发电机火力发电厂毕业设计.doc

新建300MW火力发电厂电气系统总体方案与布置设计发电机火力发电厂毕业设计目录第一篇 设计说明书1第一章 电气主接线设计11.1 发电机电压级接线11.1.1 发电机和变压器接线方式选择11.2 220 kV电气主接线21.2.1 220kV主接线方案的选取和比较31.3 6kV厂用电接线51.4 500kV接线的选取和确定（二期扩建）6第二章 负荷计算及变压器选择92.1 厂用负荷计算92.1.1 厂用电负荷的计算原则102.1.2 厂用电负荷的计算方法102.1.3 分段计算厂用负荷112.2 主变台数、容量和型式的确定122.2.1 220kV侧主变压器容量、台数的确定122.2.2 主变压器型式、结构的确定132.2.3 500kV侧主变压器的确定132.2.4 联络变压器的确定142.3 厂用变台数、容量和型式的确定142.3.1 厂用工作变压器台数、型式的确定142.3.2 厂用工作变压器容量的确定14第三章 最大持续工作电流及短路计算183.1 各回路最大持续工作电流193.1.1 各个回路的最大持续电流的确定193.1.2 各个回路的最大持续电流193.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算203.2.1 短路电流计算的目的和条件203.2.2 计算短路点的确定方法21第四章 主要电气设备及各电压等级配电装置选择224.1 高压断路器的选择说明234.1.1 断路器选择的技术条件234.2 隔离开关的选择说明244.2.2 隔离开关选择的技术条件244.3 母线的选择说明254.3.1 母线导体选择的技术条件254.3.2 母线导体的热稳定校验264.3.3、母线导体的动稳定校验264.4 绝缘子、穿墙套管以及避雷器的选择说明264.4.1 型式、额定电压选择264.4.2 动热稳定性校验274.5 电流互感器的配置和选择说明274.5.1 电流互感器的配置284.5.2 电流互感器的技术条件284.5.3、动稳定校验284.5.4、热稳定校验294.6 电压互感器的配置和选择说明294.6.1 电压互感器的配置294.6.2 电压互感器的技术条件304.7 各电压等级配电装置选择设计304.7.1 配电装置的设计原则304.7.2 配电装置设计要求314.7.3 配电装置设计的基本步骤314.8 各主要电气设备选择结果一览表31第五章 继电保护系统总体配置方案345.1 发电机变压器单元接线侧保护系统的配置345.1.1 短路保护345.1.2 不正常运行保护355.2 母线保护系统的配置355.2.1 母线的保护方法355.3 220kV线路保护配置35第二篇 设计计算书36第六章 短路电流计算书366.1 各元件基准值参数计算366.2 各个回路的短路电流及冲击电流的计算376.2.1 计算前的基本假定376.2.2 短路电流的具体计算方法386.2.3 系统短路前的等值电路图386.2.4 系统各回路短路电流和冲击电流计算386.3 短路电流计算结果42第七章 主要电气设备选择计算书437.1 高压断路器的选择计算437.1.1 高压断路器的选择计算437.2 隔离开关的选择计算457.2.1 高压隔离开关的选择计算457.3 母线的选择计算467.4 绝缘子和穿墙套管的选择计算497.4.1 220kV侧绝缘子的选择计算497.4.2 6kV侧穿墙套管选择计算507.5 电流互感器的选择计算507.5.1 220kV母线侧电流互感器的选择507.5.2 500kV母线侧电流互感器的选择517.5.3 6kV母线侧电流互感器的选择527.6 电压互感器的选择计算537.6.1 220kV母线侧电压互感器选择537.6.2 500kV母线侧电压互感器选择537.6.3 6kV母线侧电压互感器选择53结论54参考文献55致谢56附录57附件58第一篇 设计说明书本篇之中将主要详细地介绍电气主接线、厂用电主接线、变压器的选型以及其它各高压电气设备的选型与校验。第一章 电气主接线设计本章主要针对电气一次接线（又称电气主接线）的设计为中心。阐述课题设计的火力发电厂的220kV、500kV（扩建）以及6kV厂用电主接线的设计。1.1 发电机电压级接线1.1.1 发电机和变压器接线方式选择此次毕业设计的课题关于发电厂和变压器的连接方式通过初步考虑后决定选择采用的是单元接线方式。单元接线可以说是所有电气主接线的基本形式中最简单的一种。其接线简单，对开关设备的需求少，操作很便捷，由于其不设电机电压级母线，且在发电机与变压器之间采用的是全封闭母线，因此发电机与变压器低压侧短路的可能性和短路电流比具有发电机电压级母线时就会相应减少。因此使得在大型机组中不安装出口断路器的发电机双绕组变压器单元接线方式得到了广泛地应用。然而，由于没有设置出口断路器，在运行的时候也可能会出现以下几个技术性的问题：1）当变压器或者厂用变压器发生故障时，不但要跳开主变压器高压侧出口断路器，还需要跳开发电机磁场的断路器。故障时只要有一个故障处拒跳都将造成严重的后果，特别是磁场处断路器拒跳所造成的后果更为严重。2）发电机发生故障跳闸时，将失去厂用电源，而在这种情况之下备用电源的快速切断有可能不成功，因而机组面临厂用电中断的威胁1。然而，如果在大容量发电机组出口处装设断路器会有以下几个方面的优越性：（1） 厂用变压器故障或者主变压器时，要快速断开发电机出口处断路器和变压器高压侧的断路器，才能保证发电机和变压器的安全。（2） 发电机故障时只要断开发电机出口处的断路器，而不必断开变压器高压侧的断路器，有益于电网的安全运行。发电机组在正常启、停或事故停机时，只要操作发电机出口处的断路器，由系统经主变压器倒送电能供给厂用电，这样就很大程度的提高了供电的可靠性。（3） 主变压器可兼作厂用的启动与备用电源，容量大，可靠性高，可以在一定程度上简化厂用电系统接线，具有明显经济效益1。鉴于该接线方式主要用于600-1000MW的大型机组，且增设一台高压断路器的投资较大等其它一些因素，而本次课题设计主要是针对300MW发电机组，利弊权衡之下，本次设计更加适合前一种接线方式。其接线方式如图1-1所示：图1-1发电机和变压器单元接线1.2 220 kV电气主接线电气主接线（也称电气一次接线）。就是将各种电气设备用规定的文字符号和图形，并且按照电能生产、传输、分配次序以及要求绘制而成的单相接线图。是发电厂电气主系统部分设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线形式的选择是一个综合性问题。电气主接线设计地正确、合理与否，直接会影响电力生产运行、电气设备的选择、配电装置布局、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系1。电气主接线设计概括的讲应满足供电可靠性、调度灵活性、运行检修方便性且具有经济性和可靠扩建可能性等基本要求。电力生产的首要任务是保证供电可靠，这也是电气主接线设计的最基本要求。停电事故不仅会给发电厂造成损失，对国民经济带来的损失将会更加不可估量。甚至会造成人身伤亡、设备毁坏、城市生活动乱。所以，在设计主接线的接线方式一定要进行多方案设计比较及验证，以保证主接线设计的合理性，确保供电的安全可靠性。评估供电可靠性的主要指标有停电频率、每次停电的持续时间及用户在停电时的生产损失或电网公司在电力市场环境下通过辅助服务市场获得备用容量所付出的的代价。电气主接线要能够适应各种电力运行状态，尽最大可能的满足电网调度、检修和扩建的灵活性。保证各个设备操作的方便性，电能调度的方便性，厂房未来扩建的方便性。在发生事故时，要保证能够快速地切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行1。经济性。电气主接线设计时的主要矛盾经常发生在经济性和可靠性之间，但出于电力安全生产第一的原则，需优先考虑供电的可靠性。因此，在满足供电可靠性和调度、扩建灵活性的前提下就要尽可能的达到经济合理化，尽最大限度的减少投资的成本。这就要求主接线尽量简单，以便于选取数量少各类电气设备。1.2.1 220kV主接线方案的选取和比较220kV主接线设计方案的选取。针对于本次毕业课题设计，根据原始资料以及主接线对可靠性、灵活性和经济性的要求。对于一期工程，考虑到为220KV高压配电装置接线且出线为4回，首先要满足可靠性准则的要求，初步考虑两种可能接线方式：单母线分段带旁路母线接线方式和双母线接线方式。单母线分段带有专用旁路断路器的旁路母线的接线原理图如下图1-2所示图1-2 单母线分段带有专用旁路断路器的旁路母线的接线原理图方案一：单母线分段带旁路接线。通常，旁路母线有三种接线方式：有专用旁路断路器的旁路母线接线；母联断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线；用分段断路器兼作旁路断路器的母线接线。而单母线分段带有专用旁路断路器的接线，可以极大地提高可靠性。倒闸操作相对于其它两种接线方式要简单便捷许多1。因此，本次毕业课题设计针对于单母线分段带旁路母线接线方式将采用带有专用旁路断路器的旁路母线接线方式进行下一步方案比较。(1) 方案二：双母线接线。双母线接线方式有两组母线可以相互备用。每一电源和出线回路都装设一台断路器以及两组母线隔离开关，母线隔离开关分别与两组母线相连。两组母线通过母联断路器（QFC）来连接，与单母线接线相比较，使得运行的可靠性以及灵活性大为提高。对于两个300MW发电机和4回220kV高压配电装置接线可以任意的分配到某一组母线上，可以灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒闸操作可以组成各种运行方式。此外，根据系统调度的需要，双母线还可以完成一些特需功能。例如：用母联断路器和系统进行同期或解列等操作1。此外，由于双母线接线具有较大的可靠性，广泛应用于220kV出线数为4回及以上，对于此次完成第一期新建工程2300MW，并考虑最终4300MW机组火力发电厂的电气主接线和厂用电接线的课题设计而言，该接线方式具有极大优势。双母线接线方式的原理图如图1-3所示图1-3双母线接线方式的原理图方案比较：(1) 技术性比较。300MW机组为主的火力发电厂是我国电力系统的大型主力发电厂。本次设计的发电厂机组年利用小时数一般都在5000小时以上，这说明该厂需要在电力系统中承担基本的负荷任务，这也就要求主接线要有较强的供电安全可靠性。就方案一而言，单母线分段带有专用断路器的旁路母线接线方式的可靠性方面基本上能满足要求，但是扩建不是很方便，很难做到电源的均匀分布；当断路器检修时，虽然可以保证不停电进行倒闸操作将需要检修的断路器退出，但是当发电机出口处断路器需要检修时会造成部分线路的停电；当一段母线故障或需要检修时，可将该母线上的出线回路和电源回路切换到旁路母线上恢复供电，只会造成部分回路短时停电。但是该接线方式倒闸较为繁杂，且倒闸次数较多。而方案二是采用两组母线互为备用，通过两组母线隔离开关的倒闸转换，可以轮流检修任意一组母线而不知中断供电，一组母线故障后，能迅速恢复供电，可靠性能满足要求；两组母线通过一台母联断路器（QFC）连接，当一组母线故障后，倒闸切换操作很方便。(2) 经济性比较：方案一除了需要母联断路器（QFD）外，还需增加一台旁路断路器（QFP），而方案二两组母线间只是通过一台母联断路器进行连接，比方案一少用了一台高压断路器，因此所需要的其它一些电气设备相应也会少些，因而占地面积减少，节省了投资。通过上述的技术性和经济性对比可以很明显的得出电气主接线方式选取双母线接线方式作为本次电厂设计的电气主接线是最为经济、合理、可行。1.3 6kV厂用电接线发电厂在生产电能的过程中，除了向系统输送电能外，发电场本身要消耗一部分电能。厂用电的电能大都有发电场本身提供，且为重要负荷。发电厂的厂用负荷可分为：类厂用负荷、0类厂用负荷（不停电负荷）、类厂用负荷、0类厂用负荷（直流保安负荷）、类厂用负荷、0类厂用负荷（交流保安负荷）。厂用电的电气主接线的设计必须按照运行、检修和施工要求，充分考虑全厂的发展，采用新设备以及新技术时必须慎重，做到设计方案的技术先进、经济合理、确保机组安全、经济地运行1。因此厂用电的主接线要满足供电可靠，运行灵活；各个机组间的厂用电系统要保持相互独立；全厂的公用负荷要分散接进不同机组的厂用母线或者公用负荷母线上；考虑发电厂在正常、事故、检修、启停等运行方式时的可靠供电要求1；电源要尽可能的和电力系统保持密切联系；充分考虑厂用电的分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。厂用电电压等级根据发电机的额定电压、厂用电动机电压以及厂用电供电网络等因素，互相配合，经技术经济等综合比较后得以确定。本次课题的发电机容量是300MW，发电机电压为20kV，按照发电机容量、电压确定高压厂用电宜采用6kV，低压厂用采用380/220V的三相四线制系统。通常，高压厂用电系统要采用单母线分段接线。为保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，高压厂用母线宜采取可靠的“按炉分段”的接线为原则。低压厂用母线也可采用单母线分段接线，即“按炉分段”的原则，其电源由对应的高压厂用母线提供。这样有利于电气设备的选择，运行管理、安排检修方便。因为低压系统负荷较多，宜采用动力与照明分组供电。厂用电接线原理图如图1-4所示。图1-4 厂用电接线原理图而本次课题采用的是300MW发电机和主变压器单元接线，则厂用工作电源从主变压器的低压侧引接一台高压厂用工作变压器作为6kV厂用电系统的工作电源，供给本机组的厂用负荷。此外，高压厂用启动（备用）电源由启/备变压器从220kV母线上引接。低压厂用启动（备用）电源引自对应高压厂用6kV母线段。1.4 500kV接线的选取和确定（二期扩建）500kV高压系统属于二期扩建。在电气主接线形式中，330kV500kV大容量的配电装置中，出线在6回及以上者，宜采用一台半断路器接线。同时，也可以采用双母线分段接线作为主接线。一台半断路器接线在运行时，两组母线与同一串的3个断路器都将投入工作，称之为完整串运行，形成多环状供电，具有很高的灵活性和可靠性。通过分析可知，交叉接线比非交叉具有更高的运行可靠性，可以减少特殊运行方式下事故扩大，其原理接线图如图1-5所示。在一台半断路器接线中，通常有两条原则：（1） 电源线要求和负荷线匹配成对。（2） 配电装置建设开始只有两串时，同名的回路应分别的接入不同侧母线，进出线必须装设隔离开关。当接线达到三串及以上时，同名的回路可以连接在同一条母线上，此时的进出线就不必装设隔离开关了。图1-5 一台半断路器接线原理图如果采用的是双母线分段接线作为500kV大容量配电装置的主接线可以在一定程度上缩小母线故障时的停电范围。每一段工作母线通过自带的母联断路器与备用母线分别相连，电源与出线回路要在两段工作母线上均匀的分布。如图1-6所示图1-6双母线分段接线原理图双母线分段接线的供电可靠性和灵活性较双母线接线方式要高一些，但相比于一台半断路器接线而言其灵活性以及可靠性又有所不如。500kV高压系统一般在电力系统中都占有很重要的地位，所以对其正常稳定工作的可靠性以及调度、运行、检修等的灵活性的要求自然也会较高。双母线分段接线方式更多的是用于220kV配电装置之中，在500kV大容量的配电装置的主接线方式的选择之中相对还是比较少采用的。从经济上比较，同样两个电源分别接连于两段母线上，引出两回出线，双母线分段接线至少需要7台断路器，而一台半断路器接线方式只需要6台断路器。当母线进出线回数较多时，通常要将母线分成多段，并在分段处加装母线电抗器。如此一来，一台半断路器接线方式比较双母线分段接线方式所需的配电装置的投资要低一些，节省了投资。通过以上简单的综合比较可以看出一台半断路器接线方式有着明显的优势。因此，对于本次课题设计的500kV配电装置的电气主接线方式选择一台半断路器接线方式作为电气主接线方式。第二章 负荷计算及变压器选择本章主要介绍发电厂的负荷计算以及变压器的选取。负荷计算在发电厂设计中是一项十分重要的任务之一，负荷计算为变压器的选择以及其相关电气设备的选择和校验提供了十分重要的理论依据。同时选择合理的主变压器以及厂用变压器又为第四章的短路电流计算提供了相关计算数据。2.1 厂用负荷计算为了合理、正确地选择厂用变压器台数、容量，就需要对每段母线上的电动机以及低压变压器的台数和容量进行分别统计和计算。2.1.1 厂用电负荷的计算原则（1） 经常且连续运行的负荷要全部计入（计算公式：P=PN）；（2） 连续却不经常运行的负荷也要计入（计算公式：P=PN）；（3） 经常且断续运行的负荷也要计入（计算公式：P=0.5PN）；（4） 短时断续却又不经常运行的负荷不予计算(计算公式：P=0)。（5） 同一台变压器提供电能的相互备用的设备，只须计算同时运行的台数；（6） 对于分裂绕组变压器，其低压绕组、高压绕组的负荷要分别计算。2.1.2 厂用电负荷的计算方法（1） 换算系数法。厂用电负荷的计算方法一般用换算系数法，计算公式为： (2-1) （2-2）式中：S是厂用母线上的计算负荷（kVA）；P是电动机的计算功率（kW）；K是换算系数，取表2-1所列数据；Km是同时系数；KL是负荷率；是效率；cos是功率因数。电动机计算功率P，要根据负荷的运行方式以及特点得以确定。修配厂用电负荷，计算为： (2-3)式中：P是全部电动机的额定功率的总和（kW）；P5是其中最大五台电动机额定功率之和（kW）。煤场机械负荷中的中、小型机械计算为： (2-4)翻斗机 (2-5)轮斗机 (2-6)式中：P3是其中最大3台电动机额定功率之和（kW）。照明负荷的计算式为： （2-7）式中：Kd是需要系数，取0.81.0；PA是安装容量（kW）。表2-1 换算系数表机组容量(MW)小于125大于200电动给水及循环水泵11凝结水泵0.80.8其它高压电动机0.80.85其它低压电动机0.80.7电除尘电加热设备112.1.3 分段计算厂用负荷1A段负荷：1B段负荷：2A段负荷：2B段负荷：2.2 主变台数、容量和型式的确定2.2.1 220kV侧主变压器容量、台数的确定所谓主变压器，就是用来向电力系统或者用户输送功率的变压器。主变压器的容量、台数将直接影响到主接线的形式以及配电装置的形式结构。其确定除了要根据具体传输容量的原始资料以外，还应该结合电力系统未来510年的发展规划、输送功率大小、馈线回路的数目、电压等级、接入系统的紧密程度等诸多因素，通过综合分析，做出合理的选择。对于本次课题单元接线形式的主变压器容量要选择下述条件中较大者。（1） 发电机的额定容量中扣除本机组的厂用负荷后，再留有10%的裕度的情况之下进行选择。其计算公式为： (2-8)式中：SG为单台发电机的容量；SC为所有厂用负荷相加的总容量。则有：（2）按照发电机最大的连续容量，再扣除一台厂用变压器的计算负荷以及变压器绕组平均温升在标准温度或冷却水温度不超过60的条件进行选择。其计算式为：容量式中：SF为单台厂用变压器的计算负荷的总容量。综上所述可得主变压器容量为：ST=360MVA。此外，根据电气主接线的形式，考虑到本次课题设计一期为2台300MW发电机采用单元接线方式，可以确定主变压器台数为2台。2.2.2 主变压器型式、结构的确定变压器按照每相的绕组数目分类可以分为双绕组、三绕组或者更多绕组等型式；按照电磁结构分类可分为自耦式、普通双绕组、三绕组以及低压绕组分裂式等型式。在发电厂中，一般考虑限制3次谐波对电源的影响、系统或机组的同步并列的要求等诸多因素，主变压器连接组号可选择YNd11常规接线。主变压器选择结果如表2-2所示表2-2 220kV侧主变压器参数表型号SPF10-360000/220联结组号YNd11额定容量(MVA)额定电压(kV)空载损耗(kW)空载电流(%)短路损耗(kW)阻抗电压(%)高压低压36024222.5%201770.3809112.2.3 500kV侧主变压器的确定因为二期扩建的500kV高压配电装置中，发电机与主变压器的接线方式也是采用单元接线的，发电机的容量以及厂用计算负荷与220kV侧相同，所以其主变压器的容量、台数也应与220kV侧的主变压器基本相同。其型号依旧是双绕组变压器，具体的主变压器的技术可以参照表2-3进行选取。表2-3 500kV侧主变压器参数表型式/型号双绕组/SPF10-370000/500联结组号YNd11额定容量(MVA)额定电压(kV)高压侧额定电流(A)低压侧额定电流(A)短路损耗(kW)阻抗电压(%)高压低压37055022.5%20388.410681/14.22.2.4 联络变压器的确定联络变压器的台数一般只设1台，这主要是为了考虑布置和引线的方便性。联络变压器的容量选择主要考虑以下两点：（1） 联络变压器容量要能够满足两种电压网络之间在各种不同运行方式之下的有功功率和无功功率的交换；（2） 联络变压器容量要求不小于接在两种母线上的最大的一台发电机机组容量，要保证最大的一台机组故障或者检修时，可通过联络变压器来满足本侧负荷的需求。本次课题设计的电源都是300MW发电机，所选主变压器的容量基本上是一样的，所以本次课题设计的联络变压器容量也可以选择与一台主变容量相同大小的变压器，具体选择视情况而定。考虑到新建电厂的长远发展需要，在容量选择是要将日后可能的扩建情况加以考虑1。因此，在变压器的容量选择上要尽量选择大一些的设备。而本次课题设计拟选用自耦变压器作为220kV500kV两级升高电压之间的联络变压器，其低压绕组兼作厂用电的备用电源和启动电源。具体参数如下：型式：户外有浸三相三绕组自耦变压器，中压侧绕组端带有有载调压装置。容量：750/750/240MVA；额定电压：525/23091.33%/20kV。额定电流：824/1882/3849A；阻抗电压：Uk(1-2)%=12，Uk(1-3)%=48，Uk(2-3)%=35。空载损耗：146.17kW；联结组号：YNd11。2.3 厂用变台数、容量和型式的确定2.3.1 厂用工作变压器台数、型式的确定厂用工作变压器的台数和型式主要与高压厂用母线的段数有关。本次课题的高压厂用母线电压等级只考虑6kV一种电压等级，所以高压厂用工作变压器可只选用1台全容量低压分裂绕组变压器，两个分裂支路分别为2段母线供电；也可以选用2台50%容量的双绕组变压器，分别给2段母线供电。对于200MW以上的机组，高压厂用工作变压器可选用2台低压分裂绕组变压器，分别给4段母线供电。针对于此次课题拟选择2台低压分裂绕组变压器作为厂用工作变压器。2.3.2 厂用工作变压器容量的确定厂用变压器的容量必须要能够满足厂用电机械从电源获得足够的功率。因此，对于高压厂用工作变压器的容量要按照高压厂用计算负荷的110%加上低压厂用的计算负荷进行选择；而低压厂用工作变压器的容量也应留有10%左右的裕度。此外还需要考虑电动机自启动时的电压降，变压器低压侧短路容量。（1） 高压厂用工作变压器容量。选择的是低压分裂绕组变压器，各绕组的容量要求满足：高压绕组 （2-9）分裂绕组 （2-10）式中：S1N为厂用工作变压器高压绕组的额定容量（kVA）；S2N为厂用工作变压器分裂绕组的额定容量（kVA）；SC为厂用工作变压器分裂绕组的计算负荷（kVA）；Sr为分裂绕组两分支的重复计算负荷（kVA）1。由第一节的厂用负荷的计算可知，对于1段厂用负荷有：SGA=14196.5kVA SDA=4122.5kVA SGB=9487.5kVA SDB=7888kVA。重复计算负荷：Sr=315+6300.85+0.85(1600+1250)=3358kVA厂用变压器分裂绕组计算负荷： SCA=1.1SH+SL=1.114196.5+4122.5=19738.65kVASCB=1.1SH+SL=1.19487.5+7888=18324.25kVA高压绕组负荷： SC-Sr=SCA+SCB=19738.65+18324.25-3358=34704.9kVA而 S1NSC-Sr=34704.9kVA，所以对于1段高压厂用分裂绕组变压器T1选择高压厂用变压器为双绕组分裂变压器。具体参数见表2-4。表2-4 高压厂用分裂绕组变压器技术参数表型号额定容量（MVA）额定电压（kV）短路电压（Uk%）联结组号SFF7-40/20-2040/20-202022.5%/6.3-6.315Dd12-d12同理，对于2段厂用负荷有：SHA=13465.5kVA SLA=3272kVA SHB=10218.8kVA SLB=6358kVA重复计算负荷：Sr=315+6300.85+0.85(1600+1250)=3358kVA厂用变压器分裂绕组计算负荷：SCA=1.1SH+SL=1.113465.5+3272=18084.05kVASCB=1.1SH+SL=1.110218.8+6358=17598.68kVA高压绕组负荷： SC-Sr=SCA+SCB=18084.05+17598.68-3358=32324.73kVA而 S1NSC-Sr=32324.73kVA所以对于1段高压厂用分裂绕组变压器T2也同样选择双绕组分裂变压器，详细参数参照T1。（3） 高压厂用备用变压器容量。高压厂用备用变压器或启动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器的容量相同，因此高压厂用备用变压器或启动变压器选择的型号、容量与高压厂用变压器相似。详细参数参照表2-5。表2-5 高压厂用备用变压器技术参数表型号额定容量（MVA）额定电压（kV）短路电压（Uk%）半穿越阻抗联结组号SFFZ40/25-2540/25-2522081.25%/6.3-6.318.516.5%YNd11-d11（4） 而低压厂用备用变压器应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。低压厂用工作变压器容量。可按照下式选择变压器容量： (2-11)式中：S为低压厂用工作变压器容量（kWA）；K为变压器温度修正系数，一般可以取K=1，当温度变化较大时，随地区而异，应当考虑温度进行修正。本次按照所列厂用负荷表设置，结果如表2-6所示。表2-6 低压变压器选择结果表设备名称容量变压器台数循环水泵变315kVA2油泵房变400kVA2机炉变630kVA4公用变1600kVA3电除尘变1250kVA4输煤变1000kVA1锅炉工作变1000kVA4汽机工作变1250kVA4 续表2-6设备名称容量变压器台数照明变630kVA2污水变315kVA2灰浆泵变1000kVA2第三章 最大持续工作电流及短路计算本章主要介绍电气主系统各回路的最大持续工作电流的计算以及短路计算的方法、步骤。最大持续工作电流的计算是发电厂设计不可省略的重要部分，各个回路的最大持续工作电流的计算结果直接影响着第四章电气设备的选择，因为个电气设备的初步选择的主要依据就是回路最大持续工作电流，而设备的校验则要依据短路电流计算的数据。为了保证最终电气设备选择的正确、合理、经济就要保证初步选择的准确性，以便减少工作量。如此一来就要保证回路最大持续工作电流及短路计算的准确性。3.1 各回路最大持续工作电流3.1.1 各个回路的最大持续电流的确定所谓回路最大持续工作电流就是在正常运行温度下设备允许通过的最大连续工作电流。发电厂各个回路的的最大持续工作电流Imax要视以下具体情况而定：（1） 在电压降低5%时，发电机、变压器以及调相机的输出功率能保持不变，故其对应回路的Imax应是发电机、变压器或调相机额定电流的1.05倍；（2） 当变压器存在过负荷运行时，Imax应按照过负荷来确定（1.32倍额定电流）；（3） 母联断路器回路通常可以取母线上最大的一台变压器或发电机的Imax；（4） 母线上分段电抗器的Imax应取母线上一台容量最大的发电机跳闸时，能满足该段母线上的负荷所需求的电流，或取一台容量最大的发电机的额定电流的50%80%；（5） 出线回路的Imax除了考虑正常的负荷电流以外，还要考虑故障时由别的回路转移来的负荷1。3.1.2 各个回路的最大持续电流发电机出口处最大持续工作电流Imax： （3-1）220kV侧最大持续工作电流Imax： （3-2）同理，500kV侧最大持续工作电流Imax：6kV侧最大持续工作电流Imax：3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算3.2.1 短路电流计算的目的和条件短路电流计算主要的作用是在工程设计时，为各种电气设备的选择、比较和校验提供理论数据，确保所选的各种电气设备（如：高压断路器、隔离开关、互感器、电抗器、高压熔断器、裸导体等等）拥有足够地可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内能很好地适应电力系统发展的需要。计算短路电流的主要目的是及时采取措施限制短路的危害和缩短故障的影响范围。短路电流计算应按照下列条件予以确定。（1） 容量和接线。按工程设计的最终容量并考虑电力系统长远发展规划予以计算；其接线应尽可能发生在最大短路电流的正常接线方式（最大运行方式），但不考虑切换过程可能短时并列的接线方式。（2） 短路类型。单相短路最为常见，其次是两相短路，而三相短路较为严重，如果出现其它更为严重的短路情况，在短路电流验算时，则按情况最严重的短路情况进行验算。（3） 短路电流计算的基本假设条件：1）对于电源，各发电机均用xd作为其等值电抗；2）在电网方面，作短路电流计算时可以比潮流计算简化。一般可以忽略线路对地电容和变压器的励磁回路；3）综合性的负荷对短路电流的影响是很难准确计及的。一般假设短路前按空载情况决定次暂态电动势短，路后电网上依旧不接负荷；4）对于短路点附近的电动机必须考虑反馈电流现象；5）一般假设短路处为直接短路1。3.2.2 计算短路点的确定方法所谓短路计算点就是流过电气设备的短路电流值最大的地点，在计算电路图中，同电位的各短路点的短路电流值均相等，通过各支路的短路电流将随短路点的位置不同而不同。在校验电气设备和载流导体时，必须确定出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最大。短路计算的步骤：（1） 绘出等值电路图；（2） 计算各元件的参数（短路计算一般采用标幺值）；（3） 计算短路电流初始有效值和冲击电流。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）；一般按照三相短路进行考虑计算，若有其他短路较三相短路情况严重，则应按严重情况的进行计算。具体数据参见短路电流计算书。第四章 主要电气设备及各电压等级配电装置选择导体和电气设备选择是电气设计的主要任务之一。电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所必须满足的基本条件（如额定电流INImax、额定电压UNUSN等），即按正常工作条件下选择，并按短路状态校验热稳定和动稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出选择和校验项目。电气设备选取的原则是：要能满足在正常运行、故障检修、短路及过电压等情况之下的要求，还需考虑长远发展；进行校验时，要按具体环境条件进行；要力求经济合理和技术先进；应和整个工程建设的标准协调一致；要尽量减少同类设备的品种。所选高压电器，在长期正常工作条件及发生过电压、过电流的情况之下都能稳定运行。各种高压电器的一般技术条件如表4-1所示：表4-1 高压电气设备的技术性能条件表序号电器名称额定电压(kV)额定电流(A)机械负荷（N）额定开断电流（kA）短路稳定性绝缘水平热稳定动稳定1高压断路器2隔离开关3电压互感器4电流互感器5绝缘子6避雷器4.1 高压断路器的选择说明高压断路器是发电厂主系统中的重要开关电器之一，具有分断能力强，工作可靠，性能稳定和运行维护方便等特点。其的主要功能是：正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起控制作用；当设备或线路故障时，能快速切除故障回路、保障无故障部分正常运行，起保护作用；高压断路器最大的特点就是能断开电气设备中负荷电流和短路电流。其核心部件是灭弧装置和触头，按采用的不同灭弧介质可以制成不同类型的断路器，如油断路器（多油、少油）、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等1。（1） 油断路器：在110kV220kV电压等级装置中应用较为广泛的是少油式断路器，其具有绝缘部件采用瓷件，油量少，占地少且价廉等优点。但油断路器开断性能较差有些地方难以实现断口电压平衡，因而在500kV及以上电压等级禁止运用。（2） 压缩空气断路器：具有大容量下开断能力强及开断时间短的特点，但结构复杂，价格较贵，合闸时噪音大，所以主要运用于220kV及以上电压的屋外配电装置。（3） SF6断路器：具有优良的开断性能。SF6断路器运行可靠性高，维护量少，故适用于各电压等级，特别在220kV及以上配电装置中得到广泛的运用。但是SF6气体虽然无毒，却一种很强的温室效应气体，且分解物有毒性，因此SF6断路器在35kV及以下屋内配电装置中使用较少，此外对于SF6气体的回收利用也是十分重要的。（4） 真空断路器：具有灭弧时间短、低噪音、高寿命及可频繁操作的优点，已在35kV及以下配电装置中获得广泛应用。真空断路器切断短路电流及分合电动机负荷时，会产生载流过电压，需采用氧化锌避雷器等过电压保护措施1。选择断路器型式时，应依据各类断路器的特点及使用环境、条件决定。4.1.1 断路器选择的技术条件（1）额定电压：UNUSN（电网额定工作电压kV）（2）额定电流：INImax（电网的最大负荷电流A）（3）额定开断电流（或开断容量）：INbrI（或SdtSkd）式中：I为断路器实际开断时间t秒的短路电流的周期分量；Skd为断路器t秒的开断容量；INbr为断路器能开断的额定电流；Sdt为断路器能开断的额定容量。（4）动稳定：iesish式中：ies为断路器通过极限电流的峰值；ish为三相短路时的最大冲击电流。（5）热稳定：I2tQk式中：I为三相短路时的稳态电流；tk为短路时电流等值发热时间；It为断路器t秒热稳定电流。4.2 隔离开关的选择说明隔离开关也是发电厂常用的一种开关电气设备，一般有电动及手动操动机构，单相或三相操作，它没有专门的灭弧装置，不能直接接通或关断负荷电流和短路电流。一般用于隔离电压、倒闸操作，分合小电流。隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下分合线路，一般与断路器配套使用。隔离开关的型式较多，按安装地点不同可分为屋外式和屋内式，按绝缘支柱数目可分为单柱式、双柱式和三柱式。它对配电装置的布置和占地面积有较大影响，选型时应该根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件确定。隔离开关选择的基本要求有：（1） 要有明显地断口；（2） 断口处要有足够可靠地绝缘强度；（3） 应具备足够地动、热稳定性；（4） 结构应尽量地简单，分闸动作应灵活可靠；（5） 隔离开关必须带接地闸刀开关。4.2.2 隔离开关选择的技术条件（1）额定电压：UNUSN（电网额定工作电压kV）（2）额定电流：INIgmax（最大持续电流）（3）动稳定：iesish（4）热稳定：It2tQk式中：ies为断路器极限通过电流的峰值；ish为三相短路时最大冲击电流；I为三相短路稳态电流；tk为短路电流等值发热时间；It为断路器t秒热稳定电流。4.3 母线的选择说明母线导体通常可由铝、铝合金、铜制成。载流导体一般是使用铝和铝合金材料。纯铝制成的成型导体有矩形、槽形和管形；铝合金制成管形的居多，主要有锰铝合金与镁铝合金两种；两者各有优劣，由于镁铝合金其载流量少，虽然机械强度大，但焊接困难，因此使用受限制；而铜导体只用在持续工作电流大，且出现位置特别狭窄或污秽，对铝及铝合金有严重腐蚀的场所1。矩形导体一般只用于35kV及以下、电流在4000A及以下配电装置中；槽形导体一般可用于4000A8000A的配电装置中；管形导体可用于8000A以上的大电流母线或者要求电晕放电电压高的110kV及以上的配电装置中。此外，软导线常用的有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线以及扩径导线，后者广泛用于330kV及以上配电装置1。4.3.1 母线导体选择的技术条件（1）按长期发热允许电流选择导线截面S，即 （4-1）其中：Ial为相应某一母线布置方式和环境温度为0=25时的导体长期允许电流；K为温度修正系数(K可以参考电气综合修正系数表)，计算式为： （4-2）式中：a、0分别为导体安装出处的实际环境温度和导体额定载流量的基准温度；al为导体长期发热允许的最高温度。（2）按经济电流密度J选择在选择导体截面S时，除配电装置的汇流母线、厂用电动机的电缆等外，长度在20m以上的导体，其截面S一般按经济电流密度选择。即 （mm2） （4-3）其中：J为导体的经济电流密度。按此条件选择的导体截面S，应尽量接近经济计算截面SJ。当无合适规格导体时，允许小于SJ。本次设计采用长期发热允许电流选择导线截面S。4.3.2 母线导体的热稳定校验在校验导体热稳定性时，若计及集肤效应系数Kf的影响，由短路时发热的计算公式可得到短路热稳定决定的导体最小面积Smin为： （4-4）当不考虑集肤效应系数Kf时，热稳定校验公式为： （mm2） （4-5）其中：Smin为根据热稳定决定的导体最小允许截面（mm2）；C为热稳定系数；I为稳态短路电流（kA）；tk为短路电流等值时间（s）。4.3.3、母线导体的动稳定校验导体最大最大相间应力ph应小于导体材料