xMW火电厂电气一次部分设计方案及发变组保护设计方案

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1、LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY火毕业设计说明书2X100MW电厂电气一次部分设计及发变组保护设计学院：电气工程与信息工程学院专 业：电气工程及其自动化姓名:闫毓龙学 号：07230324指导教师：陈玉武日期：2011年6月13日摘 要本设计内容为 2 X 100MW火力发电厂电气部分初步设计，包括设计说明书和设计图纸两大部分。设计说明书部分主要编写了火电厂电气主接线方案确定和厂用电设计；发电机、主变压器的选择以及电气设备配置；短路电流的计算；高压电气设备的选择与校验；微机保护的配置与 整定计算；防雷保护的规划设计。设计图纸分别是：（1） 2 X 100MW 火

2、力发电厂电气主接线（2）发电机变压器保护配置图（3）发电机变 压器差动保护控制回路图。关键词：发电厂；变压器；电力系统；继电保护；电气设备AbstractThe cont ent of arti cle is the fi rst steps of 2X 100 MW power pl ant engineering electrical part desi gn. Includi ng desi gn speci fi cations and desi gn drawi ngs of two part s. Prepared some of the major desi gn speci f

3、i cations of el ectri cal power pl ants and the mai n connection scheme for the power pl ant desi gn 。 Generat ors, mai n transformers and elect ri cal equipment confi guration choi ces 。 Short-ci rcui t current calcul ati on 。Hi gh-volt ageelect ri cal equipm ent sel ect ion and vali dation 。 Confi

4、 guration and microprocessor-bas ed protection setti ng cal cul ati on 。 Planni ng and desi gn of li ghtni ng prot ecti on. Desi gn drawingsare: (1)2x100MW power pl ant el ectri cal main connecti on 。 (2) generat or and transform er prot ect ion confi gurati on di agram 。(3) Thegenerat or and transf

5、ormer di fferenti al protection cont rol ci rcuit di agram.Keywords: Pow er plan t 。 Transforme r 。 Protection 。 E lectri cal equip men t.2.4.12.4.2目录第一章绪论11.1电力工业的发展简况11.2原始资料 21.3本次设计的目的和意义21.4本次设计的内容 3第二章电气主 接线 设计 32.1主接线概述 32.2对原始资料的分析 42.3拟定可行的主接线方案42.3.1 主接线的几 种基本形式 42.3.2 主接线设计方案的拟定 72.4变压器选择

6、 9变压器的型号 9 主变压器的选择 102.4.3 高压厂用变压器的选择 122.4.4 启动 / 备用变压器的选择 132.5 电气主接线具体接线设计 142.5.1 发电机变压器接线 142.5.2 厂用电源的引出接线 142.5.3 220KV 配电装置的连接 152.5.4 启动 / 备用变压器和厂用电母线的连接162.5.6发电机组主接线中的设备配置 18第三章短 路计 算 203.1 短路电流计算的目的和假定条件 203.1.1 短路计算的目的 203.1.2 短路计算的假定条件 203.1.3 短路计算方法 203.2 系统等效电路 213.2.1 基准值计算 213.2.2

7、各元件标幺值的计算 213.2.3 基准电流的计算 223.3 短路点短路电流计算 233.3.1 220KV 母线（ K1 点）短路 233.3.2 发电机端（ K2 点）短路 253.3.3 6KV 母线（ K3 点）短路 283.3.4 启动 / 备用变压器高压侧（ k4 点）短路 313.3.5 短路计算结果 33第四章电 气设 备的 选择 334.1 电气设备选择概述 334.2 电气设备选择的一般原则 334.3 高压电气设备一般配置 344.3.1 断路器的配置 344.3.2 隔离开关的配置 344.3.3 接地刀闸或接地器的配置 344.3.4 电压互感器的配置 344.3.

8、5 电流互感器的配置 354.3.6 避雷器的配置 354.3.7 母线的配置 354.4 电气设备选择 384.4.1断路器和隔离开关的选择384.4.2电流互感器的选择424.4.3电压感器的选择454.6.4接地开关的选择474.4.5高压开关柜的选择484.4.6导体的选择与校验48第五章防雷设 计515.1雷电过电压的形成与危害515.2电气设备的防雷保护 525.2.1发电厂和变电所的防雷保护525.2.2架空输电线路的防雷保护525.2.3直配旋转电机的防雷保 护525.2.4配电网的防雷保护525.3避雷针的配置原则 525.4避雷针位置的确定 535.5避雷器的选择和配置 5

9、3第六章主发变 组保 护配 置 576.1差动保护 576.1.1变压器纵差保护586.1.2发电机纵差保护配置整定606.2发变组的其他保护 616.2.1发电机定子匝间保护 616.2.2相间短路后备保护 616.2.3对称过负荷保护 626.2.4不对称过 负荷（负序电流保护）626.2.5 220KV 阻抗保护 626.2.6断路器失灵保护 626.2.7高压厂变复合电压过流 636.2.8高压启动备用变压器分支过流 636.2.9高压启动备用变压器分支后加速保护6.2.10发电机定子接地保护 646.2.11主变压器高压侧单相接地保护646.2.12高压启动备用变压器零序保护646.

10、2.13发电机励磁回路保护 656.2.14发电机过激磁保护 65636.2.15发电机过电压保护656.2.16发电机失磁保护 656.2.17发电机逆功率保护666.2.18发电机频率异常保护16.2.19机组启停机保护 666.2.20热工保护 666.2.21失磁联跳保护 666.2.22紧急跳闸保护 666.2.23主变压器本体保护67第七章结束语 67参考文献68外文原文和译 文69外文原文 69译文 :80致谢87第一章 绪论1.1 电力工业的发展简况到 2003 年底，我国发电机 装机容量达 38450 万千瓦，发电量达19080 亿度，居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的

11、5070% ，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需 电能的供应和分配。 电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易 于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了 电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为 一个国家经济发展水平的标志之一。我国的电力系统从20 世纪 50 年代开始迅速发展。到 1991 年底，电力系统装机容量为146 00 万千瓦，年发电量为 675 0 亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路 以 220 千伏、 330 千伏和 500 千伏为网络骨干，形成 4 个装机容量超过 1500 万千瓦的大区电力系统和 9 个超过百

12、万千瓦的省电力系统，大区 之间的联网工作也已开始。此外，1989 年，台湾省建立了装机容量为1659 万千瓦的电力系统。目前我国人均拥有装机容量和人均占有发电量较低，技术经济指标 平均水平不高，火电厂的污染物排放量高，电网相对薄弱，供电可靠性 偏低。为了提高效率和保护环境，及时关闭低效率、煤耗高、污染严重 的小火电机组，以大带小，装设烟气脱硫及降低氮氧化物设施，开展洁 净煤燃烧技术的研究及应用。 主要的发展方针有：1 、积极发展水电，水能资源是可再生的、清洁的能源；在电力系 统中，有一定比重的水电装机容量对系统调峰和安全经济运行极为有 利；水电站的发电成本低，水库可以综合利用。2、优化发展火电

13、，我国有丰富的煤炭、石油和天然气，火电厂的 厂址不受限制，建设周期短，能较快发挥效益。3 、适当发展核电。4、重点发展电网，促进全国联网5、因地制宜发展新能源发电，做好农村电气化建设，在边远农村 和沿海岛屿，因地制宜建设小水电、风力发电、潮汐发电、地热发电和 太阳能发电等。1.2 原始资料(1) 课题名称：2 X 100MW火电厂电气一次部分及发变组保护设计( 2)毕业设计的主要内容设 计一 个 2X 100MW 发电 厂电 气一 次部 分 ，发 电机 出线 电压 级 10.5kV ， 220k V 电 压 级 ， 架 空 出 线 4 回 ， 每 回 出 线 输 送 容 量 为 30MVA。系

14、统阻抗值在最大运行方式下( Sj=100MVA )，与220kV 系统的联系阻抗 为 0.025 。系统可视为 无穷大 容量系统。电 厂的起 动/ 备用 电 源由 110kV 系统引入。(3) 设计实现的主要功能该电厂可向电网供给 220kV 电压等级的电能，其单机容量为100MW，本期设计 2 台 。(4) 主要技术指标发 电 机 型 号 为 ：QFS-100-2Pe=100MWUe=10.5kVle=6150A Cos =0.85 Xd ” =0.18电 动 机 计 算 负 荷 之 和 约 为 14000KVA ； 低 压 厂 用 计 算 负 荷 之 和 约 为 5000KVA 。1.3

15、本次设计的目的和意义建火电 厂就是将不容易、不方便被人们利用的能量( 煤炭) ，通 过火电厂转化为易被人们利用的电能。在这个过程中，提高了能量的利 用率，节约能源，对人类的可持续发展有重要的意义。电能有许多的优 点：首先，它可以简便的转换成另一种能量。其次，电能经过高压输电 线路可以输送很远的距离，供给远方用电。总之，电能的优点很多，对 我国的国民经济有重要的影响。在这次 设计中，通过电 厂的设计，把我们以前所学的电路、 电力系统分析、电力系统继电保护、电机学、高电压 等各科进行一个综合，这在我们加深理论理解的同时，又增加了实际运 用的操作，使理论与实际较好的结合。本次设计是大学四年知识的总

16、结，这为我们以后继续学习或进入工作岗位，打下一个坚实的基础。1.4 本次设计的内容本次 设计的主 要内容 包括:电气一次部分的分 析和设备 的选择 ，二 次部分的配置以及其间的各种图。说明书共分 为两部 分:电气一次部分的总体分 析，短 路计算 和各种 电气设备的选择和电气二次部分。第二章电气主接线设计2.1 主接线概述电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作 用、连接方式和回 路的相互 关系。所以，由文献 1 可知；它的设计直 接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置 和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概 括地说包括以下三个方

17、面：可靠性：在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经 验和其可靠性的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成 的二次部分在运行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠 程度。可靠性的具体要求在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电； 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时 间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在调度 时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负 荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统 调度要求；在检修时，可以方便地停运断路器、母线及

18、其继电保护设 备，进行安全检修而不致影响电力网 的运行和对用户的供电；扩建时， 可以容易地从初期接线过渡到最终接线。经济性：要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离 开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备；要节省继电保护和二次 回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；要能限制短路电流，以 便于选择价廉的电气设备或轻型电器；主接线设计要为配电装置布置创 造条件，尽量使占地面积减少；经济合理地选择主变压器的种类、容 量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。2.2对原始资料的分析从原始资料和 文献4 可以知道， 本电厂 属于地区性火 力发电 厂， 建成后总容量为200MW,建成后与周边

19、的几个电厂形成区域电网。该 电厂的发电容量除了本厂厂用电后剩余的电力向系统供电。因此，本电 厂在系统有重要作用。电厂是否安全、可靠运行直接影响该地区的经济 效益，可见该电厂的重要性。2.3 拟定可行的主接线方案2.3.1主接线的几种基本形式1) 单母线接线只有一组母线的接线如图2- 1所示是一个典型的单母线接线图。这种接线的特点是电源和供电线路都联在同一母线上。为了便于投入或切 除任何一条进、出引线每条引线上都装有可以切除负荷电流和故障电流 的断路器。单母线接线的主要优点是：接线简单、清晰、采用设备少，投资 省，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。单母线接线一般只适用 于一台发电机或一台变压

20、器的以下三种情况：(1) 610KV配电装置的出线回数不超过5回；2) 3563KV配电装置的出线回数不超过3回；(3) 110220KV配电装置的出线回数不超过3回。单母线接线最严重的缺陷是母线停运(母线检修、故障，线路故障 后线路保护或断路器拒运)将使全部支路停运，即停电范围为该母线段 的100%，且停电时间很长，若为母线自身损坏须待母线修复之后方能恢 复各支路运行。图2-1图2-2隔离开关作为操作电器，所以断路器和隔离开关在正常运行操作 时，必须严格遵守操作顺序；隔离开关“先合后断”或在等电位状态下 进行操作。2)单母线分段接线单母线接线的缺点可以通过将母线分段的办法来克服。如图 2-2

21、 所 示。当母线的中间装设一个断路器后，即把母线分为两段，这样对重要 的用户可以由分别接于两段母线上的两条线路供电。由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便 等基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点，所以这种接线目前仍被 广泛应用。单母线分段接 线适用范围：(1) 610KV配电装置的出线回数为6回及以上时；(2 ) 3563KV配电装置的出线回数为48回时；(3) 110 220KV 配电装置的出线回数为 34 回时。单母线分段有其如下优点：用断路器把母线分段后，对重要的用户 可以从不同的段引出 两条回路，有两个电源供电； 当一段母线发生故 障，分段断路器会自动将故障段切除

22、，保证正常段母线不间断供电和不 致使重要用户停电。但是单母线分段接线也有较显著的缺点，就是当一段母线或母线隔 离开关发生故障或检修时，该段母线上所连接的全部引线都要在检修期 间停电； 当出线为双回路时，架空线路出现交叉跨越； 扩建时须向两个 方向均衡扩建。显然对于大容量发电厂来说，这都是不允许的。因此， 还要改进。3 ) 双母线接线双母线接线是根据单母线接线的缺点提出来的，如图2-3 所示。双母线接线，其中一组为工作母线，以组为备用母线，并通过母联断路器 并联运行，在进行倒闸操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电 位下操作或先通后断。它可以有两种运行方式，一种是固定连接分段运 行方式。即一

23、些电源与出线固定连接在一组母线上，母联断路器合上， 相当于单母线分段运行。另一种工作方式相当于单母线运行方式。很显 然双母线分段的可靠性高于前两种接线方式，只是母线保护较复杂。然 而它比单母线分段接线的投资更大。如检修工作母线是其操作步骤是：先合上母线断路器两侧的隔离开 关，再合母线断路器，向备用线充电，这是两组母线等电位。为保证不 中断供电，应先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离 开关。完成母线转换后，在断开母联断路器及其两侧的隔离开关，即可 对原工作母线进行检修。双母线接线的适用范围：(1) 610KV 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；(2) 3563KV 配电

24、装置的出线回数超 过 8 回火连接电源较多、负 荷较大时；(3) 110220KV 配电装置的出线回数为 5 回以上时，或 110 220KV 配电装置，在系统中居重要地位，出线回数在4 回以上时。双母线接线的优点有：a 供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一 组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任 一回路的母线隔离开关，只停该回路。b 调度灵活。各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线需要。上能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的c扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母 线单位电源和符合均匀分配，不会引起原有回路的停电

25、。当有双回架空 线路时，可以顺序布置，以至界限不同的母线断路时不回如单母线分段 那样导致出线交叉跨越d便于实验。当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开， 单独接至一组母线上双母线接线也有其缺点：a增加一组母线和使每回路就须加一组母线隔离开关。rtnb当母线故障或检修时隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。 为了避免隔离开关误操作，需要隔离关和断路器之间装设连锁装置4） 变压器-线路单元接线发电机和变压器直接连接成一个单元，组成发电机-变压器组，称为rtl iff?-1单元接线。单元接线的特点是几个元件直接单独连接，其间没有任何横 的联系（如母线等），这样不仅减少了电器的数目，简化了配it

26、lMN图2-3双母线接线电装置的结构和降低了造价，同时也大大减少了故障的可能性。（1）发电机-双绕组变压器组成的单元接线。在图2-4（ a）和 （b ）中，发电机和变压器成为一个单元组，电能经升压后直接进入高压电网。这种接线由于发电机和变压器都不能单独运行，因此，二者的容 量应当相等。单元接线的基本缺点是原件之一损坏或检修时，整个单元 将被迫停止工作。这种接线形式适用于大型的发电厂。（2）发电机-变压器-线路单元接线。如图2-4（ c）所示，这种接 线不需在发电厂或变电所中建造高压配电装置，从而大大减小了占地 面积与造价，并简化了运行。但这种接线的采用却具有相同的局限 性，线路故障或检修时，变

27、压器停运；变压器故障或检修时，线路停 运。WZKKV ttf| I 和43OCNCV图2-4单元接线2.3.2 主接线设计方案的拟定待设计电厂为中型火力发电厂，其总装机容量为375MW ,最大 单机容量为100MW。此电厂既有中型容量的规模，又为火电厂，在 电力系统中主要承担负荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠 性。从负荷特点及电压等级上可知，它具有10.5kV、1 10kV、 220kV三级电压，一级电压负荷，且发电机出线电压级（10.5kV） 不向周围地区直接提供负荷，220kV电压级出线4回，每回出线输送 的容量为30M VA。220KV电压级出线4回，根据各种基本接线的适用范围和

28、特 点，220kV级可采用单母线分段接线、双母线接线或双母线带旁母接 线。发电机出口电压，既无直配负荷，又无特殊要求，拟采用单元接 线形式根据以上分析，提出以下三种可比接线方案。方案I :单母线分段接线如图2-5所示，发电机与双绕组变压器 组成单元接线，发电机的电压经过主变压器升高后送入220KV系 统。两段220KV母线由分段断路器相连，每段母线上出线2回。在 每个发电机-变压器组的主变压器低压侧引出厂用工作电源。方案U :采用双母线接线形式 与方案I相同的是，发电机与双 绕组变压器也构成单元接线形式，厂用高压电源从每台发电机的出口 引出。在此方案中不同的是，220KV电压级配电装置采用了双

29、母线 接线，4回出线接在母线上，如图2-6所示。方案川：双母线带旁路母线接线 在此方案中，220KV配电装置 采用了双母线带旁路母线的接线方式，其他装置的接线方式与前面两 种方案的接线相同,如图2-7所示。220KV$110KV系统主变6KV2*100MW22OCV220KV至110W统A2*IOOMW图2-5万案I单母线分段接线 图2-6万案U双母线接线230KV22 OKVA八八A2*100MW主变图2-7方案川双母线带旁路母线接线 对几种方案进行综合比较，如表2-1所示。表2-1 电气主接线方案比较、 方案程方案I方案U方案川可靠性a. 简单清晰，设 备少，设备本 身故障率小；b. 22

30、0KV 母线 检修将导致一 半容量停运。a. 接线清晰，可 靠性高；b. 开关设备较 少，操作简 单。a. 接线很复杂，操作 也很复杂；b. 可靠性高，无论检 修母线或设备故障、 检修，都不致全厂停 运。灵活性a.运行方式相对 简单，调度灵 活性差；b.各 种电压级接线 都便于扩建和 发展。a.通过倒闸操作 看形成不同运 行方式，调度 灵活性好；b. 便于扩建和发 展。a.有多种运行方式 （双母、单母、固定 接线），从而运行调 度灵活，但保护装置 复杂；b.便于扩建。经济性a. 设备相对少， 投资小；b. 占地面积相 对小。a. 设备较少，投 资少；b. 占地面积较 少；c. 采用单元接 线，

31、避免了选 择大容量的出 口断路器。a. 投资高，设备数量多；b. 占地面积多。通过定性分析，可以很明显地看出，方案川的供电可靠性虽然较 高，但是较 之其余两种方案，方案川的接线最为复杂，操作最复杂，同 时所用的设备也最多，建设投资最大。方案U较之方案I有供电可靠、调度灵活、便于扩建等优点。另外由于有了 SF6断路器等高性能的电 气设备，可以不设置旁路母线。经过论证比较，在技术上（可靠性、灵 活性）和经济上方案U明显合理。所以综合分析，决定选第U方案为最 终设计方案。2.4 变压器选择241 变压器的型号变压器的型号是由字母和数字两个部分组成的，一般可表示如 下：00/Q其中：1为变压器的产品型

32、号，由多个字母组成；2为设计序号；3为额定容量，kV A ;4为高压绕组电压等级，kV。电力变压器的产品型号代表符号如表2-2所示。表2- 2 变压器型号代表符号序号分类类别代表付号序号分类类别代表付号1相数单相 三相DS2绕组外绝缘介质变压器油 空气成型固体G C3冷却方式油浸自冷式 空气自冷式 风冷式 水冷式FW4油循环方式自然循环 强迫油导向循环 强迫油循环DP5绕组数双绕组 三绕组S6调压方式无励磁调压 有励磁调压Z7绕组导线材料铜 铝L8绕组耦合方式自耦 分裂O F注：a.符号“一”表示为不表示；b.自耦变压器用作升压时，符号0列在型号之后；用作降压时，符号0列在型号之前。242主变

33、压器的选择1. 容量选择发电机与变压器单元接线时，主变压器的容量可按以下条件中的 较大者选择：（1）按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，并留有 10%的裕度；（2）按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。 设计任务中已知条件为：（1）发电机参数：Pn = 100MW, Cos 上 0.85 ；（2）高压电动机计算负荷之和约为14000KVA，低压厂用计算 负荷之和约为5000KVA。因此，发电机的额定容量为Sn =Pn=100MWcos0.85117. 65M VA本机组的厂用计算负荷之和为S30 = 14000kVA + 5000kVA = 19000kVA = 19MVA根据

34、容量选择的原则，主变压器的容量应满足St -n (Sn- S30) 1.1 = (117.65-19) 1.1MVA = 1 48.5M VA因此，选取容量为150M VA的主变压器。2. 主变压器型式的选择主变压器型式的选择主要包括有：相数、绕组数、电压组合、容 量组合、绕组结构、冷却方式、调压方式、连接组别、全绝缘还是半 绝缘等，以下分别介绍。(1) 相数选择变压器有三相变压器和单相变压器。在330KV及以下的发电厂 和变电所，一般选用三相变压器。单相变压器组是由三个单相的变压 器组成，造价高、占地多、运行费用高。只有受变压器的制造和运输 条件限制时，才考虑用单相变压器组。对于500KV发

35、电厂和变电 所，应根据技术经济论证来确定选用三相变压器还是单相变压器组。在本设计中，电压等级是220KV,因此选用三相变压器。(2) 绕组数的选择发电厂的最大机组容量为100MW及以下时，若以两种升高电压 向用户供电或与电力系统连接时，一般采用三绕组变压器，其第三绕 组接发电机。但是各绕组通过的功率应该达到该变压器容量的15%， 否则不如采用两台双绕组变压器经济合理。发电厂的容量为100M W 及以上的机组时，一般采用发电机-双 绕组变压器单元接线形式接入系统。采用扩大单元接线的变压器，适 宜采用低压分裂绕组的变压器，可以大大限制短路电流。根据以上选择原则，并结合主接线采用发电机-变压器单元接

36、线 形式，选用双绕组变压器。(3) 绕组联结方式变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列 运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种， 高压绕组为星形联结时，用符号丫表示，如果将中性点引出则用YN 表示，对于中、低压绕组则用y及yn表示；高压绕组为三角形联结 时，用符号D表示，低压绕组用d表示。三角形联结的绕组可以消除 三次谐波的影响，而若采用全星形的变压器用于中性点不直接接地系 统中时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变，使电压波的峰 值增大，危急变压器的绝缘，并对继电保护整定的准确性和灵敏性有 影 响。我国 110KV 及以 上的电 压等级 均为 大电流

37、 接地系统 ，为 取得 中性点都需要选择 YN 的联结方式，对于 110K V 变压器的 35K V 侧 也采用yn的联结方式，以便接入消弧线圈，而610KV侧采用d 形。因此， 变压器高压侧采用 YN， 低压侧采用 d 形联结方式。（ 4）调压方 式选 择变压器的调压方式分带负荷切换的 有载（有励磁）调压方式和不 带负荷切换的无载（无励磁）调压方式两种。在能满足电压正常波动 情况下一般采用无载调压方式。对于接于出力变化大的 发电厂的 主变 压器， 要求变压器的 二次电压维持在一定的 水平， 应该采用有载调压 方式。由此， 在设计中采用 无载调压方式， 发电机可以通过发电机的励 磁调压来调压。

38、（5）变压器各侧 电压的选择根据设计任务中的电压要求， 主变压器两侧的电压分别为：高压 侧 220KV， 低压侧 10.5KV。根据上述变压器容量和型式 的 选择原则， 我们选择主变压器为 SFP7- 120000/220， 即三相油浸风冷强迫油导循环式双绕组无励磁调压电力变压器，额定容量为120000 KV-A ,额定电压为242 2 X 2.5%/10.5 KV。主变压器的主要技术数据，如表2-3所示。2.4.3 高压厂用变压器的选择高压厂用 变压 器的 容量 必须满足厂用机械从电源获得足够的 功 率。 因此， 对高压厂用工作变压器的容量应按高压厂用 电计算负荷的 110%与低压厂用 电计

39、算负荷之和进行选择， 即St 1. 1 Sh + Sl式中，Sh 厂用电高压计算负荷之和（KV A ）;Sl 厂用电低压计算负荷之和（KV A ）。由 设 计 任 务 中 的 已 知 数 据 ： 高 压 电 动 机 计 算 负 荷 之 和 约 为 14000KVA； 低压厂用计算负 荷之和约为 5000KVA， 可得：1. 1 Sh + Sl =1.1 X 14000+5000=20900KV A =20.9MV A因此，高压厂用变压器的容量选为25MV A。厂用变压器的型式 的 选择方法与主变压器的选择方法类似。 选用的高压厂用变压器的数量2台，型号为SF9-20000/15 ,即三相油浸风

40、冷无励磁调压变压 器，其主要技术数据，如表2-4所示。2.4.4启动/备用变压器的选择厂用高压启动/备用变压器的容量应于最大一台厂用工作变压器 的容量相同。选用的启动/备用变压器型号为SFZ8-20000/1 1 0，即 三相油浸风冷有载调压电力变压器，其主要技术数据如表2-4所示。表2-3 主变压器的主要技术数据型号SFP7-120000/220额定容量120000额定电压（KV）2422 汉 2.5%/10. 5额定电流（A）385/6275额定功率（Hz）50相数3联结组别YN，d1 1油面温升（c）55阻抗电压1 3. 25短路损耗438.43空载电流I0 （ %）0. 27空载损耗也

41、P0 （ KW）129.36冷却方式油浸风冷强迫导向循环器身吊重（t）98. 15上节油箱吊重（t）1 0.8油重（t）28. 75总重（t）1 54.3表2-4 高压厂用变压器和启动/备用变压器的主要技术数据变压器指标高压厂用变压器启动/备用变压器型号SF9-20000/1 5SFZ8-20000/1 10额定容量（k V A ）2000020000额定电压（kV ）1 0. 5 2 X 2.5%/6.311 0 8 X1.25%/6. 3额定电流（A ）836.8/1 8331 50/1 833额定频率（Hz）5050相数33连接组别D，d0YN ,d11阻抗电压Uk （ % ）12.81

42、2.8短路损耗厶Pk（ kW）104107.25空载电流丨0 （ % ）0. 50. 59空载损耗厶P0（ kW）2022.5冷却方式ON AONAN2.5 电气主接线具体接线设计2.5.1发电机变压器接线发电机与变压器的接线如图1-8所示，发电机连接在双绕组变压 器低压（10. 5KV）绕组上构成发电机-双绕组变压器单元接线。发电 机的出口不设置母线，将发电机电压升高后直接送入220KV系统。由 于发电机和变压器不可能单独运行，而且在发电机与变压器低压绕组 之间100MW汽轮发电机的工作电流较大，要求断开的短路电流也相当 大，要生产这种发电机断路器的技术复杂，价格昂贵，故在100MW发 电机

43、的出口不设置断路器，而在发电机变压器组的高压侧设有断路 器，当发电机、主变压器故障时，通过断开主变压器高压侧断路器和 发电机的励磁回路来切除故障电流，但为了调试发电机方便，在发电 机出口装设有一组隔离开关。2.5.2厂用电源的引出接线高压厂用工作电源应由发电机电压回路引出，并尽量满足炉、 机、电的对应性要求，即发电机供给各自炉、机和主变压器的厂用负 荷。如图2-9所示，每台100M W发电机从各自发电机-变压器组的 主变压器低压侧接引一台高压工作厂用变压器作为厂用电系统的工作 电源，在厂用变压器的高压侧设有断路器和隔离开关。这种简单明 了，所用设备少，运行操作及维护工作等都很方便。22OKV图

44、 设 短路电 生短路 正常运QS主变器组接线图2-9高 的主要用途有二： 使断路器仅当厂用 切除高厂变，同时 分利用了断路器的加发 的 地缩 常工QS主变220KVG ，作为负荷 作、启动停机过程中，关合和切断负荷电流，增强了机组运行的灵活小了厂用分支回路故障的事故范围；其关在2.5.3 220KV配电装置的连接200KV配电装置采用双母线接线形式，每回线路经一台断路器 和两组隔离开关分别接到两母线上。双母线接线在两组母线之间装设 有一台联络断路器，简称母联。如图2-10所示，它具有工作母线I 和备用母线U （工作母线和联络母线可以任意选定），其运行特点如 下：检修工作母线时，可利用母联QF

45、m把工作母线的全部回路倒换 到备用母线上，再把工作母线退出进行检修，并不发生停电。以L1 和L2为例，设隔离开关QSoi和QS02以合上。操作如下：第一步， 合上QFm，检查备用母线是否完好。如果合上QFm后立即跳闸，表 明备用母线存在故障，不能进行倒闸操作，需要查明故障，加以排 查。如果能够合上，表明备用母线完好。第二步，合上QS2、QS4， 拉开QS1，QS5 （其余回路均按同样步骤进行操作）。最后断开 QFm、QS01、QS02，恢复 QFm的原来状态。此时，工作母线已不带 电，即可退出进行检修。应当注意，上述操作次序不能颠倒，否则将 造成带负荷拉闸的误操作。采用这一接线方式的优点是：1

46、、检修任一母线时，不影响机组和出线的运行。2、运行调度灵活，通过倒闸操作可以形成不同的运行方式。3、线路短路器检修，可临时用母联断路器代替断开该回路，故 不影响对其它用户的供电。图2-1 0 220KV配电装置接线4、在特殊需要时，可以用母联与系统进行同期或解列操作。当 个别回路需要独立工作或进行实验时，可将该回路单独接到备用母线 上运行。5、双母线接线简单，开关设备少，操作简单2.5.4启动/备用变压器和厂用电母线的连接1. 启动/备用电源发电厂一般均设置有备用电源。备用电源的作用是当厂用工作电 源故障或检修退出运行时代替工作电源的工作。备用电源的引接应保 证其独立性，避免与厂用工作电源由同

47、一电源处引出，引接点电源数 量应该有两个以上，并有足够的供点容量，最好能与电力系统紧密联 系，在全厂停电的情况下仍能从系统取得厂用电源。启动电源一般是指电厂机组首次启动或工作电源完全消失的情况 下，为了保证机组快速启动，向必要的辅助设备供电的电源。在正常工作情况下，这些辅助设 备由工作电源供电，只有当工作电源消失后才自动切换到启动电源供 电，因此，启动电源实质上在兼作备用电源，称作启动/备用电源。备用电源的备用方式有明备用和暗备用两种方式。本设计中采用 明备用方式。火电厂采用明备用方式时，高、低压备用电源（变压 器）的数量与发电厂装机台数、单机容量、主接线形式和控制方式等 因素有关，一般的配置

48、原则如表2-5所示。按照配置原则，本设计应 配置一台启动/备用变压器。表2-5 发电厂备用厂用变压器台数配置原则电厂类型高压厂用备用电源（变压 器）低压厂用备用电源（变 压器）一般电厂5台及以下设1台7台及以下设1台6台及以上设2台8台及以上设2台单元控制的1 00M W 125MW4台及以下设1台7台及以下设1台5台及以上设2台8台及以上设2台200M W每2台机组设1台每2台机组设1台 300M W每1台机组设1台2. 厂用电接线（1）对厂用电接线的基本要求对厂用电接线的基本要求是运行安全、可靠，保证连续供电，运 行、检修、操作和发展要方便灵活，技术先进、设备新颖，并且经济 合理。（2）厂

49、用电的电压等级确定火力发电厂采用3KV、6KV和10KV作为高压厂用电压；采用 380/220V作为低压厂用电压。在满足技术要求的前提下，优先采用 较低的电压，以获得较高的经济效益；大容量的电动机采用较低电压 时往往并不经济。为了简化厂用电接线，且是运行维护方便，厂用电电压等级不宜 过多。高压厂用电压等级根据电厂类型、发电机组额定容量和额定电 压等因素分析比较后确定。火力发电厂的厂用电供电电压等级一般情 况如下：1） 低压厂用电采 用 380/220V 电压 级。2）高压厂用电压为：a.发电机组容量在60MW及以下，发电机 电 压为 10. 5KV 时， 可采用 3KV；b. 电机组容量在 6

50、0M W 及以 上， 发 电 机 电 压 为 6. 3KV 时 ， 可 采 用 6KV ； c. 发 电 机 组 容 量 在 1 00M W300M W 时，宜采用 6KV ; d.发电机组容量在 600M W 及 以 上时 ， 经技 术经 济比 较， 可 采用 6KV 一级， 也可采 用 3KV 和 10KV 两级电压。根 据以 上的 配置原则， 我们采用 一个高 压启动/备用 电源 ， 厂用 电 高压采用 6KV 电压。3. 启动 / 备用变压器和厂用电母线的连接为了节省电缆和因为电缆实验、检修时而失去备用的范围，采用部 分放射和部分串联的方式，如图 2-11 所示。启动 /备用电源的二次

51、侧引 出两个分支，每个分支作为一台机组备用电源。在备用电源的总出口装 设隔离开关，以便电源故障或检修时，各母线段可以相互备用。2.5.5 发电机和变压器的中性点接地方式电 力系统的 中性点接 地方式有 中性 点直接接地（ 或 称为大 电 流接 地系统） 和中性点不接地方式（或称为 小电流接地系统） 或经消弧线 圈以及 高阻接地方式。根据我国电力 系统的实际情况， 110KV 及以 上 电力 系统为 降低绝缘水平 和消费而采用 中性 点直接接 地方式， 而 63KV 及以下电 力系统采用中性点不接地方式或经消弧线圈以 及 高阻 接地方式。所以， 电力网中性点的接地方式， 决定了主变压 器中性点

52、接地方式。主变压器按照 220KV 系统要求， 采用 直接接地方式。考 虑到机组检修和系统对主变压器中性点接地切换操作的需要， 在主变 压器的中性点上设有隔离开关。为 了防止变压器中性点不接地时 中性 点侧的绕组可能产生过电 压， 因此在 220KV 侧中性点隔离开关前装 有避雷器和放电 间隙， 如图 2-12 所示。至M厂用变备用电源至眸厂用变6KV Ij6KVIbLII-一L-一II图2-1 1备用电源与厂用母线段的连接方式图2-12主变中性点设备示意图发电机中性点接地为小电流接地方式。因为发电机定子绕组发生 单相接地故障时，接地点流过的电流是发电机自身和主变压器及与其 连接的厂用分支的对

53、地电容电流，当接地电容电流超过允许值时，将 烧坏定子铁心，进而可能损坏定子绕组绝缘，导致匝间或相间短路，故发电机的中性点采用经消弧 线圈的接地方式，以保护发电机免遭损坏。2.5.6 发电机组主接线中的设备配置1.隔离开关的配置（1）100MW发电机出口没有隔离开关，没有断路器；双绕组变压器的高压侧装有断路器和隔离开关；（2）接在主变压器中性点上的避雷器没有装设隔离开关；（3）接在发电机有引出线上的避雷器和电压互感器合用一组隔 离开关；（4）断路器的两侧均装有隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源;(5) 在变压器的中性点设有隔离开关，变压器中性点通过隔离 开关接地。2. 接地 开 关的 配 置(

54、1 )为保证电器和母线的检修安全，220KV母线装有一组接地 开关。母线的接地开关装设在母线电压互感器的隔离开关上；( 2) 220KV 配电 装置的断路器 两侧隔离开关和线路隔离开关的 线路侧均配置接地开关。双母 线接 线中， 两组母线隔离开关的 断路器 共用一组接地开关；( 3) 主变压器进线隔离开关的 主变压器 侧装 设一组接地开关。3. 电压互感器的配置电 压互感器 的配置和 数量与主接线方式有关， 并应满足测量、保 护、同期和 自动装置的要求。电压互感器的 配置应能保 证在运行方式 改变时， 保护装 置不得失压， 同期点两侧都能够提取到电压。( 1) 6KV 至 220KV 电压等级

55、的每组主母线的三相上装有电压互 感器；( 2) 出线侧的一组上装 有电 压互感器 ， 用来监视和 检测线路侧 有 无电 压 ；( 3) 发电 机出口装 有三组电 压互感器 ， 供测量、保 护和 自动电 压调整装置需要；4. 电流互感器的配置电 流互感器 的配置与断路器有 关， 凡装 有断路器 的 地点均装 有电 流互感器。有些没有设置断路器的 地方也装 有电流互感器， 例如， 发 电 机和变压器的中性点、发电 机和 变压器的 出口均装 有 电流互感器， 供测量、保 护和控制装置需要。对于直接接地系统， 一 般按三相配置 电 流互感器 ；对于非直接接地 系统， 按两相也有按三相配置电 流互感 器

56、。5. 避雷器的配置( 1) 配电装 置的 每组母线上， 均装 有一 组避雷器；( 2) 直接接 地系统， 变压器中性点均装 有一 组避雷器；( 3) 发电机 - 变压器 单元接 线的 发电 机引出线上装 有 一 组避 雷 器；( 4) 220KV 每组母线上均装有一组避雷器。第三章 短路计算3.1 短路电流计算的目的和假定条件3.1.1 短路计算的目的 电力系统短路电流计算的主要目的是： （ 1）选择导 体和 电器 设备 ； （2）选择继电保护装置和整定计算。3.1.2 短路计算的假定条件短路电流计算中，采用以下假设条件和原则：（1）正常工作时，三相系统对称运行； （ 2）所有电 源的 电动

57、 势相 位角 相同 ；（3）系统中的同步电动机和异步电动机均为理想电动机，不考 虑电动机磁饱和、磁滞、涡流及导体的集肤效应等影响；转子结构完 全 对 称 ； 定 子 绕 组 三 相 结 构 完 全 相 同 ， 空 间 角 为 120 。（4）电力系统中各元件的磁路不饱和；（ 5）电 力系 统中所有 电源 都在额定 负荷下运 行， 其中 50%负荷 接在高压母线上；（6）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；（7）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器间的激磁电流；（8）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流 外，元件的电阻均略去不计；（9）元件的参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范 围；（

58、10）输电线路的电容略去不计。3.1.3 短路计算方法 对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的 三相短路电流计算，求得I 、i sh、丨sh、Sd值。I - 三相短路电流；i sh- 三相短路冲击电流， 用来校验电器和母线的动稳定性；I sh- 三相短路全电流最大有效值， 用来校验电器和载流导体 的热稳定性；Sd- 三相短路容量， 用来校验断路器和判断容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。3.2 系统等效电路321 基准值计算由于高压短路电流计算一般只计及各元件（发电机、变压器、电 抗器、线路等）的电抗，采用标幺值计算，为了计算方便，取基准容 量Sb=100M VA,

59、基准电压Ub取用各级的平均电压，即Ub =Uav = 1. 05Un（ 3. 1）式中 Uav -平均电压；U b额定电压。当基准容量Sb（ M VA）与基准电压Ub（ KV）选定后，基准电 流Ib（ KA）与基准电抗Xb O1）便已确定。基准电流（3. 2）Sb3Ub基准电抗U2（3. 3）Sb3.2.2各元件标幺值的计算系统接线图如图3- 1所示，由于发电厂里没有起动电源，需要从 附近110KV系统引入起动/备用电源，设引入架空线架空线长度为 20km。取基准容量Sb = 100MVA，基准电压Ub=Uav，于是可以得到 各元件的电抗标幺值如下：主变压器T1 , T2X 2= XX *=0

60、. 02 5 （已知）* Uk%、,Sb 13.251003= x = 0.08 83100 Sn100150发电机 G1， G2X 4 = X 5 =厂用变压器T3 , T4X ；=启动/备用变压器T5X； =Xd%U7Sb18100100Pn /cos :=100100/0.85*Uk%Sb12.8100门c ,X 7 =x1 =x一 0. 64100SN10020Uk%x宝=12.8100 =0.64100SN10020=0. 122系统电抗220KVT10, 5kVT2T46KVT5110KV图3- 1 系统接线图由此得到系统的等效电路如图3-2所示，在等效电路中选取了 4 个点作为短路计算点，分别为220KV母线、发电机出口（ 10.5KV侧）、6.3KV厂用母线和起动/备用变压器高压侧（110KV侧）。2O.O8H34Q.15390?06B0456. 1530.008100100等效电路3.2.3基准电流的