kV

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1.3對草擬方案的比較和初選

在上述I四個方案中，500kV系統(tǒng)均采用一臺半斷路器接線方式，每條回路共

用3臺斷路器，即每條回路一臺半斷路器，每串的中間一臺斷路器為聯(lián)絡(luò)斷路器。

正常運行時，兩組母線和全部斷路器都投入工作，形成多環(huán)狀供電，因此有很高

的可靠性和靈活性。其優(yōu)點在于任一母線故障或檢修(所有接于該母線上的斷路

器斷開)，均不致停電：當同名元件接于不同串，及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兩外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)輸送；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；任一斷路器檢修都不致停電，而且可同時檢修多臺斷路

器；運行調(diào)度靈活，操作、檢修方便，隔離開關(guān)(disconnectingswitch)僅作為

檢修時隔離電器。其缺點是這種接線要求電源和出線數(shù)目最好相同；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，要考慮交替而置

即同名回路分別接于不同母線，以提高運行的可靠性。而由于配電裝置的結(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問

隔，限制這種接線的應(yīng)用；與雙母線帶旁路比較，這種接線所用的斷路器、電流

互感器(currenttransformer,CT)多，投資大；正常操作時，聯(lián)絡(luò)斷路器動作

次數(shù)時其兩側(cè)斷路器的2倍，一個網(wǎng)路故障時要跳兩臺斷路器，斷路器動作頻繁，

檢修次數(shù)多；二次控制(secondarycontrol)接線和繼電保護(powersystem

protection)都較復(fù)雜。

1.3.1方案一的特點

在方案一中，如圖1?2-1所示,220kV系統(tǒng)采用雙母線分段接線方式。雙母

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三分段接線方式將一般雙母線中的一組母線分為兩段，不僅具有雙母線接線的優(yōu)

點，任何時候都有備用母線(auxiliarybus-bar)o考慮以下兩種運行方式；

1.上面的母線作為備用，下面的兩段分別經(jīng)一臺母聯(lián)斷路器(bustieswitch)

與備用母線相連。正常運行時，電源、線路分別接于兩個分段上，分段斷路器

(seclionswitch)合上，兩臺母聯(lián)斷路器均斷開，相當于分段單母線運行。這種

方式又稱為工作母線分段的雙母線接線，具有分段單母線和一般雙母線的特點，

而且有更高的可靠性和靈活性。

2.母聯(lián)斷路器和分段斷路器均合上，這種方式在一段母線故障時，分段斷路

器跳開，同時該段母線的出線停電，隨后切換到各用母線上即可恢復(fù)。這樣只是

部分的短時停電。但是這種接線方式增加了母聯(lián)斷路器和分段斷路器數(shù)量，使投

資加大。

廠用電接線從發(fā)電機升壓變壓器的低壓側(cè)引出。廠用分支通常與發(fā)電機出口

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回路一并采用分相封閉母線，因為故障率很小，可不裝斷路器和隔離開關(guān),

節(jié)省了投資。但是發(fā)生故障時或檢修會使得操作十分困難甚至停運機組。如果在

每個發(fā)電機側(cè)與廠用電變壓器高壓側(cè)之間加入斷路器和隔離開關(guān)，與將母線作為

廠用電源相比斷路器數(shù)量反而增加，投資反而會加大。

1.3.2方案二的特點

在方案二中，如圖1-2-2所示，22()kV系統(tǒng)采用雙母線帶旁路接線方式，使

得220kV系統(tǒng)在檢修過程中能保證正常供電，可靠性較高。

UOkV系統(tǒng)采用雙母線接線方式，調(diào)度靈活，供電可靠，通過兩組母線隔離

開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障后，

能迅速恢復(fù)供電。

綜上，該方案的優(yōu)點是整個網(wǎng)絡(luò)功率分配均衡，220kV、5OOkV及UOkV系

統(tǒng)在正?！?作時各母線上的功率平衡，母線間的穿越功率(penelralingpower)

少，減少了功率損耗，降低了風險。

但是，在該方案的設(shè)計中，220kV系統(tǒng)只有一臺600MW的發(fā)電機供電。當發(fā)

電機退出網(wǎng)絡(luò)時會造成大量的穿越功率很容易發(fā)生故障，可靠性較差。同時，該

方案采用較為復(fù)雜的接線方式，需要的斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備較多，成本較高。

由于出現(xiàn)故障時各個網(wǎng)絡(luò)間會產(chǎn)生大量的穿越功率，因此對各母線間的線路及其

元件設(shè)備有很高的要求，變相增加了成本。

1.3.3方案三的特點

在方案三中，如圖1-2-3所示，220kV系統(tǒng)采用雙母線接線形式，其調(diào)度靈

活、供電較為可靠。但母線故障或檢修時，需短時切除該母線上電源與負荷；饋

線(feederline)斷路器或線路側(cè)隔離開關(guān)故障時，會造成該回路供電中斷。

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HOkV系統(tǒng)采用單母線分段接線，一端有故障的時候可由另一端電源供電,

同時又具有不影響另一端電源正常供電的特性，由于UOkV系統(tǒng)在大型發(fā)電廠中

的地位不高，不要求太高的可靠性，因而采用單母線分段接線方式使用斷路器少,

具有一定的經(jīng)濟性。

1.3.4方案四的特點

在方案四中，如圖1-2-4所示，由于本案例對可靠性要求較高，因此電機采

用單元接線方式，使發(fā)電機在短路故障時相互影響較小，具有較高可靠性。

廠用電采用聯(lián)絡(luò)變壓器，高、中壓側(cè)分別連接5OOkV、220kV側(cè)，有平衡兩

系統(tǒng)功率能量的作用，低壓側(cè)連接廠用設(shè)備。

HOkV系統(tǒng)不直接安裝發(fā)電機，靠變壓器從5OOkV、220kV系統(tǒng)汲取較少能

量，地位不高。HOkV系統(tǒng)使用雙母接線方式，短路時，對整個系統(tǒng)影響較小,

只相當于5OOkV、220kV系統(tǒng)的一個負載。

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220kV系統(tǒng)采用雙母分段帶旁路的接線方式。分段母線可減小停電范圍，當

一段故障時，可將負荷切至備用母線而不用切斷整個母線上的負荷。旁路的使用

可避免檢修負荷側(cè)斷路器時的停電，但其缺點是整個系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜，經(jīng)濟性

相對較差。本案例對供電可靠性要求嚴格，故而使用旁路。

綜上分析，我們選擇方案三和方案四進行經(jīng)濟性比較。

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第二章方案經(jīng)濟性的比較

2.1經(jīng)濟計算方法

經(jīng)濟計算（economiccalculation）是從國民經(jīng)濟整體利益出發(fā)，計算電氣主

接線各個比較方案的費用和效益，為選擇經(jīng)濟上的最優(yōu)方案提供依據(jù)。

在經(jīng)濟比較中，一般有投資（invesimenl,包括主要設(shè)備及配甩裝置的投資）

和年最大運行費用（annualmaximumworkingcost）兩大項。計算時，可只計算

各方案不同部分的投資和年運行費用。

2.1.1計算綜合投資Z

方案綜合投資Z的計算采用如下方法

/\

Z=Z。1+—（萬元）（2-1）

I/

式中，國為主體設(shè)備的綜合投資（即包括設(shè)備本體價格、其它設(shè)備（如控制設(shè)備、

母線）費、主要材料費、安裝費等各項費用的綜合），包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、配

電裝置等設(shè)備的綜合投資；々為不明顯的附加費用比例系數(shù)。綜合投資指標可查

表獲得。

2.1.2計算年運行費用〃

方案年運行費用

〃=aAAxl（）T+/+〃2（萬元）（2-2）

式中，同為小修、維護費，一般為|（0.022?O.（M2）Z|,可查表獲得；國為折舊費，

一般為|（0.005?0058間,可查表獲得；固為電能電價（［元/kW?h|）,取當?shù)貙嶋H

電價；由］為變壓器年電能損失總值（&W.h|）。

關(guān)于弱的計算，在已知最大負荷瓦口和最大負荷利用小時數(shù)初時，若采

用〃臺相同容量的雙繞組變壓器并聯(lián)運行，則

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(2-3)

或

(2-4)

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式中，畫為一臺變壓器的空載有功損耗(kW)；△0。=/。％?急為一臺變壓器的

空載無功損耗(kVar)；叵為一臺變壓器空載電流百分值；@為一臺變壓器的

短路有功損耗(kW)；40=4%?急為一臺變壓器的短路無功損耗(kVar)；叵|

為變壓器的短路電壓(或稱阻抗電壓)白分值；因為一臺變壓器的額定容量(kVA)；

瓦口為n臺變壓器承擔的最大總負荷(kVA)；S為n臺變壓器承擔的總平均負荷

(kVA)；園為變壓器全年實際運行小時數(shù)(h),一般可取8000h；回為最大負荷損

耗時間(h),可查表獲得；人為無功經(jīng)濟當量(即每多發(fā)送(或補償)lkVar無功功

率，在電力系統(tǒng)中所引起的有功功率損耗增加(或減少)的值，一般發(fā)電廠取

0.02)。

2.1.3經(jīng)濟比較

對技術(shù)上較好的方案，分別進行上述投資及年運行費用計算后，再通過經(jīng)濟

比較，可選出經(jīng)濟上的最優(yōu)方案。

在諸方案中，Z與〃均為最小的方案優(yōu)先選用。若Z大的方案而〃小，或反

之，則應(yīng)采用動態(tài)比較法'進一步進行經(jīng)濟比較。

動態(tài)比較法(dynamiccomparisonmethod),即在經(jīng)濟分析中，對建設(shè)期的

投資、運行期的年費用和效益都要考慮時間因素，并按復(fù)利計算，用以比較在同

等可比條件下的不同方案的羥濟效益。

經(jīng)濟計算一般可以采用年費用最小法，其計算公式為

F(l+F)”

NF=Z

_(1+F)"」

為最小，其中

h

h

Z=2Z,(1+「JT(2-6)

〃計〃

1

吁￡%(1+小T+y-

￡(1\t-nt

(1+小1_/=/*+%)J

式中，NF為年費用（平均分布在從根+11到萬而期間的〃年內(nèi),萬元）；Z為折算

到第勿年的總投資（即第〃年的本利和，萬兀）；因為第『年的投資（萬兀）；t

為

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從工程開工當年（亙）算起的年份；m為施工年數(shù)；同為電力工業(yè)投資回收率,

或稱電力工業(yè)投資利澗率，取0.1；〃為工程的經(jīng)濟使用年限（火電廠為25年）;

〃為折算年運行費用（萬元）；同為第/年所需的年運行費；回為從工程開工當年

算起，工程部分投運的年份。

依上述三式計算各方案的年費用，其中最小者即為經(jīng)濟上的最優(yōu)方案。（黃

純?nèi)A,1987）

2.2備選方案的經(jīng)濟性比較

2.2.1方案三的經(jīng)濟計算

在方案三中，如圖1?2?3所示，需要使用兩臺500/20kV主變壓器，兩臺

220/10.5kV主變壓器，一臺220/110kV自耦變壓器以及一臺500/220/35kV聯(lián)絡(luò)

變壓器?，F(xiàn)根據(jù)變壓器所需容量選擇變壓器型號及其參數(shù)如表2-1所示（關(guān)于變

壓器型號將在4.2.2節(jié)具體說明）。

Q

O

gc6

巴?—<

c?—<

副

招

W卓

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6

i

團惠

，

OCDo里

叔

這

1C9S8OO,

II咪

968i寸嘍

gSiZ.

這

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T怒

76m百送

麥Scs

W9s

H-層

-H皿

OOOOz

受7/-

c6

T-44“

坦

h

型號

SFP-720000/500

SFPT-370000/200

h

0SFPS8-120000

QDFPS-250000/500

h

S.蹄S

殳

聆

避V2

0田/

0田

8困

二

/I土H

叔

狙

0/O罪8

相

2州0

SS皿S

方案三中的斷路器需求量如表2-2所示。

表2-2方案三的斷路器需求量

電壓等級(kV)數(shù)量(個)單價(萬元)

5009370

220730

110518

由表2」和表2.2所示數(shù)據(jù)及式(2-1)可知，方案二的綜合投資

7()、

Z=(300x2+110x2+35+129+370x9+30x7+18x5)x1+

100>

?7843.81(萬元)

若無功經(jīng)濟當量4取0.1,功率因數(shù)國亙網(wǎng)，年最大負荷利用小時數(shù)

飛一翻加,年運行時間后-8OOOh|,最大負荷損耗時間|7-4600由式(2-3)

可得變壓器年損耗電能

2

絹1

AA=4+K\Q°沆+7(”+長△。卜T

7x(7478+0[x"24*n9fYlOf)1x8000+*x(809+61x以，*77(YYY)||°°YX460O]

I100J2I100)X(720Cm)

x8000+；x653+0.1x^x370000'，250000、

+2x175.8+0.lx-x370000Xx4€00

<100J.370000)

100000

+[59.2+0.1x—xl2(XXX)|x8(XX)+(301+0Jx—xl2(XXX)|x||x46(X)

IItt)){10C)U2(XXX))

+144x8(XX)+1544+0.1x—x12(XXX)|xI90000jx46(X)

Il(X))V25(XXX))

h

h

^46402765|([kW-h|)

則由式(2-2)知該方案年運行費用

h

h

u=crAAxIO-4+〃]+〃2

=O.lx46402765x107+0.042x7843.8+0.058x7843.8

-248.411（萬元）

采用動態(tài)比較法可得

"(1+/

NF=Z+〃a2112.54（萬元）

+T_

2.2.2方案四的經(jīng)濟計算

如圖1-2-4所示，方案四所設(shè)計的變壓器方案與方案三完全相同，這里不再

贅述。方案四中的斷路器需求量如表2-3所示。

表2?3方案四的斷路器需求量

電壓等級（kV）數(shù)量（個）單價（萬元）

5009370

2201030

110618

由表2」和表2-2所示數(shù)據(jù)及式（2-1）可知，方案三的綜合投資

Z=(3(X)x2+110x2+35+129+370x9+3()x10+18x6)x1470)

48027.4|(萬元)

則由式（2-2）知該方案年運行費用

u=a^Ax104+/+6

=O.lx46402765x10-4+0.042x8027.4+0.058x8027.4

x1266.77|（萬元）

采用動態(tài)比較法可得

h

h

“(1+〃)”

NF=Z+2151.13（萬元）

_(1+不)"-L

2.2.3經(jīng)濟性分析結(jié)論

綜上，經(jīng)過綜合投資、年運行費用及年費用A戶的計算比較，在備選方案中，

方案三的經(jīng)濟性優(yōu)于方案四。但是，方案四的可靠性要遠高于方案三，并且方案

h

h

四亦具有一定的經(jīng)濟性。因此綜合考慮，我們?nèi)匀贿x擇方案四為最終方案。

h

h

第三章短路電流的計算

3.1短路電流計算的規(guī)則

短路電流計算(Short-CircuitCalculation),是指電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，

對短路后的電流及其分布的計算，是發(fā)電廠電氣設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。(全國

科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會，2011)

3.1.1短路電流計算的目的

在發(fā)電廠的電氣設(shè)計中，短路電流計算的目的主要有以下幾個方面：

(1)以短路計算為依據(jù)，選擇有足夠機械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備。

(2)對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進行計算和分析，合理地配置各種繼電保護

和自動裝置并正確整定其參數(shù)。

(3)設(shè)計和選擇發(fā)電廠和電氣主接線。通過必要的短路電流計算比較各種不

同方案的接線圖，確定是否需要采取限制短路電流的措施等。

(4)進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，研究短路市用戶工作的影響等。

此外，確定輸電線對通信的干擾，進行故障時機故障后的安全分析，都必須

進行短路計算。(李林川等，2009)

3.1.2短路電流計算的一般規(guī)定

1.計算的基本情況

(1)電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷(ratedload)下運行：

(2)所有同步電機(synchronousmachine)都具有自動調(diào)整勵磁裝置(包括強

行勵磁);

(3)短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間；

(4)所有電源電動勢(ElectromotiveForce,EMF)的相位角(phaseangle)

h

h

相同;

(5)應(yīng)考慮對短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點的電弧電阻

(arcresistance)o對異步電動機(asynchronousmotor)的作用，僅在確定短路

電流沖擊值和最大全電流有效值時才予以考慮。

2.接線方式

計算短路電流時所用的接線方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方

式(即最大運行方式(maximumoperatingplan)),而不能用僅在切換過程中可能

并列運行的接線方式。

3.計算容量

應(yīng)按本工程設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃(一般考慮

本工程建成后5?10年

h

h

4.短路種類

一般按三相短路(：hreephaseshortcircuit)計算。若發(fā)電機出口的兩相

短路，或中性點直接接地系統(tǒng)(neutral-pointsolidgroundsystem)以及自耦

變壓器(auto-transformer)等回路中的單相(或兩相)接地短路較三相短路情況

嚴重時，則應(yīng)按嚴重的情況進行校驗。

5.短路計算點

在正常接線方式時，通過電氣設(shè)備的短路電流為最大的地點，稱為短路計算

點。

對于帶電抗器(reactor)的6~10kV出線與廠用分支線回路，在選擇母線至母

線隔離開關(guān)之間的引線(pigtail)、套管(sleeving)時，短路計算點應(yīng)該取在電

抗器前。選擇其余的導(dǎo)體和電器時，短路計算點一般取在電抗器后。(黃純?nèi)A,

1987)

3.1.3短路電流計算的步驟

在工程設(shè)計中，短路電流的計算通常分為以下幾個步驟：

1.選擇短路計算點。

2.畫等值網(wǎng)絡(luò)(次暫態(tài)網(wǎng)絡(luò))圖：

(1)首先去掉系統(tǒng)中的所有負荷分支、線路電容、各元件的電阻，發(fā)電

機電抗用次哲態(tài)電抗區(qū))。

(2)選取基準容量國和基準電壓口(一?般取各級的平均電壓)o

(3)將各元件電抗換算為同一基準值的標幺電抗。

(4)繪出等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號。

h

h

3.化簡等值網(wǎng)絡(luò)：為計算不同短路點的短路電流值，需將等值網(wǎng)絡(luò)分別化簡

為以短路點為中心的輻射形等值網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點之間的電抗，即轉(zhuǎn)

移電抗區(qū)］。

4.求計算電抗

5.由運算曲線查出各電源供給的短路甩流周期分量標幺值。

6.計算無限大容量（或區(qū)三）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。（黃純?nèi)A，1987）

h

h

3.2本方案中短路電流的計算

在本方案短路計算中，采取標幺值形式，選取5B=MXXX)MVA另取

UBl=115kV

UB2=230kV

=525kV

則有

_SB10000……

=-------*50.20kA

廣百73x115

10000

?25.10kA

B2

一同BZ一百x230

SB1000()

“11.00kA

“一瘋；B3一百X525

220kV母線側(cè)等值電抗

=2.5x^29=3,125

,8000

?相。3.648

T,

100ST1

X=^Gi%.JB_=x；.10°0°x4.006

G

100SG1B300.0.85

500kV母線側(cè)等值電抗

X?,=2.0x1^^^1.333

"15000

X」K2%*6875

T2.100STI

X」G2%名-=X]=0.205x10000工2.90

O，1()()SGZBSGZB600.0.85

另外，取每臺發(fā)電機的電壓區(qū)三。

220kV至500kV聯(lián)絡(luò)變壓器的等值阻抗

UK3%履—至10000

100丁一而x250?6.00

h

h

220kV至UOkV自耦變壓器的等值阻抗:

h

h

…號套"備黑…26

3.2.1220kV母聯(lián)斷路器短路

當短路點選擇在22()kV母聯(lián)斷路器(K1)處時，系統(tǒng)等效電抗如圖3?2-1所示。

圖3-2-1220kV母聯(lián)斷路器短路時系統(tǒng)等效電抗圖

因為此時三三三，且%”3』25,則有瓦巨’另有

X$*=X6.=7.354

每臺發(fā)電機計算電抗

300

x-xhi.=7.354x-----------------x0.259

js*a*t10000x0.85

查汽輪發(fā)電機計算曲線得，每臺汽輪發(fā)電機乂訶=0.259時，在Os、0.2s、0.6s

時刻向K1點提供的短路電流周期分量有效值的標幺值分別為/哨?=4.2

112G?=3.1、，16G?=2.6o

系統(tǒng)2(220kV系統(tǒng))每條出線的計算電抗

8030

12.5x=10

10000

h

h

查汽輪發(fā)電機計算曲線得，系統(tǒng)2每條出線Xw=10時為大容量系統(tǒng)，在0八

h

h

0.2s、0.6s時刻向KI點提供的短路電流周期分量有效值的標幺值不變，為

,iOS*=1、112S?=1、/16S+=0?1。

那么，流入K1點的短路電流為

SBSB

+，10S*=2x4.2x25.10+0.1x25.10k213kA

^io=2./[0G*.9B2

品

=2./|2G.+/|2S*=2x3.1x25.10+0.1x25.10=158.13kA

SBSB

4=2./]6G*+/16S*=2x2.6x25.10+0.1x25.10=133.03kA

短路點在發(fā)電廠高壓側(cè)母線，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，取沖擊系數(shù)Ksl)=1.85,于是

可以得到?jīng)_擊電流

4h==1.85x72x213^557.2kA

短路電流最大有效值

2

/sh=/"Jl+2(K、h-11=213X71+2X(1.85-1)工333.05kA

短路容量

S：=g/"av=3213X230k84853.2MVA

3.2.2300MW發(fā)電機出口短路

當短路點選擇在300MW發(fā)電機出口(1(2)處時，系統(tǒng)等效電抗如圖3-2-2所示。

h

h

X1X2X3X4

K24

1x5X6：

圖3?2?2300MW發(fā)電機出口短路時系統(tǒng)等效電抗圖

h

h

剩余一臺300MW發(fā)電機對短路點的計算電抗

300x2

=7.354x?0.519

10000:<0.85

查汽輪發(fā)電機計算曲線得，汽輪發(fā)電機*出=0.519時，在Os、0.2s、0.6s時刻

向K2點提供的短路電流周期分量有效值的標幺值分別為A20G.=1.75>GG/=I，

系統(tǒng)2每條出線的計算電抗

8030

12.5x=10

10CO0

查汽輪發(fā)電機計算曲線得，系統(tǒng)2每條出線