发电厂升压站电气部分设计毕业论文.doc

兰州理工大学毕业设计发电厂升压站电气部分设计毕业论文目录第一章 绪论11.1 电力工业的发展概况11.2 原始资料21.3 本次设计的目的和意义3第二章 电气主接线设计42.1 主接线概述42.2 对原始资料的分析52.3 拟定可行的主接线方案62.3.1 主接线的几种基本形式62.3.2 主接线设计方案的拟定92.4 变压器的选择112.4.1 变压器的型号112.4.2 主变压器的选择132.4.3 高压厂用变压器的选择152.4.4 启动/备用变压器的选择152.5 电气主接线具体接线设计162.5.1 发电机变压器接线162.5.2 厂用电源的引出接线162.5.3 启动/备用变压器和厂用电母线的连接172.5.4 发电机和变压器的中性点接地方式192.5.5 发电机组主接线中的设备配置20第三章 短路计算223.1 短路电流计算的目的和假定条件223.1.1 短路计算的目的223.1.2 短路计算的假定条件223.1.3 短路计算方法223.2 系统等效电路233.2.1 基准值计算233.2.2 各元件标幺值的计算233.2.3 基准电流的计算253.3 短路点短路电流计算253.3.1 220KV母线（K1点）短路253.3.2 发电机端（K2点）短路283.3.3 6KV母线（K3点）短路313.3.4 启动/备用变压器高压侧（k4点）短路343.3.5 短路计算结果36第四章 电气设备的选择374.1 电气设备选择概述374.2 电气设备选择的一般原则374.3 高压电气设备一般配置374.3.1 断路器的配置374.3.2 隔离开关的配置374.3.3 接地刀闸或接地器的配置384.3.4 电压互感器的配置384.3.5 电流互感器的配置384.3.6 避雷器的配置384.3.7 母线的配置394.4 电气设备选择414.4.1 断路器和隔离开关的选择414.4.2 隔离开关的选择434.4.2 电流互感器的选择464.4.3 电压互感器的选择494.4.4 接地开关的选择524.4.5 高压开关柜的选择524.4.5 导体的选择与校验53第五章 防雷设计565.1 雷电过电压的形成与危害565.2 电气设备的防雷保护565.2.1 发电厂和变电所的防雷保护565.2.2 架空输电线路的防雷保护565.2.3 直配旋转电机的防雷保护575.2.4 配电网的防雷保护575.3 避雷针的配置原则575.4 避雷针位置的确定575.5 避雷器的选择和配置58第六章 主发变组继电保护配置626.1 差动保护626.1.1 变压器纵差保护636.1.2 发电机纵差保护配置整定656.2 发变组的其他保护666.2.1 发电机定子匝间保护666.2.2 相间短路后备保护676.2.3 对称过负荷保护676.2.4 负序电流保护676.2.5 220KV阻抗保护676.2.6 断路器失灵保护676.2.7 高压厂变复合电压过流686.2.8 高压启动备用变压器分支过流686.2.9 高压启动备用变压器分支后加速保护686.2.10 发电机定子接地保护696.2.11 主变压器高压侧单相接地保护696.2.12 高压启动备用变压器零序保护696.2.13 发电机励磁回路保护706.2.14 发电机过激磁保护706.2.15 发电机过电压保护706.2.16 发电机失磁保护716.2.17 机组启停机保护71总结72参考文献73外文原文及翻译74致 谢85第一章 绪论1.1 电力工业的发展概况（一）电力需求增速趋缓，电力消费结构继续优化 受宏观经济尤其是工业生产下行、产业结构调整、工业转型升级以及气温等因素影响，2015年全国全社会用电量呈现平稳缓慢增长态势，达到5.55万亿千瓦时，同比增长0.5%，比上年回落3.6个百分点，创下1998年（当时的增速为2.8%）以来的新低。在全社会用电量中，增长最快的是第三产业，其用电7158亿千瓦时，同比增长7.5%，反映出国家加大经济结构调整取得良好效果。其余依次为：居民生活用电7276亿千瓦时，同比增长5.0%；第一产业用电1020亿千瓦时，同比增长2.5%；第二产业用电40046亿千瓦时，同比下降1.4%。其中黑色金属冶炼和建材等高耗能行业用电增速下降是第二产业用电量下降的主因，反映出中国工业转型升级步伐加快，电能利用效率不断提升，电力消费结构继续优化。 （二）电源结构继续优化，绿色比例上升 1、装机容量结构情况 2015年全国基建新增发电装机容量12974万千瓦。其中，新增水电1608万千瓦，火电6400万千瓦，核电724万千瓦，并网风电2691万千瓦，并网太阳能发电4158万千瓦。 截至2015年底，全国发电装机容量150673万千瓦，同比增长10.4%；其中非化石能源发电容量51642万千瓦，占总装机容量比重34.3%，比上年提高约1.7个百分点。非化石能源发电装机中水电31937万千瓦（其中抽水蓄能2271万千瓦），核电2717万千瓦，并网风电12830万千瓦，并网太阳能发电4158万千瓦。火电99021万千瓦（其中煤电88419万千瓦、气电6637万千瓦）。电源结构继续优化，绿色比例上升。 2、发电量结构情况 2015年全国全口径发电量56045亿千瓦时，比上年增长0.6%,增幅同比回落3个百分点。其中，水电11143亿千瓦时，同比增长5.1%，占全国发电量的19.9%，比上年提高0.9个百分点；火电40972亿千瓦时，同比下降2.3%，占全国发电量的73.1%，比上年降低2.2个百分点；核电、并网风电和并网太阳能发电量分别是1695亿千瓦时、1851亿千瓦时和383亿千瓦时，同比分别增长27.2%、15.8%和64.4%，占全国发电量的比重分别比上年提高0.6、0.4和0.3个百分点。 1.2 原始资料1.毕业设计的主要内容设计一个2125MW发电厂升压站电气部分，10.5kV电压级（即发电机出线电压级），不向周围地方直接提供负荷。110KV电压级，架空出线4回，每回出线输送容量为20MVA。系统阻抗值在最大运行方式下（Sj=100MVA），与110KV系统的联系阻抗为0.025。系统可视为无穷大容量系统。2.设计实现的主要功能该电厂可向电网供给110KV电压等级的电能，其单机容量为100MW，一期设计2台。3.主要技术指标发电机参数型号为： SQF-100-2 Pe=125MW Ue=10.5KVIe=5867A cos=0.85 Xd”=0.1577每机高压厂用电动机及低压厂用变压器容量序号名 称额定容量（KW） 安装台数备 注 1电动给水泵23002 2吸风机8002 3送风机7802 4循环水泵4802一运一备 5磨煤机7802一运一备 6排粉机4402一运一备 7低压工作变10001 8公用变10001 9备用变10001 10输煤变10001 11电除尘变100011.3 本次设计的目的和意义电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转化为人们直接能够所使用的电能。现代电力系统是一个巨大的，严密的整体，发电厂变电站的建设不仅影响到电力系统本身，还影响到工农业生产和人民的日常生活。电力是工业的先行，近年来随着国民经济的日益飞速发展，国民对电能的需求越来越大，所要求的电能质量也越来越高。变电站是电网建设和电网改造中非常重要的技术环节。在目前的电网建设中，土地资金等浪费现象严重，存在重复建设，改造困难，工频电磁辐射，无线电干扰，噪声等环保问题以及电能质量差等问题。这些已成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的重要因素，违背了我国可持续发展的战略。因此对于本次变电站升压站电气部分的设计，具有非常重要的意义。再次，本次设计将我们大学四年所学专业课知识有了一个很好的应用，让我对电力系统分析，电力工程，继电保护原理，电机学，电力系统自动化等专业课有了进一步的巩固和学习，让我意识到了电气设计的重要性和必要性。为以后走上工作岗位打下了坚实的基础。第二章 电气主接线设计2.1 主接线概述电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件(也称高频阻波器)等也表示出来。对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。电气主接线应满足以下几点要求:1.可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。2.灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。3.基本要求： 牵引变电所、铁路变电所电气主接应综合考虑电源进线情况(有无穿越通过)、负荷重要程度、主变压器容量和台数，以及进线和馈出线回路数量、断路器备用方式和电气设备特点等条件确定，并具有相应的安全可靠性、运行灵活和经济性。 具有一级电力负荷的牵引变电所，向运输生产、安全环卫等一级电力负荷供电的铁路变电所，城市轨道交通降压变电所(见电力负荷、电力牵引负荷)应有两回路相互独立的电源进线，每路电源进线应能保证对全部负荷的供电。没有一级电力负荷的铁路变、配电所，应有一回路可靠的进线电源，有条件时宜设置两回路进线电源。主变压器的台数和容量能满足规划期间供电负荷的需要，并能满足当变压器故障或检修时供电负荷的需要。在三相交流牵引变电所和铁路变电所中，当出现三级电压且中压或低压侧负荷超过变压器额定容量的15%时，通常应采用三绕组变压器为主变压器。按电力系统无功功率就地平衡的要求，交流牵引变电所和铁路变、配电所需分层次装设并联电容补偿设备与相应主接线配电单元。为改善注入电力统的谐波含量，交流牵引变电所牵引电压侧母线，还需要考虑接入无功、谐波综合并联补偿装置回路(见并联综合补偿装置)。对于直流制干线电气化铁路，为减轻直流12相脉动电压牵引网负荷对沿线平行通信线路的干扰影响，需在牵引变电所直流正、负母线间设置550 Hz、650Hz等谐波的并联滤波回路。电源进(出)线电压等级及其回路数、断路器备用方式和检修周期，对电气主接线形式的选择有重大影响。当交、直流牵引变电所35 kV220 kV电压的电源进线为两回路时，宜采用双T形分支接线或桥型接线的主接线，当进(出)线不超过四回路及以上时，可采用单母线或分段单母线的主接线;进(出)线为四回路及以上时，宜采用带旁路母线的分段单线线主接线。对于有两路电源并联运行的6kV10 kV铁路地区变、配电所，宜采用带断路器分段的单母线接线;电源进线为一主一备时，分段开关可采用隔离开关。无地方电源的铁路(站、段)发电所，装机容量一般在2 000 kVA以下，额定电压定为400 V或6.3 kV，其电气主接线宜采用单母线或隔离开关分段的单母线接线。交、直流牵引变电所牵引负荷侧电气接线形式，应根据主变压器类型(单相、三相或其他)及数量、断路器或直流快速开关类型和备用方式、馈线数目和线路的年运输量或者客流量因素确定。一般宜采用单母线分段的接线，当馈线数在四回路以上时，应采用单母线分段带旁路母线的接线。4. 经济合理：主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。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250MW，建成后与周边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21单母线接线 图22单母线分段接线 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）110220KV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，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110220KV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上能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。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。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。b 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。图2-3 双母线接线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250MW，最大单机容量为125MW。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、110kV、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，110kV电压级出线4回，每回出线输送的容量为20MVA。110KV电压级出线4回，根据各种基本接线的适用范围和特点，110kV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，提出以下两种可比接线方案。方案：单母线分段接线 如图2-4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110KV系统。两段110KV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变压器。方案：采用双母线接线形式 与方案相同的是，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，6KV电压级配电装置采用了双母线接线，10回出线接在母线上，如图2-5所示。 图2-4 方案1单母线分段接线 图2-5 方案双母线接线对两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 项目 方案 方案 可靠性a.简单清晰，设备少，设备本身故障率小；B.110KV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。 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。 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，避免了选择大容量的出口断路器。通过定性分析，可以很明显地看出，方案的供电可靠性虽然较高，但是较方案1方的接线最为复杂，操作最复杂，同时所用的设备也最多，建设投资最大。方案较之方案供电可靠、调度灵活、便于扩建等优点。经过论证比较，在技术上（可靠性、灵活性）和经济上方案1明显合理。所以综合分析，决定选第1方案为最终设计方案。2.4 变压器的选择2.4.1 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：其中：1为变压器的产品型号，由多个字母组成； 2为设计序号； 3为额定容量，KVA； 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 代表符号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OF注：a.符号“”表示为不表示；b.自耦变压器用作升压时，符号O列在型号之后；用作降压时，符号O列在型号之前。2.4.2 主变压器的选择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：, ；（2）高压电动机计算负荷之和约为80000KVA，低压厂用计算负荷之和约为6880KVA。因此，发电机的额定容量为本机组的厂用计算负荷之和为根据容量选择的原则，主变压器的容量应满足因此，选取容量为75MVA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。三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110KV，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100MW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Y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接地系统，为取得中性点都需要选择YN的联结方式，对于110KV，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。（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110KV，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SFP7-75000/110，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75000KVA，额定电压为11022.5%/10.5KV。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%与低压厂用电计算负荷之和进行选择，即因此，高压厂用变压器的容量选为6300KVA。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SF9-6300/110，即三相油浸风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SFZ89000/110，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SFP7-75000/220额定容量75000额定电压（KV）11022.5%/10.5额定电流（A）385/6275额定功率（Hz）50相数2联结组别YN，d11油面温升（）55阻抗电压13.25短路损耗438.43空载电流I0（%）0.6空载损耗P0（KW）75冷却方式油浸风冷强迫导向循环器身吊重（t）89.2上节油箱吊重（t）10.8油重（t）28.75总重（t）154.3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SF9-6300/15SFZ8-9000/110 额定容量（kVA） 6300 9000 额定电压（kV）10.522.5%/6.311081.25%/6.3 额定电流（A）836.8/1833150/1833 额定频率（Hz）5050 相数23 连接组别D，d0YN,d11 阻抗电压Uk（%）12.812.8 短路损耗Pk(kW)104107.25 空载电流I0（%）0.50.59 空载损耗P0(kW)2022.5 冷却方式ONAONAN2.5 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2-8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110KV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125MW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125MW发电机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125MW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。 图2-8 发电机-变压器组接线 图2-9 高压厂用电源的引出接线设置厂用分支断路器的主要用途有二：其一，在继电保护中增加短路电流鉴定闭锁回路，使断路器仅当厂用分支回路高厂变低压侧发生短路故障时保护动作，切除高厂变，同时自投高备变，整个机组的正常运行可不受影响，充分利用了断路器的开断能力，最大程度地缩小了厂用分支回路故障的事故范围；其二，作为负荷开关在正常工作、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性。 2.5.3 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100MW125MW4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200MW每2台机组设1台每2台机组设1台300MW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60MW及以上，发电机电压为6.3KV时，可采用6KV；c.发电机组容量在100MW300MW时，宜采用6KV；d.发电机组容量在600MW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。2.5.4 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2-10所示。图2-10 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。2.5.5 发电机组主接线中的设备配置1.隔离开关的配置（1）125MW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（1）为保证电器和母线的检修安全，110KV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）110KV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。 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）110KV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）制定限制短路电流的措施和稳定性分析。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；（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、ish、Ish、Sd值。I- 三相短路电流；ish - 三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定性；Ish - 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3.2.1 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=100MVA,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； Ub - 额定电压。当基准容量Sb（MVA）与基准电压Ub（KV）选定后，基准电流Ib（KA）与基准电抗Xb（）便已确定。基准电流 Ib= （3.2） 基准电抗 （3.3） 3.2.2 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：系统电抗 X=0.025（已知）主变压器 T1，T2 X= X=0.088发电机G1，G2 X= X=0.122厂用变压器T3，T4 X= X=0.64启动/备用变压器T5 X=0.64110KV侧架空线L 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）、6KV厂用母线和起动/备用变压器高压侧（110KV侧）。图3-2 等效电路3.2.3 基准电流的计算各短路点处的基准电流分别为：3.3 短路点短路电流计算 3.3.1 220KV母线（K1点）短路当K1点短路时，由图3-2可以看出，系统的等效电路对K1具有对称性，发电机组G1、G2机端电位相等，可以将其短接，G1和G2可以合并组成发电机组G1G2。再进行Y变换，等效电路的化简过程如图3-3所示。转换中各电抗标幺值计算如下：（1）各等效发电机对短路点的转移电抗分别为 220KV系统（无穷大系统） 110KV系统（看作无穷大系统） 发电机G1、G2 （2）发电机G1、G2的计算电抗查汽轮发电机计算曲线数字表得，汽轮发电机G1、G2，在0s，2s，4s时刻向K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为, , (a) (b) (c) (d)图3-3 220KV母线短路时等效电抗化简图（3）短路电流 220KV系统向K1点提供的短路电流为 KA110KV系统向K1点提供的短路电流为 KA则流入K1点总的短路电流为KAKAKA短路点在发电厂高压侧母线，根据规程规定，取冲击系数Ksh=1.85，于是可以得到冲击电流 ish=KA短路电流最大有效值 KA短路容量 MVA（4）短路电流热效应Q4