2×600MW火电厂电气部分设计

1 电气主接线设计 .................................................................................................... 2

1.1 电气主接线 ................................................................................................. 2

1.2电气主接线的基本要求 ........................................................................ 2 1.3电气主接线的设计原则 ................................................................................ 2 1.4设计步骤 ...................................................................................................... 3 1.5 220kV 电气主接线 ...................................................................................... 3

1.5.1 单母线分段带旁路接线 .................................................................... 3 1.5.2 双母线接线 ....................................................................................... 4 2变压器的选择 ................................................................................................. 5 2.1主变压器的选择原则 ................................................................................... 5 2.2厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素为 ................................... 5 2.3 主变压器台数的确定 .................................................................................. 6 2.4 主变压器容量的确定 .................................................................................. 6 2.5 主变压器型式的选择 .................................................................................. 6 3短路电流的计算 ..................................................................................................... 8

3.1短路电流计算目的及规则 ............................................................................ 8

3.1.1短路电流计算条件： ......................................................................... 8 3.1.2短路计算的一般规定 ......................................................................... 9 3.2 220kV 母线短路电流的计算 ..................................................................... 10 3.3 600MW 发电机出口的短路电流 ................................................................ 11 4 高压断路器的选择说明 ....................................................................................... 13 5 隔离开关的选择 .................................................................................................. 14 6 母线的选择 ......................................................................................................... 14

6.1 热稳定校验 ............................................................................................... 15 6.2 动稳定校验 ............................................................................................... 15 7电流互感器的选择 ............................................................................................... 15

7.1参数的选择 ................................................................................................ 15 7.2型式的选择动稳定效验 ............................................................................ 16 8电压互感器的选择 ............................................................................................... 16

8.1参数的选择 ................................................................................................ 16

8.1.2按准确度级选择 ...................................................................................... 16 9 6kV厂用电接线 ................................................................................................ 17 10 参考文献 ........................................................................................................... 20

摘要

本次设计是针对2×600MW机组火电厂电气部分的设计。介绍了现代电厂的类型和电厂中的一些设备如发电机、变压器、断路器、电压互感器、电流互感器和电动机等。发电机将电能发出后，通常通过电力变压器传送给系统。电力系统中的变压器的作用是将发电机末端电压升高到传送系统电压。升高电压的目的是减少输电线路上的损耗。电压互感器的二次侧不允许短路。如果二次侧短路，将在二次侧产生巨大电流，从而烧坏绕组。在一次侧负载运行时，电流互感器的二次侧电流不允许开路。该设计主要从理论上在电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择、配电装置的布局、防雷设计、发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，并与火力发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济性和灵活性，通过计算论证火电厂实际设计的合理性与经济性。采用软件绘制了大量电气图和查阅相关书籍，进一步完善了设计

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1 电气主接线设计

1.1 电气主接线

发电厂和变电所的电气主接线，是由高压电器设备通过连接线组成接受和分配电能的电路，也称为一次接线。它反映各设备的作用、连接方式和各回路间相互关系，从而构成发电厂或变电所电气部分的主体。电气主接线是保证出力、连续供电和电能质量的关键环节，它直接影响着配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择，它必须满足工作可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和发展的可能性等基本要求。

1.2电气主接线的基本要求

1）运行的可靠性：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）运行的灵活性：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）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。

1.3电气主接线的设计原则

以设计任务书为依据，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，

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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、适用、经济、美观的原则[4]。本设计发电厂为设计规模如下：

1）发电机和变压器采用单元接线。 2）220kV 线路 4 回，另预留 2 回备用。 3）高压厂用电采用 6kV。

4）低压厂用采用 380/220V 的三相四线。

1.4设计步骤

电气主接线的一般设计步骤如下:

(1)对设计依据和基础资料进行综合分析；

(2)选择发电机台数和容量，拟定可能采用的主接线形式； (3)确定主变压器的台数和容量； (4)厂用电源的引接；

(5)论证是否需要限制短路电流，并采取什么措施；

(6)对选出来的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案。

1.5 220kV 电气主接线

由于此发电厂为地区大型发电厂,考虑到为 220kV 高压配电装置接线且出线为 4回，按《发电厂技术标准及规程规范》，首先要满足可靠性准则的要求，有两种可能接线方式：单母线分段带旁路接线和双母线接线。

1.5.1 单母线分段带旁路接线

其可靠性比单母线分段高，断路器经过长期运行或者开断一定次的短路电流之后，其机械性能和灭弧性能都会下降，必须进行检修以恢复其性能。一般情况下，该回路必须停电才能检修。设置旁路母线的唯一目的，就是可以不停电的检修任一台出线断路器，但旁路母线不能代替母线工作。其极大的提高了可靠性，但这增加了一台旁路断

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路器的投资。但旁路母线系统增加了许多设备，造价昂贵，运行复杂，只有在出线断路器不允许的情况下，才应设置旁路母线。凡采用许多年内不需检修的 SF6 断路器时，可不装设旁路母线。接线图如下图所示。

单母线分段带有专用旁路母线接线

1.5.2 双母线接线

此接线有两组母线，并且互为备用。每一电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。此接线停电的机会减小了，必需的停电时间缩短了，供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于实验。但当母线故障时，隔离开关作为倒换操作电器，使操作的及时性、快速性受到一定影响。接线图如下图所示。

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双母线接线

综述：从技术、经济及供电可靠性等多方面进行比较，此发电厂 220kV 电气主接线选择双母线接线方式

2变压器的选择

2.1主变压器的选择原则

（1）为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。在计算通过主变压器的总容量时，至少应考虑5年内负荷的发展需要，并要求：在发电机电压母线上的负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；因系统经济运行而需限制本厂出力时，亦应满足发电机电压的最大负荷用电。

（2）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是，可采用有载调压变压器。

2.2厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素为

（1）变压器原、副边电压必须与引接电源电压和厂用网络电压一致。 （2）变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。 （3）厂用高压备用变压器或起动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器容量相同；低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作

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变压器容量相同。

2.3 主变压器台数的确定

对于单元接线的主变压器，因为它有两台发电机与系统联系紧密，

故选用二台主变压器。 2.4 主变压器容量的确定

对于单元接线的主变压器：发电机的额定容量扣除本机的厂用负荷

后，留有 10%的裕度；按发电机的最大连续容量，（制造厂家提供的数据）扣除一台厂用变压器计算负荷和变压器绕组平均升温在标准环境温度或冷却水温不超过 65℃的条件选择。该 65℃是根据我国电力变压器的标准，即在正常使用条件下，油浸变压器在连续额定容量稳态下的绕组平均温度。 2.5 主变压器型式的选择

变压器的选择包括相数的选择、绕组数的选择、绕组联结租好的选择、调压方式和中心点接地方式的选择。

1）相数的选择

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。当发电厂与系统连接的电压为 220kV 时，经过技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为 600MW、并直接升压到 220kV 的，宜选用三相变压器。容量为 600MW 机组单元接线的主变压器和 500KV 电力系统中的主变压器应综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，可采用单相组成三相变压器。采用单相变压器时，由于备用相一次性投资大，利用率不高，故应综合考虑系统要求、设备质量及按变压器故障率引起的停电损失费用等因素，确定是否装设备用相。若确需装设，可按地区或同一电厂 3~4 组的单相变压器，合设一台备用考虑。所以选用三相变压器。

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2）绕组数

绕组的形式主要有双绕组和三绕组。发电厂以两种升高电压等级向用户供电或与系统连接时，可采用两台双绕组变压器或三绕组变压器。规程上规定，机组容量为 200MW以上的发电机采用发电机双绕组变压器单元接入系统，而两种升高电压级之间加装联络变压器更为合理，故应采取双绕组变压器[1]。

3）绕组联接组号

在发电厂和和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素，主变压器联接组号一般选用 YNd11 常规接线。

4）调压方式

为了保证发电厂或变电所的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压，调压范围通常在 ±2×2.5%以内。另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%。但由于有载调压变压器结构复杂，价格昂贵，只有在以下范围选用：

a、接于出力大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压维持在一定水平时。

b、接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。通常，发电厂主变压器很少采用有载调压，因为可以通过调节励磁来实现调节电

压，因此本设计只采用无载调压的变压器。

5）中性点的接线方式

电网的中性点接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。规程

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上规定；凡是110kV-500kV 侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地；主变压器 6-63kV 采用中性点不接地。所以主变压器的 220、6kV 侧的中性点均采用直接接地方式

变压器的容量 S N 1.1PN1 K N Cos N

式中： S N 为变压器的计算容量（kVA）； PN 为发电机的额定功率（kW）； K P为发电机的厂用电率，一般取 8%； cos N 为发电机的功率因数，一般取 0.85。 得：

S N 1.1600 103 (1 0.08 ) 0.85  714353kVA

所以选择 SFP7-750000/220 变压器，具体参数见表 型 号 额定容量 （kVA） 750000 SFP-750000/220 额定电压（kV） 高 压 220/242 低 压 20 空载损耗 （kW） 270 连接组别 短路损耗 （kW） 630 空载电流 （%） 0.25 YNd,11 阻抗电压 （%） 14

3短路电流的计算

3.1短路电流计算目的及规则

在发电厂电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下几个方面：1、电气主接线的比选；2、选择导体和电器；3、确定中性点接地方式；4、计算软导线的短路摇摆；5、确定分裂导线间隔棒的间距；6、验算接地装置的接触电压和跨步电压；7、选择继电保护装置和进行整定计算。 3.1.1短路电流计算条件：

（1）正常工作时，三项系统对称运行；

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（2）所有电流的电动势相位角相同；

（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行； （4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流时，元件的电阻略去不计；

（6）不考虑短路点的阻抗和变压器的励磁电流；

（7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围； （8）输电线路的电容略去不计。 3.1.2短路计算的一般规定

（1）验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划；

（2）选择导体和电器用的短路电流时，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响；

（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大的点；

（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

把系统看作无限大系统，即 S ,已知 200k 系统电抗标幺值 X l 0.0187，发电机的等值电抗 X d' 0.205、容量 SGN 667MW ,取 SB 100MVA ,U B Uav ， E* 1,注明：下列电抗下标“*”均省去。

发电机：

S B 100 X G1 X G2 X d'' S N  0.025变压器: X T1 X T2U K % S B = 14 *100 = 0.0187 100 S N 100 750

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短路计算等值电路图

3.2 220kV 母线短路电流的计算

把图 1.2 化简得到图 1.3，发电机 G1与 G2 合并，合并后的等值电抗为： X 61

2 X2X40.01870.0310.02485

化简后的等值电路图

短路电流周期分量有效值:系统供给的短路电流不衰减，其周期分量标幺值、有效值：

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标幺值：

有效值:

S B100 I S I*S53.8413.447KA3Uav231*3

等值发电机 G 对短路点 K1的计算电抗为:

SGN2.667X jsX 60.024850.33149 Sb100

查运算曲线得：0S 时，发电机 G 供给短路电流周期分量有效值的标幺值为:

I *( 0) 3.24

归算至短路点处电压等级等值发电机 G 的额定电流为： SGN2.667I NG 3.334kA

Uav32313

所以，短路点 k1 三相短路电流的周期分量有效值为:

I '' I *(0) I NG I S 3.24 3.334 13.447 24.25kA

冲击电流为：

ish 1.8 2I '' 1.8 2 24.25 61.782kA

11I *s53.84X10.0187

3.3 600MW 发电机出口的短路电流 等值电抗:

X 7 X 3 X 5 0.0187 0.031 0.0497

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化简后的等值电路图

X 8X 1 X 2*X 1 X 7* X 2 X 70.0187* 0.01870.0187 0.0187 0.0444X70.0497

X 1 X 2*X 2 X 7* X 1 X 7X 9

X1

0.0187 0.04970.0187* 0.0497 0.1180.0187

变换后的等效电路

发电机 G1 和 G2 对短路点 k2 的计算电抗分别为：

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X 4jsX 4SGN16670.031*0.207Sb100SGN26670.118*0.787Sb100X 9jsX 9查运算曲线得：0S 时，发电机 G1 和 G2 供给短路电流周期分量有效值的标幺值为:

I *( 0)1 5.23

I *( 0) 2 1.32

归算至短路点处电压等级等值发电机 G1 和 G2 的额定电流为： 系统供给的短路电流不衰减，其周期分量标幺值、有效值：

标幺值：

I NG1I NG2SGN166718.338kAUav3213I *s1122.523 X 80.0444有效值:

I SI*SSb100 22.523*61.921kAUav3213

所以，短路点 k2 三相短路电流的周期分量有效值为:

I '' I *(0)1I NG1 I *(0) 2 I NG2 I S 5.23 18.338 1.3218.338 62.921 182.003kA

冲击电流为：

ish 1.8 2I '' 1.8 2 182.033 464.19kA

4 高压断路器的选择说明

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1) 按额定电压选择： UNUNS 2) 按额定电流选择： INImax 3) 按开断电流选择： INbrI'' 4) 按额定关合电流选择：INclIsh 5) 热稳定效验： ItIs 6) 动稳定效验： IesIsh

5 隔离开关的选择

1) 按额定电压选择： UNUNS 2) 按额定电流选择： INImax 3) 热稳定效验： ItIs 4) 动稳定效验： IesIsh

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。

220kV 母线的选择

按最大持续工作电流选择导线截面 S ，即 I g⋅ max

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≤ K θ I y

其中： I y 为相应某一母线布置方式和环境温度为+25℃时的导体长期允许载流量 Kθ 为温度修正系数当导体允许最高温度为+70℃和不计日照时

6.1 热稳定校验

热稳定校验公式为：

I∞ S≥ SmintdzC

其中： S min 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） tdz 为短路电流等值时间（S） 6.2 动稳定校验

 max y

 max 为作用在母线上的最大计算应力

7电流互感器的选择

7.1参数的选择

按一次额定电压选择： UN1UNS 按一次额定电流选择： IN1Imax

为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次额定电流应尽可能与最大工作电流接近。

按二次额定电流选择：一般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距离控制室较远时亦可考虑用1A。

按二次级数量选择：二次级的数量决定于测量仪表、保护装置和自动装置的要求。一般情况下，测量仪表与保护装置宜分别接于不同的二次绕组，否则应采取措施，避免互相影响。

按准确度级选择：为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所测量仪表的准确级。因此，需先要知道电流互感器二次回路所

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接测量仪表的类型及对准确级的要求，并按准确等级要求最高的表计选择电流互感器，具体要求如下：

装设在发电机、电力变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表及所有用于计算电费的电度表用电流互感器，其准确等级应为0.5级。 供运行、监视、估算电能的电度表、功率表和电流表用电流互感器，其准确等级应为1级。

供指示被测数值是否存在或大致估计被监测数值的表计用的电流互感器，其等级为3级和10级。 1. 2.

热稳定效验： ItIs 动稳定校验 IesIsh

7.2型式的选择动稳定效验

10KV及以下配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。综上所述：本设计电流互感器选用LA-10 50/5 0.5级

8电压互感器的选择

8.1参数的选择

8.1.1按一次回路电压选择：

为了保证电压互感器的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（0.8～1.2）UN1范围内变动，即应满足下列条件：

1.2UN1UN30.8UN1

8.1.2按准确度级选择

参照电流互感器的准确等级进行选择 按接线方式选择

在满足二次电压和负荷要求的条件下，电压互感器应尽量采用简单接

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线。在需要检查和监视一次回路单相接地时，采用三个单相三绕组电压互感器。

三个单相三线圈电压互感器适用范围：

主二次绕组连接成星形以供电给测量表计、继电器以及绝缘检查电压表。对于要求相电压的测量表计，只有在系统中性点直接接地时才能接入。附加的二次绕组接成开口三角形，构成零序电压路过器供电给保护继电器和接地信号（绝缘检查）继电器。

电压互感器技术参数

额定变比（KV） 安装地点 6KV侧 型 号 原绕组 JDZJ—6 6/3 副绕组 0.1/3 辅助绕组 0.1/3

9 6kV厂用电接线

按《发电厂技术标准及规程规范》，高压厂用电采用 6kV，高压厂用

电系统应采用单母线分段接线。采取可靠的“按炉分段”的接线原则，每台锅炉由两段母线供电， 两段母线由同一台厂用变压器供电。低压厂用母线采用单母线分段接线，即按炉分段。且由于低压系统负荷较多，故采用动力与照明分开，分组供电。单母线分段的特点如下：单母线用分段断路器进行分段，当任一段母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，自动或

手动跳开分段断路器，仅有一半线路停电，另一段母线上的各回路仍可正常运行。重要的负荷分别从两段母线上各引出一条供电线路，就保证了足够的供电可靠性，两段母线同时故障的概率较小，此接线还具有良好的灵活性、经济性，但当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停电

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单母线分段接线

低压厂用采用 380/220V 的三相四线制系统。厂用工作电源从主变压器的低压侧引接，供给本机组厂用负荷。

厂用电源变压器低压侧引接

高压厂用启动（备用）电源经由启/备变压器从 220kV 母线上引接。

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从发电机电压母线上引接

低压厂用启动（备用）电源引自相应的高压厂用 6kV 母线段。

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10 参考文献

[1] 范锡普. 发电厂电气部分，中国电力出版社，1992

[2] 西 北 电 力 设 计 院 . 电 力 工 程 设 计 手 册 ， 上 海 科 学 技 术 出 版 社

[3] 西北电力设计院. 电力工程电气设计手册（电气一次部分），中国电力出版社 [4] 西北电力设计院. 电力工程电气设备手册，中国电力出版社1990. [5] 黄纯华. 发电厂电气部分课程设计参考资料，中国电力出版社1987 [6] 胡志光. 火电厂电气设备及运行，中国电力出版社，2001 [7] 陈衍. 电力系统稳态分析. 北京：中国电力出版社，2007 [8]李光琦．电力系统暂态分析．北京：中国电力出版社, 2007 [9] 涂光瑜. 汽轮发电机及电气设备,中国电力出版社,1998 [10] 苏志杨. 大型电厂 500KV 电气主接线研究，电力技术经济 [11] 杨民，寇正华. 电站电气一次设计，海河水利，1997 年 3 期

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