本科毕业论文-大型火力发电厂电气主接线设计.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：大型火力发电厂电气主接线设计学生姓名：学 号：专 业：电气工程及其自动化班 级：电气07-2班指导教师：李洁 教授54大型火力发电厂电气主接线设计摘要本文针对大型火力发电厂进行主接线设计，主要是对电气方面进行研究。首先对发电厂的有关设备及类型做以简单介绍，并对火力发电厂的现状及原理加以阐述。依据设备等的原始数据和电气主接线的基本原则进行了主接线的设计，选择了110KV电压网络单母线分段带旁母；220KV电压网络双母线带旁母；500KV电压网络单母线带旁母；普通双绕组变压器做主变；相邻两个电压网络间用自耦变压器联络。在三相短路实用计算中基本假设的前提下，对三项短路电流进行计算。由三相短路电流计算出两相短路是的短路电流。根据负荷计算和短路电流计算的结果对断路器、隔离开关相关电气设备进行了选择和校验。对厂用电负荷进行分类，并对厂用电进行简单概述。关键词：大型火电厂；电气主接线；短路电流The main wiring project of Large coal-fired power plants AbstractThis paper aims at main wiring project of Large coal-fired power plants, mainly research in electric aspect.Firstly,here is a brief introduction about the related facility and forms of power plant, and statement of the current situation and theory of coal-fired power plant. I conduct the main wiring project based on the initial data of facilities and the basic principle of main electric wiring. I choose sectionalized single-bus with transfer bus configuration in the internet of 110kv voltage, double bus connection with bypass in the internet of 220kv voltage, Single bus with bypass wiring in the internet of 500kv voltage . Ordinary duplex winding transformer as generator transformer. Under precondition of fundamental assumption of Three-phase short-circuit practical calculation, I conduct Three-phase short-circuit current calculation, and work out short-circuit current at the time of phaseshortcircuit according to Three-phase short-circuit current. According to the result of load calculation and short-circuit current calculation, I conduct selection and validation of the related electric facilities including breaker, disconnector, power cable, etc. I conduct classification of electrical load of power plant, and a brief statement of Auxiliary power.Key words: large coal-fired power plants;electric aspect;short-circuit current目录摘要IAbstractII目录III第一章 绪论11.1发电厂的类型及简单的设备概述11.2. 设计任务及研究的目的和意义61.3火电厂的发电原理7第二章 电气主接线的选择102.1对电气主接线的基本要求102.2. 主接线的接线方式132.3.主接线形式的确定16第三章短路电流的计算183.1. 短路的基本概念183.1.1故障类型及原因183.1.2短路的危害及措施193.1.3. 短路电流计算的具体目的和基本假设213.2. 短路电流的计算223.2.1电气设备的标幺值计算223.2.2. 各短路点三相短路计算233.2.3. 短路容量、全电流最大有效值及冲击电流的计算26第四章电气设备选择294.1.变压器的选择294.1.1. 变压器容量的选择294.2. 联络变压器的选择294.2.1. 联络变压器的容量选择原则294.2.2. 联络变压器的设计建议304.3.变压器的技术参数314.4. 断路器的选择324.4.1. 110KV侧断路器的选择324.4.2220KV侧断路器的选择344.4.3. 500KV侧断路器的选择364.5. 隔离开关的选择394.5.1. 110KV侧隔离开关的选择394.5.2220KV侧隔离开关的选择414.5.3500KV侧隔离开关的选择43第五章厂用电的概述465.1 厂用电负荷的分类465.2. 厂用电的设计原则47第六章 总结49参考文献50致谢51附录52第一章 绪论本章简要的介绍发电厂的各种类型和生产过程，以及主要电气设备的作用，同时也介绍了我国电力工业的发展概况和发展展望，在本章结尾明确指出本课题的题目、内容要求及方法。1.1发电厂的类型及简单的设备概述发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂。电能一般还要由变电所升压，经高压输电线路送出，再由变电所降压才能供给用户使用。一火力发电厂这是指用煤(包括用油和天然气)为燃料的发电厂。火力发电厂中的原动机，大都为汽轮机，也有个别地方采用柴油机和燃气轮机。火力发电厂又可分为：(1) 凝汽式火电厂 锅炉产生蒸汽，送到汽轮机，带动发电机发出电能。已作过功的蒸汽，排入凝汽器中冷却成水，又重新送回锅炉。在凝汽器中，大量的热量被循环水带走，所以凝汽式火电厂的效率较低,只有3040。凝汽式火电厂通常简称为火电厂。(2) 热电厂热电厂与凝汽式火电厂不同之处在于：汽轮机中一部分作过功的蒸汽，从中间段抽出供给热用户，或经热交换器将水加热后，再把热水供给用户。这样，便可减少被循环水带走的热量损失，现代热电厂的效率高达6070。二 水力发电厂水力发电厂把水的位能和动能转变成电能，通常简称水电厂或水电站。根据水力枢纽布置的不同，水电厂又可分为堤坝式、引水式等。(1) 堤坝式水电厂 在河床上游修建拦河坝，将水积蓄起来，抬高上游水位，形成发电水头，这种开发模式称为堤坝式。堤坝式水电厂又可分为坝后式和河床式两种。1)坝后式水电厂。这种水电厂的厂房建筑在坝的后面，全部水压由坝体承受。水库的水由压力水管引入厂房，转动水轮发电机发电。坝后式水电厂适合于高、中水头的情况。 2)河床式水电厂。这种水电厂的厂房和挡水堤坝联成一体，厂房也起挡水作用，因修建在河床中，故名河床式。(2) 引水式水电厂水电厂建筑在山区水流湍急的河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水渠道造成水头，而且一般不需修坝或只修低堰。三核电厂核电厂是利用核裂变能转化为热能，再按火电厂的发电方式，将热能转换为电能，它的原子核反应堆相当于锅炉。核反应堆中，除装有核燃料外，还以重水或高压水作为慢化剂和冷却剂，所以，反应堆又可分为重水堆、压水堆等。四其它发电方式利用其它一次能源发电的，尚有风力发电、潮汐发电、地热发电、太阳能发电等。此外，还有直接将热能转换成电能的磁流体发电等。为满足生产需要，发电厂中安装有各种电气设备。通常把生产和分配电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。它们包括： (1)生产和转换电能的设备 如发电机将机械能转换成电能，电动机将电能转换成机械能，变压器将电压升高或降低，以满足输配电需要。这些都是发电厂中最主要的设备。 (2)接通或断开电路的开关电器 例如：断路器、隔离开关、熔断器、接触器之类，它们用于正常或事故时，将电路闭合或断开。 (3)限制故障电流和防御过电压的电器 例如：限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷器等。 (4)接地装置 无论是电力系统中性点的工作接地或是保护人身安全的保护接地，均同埋入地中的接地装置相连。 (5)载流导体如裸导体、电缆等，它们按设计的要求，将有关电气设备连接起来。 另外，还有一些设备是对上述一次设备进行测量、控制、监视和保护用的，故称为二次设备。它们包括： (1)仪用互感器 如电压互感器和电流互感器，可将电路中的电压或电流降至较低值，供给仪表和保护装置使用。 (2)测量表计如电压表、电流表、功率因数表等，用于测量电路中的参量值。 (3)继电保护及自动装置这些装置能迅速反应不正常情况并进行监控和调节，例如：作用于断路器跳闸，将故障切除。 (4)直流电源设备包括直流发电机组、蓄电池等，供给保护和事故照明的直流用电。 上述各种电气设备，在发电厂中必须依照相应的技术要求连接起来。把发电机、变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。主接线表明电能送入和分配的关系以及各种运行方式，主接线常按规定的图形符号画成单线图的形式(即以一条线代表三相电路)。一、电气主接线一次设备按预期的生产流程所连成的电路，称为电气主接线。主接线表面电能的生产、汇集、转换、分配关系和运行方式，是运行操作、切换电路的依据，又称一次接线、一次电路、主系统或主电路。用国家规定的图形和文字符号表示主接线中的各元件，并依次连接起来的接线单元图，称为电气主接线图。二、配电装置按主接线图，由母线、开关设备、保护电器、测量电器及必要的辅助设备组建成接受和分配电能的装置，称为配电装置是发电厂的重要组成部分。电是能量的一种表现形式，电力已成为工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电能有许多优点：首先，它可简便地转换成另一种形式的能量。例如：工厂中的电动机，即是将电能转换成机械能，拖动各种机械；又如我们日常使用的电灯，是将电能转换为光能，满足照明需要。其次，电能经过高压输电线路，还可输送很远的距离，供给远方用电。另外，许多生产部门利用电进行控制，更容易实现自动化，提高产品质量和经济效益。 1949年建国时，全国总装机容量为184.9万千瓦，年发电量仅43亿千瓦时，在世界上居第25位。经过多年来的发展，1992年底全国总装机容量已达1.7亿千瓦，年发电量为7400亿千瓦时，1992年内共装机1300万千瓦时，这样快的发展速度和规模，在世界上是罕见的。当前，我国总装机容量和发电量均居世界第4位。1992年，电力增长率为10.9，国民生产总值增长率为12，二者之比，即所谓电力消费弹性系数为0.908，这表明电力与国民经济未能同步增长，电力尚不能满足经济发展的需要。 到2010年，国家电网在跨区域电网建设方面，交流特高压输电线路建设规模将达到4200千米，变电容量达到3900万千伏安，跨区送电能力达到7000万千瓦；在城乡电网建设方面，220千伏及以上交直流输电线路要超过34万千米，交流变电容量超过13亿千伏安。我国目前电力工业发展的方针是：1在发展能源工业的基本方针指导下发展电力工业。 我国能源工业发展的基本方针是：开发与节约并重，能源开发要以电力为中心，煤炭为基础，大力发展水电，积极发展核电，积极开发石油和天然气。大力节电、节油和节煤，推广热电联产，发展余热利用，继续执行以煤代油，努力提高能源利用效率，减轻环境污。2电力工业发展速度必须与国民经济发展速度相适应。3发挥水电优势，加快水电建设。我国水电可开发容量为3.7亿千瓦，水能是一种再生能源，水资源不但可以发电，还可与航运、灌溉、防洪、水产等进行综合利用。4建设大型矿口电厂，搞好煤、电、运平衡。目前，我国一次能源主要是煤炭，火电仍为主要电源。煤炭产地主要在山西、内蒙古、河南等省，为了变输煤为输电，把建设大型矿口电厂和港口电厂作为电厂建设的重点。5在煤、水能源缺乏地区，有重点有步骤地建设核电厂。在天然能源匮乏的缺电地区建设核电厂，可改善电力供求平衡。秦山核电厂30万千瓦机组已投入运行。大亚湾核电厂，两台90万千瓦机组亦已发电。 到本世纪末，计划建设9座核电厂，总装机容量为600万千瓦，主要兴建在东南沿海和辽宁等缺能源地区。6政企分开，省为实体，联合电网，统一调度，集资办电。为了适应社会主义市场经济和社会化大生产的需要，我国在原有电力系统的基础上，已成立了华北、东北、华东、华中、西北等电力集团，遵循社会主义市场经济的准则，形成电力市场，互相调剂，共同发展。 加强建设500kV骨干输变电工程，辅以500kV高压直流输电线路。除已建成葛洲坝至上海的直流输电线路外，正待建设宝鸡至成都的直流输电线路。三峡水电厂建成后，将出现全国性的联网。7因地制宜，多能互补，综合利用，讲求效益。在边远农村和沿海岛屿，因地制宜建设小水电、风力发电、地热发电和太阳能发电，以解决无电、缺电地区的用电问题，重视和做好农村电气化建设。 8节约能源，降低消耗。减少自身消耗，降低煤耗和水耗、厂用电和线损，发展热电联产。新建电厂应采用高参数、高效率的大机组。从“八五”开始，除部分老厂或受电力系统容量等其它条件限制外，新建电厂都要使用单机容量在30万千瓦及以上的亚临界或超临界机组9重视环境保护，积极防止对环境的污染。发展能源应与环境保护相协调。积极贯彻“预防为主，综合治理”的方针，合理布局，合理利用资源。新建和扩建电力项目，要达到国家或地方制定的污染物排放标准。我国电力工业自动化水平正在逐年提高。20万千瓦及以上大型机组已采用计算机监控系统，许多变电所已装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。迄今我国电力工业已进入了大机组、大电厂，大电力系统、高电压和高自动化的新阶段。1.2 设计任务及研究的目的和意义一、课题提出的背景 能源是我国国民经济的基础。煤、石油、天然气、核能均可作为发电燃料，其中应用最广泛的是煤。我国发电以燃煤为基础，以火电为主的基本格局，在短期内不会改变。我国煤炭资源丰富，而石油资源相对短缺，目前的一些燃油电厂已有不少改为燃煤，因此现在火力发电燃料主要是指煤。电力燃料质量，直接关系到火力发电厂的成本及锅炉机组的安全经济运行。目前燃料费用约占电厂发电成本的70%左右，这就要求我们必须重视并切实加强燃料试验工作，并还要对火力发电厂的电气部分进行改进，使之能够更好地为发电厂的各项工作服务，达到经济、科学、稳定和安全的相统一。电力工业在国民经济起着重要的作用，是关系着国计民生的基础产业，同时也是世界各国经济发展战略中的优先发展重点，因此对发电厂电气部分的研究和设计也显得尤为重要。二、设计课题研究的目的及意义火力发电由于起步较早，到目前为止各项措施已取得了不断的完善和发展，其电气部分也得到很大的进展，但仍然存在一些不足期待改进。这就要求我们改善这些不良方面，最大限度的发挥经济效益，并减少事故的发生。目前采用最广泛的发电形式是利用煤的燃烧来获得电能，而我国煤的储量也是相当丰富的，因此本课题的提出具有很大的现实意义，如何设计好火电厂的电气主接线及各项保护性措施，就显得尤为重要。三、设计任务及内容1、了解火电厂的结构及工作过程。通过对火力发电有关文献的参考，明白我国火力发电的现状及未来的发展趋势。研究火力发电的工作过程，了解火力发电系统的组成、工作过程及工作原理。通过阅读有关火力发电厂的主接线图及相关介绍，明确主接线的设计规则和防雷保护的具体实现。在原始资料的基础之上，设计出具体的方案。2、对电气主接线和厂用电进行简单论述。3、选择电气主接线方式，并说明。4、对主接线主要电气设备选型计算，校验计算。5、完成图纸设计。1.3火电厂的发电原理燃煤被输煤皮带从煤场运至煤斗中。为提高燃煤效率，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带送入锅炉炉膛内燃烧。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，然后进入除尘器，将烟气中的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样一方面使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉着火和燃烧，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。图1.1火电厂的生产过程第二章 电气主接线的选择电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。主接线代表了发电厂或变电站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、灵活性并对电器选择、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。2.1 对电气主接线的基本要求我国发电厂设计技术规程FDJ2-79规定：变电所的主接线应根据发电厂在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。 根据具体的负荷及变压器等相关设备的参数，确定该变电所高压采用单母线、低压采用单母线分段的主接线方式。一、可靠性全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更加严重，往往比少发电能的价值大几十倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。因事故被迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度就越高。分析和评估主接线可靠性通常应从以下几方面综合考虑：发电厂或变电所在电力系统中的地位和作用。发电厂和变电所都是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。例如：对一个中小型发电厂的主接线则毋须要求过高的可靠性，所以没有必要采用复杂的接线形式；而对一个大型发电厂或超高压变电所，由于它们在电力系统中的地位很重要，供电容量大、范围广，发生事故可能使系统稳定运行破坏，甚至瓦解，造成巨大损失。为此，其电气主接线应采取供电可靠性高的接线形式。在设计时，除予以定性论证外，还需对主接线可靠性进行定量分析和计算。 2发电厂和变电所接入电力系统的方式现代化的发电厂和变电所都接入电力系统运行。其接入方式的选择与容量大小、电压等级、负荷性质以及地理位置和输送电能距离等因素有关。例如：对中小型发电厂和变电所，一般靠近负荷中心且常常有610kv电压级的近区负荷，与系统的连接只是输出本厂剩余功率，容量不大。此时，其主接线的设计对610kv发电机电压级接线宜采用供电可靠性较高的母线接线形式，以便适应近区各类负衙对供电可靠性的要求，而与系统的连接则可采用单回线弱联系的接入方式；大型发电厂一般距负荷中心较远，电能须用较高电压输送，其容量也较大，此时宜采用双回路或环网等强联系形式接入系统，该发电厂或变电所相应电压等级接线方式的可靠性必须与之适应。图2.1发电厂和变电所接入电力系统的方式3发电厂和变电所的运行方式及负荷性质电能生产的特点是：发电、变电、输电和用电同一时刻完成。而负荷的性质按其重要性又有I类、类和类之分。对担任基荷的发电厂，设备利用率较高，年利用小时数在5000h以上，且主要供应I、类负荷用电时，必须采用供电较为可靠的接线形式，且保证有两路电源供电；承担腰荷的发电厂，年利用小时数在3000 h以下，其接线的可靠性要求，需要进行综合分析。例如：钢铁企业虽属I类用户、但不是所有负荷绝对不允许停电；农业用电虽属类用户，但在抗旱排涝时刻，就必须保证供电。因此，根据发电厂的运行方式和负荷的要求，进行具体分析，以满足必要的供电可靠性。4设备的可靠程度直接影响着主接线的可靠性电气主接线是由电气设备组成的，电气设备本身的质量及可靠程度直接影响着主接线的可靠性。因此，主接线设计必须同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。随着电力工业的不断发展，大容量机组及新型设备的投运、自动装置和先进技术的使用，都有利于提高主接线的可靠性，但不等于设备及其自动化元件使用得越多、越新、接线越复杂就越可靠。相反，不必要的多用设备，使接线复杂、运行不便，将会导致主接线可靠性降低。因此，电气主接线的可靠性是一次设备和二次设备在运行中可靠性的综合，采用高质量的元件和设备，不仅可以减小事故率，提高可靠性，而且还可以简化接线。此外，主接线可靠性还与运行管理水平和运行值班人员的素质等因素有密切关系。 5长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件 可靠性的客观衡量标准是运行实践。国内外长期运行经验的积累，经过总结均反映于技术规范之中，在设计时均应予以遵循。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑： （1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；（2）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，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电；（3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。二、灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。（1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；（2）为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；（3）为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。三、经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。（1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；（2）占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。（3）电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。2.2 主接线的接线方式主接线的基本形式可以分为有汇流母线和无汇流母线两大类，它们又各分为多种不同的接线形式。它根据电力系统和变电所的具体条件所确定，它以电源和出线为主体在进出线为多回路时为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。1、单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。单母接线适用于：110200kV配电装置的出线回路数不超过两回，3563kV，配电装置的出线回路数不超过3回，610kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。2、单母分段用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：110kV220kV配电装置的出线回路数为34回，3563kV配电装置的出线回路数为48回，610kV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。3、单母分段带旁路母线这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35110kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。4、桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。为检修断路器LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修LD时使用。当线路故障时需停相应的变压器。所以，桥式接线，可靠性较差，虽然它有：使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。5、一个半断路器（3/2）接线两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。6、双母接线它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110kV220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kV220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。7、双母线分段接线双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。当110kV出线为7回及以上，220kV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔有母线连接。2.3 主接线形式的确定根据设计要求选择了单母线分段带旁母，双母线带旁母，单母线带旁母和3/2接线的形式。并按要求选择4台型号为QFS-300-2的发电机表2-1发电机QFS-300-2的参数2台型号为QFSN-600-ZYH的发电机表2-2发电机QFSN-600-ZYH的参数型号QFSN-600-ZYH容量727MW 额定功率600MW电流19245A功率因数0.9（滞后）短路比0.54效率98.94%频率50HZ第三章 短路电流的计算3.1 短路的基本概念3.1.1 故障类型及原因在电力系统的运行过程中，时常会发生故障，其中大多数是短路故障(简称短路)。表3-1短路的类型所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地(或中性线)之间的连接。在正常运行时，陈中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的。表3-1示出在输电线上发生各种短路的情况。在三相系统中短路的基本类型有三相短路、两相短路、单相短路接地和两相短路接地。三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其它几种短路均使三相回路不对称，故称为不对称短路。上述各种短路均是指在同一地点短路，实际上也可能在不同地点同时发生短路，例如两相在不同地点接地短路。产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相问绝缘或相对地绝缘被损坏。例如架空输电线的绝缘子可能由于受到过电压(例如由雷击引起)而发生闪络或由于空气的污染使绝路子表面在正常工作电压下放电。再如其它电气设备，发电机、变压器、电缆等的载流部分的绝缘材料在运行中损坏。乌兽跨接在裸露的载流部分以及风、雪等自然现象所造成的短路也是屡见不鲜的。此外，运行人员在线路检修后末拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障。电力系统的短路故障大多数发生在架空线部分。总之，产生短路的原因有客观的，也有主观的，只要远行人员加强责任心，严格按规章制度办事，可以把短路故障的发生控制在一个很低的限度内。电力系统的短路故障有时也称为横向故障，因为它是相对相或相对地的故障。还有一种称为纵向故障的情况，即断线故障，例如一相断线使系统发生两相运行的非全相运行情况。这种情况往往发生在当一相上出现短路后，该相的断路器断开，因而形成一相断线。3.1.2 短路的危害及措施随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下几个方面。电动力效应：短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流，在导体间产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。发热：短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。故障点往往有电弧产生，可能烧坏故障元件，也可能殃及周围设备。电压大幅下降，对用户影响很大。如果短路发生地点离电源不远而又持续时间较长，则可能使并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定，造成大片停电。这是短路故障的最严重后果。不对称短路会对附近的通讯系统产生影响。电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列，这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。不对称接地短路所引起的不平衡电流，产生不平衡磁通，会在邻近的平行的通讯线路内感应出相当大的电势，造成对通讯系统的干扰，甚至危及设备和人身的安全。为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，可采用快速动作的继电保护和断路器，以及发电机装设自动调节励磁装置等。此外，还应考虑采用限制短路电流的措施，如合理选择电气主接线的形式或运行方式，以增大系统阻抗，减少短路电流值；加装限电流电抗器；采用分裂低压绕阻变压器等。主要措施如下：一、是做好短路电流的计算，正确选择及校验电气设备，电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。二、是正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，采用速断保护装置，以便发生短路时，能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。 三、是保证架空线路施工质量，加强线路维护，始终保持线路弧垂一致并符合规定。四、是带电安装和检修电气设备，注意力要集中，防止误接线，误操作，在带电部位距离较近的部位工作，要采取防止短路的措施。五、是加强管理，防止小动物进入配电室，爬上电气设备。六、是及时清除导电粉尘，防止导电粉尘进入电气设备。七、是在电缆埋设处设置标记，有人在附近挖掘施工，要派专人看护，并向施工人员说明电缆敷设位置，以防电缆被破坏引发短路。八、是电力系统的运行、维护人员应认真学习规程，严格遵守规章制度，正确操作电气设备，禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸。线路施工，维护人员工作完毕，应立即拆除接地线。要经常对线路、设备进行巡视检查，及时发现缺陷，迅速进行检修。3.1.3 短路电流计算的具体目的和基本假设一、计算短路电流的具体目的：选择和校验电气设备；进行继电保护的装置的选型于整定计算；分析电力系统的故障及稳定性能；选择限制短路电流的措施；确定电力线路对通信线路的影响等。二、计算短路电流的基本假设：认为在短路发生过程中，所有发电机转速和电势相位均相同。不考虑磁系统的饱和。短路回路各元件的感抗认定为一常数，并可用叠加原理。变压器的励磁电流略去不计。所有元件的电容略去不计，仅在超高压远距离输电时才考虑。认为三相系统是对称的。元件的电阻略去不计。但只有当短路回路中的总电阻大于总电抗的三分之一时，才考虑它。计算短路电流的目的，是为了在电气装置的设计和运行中，用来选择电气设备、选择限制短路电流的方式、设计继电保护装置和分析电网故障等。3.2 短路电流的计算3.2.1 电气设备的标幺值计算 该设计系统简图，如下： 图4.1系统简图 在短路电流计算的基本假设前提下，选取基准值MVA，为各级电压平均值（115,230,525KV），。基准电流值110KV侧,220KV侧，500KV侧0.110KA。发电机标幺值：0.2，0.2，0.22；变压器标幺值：； 式（3.1）；0.019；3.2.2 各短路点三相短路计算在电力系统中，为使系统安全、经济合理运行，或者满足才检修工作的要求，需要经常变更系统的运行方式，由此相应地引起了系统参数的变化。在设计火电厂选择开关器件和保护装置整定值时，往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定度和继电保护装置的灵敏度。这里选择系统运行在最大运行方式下进行短路计算： 图4.2 系统在最大运行方式下简化图1. d1点短路：d1点短路的简化图如图4-3所示。短路电流的计算过程如下：；各电源提供的短路电流： 4.374.37有名值：4.372.19KA4.372.19KA总的短路电流为：4.38KA图4.3 d1点短路的简化图2. d2点短路：d2点短路的简化图如图4-4所示。短路电流的计算过程如下： ；各电源提供的短路电流：1.421.42有名值：1.420.36KA1.420.36KA总的短路电流为：= 0.72KA 图4.4 d2点短路的简图3. d3点短路：d3点短路的简化图如图4-5所示。短路电流的计算过程如下： ；各电源提供的短路电流：4.184.18有名值：4.180.46KA4.180.46KA总的短路电流为：=0.92KA图4.5 d3点短路简化图3.2.3 短路容量、全电流最大有效值及冲击电流的计算短路容量的计算：； 式（5.2） d1点短路：4.38 =872.4084MVAd2点短路：0.72=286.8192MVAd3点短路：0.92=836.556MVA短路全电流最大有效值的计算：根据电力工程电气设计手册的相关规定，取电流冲击系数，当不计周期分量衰减时，短路电流全电流最大有效值为： 式（5.3） 式（5.4）d1点短路：6.6138KAd2点短路：1.0872KAd3点短路：1.3892KA冲击电流的计算： 式（5.5）d1点短路：4.38=11.169KAd2点短路：0.72=1.836KAd3点短路：0.92=2.346KA第四章 电气设备选择4.1 变压器的选择4.1.1 变压器容量的选择发电厂中，用于向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主电压器；只用于两种升高电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器。主变压器容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的选择除依据基础资料外，主要取决于输送功率的大小、与系统联系的紧密程度、运行方式及负荷的增长速度等因素，并至少要考虑5年内负荷的发展需要。单元接线中的主变压器容量应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度选择 （MVA） 式（4.1）根据上述变压器容量选择的原则和原始参数可知，110KV侧应选择两台容量均为360MVA的变压器；220KV侧应选择两台容量均为360MVA的变压器；500KV侧应选择两台容量均为MVA的变压器。4.2 联络变压器的选择4.2.1 联络变压器的容量选择原则 联络变压器的容量应满足所联络的两种电压网络之间在各种运行方式下的功率交换。联络变压器的容量一般不应小于所联络的两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的需要；同时也可以在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余功率送人另一侧系统。4.2.2 联络变压器的设计建议1)联络变压器作为电力系统中的重要电气设备,设计、制造及运行各环节都应注意其安全性。其动、热稳定性的设计应充分考虑变压器是否并列运行,并列运行的台数,几侧有电源及电网中性点接地方式等要求。2)为了确保联络变压器运行中承受故障的热稳定性,制造厂应提供变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线,类似于发电机允许承受负序的A值要求。3)联络变压器保护的配置与整定时,应根据制造厂提供的变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线配置与之相适应的保护。4)联络变压器差动保护的范围应包括低压侧开关,使低压侧开关与TA间的故障不对变压器的热稳定构成威胁。5)联络变压器保护应尽可能实现微机化,可以有较多的过流保护段,使各侧的过流保护能有相对较快的延时段跳变压器各侧开关,特别是中、低压侧保护跳变压器各侧开关的保护段有利于变压器尽快脱离故障点。按照上述计算原则可知，110KV侧与220KV侧间联络变压器容量应为300MVA，220KV侧与500KV侧间联络变压器容量应为3167MVA。变压器是一种静止电器，实践证明它的工作比较可靠，事故率很低，每10年左右大修一次，所以，可不考虑设置专用的备用变压器。但大容量单相变压器组是否需要设置备用相，应根据系统要求，经过技术比较后确定。4.3 变压器的技术参数表4-1 110KV侧变压器：型号SF7-120000/110额定容量（kVA）120000额定电压(kV)高压低压 12122.5%13.8连接组YN,d11空载电流（%）0.5阻抗电压（%）10.5表4-2 220KV侧变压器：型号SF7-360000/220额定容量（kVA）360000额定电压(kV)高压低压 24242.5%20连接组YN,d11空载电流（%）0.7阻抗电压（%）14.0表4-3 500KV侧变压器：型号DFP-240000/500额定容量（kVA）240000额定电压(kV)高压低压 55022.5%20连接组YN,d11空载电流（%）0.7阻抗电压（%）14.0