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发电厂电气一次系统设计
王丽飞
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一次
系统
设计
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发电厂电气一次系统设计 王丽飞,发电厂电气一次系统设计,王丽飞,发电厂,电气,一次,系统,设计
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华北电力大学科技学院毕业设计(论文)任务书所在系别 电力工程系 专业班号 电气07K6 学生姓名 王丽飞 指导教师签名 李虹 审批人签字 毕业设计(论文)题目 发电厂电气一次系统设计 2011年 2月 23 日一、毕业设计(论文)主要内容1查阅有关发电厂设计的文献资料，了解发电厂设计的目的和要求。2撰写文献综述，完成开题报告。3根据原始资料，进行发电厂主接线方案的选择，进出线的选择；发电厂主变压器台数、容量和型式的确定；短路点的确定与短路电流的计算，电气设备的选择（断路器，隔离开关，电压互感器，避雷器）；配电装置设计和总平面布置。4绘制图纸，包括：电气主接线，厂用电接线图5撰写论文，翻译外文资料。二、基本要求1熟悉毕业设计内容，根据参考书搜集有关发电厂设计的资料，阅读的参考文献不能少于15篇，其中应有一定量的外文文献。2撰写文献综述，要求字数不少于2000字。3完成开题报告，提出自己研究方法及拟采用的研究手段。4根据毕业设计的内容要求，进行计算分析。5撰写毕业设计论文，毕业论文的内容和格式应符合华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）规定、规范的要求。6翻译一篇与配电网可靠性评估有关的外文文献，要求其中文翻译字数不能少于3000字。三、设计(论文)进度序号设计项目名称完成时间备注1查阅相关资料、撰写文献综述、完成开题报告2011.03.25三周2电气主接线和主变的选择2011.04.30一周（中间有实践环节）3短路电流的计算，电气设备选择2011.05.20三周4绘制相关图纸2011.06.05两周5翻译与论文内容相关的外文文献2011.06.10一周6撰写论文，准备答辩2011.06.15一周设计(论文)预计完成时间： 年 月 日四、参考资料及文献1 发电厂电气部分 华中工学院2 发电厂电气部分课程设计参考资料 天津大学3 电力工程设计手册 东北西北电力设计院4 发电厂变电所电气主接线和布置 西北电力设计院5 发电厂变电所电气主接线设计 西安交通大学五、附录（一）原始资料： 1电厂类型：火力发电厂 2电厂装机：2*50MW+2*100MW,利用小时数5500小时/年 3电压等级：110/10kV4负荷情况：10kV侧：最大负荷60MW，最小负荷22MW，Tmax=6500小时，cos=0.85负荷性质：工农业生产及城乡生活用电 5出线情况： 110kV侧4回（架空线） 10kV侧：12回（电缆） 6系统情况： 电力系统总装机容量3000MVA，标么电抗0.6，（S=3000MVA）7厂用电率：8%厂用电率：8% 8. 环境条件： (1)最高温度34，最低温度-20，年平均温度16 (2)土壤电阻率 400 欧米 (3)当地雷暴日 35日/年（二）设计任务1根据原始资料选择5-7种合理的电气主接线；2进行初步技术、经济比较选择2种较好的电气主接线设计；3计算两种主接线的短路电流；4根据短路电流计算结果选择电气设备；5通过技术经济比较选择最佳方案6厂用电设计（三）设计成果：1设计说明书、短路电流计算书、设备选择与校验计算书一份；2设备概算表一份；3图纸2张：电气主接线、厂用电接线 华北电力大学科技学院毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告学生姓名： 王丽飞 班级： 电气07K6 所在院系：华北电力大学科技学院 所在专业： 电气工程及其自动化 （电力） 设计（论文）题目 ： 发电厂电气一次系统设计指导教师： 李虹 2011 年 3 月 3日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告一、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不低于2000字的文献综述。（另附）二、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题主要研究电力系统火力发电厂一次系统的设计。发电厂是电力系统的一个重要组成部分，是组成电网的基本单元之一。电力工业在国民经济中有着重要作用,它不仅全面影响国民经济其他部门的发展，同时也极大地影响人民的物质与文化生活水平的提高。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。由此可见，设计和建造一个安全、经济的发电厂，是极为重要的。本发电厂设计除了注重发电厂涉及的基本计算外，对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明，其主要内容包括：发电厂主接线方案的选择，进出线的选择；发电厂主变压器容量和型号的确定；短路点的确定与短路电流的计算，电气设备的选择（断路器，隔离开关，电压互感器）；配电装置设计和总平面布置；防雷保护与接地系统的设计。同时也绘制乐图纸，包括：电气主接线，厂用电接线。图纸规格与布图规范都按照了电力系统相关的图纸要求进行绘制。三、指导教师意见：1 对“文献综述”的评语：2对学生前期工作情况的评价（包括确定的研究方法、手段是否合理等方面）：指导教师： 年 月 日文献综述1 引言随着经济的发展，工业水平的进步，人们生活水品的不断提高，电力系统在整个行业中的比例逐渐趋大。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电、配电的任务。发电厂作为电力系统的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济。发电厂电气部分的设计内容多，范围广，逻辑性强，通常包括以下几方面的内容：(1)发电厂与电网的连接：根据地方的电力系统规划设计及发电厂接入系统设计，确定本发电厂的送电地区、输电电压等级、出线回路数目、输电容量，以及电网对本发电厂的运行方式、稳定措施等方面的要求；(2)电气主接线：论证、选定电气主接线；(3)厂用电系统：确定厂用电源的取得方式与厂用电电压等级，统计厂用电高低压负荷，选择高压、低压厂用变压器容量、台数，确定厂用电接线；(4)电气设备选择：计算短路电流，按照短路电流计算结果选择变压器、断路器、隔离开关和互感器等电气设备的型式、规格及有关技术参数；(5)设备布置：包括主厂房内、外的电气设备平面布置和升压站布置；(6)过电压保护和接地：选定主厂房及电气设备的过电压保护方式、保护设备型式、规格及其布置位置；计算接地电阻及敷设接地装置等。12 我国电力系统的发展现状及发展趋势2.1 我国电力系统发展现状到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位输电线路以220 千伏、330千伏和500千伏为网络骨干，形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千瓦的省电力系统，大区之间的联网工作也已开始。为国民经济各部门和人民生活,供给充足、可靠、优质、廉价的电能，是电力系统的基本任务。节能减排，“一特四大”，实现高度自动化，西电东送。东北互供，发展联合电力系统，是电力工业的发展前景，也是一项全局性的庞大系统工程。为了实现这个目标，还依赖于相关技术的进步。22.2 发电厂发展趋势1、火力发电厂配套海水淡化工程正在成为一种发展新趋势。火力发电厂需要燃烧大量的煤炭，因此煤炭运输成本直接影响电厂的生存，而海运成本只有铁路运输成本的1/5。总的说来，海水淡化产业在中国能够发展迅猛，其幕后推手主要有二：一是我国水资源短缺的现实国情；二是工业对水的巨大需求。随着我国现代化进程的加快，现有淡水资源已经不能充分满足工业发展耗水量的巨大需求，这就直接推动了我国上马大型海水淡化项目。随着国家第一批循环经济试点国投北疆电厂一期日产20万吨海水淡化项目的成功投产，我国沿海火力发电厂的发电海水淡化模式再次受到各方关注，最受瞩目的还是发电厂的海水淡化成本问题。应该说海水淡化在我国沿海电厂尤其是沿海缺水城市来讲意义重大，也是目前一个发展趋势。它符合我国国情，大的发电集团基本上都是国有企业，在保障合理经济效益的同时，兼顾社会效益。32、采用超临界技术势在必行。锅炉设计煤种应考虑劣质煤,并降低煤耗,以缓解电力高速发展带来的煤炭供应紧张,同时也要进一步降低发电成本.大量的煤烟是我国空气污染的主要污染源,为了更好地减少火电厂对大气所造成的污染,洁净煤技术(clean coal Technology)是惟一的选择,并将会得到长足的发展.2000-2010年期间,国家规划每年新增火电机组15 GW以上.到2010年,火电装机容量将达350400 GW,仍占全国装机容量的65%左右.随着现代化技术的发展,火电仍会继续增加,但所占比重会逐渐降低。33、新能源发电方面（1)其中太阳能光伏是各种新能源中应用前景最广阔的一种，光伏发电终将取代石油和煤炭成为人类未来主要的能源形式之一。光伏发电包括晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和其他特种太阳能电池（比如多结聚光电池）三类。目前晶体硅电池占市场九成以上份额，有观点认为未来太阳能电池的市场格局将是晶体硅、薄膜电池和特种电池三分天下（2)沼气具有较高热值，与其他燃气相比，抗爆性能较好，是一种可再生的清洁能源。沼气一般在农村比较多使用，传统上大多利用沼气取暖、炊事和照明。沼气发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项新型沼气利用技术，它将沼气用作发动机燃料，驱动发电机产生电能。由于城市化进程大城市，利用垃圾沼气发电也成为了可再生能源的一大热点。(3)核电是新能源中唯一有政策壁垒、进入障碍高的行业。核电产业链从最上游铀的供应到最下游核电站运营都有严格的国家资质认证，目前国内企业具有核电设备供应资质的只有四十家左右的企业，竞争并不激烈，主要与国外大型厂家竞争，国内企业有明显的成本优势。国内厂家技术成熟度最好的常规岛设备、核岛设备已开始取得突破，核电发展的风险是未来铀的供应不足、放射性废物的处理。33 电气主接线设计电气主接线的接线形式必须保证供电可靠。应在各种运行方式下都能满足电压、频率和供电连续可靠等表征电能质量基本指标的要求。同时具有一定的灵活性和方便性，在系统故障或设备检修及故障时，能适应调度的要求，使停电时间最短，影响范围最小。兼顾经济性及发展扩建的可能性。43.1 电气主接线形式的选择大型发电厂（总容量1000MW及以上，单机容量200MW以上），一般距负荷中心较远，电能需要较高的电压输送，故宜采用简单可靠的单元接线方式，直接接入高压或超高压系统。对于6-220KV电压配电装置的接线，一般分为母线类和无母线类。母线类包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线。无母线类包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。应视电压等级和出线回数，酌情选用。对于330kV 500kV 配电装置的接线必须满足系统稳定性和可靠性的要求， 同时也应考虑电厂送出的可靠性、运行的灵活性和建设的经济性。进出线回路数少于六回， 如能满足系统稳定性和可靠性的要求时， 采用双母线接线; 当进出线回路数为六回及以上， 配电装置在系统中具有重要地位时， 采用一台半断路器接线。若机组台数多， 而送出线路少的电厂，进出线回路数超过六回、比例接近2: 1时，采用4/3接线。根据系统容量和单机容量不断扩大,大机组的经济性好,高压断路器的质量也有很大提高, 故障率降低, 检修周期延长, 可靠性提高等各种有利因素, 提出一种“ 单双断路器” 的500KV电气主接线方式。这种单双断路器的接线方式用于大型发电厂的电气主接线与一台半断路器接线相比较, 有操作方便, 接线简单, 可靠性高等优点, 所以有一定的优势, 也为今后的主接线设计开辟了思路。53.2主变压器的选择对于200MW及以上发电机组，一般与双绕组变压器组成单元接线，主变压器的容量和台数与发电机容量配套选用。当有两种升高电压时，宜在两种升高电压之间装联络变压器，其容量按两种电压网络的交换功率选择。对于中小型发电厂，主变压器一般采用三相式。接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台，以保证发电机电压出线的供电可靠性。计算通过主变压器的容量时，要求在发电机电压母线负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；发电机电压母线上的最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大符合要求。在大电厂有两种升高电压的情况下，装机容量为125MW及以下时，一般采用三绕组变压器，一般不超过两台。在高、中系统均为中性点直接接地系统时，可考虑采用自耦变压器。对潮流方向不固定的变压器，经计算采用普通变压器不能满足调压要求的，可采用有载调压变压器。6如双辽发电厂，安装的300MW汽轮发电机的额定功率因数为0.85,因而发电机的额定视在功率为353MVA,扣除机组本身的厂用负荷主变压器的容量理应小于353MVA。但考虑到额定功率因数和额定氢气压力时该发电机的最大连续输出有功功率可达330MW、其相应的视在功率为388MVA。扣除机组本身的厂用负荷并考虑到发电机在额定功率运行时,主变压器容量应有一定的裕度,主变压器容量选择了非标准的370MW,这样在投资增加不多的情况下, 既保证和延长了变压器的使用寿命，又能送出发电机最大连续输出有功功率即在必要时可多送出约30MW的有功功率。74 短路电流的计算与电气设备的选择短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式及设备选择。进行短路计算的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。三相短路是危害最严重的短路形式， 因此， 三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依据。8选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号。需按照正常工作条件进行选择，并按照短路状态来检验热稳定和动稳定。正确的选择电气设备的目的是为了事导体和电器无论在正常情况或故障情况下， 均能安全、及经济合理的运行、在进行设备选择时， 应根据工程实际情况、在保证安全、可靠的前提下， 积极而稳妥的采取新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。85 厂用电系统厂用电设计采用N+1原则(保安负荷和直流负荷除外)9，设置公用段，尽量避免起动/备用变压器带公用负荷长期运行，合理地选择变压器的容量和台数，尽量简化厂用电的接线，提高厂用电运行的可靠性。并根据厂用电开关设备的制造水平和开断水平，选择变压器的最佳阻抗，在降低工程投资的基础上，尽可能的保证厂用电电压质量。高压厂用电电压可采用6kV、l0kV。容量为600MW 以下机组，高压厂用电电压采用6kV；容量为600MW 及以上机组， 高压厂用电电压根据工程具体情况， 可采用6kV 一级、l0kV 一级或l0kV/6kV两级电压， 优先采用一级电压。10目前国内大型火力发电厂大容量的发电机组(如300MW和600MW机组) 一般都采用发电机变压器组单元制布置，每台机组厂用系统设有2段6 kV 厂用母线，每2 台机组设有2 台启动备用变压器，对2 台机组厂用电系统采用交叉备用方式.11随着发电厂机组容量的不断增大，对厂用电系统运行的可靠性和稳定性也提出了更高的要求。在厂用电系统发生了许多重大变化的同时, 某些工艺设备的配置与厂用电源的配置还存在着不相适应的情况, 厂用配电装置的布置也还存在着一些问题。如：辅机的备用方式与厂用电源的备用方式不相适应，存在着影响主机安全运行的隐患；厂用配电装置的布置存在一些不符合设计技术规范要求的地方，造成了运行中的不便甚至于安全隐患。文献对此进行了研究，并提出了响应的解决方案，如：根据辅机的重要程度采取不同的备用方式，因场地限制而无法达到设计标准的应采取必要的防护措施，同时加强各设备的安全监管等12。6 设计中的节能措施随着我国经济飞速发展,能源的供需矛盾日益突出,可持续发展和绿色经济概念将成为我国工业经济发展的主导方向。主要的节能措施有：降低变电过程中变压器损耗，降低输电过程中的线路损耗及铁磁性损耗，降低电力拖动过程中的损耗，降低照明损耗等。14同时考虑节约及合理利用能源的措施，节约用水和原材料的措施。157 发电厂设计内容及原则1、发电厂电气一次部分设计的主要内容：电气主接线的选择、厂用电设计、主变压器的选择、电气设备的选择、防雷及接地系统的设计、屋内外配电装置的设计和总平面布置。2、原则：安全性、可靠性、经济性。发电厂电气设计是个综合工程，是电力系统设计的重要组成部分，一份成功地发电厂设计方案可以在实际工程中取得最优的效益，增强系统的可靠性，使发电厂的配置达到最佳，保证较高的经济效益和社会效益。8 总结本文主要介绍了发电厂电气一次系统设计的主要内容。对主要的设计部分总结了设计原则及注意事项，并结合实例进行了分析，较全面的梳理了设计理论知识及设计过程中可能遇到的一些问题，为接下来的设计提供了很好的思路。参考文献：1 熊信银. 发电厂电气部分（第三版）M. 北京：中国电力出版社，20042 西北电力设计院，东北电力设计院.电力工程设计手册M.上海：上海科学技术出版社，1980.3 邵左平，余世敏.大型发电厂电气主接线设计方案探讨J.吉林电力，2006(3):37-39. 4 付光辉.综述600MW等级火力发电机组电气主接线的现状J.广东科技，2009(10):163-164. 5 陈尚发.大型发电厂电气主接线探讨J.中国电力，2003(7):64-66.6 西北电力设计院.发电厂变电所电气接线和布置M.北京：水利电力出版社，19927 龚大德.双辽发电厂电气部分设计特点介绍J.吉林电力技术，1994(4):20-23.8 任晓颖，杜怡薇.浅谈火力发电厂电气部分初步设计J.中国高新技术企业技术论坛，2009：969 杨丽娟.镇雄电厂电气一次设计分析D.昆明：昆明理工大学水利工程，2008.10 史荣国，巩奇峰.火力发电厂电气一次系统设计总结J.内蒙古石油化工，2008.(6)：36-38.11 沈建雷.大型发电厂厂用电系统的分析探讨J.华东电力，2004(10):55-57.12 张秋月.大机组火电厂厂用电系统存在的问题及其改进意见J.电力建设，1997(8):21-23.13 曾鹏，贾建民.CAD技术在发电厂厂用电设计中的应用J.科技情报开发与经 济，2000(10):91,96.14 冯岩，朱文强.火力发电厂电气节能设计方法J.黑龙江电力，2007(1):72-75.15 Chen Chang，zhen Shan Yuan ，Chen WeibiaoOptimizing Design Scheme of 220kV Outdoor Type SubstationGuangzhou Electric Power Design Institute.华 北 电 力 大 学 科 技 学 院毕 业 设 计（论 文）附 件外 文 文 献 翻 译学 号： 071901010722 姓 名： 王丽飞 所在系别： 电力工程系 专业班级： 电气07K6 指导教师： 李虹 原文标题： Wind Plant Integration 2011年 3 月 5 日 风力发电厂的并网运行 原文出处及作者：IEEE power energy magazine. by Edgar A. DeMeo, William Grant, Michael R. Milligan, and Matthew J. Schuerger.风力发电并入电力系统给风力发电的规划者和运营者提出了挑战。这些挑战主要源于风电场的自然特征在某些方面区别于传统电厂，也因为风是一个相对较新的能源，与传统的化石或水力发电厂相比有更短的纪录。风电厂在刮风的时候运行，其功率水平随风的强度变化。因此，他们不是传统意义上的可调度派，从而降低了系统运营商控制它们的能力。这导致了不熟悉风力发电的经营者对风电对维持系统发电和负荷之间平衡的实时进程的影响的关注。快速处理能力的缺乏也限制了风力发电供应新系统负载的能力。的确，正如下面的讨论，风电厂很少，甚至根本没有办法铭牌评级。传统上，这已引起关注，但随着风能越来越被认为是一种具有一定额定容量的主要能源,电力系统工作人员对它的关注程度削弱。并网的关键问题就变成了风力发电厂产出的变化在日负荷曲线的基础上上如何影响电力系统的运行，以及相关费用的多少。正如下面所讨论，这些费用低于最初一些实用工程师所预计的。原因是，与传统发电机相比风往往更像是一种负面负荷，并且电力系统的设计在常规运行的基础上能处理大幅度负载变化。 风力发电并网问题的关键风的不稳定性给电力系统经营者和规划者提出了一些重要的问题。其中关键的是以下几点： 风力发电如何影响网络负荷多样性？ 在什么情况下和在何种程度上可分派需要储备？ 系统的可靠性会不会受到影响？ 系统运行的风力的变化成本的影响是什么？ 如何确定风力工厂的生产能力信用？ 风力的预测的角色和价值？ 如何影响与渗透风有什么不同？ 目前风电是如何在实践影响系统的操作策略的？ 总的来说，对风力发电并网迄今进行的研究已经解决了这些问题中的大部分，虽然他们都没有解决所有。我们总结了以下主要成果和个人见解，然后得出了总体结论。所有的研究是运用系统操作完善的生产成本和单位成本模拟计算工具。其中从行业专家的同行审查中受益最多。上述单子上的最后一个问题超出了现有研究的范围。因此，我们试图通过与中收集的实用系统，其中包括大量的风力发电在混合行动的人员讨论有关见解。 风力发电一些常见误区 对风的变化的关注常常使得一些不了解风力发电的实用主义工程师和想阻止风电扩大的个人提出一些错误看法。这些问题都通过仔细检查或故意或实际的实践经验所解决。我们讨论的最突出的4个误解，在随后的章节有更多细节。首先是，每兆瓦的风力发电必须辅之以传统的可调度的大约1兆瓦发电的概念。事实上，风力发电的绝大部分被视作一种能源而非容量源加入电力系统，因此需要保持已经作为系统的一部分存在的生成需求平衡。正如下文将进一步讨论，少量的额外的法规或负荷跟踪能力一般来说是必要的，但这是往往被现有单位提供。而作为一个实际问题，迄今在美国有超过6000兆瓦风力发电，而不是一个单一的传统的单位已被列为风力发电机安装备份。第二个流行的观点是，风力发电设备的产量可以（而且经常会）在几秒钟内下降到零。事实上，在一个风力涡轮机在任意时刻经历了不同风速，导致从整个工厂大量输出的潜在滤波空间。另外，随着越来越多的风电场在不同的地区建立，滤波也跟着出现了。国家可再生能源实验室（NREL）对这些问题作了有益的研究。这些研究结果已经证实了本文中所讨论的研究中的几个。第三个概念，和第二个概念密切相关，风电场有可能导致整个电力系统崩溃。但同样，由于与风有关的的工厂产量没有发生突然变化，这种担心是毫无根据的。如果整个工厂由于电压崩溃而瘫痪，如一个升压变压器损耗，情况就和一个普通的电厂没什么两样。最后，作为显示在下面讨论GE能源的研究，一个现代化的风电厂将随时随地实际帮助电力系统处理重大故障。现代风电厂的无功功率控制能力，低电压穿越容量实际上提高了系统的稳定性。第四个概念是，风的变化对电力系统的其他操作时的影响将导致运营成本增加，甚至超过了风力发电的价值。这个误解成了下文讨论研究的最核心的焦点。目前在大多数情况下，风变化的影响成本约为风能总产值的10。重要的时间表 风力发电融入电力系统的综合性调查要求电力系统需要涵盖的时间范围从毫秒到几年。系统动态稳定性的研究需要在毫秒到秒的时间框架模型。能力满足负荷增长的贡献是扩大评估了1-10年，甚至更长的时间。系统运行成本的评估需要至少1年以上，一般包括好几年的模拟经营。风的营运成本变化的影响是通过研究三种不同的中间时限捕获的：1）频率调节（自动发电控制，值长无需操作员干预行动）发生在时间表里约几秒钟到1分钟的时间; 2）负载追踪（受经济调度和经营者的行动的控制，处理和发电和负荷预测的变化并由这一天单位承诺的时间表指导）发生在时间框架的几分钟到一两个小时;3）机组（通过使用负荷预测和配置现有发电机组的特点调度处理） 从几个小时到未来的几天。 对风力发电进入电力系统的主要研究在过去的四年中进行了一些关于风力发电对电力系统运行与经营成本风的影响的彻底的调查。大多数都涉及仍然垂直整合的公用事业系统，并且大部分源于从成本到服务观点。与此相反，其中的一项研究是在一个充分发挥作用，全州为电能，能力批发市场的大背景下进行的。这项研究是关于一个特殊的风力发电渗透入电力系统10的调查。在这篇文章中，所有情况下渗透被描述成一种风力发电额定值占整个系统所供应负荷的比例。纽约的一项调查在一个供应34,000兆瓦负荷的系统中研究了一个铭牌额定值为3,300兆瓦的风力发电系统。这个市场由纽约独立系统操作员（NYISO）作为国家权力平衡的单一服务管理的。 一个很重要的区别之间存在于以成本为基础，以市场为基础的研究中。大部分的服务成本研究都调查服务系统负荷部分不被风所服务的成本。我们假设从风力发电厂发出的电能通过电力传输系统从风力发电机传输到用户，并且不考虑与之相关的费用。相反，注意力集中在经营整个电力系统力非风力发电部分的费用。特别是，对这些经营成本在有和无风的变化的影响下都进行了估计。在这两项费用的估计相差归因于风的变异性和不确定性，并且分配到风力发电总量中。这个产量在美国用$ /兆瓦时表示，可看作是风能量价值的等量减少。没有捕获的是风能量成本在用户付费方面的影响，因为它不是问题研究的焦点。如果单位风能的平均成本相对于传统能源增加或者减少，用户所要付的费用也会相应的增加或者减少。这个观点是在调整了风能变化带来的成本以及在能量传输方面的各种差异之后提出来的。相比之下，纽约市场为基础的研究捕了所有的关于风能进入电力系统的影响。在结果中包括由于风的变化导致常规能源发电厂运行成本的增加，风的能量本身的成本，以及由于常规能源发电厂被风电场所取代而产生的常规能源风力能源成本降低。风力能源的成本实际是建立在一小时基础上，通过到纽约州的电力批发市场竞标;像所有其它发电机一样，风力发电机的价格由它在电力系统中每小时所发出的电能所决定。不幸的是，由风能变化所带来的成本增加和由能源转换所带来的成本降低是不能分离的。因此，两种类型的研究不能直接比较。尽管如此，他们都提供对风力发电对电力系统运行的影响至关重要的见解。 Xcel能源北（明尼苏达州） Xcel能源供应北北达科他州部分地区，南达科他，明尼苏达州，密歇根州和威斯康星州的部分地区。电力系统最高需求量在夏天达到顶峰，2002年大约8000兆瓦，2010年预计将上升到约10,000兆瓦。系统总发电是由大约7,500包括电力购买造成的差异。 公用事业风利益集团研究（2003年5月）公用事业风利益集团（UWIG）Xcel公司完成了对2003年北风力发电系统的运行影响的初步评估。这项工作是由Electrotek Concepts完成的。公司的研究估计，辅助服务费用的增长有Xcel公司承担，以适应北方的明尼苏达当时有的280兆瓦的风力发电。 为适应风力发电的额外的调节储备成本被认为是微不足道的。这一发现是基于负荷频率控制仿真，仿真表明该地区基本上没有在有无风力发电情况下的标准误差偏离控制。依据经济调度模拟风力发电的波动评价，年均负载追踪的能源成本约为美元0.41/MWh。该负荷下的储备元件成本被发现是零。该单位承担支付费用，以重新安排由于风力发电在提前一天的预测不准确每千瓦时0.39-1.44美元的费用，并且存在 10 - 50的相对误差。 280兆瓦的风力发电容量并入北Xcel电力系统使得风力发电机每发出一兆瓦时电能总运行成本增加1.85美元，其中包括50%的风能预测误差。考虑到风的影响可能被夸大，研究方法与假设被认为是保守的。 明尼苏达州商务部的研究 （2004年9月） 2004年，EnerNex Corporation代表Xcel能源公司和明尼苏达州商务部（MNDOC）完成了对北Xcel电力系统的后续研究。这项还集中研究运行的影响，但在1500兆瓦风力发电（2010年普及率15）的水平。经济成本源于适应风力发电并同时保证电力系统的可靠性和安全性的计划和进程。 风力学家对气象进行模拟，然后再结合气象数据存档，再现了在研究分析使用的天气。同时也显示出了风电厂和风力预报地理分散的好处。 在Xcel公司在2010年北控制区并入1,500兆瓦的风力发电的成本并不高于每千瓦时4.60美元，并且与Xcel能源的为适应风力发电变化而提前一天时间进行风能预测的成本有关，也和风力发电相关的预测误差有关。总成本包括约合为规范管理而增发八兆瓦的每兆瓦时0.23美元的成本以及调度和单位承诺造成的每兆瓦时4.37美元的成本。该研究认为这些结果是保守的，因为短期规划的提升策略以及调度和新的区域市场造成的全面影响没有被考虑进去。 加州独立系统算子 为响应在加州的一个可再生能源组合标准的立法，加州能源委员会和加州公用事业委员会成立了一个小组，研究所有在国家可再生能源一体化的成本。对风力发电的分析是基于2002三个主要加州地区风力资源，阿尔塔蒙特，圣戈尔戈尼奥和特哈查比。风能（和其他可再生能源）为电力系统多样性所作的的贡献已经得到了评估,而且加州独立系统操作员（CAISO）规例价格用于提供风的调节影响成的本估计。该规例的风力发电费用为每千瓦时0.20-0.90美元，依据资源领域而定。 为了估计对负载追踪时间尺度的影响，对系统负载和可再生能源发电数据进行了分析。在研究期间市场能源每隔十分钟运行一次。分析的重点是对由于可再生能源发电机的波动而长生的调度堆叠堆栈的潜在不良影响。然而，由于这个堆栈很深，影响程度尚未被衡量出来。 单位承诺并不是CAISO的责任。一旦被接受,发电机投标承担这个责任,而且相关费用被认为是在投标中的反映。因此,在风的变化在单位承诺中对单位成本的影响将不会被评估。发电厂电气一次系统设计题 目 二一一年六月毕 业 设 计(论文)系 别电力工程系专业班级电气07K6班学生姓名王丽飞指导教师李虹华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）发电厂电气一次系统设计摘 要火力发电厂是利用煤炭、石油或天然气作为燃料生产电能的工厂。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110kV，4回出线，低压侧10kV，12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。本设计首先进行了原始资料的分析。通过分析，了解该发电厂的类型，负荷情况等；然后，再依据发电厂的电压等级、出线数目及其负荷大小，拟定出多种接线方案，从而通过初步技术比较，确定两个方案；再根据选择主变的原理和所给的该发电厂各电压等级的最大负荷量，确定了主变容量、台数及型号；再选择各个短路点，进行短路电流计算，为下面的电气设备选择打下基础；再次，便是根据上述设计成果确定各电气设备并通过经济比较确定最优方案，确定配电设备。 最后根据这地区的雷雨情况配置避雷与接地装置，及配电装置。最后完成电气主接线、厂用电接线图。关键字：发电厂设计；短路计算；设备选择；防雷保护；配电装置A DESIGN OF ELECTRIC MAIN SYSTEM FOR POWER STATIONAbstractCoal-fired power plants is to use coal,oil or natural gas as fuel production electric power plant. 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 first system of the power station which has high-tension side 110kV, four output connections; low-tension side 10kV, twelve output connections. The power station belongs to one middle-size station. In addition to assume the supply of power to the power system also to content the region loads.The design has firstly been carried on the analysis of primary source. Passing through the analysis, we can understand the type of this power station, load condition and so on. Secondly, based on the voltage level of power station, load size and the number of outline, we can obtain a wide range of wiring, and then through the preliminary technical comparison, the two options identified. In the light of the principle of choosing main transformer，we can choose the main transformers number, capacity and type .Next, selecting each short circuit point and carrying on the calculation of short circuit current, it is the foundation that has been conquered in the selection of the electric installation of next. Then, based on the above results of designed we can determine the electrical equipment, through the economically optimal choosing the best plan and determining the distributed equipments of the power base on the design achievement mentioned above.According to the situation in this region of the thunderstorm and lightning protection grounding device configuration. The final completion of the main electrical wiring is draw the electrical layout and auxiliary power wiring diagram.Keywords: Power station design; Short current calculation; Equipment selection; Lightning Resistant protection; Distribution deviceII目 录摘 要IAbstractII1电气主接线选择11.1概述11.2主接线设计原则11.3主接线的接线方式选择11.3.1单母线接线11.3.2单母线分段接线21.3.3双母线接线21.3.4双母线分段接线21.3.5桥形接线21.3.6一个半断路器（3/2）接线31.3.7单元接线32主变压器容量、台数及形式的选择42.2主变压器的选择原则42.3主变压器容量和台数的确定原则42.4主变压器型式的选择42.5绕组数的选择53短路电流计算63.1 概述63.2短路计算的目的及假设63.2.1短路电流计算的目的63.2.2短路电流计算的一般规定63.2.3短路计算基本假设73.2.4基准值73.3 短路电流计算步骤74电气设备的选择94.1概述94.1.1一般原则94.1.2技术条件94.2断路器的选择104.2.1按开断电流选择104.2.2短路关合电流的选择104.3隔离开关的选择104.4高压熔断器的选择114.4.1按额定电压选择114.4.2按额定电流选择114.5互感器的选择114.5.1电流互感器的选择124.5.2电压互感器的选择134.6母线的选择134.6.1裸导体的选择条件选择和校验144.6.2母线及电缆截面的选择144.7 避雷器的选择144.8高压熔断器的选择155电气总平面布置及配电装置的选择165.1概述165.2高压配电装置的选择166 厂用电的接线设计206.1对厂用的设计的要求206.2厂用电电压206.3厂用母线接线方式206.4厂用工作电源206.5厂用备用或起动电源206.6交流事故保安电源207 防雷及接地系统217.1 防雷保护217.1.1直击雷的保护范围217.1.2直击雷的保护措施217.2避雷针、避雷线的装设原则及其接地装置的要求217.3避雷针的配置227.3.1避雷针的配置原则227.3.2避雷针位置的确定227.4本设计的防雷设计237.5接地装置237.5.1一般规定237.5.2降低土壤电阻率的措施237.5.3接地体的设计237.6典型接地体的接地电阻计算237.7本设计的接地设计248设计说明书258.1发电机的选择258.2初选方案比较258.3最优方案的确定及设备选择289 变压器容量选择309.1 方案一变压器容量的选择309.2 方案四变压器容量的选择3010 短路计算书3110.1 各电气设备参数3110.2 方案一加装母联电抗器后短路电流计算3110.2.1 系统等值电抗图3110.2.2 110kV母线短路3210.2.4 10kV母线短路3310.3 方案四加装母联电抗器后短路电流计算3410.3.1 系统等值电抗图3410.3.2 110kV母线短路3510.3.4 10kV母线短路3611 电气设备的选择与校验计算书3811.1 方案一各电压等级的断路器和隔离开关的选择3811.1.1 方案一10kV侧断路器、隔离开关的选择3811.1.2 方案一110kV侧断路器的选择3911.2方案四各电压等级的断路器和隔离开关的选择4111.2.1方案四10kV侧断路器的选择4111.2.2方案四110kV侧断路器的选择4312 经济技术比较4512.1 方案一经济投资计算4512.1.1 一次投资4512.1.2 年运行费用4512.2 方案四经济投资计算4612.2.1一次投资4612.2.2年运行费用4612.3 两方案经济比较4612.4 厂用电设计4613 其他设备的选择4713.1 电压互感器的选择4713.2电流互感器选择4713.3裸导线的选择4713.4避雷器的选择4714防雷及接地计算4914.1 本设计的防雷计算4914.2 本设计的接地设计49参考文献51附录52致谢531电气主接线选择1.1概述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。它是将电气设备以规定的图形和文字符号并按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。主接线代表了发电厂或变电站高电压、大电流的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。1.2主接线设计原则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合理地确定发电机的运行方式安全、经济地发、供电，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。11.3主接线的接线方式选择电气主接线是根据电力系统和发电厂具体条件确定的，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。而本厂电压等级进出线大于等于四回，采用有母线连接。1.3.1单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便和采用成套配电装置等优点，但不够灵活可靠，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，且调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，线路侧发生短路时有较大的短路电流。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。1.3.2单母线分段接线用分段断路器，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隔离，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：小容量发电厂的发电机电压配电装置，一般每段母线上所接发电容量为12MW左右，每段母线上出线不多于5回；变电站有两台主变压器时的610kV配电装置；3563kV可配电装置的出线回路数为48回；110220kV配电装置的出线回路数为34回，则采用单母分段接线。1.3.3双母线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，110220kV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，110220kV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。1.3.4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。1.3.5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。1.3.6一个半断路器（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。1.3.7单元接线单元接线是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种。单元接线简单，开关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压级母线，而在发电机和变压器之间采用封闭母线，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于具有发电机电压级母线时有所减小。但是单元接线发电机不设出口断路器的方式在运行中存在问题：当主变压器或厂用高压变压器发生故障时，除了跳主变压器高压侧出口断路器外，还需跳发电机磁场断路器。因磁场断路器跳开也不能迅速灭磁，故障电流很大，会使发电机、主变压器严重损坏；而且发电机故障跳闸时，将失去厂用工作电源，这种情况下备用电源的快速切换极有可能不成功，因而机组面临厂用电中断的威胁。22主变压器容量、台数及形式的选择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。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计发电厂的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器的容量，同时要考虑到该发电厂以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。32.2主变压器的选择原则1)主变容量一般按发电厂建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020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70%80%。2.3主变压器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：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。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。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。2.4主变压器型式的选择选择主变压器，需考虑如下原则：1）当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂，均应选用三相变压器。2）当发电厂与系统连接的电压为500kV时，经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台50%容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升到500kV的，宜选用三相变压器。在发电厂还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。2.5绕组数的选择具有三种电压等级的发电厂，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15%以上时，主变压器一般选用三绕组变压器。变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只要有Y和，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组多采用Y连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压，变压器绕组多采用连接。由于35kV采用Y连接方式，与220、110系统的线电压相位角为00，这样当变压变比为220/110/35kV，高、中压为自耦连接时，变压器的第三绕组连接方式就不能采用三角形连接，否则就不能与现有35kV系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕组全星形接线的变压器，全国投运这类变压器约4050台。43短路电流计算3.1 概述在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。53.2短路计算的目的及假设3.2.1短路电流计算的目的其计算目的是：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。3.2.2短路电流计算的一般规定1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后510年）。计算的基本情况：电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；所有同步发电机都具有自动调整励磁装置；短路发生在短路电流为最大值的瞬间；所有电源的电动势相位角相同；应考虑对短路电流值有影响的所有元件。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。63.2.3短路计算基本假设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）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；6）系统短路时是金属性短路。3.2.4基准值高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：基准容量： = 100MVA基准电压：（kV） 10.5 1153.3 短路电流计算步骤 （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)化简等值网络：为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。（4）求计算电抗Xjs（5）由运算曲线查出(各电源供给的短路电流周期分量标幺值运算曲线只作到Xjs=3.5)。（6)计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量。（7)计算短路电流周期分量有名值和短路容量。（8)计算短路电流冲击值。（9)计算异步电动机供给的短路电流。（10）绘制短路电流计算结果表。 4电气设备的选择4.1概述导体和电器的选择是发电厂设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，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后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。74.1.1一般原则1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2）应按当地环境条件校核；3）应力求技术先进和经济合理；4）选择导体时应尽量减少品种；5）扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。4.1.2技术条件1）按正常工作条件选择导体和电气A电压：所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高运行电压即 一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在110KV及以下时为1.15，而实际电网运行的一般不超过1.1。B.电流导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q 0下，导体和电器的长期允许电流应不小于该回路的最大持续工作电流即 由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的 = 1.05（为电器额定电流）。C.按当地环境条件校核当周围环境温度和导体额定环境温度不等时，其长期允许电流 可按下式修正，基中为温度修正系数;为最高工作温度; 为额定载流量基准下的环境温度（）; 为实际环境温度；对应于所选截面、环境温度为+25时，长期允许载流量（A）2）按短路情况校验电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。A.短路热稳定校验满足热稳定条件为： 验算热稳定所用的计算时间：B.短路的动稳定校验满足动稳定条件为：4.2断路器的选择发电厂中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，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；用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务。故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，快速切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。4.2.1按开断电流选择高压断路器的额定电流应不小于其触头开始分离瞬间的短路电流即最大持续工作电流即： 4.2.2短路关合电流的选择在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流 不应小于短路电流最大冲击值。4.3隔离开关的选择隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。隔离开关的配置：1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设12组接地刀闸或接地器。63kV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。84.4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。屋内型高压熔断器在发电厂中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，也可常用于保护电压互感器。4.4.1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。另外对于充填石英砂有限流作用的熔断器，只能用于等于其额定电压电网中。4.4.2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可按下式选择94.5互感器的选择互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：1）将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。电流互感器的特点：1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电压互感器的特点：1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数；2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。互感器的配置：1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点；3）对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；4）6110kV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。4.5.1电流互感器的选择1)电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流与在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。2)电流互感器10%误差曲线：是对保护级（BlQ）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流范围内误差限制不超过-10%。电流互感器的10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗Z2f关系曲线。3) 为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额定容量。4)按一次回路额定电压和电流选择:电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右以保证测量仪表的最佳工作，电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：和，为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流。5)种类和型式的选择:选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、装入式等）来选择。6）热稳定检验:电流互感器热稳定能力常以允许通过一次额定电流的倍数来表示，即：7）动稳定校验：电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（）的倍数（动稳定电流倍数）表示其内部动稳定能力，故动稳定可用下式校验：4.5.2电压互感器的选择1）电压互感器的准确级和容量电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。2）按一次回路电压选择为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.10.9）范围内变动。3）按二次回路电压选择电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，电压互感器二次侧额定电压可按下表选择。表4-1电压互感器的选择方式接 线 型 式电网电压,kV型 式二次绕组电压,V接成开口三角形辅助绕组电压IV一台PT不完全符形接线方式335单相式100无此绕组Yo/ Yo/110J500J单相式100/100360单相式100/100/3315三相五柱式100100/3（相）4）电压互感器及型式的选择电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在635kV屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。110220kV配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。104.6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、变电所及输电线路中，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。敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。4.6.1裸导体的选择条件选择和校验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场所，可选用铜质材料的硬裸导体。回路正常工作电流在400A及以下时，一般选用矩形导体。在4008000A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。4.6.2母线及电缆截面的选择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导体长期发热的允许电流。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经济电流密度（J），导体的经济截面可由下式：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。Smin= 热稳定系数 稳态短路电流（kA） 短路等值时间(s)4.7 避雷器的选择避雷器是一种保护电器，用来保护配电变压器，发电厂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%4.8高压熔断器的选择选择高压熔断器作用为保护电压互感器，所以只需按工作电压和开端能力两项进行选择。1）工作电压：2）断流容量：其中，：ts短路容量（MVA），：设备额定断流容量（MVA）5电气总平面布置及配电装置的选择5.1概述配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常运行情况下接受和分配电能，而在系统发生故障时迅速切断故障部分，维持系统正常运行。配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置。屋内配电装置的特点：由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；房屋建筑投资大。屋外配电装置的特点：土建工程量和费用较小，建设周期短；扩建比较方便；相邻设备之间距离较大，便于带电作业；占地面积大；受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；外界气象变化对设备维修和操作有影响。配电装置应满足以下基本要求：1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策；2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离；3）便于检修、巡视和操作；4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；5）安装和扩建方便。配电装置的设计原则：1）节约用地；2）运行安全和操作巡视方便；3）考虑检修和安装条件；4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行；5）节约三材，降低造价；6）安装和扩建方便。5.2高压配电装置的选择配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。下表中所列出各种间隔距离中最基本的最小安全净距，高压配电装置设计技术规程中所规定的A值，它表明带电部分至接地部分或相间的最小安全净表5-1屋外配电装置的安全净距（mm）符号适用范围图号额定电压，kV3-1015-203563110J110220J330J500JA11、带电部分至接地部分之间2、网状遮栏向上延伸线距地2.5m处与遮栏上方带电部分之间10-110-22003004006509001010180025003800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间10-110-320030040065010001100200028004300B11、设备运输时，其外部至无遮栏带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间3、栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间4、带电作业时的带电部分至接地部分之间10-110-210-395010501150140016501750255032504550B21、网状遮栏至带电部分之间10-230040050075010001100190026003900C1、无遮栏裸导体至地面之间2、无遮栏裸体至建筑物、构筑物之间10-210-3270028002900310034003500430050007500D1、平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间10-110-2220023002400260029003000380045005800距，保持这一距离时，无论正常或过电压的情况下，都不致发生空气绝缘的电击穿。其余的B、C、D值是在A值的基础上，加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而确定的。本发电厂两 个电压等级：即110kV、10kV根据电力工程电气设计手册规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所110kV采用屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、中高型和高型等。表5-2屋内配电装置的安全净距（mm）符号适用范围图号额 定 电 压，KV361015203563110J110220JA11、带电部分至接地部分之间2、网状和极状遮栏向上延伸线距地2.3m处当遮栏上方带电部分之间10-4751001251501803005508509501800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间10-47510012515018030055090010002000B11、栅状遮栏至带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间10-482585087590093010501300160017002550B2网状遮栏至带电部分之间10-517520022525028040065095010501900C无遮栏裸导体至地（楼）面之间10-42375240024252450248026002850315032504100D平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间10-41875190019251950198021002350265027503600E通向屋外的出线套管至屋外通道的路面10-44000400040004000400040004500500050005500注：110J、22J、330J、500J系指中性点直接接地网1）中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作售货员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装抢修方面积累了比较丰富的经验。2）半高型配电装置，它是将母线及母线隔离开关抬高将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，优点有：A.占地面积约在中型布置减少30%；B.节省了用地，减少高层检修工作量；C.旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。3）高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢多，安装检修及运行中条件均较差，一般适用下列情况：A.配电装置设在高产农田或地少人多的地区；B.原有配电装置需要扩速，而场地受到限制；C.场地狭窄或需要大量开挖。本次所设计的发电厂，其 110kV电压等级为双母线接线，采用普通中型配电装置。采用普通中型布置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运行维护还是安装检修方面都积累了比较丰富的经验。116 厂用电的接线设计6.1对厂用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。6.2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。6.3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。6.4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。6.5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。126.6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。7 防雷及接地系统7.1 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。7.1.1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。7.1.2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1020m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，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810m，每隔1020m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。137.2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。147.3避雷针的配置7.3.1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。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；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，且，式中为冲击接地电阻。7.3.2避雷针位置的确定首先应根据发电厂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1000欧米的地区，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。7.4本设计的防雷设计根据以上有关规范，结合本设计发电厂实际，本此设计的防雷保护采用6支避雷针进行保护，其中6支均是h=30m。7.5接地装置7.5.1一般规定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) 在确定发电厂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。157.5.2降低土壤电阻率的措施在土壤电阻率（p500.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7.5.3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0.51m。水平接地体多用扁钢，宽度一般为2040mm，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。7.6典型接地体的接地电阻计算1）垂直接地体： 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： 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3)n根钢管或钢棒的总扩散电阻： 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 表7-1 屏蔽影响系数表序号12345678接地体形式屏蔽系数00.380.480.871.6912.145.278.817.7本设计的接地设计本次设计采用先在地下深为h的水平面上敷设方格形状的水平接地体，如图4-1所示：（俯视图）图7-1接地俯视图调整水平接地体的间距可以改变水平接地电阻的阻值，然后再在两水平接地体的相交处敷设垂直接地体，如图7-2所示（侧视图）图7-2接地侧视图本次设计水平接地体埋设深度取h=0.8m,间距为14m，采用宽度为30mm,厚度为4mm的扁钢；垂直接地体采用的角钢，长度为2.5m。8设计说明书8.1发电机的选择根据任务书给出的装机容量大小确定所选发电机型号如下：表8-1发电机型号型号容量额定电压台数100MW0.85240.204250MW0.812.40.19928.2初选方案比较根据任务书设计要求及对原始资料的分析，现拟定五种初选方案，其接线图如下：方案一：110kV侧采用双母线带旁路,10kV侧采用双母线分段接线,2台50MW发电机接于10kV机压母线，2台100MW机组直接经变压器接于110kV，两个电压等级由两台两绕组变压器连接。如图： 方案一主接线图方案二：110kV侧采用双母线带旁路,10kV侧采用双母线分段接线,2台50MW和2台100MW机组发电机接于10kV机压母线，再直接经变压器接于110kV，10kV由四台双绕组变压器相联于110kV： 方案二主接线图方案三：110kV侧采用双母线带旁路,10kV侧采用双母线分段接线,4台发电机直接经变压器接于110kV双母线上，10kV接12回电缆，两个电压等级由两台双绕组变压器相联。方案三主接线图方案四：110kV侧采用双母线带旁路，10kV侧采用双母线分段接线,2台50MW发电机接于10kV机压母线，2台100MW发电机机组接于10kV机压母线，再经变压器接于110kV，两个电压等级由四台两绕组变压器连接。方案四主接线图方案五：110kV侧采用双母线带旁路,10kV侧采用双母线分段接线,2台50MW发电机采用扩大单元接线，经变压器接于110kV接于母线上，2台100MW机组采用双母线分段接于10kV母线上，再经双绕组变压器接于110kV母线。 方案五主接线图方案二供电可靠性灵活，便于扩建，但当低压母线短路时，流过短路点的短路电流过大，不采用。方案三所以机组采用单元接线，10kV用电只能从110kV侧经降压引线，布线方式不合理，投资过大，不采用。方案五两台50MW机组采用单元扩大接线，供电可靠性降低，只有在厂房面积狭窄时才采用，因此排除方案五。剩余方案一、四，经济性和可靠性均较好，进行具体比较。8.3最优方案的确定及设备选择一、对初选保留的方案一和方案四进行详细比较（比较过程见计算书）可知方案一为最优方案。二、对最优方案进行设备的选择并进行校验（校验过程见计算书）表8-2主变压器型号空载损耗(kW)短路损耗(kW)阻抗电压(%)空载电流(%)参考价格(万元)综合价格(万元)台数6830010.50.831.837.1210050010.50.654652.12表8-3断路器和隔离开关断路器型号隔离开关型号10kV进线侧10kV出线侧12回出线母联断路器110kV进线侧110kV出线侧限流电抗器的选择：型号：表8-4电压互感器电压等级（kV）型号额定电压准确度等级0.5接线方式备注原绕组 副绕组 辅助绕组10.5100.10.113120vA三相五柱式1100.1150vA电容式互感器表8-5电流互感器型号额定电流（A）准确度等级二次负荷10%价格0.5级1级二次负荷倍数LMZ1-10400/50.523225-101500LCWD-110600/511.21.2254800表8-6裸导线10. 5kV三条矩形导体导体尺寸放置方式载流量10010竖放3570110kVLGJ-3006909 变压器容量选择9.1 方案一变压器容量的选择1)两台50MW机组双母分段接线双绕组变压器的容量:因为发电机最多只能满发,不会超过额定功率，故选择两台型号为SFPL1-90000的变压器。2)两台100MW机组单元接线双绕组变压器的容量:选择两台SFPL1-120000的变压器。 3)总结：经计算得方案一共选择：型号为SFPL1-90000的变压器2台。型号为SFPL1-120000的变压器2台。9.2 方案四变压器容量的选择1) 两台100MW机组双母分段接线双绕组变压器的容量: 选择两台SFPL1-90000的变压器。2)两台50MW机组双母分段接线双绕组变压器的容量: 故选择两台型号为SFPL1-90000的变压器。3)总结：经计算方案四共选择：型号为SFPL1-90000的变压器2台。型号为SFPL1-63000的变压器2台。10 短路计算书10.1 各电气设备参数取 1)变压器电抗标么值：a、SFPL1-120000 b、SFPL1-90000 2)发电机:100MW: 50MW: 3)母联电抗器标么值：4)无限大系统S电抗标么值：S=0.0210.2 方案一加装母联电抗器后短路电流计算10.2.1 系统等值电抗图图10-1系统等值电抗图10.2.2 110kV母线短路最后化简等值电抗图： 图10-2最简等值电抗图1)各电源计算电抗： 2)求各电源点到短路点的短路电流及总电流 对S： 对G1、G2:由查曲线的得(标么值) 对G3、G4：由查曲线得（标么值） 所以流过短路点的电流总和：3)短路电流冲击值及全电流最大有效值： 10.2.4 10kV母线短路 图10-3等效变换图最后化简等值电抗图： 图10-4最简等值电抗图取 母联电抗器标么值：1)各电源计算电抗： 2)短路电流周期分量：对S： 对G1、G2 :由查曲线得(标么值) 所以 对G3:由 查表得(标么值) 所以 对G4:由 查表得（标么值） 所以流过短路点K2的电流总和： 3)短路电流非周期分量：（） 4)短路电流冲击值及全电流最大有效值 10.3 方案四加装母联电抗器后短路电流计算10.3.1 系统等值电抗图 图10-5 系统等效电抗图10.3.2 110kV母线短路 图10-6等效变换图取 网络中各阻抗的值同方案一1）各电源计算电抗： 2）短路电流周期分量： 对于S： 对于G1 G2：由查曲线得 对于G3 G4：由查曲线得 所以流过短路点的电流总和为：3)短路电流非周期分量（） 4）短路电流冲击值全电流最大有效值 10.3.4 10kV母线短路等效变换图1）各电源计算电抗： 2）短路电流周期分量：对S： 对G3：由查曲线得： 对G4：由查曲线得： 所以流过短路点的总电流为：3）短路电流冲击值及全电流最大有效值 11 电气设备的选择与校验计算书11.1 方案一各电压等级的断路器和隔离开关的选择11.1.1 方案一10kV侧断路器、隔离开关的选择50MW发电机回路出口断路器，隔离开关的选择断路器型号为,校验：对G3： 1)额定电流：，2)动稳定：=300kA，满足动稳定的要求3)热稳定：t=4s, ，查t=4s曲线得，, 满足热稳定要求隔离开关型号为,校验：1)额定电流：，2)动稳定：=160kA，,满足动稳定的要求3)热稳定：, 满足热稳定要求对G4： 1)额定电流：，2)动稳定：=300kA，满足动稳定的要求3)热稳定：t=4s, ，查t=4s曲线得，, 满足热稳定要求隔离开关型号为,1)额定电流：，2)动稳定：=160kA，,满足动稳定的要求3)热稳定：, 满足热稳定要求母联断路器，隔离开关的选择,断路器型号为,动稳定，热稳定校验同上隔离开关型号为动稳定，热稳定校验同上母线分段断路器，隔离开关的选择断路器型号为,热稳定，动稳定校验同上隔离开关型号为校验：1)额定电流：，2)动稳定：=160kA，,满足动稳定的要求3)热稳定：, 满足热稳定要求10kV出线断路器，隔离开关的选择断路器型号为,动稳定，热稳定校验同上隔离开关型号为动稳定，热稳定校验同上10kV侧12回出线断路器和隔离开关的选择断路器型号为,动稳定，热稳定校验同上隔离开关型号为动稳定，热稳定校验同上11.1.2 方案一110kV侧断路器的选择100MW单元接线断路器、隔离开关的选择断路器型号为,对G1、G2：由前计算可知： 1)额定电流：，2)动稳定：=55kA，满足动稳定的要求3)热稳定：t=4s, ，查t=4s曲线得，, 满足热稳定要求隔离开关型号为1)额定电流：，2)动稳定：=55kA，,满足动稳定的要求3)热稳定：, 满足热稳定要求110kV进线侧G3、G4所选断路器和隔离开关的校验：断路器型号为, 1)额定电流：，2)动稳定：=55kA，满足动稳定的要求3)热稳定：t=4s, ，查t=4s曲线得，, 满足热稳定要求隔离开关型号为1)额定电流：，2)动稳定：=55kA，,满足动稳定的要求3)热稳定：, 满足热稳定要求母联兼做旁路断路器、隔离开关的选择断路器型号为,动稳定，热稳定校验同上隔离开关型号为动稳定，热稳定校验同上110kV出线出口断路器的选择断路器型号为,动稳定，热稳定校验同上隔离开关型号为动稳定，热稳定校验同上11.2方案四各电压等级的断路器和隔离开关的选择11.2.1方案四10kV侧断路器的选择50MW发电机回路出口断路器，隔离开关的选择断路器型号为,校验：对G3:1)额定电流：，2)动稳定：=300kA，满足动稳定的要求3)热稳定： t=4s, ，t=4s, ，, 满足热稳定要求隔离开关型号为校验：1)额定电流：，2)动稳定：=300kA，,满足动稳定的要求3)热稳定：, 满足热稳定要求对G4： 1)额定电流：，2)动稳定：=300kA，满足动稳定的要求3)热稳定：t=4s, ，t=4s时查曲线得, ，,
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