发电厂第二期工程电气部分主变压器初步设计书

1 发电厂第二期工程电气部分主变压器初步设计书 第 1 章 主变压器的选择 量和台数的确定 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。 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 co (式中 变压器的计算容量， A； 发电机的额定功率， 发电厂的厂用电率， %； 发电机的功率因数。 式和结构的选择 数 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 500， 600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。 采用单相变压器时 ,由于备用单相变压器一次性投资大 ,利用率不高 ,故应综合考虑系统要求、设备质量以及按变压器故障率引起的停电损失费用等因素，确定是否装设备用单相变压器。若确需装设，可按地区（ 运输条件允许）或同一电厂 3 4 组的单相变压器（容量、变比与阻抗均相同），合设一台备用单相变压器考虑。 组数与结构 沈阳工程学院毕业设计 - - 2 电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。 容量为 200上大机组都采用与双绕组变压器成单元接线，而不于三绕组变压器组成单元接线。这是由于机组容量大，其额定电流及短路电流都很大，发电机出口断路器制造困难，价格昂贵，且对供电可靠性要求较高，所以，一般在发电机回路及厂用分支回路均采 用分相封闭母线，而封闭母线回路中一般不装高断路器和隔离开关。 组接线组别 变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形“ Y”和三角形“ d”两种。而在发电厂中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制 3 次谐波对电源的影响等因素，主变压器接线组别一般都选用 规接线。 全星形接线变压器用于中性点不接地系统时， 3 次谐波无通路，将引起正弦波电压畸变，并对通信设备发生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。在 我国，全星形接线变压器均为自耦变压器，电压变比多为 220/110/35、 330/220/35、 330/110/35、500/220/110于 500、 330、 220、 110系中性点直接接地系统，系统的零序阻抗较小，所以自耦变压器设置三角形绕组用以对线路 3 次谐波的分流作用已显得不十分必要。 压方式 调压是通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压的调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在 % 以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 %30 ，但结构复杂、价格昂贵，只有在两种情况下才予以选用：接于出力变化大的发电厂的主变压器 ,特别是潮流方向不固定 ,且要求变压器二次电压维持在一定水平时；接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。 通常发电厂主变压器中很少采用有载调压，因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，一般均采用无激磁调压。 却方法 电 力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却，在发电厂水源充足的情况下，为压缩占地面积，也可采用强迫油循环水冷却。强迫油循环水冷却的散热效率高，节省材料，减小变压器本体尺寸，但要一套水冷却系统和有关附件，在冷却器中，油与水不是直接接触，在设计时和运行中，以防止万 3 一产生泄漏时，水不至于进入变压器内，严重地影响油的绝缘性能，故对冷却器的密封性能要求较高。 第 2 章 电气主接线的设计 接线设计的要求和原则 电气主接线是发电厂电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。 接线设计的基本要求 定量分析主接线的可靠性时，考虑发电厂在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。 定性分析主接线的可靠性考虑：断路器检 修时，能否不影响供电；线路、断路器或母线故障时以及母线或母线隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对 I、 负荷的供电；发电厂或变电站全部停电的可能性；大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响与后果等因素。 电气主接线应能适应适应运行状态 ,并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括：操作的方便性、调度的方便性和扩建的方便性。 在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要考虑 :节省一 次投资、占地面积少和电能损耗少。 机组超高压主接线可靠性的特殊要求 任何断路器检修，不影响对系统的连续供电；任何一进出线断路器故障或拒动以及母线故障，不应切除一台以上机组和相应的线路；任何一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动相重合、以及当母线分段或母线联络断路器故障或拒动时，不应切除两台以上机组和相应的线路。 接线设计的原则 沈阳工程学院毕业设计 - - 4 根据发电厂在电力系统中的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、输送电压等级、进出线回路数，供电负 荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。 始资料分析 本次设计的凝汽式发电厂，装机容量为 2 600大型发电厂，在系统中有举足轻重的地位，供电容量大、范围广，发生事故可能使系统运行稳定遭到破坏，甚至瓦解，造成巨大损失，又因为高电压、大电流对电器设备又有特殊的要求，所以必须采用供电可靠性高、调度灵活的接线形式，并要进行定性分析。以最大限度的避免由于主接线结构引起的局部限出力 、限送电。 考虑环境条件对电气设备的影响，尤其是温度和海拔高度超过电气设备的使用条件时，应采取相应措施。由于厂址平均海拔高度为 50 米，一般不会超过设备额定使用高度，所以不用考虑高度对电气设备的影响；电气设备一般使用的额定环境温度为 C40 ，而电厂所在地的年最高温度为 C40 ，平均温度为 15 C ，最低温度为零下 33 C ，设备实际运行环境温度不会超过其额 定温度，所以对一般设备不会造成影响；但裸导体的额定环境温度为 C25 ，其允许电流必须根据实际环境温度进行修正。另外要考虑重型设备运输问题。 接线方案的拟定 电机 600电机组大都采用发电机 图 示。这种接线开关设备少，操作简便，有利于实现机、炉、电的集中控制。由于省去了高压配电装置，明显地减少了设备检修工作量，以及因不设发电机电压级母线，在发电机出口可不装断路器，而在发电机和变压器之 间采用分相封闭母线，使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对减小，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受制造条件或价格甚高等原因造成的困难。 00压母线接线 双母线四分段 (双母双分段 )接线方式如图 示。由于随着断路器制造质量的提高，旁路母线的应用已逐渐减少，按规定采用 路器的主接线不宜增设旁路设施。双母线Q 电机 5 四分段接线具有如下优点： (1) 母线可以轮流检修而不致使供电中断。当一组母线检修时，可将该组母线上的电源和负荷切换到 另一组母线上运行。 (2) 正常运行时，电源和线路均分在四段母线上，母联和分段断路器均合上，四段母线同时并列运行。当任意一段母线故障时，只有 1/4 电源和负荷停电；当任一分段或母联断路器故障时，只有 1/2 电源和负荷停电。 (3) 当进出线母线侧隔离开关需要检修时，只需该进线（或出线）和与该隔离开关相连的母线停电，而不影响其他回路的正常供电。 (4) 运行中如一段母线故障，可将故障母线上的负荷和电源，倒到正常母线上运行，能迅速恢复供电。 (5) 高度灵活。各电源和负荷可以任意在一组母线上运行，并可根据潮流变化或 其它要求改变运行方式。 (6) 扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。 Q F 1Q F D 1Q F C 2Q F 2Q F C 1Q F D 2W L 2W L 1 W L 3 W L 4图 母线四分段接线 双母线四分段接线也存在缺点：当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，倒闸操作比较复杂，容易造成误操作。由于双母线四分段接线具有较高的可靠性，而且运行经验也比较丰富，所以可用于 500统。 一台半断路器 (3/2)接线是 600组电压母线广泛采用的接线 形式，不但兼有及环形接线的全部优点，而且可靠性和灵活性更高。另外与双母线四分段接线相比，隔离开关少，配电装置结构简单，占地面积小，土建投资少，隔离开关也不用参加倒闸操作 ,减少了因误操作引起事故的可能性。但由于每一回路包含 2 个断路器，进出线故障将引起 2 个断路器动作，增加了断路器的维护工作量。 沈阳工程学院毕业设计 - - 6 如图 示，一台半断路器采用交叉布置的方式，即将同名回路交叉布置在不同串中的不同母线侧，可避免同名回路全部停运的现象。主变压器与 500配电装置之间常采用干式电缆连接，不会增加间隔布置的困难，反而提高了供电可靠性 。 W 2W 1Q S 1 2Q F 2Q S 2 2Q S 3 2Q F 3Q S 3 1Q S 2 1Q F 1Q S 1 1 Q S 4 1Q F 4Q S 4 2Q S 5 1Q F 5Q S 5 2Q S 6 1Q F 6Q S 6 2Q S 7 1Q F 7Q S 7 2Q S 8 1Q F 8Q S 8 2Q S 9 1Q F 9Q S 9 2W L 1 W L 2 W L 3W L 4T 1 T 2图 台半断路器接线 一台半断路器可靠性定性分析： (1) 元件检修的情况 任何一组母线或一台断路器检修需退出工作时都不会影响机组运行。例如： 5001母线检修，只要断开 即可，不影响供电，并可以检修 线上的 母线隔离。 修时，只需断开 (2) 一个元件故障的情况 1) 任何一组母线故障不影响机组和出线运行。如 5002 母线故障时，保护动作，闸，其他进出线能继续工作，并通过 线并联运行。 2) 一台半断路器故障最多影响二回进出线停电。靠近母线侧断路器故障时，只影响一回线停电，如 障， 闸，只影响 线停运。进出线之间联络断路器故障时，影响二回线停电。例如 障， 闸，将使 运。 (3) 一个元件检修并发生另一元件故障的情况 1) 5001 母线检修（ 开）， 线又发生故障时，母线保护动作，闸，但不影响发电厂向外供电，但若出线并未通过系统连接，则各机组将在不同的系统运行，出力可能不均衡，母线上如有无电源串的出线将停电。 2) 一台半断路器检修，另一组母线故障，最多影响一回线停电。例如 修， 运；又如 线故障，则 运。 7 3) 线路故障而断路器拒动，最多停二回进出线。例如 路故障， 闸，而 由 闸，使 运。若 闸， 动，扩大到 闸，使 不影响其他进出线运行。 4) 一台半断路器检修， 另外一台断路器故障，由于采用交叉接线，一般情况只使二回进出线停电。例如，当只有 串时， 修， 障， 闸， 运，但 继续运行，不会发生同名回路全部停运现象。 接线方案的比较 为了确定出技术上合理，经济上可行的最终方案，现将双母线四分段接线与一台半断路器接线的优缺点进整理，并逐项比较，如表 示。 表 母线四分段接线与一台半断路器接线技术经济比较 双母线四分段接线 一台半断路器接线 可靠性 (1) 任何断路器检修，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，切除两回以上的线路； (3) 任一母线故障， 1/4 电源和负荷停电，分段或母联断路器故障，有 1/2 电源和负荷停电 (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 灵活性 (1) 不形成多环供电，一个回路由一台断路器供电，调度较不方便； (2) 隔离开关作为操作电器，需要进行倒换操作，易造成误操作； (3) 在没有旁路设施时 ，检修断路器，要向调度部门报告； (4) 成对双回线路可能要交叉； (5) 扩建较方便 (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) 扩建同样方便 经济性 (1) 进出线共 8 回及以下时，双母线四分段接线较贵（进出线 6 回时，共需 10 台断路器）； (2) 占地面积较大 (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 接线方案的确定 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，沈阳工程学院毕业设计 - - 8 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 500压母线最终采用一台半断路器接线。 第 3 章 厂用电系统设计 用电接线的设计原则 厂用电 接线是否合理，对保证厂用负荷的连续供电和发电厂安全经济运行至关重要。由于厂用电负荷多、分布广、工作环境差和操作频繁等原因，厂用电事故在电厂事故中占有很大比例。因此，必须对厂用电系统设计予以重视。 厂用电接线的设计原则主要有 :厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；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；厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单；设计时还应适当注意其经济性和发展 的可能性并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；在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析。 用电压等级的确定 容量为 600以上的机组，高压供电网络可采用 6级厂用电压或 310级厂用电压，目前国内新建 600组电厂基本上采用 6级高压厂用电压；低压供电网络通常为 80/220V)。 用电源的引接方式 用工作电源的引接 发电机与主变压器采用单元接线时，高压 厂用工作电源从主变压器低压侧引接，供给该机组的厂用负荷。而低压厂用工作电源，由高压厂用母线通过低压厂用变压器引接。 用 /启动电源的引接 发电厂的厂用电源，必须供电可靠，且能满足各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设置备用电源、启动电源。一般电厂中，都以启动电源兼作备用电源。600型机组通常采用 500高压接入系统，由于厂网分开等原因，机组的备用 /启动电源引接方式成为影响电气主接线的重要因素。目前主要有以下三种方案： 9 00压母线一级降压引接 机组采用 500级电压接入系统，备用 /启动电源从厂内 500线一级降压方式引接。此接线方式需采用 500/6压器设备，从 500压至 6厂用高压电压等级，直接与厂用配电装置连接。早期，由于 500/6载调压分裂变压器变比过大，而容量较小，变压器的制造难度较大，但随着工程需求的增加，目前国内已有不少公司生产出了这种变压器。所以，接线合理时应考虑选用。 00压母线两级降压引接 此接线方式考虑设置 500/35 110压器，将 500至 30 110内设置 35110电装置，机组备用电源从此配电装置引接。中间电压等级的选择，一般以 35较经济，且 35电装置可以选择 35关柜，设备布置也比较简单。 20统引接专用线路 机组采用 500级电压接入系统，备用 /启动电源从电网 220接。这是最直接、简单的引接方式，采用此种方式，在目前厂网分开的前提下，主要考虑 220路引接距离的经济性问题。 对厂内 500统主接线采用三列式布置的一台半断路器接线，如果从母线两级降压引接，因两组母线距离较远，所采用的引接方式会使备用电源的可 靠性降低；如果铺设专用线路引接，因厂网相距 150 公里，建设资金和运行维护费用比较大。所以，综合考技术经济的原因，在机组数量为两台时，选择从厂内 500线一级降压的引接方案较为合理。 用电接线形式 发电厂厂用电系统接线通常采用单母线分段接线，并多以成套配电装置接受和分配电能。为了保证厂用电系统的供电可靠性和经济性，高压厂用母线均采取按锅炉分段的原则，即将高压厂用母线按锅炉台数分成若干独立段，凡属同一台锅炉的厂用负荷均接在同一段母线上，与锅炉同组的汽轮机的厂用负荷一般也接在该段母线上，而该段母 线由其对应的发电机组供电。低压厂用母线一般也采用按锅分段。 用高压变压器的选择 定电压的确定 厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定，变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。根据前面分析，厂用工作变压器的额定电压选为 20/6用 /启动变压器的额定电压选为 500/6 数和型式的选择 沈阳工程学院毕业设计 - - 10 当机组容量增大至 600以上等级时，对于厂用工作变压器的设置有以下两种方式： (1) 采用一台大容 量分裂变压器。这种方式下由于变压器供给的短路电流也大，需要将厂用电系统的断路器开断电流提高到 50A 及以上。 (2) 采用两台较小相同容量的分裂变压器。这种方式可降低厂用电系统的短路电流水平以及每个低压绕组出口断路器的额定电流，提高厂用电源的运行可靠性。 目前，国内 600组的厂用高压工作电源，都采用了较小的两台同容量分裂变压器并列运行的方式。由于厂用高压工作变压器引至发电机出口，而机端电压又十分稳定，所以可采用无载调压的方式。其接线组别选用 d， 规接线。 启动变压器 由于 每台 600组使用了两台高压厂用分裂变压器并列运行，将高压厂用母线分成四段，因此需用两台备用变压器，而且是从 500统引接。为使提供的电压稳定，可采用三绕组分裂式有载调压变压器。四个备用电源分别从其四个低压分裂绕组引接至四段高压四段母线。考虑主变压器和高压厂用工作变压器的连接组别，保持高压厂用母线和备用电源电压的相位一致，备用变压器接线组别采用 样当备用变压器代替厂用高压变压器时，可以短时并列运行，避免厂用电源的断电。 量的选择 厂用变压器的容量必须满足厂用电 负荷从电源获得足够的功率。因此，对厂用工作变压器的容量应按厂用电高压计算负荷的 110%与厂用电低压计算负荷之和进行选择；而厂用低压工作变压器的容量应留有 10%左右的裕度。厂用高压备用 /启动变压器应与最大一台厂用高压工作变压器的容量相同；厂用低压备用变压器的容量应与最大一台厂用低压工作变压器容量相同。 对厂用高压分裂组变压器 ,其各绕组容量应按下式计算 计算负荷 高压绕组 1S (低压绕组 2S(式中 厂用电高压计算负荷之 和 ； 厂用电低压计算负荷之和； 厂用变压器分裂绕组计算负荷， A； 分裂绕组两分支重复计算负荷， A。 抗的选择 厂用工作变压器的电抗要求比一般电力变压器的电抗大，这是因为要限制变压器低压侧的短路电流，否则将影响到电气设备的选择，一般要求电抗应大于 10%； 但是，电抗过 11 大又将影响厂用电动机的自启动。 厂用工作变压器常采用分裂绕组变压器，正常工作时，其电抗较小，可改善厂用电动机的自启动能力；而分裂绕组出口短路时，则电抗较大，可有效地限制短路电流。 用电系统接线 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 示。 6 . 3 K V 2 B 1 段6 . 3 K V 2 A 2 段6 . 3 K V 2 B 2 段6 . 3 K V 2 A 1 段1 A 厂 高 变 1 B 厂 高 变1 2 高 备 变1 1 高 备 变1 号 发 电 机5 5 0 K 0 W 1 母 线5 5 0 W 2 母 线6 . 3 K V 1 B 2 段6 . 3 K V 1 A 2 段6 . 3 K V 1 B 1 段6 . 3 K V 1 A 1 段图 压厂用电系统接线 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 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。 沈阳工程学院毕业设计 - - 12 Q F D 1 1 Q F D 1 2图 压厂用电系统接 第 4 章 短路电流计算 路电流计算的主要目的 电力系统短路电流计算的主要目的有 : (1) 选择导体和电气设备； (2) 电气主接线的比较与选择； (3) 选择继电保护装置和整定计算； (4) 验算接地装置的接触电压和跨步电压； (5) 分析送电线路对通讯设施的影响。 本次设计，进行短路电流计算主要是为了导体和电气设备的选择。 般规定 算的假定条件 短路电流实用计算中，作如下假设： (1) 正常工作时三相系统对称运行。 (2) 系统中所有发电机都在额定负荷下运行。 (3) 短路发生在短路电流最大的瞬间。 (4) 非无限大容量电源供电时，发电机的等值电抗为 (5) 发电机电动势均采用次暂态电动势 E ，且同相位。认为 E 在短路瞬间不变，即 00 (7) 短路点以外的负荷可以去掉，当短路点附近有大容量电动机时，则要计及电动机反馈电流的影响。 (8) 不考虑短路点的电弧阻抗。 (9) 忽略线路对地电容和变压器的励磁支路，计算 110以上高压电网时，忽略线路电阻的影响，只计电抗。 线方式 13 计算短路电流所用的 接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，即最大运行方式。但不考虑在切换过程中可能短时并列运行的接线方式 (如切换厂用变压器时的短时并列 )。对 3/2 接线主系统，最大运行方式应是将每一串中的 3 台断路器都投入工作。 路类型 一般按三相短路计算。通常三相短路时的短路电流最大，若其他类型短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况计算。在本设计的电气主系统中，由于发电机出口采用分相封闭母线，故障几率小，所以运行可靠性高 ,及不可能出现比三相短路更为严重的短路类型，所以只需计算三相短路电流。 路计算点 在计算电路图中，同电位各短路点的短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。校验电器和载流导体时，必须确定电气设备和载流导体处于最严重情况的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。例如：两侧均有电源的断路器，如发电厂与系统相联系的出线断路器和发电机、变压器回路的断路器，应比较断路器前、后短路时通过断路器的电流值，择其大者为计算短路点；母联断路器应考虑当采用该断路器向备用母线充电时，备用母线故障流过该备用母线的全部短路电流；带电抗器的出线回路由于干式电抗器工作可靠 性较高，且断路器与电抗器间的连线很短，故障几率小，电器一般可选电抗器后为计算短路点，这样出线可选用轻型断路器，以节约投资。 当 6用母线短路时，如果高备变代替其中一台厂高变工作，流经厂高变和高备变的短路电流，要经过计算才能比较大小。 综上述分析，计算电路图中的短路点可设置为四点，即母线、发电机出口、厂高变分裂绕组一侧和高备变分裂绕组一侧。 路电流计算方法 在工程设计中，短路电流计算均采用实用计算法，即在一定假设的条件下，计算出短路电流的各个分量。 路电流计算步骤 实用计算中，用运算曲线法计算短路电流的具体步骤： (1) 选择短路计算点； (2) 系统元件参数计算 (标么制 )，取基准容量 基准电压U (各级平均额定电压 )，按平均额定电压之比计算元件电抗的标么值； (3) 对电动势、负荷的简化，取各发电机次暂态电动势 10 E ，电抗用次暂时态电抗沈阳工程学院毕业设计 - - 14 示，略去非短路点的负荷，只计短路点附近大容量电动机 的反馈电流； (4) 绘出等值网络，并将各元件电抗统一编号； (5) 网络化简，在离短路点的电气距离很近时，可将同一类型的发电机进行合并，但无限大容量电源应单独考虑； (6) 求转移电抗X 、(分别是等值电源和无限大容量电源对短路点的转移电抗 )； (7) 求计算电抗将前面求出各等值电源的转移电抗按各相应等值电源的容量进行归算； (8) 由计算电抗分别查出 0、 2、 4s 时各等值电源供出的三相短路电流周期分量有效值的标么值由无限大容量电源供给的三相短路电流不衰减，其周期分量有效值的标么值I /1； (9) 计算短路电流周期分量有值 I 、 2I、 4I； (10) 计算短路的冲击电流 算公式 件参数计算 (式中 发电机电抗标么值； 发电机次暂态电抗； 基准容量 (一般取 100 或 1000)， ； 发电机的额定容量， 。 00 %(式中 变压器电抗标么值； % 变压器短路电压百分数或阻抗电压百分数， %； 变压器额定容量， A。 121 (式中 21 分裂变压器高压绕组与一个低压绕组间的电抗标么值； %21U 分裂变压器半穿越电抗百分数， %； 分裂分压器的额定容量。 15 络变换 211221 (2121 式中 E 合并后的等值电源 X 合并后的等值电抗 (a) 变换前的网络 (b)变换后的网络 图 络变换图 等值变换 Y/网络变换如图 示： (a) Y 形网络 (b) 形网络 图 络变换图 Y/变换 3212112 X 1323223 X (2131331 X 1 13 2 3 212 2E E 1X 2X X 沈阳工程学院毕业设计 - - 16 / Y 变换 31231231121 31231223122 (31231231233 算电抗 )/( 111 ()/( 222 式中 等值电源 1、 2 短路点的转移电抗 1 等值电源 1、 2 的额定容量， 。 路点短路电流周期分量有效值的计算 2211(其中 )3/(11 )3/(22 )3/( 式中 短路点 k 所在电压级的平均额定电压， 1 归算至短路点电压级各等值电源的额定电流， 路的冲击电流 k (式中 I 起始次暂态电流； 冲击系数，一般取 17 流分布系数及转移电抗 用单位电流法可以比较方便地求得开式网络各支路的电流分布系数和转移抗。如图4.3(a)的网络 ,令 0321 在短路点 3k 加电动势 ,使之将图 4.3(a)网络等效变为图 4.3(b)等值网络。在此网络中可使 11I 为单位电流，则有 212112 / ， 214 344113 / ， 34 k 根据电流分布系数的定义，各支路的电流分布系数为 1/11 22 33 (a) 网络图 (b)等值网络 图 单位电流法求电流分布系数 从而得各支路的转移电抗为 11 / 22 / 33 / 式中 53421 / k 为短路回路总等值电抗。 1 31 2I 3I 沈阳工程学院毕业设计 - - 18 第 5 章 电气设备和导体的选择 气设备选择的一般原则 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，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是 一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。 正常工作条件选择 电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选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 ，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 。因此，在选择电气设备时，一般可按电气设备的额定电压 电气设备的额定电流，电气设备的长期允许电流。 NI由于发电机和变压器在电压降低 5%时，出力保持不变，故其相应回路的；若变压器有可能过负荷运行时，2 倍变压器额定电流 )。 (1) 海拔高度的影响 当地区海拔超过制造厂家的规定值时，由于大气压力、空气密度和温度相应减少，使 19 空气间隙和外绝缘的放电特性下降。一般非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过1000m，当海拔在 1000 3500m 范围内，若海拔比制造厂家规定值每升高 100m，则电气设备允许最高工作电压要下降 1%。 (2) 温度的影响 电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，允许长期通过的是最大工作电流。我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度 C 400 ，如周围环境温度高于 C40 （但 C60 ）时，其允许电流一般可按每增高 C1 ，额定电流可增加 但其最大电流不得超过额定电流的 20%。 短路状态校验 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 (式中 短路电流产生的热效应， 2 ； t 电气设备允许通过的热稳电流和时间， s。 其中 210 2 2/2 2/2 (式中 短路的计算时间， s 继电保护动作时间，一般取后备保护动作时间 断路器的全开断时间， s； 断路器固有分闸时间， 断路器开断时电弧持续时间，约为 可见，短路的计算时间以进行 短路的热稳定校验时，一般取 均会满足要求。 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 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： (1) 用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，固可不验算热稳定。 沈阳工程学院毕业设计 - - 20 (2) 采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 (3) 装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。 00压设备的选择 压断路器的选择 本次采用的 3/2 接线，两组母线通过 4 串断路器相连，而进出线不设断路器，所以高压侧共需 12 台断路器。断路器的选择应在各种合理的运行方式下，按流过断路器的长期工作电流和短路电流最大的一台进行选择。 高压断路器根据灭弧介质不同，可分为少油断路器、压缩空气断路器、真空断路器和六氟化硫 中 弧能力强、开断性能好、无噪声和干扰、制作精度高和密封性能好、体积和面积小等特点，而 且维护工作量小、检修周期长和寿命长，目前 路器已被广泛应用于电力系统。所以为满足可靠性的要求，本设计选用户外瓷柱式 I 式中 分别为电气设备和电网的额定电压， NI、 分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流， A。 高压断路器的额定开断电流应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量当断路器的简化计算，即 I (由于0%的非周期分量，一般中、慢速断路器，开断时间较长 ( 短路电流非周期分量衰减较多，能满足标准规定的要求。但对 全开断时间000h)，传输容量大，长度在 20m 以上的导体，如发电机、变压器的连接导体，其截面一般按经济电流密度选择；而对 500径导线，由于经济电流密度选取的困难，可按长期允许电流来选择，即 式中 导体所在回路中最大持续工作电流， A； 1 在额定环境温度 C 250 时导体允许电流， A； K 与实际环境温度和海拔有关的综合校正系统。 当导体允许最高温度为 C70 和不计日照时， K 值可用下式计算 25 11 (式中，1a、 分别为导 体长期发热允许最高温度和导体安装地点实际环境温度。 闭母线的选择 对功率为 200以上的发电机引出线、厂用电源等分支线，为避免相间短路和减少导体对邻近钢构的感应发热，宜采用全连式分相封闭母线；对厂用高压变压器高压侧不设断路器，为提高厂用电系统的供电可靠性，由厂用高压变压器低压侧至厂用高压配电装置宜采用共箱封闭母线。如选定型产品，将提供有关的额定电压、电流和动稳定等参数，可按电气设备选择的一般原则进行选择和校验。如选用非定型封闭母线，应进行导体和外壳发热，应力及绝缘子抗弯的计算，并进行共 振校验。为达到设计目的，这里只选定型产品。 晕电压校验 对 110以上裸导体（包括扩径导线）需要按晴天不发生全面电晕条件校验，即裸导体的临界相电压分裂导线，电晕临界相电压应按下式计算 (式中 m 导线光滑系数 ,对绞线取 空气的相对密度，晴天一般取 1； r 导线的半径， n 导线的分裂数； 与 n 有关的常数， n 取 2 时， 也取 2； d 分裂间距， 三相导线的几何平均距离， 分裂导线的等值半径， 对一字排列的中间相导线的电晕临界相电压较上式的%。 对双分裂导线的等值半径 (稳定校验 沈阳工程学院毕业设计 - - 26 计及集肤效应系数短 路热稳定决定的导体最小截面为 m (式中 C 热稳定系数，其值见附表所示； 短路热效应， 集肤效应系数，一般取 1。 由于所选母线为软导线，固不必进行动稳定校验。 第 6 章 500压配电装置设计 电装置的基本要求 配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关设备、保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。它是发电厂用来接受和分配电能的重要组成部分，而且在系统故障时，能迅速切断故障部分，维持正常运行。为此，配电装置的设计应满足基本要求： (1) 保证运行可靠，设备选择合理，布置整齐、清晰，并有足够的安全净距。 (2) 便于操作、巡视和检修。 (3) 占地面积小，造价低，节省材料。 (4) 施工、安装和扩建方便。