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华北电力大学科技学院毕业设计 论文 发电厂电气一次系统设计 摘要 电能是经济发展最重要的一种能源 可以方便 高效地转换成其它能源形式 当今 火力发电在我国乃至全世界范围 其装机容量占总装机容量的 70 左右 发电量占总发 电量的 80 左右 由此可见 电能在我国这个发展中国家的国民经济中担任着主力军的 作用 发电厂是电力系统中生产电能 控制电力的流向和调整电压的电力设施 它通过 其变压器将各级电压的电网联系起来 将电能输送出去 本设计是对一高压侧 220kV 4 回出线 低压侧 10kV 10 回出线的发电厂一次系统 进行的初步设计 该发电厂属于中型发电厂 它除承担向系统供应电能的任务外 还提 供地区负荷 本设计将主要从理论上在电气主接线设计 短路电流计算 电气设备的选 择 配电装置的布局 防雷设计等方面做详尽的论述 在计算和论证的过程中 结合新 编电气工程手册规范 采用 CAD 软件绘制了大量电气图 进一步完善了设计 关键字 发电厂设计 短路计算 设备选择 华北电力大学科技学院毕业设计 论文 A DESIGN OF ELECTRIC MAIN SYSTEM FOR POWER STATION Abstract Electricity is the most important energy of economic development which can be conveniently and efficiently converted into other forms of energy Today not only in China but also in the world the thermoelectricity capacity accounts to about 70 and the power about 80 So electricity plays an important role in our country which is a developing country Power Stations are producing electricity in the power system controlling the power flow and adjusting the voltage It will link all levels of voltage power grid through its transformer and will supply power to the transmission system The tentative design is to the electric main system for the power station which has high tension side 220kV four output connections low tension side 10kV ten output connections The power station is one middle size station In addition to assume the supply of power to the power system also to content the region loads In this design I will mainly discuss main electric connection design short circuit account electric equipment choice electric equipment layout lightning strike defending design During my counting and demonstrating in order to consummate my design I will protract a great lot of electric engineering pictures by Auto CAD following the new criterion of electric engineering enchiridion Keywords Power station design Short current calculation Equipment selection 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 目 录 摘要 I ABSTRACT II 目 录 1 总述 1 1 电气主接线的设计 1 1 1 电气主接线概述及设计原则 1 1 2 主接线的接线方式选择 2 1 3 厂用电的接线设计 3 1 3 1 对厂用电的设计的要求 3 1 3 2 厂用电电压 3 1 3 3 厂用母线接线方式 4 1 3 4 厂用工作电源 4 1 3 5 厂用备用或起动电源 4 1 3 6 交流事故保安电源 4 2 主变压器的选择 4 2 1 概述 4 2 2 主变压器的选择原则 4 2 3 主变压器的容量和台数的确定原则 5 3 短路电流计算 5 3 1 短路电流计算的目的 5 3 2 短路电流计算的一般规定 5 3 3 计算步骤 6 4 电气设备的选择 6 4 1 高压断路器的选择 7 4 2 隔离开关的选择 7 4 3 其他电气设备的选择 8 4 3 1 电流互感器的选择 8 4 3 2 电压互感器的选择 9 4 3 3 消弧线圈选择 9 4 4 4 高压熔断器的选择 9 4 4 5 避雷器的选择及检验 10 4 4 6 母线的选择 10 5 防雷及接地系统 11 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 5 1 防雷保护 11 5 1 1 直击雷的保护范围 11 5 1 2 直击雷的保护措施 11 5 2 避雷针 避雷线的装设原则及其接地装置的要求 12 5 3 避雷针的配置 12 5 3 1 避雷针的配置原则 12 5 3 2 避雷针位置的确定 12 5 4 接地装置 13 5 4 1 一般规定 13 5 4 2 降低土壤电阻率的措施 13 5 4 3 接地体的设计 13 结论 14 第二部分 计算说明书 15 1 主接线及厂用电接线选择 15 1 1 主接线比较选择 15 1 2 厂用电接线 18 2 变压器容量选择 18 3 短路计算 19 4 电气设备选择计算 25 4 1 断路器的选择 25 4 2 隔离开关的选择 29 4 3 经济技术比较 32 4 4 其他电气设备的选择 34 4 4 1 电流互感器的选择 34 4 4 2 电压互感器选择 36 4 4 3 主变压器之间的消弧线圈 36 4 4 4 高压熔断器的选择 36 4 4 5 避雷器的选择 37 4 4 6 裸导体的选择 38 5 防雷及接地计算 38 设计图纸说明 41 参考文献 42 致谢 43 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 1 第一部分 设计说明书 总述 1 火电厂电气一次设计的意义 电能是现代社会的主要能源 电能是发展国民经济的基础 它在国民经济和人民生 活中起着极其重要的作用 我国电力工业的发展的目标是 优化发展火电 优先开发水 电 积极发展核电 因地制宜发展新能源 要满足国民经济发展的要求 电力工业必须 超前发展 因此 做好电力规划 加强电力建设就尤为重要 电力工业的飞速发展 对电厂的设计提出了更高的要求 而电厂电气一次部分直接 关系到电厂投资的大小 运行的灵活性 经济性及供电可靠性 本设计为火力发电厂电 气一次部分设计 将对发电厂主接线 厂用电进行设计 并进行短路计算 电气设备选 择以及配电装置的规划布置 最终得到设计说明书以及图纸 我国的一次能源结构决定我国发电以火电为主的格局是长期难以改变的 我国火电 的发展 对发电厂的设计提出了更高的要求 更需要我们提高知识理解应用水平 认真 对待 2 本文主要工作 本次设计的主要内容是设计一座中型发电厂的一次系统 该电厂的总装机容量为 900MW 分别为一期 2 300MW 二期 1 300MW 有两个电压等级 分别为 220kV 4 回出线 10kV 10 回出线 220kV 侧最大负荷 500MW 最小负荷 360MW 最大利用小时数为 5500 小时 10kV 侧最大负荷 50MW 最小负荷 20MW 最大利用小时数为 4500 小时 归算至此 220kV 母线的系统短路电抗为 0 26 厂用电率为 9 本次设计的主要任务是对发电厂一次系统进行设计 主要内容包括 拟订主接线的 方案 分析原始资料后选出几种合理的主接线形式 经过粗略的经济 技术比较后选出 两种较好的方案 综合考虑负荷情况 备用检修等问题进行主变压器容量 台数 型号 等的选择 计算短路电流 选择计算短路点 计算各点的短路电流 并列出计算结果表 合理地选择主要的电气设备 断路器 隔离开关 限流电抗器 电压互感器 电流互感 器 避雷针 避雷器等的选择与校验 通过技术 经济比较 确定最优方案 防雷及接 地保护的设计 对最优方案进行合理的配电装置的选择 1 电气主接线的设计 1 1 电气主接线概述及设计原则 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 成为传输强电流 高电压的网络 用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 2 排列 详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图 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 4 5 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题 它与电力系统 电厂动能参 数 基本原始资料以及电厂运行可靠性 经济性的要求等密切相关 并对电气设备选择 和布置 继电保护和控制方式等都有较大的影响 因此 主接线设计 必须结合电力系 统和发电厂和变电站的具体情况 全面分析有关影响因素 正确处理它们之间的关系 经过技术 经济比较 合理地选择主接线方案 电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据 以国家经济建设的方针 政策 技术规定 标准为准绳 结合工程实际情况 在保证供电可靠 调度灵活 满足各项技 术要求的前提下 兼顾运行 维护方便 尽可能地节省投资 就近取材 力争设备元件 和设计的先进性与可靠性 坚持可靠 先进 实用 经济 美观的原则 6 1 2 主接线的接线方式选择 电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的 它以电源和出线为主体 在 进出线路多时 一般超过四回 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 而本所各电压等级进出线均超过四回 采用有母线连接 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 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 110 220kV 配电装置的出线回路数为 3 4 回 35 63kV 可配电装置的出线回路数 为 4 8 回 6 10kV 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 35 110kV 的变 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 3 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情况 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 5 一个半断路器接线 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 110 220kV 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 110 220kV 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 7 8 1 3 厂用电的接线设计 1 3 1 对厂用电的设计的要求 厂用电设计应按照运行 检修和施工的需要 考虑全厂的发展规划 积极慎重的采 用经过试验鉴定的新技术和新设备 使设计达到技术先进 经济合理 1 3 2 厂用电电压 高压电厂一般采用 6KV 经济技术比较合理时 也可采用 3kV 电压 低压厂用电采用 380 220V 的三相四线制系统 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 4 1 3 3 厂用母线接线方式 高压厂用电系统应采用单母线 低压厂用电系统应采用单母线接线 当公用负荷较 多 容量较大 采用集中供电方式合理时 可设公用母线 但应保证重要公用母线负荷 的供电可靠性 1 3 4 厂用工作电源 高压厂用电工作电源一般采用下列接线形式 1 当有发电机电压母线时 由各段母线 供给接在该母线上的机组的厂用负荷 2 当发电机与主变压器采用单元接线时 由主变压器低压侧引接 供给本机组的厂 用负荷 1 3 5 厂用备用或起动电源 高压厂用备用或启动电源一般采用下列接线形式 1 当无发电机电压母线时 一般由高压母线电源可靠的最低一级电压母线引接或由 联络变压器的低压绕组引接并在保证发电厂全停的情况下 能从电力系统中取得足够的 电能 2 当有发电机电压母线时 一般由该母线引接两个备用电源 3 当技术经济合理时 可由外部电网引接专用线路作为高压厂备用或起动电源 1 3 6 交流事故保安电源 200MW 及以上发电机应设置交流事故保安电源 当厂用工作和备用电源消失时 应自 动投入 保证交流保安负荷的起动 并对其持续供电 2 主变压器的选择 2 1 概述 在发电厂中 用来向电力系统或用户输送功率的变压器 称为主变压器 用于两种 电压等级之间交换功率的变压器 称为联络变压器 只供本厂用的变压器 称为厂用变 压器或自用变压器 本章是对发电厂主变压器的选择 1 2 2 2 主变压器的选择原则 1 主变容量一般按发电厂建成后5 10年的规划负荷来进行选择 并适当考虑远期 10 20年的负荷发展 2 根据发电厂所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量 对于发电厂 应考虑 一台主变停运时 其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内 保证锅炉的最小 出力 对于一般发电厂 当一台主变停运时 其他变压器容量应能保证全部负荷的 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 5 70 80 2 3 主变压器的容量和台数的确定原则 1 单元接线的主变压器 单元接线时变压器容量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 采用扩大单元接线时 应尽可能采用分裂绕组变压器 其容量亦应按接单元 接线的计算原则计算出的两台机容量之和来确定 2 具有发电机电压母线接线的主变压器 连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量 应考虑以下因素 1 当发电机全部投入运行时 在满足发电机电压供电的日最小负荷 并扣除厂用负 荷后 主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统 2 当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需限 制本厂出力时 主变压器应能从电力系统倒送功率 保证发电机电压母线上最大负荷的 需要 3 若发电机电压母线上接有 2 台及以上的主变压器时 其中容量最大的一台因故退 出运行时 其他主变压器应能输送母线剩余功率的 70 以上 3 3 短路电流计算 3 1 短路电流计算的目的 在发电厂和变电所的电气设计中 短路电流计算是其中的一个重要环节 其计算的 目的主要有以下几方面 9 1 在选择电气主接线时 为了比较各种接线方案 或确定某一接线是否需要采取限 制短路电流的措施等 均需进行必要的短路电流计算 2 在选择电气设备时 为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全 可靠地工 作 同时又力求节约资金 这就需要进行全面的短路电流计算 例如 计算某一时刻的 短路电流有效值 用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值 计算短路后较 长时间短路电流有效值 用以校验设备的热稳定 计算短路电流冲击值 用以校验设备 动稳定 3 在设计屋外高压配电装置时 需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距 离 4 在选择继电保护方式和进行整定计算时 需以各种短路时的短路电流为依据 5 接地装置的设计 也需用短路电流 3 2 短路电流计算的一般规定 1 计算的基本情况 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 6 a 电力系统中所有电源均在额定负载下运行 b 所有同步电机都具有自动调整励磁装置 包括强行励磁 c 短路发生在短路电流为最大值时的瞬间 d 所有电源的电动势相位角相等 e 应考虑对短路电流值有影响的所有元件 但不考虑短路点的电弧电阻 对异步电动 机的作用 仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑 2 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式 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 不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 3 计算容量 应按本工程设计规划容量计算 考虑电力系统的远景发展规划 一般 考虑工程建成后 5 10 年 4 短路种类 一般按三相短路计算 若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系 统及自耦变压器等回路中单相 或两相 接地短路较三相短路情况严重时 则应该按严 重情况的进行校验 5 短路计算点 在正常接线方式中 通过电器设备的短路电流为最大的地点 称为 短路计算点 对于带电抗器的 6 10KV 出线与厂用分支线回路母线至母线隔离开关之间的引线 套管时 短路计算点应该取电抗器前 选择其导体和电器时 短路计算点一般取在电抗 器后 3 3 计算步骤 1 选择计算短路点 2 画等值网络 次暂态网络 图 a 首先去掉系统中的所有负荷分支 线路电容 各元件的电阻 发电机电抗用次暂态 电抗 Xd b 选取基准容量 Sb和基准电压 Ub 一般取后级的平均电压 c 将各元件电抗换算为同一基准值的标么值 d 给出等值网络图 并将各元件电抗统一编号 3 求计算电抗 Xjs 4 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值 5 计算短路电流周期分量有名值和标幺值 6 计算短路电流冲击值 全电流最大有效值 10 11 4 电气设备的选择 正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全 经济运行的重要条件 在进 行电器选择时 应根据工程实际情况 在保证安全 可靠的前提下 积极而稳妥地采用 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 7 新技术 并注意节省投资 选择合适的电气设备 尽管电力系统中各种电器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确是一致的 电气设备要可靠地工作 必须按正常工作条件进行选 择 并按短路状态来校验动 热稳定性 本设计 电气设备的选择包括 断路器和隔离开关的选择 电流 电压互感器的选 择 避雷器的选择 导线的选择 4 1 高压断路器的选择 断路器型式的选择 除需满足各项技术条件和环境条件外 还考虑便于安装调试和 运行维护 并经技术经济比较后才能确定 根据我国当前制造情况 电压 6 220kV 的电 网一般选用少油断路器 电压 110 330kV 电网 可选用 SF6或空气断路器 大容量机组 釆用封闭母线时 如果需要装设断路器 宜选用发电机专用断路器 6 7 9 断路器服选择的具体技术条件如下 1 电压 Ug Un Ug 电网工作电压 2 电流 Igmax In Igmax 最大持续工作电流 3 开断电流 Id t Ikd Id t 断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量 Ikd 断路器额定开断电流 4 动稳定 ich imax imax 断路器极限通过电流峰值 ich 三相短路电流冲击值 5 热稳定 2 dz It 2 t I t I 稳态三相短路电流 tdz 短路电流发热等值时间 It 断路器 t 秒热稳定电流 其中 tdz tz 0 05 由 I I 和短路电流计算时间 t 查出短路电流周期分量等值 时间 从而可计算出tdz 4 2 隔离开关的选择 隔离开关形式的选择 应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素 进行比较然 后确定 10 11 参数的选择要综合考虑技术条件和环境条件 选择的具体技术条件如下 1 电压 Ug Un 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 8 2 电流 Igmax In 3 动稳定 ich imax 4 热稳定 2 dz It 2 t I t 4 3 其他电气设备的选择 4 3 1 电流互感器的选择 电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择 对于6 20KV屋内配电装置 可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器 对于35KV及以上配电装置 一般 用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器 有条件时 应尽量釆用套管式电流互感器 电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种 一般弱电系统用1A 强电系统用5A 当配电装置距离控制室较远时 亦可考虑用1A A 一次额定电流的选择 当电流互感器用于测量时 其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大 1 3左右 以保证测量仪表有最佳工作 并在过负荷时 使仪表有适当的指示 电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选 择 一般情况下 可按变压器额定电流的1 3进行选择 电缆式零序电流互感器窗中应能通过一次回路的所有电缆 当保护和测量仪表共用一组电流互感器时 只能选用相同的一次电流 B 准确级的选择 与仪表连接接分流器 变送器 互感器 中间互感器不 低于以下要求 用于电能测量的互感器准确级 0 5功电度表应配用0 2级互感器 1 0级有功电度表 应配用0 5级互感级 2 0级无功电度表也应配用0 5级互感器 2 0级有功电度表及3 0级 无功电度表 可配用1 0级级互感器 一般保护用的电流互感器可选用3级 差动距离及 高频保护用的电流互感器宜选用D级 零序接地保护可釆用专用的电流互感器 保护用电 流互感器一般按10 倍数曲线进行校验计算 选择的具体技术条件如下 a 一次侧额定电压 Un Ug Ug 电流互感器安装处一次回路的工作电压 Un 电流互感器额定电压 b 热稳定校验 电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流I1n来校验 22 1 dznt ItIK Kt CT的1s热稳定倍数 c 动稳定校验 内部动稳定可用下式校验 1 2 chndw iI K I1n 电流互感器的一次绕组额定 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 9 ich 短路冲击电流的瞬时值 kA Kdw CT的1s动稳定倍数 4 3 2 电压互感器的选择 电压互感器的型式应根据使用条件选择 6 20KV屋内配电装置 一般釆用油浸绝缘 结构 也可釆用树脂绕注绝缘结构的电压互感器 35 110KV的配电装置 一般釆用油浸绝缘结构的电压互感器 220kV以上 一般釆 用电容式电压互感器 当需要和监视一次回路单相接地时 应选用三相五柱式电压互感器 或有第三绕组 的单相电压互感器组 电压互感器三个单相电压互感器接线 主二次绕级连接成星形 以供电给测量表计 继电器以及绝缘电压表 对于要求相电压的测量表计 只有在系统 中性点直接接地时才能接入 附加的二次绕组接成开口三角形 构成零序电压滤过器供 电给继电器和接地信号 绝缘检查 继电器 A 一次电压U1 1 1Un U1 0 9Un Un为电压互感器额定一次线电压 1 1和0 9是允许 的一次电压波动范围 即 10 Un B 二次电压 电压互感器二次电压 应根据使用情况 按下表选用所需的二次额定 电压 C 准确等级 电压互感器的准确度是在二次负荷下的准确级 用于电度表准确度不低于0 5级 用于电压测量 不应低于1级 用于继电保护不应 低于3级 D 二次负荷 Sn是对应于在测量仪表所要求的最高准确级下 电压互感器的额定容量 12 13 4 3 3 消弧线圈选择 1 型式 一般选用油浸式 若装设在在屋内 且相对湿度小于 80 场所的消弧线圈 也可选用干式 2 电压 ng UU 3 容量 消弧线圈的补偿容量 按下式计算 KVA 3 n C U KIQ 4 4 4 高压熔断器的选择 熔断器是最简单的保护电器 它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害 可 用于保护电压互感器 1 按额定电压选择 对一般的高压熔断器 其额定电压必须大于或等于电网额定电压 另外对于充填石 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 10 英砂有限流作用的熔断器 只能用于等于其额定电压的电网中 2 按额定电流选择 1 熔管额定电流选择 为了保证熔断器壳不致损坏 高压熔断器的熔管额定电流应 大于熔化的额定电流 2 熔体额定电流选择 为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路 电流冲击造成误熔断 按此式校验 bgmnR KII 4 4 5 避雷器的选择及检验 避雷器是一种保护电器 用来保护配电变压器 电站和变电所等电器设备的绝缘免 受大气过电压或某些操作过电压的危害 大气过电压由雷击或静电感应产生 操作过电 压一般是由于电力系统的运行情况发生突变而产生电磁振荡所致 避雷器有两种 1 阀型避雷器 按其结构的不同 又分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷器 2 管型避雷器 利用绝缘管内间隙中的电弧所产生的气体把电弧吹灭 用于线路作 为防雷保护 阀型避雷器应按下列条件选择 1 额定电压 避雷器的额定电压应与系统额定电压一致 2 灭弧电压 按照使用情况 校验避雷器安装地点可能出现的最大的导线对地电压 是否等于或小于避雷器的最大容许电压 灭弧电压 在中性点非直接接地的电网中应 不低于设备最高运行线电压 在中性点直接接地的电网中应取设备最高运行线电压的 80 4 4 6 母线的选择 母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务 电力系统的主接线也需要用母线 来汇集和分散电功率 在发电厂及输电线路中 所用导体有裸导体 硬铝母线及电力电 缆等 由于电压等级及要求不同 所使用导体的类型也不相同 一 裸导体的选择和校验 1 型式 载流导体一般采用铝质材料 对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发 电机 变压器出线端部 以及对铝有较严重腐蚀的场所 可选用铜质材料的硬裸导体 回路正常工作电流在 4000A 及以下时 一般选用矩形导体 在 4000 8000A 时 一般选 用槽形导体 2 配电装置中软导线的选择 应根据环境条件和回路负荷电流 电晕 无 线电干扰等条件 确定导体的截面和导体的结构型式 3 当负荷电流较大时 应根据负 荷电流选择导线的截面积 对 110kV 及以下配电装置 电晕对选择导体一般不起决定作 用 故可采用负荷电流选择导体截面 二 母线及电缆截面的选择 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 11 除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外 其余导体截面 一般按经济电流密度选择 1 按导体长期发热允许电流选择 导体能在电路中最大持续工作电流应不大于 maxg I 导体长期发热的允许电流 y I 2 按经济电流密度选择 按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低 对应 不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数将有一个年计算费用最低的电流密度 max T 经济电流密度 J 导体的经济截面可由下式 maxg I S J 3 热稳定校验 按上述情况选择的导体截面 还应校验其在短路条件下的热稳定 S Smin S dz t C I 热稳定系数 C 稳态短路电流 kA I 短路等值时间 s dz t 5 防雷及接地系统 5 1 防雷保护 电气设备在运行中承受的过电压 主要有由于系统参数发生变化时电磁能产生振荡 引起的内部过电压和来自外部的雷电过电压 14 15 5 1 1 直击雷的保护范围 发电厂和变电所的直击雷过电压保护 可以采用避雷针 避雷线 避雷带和钢筋焊 接成网等 下列设施应装设直击雷保护装置 屋外配电装置 包括组合导体和母线廊道 烟囱 冷却塔和输煤系统的高建筑物 油处理室 燃油泵房 露天油罐及其架空管道 装卸油台 大型变压器修理间 易燃材料仓库等建筑物 雷电活动特殊强烈地区的主厂 房 主控制室和高压屋内配电装置室 无钢筋的砖木结构的主厂房 5 1 2 直击雷的保护措施 1 对主厂房需装设的直击雷保护 应采取如下的措施 a 加强分流 用扁钢将所有避雷针水平连接起来 并与主厂房柱内钢筋焊接成一体 在适当的地方接引下线 一般应每隔 10 20m 引一根 引下线的数目尽可能多一些 b 防止反击 设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点 避雷针接地引下 线尽量远离电气设备 为了防止引下线向发电机回路发生反击而可能危及发电机绝缘 应在靠近避雷针引下线的发电机出口处装设一组避雷器 c 装设集中接地装置 上述接地应与总接地网连接 并在连接处加装集中接地装置 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 12 其工频接地电阻应不大于 10 欧 2 主控室及其屋内配电装置直击雷的保护措施 a 若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时 将金属部分接地 b 若屋顶为钢筋混凝土结构 应将钢筋焊接成网接地 c 若结构为非导电的屋顶时 采用避雷带保护 该避雷带的网格为 8 10m 每隔 10 20m 设置引下线接地 3 峡谷地区的发电厂和变电所应采用避雷线保护 4 建筑物屋顶上的设备金属外壳 电缆外皮和建筑物金属构件 均应接地 5 上述应装设直击雷保护装置的设施 其接地可采用发电厂 变电所的主接地网 但应该在直击雷的保护装置附近装设集中接地装置 6 对于六氟化硫全封闭变电所 不需要专门装设避雷针 避雷线 而是利用六氟化 硫全封闭的金属筒作为接闪器 并将其接地即可 5 2 避雷针 避雷线的装设原则及其接地装置的要求 1 为防止避雷针落雷而引起的反击事故 独立避雷针与配装置架构之间在空气中的 距离不宜小于 5m 独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离应大于 3m 2 独立避雷针 线 宜设独立的接地装置 独立避雷针不应设在人经党通行的地方 避雷针及其接地装置与道路或出入口待的距离不宜小于 3m 否则应采取均压措施 或铺 设卵石或沥青地面 3 电压 110KV 及以上的配电装置 一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上 装 在架构上的避雷针应与接地网连接 并应有尽有其附近装设集中接地装置 35KV 及以下 高压配电装置架构或房顶上不宜装避雷针 因其绝缘水平很低 雷击时易引起反击 在 变压器的门型架构上 不应装设避雷针 避雷线 4 110KV 及以上配电装置 可将线路的避雷线引到出线门型架构上 土壤电阻率大于 1000 m 的地区 应装设集中接地装置 5 独立避雷针 避雷线与配电装置带电部分的空气距离 以及独立避雷针 避雷线 的接地装置与接地网间的地中距离 应符合规程的要求 5 3 避雷针的配置 5 3 1 避雷针的配置原则 1 独立式避雷针宜装设独立的接地装置 在非高土壤电阻率地区 其工频接地电阻 10 e R 当有困难时 可将该接地装置与主接地网连接 但避雷针与主接地网的地下 连接点沿接地线的长度不得小于 15m 2 独立式避雷针与变配电装置在空气中的间距 mdhRd i 5 1 02 0 11 且 独立式避 雷针的接地装置与变配电所主接地网在地中距离 i Rd3 0 2 且 md3 2 式中 Ri为冲击 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 13 接地电阻 5 3 2 避雷针位置的确定 首先应根据变电所设备平面布置图的情况而确定 避雷针的初步选定安装位置与设 备的电气距离应符合各种规程规范的要求 1 电压 110KV 及以上的配电装置 一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上 但 在土壤电阻率大于 1000n 米的地区 宜装设独立的避雷针 2 独立避雷针 线 宜设独立的接地装置 其工频接地电阻不超过 10n 3 35KV 及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针 因其绝缘水平很低 雷击时 易引起反击 4 在变压器的门型架构上 不应装设避雷针 避雷线 因为门形架距变压器较近 装设避雷针后 构架的集中接地装置 距变压器金属外壳接地点在址中距离很难达到不 小于 15m 的要求 5 4 接地装置 5 4 1 一般规定 1 为保证人身和设备的安全 电气设备宜接地和接零 2 使各种不同用途和不同电压等级的电气设备接地 应使用一个总的接地装置 其 接地电阻应满足其中接地电阻最小的电气设备的要求 3 备的人工接地体应尽可能在电气所在地点附近对地电压分布均匀 4 设计接地装置时 应考虑到一年四季中均能保证接地电阻的要求 5 在确定变电所接地装置的型式和布置时 应降低接触电势和跨步电势 使其不超 过规定值 5 4 2 降低土壤电阻率的措施 在土壤电阻率 p 500 m 的高电阻率地区 应尽量降低其接地电阻 具体措施有 1 敷设引外接地体 2 深埋式接地体 3 填充电阻率较低的物质 4 敷设水下接地网 5 4 3 接地体的设计 工程实用的接地体主要由扁钢 圆钢 角钢或钢管组成 埋入地表下 0 5 1m 水平 接地体多用扁钢 宽度一般为 20 40mm 厚度不小于 4mm 或者用直径不小于 6mm 的 圆钢 垂直接地体一般用 或钢管 长度一般为 2 5m 32020 5mm5050 典型接地体的接地电阻计算 1 垂直接地体 4 ln 2 C l R ld 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 14 式中 l 是接地体长度 m d 是接地体直径 m 当采用扁钢时 d d 2 b 为扁钢 的宽度 当采用角钢时 d 0 84b b 是角钢每边宽度 2 水平接地体 2 ln 2 p L RA lhd 式中 L 是接地体的总长度 m h 是接地体埋设深度 m A 是表示因受屏蔽影 响是接地体电阻增加的系数 其数值如下表 6 2 3 n 根钢管或钢棒的总扩散电阻 0 0 c R R n 式中 R0 单根钢管或钢棒的扩散电阻 n 接地数目 0 接地体的利用系数 结论 1 本次毕业设计的题目是 火电厂电气一次规划设计 在本设计中 主要从电气 主接线 短路电流计算 电气设备的选择 屋内屋外配电装置的布局几个方面作了较为 详尽的论述 在这次设计的过程中 我翻阅了许多的相关资料 最重要的是通过本次设 计 我能够巩固所学的基本理论 专业知识 并综合运用所学知识来解决实际的工程问 题 学习工程设计的基本技能 基本程序和基本方法 2 所设计的火电厂电气部分具有可靠性 灵活性 经济性 并能满足工程建设规模 要求 在保证设计可靠性的前提下 还要兼顾经济性 灵活性和灵敏性 从而主接线中 220kV 采用双母线带旁路母线接线 10kV 采用双母线接线的形式 为了方便说明和阅读 在设计的各个部分中还附有大量的公式 参数的计算和表格 3 在设计的初期我利用了三周的时间熟悉了这次毕业设计的题目及要求 并在图书 馆 电子图书室查阅了有关的技术资料 在查阅资料和分析的过程中 大大拓宽我的专 业知识领域 使我慢慢生成了这次设计的主要思路 并且将自己的思路以及想法向指导 老师进行了汇报 指导老师针对我们提出的问题对思路进行了修改 这培养了我初步科 研和设计的能力 4 总之 在这次设计中最大的受益者是我自己 我不仅在这次毕业设计中发现了自 己学习的薄弱之处 而且从中学会了如何理论与实际相结合 明白了这次毕业设计的目 的 这次毕业设计使我自己能够独立的分析问题 解决问题 使理论知识与工程实际相 联系 并达到对知识的融会贯通及合理应用 5 通过这次设计 我进一步领会电力工业建设中的政策观念和经济技术观念 以及 对工程技术中的技术和经济问题 能够进行比较全面的综合分析 使我对电力系统有了 一个整体和具体的了解 这对我今后工作的有着积极的意义 当然 由于在实际的设计 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 15 过程中也遇到了很多困难 有部分必须的详细数据无法搜集齐全 只能通过查阅书籍资 料做出近似的计算 从而难免与实际情况有出入 望老师们予以谅解 第二部分 计算说明书 1 主接线及厂用电接线选择 1 1 主接线比较选择 方案一 方案二 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 16 方案三 方案四 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 17 方案五 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 18 方案一 设计线路结构简单 但220KV高压侧采用双母线接线 灵活性及可靠性一般 故淘汰 方案二 220kV 高压侧采用了双母线带旁路母线接线 设计可满足要求 同时可靠性 高 灵活性好 保留此方案 方案三 220kV 母线采用单母线分段带旁路母线接线形式 且分段断路器兼做旁路断 路器 经济性及可靠性均可满足要求 保留此方案 方案四 220kV母线采用了双母线分段接线 灵活性不足 可靠性一般 所以排除此 方案 方案五 220kV 采用双母线分段带旁路接线 可靠性比较好 但经济性差 所以排除 此方案 综上 保留方案二和方案三进行经济比较 1 2 厂用电接线 300MW300MW 10kV 300MW 220kV 2 变压器容量选择 方案二 1 三台 300MW 机组单元接线双绕组变压器的容量 ST 300 1 9 1 1 0 85 353 294MVA 故选择两台型号为 SSP 360000 220 的变压器 2 两台 220kV 10kV 双绕组变压器的容量 ST 50 0 8 0 7 43 75MVA 选择两台 SFPL2 63000 10 的变压器 3 总结 经计算得方案二共选择 型号为 SSP 360000 220 的双绕组变压器两台 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 19 型号为 SFPL2 63000 10 的双绕组变压器两台 方案二 1 三台 300MW 机组单元接线双绕组变压器的容量 选择同上 2 两台 220kV 10kV 双绕组变压器的容量 选择同上 3 总结 经计算方案二共选择 型号为 SSP 360000 220 的双绕组变压器两台 型号为 SFPL2 63000 10 的双绕组变压器两台 3 短路计算 取 100 NavB UUSMVA 1 变压器电抗 a SSP 360000 220 0 0393 TN X N S B S 100 Us 360 100 100 14 15 b SFPL2 63000 10 0 2222 TN X N S B S 100 Us 63 100 100 14 2 发电机 QFS 300 2 X G 0 0474 无穷大系统 26 0 S X 方案一 1 系统等值电抗图及其化简如下 S1 3 300MW 0 26 0 0393 0 0474 220kV 0 2222 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 20 3 300MW 0 0289 0 26 0 1111 220kV 2 10kV 母线短路 X2 X1 300MW 3 10kV 220kV X32 X12 10kV 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 21 Xs Xg1 10kV Xg2 Xg3 300MW S 300MW 300MW X1 0 0289 X2 0 1111 X3 0 26 X12 X1 X2 X1 X2 X3 0 1523 X32 X2 X3 X2 X3 X1 1 3706 XG1 XG2 XG3 3 X12 0 4569 XS X32 1 3706 各电源的计算电抗 11 300 0 45691 3707 100 0 85 N jsGG B S XX S 123jsGjsGjsG XXX 1 3706 jsSS XX 查表得 0s 时的短路电流标幺值 0 75 0 75 1 0 I 2 0 I 3 0 I 0S I 4s 时 即稳态时 的短路电流标幺值 0 79 0 80 1 4 I 2 4 I 3 4 I 4S I 计算各时刻的短路电流 由 Izt Ub I Sb Ub ich Kch Ich 2得 1 mSnmIzt n m 332 I I 1 21 Kch kA I 300 0 85300 0 85300 0 85 0 750 750 7547 7891 3 10 53 10 53 10 5 KCH 1 9 iCh 2 7 128 4096 kA Ich 1 62 77 4183 kA I I 50 3928 kAI 300 0 85 0 793 3 10 5 3 220kV 母线短路 华北电力大学科技学院本科毕业设计 论文 22 X3 X1 S 300MW 220kV X2 X4 3 30 00 0M MW W 300MW X1 0 26 X2 X3 X4 0 0 0867 各电源的计算电抗 1 0 26 js X 234 300 0 08670 306 100 0 85 jsjsjs XXX 查表得 0s 时的短路电流标幺值 1 0 26 3 8462 3 26 1 0 I 2 0 I 3 0 I 4 0 I 4s 时 即稳态时 的短路电流标幺值 3 8462 2 35 1 4 I 2 4 I 3 4 I 4 4 I 计算各时刻的短路电流 9 6302kA I 1003 300 0 85 3 84623 26 32303230 KCH 1 85 iCh 2 63 25 1954 kA Ich 1 56 15 0231 kA I I 7 2114 kA I 1003 300 0 85 3 84622 35 32303230 方案三 1 系统等值电抗图及其化简如下 S1 0 26 0 0393 0 0474 220kV 0 2222 华北电力