凝汽式火電廠廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄摘要2第一節(jié) 電氣主接線的設(shè)置31.1 原始資料分析31.2廠用電源選擇31.3 廠用變壓器的選擇31.4 廠備用變壓器的選擇41.5 廠用電接線方式的選擇4第二節(jié) 廠用變壓器的選擇72.1 變壓器容量、臺數(shù)和型式的確定原則72.1主變壓器的選擇82.2 聯(lián)絡(luò)變壓器的選擇82.3 廠用負(fù)荷的確定82.4 廠用負(fù)荷計(jì)算9第三節(jié) 短路電流分析計(jì)算：103.1 短路電流計(jì)算目的及規(guī)則：103.2 短路等值電抗電路及其參數(shù)計(jì)算113.3 各短路點(diǎn)短路電流計(jì)算12第四節(jié) 電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)184.1 電氣設(shè)備選擇的一般原則184.2 電氣設(shè)備的選擇條件184.3 電氣設(shè)備的選擇205 防雷保護(hù)的規(guī)

2、劃245.1 雷電過電壓的形成與危害245.2 防雷保護(hù)措施245.3 避雷器的選擇26感想28參考文獻(xiàn)29摘要發(fā)電廠的設(shè)計(jì)需要考慮諸多復(fù)雜的條件因素，本設(shè)計(jì)是一種簡單的整體設(shè)計(jì)，嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)步驟，即對原始資料分析、主接線方案的擬定與選擇、短路電流計(jì)算和主要電氣選擇、繪制電氣主接線圖、編制工程預(yù)算，其中工程預(yù)算在本設(shè)計(jì)中僅作估計(jì)處理，不作嚴(yán)格計(jì)算，而短路電流的計(jì)算是基于變壓器，發(fā)電機(jī)的選擇之上且影響到后面電氣設(shè)備的選擇，起著承前啟后的作用。設(shè)計(jì)工作是工程建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是工程建設(shè)的靈魂。做好設(shè)計(jì)工作，對工程建設(shè)的工期、質(zhì)量、投資費(fèi)用和建成投產(chǎn)后的運(yùn)行安全可靠性和生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，起著決定性的

3、作用。它是一門涉及科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和方針政策等各方面的綜合性的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。設(shè)計(jì)工作的基本任務(wù)是，在工程建設(shè)中貫徹國家的基本建設(shè)方針和技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做出切合實(shí)際、安全適用、技術(shù)先進(jìn)、綜合經(jīng)濟(jì)效益好的設(shè)計(jì)，有效地為電力建設(shè)服務(wù)。因此做好設(shè)計(jì)工作對工程的建設(shè)的工期、質(zhì)量、投資費(fèi)用和建成投產(chǎn)后的運(yùn)行安全可靠性和生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，起著決定性的作用。本設(shè)計(jì)的目的是使我們樹立工程觀點(diǎn)，加強(qiáng)基本理論的理解和工程設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練，了解現(xiàn)代大型發(fā)電廠的電能生產(chǎn)過程及其特點(diǎn)，掌握發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并在分析、計(jì)算和解決實(shí)際工程能力等方面得到訓(xùn)練，為今后從事電氣設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理和科研工作，奠定必要的理論基

4、礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)是對5×300MW總裝機(jī)容量為1500MW的凝汽式區(qū)域性火電廠廠用電部分的設(shè)計(jì)，它主要包括了四大部分，分別為電氣主接線的選擇、短路電流的計(jì)算、電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的選擇。其中詳細(xì)描述了主接線的選擇、短路電流的計(jì)算和電氣設(shè)備的選擇，從不同的短路情況進(jìn)行分析和計(jì)算，對不同的短路參數(shù)來進(jìn)行不同種類設(shè)備的選擇，并對設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論分析?；痣姀S廠用電 電氣主接線 短路計(jì)算 電氣設(shè)備 電氣設(shè)計(jì) 接地保護(hù)第一節(jié) 電氣主接線的設(shè)置1.1 原始資料分析由原始資料可知，該凝汽式火力發(fā)電廠，需安裝5臺容量為300MW機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口電壓為10.5KV，起動/備用電源從110kV母線引入?；痣姀S

5、各廠用機(jī)械的功率差別很大。因此，廠用電一般采用高壓和低壓兩種電壓等級供電。低壓廠用電壓為380V，其中380V供電機(jī)用電，220V供照明和單相負(fù)荷用電。高壓廠用電采用6KV和3KV兩種電壓中的一種。發(fā)電機(jī)5臺300MW本次設(shè)計(jì)采用6KV。1.2廠用電源選擇（1）廠用電供電電壓等級是根據(jù)發(fā)電機(jī)的容量和額定電壓、廠用電動機(jī)的額定電壓及廠用網(wǎng)絡(luò)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等諸方面因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后確定。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的額定容量為300MW，廠用電電壓等級一般采用6KV的等級。（2）廠用變采用不接地方式，高壓和低壓都為三角電壓，當(dāng)容量較小的電動機(jī)采用380V時(shí)，采用二次廠用變，將6kV變?yōu)?80V，中性點(diǎn)直接接

6、地；啟備變采用中性點(diǎn)直接接地，高壓側(cè)為星型直接接地，低壓側(cè)為三角電壓。（3）因?yàn)榘l(fā)電機(jī)與主變壓器采用單元接線，高壓廠用工作電源由該單元主變壓器低壓側(cè)引接。（4）采用兩臺啟備變，獨(dú)立從220kV母線引至啟備變，啟備變采用低壓側(cè)雙繞組分裂變壓器。1.3 廠用變壓器的選擇本次設(shè)計(jì)廠用電系統(tǒng)主接線采用雙母線接線方式，廠用電分別從四臺發(fā)電機(jī)的出口端引接，因此，需要四臺廠用變壓器。由于四臺發(fā)電機(jī)都屬于大型機(jī)組，為限制短路電流，提高可靠性，四臺變壓器均采用低壓分裂繞組變壓器，兩低壓側(cè)分別接到兩段母線上，達(dá)到相互備用的效果。單機(jī)容量在100MW300MW的發(fā)電廠，廠用電通常采用6KV電壓等級，所以對應(yīng)于300

7、MW機(jī)組的廠用變壓器，由于機(jī)端電壓為20KV，其各側(cè)電壓為20/6.3/6.3，容量為，選用SFF10-31500/20雙分裂雙繞組變壓器。參數(shù)見表1.1。變壓器型號額定電壓(KV)短 路阻 抗(%)額定容量(MVA)聯(lián)結(jié)組高壓中/低壓廠用變壓器SFF1031500/20206.3/6.31531.5/2×20D，d12，d12表1.1 所選廠用變壓器的型號及參數(shù)1.4 廠備用變壓器的選擇通過聯(lián)絡(luò)變壓器低壓側(cè)引接一臺變壓器做廠備用變壓器，聯(lián)絡(luò)變壓器的低壓側(cè)電壓為15.75KV，作廠備用電源通過低壓分裂繞組降壓變壓器15.75/6.3/6.3分別接至兩段公用母線上。這個(gè)低壓分裂繞組降壓

8、變壓器選擇SFF7-31500/15.75，其參數(shù)見表1.2。變壓器型號額定電壓(KV)短 路阻 抗(%)額定容量(MVA)聯(lián)結(jié)組高壓中/低壓廠備用SFF7-31500/15.7515.75±2×2.5%6.3/6.3全穿越9.5半穿越16.631.5/2×20D，d0-d0表1.2 廠備用所選變壓器的型號及參數(shù)1.5 廠用電接線方式的選擇1.5.1 對廠用電接線的基本要求廠用電接線除應(yīng)滿足正常運(yùn)行安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)和檢修、維護(hù)方便等一般要求外，尚應(yīng)滿足：(1) 充分考慮發(fā)電廠正常、事故、檢修、啟動等運(yùn)行方式下的供電要求，盡可能地使切換操作簡便，啟動（備用）電

9、源能在短時(shí)內(nèi)投入。(2) 盡量縮小廠用電系統(tǒng)的故障影響范圍，并應(yīng)盡量避免引起全廠停電事故。對于300MW及以上的大型機(jī)組，廠用電應(yīng)是獨(dú)立的，以保證一臺機(jī)組故障停運(yùn)或其輔助機(jī)械的電氣故障，不應(yīng)影響到另一臺機(jī)組的正常運(yùn)行。(3) 便于分期擴(kuò)建或連續(xù)施工，不致中斷廠用電的供應(yīng)。對公用廠用負(fù)荷的供電，須結(jié)合遠(yuǎn)景規(guī)模統(tǒng)籌安排，盡量便于過渡且少改變接線和更換設(shè)備。(4) 對300MW及以上的大型機(jī)組應(yīng)設(shè)置足夠容量的交流事故保安電源。(5) 積極慎重地采用經(jīng)過試驗(yàn)鑒定的新技術(shù)和新設(shè)備，使廠用電系統(tǒng)達(dá)到先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)合理，保證機(jī)組安全滿發(fā)地運(yùn)行。1.5.2 廠用電接線的基本分析廠用電接線的設(shè)計(jì)原則基本上與主接線

10、的設(shè)計(jì)原則相同。首先，應(yīng)保證對廠用電負(fù)荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)；其次，接線應(yīng)能靈活地適應(yīng)正常，事故，檢修等各種運(yùn)行方式的要求；還應(yīng)適當(dāng)注意經(jīng)濟(jì)性和發(fā)展的可能性并積極慎重的采用新技術(shù)、新設(shè)備，使其具有可行性和先進(jìn)性。此外，在設(shè)計(jì)廠用電系統(tǒng)接線時(shí)還要對供電電壓等級，廠用供電電源及其引接進(jìn)行分析和論證。 發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)電壓等級是根據(jù)發(fā)電機(jī)額定電壓，廠用電動機(jī)的電壓和廠用電網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行等諸方面因素，由上一節(jié)負(fù)荷分析可知，取廠用電壓級取6KV，由四臺廠用主變壓器從300MW發(fā)電機(jī)端口上取，采用單母線分段式。對同樣的廠用系統(tǒng)，6KV網(wǎng)絡(luò)不僅節(jié)省有色金屬及費(fèi)用，且短路電流也較小，同時(shí)6KV

11、電壓等級電動機(jī)功率可制造得較大，滿足大量負(fù)荷要求。擬采用兩段6KV的廠母線，另外再設(shè)置兩段6KV備用母線，以提高供電可靠性。大部分100MW及以上機(jī)組，其高壓廠用電電源是從發(fā)電機(jī)出口母線處通過廠用變壓器引接的，廠用電系統(tǒng)的備用電源另設(shè)。機(jī)組啟動時(shí)，先由備用電源向廠用電系統(tǒng)供電，待運(yùn)行正常后，才手動切換至正常電源。由此，備用電源可由母線上經(jīng)變壓器取得。高壓負(fù)荷一般度比較重要，大多設(shè)有備用設(shè)備，當(dāng)工作設(shè)備故障時(shí)，備用設(shè)備會自動接替工作。為使工作和備用設(shè)備不會因母線故障而全部停運(yùn)，設(shè)計(jì)中又將母線分為兩段，把互為備用的設(shè)備接于不同段上。隨機(jī)組和高壓廠用變?nèi)萘康脑龃螅到y(tǒng)中的短路電流也在增大。為限制短路

12、電流水平，除適當(dāng)加大廠用變壓器阻抗外，還采用了低壓為分裂繞組的分裂變壓器，并將一臺機(jī)組的兩段高壓母線接于不同繞組上。分裂變壓器由于兩個(gè)低壓繞組間的分裂電抗很大，在短路時(shí)不僅可以有效阻止另一繞組電動機(jī)反饋電流的流入，與雙繞組變壓器相比減少故障繞組對非故障繞組母線電壓的影響，使在另一段母線上運(yùn)行的高壓負(fù)荷能較正常地運(yùn)行。由以上分析，廠用電可設(shè)計(jì)成如下圖1.1所示：圖1.1 廠用電接線圖第二節(jié) 廠用變壓器的選擇2.1 變壓器容量、臺數(shù)和型式的確定原則 (1) 單元接線的主變壓器容量的確定原則單元接線時(shí)主變壓器應(yīng)按發(fā)電機(jī)的額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留有10%的裕度來確定。采用擴(kuò)大單元接線時(shí)，應(yīng)盡

13、可能采用分裂繞組變壓器，其容量亦應(yīng)按單元接線的計(jì)算原則算出的兩臺機(jī)容量之和來確定。 (2) 連接兩種升高電壓母線的聯(lián)絡(luò)變壓器的確定原則聯(lián)絡(luò)變壓器容量應(yīng)能滿足兩種電壓網(wǎng)絡(luò)在各種運(yùn)行方式下，網(wǎng)絡(luò)間的有功功率和無功功率交換，一般不應(yīng)小于接在兩種電壓母線上最大一臺機(jī)組的容量，以保證最大一臺機(jī)組故障或檢修時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)變壓器來滿足本側(cè)負(fù)荷的要求；同時(shí)，也可在線路檢修或故障時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)變壓器將剩余容量送入另一系統(tǒng)。此外，為了布置和引線方便，通常只設(shè)一臺，在中性點(diǎn)接地方式準(zhǔn)許條件下，以選自耦變壓器為宜。其低壓繞組兼作廠用備用電源或無功功率補(bǔ)償裝置。 (3) 變壓器臺數(shù)的確定原則發(fā)電廠或變電所主變壓器的臺數(shù)與電

14、壓等級、接線形式、傳輸容量以及和系統(tǒng)的聯(lián)系有密切關(guān)系。通常與系統(tǒng)具有強(qiáng)聯(lián)系的大、中型發(fā)電廠和重要變電所，在一種電壓等級下，主變壓器應(yīng)不少于2臺；而對弱聯(lián)系的中、小型發(fā)電廠和低壓側(cè)電壓為6-10KV的變電所或與系統(tǒng)只是備用性質(zhì)時(shí)，可只裝一臺主變壓器；對地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，可設(shè)3臺主變壓器。 (4) 主變壓器型式的確定原則選擇主變壓器型式時(shí)，應(yīng)從相數(shù)、繞組數(shù)、繞組接線組別、冷卻方式、調(diào)壓方式等方面考慮，通常只考慮相數(shù)和繞組數(shù)以及繞組接線組別。在330KV及以下電力系統(tǒng)，一般都應(yīng)選用三相變壓器。因?yàn)閱蜗嘧儔浩鹘M相對來講投資大、占地多、運(yùn)行損耗也較大，同時(shí)配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加

15、了維修工作量。對于大型三相變壓器，當(dāng)受到制造條件和運(yùn)輸條件的限制時(shí)，則宜選用兩臺小容量的三相變壓器來取代一臺大容量三相變壓器，或者選用單相變壓器。一般當(dāng)最大機(jī)組容量為125MW及以下的發(fā)電廠多采用三繞組變壓器，對于最大機(jī)組容量為200MW及以上的發(fā)電廠，通常采用雙繞組變壓器加聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用擴(kuò)大單元接線時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用低壓分裂繞組變壓器，這樣，可以大大限制短路電流。變壓器三繞組的接線組別必須與系統(tǒng)電壓相位一致，否則，不能并列運(yùn)行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有星型“Y”和三角形“D”兩種。變壓器三相繞組的連接方式應(yīng)根據(jù)具體工程來確定。我國規(guī)定，110KV及以上電壓等級，變壓器三繞組都采用“YN

16、”連接；35KV采用“Y”連接，其中性點(diǎn)通過消弧線圈接地；35KV以下高壓電壓，變壓器三繞組都采用“D”連接。在發(fā)電廠和變電所中，一般考慮系統(tǒng)或機(jī)組的同步并列要求以及限制三次諧波對電源的影響因素，根據(jù)以上繞組連接方式的原則，主變壓器接線組別一般選用YN，d11常規(guī)接線。2.1主變壓器的選擇與300MW機(jī)組相連的主變壓器容量和型式一樣，其輸送容量為，300MW發(fā)電機(jī)的功率因素為0.85，所以這四臺變壓器的容量為，選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)容量為370MVA的變壓器即容量為370MVA的三相雙繞組升壓變壓器，其型號選擇SFP9370000/220。2.2 聯(lián)絡(luò)變壓器的選擇兩臺聯(lián)絡(luò)變壓器的容量和型式一樣，根據(jù)聯(lián)

17、絡(luò)變壓器容量的確定原則可知，兩臺聯(lián)絡(luò)變壓器的總?cè)萘繛椋悦恳慌_的容量為176.47 MVA， 選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)容量為180MVA的變壓器即容量為180MVA的三相三繞組降壓自耦變壓器，其型號選擇OSSPSZ7-180000/220。當(dāng)一臺聯(lián)絡(luò)變壓器故障或停運(yùn)檢修時(shí)，即選擇容量為180MVA的自耦降壓變壓器能夠滿足要求。2.3 廠用負(fù)荷的確定火電廠負(fù)荷計(jì)算采用換算系數(shù)法（K），K值的選取1.0，計(jì)算母線段的計(jì)算負(fù)荷，即全廠電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行的各段母線上的最大負(fù)荷。2.4 廠用負(fù)荷計(jì)算經(jīng)常及經(jīng)常連續(xù)運(yùn)行的電動機(jī)全部計(jì)入。經(jīng)常短時(shí)及經(jīng)常斷續(xù)按，高壓廠用工作變壓器容量按高壓側(cè)廠用電計(jì)算負(fù)荷的與低壓側(cè)廠用電

18、計(jì)算負(fù)荷之和選擇。本次設(shè)計(jì)的雙繞組變壓器容量，高壓啟動/備用變壓器容量應(yīng)滿足；重復(fù)容量則廠用變壓器容量則單臺高壓變?nèi)萘窟x擇：，高壓啟動/備用變壓器容量應(yīng)滿足；第三節(jié) 短路電流分析計(jì)算： 3.1 短路電流計(jì)算目的及規(guī)則：在發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其計(jì)算的目的的主要有以下幾個(gè)方面：1、 電氣主接線的比選。 2、選擇導(dǎo)體和電器。 3、確定中性點(diǎn)接地方式。 4、計(jì)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、驗(yàn)算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓。7、選擇繼電保護(hù)裝置和進(jìn)行整定計(jì)算。3.1.1短路電流計(jì)算條件 (1)所有電流的電功勢相位角相同。 (2)電力系統(tǒng)中所有電

19、源均在額定負(fù)荷下運(yùn)行。 (3)短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。 (4)不考慮短路點(diǎn)的衰減時(shí)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(jì)。 (5)不考慮短路點(diǎn)的電流阻抗和變壓器的勵磁電流。 (6)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。3.1.2短路計(jì)算的一般規(guī)定 (1)驗(yàn)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(jì)規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景的發(fā)展計(jì)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?zhàn)饔玫漠惒诫妱訖C(jī)的影響和電容補(bǔ)償裝置放電電流影響。 (3)選擇導(dǎo)體和電器時(shí)，對不帶電抗回路的計(jì)算短路點(diǎn)，應(yīng)選擇在正常接線方

20、式時(shí)短路電流最大地點(diǎn)。 (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(jì)算。3.2 短路等值電抗電路及其參數(shù)計(jì)算由4×300MW火電廠電氣主接線圖和查的給出的相關(guān)參數(shù)，可畫出系統(tǒng)的等值電抗圖如圖3.1所示。選取基準(zhǔn)容量為SB=100MVA VB=VavSB基準(zhǔn)容量；Vav所在線路的平均電壓 以上均采用標(biāo)幺值計(jì)算方法，省去“*”。圖1.2 系統(tǒng)等值電抗圖1、對于QFSN-300-2型發(fā)電機(jī)的電抗變壓器短路電壓的百分?jǐn)?shù)（%）； SN最大容量繞組的額定容量（MVA）。3、 對于SFP9370000/300型兩繞組變壓器的電抗 4、對于OSSPSZ7180000/300

21、型三繞組變壓器的電抗 聯(lián)絡(luò)變壓器各繞組阻抗標(biāo)幺值： X聯(lián)1=US1%×(SB/SN)=9.6%×100/180=0.053 X聯(lián)2=US2%×(SB/SN)=-0.3%×100/180=-0.0017 X聯(lián)=X1+X2=0.053-0.0017=0.0513 5、出線回路系統(tǒng)電抗 3.3 各短路點(diǎn)短路電流計(jì)算 短路點(diǎn)的選擇應(yīng)選擇通過導(dǎo)體和電器的短路電流為最大的那些點(diǎn)作為短路計(jì)算點(diǎn)。 首先，應(yīng)在兩條電壓等級的母線上選擇兩個(gè)短路計(jì)算點(diǎn)d1、d2。無線大功率系統(tǒng)的德主要特征是：內(nèi)阻抗X=0，端電壓，它所提供的短路電流周期分量的幅值恒定且不隨時(shí)間改變。雖然非周期

22、分量依指數(shù)率而衰減，但一般情況下只需計(jì)及他對沖擊電流的影響。因此，在電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算中，其主要任務(wù)是計(jì)算短路電流的周期分量。而在無限大功率系統(tǒng)的條件下，周期分量的計(jì)算就變得簡單。 如取平均額定電壓進(jìn)行計(jì)算，則系統(tǒng)的短電壓，若選取，則無限大功系統(tǒng)的短路電壓的標(biāo)幺值 無限大功率電源供給的短路電流周期分量的標(biāo)幺值為 式中 XFS無限大系統(tǒng)功率系統(tǒng)對短路點(diǎn)的組合電抗的標(biāo)幺值。 無限大功率電源提供的短路電流為 第i臺等值發(fā)電機(jī)提供的短路電流 式中SNi第i臺等值發(fā)電機(jī)的額定容量，即由它所代表的那部分發(fā)電機(jī)的額定容量之和。 短路點(diǎn)周期電流的有名值為 則短路點(diǎn)沖擊電流為 式中kim 、 kimLD沖擊系

23、數(shù)，表示沖擊電流對周期分量幅值的倍數(shù)。 在以下的計(jì)算中，取kim =1.85；kimLD=1。 主電路化簡后的總等值電抗電路如圖3.2所示 圖1.3 化簡后的主電路短路的等值電抗電路1、 當(dāng)220KV側(cè)短路時(shí)，由于110KV母線無電源，不提供短路電流，又電路對稱所以等值電抗電路可化簡為圖1.4所示，可算得各電源轉(zhuǎn)移電抗，圖1.4 化簡后的220KV側(cè)的等值電抗電路圖1.5。圖1.4 220KV側(cè)短路時(shí)等值電抗電路圖1.5 等價(jià)電抗電路 各電源的轉(zhuǎn)移電抗為： 無限大系統(tǒng)： 發(fā)電機(jī)G-1： 將發(fā)電機(jī)G-1、G-2、G-3、G-4合并，用一臺等值機(jī)表示，其轉(zhuǎn)移電抗為： 所以系統(tǒng)S的轉(zhuǎn)移電抗為： 歸算

24、到短路短路點(diǎn)電壓級的各電源的額定電流分別為 求發(fā)電機(jī)的計(jì)算電抗： 求系統(tǒng)的計(jì)算電抗為： 根據(jù)計(jì)算電抗查汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線數(shù)字表，將結(jié)果記入表1.1。并利用上述公式算的短路電流有名值填入表1.3。0s0.2s4s發(fā)電機(jī)GT標(biāo)么值0.3380.3270.338有名值kA1.1981.1591.198系統(tǒng)S標(biāo)么值0.8980.8330.961有名值kA31.82429.52134.057總電流有名值kA33.02230.6835.255表1.3 220KV母線f1點(diǎn)短路時(shí)短路電流計(jì)算結(jié)果所以沖擊電流為 2、110KV母線上發(fā)生短路（f2）時(shí)的計(jì)算 電路對稱所以等值電抗電路可化簡為圖1.6所示圖1.6

25、 化簡后的220KV母線上短路的等值電抗電路 聯(lián)絡(luò)變壓器電抗為 將發(fā)電機(jī)G-1、G-2、G-3、G-4合并，用一臺等值機(jī)表示，其轉(zhuǎn)移電抗為： 且系統(tǒng)S合并，其轉(zhuǎn)移電抗為 求發(fā)電機(jī)的計(jì)算電抗： 求系統(tǒng)的計(jì)算電抗為： 歸算到短路短路點(diǎn)電壓級的各電源的額定電流分別為 根據(jù)圖和以上數(shù)據(jù)求轉(zhuǎn)移電抗： 歸算到短路短路點(diǎn)電壓級的各電源的額定電流分別為因?yàn)橛?jì)算曲線只做到=0.35為止，當(dāng)計(jì)算電抗大于這個(gè)數(shù)時(shí)，可以近似的認(rèn)為短路周期期電流的幅值已不隨時(shí)間而變，直接按下式計(jì)算， 所以短路電流的標(biāo)幺值為：短路電流的有名值為： 根據(jù)計(jì)算電抗查汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線數(shù)字表，將結(jié)果記入表3.2。并利用上述公式算的短路電流有名

26、值填入表1.4。0s0.2s4s發(fā)電機(jī)GT標(biāo)么值0.6220.5860.642有名值kA48.5545.7450.12系統(tǒng)S標(biāo)么值0.2010.2010.201有名值kA15.6915.6915.69總電流有名值kA64.2461.4365.81表1.4 110KV母線f2點(diǎn)短路時(shí)短路電流計(jì)算結(jié)果所以沖擊電流為： 第四節(jié) 電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)電氣設(shè)備的選擇是發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。正確的選擇電氣設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件。在進(jìn)行電氣設(shè)備選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的采用新技術(shù)，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。4.1

27、電氣設(shè)備選擇的一般原則(1) 所選設(shè)備應(yīng)能滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展；在滿足可靠性要求的前提下，應(yīng)盡可能的選用技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)備，使其具有先進(jìn)性；(2) 應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)；(3) 所選設(shè)備應(yīng)予整個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致；(4) 同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種；(5) 選用新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。在特殊情況下，選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)經(jīng)過上級批準(zhǔn)。4.2 電氣設(shè)備的選擇條件正確的選擇電器是使電氣主接線和配電裝置達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件。在進(jìn)行電器選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的采用新技

28、術(shù)，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。電器要能可靠的工作，必須按正常條件下進(jìn)行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。4.2.1 按正常工作條件選擇電器(1) 額定電壓和最高工作電壓 所選用的電器允許最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓，即。一般情況下，當(dāng)額定電壓在220KV及以下時(shí)電器允許最高工作電壓UZ是1.15UN；額定電壓是330KV500KV時(shí)為1.1UN。而實(shí)際電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓UG不會超過電網(wǎng)額定電壓的1.1倍，因此在選擇電器時(shí)一般可按電器額定電壓UN不低于裝置地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓UNs的條件選擇，即UNUNs。(2) 額定電流 電器的額定電流IN是指額定周圍環(huán)境溫度下，電器的長

29、期允許電流。IN應(yīng)不小于該回路在各種合理運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax，即INImax。由于發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)和變壓器在電壓降低5%時(shí)，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的Imax為發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)或變壓器的額定電流的1.05倍；若變壓器有過負(fù)荷運(yùn)行可能時(shí)，Imax應(yīng)按過負(fù)荷確定（1.32倍變壓器額定電流）；母聯(lián)斷路器回路一般可取母線上最大一臺發(fā)電機(jī)或變壓器的Imax；母線分段電抗器的Imax應(yīng)為母線上最大一臺發(fā)電機(jī)跳閘時(shí)，保證該段母線負(fù)荷所需的電流，或最大一臺發(fā)電機(jī)額定電流的50%80%；出線回路的Imax除考慮正常負(fù)荷電流外，還應(yīng)考慮事故時(shí)由其他回路轉(zhuǎn)移過來的負(fù)荷。此外，還與電器的裝置地點(diǎn)、使用條

30、件、檢修和運(yùn)行等要求，對電器進(jìn)行種類和形式的選擇。4.2.2 按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校驗(yàn)在選擇電器時(shí)，還應(yīng)考慮電器安裝地點(diǎn)的環(huán)境條件，當(dāng)氣溫、風(fēng)速、溫度、污穢等級、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等環(huán)境條件超過一般電器使用條件時(shí)，應(yīng)采取措施。例如：當(dāng)?shù)貐^(qū)海拔高度超過制造部門的規(guī)定值時(shí)，由于大氣壓力、空氣密度和濕度相應(yīng)減少，使空氣間隙和外絕緣的放電特性下降，一般當(dāng)海拔在10003500m范圍內(nèi)，若海拔比廠家規(guī)定值每升高100m，則電器允許最高工作電壓要下降1%。當(dāng)最高工作電壓不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采取高原型電器，或采用外絕緣提高一級的產(chǎn)品。對于110KV及以下電器，由于外絕緣裕度較大，可在海拔2000m以下使用

31、。當(dāng)污穢等級超過使用規(guī)定時(shí)，可選用有利于防污的電瓷產(chǎn)品，當(dāng)經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)可采用屋內(nèi)配電裝置。我國目前生產(chǎn)的電器使用的額定環(huán)境溫度為40，如周圍環(huán)境溫度高于40（但60）時(shí)，其允許電流一般可按每增高1，額定電流減少1.8%進(jìn)行修正，當(dāng)環(huán)境溫度低于+40時(shí)，額定電流可增加0.5%，但其最大電流不得超過額定電流的20%。4.2.3 按短路情況校驗(yàn)(1) 短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)短路電流通過電器時(shí)，電器各部分的溫度應(yīng)不超過允許值.滿足熱穩(wěn)定的條件為 ；式中Qk為短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，It、t分別為電器允許通過的熱穩(wěn)定電流和時(shí)間。(2) 電動力穩(wěn)定校驗(yàn)電動力穩(wěn)定是電器承受短路電流機(jī)械效應(yīng)的能力，亦稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)

32、定的條件為，；式中ish、Ish分別為短路沖擊電流幅值和有效值，ies、Ies分別為電器允許的動穩(wěn)定電流的幅值和有效值。4.3 電氣設(shè)備的選擇4.3.1 高壓斷路器與隔離開關(guān)的選擇(1) 斷路器的種類和形式的選擇因?yàn)?10KV側(cè)有10回出線，220KV側(cè)有8回出線，所以接入110KV，220KV側(cè)的高壓斷路器應(yīng)選擇SF6斷路器。(2) 額定電壓的選擇110KV側(cè): 220KV側(cè): (3) 額定電流的選擇110KV側(cè): 220KV側(cè): (4) 開斷電流的選擇高壓斷路器的額定開斷電流INor不應(yīng)小于實(shí)際開斷瞬間的短路電流周期分量Ipt，為了簡化計(jì)算可應(yīng)用此暫態(tài)電流I"進(jìn)行選擇，即。110

33、KV側(cè): 220KV側(cè): (5) 短路關(guān)合電流的選擇為了保證斷路器在關(guān)合短路時(shí)的安全，斷路器的額定關(guān)合電流INkl不應(yīng)小于短路電流最大沖擊值Ish，即。110KV側(cè): 220KV側(cè): (6) 熱穩(wěn)定校驗(yàn)取tk(短路切除時(shí)間)=4s。110KV側(cè): 周期分量熱效應(yīng)不計(jì)非周期分量 220KV側(cè): 周期分量熱效應(yīng)不計(jì)非周期分量 (7)動穩(wěn)定校驗(yàn)110KV側(cè): 220KV側(cè): 4.3.2 電流互感器的選擇電流互感器的選擇和配置應(yīng)按下列條件：（1）型式：電流互感器的型時(shí)應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。對于620KV屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)和樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器。對于35KV及以上配電裝置

34、，一般采用油浸式瓷箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式電流互感器。有條件時(shí)，應(yīng)盡量采用套管式電流互感器。（2）一次回路電壓：（3）一次回路電流：（4） 準(zhǔn)確等級：要先知道電流互感器二次回路所接測量儀表的類型及對準(zhǔn)確等級的要求，并按準(zhǔn)確等級要求高的表計(jì)來選擇。（5） 二次負(fù)荷：互感器按選定準(zhǔn)確級所規(guī)定的額定容量S2N應(yīng)大于或等于二次側(cè)所接負(fù)荷，即 （5.1）式中，ra、rre分別為二次側(cè)回路中所接儀表和繼電器的電流線圈電阻（忽略電抗）； rc為接觸電阻，一般可取0.1；rL為連接導(dǎo)線電阻。（6）動穩(wěn)定：內(nèi)部動穩(wěn)定校驗(yàn)式為：或 （5.2）式中 ies、Kes電流互感器的動穩(wěn)定電流及動穩(wěn)定電流倍數(shù)，有制造廠提供。外

35、部動穩(wěn)定校驗(yàn)式為： （5.3）式中 Fa1作用于電流互感器瓷帽端部的允許力，有制造廠提供；L電流互感器出現(xiàn)端至最近的一個(gè)母線支柱絕緣子之間的跨距；a相間距離；0.5系數(shù)，表示互感器瓷套端部承受該跨上電動力的一半。（7）熱穩(wěn)定：電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s允許通過的熱穩(wěn)定電流It或一次額定電流ILN的倍數(shù)Kt來表示，熱穩(wěn)定校驗(yàn)式為：或 4.3.3 電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇和配置應(yīng)按下列條件：(1)型式：620KV屋內(nèi)互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用條件可以采用樹脂膠主絕緣結(jié)構(gòu)的電壓互感器；35KV110KV配電裝置一般采用油浸式結(jié)構(gòu)的電壓互感器；220KV級以上的配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確等級滿足要求

36、，一般采用電容式電壓互器。在需要檢查和監(jiān)視一次回路單項(xiàng)接地時(shí)，應(yīng)選用三項(xiàng)五柱式電壓互感器或具有第三繞組的單項(xiàng)電壓互感器。（2）準(zhǔn)確等級：電壓互感器影子哪一準(zhǔn)確等級下工作，需根據(jù)接入的測量儀表，繼電器和自動裝置等設(shè)備對準(zhǔn)確等級的要求確定，規(guī)定如下：用于發(fā)電機(jī)、變壓器、調(diào)相機(jī)、廠用饋線、出線等回路中的電度表，共所有計(jì)算的電度表，其準(zhǔn)確等級要求為0.5級。供監(jiān)視估算電能的電度表，功率表和電壓繼電器等，其準(zhǔn)確等級，要求一般為1級。用于估計(jì)被測量數(shù)值的標(biāo)記，如電壓表等，其準(zhǔn)確等級要求較低，要求一般為3級即可。在電壓互感器二次回路，同一回路接有幾種不同型式和用途的表計(jì)時(shí)，應(yīng)按要求準(zhǔn)確等級高的儀表，確定為電

37、壓互感器工作的最高準(zhǔn)確度等級。5 防雷保護(hù)的規(guī)劃5.1 雷電過電壓的形成與危害雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓，是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一。發(fā)電廠出現(xiàn)的雷電過電壓主要有兩個(gè)來源：雷電直擊和沿輸電線路入侵的雷電過電壓波。(1)直擊雷過電壓雷電直接對電氣設(shè)備、輸電線、建筑物或其他物體直接放電，簡稱直擊雷。直擊雷過電壓又引起數(shù)萬安的強(qiáng)大雷電流通過被擊物體而入地，產(chǎn)生破壞性很大的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，擊壞設(shè)備，引起火災(zāi)，甚至造成人身傷亡。利用避雷針和避雷線，可使各種建筑物、輸電線路和電氣設(shè)備免遭直擊雷的危害。避雷針主要用于保護(hù)建筑物、發(fā)電廠變電所等免受直擊雷的危害，避雷器主要用

38、以保護(hù)架空輸電線路。本次設(shè)計(jì)中，采用避雷線保護(hù)架空線路，采用避雷針對發(fā)電廠進(jìn)行直擊雷保護(hù)。(2)雷電波輸電線路上遭受直接雷或感應(yīng)雷后，電荷沿著輸電線進(jìn)入發(fā)電廠或變電所，這種由雷電流形成的電流稱為雷電波。直接雷、感應(yīng)雷及其形成的雷電波均對電氣設(shè)備的絕緣構(gòu)成嚴(yán)重威脅。利用保護(hù)間隙和避雷器，可保護(hù)電氣設(shè)備免遭沿線入侵的雷電波的襲擊。本次設(shè)計(jì)中，采用避雷器對電氣設(shè)備進(jìn)行雷電波防護(hù)。5.2 防雷保護(hù)措施5.2.1 發(fā)電廠的直擊雷防護(hù)發(fā)電廠電氣設(shè)備對直擊雷的防護(hù)主要采用避雷針。由于發(fā)電場面積較大，采用多支等高避雷針保護(hù)。預(yù)設(shè)發(fā)電廠占地面積為225公頃，規(guī)模為長500m，寬450m，保護(hù)高度為18m。工程中

39、避雷針的高度一般選用2030m，本次設(shè)計(jì)中擬選用30m的避雷針，避雷針間的布置距離通過計(jì)算求得。四只等高避雷針的保護(hù)范圍如圖1.7所示。圖1.7 四只等高避雷針的保護(hù)范圍 公式(6-1) 公式(6-2)式中h避雷針的高度； hx被保護(hù)物高度；h0兩針間聯(lián)合保護(hù)范圍上部邊緣的最低點(diǎn)的高度；2bx在高度hx的水平面上，保護(hù)范圍的最小寬度。在多針保護(hù)時(shí)，當(dāng)各邊的保護(hù)范圍最小寬度bx均，則多邊形中間的全部面積都處于聯(lián)合保護(hù)范圍之內(nèi)，即當(dāng)時(shí)，保護(hù)半徑最大，即為地面上的保護(hù)范圍，由此算出在高度為hx的水平面上算得即任意兩只避雷針之間的距離不得大于210m，才能保護(hù)整個(gè)發(fā)電廠的地面范圍。在地面上的外部保護(hù)半

40、徑為 公式(7-3)在高度為hx的水平面上的保護(hù)半徑為為根據(jù)本廠的面積，需設(shè)置916只30m的避雷針。5.3 避雷器的選擇避雷器應(yīng)按下列條件選擇：（1） 型式：選擇避雷器型式時(shí)，應(yīng)考慮被保護(hù)電器的絕緣水平和使用特點(diǎn)，按下表選擇：型號型式應(yīng)用范圍FS配電用普通閥型10KV以下配電系統(tǒng)、電纜終端盒FZ電站用普通閥型35220KV發(fā)電廠、變電所配電裝置FCZ電站用磁吹閥型1、  330KV及需要限制操作的220KV以及以下配電2、  某些變壓器中性點(diǎn)FCD旋轉(zhuǎn)電機(jī)用磁吹閥型用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)、屋內(nèi)（2）額定電壓：避雷器的額定電壓應(yīng)與系統(tǒng)額定電壓一致。（3）滅弧電壓：按照使用情況，校驗(yàn)避雷器安裝地點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大導(dǎo)線對地電壓，是否等于或小于避雷器的最大容許電壓（滅弧電壓）。(4)工頻放電電壓Ugf：在中性點(diǎn)絕緣或經(jīng)阻抗接地的電網(wǎng)中，工頻放電電壓一般大于最大運(yùn)行相電壓的3.5倍。在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，工頻放電電壓應(yīng)大于最大運(yùn)行相電壓的3倍。工頻放電電壓應(yīng)大于滅弧電壓的1.8倍。(5)沖擊放電電壓和殘壓：一般國產(chǎn)閥式避雷器的保護(hù)特性與各種電器的具有均可配合，故此項(xiàng)校驗(yàn)從略。根據(jù)避雷器配置原則，配電裝置的每組母線上，一般應(yīng)裝設(shè)避雷器，變壓器中性點(diǎn)接地必須裝設(shè)避雷器，