2×200MW火力发电厂电气部分设计

第1章

绪论目前我国发电主要为火力火电厂，需要燃烧许多的化石能源完成整个发电过程。伴随着各种先进设备以及先进工艺的不断应用，以及科学技术水平的持续提升，电气系统是否具有科学性关系到电厂的工作效率的高或低此次设计培养了我查阅资料，合理选择和方案比较的能力，加深对本专业课程中所学知识的理解和掌握，为未来的生活和工作打下坚定的基础。1.1我国电力工业发展概况电力自从应用于生产以来，已成为现代化生产、生活的主要能源，交通运输还有科学技术和人民生活等方面都得到了极为广泛的应用。电力工业发展水平已经成为衡量一个我们国家经济发展水平的重要标志。在实现社会主义四个现代化中，要求电力先行，电力工业要有较高的发展速度。1.1.1发展概况我国电力工业自从有电开始，已经经过了多年的历程。在旧社会，我国的电力行业和别的行业一样，发展比较缓慢，在进入新社会以后，我国发展极为迅速。尤其在电力行业，进入了许多的发展新时期，体现在以下几个方面：1.迅速发展的电网我国在建国以后，生产出了自己的第一条输电线路，并且逐渐形成了京津唐电网。2.电子科技水平提高迅速我国准备科技发电，迅速建成了许多的实验室还有发电厂。并且逐步攻克了许多的世界难题及科研项目。解决了大电网的问题。我国科技水平已经可以支持我们建设大电网还有核电站和水电站。目前，我国已经或者正在建设超直流电网，直流输变站系统和超高压电厂。3.慢慢开始使用新能源发电中国的小水电资源是世界上第一个。根据最近的一项调查，中国单站容量小于50,000千瓦的小型水电技术开发能力为1.28亿千瓦，年产量为5350亿千瓦时。西部地区的开发能力为7952.9万千瓦，占全国的62.1％。截至2011年底，该国已建成45,000座小型水电站，容量为6200万千瓦，约占水电站容量和年发电量的30％。目前，全国已有1,600个县开发了小型水电站，近800个县主要以小水电为主。提别提到，自“十五”以来，中国的风电发展迅速，自2010年以来已成为世界上最大的风电产业。1.1.2展望“十二五”期间，长期以来，电力工业保持平稳有序发展，同时为经济社会发展提供稳定的电力保障，同时加快电力供应结构调整，提高清洁能源比例。是主要目的。优化调整供电区布局，加快电网建设，提高电网安全供电能力，积极推进节能调度，提高科技进步，提高能效，降低能耗我们努力保护生态环境，提高设备的运行水平和安全性。1.快速的发展水电2.清洁的发展火电3.努力的发展核电4.逐步改变电网，成为全国统一电网。5.发展新能源发电，为农村建设做出贡献6.保护环境1.2原始资料分析原始资料：（1）此次设计是2×200MW火力发电厂电气部分设计。（2）电厂共有220kv和10kv两个电压等级，220kv出线四回，每回最大功率120MW。10kv输电线路10km，220kv输电线路500km（3）10kv出线10回，每回最大功率12MW。（4）气象条件：年最高温度38℃，年最低温度-7℃，年平均工作温度35℃。（5）每条线路的单位阻抗都相等，为0.4。发电机次暂态电抗为17。（6）发电机参数：型号是QFSN-200-2，额定电流为8625A。（7）厂用电率为8%。年最大负荷小时数为5500h。功率因数为90%。（8）本发电厂保护范围是150×80m2，为10m。发电机具体参数如下：表1.1发电机技术参数型号额定电压(kV)额定电流(A)功率因数()额定频率(Hz)次暂态电抗百分值（）QFSN-200-21086250.95017第2章

发电厂电气主接线的选择2.1电气主接线的基本要求2.1.1可靠性停电会对国民经济导致政治影响力等各个领域之前造成伤害，设备损坏，产品老化，混乱的城市损伤和生活等经济损失，而且往往是很大的的，是难以估量起来，因此电源的可靠性是电力系统的首要任务，电气线路必须满足这一要求可以定性或定量地分析主接线的可靠性，由于设备维护或事故导致的中断机会越少，冲击范围越小，停机时间越短，电源线的可靠性越高[1]。显然，设备的主线路的可靠性的要求有关，在电力系统中的位置和作用，它的状态和作用会受到各种因素如容量，电压电平，负载的大小和种类来确定。在中国当前单元是按照一个单一的单元的大小进行分类：50MW或更少紧凑的单元，50〜200MW的紧凑单元是介质单元，或200MW的多个单元是一个大的单元。总容量50MW以下是小电厂。总容量200〜1000MW，单机容量50〜200MW发电厂是中型发电产。大型发电厂指总容量大于1000MW。下面是电力系统中的三中负荷：Ⅰ类负荷。即使停电很短的一段时间，都会造成很大的人员伤亡和损失。如医院、矿井等。对于这种负荷，不可以停电。（2）Ⅱ类负荷。断电会对人民的财产造成损失。如工矿企业就属于这类负荷。对于这类负荷，仅仅可以短时间的停电。（3）Ⅲ类负荷。除了上述两种负荷外均属于第Ⅲ类负荷。Ⅲ类负荷停电不会对我们的生活有很大影响，需要时可以长期的停电。可靠性的条件（1）断路器坏了，不能影响供电。（2）尽量减少停电范围，并及时恢复。不能对重要负荷如医院停电。（3）不可以全线停电。大型发电厂主接线有几点特殊的要求（1）任一断路器故障，不能对系统停电。（2）任一断路器或母线故障，不能切除太多线路。（3）任一母联断路器故障，不能切除太多机组。2.1.2灵活性（1）灵活的调度和简便的操作。设备，变压器或线路必须能够灵活插入或断开，并能够灵活地分配电源和负载，以满足正常，事故，大修和特殊操作模式下的系统要求。（2）断路器，母线和继电保护设备应便于停止安全检查，而不会影响系统的正常运行和电源要求。接线不能太简单，不符合工作模式要求，会给操作带来不便，可能增加不必要的电源故障和时间，而且布线太复杂，操作不方便，故障的可能性增加。（3）扩建方便。随着电力工业的发展，有必要扩大已经投入运行的发电厂（特别是火力发电厂）和变电站，并扩大发电机和变压器的馈线数量。因此，在设计主接线时，应该准备从初始布线切换到最终布线的空间，从而最小化在扩展期间主要和辅助设备的所需变形。2.1.3经济性灵活性和可靠性是主接线设计的设计要求，灵活和经济往往是矛盾的。可以增加主要投资，使接线更加可靠和灵活。因此，在满足技术要求前提下，必须在经济和灵活上全面考虑。（1）投资省。主要接线必须简单明了，以减少对断路器和隔离开关等关键设备的投资。控制和保护方法不应过于复杂，并且应该有助于操作并减少对辅助设备和电缆的投资。（2）年运行费小。年度运营成本包括电力损失，折旧和大修以及每日小型维护。由于功率损耗主要是由变压器引起的，因此有必要避免两次电压转换，合理选择电源变压器的类型，容量和数量，增加功率损耗，后两者由项目的综合投资决定。（3）占地面积小。主要接线旨在为配电单元的布局创造条件，以节省土地，减少施工，布线，绝缘和安装成本。在运输条件允许的任何地方都应使用三相变压器（三相变压器经济性好且占地面积小）。2.2电气主接线的基本形式有汇流母线基本组件是电源和母线。母线是收集和分配电能的中间环节，接线简单明了，操作维护灵活方便，母线和母线数量任意，便于安装和扩展。但是，有母线接线，配电设备大，投资高，母线对母线缺陷和检查有广泛的影响，适用于入站和出站线路。1.单母线接线（1）不分段单母线这种接线主要是简单，但是无论哪里故障，均会发生断电。（2）分段的单母线接线如下图2-2所示，将单个总线分成多个段，与单母线连接相比，其优势在于提高了可靠性和灵活性，而不是分段，缺点是分段设备的投资和占地面积增加，如果发生某些总线错误或维护，仍然会出现电源故障，在扩展时，两端必须平衡和扩展[2]。（3）单母线带分段1)单母线但是不分段带旁路接线在正常母线外加一条母线，并且使用断路器与其连接，另外一组旁路断路器连接在工作母线和旁路母线之间[2]。如果任何电路中的断路器需要维持电源中断，则旁路旁路断路器绕过侧面电路，然后对旁路隔离开关供电，最后断开线路断路器和两个隔离开关[2]。2)单母线分段且带旁路接线旁路断路器QF在正常操作期间断开。此时，系统将以总线分离模式运行。如果需要修理断路器，则将以与上述相同的开关操作供电。2.双母线接线1）一般双母线接线正常运行时，II母是备用的，I母为工作使用，QF是分开的，这与单个总线操作相同[2]。如果工作总线发生故障，所有电源和负载都可以在短时间内传输到备用总线，并在短暂停电时快速恢复供电[2]。2）双母线分段当一条母线故障时，仍然可以继续保持供电。这种接线投资较大，但是较为灵活和可靠。因为哪怕断路器故障，仍可以保持供电。3.一台半断路器接线它是两条母线共用三台断路器，可以不停电检修出线断路器，但是价格比较贵。图2-7一台半断路器2.3电气主接线方案的比较在上述主要接线类型中，双母线和双母线三分段接线类型适用于此设计，这两种接线类型具有电源稳定，维护方便，调度灵活，易于扩展的优点。第一种方案是：10kv侧采用单母线接线，220kv侧采用双母线接线发电机与两条母线间采用三绕组变压器。第二种方案是：10KV侧采用双母三分段，220KV侧母线采用双母线形式，发电机直接与10KV母线相连，通过双绕组变压器与220KV母线相连[6]。下面是对两种方案的比较。进行火力发电厂电气部分的设计必不可少的就是对经济方面的分析[5]。下面对两种电气主接线方案进行经济性分析比较：第一种方案图2-10第一种方案接线共计用了25台断路器和49台隔离开关，其中220kv侧共计7台断路器，22台隔离开关。第二种方案图2-11第二种方案接线共计用了23台断路器和50台隔离开关。其中220kv侧用了7台断路器和22台隔离开关。下面是各断路器和隔离开关价格表表2-1各设备价格表250000kVA变压器每台12万型断路器每台1.1万型的断路器每台0.75万隔离开关每台0.65万隔离开关每台0.25万下面是两种方案设备数目表表2-2设备数目方案主变台数断路器数目隔离开关数目220kV10kV220kV10kV方案一27182227方案二27162228经过计算，方案一共计66.25万，方案二共计65万。明显可以看出，方案二的经济性更高。而且方案一用的使三绕组变压器，占地面积达且费用昂贵。综上所述，在经济性上面，方案二更占有优势。表2-3方方案项目方案1方案2可靠性1）220KV接线简单，设备本身故障率小；2）220KV故障时，停电时间较长。220KV侧供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。灵活性1)220KV运行方式相对简单，灵活性差；1)220KV电压级接线易于扩建和实现自动化；2)10KV操作过程相对简单经济性1）10KV侧增加了输电线路；2）三绕组变压器总投资较大1）近区负荷直接由10KV电压母线供电，减少投资2）使用双绕组变压器减少占地面积通过对两种方案进行比较不难发现，方案1设备较多，不便于扩建，调度灵活性差，而且占地面积大，导致投资大。方案2接线简单清晰，设备本身故障率少，可靠性较高，而且调度灵活、操作方便，便于扩建，并且设备较少，从而投资较少。所以，最终选择方案二为电气主接线方案。第3章

主变压器的选择3.1主变压器的选择3.1.1选择变压器的原则主变压器的选择，单元的数量直接影响主配线的形状和配电单元的结构[8]。除了传输容量的基本原始数据外，还应考虑5~10年的发展规划，电源，出线回路数，等因素进行综合分析[8]。3.1.2主变压器型式的选择1.变压器相数的选择实际中，我们普遍使用的都是三相的。单相的变压器组非常贵，而且占地面积大并且操作复杂，还增加了维护的工作量。还需要考虑实际条件。此次设计使用三相变压器，2.绕组数的确定绕组数分为单绕组、双绕组和多绕组。此次设计是由发电机直接连接到10kv母线，然后经过变压器升压到220kv，只有两个电压等级，故而采用双绕组变压器。3.绕组接线组别的确定我国的电力变压器的三相绕组起码连接的110kV，电压侧是“YN”，也就是，一个出当使用的35kV的中压和高压侧可以使用“Y”直接接地的中性点,中性点不通过消弧线圈接地或直接接地[9]。“Y”或“D”在欠压侧，小于35kV的电压侧（0.4kV以下除外）通常为“D”和“Y”模式。一般在电力系统中使用星型连接和三角型连接。根据变压器绕组，第一元件的连接模式的诸如系统或并行同步要求和功率单元的它通常被认为是三次谐波的影响的原理。本设计中主变压器组别一般都选用YN,d11常规接线。4.变压器调压方式的选择为确保发电厂的电能质量，电压必须保持在可接受的范围内。变压器通过改变抽头数量来改变绕组的数量，进而改变电压。它有两种方式，一种是零激励电压调节，另一种是负载切换，称为有载调压，调节范围高达30％。结构复杂且昂贵。仅仅在特殊情况下使用。此次设计的发电厂是当地发电厂，负荷几乎不变，趋势方向固定，始终处于送端。因此采用较便宜的无激磁调压。5.变压器冷却方式的选择电力变压器的冷却有很多种类型，大概分为强迫风冷却、强迫油循环导向冷却、强迫油循环风冷却、自然风冷却。

安装在变压器油箱中的板式或管式散热器以及自然空气冷却和强制空气冷却在电机风扇中散热使用在中小型变压器中，大型变压器使用风循环冷却，此次设计中，变压器容量较大，使用强制油循环风冷[8]。

3.1.3主变压器容量和台数的选择变压器的总容量对于电力系统来说至关重要，总容量过大会造成容量过剩，而且增大投资，总容量太小，则可能无法满足要求。变压器选择规则如下：

（1)必须考虑主变压器的数量和容量，具体取决于当地电源，负载特性，功率容量和工作模式条件[5]；

（2)具有一次和二次负荷的火力发电厂应配备两个主变压器。当技术经济合理时，主变压器的数量可以是两个或更多。如果火力发电厂可以在中低压侧电网中获得足够的能量备用电力，则可以安装一台主变压器；

（3)发电机电压为确保供电线路的可靠性，连接到发电机电压总线的主变压器通常应至少为2台。设备越多，发电机母线电压的负载就越小，如果发电机的主电源被发送到系统，则。此次设计采用两台主变压器。主变压器容量的确定：主变压器的容量按照发电机的额定容量减去设备的后应留有10%的裕度[6]，即：≈()/(MVA)（3-1）即≈（3-2）因此，选择变压器型号为S11-M-250000/220。参数如下表：表3-1型号S11-M-250000/220额定容量(kVA)250000额定电压（kV）高压242±4×2.5%低压10.5连接组YNd11损耗（kW）空载400短路3050阻抗电压（%）12.0第4章

厂用电接线及设计4.1概述在发电厂中，除了电气设备，还有许多机械设备，这些机械设备通过用电来进行使用，机械设备使用的电动机和整个工厂的运行，测试，大修，照明和其他电气设备属于工厂负荷，总功耗统称为厂用电[7]。4.2厂用电接线的设计原则和接线形式

1.接线应满足以下要求

（1）每个设备的工厂电力系统必须是独立的。在所有操作模式中，在不停止一个设备或导致设备电气故障的情况下不影响其他设备的操作的设备，并且电源停止设备应该能够在短时间内恢复操作。

（2）工厂的公共负载必须分配到工厂展位栏或不同单位的公共负载展位栏。工厂的电源线必须没有导致一个或多个设备断开的故障点，并且不应该在整个工厂中停电并尽量缩小范围。

（3）切换操作尽可能简单，并且可以在短时间内启动电源，同时考虑到电厂正常运行，事故，维护，调试和其他运行模式的电源要求。

（4）充分考虑工厂电力系统的运行模式，以便于电厂的逐步配置和减少正在进行的施工过程，对公共负载供电的影响。（5）大容量还应该配备安全电源。一旦整个工厂关闭电源，它就可以快速启动并自动进入安全负载。还应该设计符合电源质量规格的交流不间断电源，以防止过热保护免受间歇性电源和计算机及其他负载的功耗影响。

2.厂用电接线的设计原则

厂用电接线的原则主要有：

（1）工厂的厂用电接线必须确保为工厂负载提供稳定和持续的电源，以确保工厂的主发动机安全运行；

（2）接线必须灵活，以满足各种操作模式的要求，如正常，事故，维护；

（3）设备的电源，设备的设备负载可以自我供电，这样电力系统故障仅影响一台发电机组的运行，缩小故障范围并简化接线；

（4）设计还应注重经济和发展潜力，注意技术开发。4.3厂用电的电压等级，600MW以下的机组，当发电机电压为10.5kv时，应该采用10kv或3kv，当发电机电压是6.3kv，应该采用6kv，采用6kv时，适用于容量为125MW~300MW的机组[8]。

本设计中发电机容量为200MW，发电机电压是10.5kv，设计中采用低压厂用电电压为380V，高压厂用电电压为10kv[8]。4.4厂用电源及其引接断路器通过开断能力来进行选择，开断电流可以比发电机断路器的出口电流大。容量太大时不能选择适当的断路器，可以用低压分裂绕组变压器或者电抗器来减少短路电流，大于200MW的机组，应该采用分相封闭母线[9]。但必须有维护和调试可拆卸的连接点。安装在断路器到变压器的低电压侧。

在我国，如果发电机组大于200MW或更多，则安装工厂启动电源，并将启动电源连接到启动备用电源（也称为启动（备用）电源），以确保设备安全和工厂电源可靠性。备用电源最常用的连接方法是：

（1)在母线的各个分段中，通过变压器连接。

（2)它连接到电源系统，并通过稳定的电源连接到最低电压总线。通过这种方式，可以使用相对较大工厂的高压变压器来增加对高压配电系统的投资，这是经济性较差但高度可靠的。

（3)如果该技术在经济上合理，则可以将专用线路连接到外部电网，并且可以通过变压器获得独立的电力或备用电力。

综上所述，本次设计中备用电源从高压侧连接。对于大容量机组，必须设置意外电源，称为事故保安电源。以确保在严重事故工况下安全停机，并在事故消除后的一段时间内恢复供电。意外安全负载，如泵，封闭式油泵，热力仪表和自动装置，起动装置，固定轴油泵，事故照明时，应该可以保持继续供电。

此次设计中，事故保安电源使用快速自动程序启动的柴油发电机组。4.5厂用电接线形式工厂的接线形式是否合理对设备，电气辅助设备和整个工厂的可靠性有重大影响。工厂的接线必须确保工厂电源的连续性，以便安全，完整地填充发电机，满足安全，可靠，灵活和方便的操作要求。燃煤电厂具有大负载容量和分布面积广等特点，特别是在辅助设备和机械在锅炉消耗大量电力，如抽吸风扇，吹风机，喷出设备，碎煤机，粉末，供电泵。对于大型电器，电力消耗占发电厂使用电力的60％以上。为了确保可靠性以及经济性，该设施的高压母线被分成几个独立的段，这取决于锅炉的数量。与连接到同一总线的锅炉在同一组中的蒸汽轮机的设备负载连接到总线，并且总线由相应的发电机组供电。必须根据负载功率和可靠性要求将整个工厂的共同负载连接到总线的每个部分，并且总线的每个部分的负载必须尽可能均匀地分布。如果公用设施负载很大，可以设置公共总线部分。对于超过400吨/小时的大型锅炉，为每个锅炉提供两个高压工厂总线。低压发电厂的母线通常根据锅炉分类，并且公共电源由相应的高压设备母线供电。工厂各级电压采用单母线段（按锅炉部分）接线，形式具体特点如下：（1）母线段故障只能影响锅炉的运行；（2）如果工厂电力系统的短路电流很小，有助于选择电气设备安装；（3）同一炉子的电力负荷连接到同一母线，便于操作和管理。因此，在这种设计中，工厂的高压，低压和备用母线使用单母分段接线（根据锅炉部分）。第5章短路电流的计算5.1短路电流计算的意义主接线的方案和是否需要加装限流电抗器需要用短路电流来确定计算短路电流，可以选择电气设备，使他们在正常或故障时安全可靠使用继电保护需要用短路电流来整定5.2短路电流计算的目的选择电气主接线选择电气设备及校验进行继电保护整定计算用来确定分裂道题间的距离5.3短路电流计算方法

1）有名值计算

此方法必须使用系统的所有组件和操作参数（单位）。它是使用实际参数计算的系统。但是，必须选择电力系统的电压作为基准电压，并计算元件参数的工作参数和基准电压的各种电气参数。原则上，基准选择水平是任意的，但通常选择最高电压。2）标幺值计算

将有名值转换为标幺值，首先需要选取一个基准值，然后运用公式进行转变。5.4短路电流计算的步骤确定需要计算的短路点画出等值电路图化简等值网络，并求出直接阻抗计算短路电流标幺值计算短路电流冲击值绘制表格5.5各元件电抗标幺值计算各元件表示符号不同，基准量一般也不相同，比如发电机电抗，铭牌上是次暂态电抗标幺值对于变压器的电抗，铭牌上是短路电压百分值(%)，因此，首先应将各电抗换算为基准值下的标幺值电抗[10]。在电力系统中，通常取用基准容量，电压选择平均额定电压。计算公式如下：（5-1）（5-2）（5-3）（5-4）表5-4短路点冲击系数短路点推荐值发电机端1.90发电厂高压侧母线及发电机电压电抗器后1.85远离发电厂的地点1.80表5-5短路电流计算表K1K2(kA)1226.4(kA)20610(kA)327.816.7第6章电气设备选择与校验6.1电气设备选择的条件由于各种设备的工作环境不同，所以它们的选择方法也不同，不过总体上是一样的，要保证设备能正常工作，需要在正常条件下来选择设备，至于校验则需要在短路时进行[11]。6.1.1按正常工作条件选择1.按额定电压选择电气设备的额定电压是线电压，还有最大允许工作电压，由于电力系统负载，电压调节和接线方式的变化导致的分布和网络阻抗的变化，经常导致出现正常工作时的电压比额定电压还要大[12]。所以选择原则为：电压要比系统的最大工作电压大，即(6-1)对于普通电器和电缆来说，Ualm应该比Un高10%~15%左右，即(6-2)但是对于电网来说，由于有着电力系统的调压措施，电网的最高运行电压基本上不超过电网额定电压的10%。(6-3)综上所述，一般来说不低于，就能满足裸导体无额定电压选择问题，安装电气设备的高度会影响电介质的强度海拔越高，空气密度和湿度越低，气隙越低，外部绝缘的放电特性越高，海拔越高，设备的绝缘强度越低，当海拔高度大于一千米小于四千米时，海拔高度通常增加一百米，下降1%。由于其高绝缘性，传统的110KV或更低的设备可以在两千米或更低的海拔高度使用[13]。2.按额定电流选择额定电流是指在额定环境（非高温、一般高度等），能长期通过电气设备的电流。我国规定的一般额定环境条件为：电缆和裸导体的额定温度为25℃，其他设备如隔离开关或者断路器或者电抗器和互感器等电器的为40℃；海拔高度不超过1000m；没有日照。如果实际环境条件与额定环境条件不同，应该按照实际情况予以校正。在一般情况下，无论什么电气设备都需要进行温度校正。此外，考虑室外管状导体和柔性导体的必须进行高度校准，仍然需要对电力电缆进行高度校正，并且必须根据相关条件修改电力电缆。在综合修正以后，，即(6-4)式中K——综合修正系数；Imax——电气设备所在回路最大持续电流。6.1.2按短路工作条件校验1.短路电流的计算条件短路电流的校验是为了满足电器的可靠性、合理性、和经济性[14]。应能满足以下几点：（1）短路类型，导体和电器的动态和热稳定性以及电器的截止电流一般都用三相短路电流来确定，不过如果有时两相短路电流或者其他类型的电流更为严重，则应该按照更为严重的类型进行确定。（2）选择短路点，应选择通过验证目标（电气安装）的最大短路电流作为短路计算点的点，对于两侧带电源的设备，比较设备两侧的短路点，并选择流过设备的短路电流较大的点[14]。2.短路计算时间校验热稳定计算时间。就是计算（短路电流热效应）的时间，由下式确定。(6-5)式中各符号意义如下表继电保护后备保护动作时间断路器的全开断时间断路器的固有分闸时间断路器燃弧时间表6-1短路计算时间。在最严重的情况下，开断电器也应该可以开断短路电流。由下式确定式中，——主保护的动作时间。短路的热稳定校验当电气设备短路并有电流通过时，故障的部分不能超过允许温度[14]即：(6-6)式中各符号意义如下表：表6-2短路电流热效应电气设备允许通过的热稳定电流电气设备允许通过的热稳定持续电流短路的动稳定校验电气设备动稳定是指在短路电流和机械动力的作用下，不至于损坏。>或>(6-7)式中：、——冲击电流幅值和有效值[17]；、——电气设备允许通过的动稳定电流的幅值和有效值[17]。同时，必须根据电气设备的具体安装和使用条件对电气设备的机械负载能力进行测试，也就是说，当短路短路时，电气设备端子上的允许负载必须大于设备引线的最大功率[17]。6.2高压断路器的选择与校验6.2.1额定电压和额定电流的选择，(6-8)——断路器和电网的额定电压（kv）[17]；——断路器的额定电流和电网的最大负荷电流[18]。6.2.2额定开端电流的选择断路器的额定开断电流是表示开断能力，包括周期分量和非周期分量平时我们所说的断路器的主要是指周期分量值，其中包括20%非周期分量[10]。通常，中型和小型发电厂使用中速低速断路器，并且当启动时间长（≥0.1S）时，短路电流非周期性部件被衰减，并且可以使用初始瞬态测试而不管非周期性部件的影响[10]。即：(6-9)6.2.3额定关合电流选择假设故障发生在断路器闭合之前，那么在断路器合上之前，也就是静态触电未接触时会发生巨大的短路电流。会对触点造成损坏。在断路器工作时，断路器会跳闸，这时我们要求必须能够切断短路电流，因此断路器的额定关合电流不能小于冲击电流值，即：≧(6-10)6.2.4短路时的热稳定和动稳定校验·≧，≧(6-11)10kv母线断路器选择：表6-3型发电机出口断路器型号额定电压（kV）额定电流（A）额定开断电流（kA）额定关合电（峰值，kA）动稳定电流（峰值，kA）3s热稳定电流（kA）固有分闸时间（s）后备保护动作时间（s）10250001905005002000.0521.5220kv母线断路器：型220kv母线侧出口断路器型号额定电压（kV）额定电流（A）额定开断电流（kA）额定关合电（峰值，kA）动稳定电流（峰值，kA）3s热稳定电流（kA）固有分闸时间（s）后备保护动作时间（s）2201200215353210.0416.3隔离开关的选择与校验6.3.1选择隔离开关的种类和形式隔离开关的选择和稳定性校验与断路器基本相同，不过由于它没有灭弧装置不需要切断短路电流故而不需要校验开断电流等[19]。6.3.2选择隔离开关的条件额定电压额定电流热稳定校验动稳定校验10kv母线侧隔离开关：型发电机出口隔离开关型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（峰值，kA）3s热稳定电流（kA）固有分闸时间（s）后备保护动作时间（s）102500030002000.041.5表6-7GW6-220(D)型隔离开关型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（峰值，kA）3s热稳定电流（kA）固有分闸时间（s）后备保护动作时间（s）GW6-220(D）22025001000400.0516.4电流互感器的选择6.4.1一次回路额定电压和电流的选择，6.4.2热稳定校验·t≧其中：Qk——短路电流在规定时间内的热效应[20]6.4.3动稳定校验当短路电流流过电流互感器的内部绕组时，在其中产生电动力。同时，由于相邻相之间的短路电流的相互作用，外力施加到电流互感器的绝缘瓷上。必须增加隔离电流互感器的外部动态稳定性。没有必要检查外部动态稳定性，因为发电厂的容量太大，不需要使用陶瓷型电流互感器[21]。：10kv母线侧电流互感器：电流互感器技术参数型号额定电流比（A）准确级次1s热稳定倍数动稳定倍数30000/50.5/D5090220KV母线电流互感器：电流互感器技术参数型号额定电流比（A）准确级次1s热稳定倍数动稳定倍数1200/50.5/0.2/B42786.5电压互感器的选择6.5.1选择结构类型、接线方式和准确级电压互感器的选择根据配电装置的类型，选择户内或户外的[21]表6-10确定结构35kv以下采用浇注式结构、油浸式结构；110kv以上选择串级结构、电容式结构3~20kv当只需要测量线电压时，可采用两只单相电压互感器V-V接线110kv及以上的电网需要选择一台单相电压互感器或三台，构成Y/Y/D接线6.5.2选择额定电压电压互感器一次测电压与电网电压相同[21]。6.5.3选择容量在电气手册中可查出与准确级或型号对应的额定容量。为了保证电压互感器的准确级，与二次侧所带的负荷的实际容量不能超过额定容量[12]。10kv母线电压互感器：的电压互感器技术参数型号额定电压（kV）初级绕组次级绕组辅助绕组100.1220kv母线电压互感器：的电压互感器技术参数型号额定电压（kV）初级绕组次级绕组辅助绕组220／0.1／0.16.6母线的选择与校验6.6.1进行导体选型铝导体通常是矩形、槽型、和管型，铝合金导体均为管状，有两种，铝锰合金和铝镁合金。铜导线仅用于连续电流较大且位置极窄或较脏且铝严重腐蚀的场合[22]。常用矩形导体为了减少集肤系数横截面积一般小于1250，电流过大时可以并行使用2到4个矩形导体。矩形导体通常在低于35KV的情况下使用。矩形导体的摆放位置与其散热和机械强度关系很大，当其导体长边垂直时，散热较好但是机械强度差，长边水平布置时，机械强度好但是散热较差。6.6.2导体截面积选择1.按经济电流密度选择用这种方法选择可以最大化经济性，不同的导体具有不同的最大使用时间，有不同的经济电流密度，各种导体的经济电流密度如下表所示导体的经济截面积为=（A/）导线材料3000h以下3000-5000h5000h以上铜裸导线和母线3.02.251.75铝裸导线和母线1.651.150.9铜芯电缆2.52.252.0铝芯电缆1.921.731.54按导体长期发热允许电流选择式中为导体所在回路最大持续电流[23]，为额定环境温度允许电流[23]，K为温度修正系数[23]。导体最高允许温度（℃）适应范围海拔（m）实际环境温度（℃）2025303540455070屋内矩形、槽型、管型导体和不计日照的屋外软导线1.051.000.940.880.810.740.676.6.3热稳定校验导体最小截面积为[23]：（6-12）式中：C为热稳定系数[23]；Qk为短路电流热效应[23]；Kf为集肤系数[23]。导体正常运行时最高允许温度[23]：=+(-)·(/)（6-13）式中，为环境温度，为70℃[23]。工作温度4045505560657075808590硬铝及铝锰合金9997959391898785838281硬铜1861831811791761741711691661641616.6.4动稳定校验导体最大相间应力==，=1.73×10-7（6-14）式中，fph为相间电动力，N/m，L为绝缘子间跨距，m，Wph为导体的截面系数，当长边水平布置，每条为单条时，，两条时为，三条时为，当长边垂直布置，每条为单条时，=，两条时为，为，为相间距离，为动态应力系数，不考虑共振时取1[24]。导体间最大允许应力应小于导体材料允许应力。即≦第7章

发电厂继电保护设计变压器是非常重要的电气设备，它关系到系统能不能稳定运行,同时它非常昂贵,根据变压器的容量和重要性，必须安装具有优异性能和可靠运行的继电保护装置,发电机更是发电厂的最重要组成部分之一，也需要加装保护[10]。7.1继电保护装置的用途继电保护一般由三部分组成[24]测量比较元件此部分通过测量值与整定值进行比较，进而给出相应的逻辑信号，可以存在一个或多个测量和比较组件，例如过电流继电器，其测量并比较和反映过电流继电器的总体增加，以及低电压继电器，其反映电流和电压之间的关系的电量的减少[24]。逻辑判断元件根据测量比较元件给出的信息来进行逻辑判断，来确定故障的类型和位置等最终得出结论确定是否给执行输出元件发出跳闸命令[24]。执行输出元件此元件根据逻辑判断元件给出的命令，进而决定发出警告还是跳闸[24]。7.2继电保护的分类无论是电气设备还是线路的保护，一般都是主保护和后配保护互相配合使用。（1）主保护主保护就是在满足设备安全性还有系统稳定性的前提下，有选择的并且以最快速度对故障进行切断[2]。（2）后备保护后备保护是主保护或断路器拒动时，用来备用切除故障的保护[3]。7.3对继电保护的基本要求1.选择性系统出现故障时，能判断出故障部位并切除，不切除其他部分[4]。尽可能地减小电源故障的范围，并确保系统的无故障部分正常和安全地运行。事实上，为了保证尽可能减少停电。同样重要的是要考虑保护装置和断路器拒动，以实现保护的协调工作，以确保去除故障。2.速动性继电保护的快速动作意味着必须尽快激活保护，以使断路器跳闸以消除错误或防止异常情况发展。继电保护的速动性影响巨大。还能提高。但是，快速性必须基于缺陷和正常操作条件之间的正确区分。在实际应用中快速行动的要求应根据技术和经济比较后系统接线和受保护部件的集体条件和重要性来确定。3.灵敏性无论短路位置或类型如何，继电保护必须对指定的工作条件敏感且准确。灵敏系数是测量灵敏度的标准。在过电流继电器的情况下，灵敏度系数是故障量与设定操作量的比率。在故障继电器的情况下，灵敏度系数是设定操作量和误差量的比率。典型的继电保护设计和操作规则提供各种保护设备，灵敏度有特殊要求。显然，继电保护越灵敏，反映所需动作的错误或异常状态的可能性越大，但同时在不需要动作的其他情况下不容易发生故障，因此灵敏度和选择性必须是矛盾和可调的。4.可靠性可靠性是继电保护最重要的一点，它可以分为两个方面来考虑，一个是可靠不拒动，一个是可靠不误动。所谓不拒动意味着当电力系统处于需要断开的异常状态，继电保护可以正确完成运行。不误动是指除了保护区以内，其他任何情况均不动作。7.4继电保护整定计算的目的和任务7.4.1继电保护整定计算的目的由于近些年国家发展迅速，超高压特高压已经开始普及。继电保护也愈来愈成为最关键的点，没有继电保护就没办法保证电力系统正常运行。7.4.2继电保护整定计算的任务同一组件的不同保护与各组件的保护之间的协调与配合，确定每个受保护组件的保护方案。通过计算求得整定值并列表。7.5微机型电力变压器保护整定计算方法（1）求出一次额定电流=（7-1）表7-1各参数意义变压器的额定容量变压器对应电压侧额定电流变压器对应计算侧的额定电压（2）计算二次额定电流=（7-2）式中——变压器各侧电流互感器变比。（3）计算电流平衡系数==（7-3）表7-2各参数意义，计算侧和高压侧额定电压，计算侧和高压侧电流互感器变比对应侧接线系数各若保护内部对高、中压测（Y侧）电流二次接线进行了调整（-），幅值在内部相应扩大倍吗，因此低压侧相对应。在确定平衡系数时乘以接线系数，中压测直接取1.若产品注明内部通过软件进行幅值的平衡，即仅进行角度移相，各式可直接取1或不考虑接线系数。（4）整定差动电流速断保护按照躲过变压器空载投运时的励磁涌流和外部短路时的最大不平衡电流计算[5]。（7-4）（7-5）表7-3各参数意义动作电流倍数，根据变压器容量确定，根据实际经验取3~12，变压器容量越大，系统阻抗越小时，相应取较小值变压器高压侧额定二次电流可靠系数，取=1.3~1.5变压器外部短路的最大不平衡电流双绕组变压器最大不平衡电流的计算可按下式（7-6）表7-4各参数意义归算到高压侧的最大外部短路电流周期分量电流互感器相对误差，取=0.1非周期分量系数电流互感器同型系数高压侧电流互感器变比（5）制动特性整定[24]1）最小动作电流[24]没有制动特性时的继电器最小动作电流[24]：=（7-7）式中代表变压器正常运行时差回路的不平衡电流，为可靠系数，取1.2~1.5，对于双绕组变压器取1.2~1.3[24]。2）制动拐点电流=（0.5~1）=（0.5~1）（7-8）具体值可根据变压器的容量以及厂家说明书确定。=（0.5~3）=（0.5~3）（7-9）两段折线时，=，即、整定为同一点。3）最大制动系数最大制动系数可按下式计算=（）（7-10）表7-5各参数意义可靠系数，取1.3~1.5同型系数非周期分量系数电流互感器10%误差变压器调压范围，取可调范围的一半微机保护中电流平衡调整不连续造成的二次差回路电流误差，与常规保护相同，可取0.05进行计算（6）确定谐波制动比为可靠防止励磁涌流时保护误动，当一相二次谐波与基波电流之比大于15%~20%时，三相差动保护被闭锁[24]。（7）差动保护灵敏度计算[24]1）比率制动部分灵敏度计算[24] 求出最小运行方式下的最小两相短路电流和相应的制动电流[24]。（7-11）要求。2）差动电流速断保护灵敏度两相短路电流和整定值之比（7-12）（8）后备保护整定计算复合电压切断过电流保护可用于微机保护的每一侧，即连接到相电压和低压继电器和负序电压继电器的电压切断组件。电流组件由于安装而构成门输出。作为继电器，如果在后备保护范围内发生非对称短路，则负序电压分量的灵敏度不受变压器连接模式的影响，并且安装在相电压中的低压继电器主要反映三相短路中的母线残余电压。7.6发电机的故障及不正常运行状态对于发电机来说，内部故障主要包括：绕组的相间短路或者匝间短路和单相接地短路[8]。对于发电机的不正常工作状态主要有外部短路系统震荡等原因引起的定子绕组过电流，或者过负荷过电压等[9]。7.7发电机保护的整定计算7.7.1发电机的纵差保护发电机的纵差保护与变压器和线路相同，只会对内部故障做出反应，如果发生内部故障，发电机内部的电气参数会突然改变，当通过继电器时，如果继电器高于设定电量，则判断内部存在故障与相关电量相比，保护装置可靠地工作，如果结果不高于继电器中设定的电量，则故障将在外部发生，差动保护装置将不会误动[25]。7.7.2发电机的横差保护横差保护主要用来保护绕组间的短路或者并联支路上的短路。如果绕组连接是星型的，则各相平行间发电机必须加装横差保护。第8章

发电厂防雷保护设计8.1雷电放电及雷电过电压在电力工程方面，雷电放电的两个最显着的方面：产生雷电过电压[25]；产生雷电流（十分巨大）导致物体燃烧，爆炸或机械损坏[25]。8.2雷电参数（1)雷电的活动频率，即雷暴小时和雷暴日[25]。在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均记为一个雷暴日[25]。雷暴小时是一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一次雷电，即记为一个雷电小时[25]。我国统计表明，一个雷暴日可大致折合为三个雷暴小时[25]。（2）地面上落雷密度[25]指每平方公里在一个雷暴日内被闪电击中的次数[25]（3）雷道波阻抗，我国一般为300Ω[25]。（4）雷电的极性测得的负雷击达到75％至90％，因此一般记为负极性。（5）雷电过电压的分类直接雷电过电压：雷电撞击地面上良好接地的物体或雷击导体或导体中心线避雷针。在放电期间，由于巨大的雷电导致空气中的电磁场改变，当雷电到达导线周围还没接触时，由于空气中电磁场的变化，导线感应出高电压，这种过电压一般是静电感应电压[25]。8.3防雷保护装置选择方法1.独立避雷针避雷针可以装在高烟囱上，以防止电厂建筑物受到电击[25]。安装避雷针时请注意以下问题[25]：（1）独立避雷针的设定点应避免路人频繁通行的地点，并且距离道路至少3米，否则应放置压力平衡措施或碎石路沥青路面（5至8米厚）以确保人身安全。（2）闪电可以沿着电线传输到房间，为了避免雷击。严禁在避雷针上或下放置，广播线，电话线，无线电天线，天花板灯线。（3）在现场，独立避雷针必须要有照明装置。在这种情况下，才可以连接到35kV以下的配电单元的接地网或房屋的低压配电单元。还必须处理机械通风冷却塔中电机的电源线。（4）当避雷针安装在发电机烟囱中时，烟囱附近有一个感应通风口，从配电室接收电源。必须单独拆下接地体，以便在不损坏感应通风机或配