2x100MW火电厂电气一次部分设计及发变组保护设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上毕业设计说明书 2x100MW火电厂电气一次部分设计及发变组保护设计 学 院 ： 电气工程与信息工程学院 专 业 ： 电气工程及其自动化 姓 名 ： 闫 毓 龙 学 号 ： 指 导 教 师 ： 陈 玉 武 日 期 ： 2011年6月13日 摘 要本设计内容为2100MW火力发电厂电气部分初步设计，包括设计说明书和设计图纸两大部分。设计说明书部分主要编写了火电厂电气主接线方案确定和厂用电设计；发电机、主变压器的选择以及电气设备配置；短路电流的计算；高压电气设备的选择与校验；微机保护的配置与整定计算；防雷保护的规划设计。设计图纸分别是：（1）2100MW火力发电厂电气主接

2、线（2）发电机变压器保护配置图（3）发电机变压器差动保护控制回路图。关键词：发电厂；变压器；电力系统；继电保护；电气设备AbstractThe content of article is the first steps of 2100 MW power plant engineering electrical part design. Including design specifications and design drawings of two parts. Prepared some of the major design specifications of electrical po

3、wer plants and the main connection scheme for the power plant design; Generators, main transformers and electrical equipment configuration choices; Short-circuit current calculation; High-voltage electrical equipment selection and validation; Configuration and microprocessor-based protection setting

4、 calculation; Planning and design of lightning protection. Design drawings are: (1) 2x100MW power plant electrical main connection; (2) generator and transformer protection configuration diagram; (3) The generator and transformer differential protection control circuit diagram.Keywords: Power plant;

5、Transformer; Protection; Electrical equipment.目 录专心-专注-专业第一章 绪论1.1 电力工业的发展概况 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。工业用电量已占全部用电量的5070%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。我国的电力系统从20世纪50年代开始迅速发展

6、。到1991年底，电力系统装机容量为14600万千瓦，年发电量为6750亿千瓦时，均居世界第四位。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。此外，1989年，台湾省建立了装机容量为1659万千瓦的电力系统。目前我国人均拥有装机容量和人均占有发电量较低，技术经济指标平均水平不高，火电厂的污染物排放量高，电网相对薄弱，供电可靠性偏低。为了提高效率和保护环境，及时关闭低效率、煤耗高、污染严重的小火电机组，以大带小，装设烟气脱硫及降低氮氧化物设施，开展洁净煤燃烧技术的研究及应用。

7、主要的发展方针有：1、积极发展水电，水能资源是可再生的、清洁的能源；在电力系统中，有一定比重的水电装机容量对系统调峰和安全经济运行极为有利；水电站的发电成本低，水库可以综合利用。2、优化发展火电，我国有丰富的煤炭、石油和天然气，火电厂的厂址不受限制，建设周期短，能较快发挥效益。3、适当发展核电。4、重点发展电网，促进全国联网5、因地制宜发展新能源发电，做好农村电气化建设，在边远农村和沿海岛屿，因地制宜建设小水电、风力发电、潮汐发电、地热发电和太阳能发电等。1.2 原始资料（1）课题名称：2100MW火电厂电气一次部分及发变组保护设计（2）毕业设计的主要内容设计一个2100MW发电厂电气一次部分

8、，发电机出线电压级10.5kV，220kV电压级，架空出线4回，每回出线输送容量为30MVA。系统阻抗值在最大运行方式下（Sj=100MVA），与220kV系统的联系阻抗为0.025。系统可视为无穷大容量系统。电厂的起动/备用电源由110kV系统引入。 (3)设计实现的主要功能该电厂可向电网供给220kV电压等级的电能，其单机容量为100MW，本期设计2台。 (4)主要技术指标发电机型号为： QFS-100-2 Pe=100MW Ue=10.5kV Ie=6150A Cos=0.85 Xd”=0.18 电动机计算负荷之和约为14000KVA；低压厂用计算负荷之和约为5000KVA。1.3 本次

9、设计的目的和意义建火电厂就是将不容易、不方便被人们利用的能量（煤炭），通过火电厂转化为易被人们利用的电能。在这个过程中，提高了能量的利用率，节约能源，对人类的可持续发展有重要的意义。电能有许多的优点：首先，它可以简便的转换成另一种能量。其次，电能经过高压输电线路可以输送很远的距离，供给远方用电。总之，电能的优点很多，对我国的国民经济有重要的影响。在这次设计中，通过电厂的设计，把我们以前所学的电路、电力系统分析、电力系统继电保护、电机学、高电压等各科进行一个综合，这在我们加深理论理解的同时，又增加了实际运用的操作，使理论与实际较好的结合。本次设计是大学四年知识的总结，这为我们以后继续学习或进入工

10、作岗位，打下一个坚实的基础。1.4 本次设计的内容本次设计的主要内容包括:电气一次部分的分析和设备的选择，二次部分的配置以及其间的各种图。说明书共分为两部分:电气一次部分的总体分析，短路计算和各种电气设备的选择和电气二次部分。第二章电气主接线设计2.1 主接线概述电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。所以，由文献1可知；它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面： 可靠性：在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性

11、的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠程度。可靠性的具体要求在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电；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，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求；在检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；扩建时，可以容易地从

12、初期接线过渡到最终接线。 经济性：要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备；要节省继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少；经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。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200MW，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

13、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）1102

14、20KV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2-1 图2-2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

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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，简化了配图2-3 双母线接线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。（1）发电机-双绕组变压器组成的单元接线。在图2-4（a）和（b）中，发电机和变压器成为一个单元组，电能经升压后直接进入高压电网。这种接线由于发电机和变压器都不能单独运行，因此，二者的容量应当相等

20、。单元接线的基本缺点是原件之一损坏或检修时，整个单元将被迫停止工作。这种接线形式适用于大型的发电厂。（2）发电机-变压器-线路单元接线。如图2-4（c）所示，这种接线不需在发电厂或变电所中建造高压配电装置，从而大大减小了占地面积与造价，并简化了运行。但这种接线的采用却具有相同的局限性，线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时，线路停运。图2-4单元接线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375MW，最大单机容量为100MW。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

21、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，220kV电压级出线4回，每回出线输送的容量为30MVA。220KV电压级出线4回，根据各种基本接线的适用范围和特点，220kV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，提出以下三种可比接线方案。方案：单母线分段接线 如图2-5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220KV系统。两段220KV母线由分段断路器相连，每段母线上出线2回。在每个

22、发电机-变压器组的主变压器低压侧引出厂用工作电源。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，220KV电压级配电装置采用了双母线接线，4回出线接在母线上，如图2-6所示。方案：双母线带旁路母线接线 在此方案中，220KV配电装置采用了双母线带旁路母线的接线方式，其他装置的接线方式与前面两种方案的接线相同,如图2-7所示。 图2-5 方案单母线分段接线 图2-6 方案双母线接线图2-7 方案双母线带旁路母线接线对几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 方案方案方案可

23、靠性a.简单清晰，设备少，设备本身故障率小；b.220KV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。a.接线很复杂，操作也很复杂；b.可靠性高，无论检修母线或设备故障、检修，都不致全厂停运。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。a.有多种运行方式（双母、单母、固定接线），从而运行调度灵活，但保护装置复杂；b.便于扩建。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

24、路器。a.投资高，设备数量多；b.占地面积多。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，但是较之其余两种方案，方案的接线最为复杂，操作最复杂，同时所用的设备也最多，建设投资最大。方案较之方案有供电可靠、调度灵活、便于扩建等优点。另外由于有了SF6断路器等高性能的电气设备，可以不设置旁路母线。经过论证比较，在技术上（可靠性、灵活性）和经济上方案明显合理。所以综合分析，决定选第方案为最终设计方案。2.4 变压器选择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

25、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GC3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

26、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：PN=100MW, Cos=0.85；（2）高压电动机计算负荷之和约为14000KVA，低压厂用计算负荷之和约为5000KVA。因此，发电机的额定容量为 SN = = = 117.65MVA本机组的厂用计算负荷之和为 S30 = 14000kVA+5000kVA = 19000kVA = 19MVA根据容量选择的原则，主变压器的容量应满足 STN (SN- S30)1.1 = (117.65-19) 1.1MVA = 1 48.5MVA因此，选取容量为

27、150MVA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。单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220KV，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

28、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

29、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系统中时，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变压器的35KV侧也采用yn的联结方式，以便接入消弧线圈，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

30、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220KV，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-/220，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KVA，额定电压为24222.5%/10.5

31、KV。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ST1.1SH+SL式中，SH 厂用电高压计算负荷之和（KVA）； SL 厂用电低压计算负荷之和（KVA）。由设计任务中的已知数据：高压电动机计算负荷之和约为14000KVA；低压厂用计算负荷之和约为5000KVA，可得： 1.1SH+SL = 1.114000+5000 = 20900KVA = 20.9MVA因此，高压厂用变压器的容量选为25MVA。厂用变压

32、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SF9-20000/15，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SFZ8-20000/110，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-/220额定容量额定电压（KV）24222.5%/10.5额定电流（A）385/6275额定功率（Hz）50相数3联结组别YN，d11油面温升（）55阻抗电压

33、13.25短路损耗438.43空载电流I0（%）0.27空载损耗P0（KW）129.36冷却方式油浸风冷强迫导向循环器身吊重（t）98.15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SF9-20000/15SFZ8-20000/110 额定容量（kVA）2000020000 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33连接组别D，d0YN,d11 阻抗电压Uk（%

34、）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1-8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220KV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100MW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100MW发电机的出口不设置断

35、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100MW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

36、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 220KV配电装置的连接200KV配电装置采用双母线接线形式，每回线路经一台断路器和两组隔离开关分别接到两母线上。双母线接线在两组母线之间装设有一台联络断路器，简称母联。如图2-10所示，它具有工作母线和备

37、用母线（工作母线和联络母线可以任意选定），其运行特点如下：检修工作母线时，可利用母联QFm把工作母线的全部回路倒换到备用母线上，再把工作母线退出进行检修，并不发生停电。以L1和L2为例，设隔离开关QS01和QS02以合上。操作如下：第一步，合上QFm，检查备用母线是否完好。如果合上QFm后立即跳闸，表明备用母线存在故障，不能进行倒闸操作，需要查明故障，加以排查。如果能够合上，表明备用母线完好。第二步，合上QS2、QS4，拉开QS1，QS5（其余回路均按同样步骤进行操作）。最后断开QFm、QS01、QS02，恢复QFm的原来状态。此时，工作母线已不带电，即可退出进行检修。应当注意，上述操作次序不

38、能颠倒，否则将造成带负荷拉闸的误操作。采用这一接线方式的优点是：1、检修任一母线时，不影响机组和出线的运行。2、运行调度灵活，通过倒闸操作可以形成不同的运行方式。3、线路短路器检修，可临时用母联断路器代替断开该回路，故不影响对其它用户的供电。 图2-10 220KV配电装置接线4、在特殊需要时，可以用母联与系统进行同期或解列操作。当个别回路需要独立工作或进行试验时，可将该回路单独接到备用母线上运行。5、双母线接线简单，开关设备少，操作简单。2.5.4 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

39、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、

40、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

41、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

42、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。3.启动/备用变压器和厂用电母线的连接为了节省电缆和因为电缆试验、检修时而失去备用的范围，采用部分放射和部分串联的方式，如图2-11所示。启动/备用电源的二次侧引出两个分支，每个分支作为一台机组备用电源。在备用电源的总出口装设隔离开关，以便电源故障或检修时，各母线段可以相互备用。2.5.5 发电机和变压器的中性点接地方式电

43、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

44、有避雷器和放电间隙，如图2-12所示。 图2-11 备用电源与厂用母线段的连接方式图2-12 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。2.5.6 发电机组主接线中的设备配置1.隔离开关的配置（1）100MW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

45、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，220KV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）220KV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

46、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

47、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）220KV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。3.1.2 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

48、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

49、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

50、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 Xb = = （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）、6.3KV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