发电厂课程设计1

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3.按照所选的外形尺寸、运行方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照《配电装置设计技术规程》的有关规定，并参考各种配电装置的典型设计手册，设计绘制配电装置的平、断面图。

配电装置的整个结构尺寸、检修和运输的安全距离等因素而决定的。屋内、外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距，详见设计手册。

5.2配电装置的选择及依据

配电装置的型式的选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行及检修要求通过技术经济比较确定。一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式；110KV及以上多为屋外式。普通中型配电装置国内采用比较多，广泛用于110～500KV电压级，在这方面我国已经有丰富的经验。

配电装置的整个结构尺寸、检修和运输的安全距离等因素而决定的。屋内、外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距，详见设计手册。

设计配电装置中带电导体之间和导体之间对接地构架的距离时还要考虑：软绞线在短路电动力、风摆、温度等作用下使相间及对地距离的减小，隔离开关开断允许电流是不致发生相间和接地故障，降低大电流导体附近铁磁物质的发热，减小110KV及以上带电导体的电晕损失和带电检修等因素。工程上采用的距离，详见设计手册所列的数值。

本设计的地理环境较好，没有地震，雷暴日也很少，且没有明显的环境污染，所以综合所有条件和技术，选用中型配电装置。

！

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附录Ⅰ 短路计算

考虑到最严重故障情况，只进行母线的三相短路计算。

选取SB=1000MW，UB=Uav。其余参数见表1.3

发电机选取TQN-200-2 , x''

d

=0.1413 , VB=15.75KV

图2.1 短路电流计算接线 1．电抗的计算

发电机： 200MW：Xd2= x''

d×SB/SN2=0.1413×1000/200=0.705 系统： XS=SB/S=1000/12000=0.083

双绕组变压器： 200MW：XT=U1%/100×SB/SN1=13/100×1000/240=0.54

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三绕组变压器： VS1%=1/2(V1-2＋V1-3－V2-3)=1/2(13＋10－15)=4 VS2%=1/2(V1-2＋V2-3－V1-3)=1/2(13＋15－10)=9 VS3%=1/2(V1-3＋V2-3－V1-2)=1/2(10＋15－13)=6 X1= US1/100×SB/SN1=4/100×1000/240=0.167 X2= US2/100×SB/SN2=9/100×1000/240=0.375 X3= US3/100×SB/SN3=6/100×1000/240=0.25 说明：考虑到以上计算结果为单台器件电抗值,实际在电路等效模型中各参数值除2．

图2.2 短路时的等值电路 计算结果如图2.3所示。

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图2.3 短路时的等值电路2

2、f1点短路时短路电流计算：

转移电抗的计算： Xf1 = X1=0.623, Xf2 =X2＋X3=0.562 XfS =X5=0.083

计算电抗的计算： Xjs1=Xf1×SN1/SB=0.623×(400/0.85)/1000=0.293 Xjs2=Xf2×SN2/SB=0.562×(400/0.85)/1000=0.264 Xjs= XfS×S/SB=0.083×12000/1000=0.996

发电机的额定电流： ING1=SN/（3×UaV）=(400/0.85)/(3×220)=4.94(KA)

系统的额定电流： INC=S/（3×UaV）=12000/（3×220）=31.49(KA ) 有名值I=标幺值I×IN

根据计算电抗查表得数据见表2.1。

表2.1 f1点断路时的计算结果 时间(S) 0 0.2 0.5 1 G1、G2的电流标幺 3.603 2.785 2.463 2.379 值 对应有名17.8 13.76 12.16 11.75 值（KA） 第 20 页 共 27 页

2 2.360 11.66 4 2.347 11.6 20

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G3、G4的电流标幺 4.178 3.106 2.693 2.551 2.467 2.404 值 对应有名20.65 15.35 13.31 12.6 12.19 11.88 值（KA） 系统回路的短路电流值恒为： I=1/0.083=12.5(KA) 3、f2点短路时短路电流计算：

转移电抗的计算： X15 = 0.623//0.083=0.073

X14 =X15+X3=0.073+0.084=0.157 X12 = X14//X2=0.157//0.478=0.118 Xff=X12+X4=0.118+0.188=0.306

计算电抗的计算：

发电机组3 \\4的分布系数: c1=X12/X2=0.118/0.478=0.247 支路4的分布系数 c5=1-c1=1-0.247=0.753

发电机组1\\2的分布系数: c2=X15×c5/X1=0.073×0.753/0.623=0.088 系统分布系数 c6=X15×c5/X5=0.073×0.753/0.083=0.662 系统对短路点f2的转移电抗:Xfs=Xff/c6=0.306/0.662=0.462 发电机组3 \\4的计算电抗:

Xjs1=Xff/c1×SN1/SB=0.306/0.247×(400/0.85)/1000=0.583 发电机组1 \\2的计算电抗:

Xjs2=Xff/c2×SN1/SB=0.306/0.088×(400/0.85)/1000=1.636 发电机的额定电流：ING=SN/（3×UaV）=(400/0.85)/(3×110)= 2.47(KA)

系统的额定电流： INC=S/（3×UaV）=12000/（3×220）=31.49 (KA ) 有名值I=标幺值I×IN

根据计算电抗查表得数据见表2.2。

表2.2 f2点断路时的计算结果

时间(S) 0 0.2 0.5 1 2 G1、G2电0.622 0.586 0.606 0.642 0.642 流标幺值 有名值1.536 1.447 1.497 1.586 1.586 （KA） G3、G4电1.748 1.539 1.474 1.538 1.699 流标幺值 有名值4.318 3.801 3.641 3.799 4.197 （KA） 系统回路的短路电流值恒为：I=1/Xfs× INC=1/0.462×31.49=68.16 (KA)

4 0.642 1.586 1.884 4.653 第 21 页 共 27 页 21

凝汽式地区火电站电气一次部分

1、原始资料

1.1发电厂建设规模

1.1.1类型：凝汽式火力发电厂

1.1.2容量：机组的形式和参数4×200MW，年利用小时数6000h/a 1.2电力系统与本厂的连接情况

1.2.1发电厂在电力系统中的作用与地位：地区电厂；

1.2.2发电厂联入系统的电压等级220KV，出线回路数2回； 1.2.3电力系统总装机容量16000MW、短路容量12000MVA； 1.2.4发电厂在系统中所处的位置、供电示意图

1.3电力负荷水平

1.3.1 220KV电压等级：架空线6回，Ⅰ级负荷，最大输送420MW，TMAX=6000h/a；

1.3.2 110KV电压等级：架空线8回，Ⅰ级负荷，最大输送290MW，TMAX=6000h/a；

1.3.3厂用电率：8%；

1.3.4备用110KV 2回 220KV 2回1.4环境条件

1.4.1当地年最高温度40°C，年最低温度-20°C，最热月平均最高温度32°C，最热月平均最低温度25°C； 1.4.2当地海拔高600m；

1.4.3气象条件无其他特殊要求

2、设计任务

2.1发电厂电气主接线设计； 2.2厂用电设计； 2.3短路电流的计算； 2.4主要电气设备的选择。

3、设计成果

3.1设计说明书、计算书一份；

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3.2图纸一张（A3型） 3.3电子文档

前 言

电力系统是将各种发电、变电、输电、供电的电气设备连接在一起而组成的整体。电力系统的发展程度和技术水准已经成为各国经济发展水平的标志之一。《发电厂电气部分》作为电力专业的一门主要课程, 主要包括课堂讲学、课程设计、生产实习三个主要部分。课堂讲学着重叙述发电、变电和输电的电气主系统的构成、设计和运行的基本理论和计算方法，相应地介绍主要电气设备的原理和性能。在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论的理解，进行了本次课程设计。设计工作是电力系统工程建设的关键环节，做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。设计是工程建设的灵魂。本设计是针对地区变电站的要求来进行配置的，它主要包括电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择四大部分。其中详细描述了短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并对设计进行了理论分析，在理论上证实了变电站实际可行性，达到了设计的要求。

在本次设计过程中得到了汪老师的许多宝贵的意见以及同学们的帮助和指点，在此对他们表示衷心的感谢！

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摘要

电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产和消费系统。电力系统的出现，使电能得到了广泛的应用，推动了社会生产各个领域的发展，开创了电力时代，出现了近代史上的第二次技术革命。电力系统的发展程度和技术水准已经成为各国经济发展水平的标志之一。

设计工作是电力系统工程建设的关键环节，做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。设计是工程建设的灵魂。

而本设计主要是针对于中、小型凝汽式的火力发电厂的一次部分而进行的。它主要包括了四大部分，分别为电气主接线、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择。以此来巩固对理论的了解和增强分析问题和解决问题的能力。本设计从理论上证实了该发电厂的实际可行性，其效果达到了设计所预期的要求。火力发电厂是电力系统的重要组成环节，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。在发电厂中，电气一次系统是主干系统，处于关键地位。对凝汽式火电厂电气主接线的设计遵循以下原则：可靠性、经济性、灵活性。本设计首先从理论上对火力发电厂的原始资料进行分析，其次对选取的母线上的短路点进行短路点电流的计算，再次选取符合一定要求的电气设备，最后是配电装置的选取。

关键词： 凝汽式火电厂;双母带旁路;短路电流计算;配电装置

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目 录

1系统与负荷原始资料分析 ···················· 1 2电气主接线 ·························· 2 2.1主接线方案的选择 ····················· 2 2.2发电机型式与变压器的选择与计算 ·············· 6 2.3厂用电接线方式的选择 ··················· 9 2.4主接线中设备配置的一般原则 ················ 10 3 短路电流的计算 ························ 11 3.1短路电流的计算 ······················ 11 3.2短路电流计算的一般规定 ·················· 11 3.3短路电流的计算结果表 ··················· 12 4 电气设备的选择 ························ 13 4.1电气设备选择的一般规则 ·················· 13 4.2电气设备选择的条件 ···················· 13 4.3电气设备的选择 ······················ 15 4.4电气设备选择的结果表 ··················· 17 5 配电装置 ··························· 18 5.1配电装置选择的一般原则 ·················· 18 5.2配电装置的选型及依据 ··················· 19 5.3主接线中设备配置的一般原则 ················ 20 结束语 ····························· 22 参考文献 ··························· 23 谢辞 ····························· 24 附录Ⅰ：短路计算 ························ 25 附录Ⅱ：电气设备的校验 ····················· 28 附录Ⅲ: 设计总图 ························ 30

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1 原始资料分析

1.1系统与负荷资料分析

1.1凝汽式发电厂的规模

1.1.1 装机容量：装机4台，容量为：4×200MW UN=15.7KV 1.1.2 机组年利用小时：Tmax=6000h/a

1.1.３ 气象条件：发电厂所在地最高温度40○C，年最低温度-２０○C，最热 月平均最高温度３２○C，最热月平均最低温2５○C，海拔６00米，气象 条件无其 他特殊要求。

1.1.４ 厂用电率 8% 200MW机组的发电厂厂用电一般采用6KV，所以发电

机电压级的变压器要用15.75/6.3/6.3，

1.2负荷及电力系统连接情况

110KV电压级：出线回路数大于4回且为I级负荷，为使其出线断路器检修

时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。

220KV电压级：出线回路数大于4回且为I级负荷，应采用双母带旁路或一

台半。

1.2.1 220KV电压等级：架空线6回，I级负荷，最大输送420MW， TMAX=6000h/a；cos?=0.85。

1.2.2 110KV电压等级：架空线8回，Ⅰ级负荷，最大输送290MW， TMAX=6000h/a；cos?=0.85。

1.2.3 总装机容量16000MW，短路容量12000MW。

根据原始资料，本电厂是中型发电厂，其容量为4×200MW，占电力系统总容量（800/16000）×100%=5%，未超过电力系统的检修备用容量8%~15%和事故备用容量10%的限额，但年利用小时数为6000h>5000h，远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数,说明该厂在未来电力系统中的作用和地位重要.该厂为火力发电厂，在电力系统中主要承担基荷，且电力负荷均为Ⅰ级负荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。

由资料可知发电厂通过220KV的线路与系统连接且有两回回路。 对于最大机组为200MW以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。其联络变压器宜选用三绕组变压器。

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2 电气主接线的设计

2.1 主接线方案的选择

对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方面，下面简要分析一下。 2.1.1可靠性

可靠安全是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本要求。它可以从以下几方面考虑：

1、发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用； 2、发电厂和变电所接入电力系统的方式； 3、发电厂和变电所的运行方式及负荷性质；

4、设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性； 5、长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。

2.1.2灵活性

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 1、调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求；

2、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；

3、扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。

2.1.3经济性

主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般从以下几方面考虑。

1、投资省； 2、占地面积少； 3、电能损耗少。

此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。

发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电连续性。为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，应从以下几方面考虑：

1、断路器检修时，是否影响连续供电；

2、线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回

路数多少和停电时间的长短，能否满足重要的Ⅰ ，Ⅱ类负荷对供电的要求；

3、本发电厂有无全厂停电的可能性；

4、大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因

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所以对大、中型发电厂电气主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行 可靠性的定量计算。

主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事

故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。

主接线的可靠性与经济性综合考虑、辨证统一，在满足技术要求的前提下，尽可能投资省、占地面积少、电压损耗少、年费用（投资与运行）为最小。

根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。

110KV电压级：出线回路数大于4回且为I级负荷，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。

220KV电压级：出线回路数大于4回且为I级负荷，应采用双母带旁路或一台半。

拟订两方案如表1，分别如图1.2.1及1.2.2。

表2.1 拟定的两种方案

电压等级 110KV 220KV

方案接线图比较

方案Ⅰ 双母带旁路 双母分段带旁路 方案Ⅱ 双母带旁路 双母带旁路

图2.1 方案Ⅰ接线图

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图2.2 方案Ⅱ接线图

表2.2 主接线方案比较表

方案 项目 可 靠 性 灵 活 性 经 济 性 方案Ⅰ ①可靠性高，无论检修母线或设备故 障、检修就不会全厂停电。 ②两种电压有两台变压器联结提高可 靠性。 ③220KV隔离开关不作为操作电器， 减少了故障几率。 ④联络变压器起了联络和厂备用的作 用。 方案Ⅱ ①可靠性高，无论检修母线或设备故障、检修就不会全厂停电。但线 短路可能会短时停电。 ②220KV检修进线断路器也不会 停电。 ③220KV设备少，设备本身故障 率低。 ④两台联络变压器还满足本厂的 厂备用和启动电源的要求。 ①110KV、220KV均有多种运行方 ①110KV、220KV均有多种运行方式。 式。 ②220KV属于环网结构运行调度灵活 ②各种电压级接线都便于扩建和 但相应的保护装置较复杂。 发展。 ③易于扩建和实现自动化。 ③相应的保护装置相对简单。 ①相对投资少、设备数量少，年费 ①投资高、多需一台昂贵的断路器，用低。 并且使得操作复杂。 ②220KV是双母接线，相对占地 面积少。 第 4 页 共 27 页

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通过对两种方案的综合分析，方案I在可靠性及灵活性方面占优势，方案Ⅱ在经济性方面占优势。考虑到该电厂为中型凝汽式发电厂，方案Ⅱ已可以满足其供电需要，故选用方案Ⅱ为最终方案。

2.2主变压器的选择与计算

2.2.1变压器容量的确定原则

㈠接有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定的原则

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： 1、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的剩余有功和无功容量送入系统。 2、接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时，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。

3、若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。 ㈡主变压器型式的选择原则 1、相数的确定

在330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。若受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。 2、组数的确定

一般当最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上。对于最大机组为200MW以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。其联络变压器宜选用三绕组变压器。 3、绕组接线组别的确定

变压器三相绕组的接线组别必须和系统的相位一致，否则，不能并列运行。我国110KV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接，35KV采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。 变压器型号的表示方法：

□ □ - □ / □ □

特殊环境代号 电压等级（KV）

额定容量代号（KVA） 设计序号 产品代号 变压器产品代号含义：

S—— 三相 F——风冷却装置 P——强迫油循环 S——三绕组 根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线。

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根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线。

将4台200MW的发电机接在220KV侧，其中两台主变压器为双绕组直接连接两台发电机与220KV线路，还设计两台主变压器为三绕组连接两台发电机与220KV线路和110KV线路。

变压器容量的确定：

S=(PG－P厂)×（1+10%）/cos?

S=(200－200×8%)×1.1/0.85=238.12MW 故选择变压器的容量不能低于240MW

双绕组变压器选择为SFP7-240000/220 其参数如下：

表2.3 型号 额定电压(KV) X SFP7-240000 高压侧 220 低压侧 15.75 Ud% 13.0 X* 0.54

三绕组变压器选择为QSFPS7-240000/220 其参数如下：

表2.4 型号 额定电压(KV) QSFPS7-240000 高压侧 220 中压侧 110 阻抗电压(V%) 低压侧 高低 高中 中低 15.75 10 13 15

其中容量比1：1：1

2.2.2厂用变压器的选择：

厂用电分别从四台发电机取得电源，所以，需要四台。本设计采用厂用电母线分段形接线，以提高可靠性，也使调配灵活。所以，发电机电压级的变压器采用分裂绕组，两低压侧分别接到两段母线上，达到相互备用的效果。200MW机组的发电厂厂用电一般采用6KV，所以发电机电压级的变压器要用15.75/6.3/6.3，发电机旁的厂用变压器容量是：

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P=PG×8%=800×8%=64MW 选用接近此容量的标准容量为31.5MW。

2.3用电接线方式的选择

厂用电接线的设计原则基本上与主接线的设计原则相同。首先，应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；其次，接线应能灵活地应 事故、检修等各种运行方式的要求；还应适当注意其经济性和发展的可能性并 慎重地采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。 2.3.1接线总的要求：

㈠ 各机组的厂用电系统应是独立的。特别是200MW及以上机组，应做到

这一点。一台机组的故障停运或者其辅助机的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行，并能在短时内恢复本机组的运行。 ㈡ 充分考虑机组启动和停运过程中的供电要求。一般均配置可靠的备用电源。在机组的启动停运和事故时的切换操作要少，并能与工作源短时并列。

厂的分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。特别要注意对公用的符合供电影响。要便于过度，尽量少改变线路和更换设备。200MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电时，可以快速启动和自动投入，向保安负荷供电。

2.3.2厂用电接线方式选择

从前面分散的叙述中，已经设计完了厂用电的电源来源，且充分考虑了其备用。即采用母线分两段接线，分别从两发电机处获得工作电源，而从两联络变压器出获得备用电源。当全厂停电的事故保安电源接线。厂用电接线图如

图2.3

2.4接线中设备配置的一般原则

2.4.1开关的配置

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（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关；容量为200MW及以上大 机组与双绕组变压器的单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。

（2）在出线上装设电抗器的6~10KV配电装置中，当向不同用户供电的两 回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。 （3）接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。 （4）一台半断路器接线中，视发变电工程的具体情况，进出线可装设隔离开关也可不装设隔离开关。

（5）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。 （6）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。 2.4.2压互感器的配置

（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、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，同期点的两侧都能提取到电压。

（2）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。旁路母 线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感顺的情况和需要确定。

（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

（4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。

（5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。

2.4.3流互感受器的配置

（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、 保护和自动装置要求。

（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器；发电机和变压器的中 性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。

（3）对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。

（4）一台半断路器接线中，线路一线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。

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3 短路电流的计算

3.1 短路电流计算的目的

在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：

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用限制短路电流的措施，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状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。 3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。

4、在选择继电保护方式和进行整定计算，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 短路电流计算条件 3.2.1、基本假定：

1、正常工作时，三项系统对称运行 2、所有电流的电功势相位角相同

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外，元件的电阻都略去不计

6、不考虑短路点的电流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

3.2.2、一般规定

1．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，应按本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确定短路电流时，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．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动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

3．导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。对带电抗器的6 ~ 10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外， 其它导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。 4．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。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。

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表2.1 短路电流计算总表

分 支 电 抗 Xjs 短 路 电 流 标 幺 值 短 路 电 流 值（KA） 表3.1路电流计算表

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F1 0.264 4.178 3.106 2.693 2.551 2.467 2.404 20.65 15.35 13.31 12.6 12.19 11.88 F2 0.583 1.748 1.539 1.474 1.538 1.699 1.884 4.318 3.801 3.641 3.799 4.197 4.653 短路点编号短路点平均电压基准电流IB KA 分支线名称 0.293 3.603 2.785 17.8 2.463 2.379 2.360 2.347 13.76 12.16 1.636 0.622 0.586 0.606 0.642 0.642 0.642 1.536 1.447 1.497 220 220 110 110 0s 0s 0.2s 1s 0.5s 0.2s 1s 2s 4s 0.5s 2s 4s 2.94 G1 G2 11.75 11.66 11.6 2.94 G3 G4 2.47 G1 G2 1.586 1.586 1.586 2.47 G3 G4 10

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4 导体和电器设备的选择

正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，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，并注意节省投资，选择合适的电气设备。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

本设计，电气设备的选择包括：断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、导线的选择。

4.1电气设备选择的一般原则：

1、应满足正常运行、检修、断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验；

3、应力求技术先进与经济合理； 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气设备型号一致；

6、选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。 4.1.1按正常工作条件选择电器

1、额定电压和最高工作电压

所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即

Ualm ≥ Usm 。

一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下时为1.15UN；额定电压是330~500KV时是1.1UN。而实际电网的最高运行电压Usm一般不会超过电网额定电压的1.1UNs，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择,即

UN≥UNs。

2、额定电流

电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度θ。下，电器的长期允许电流。IN不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IN ≥Imax

由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。

此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进

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行种类和形式的选择。 3、按当地环境条件校核

在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电器使用的额定环境温度 θ0＝＋40℃，如周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。 4.1.2按短路情况校验

1、短路热稳定校验

短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条

件为 It2 t ≥Q k

式中 Q k —短路电流产生的热效应

It、t—电器允许通过的热稳定电流和时间。 2、电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。 满足动稳定条件为： I es≥I sh

式中 I sh—短路冲击电流有效值；

I es—电器允许 的动稳定电流的有效值；

4.2技术条件

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。同时，所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。各种高压设备的一般技术条件如下表：

表4.1 额定 额定 额定 机械 额定序电器名热稳动稳绝缘电 电 容 荷 开断号 称 定 定 水平 压 流 量 载 电流 KV A KVA N A 1 断路器 √ √ √ √ √ √ √ 隔离开2 √ √ √ √ √ √ 关 3 PT √ √ √ √ 4 CT √ √ √ √ √ √

4.3 断路器和隔离开关的选择

断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV~220KV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF6断路器。

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4.4电流互感器的选择

电流互感器的选择和配置应按下列条件：

1、型式：电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6~20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。 2、一次回路电压：UN≥UNs 3、一次回路电流：I1N≥Imax

4、准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。 5、二次负荷：互感器按选定准确级所规定的额定容量S2N应大于或等于二 次侧所接负荷I22NZ2L，即

S2N≥I22NZ2L Z2L=ra+rre+rL+rc

式中，ra、rre分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻（忽略电抗）；rc为接触电阻，一般可取0.1?；rL为连接导线电阻。 6、动稳定：

内部动稳定校验式为：ies≥ish或

2I1NKes≥ish

式中 ies、Kes—电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，有制造厂提供。

外部动稳定校验式为

LFal≥0.5×1.73×10-7i2sha(N)

式中 Fal—作用于电流互感器瓷帽端部的允许力，有制造厂提供； L—电流互感器出现端至最近的一个母线支柱绝缘子之间的跨距； a—相间距离；

0.5—系数，表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。

7、热稳定：电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流I1N的倍数Kt来表示，热稳定校验式为

I2t≥Qk或 (KtI1N)2≥Qk

4.5 电压互感器的选择

电压互感器的选择和配置应按下列条件：

1、型式：6~20KV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV~110KV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器； 220KV级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单项接地时，应选用三项五柱式电压互感器或具有第三绕组的单项电压互感器。

2、准确等级：电压互感器影子哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，

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继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下：

用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，共所有计算的电度表，其准确等级要求为０.５级。 供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为１级。

用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为３级即可。

在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。 4.6 导体的选择与校验 4.6.1 概述

1、 导体选择的一般要求：

裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择和校验： 1） 工作电流

2） 经济电流密度，如下表所示： 表4.2 导体材料 铝裸导体 铜裸导体 35KV铝芯电缆 以下 铜芯电缆 最大负荷利用小时数 3000以下 1.65 3.0 1.92 2.5 3000~5000 1.15 2.25 1.73 2.25 5000以上 0.9 1.75 1.54 2.0 3） 电晕（对110KV级以上电压的母线） 4） 动稳定性和机械强度 5） 热稳定性

同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。

导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20M以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。

一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线

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和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根，双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。110KV及以上高压配电装置一般采用软导线。

2、 电缆的选择和校验

1） 电力电缆应按以下条件进行选择和校验 2） 电缆芯线材料和型号 3） 额定电压 4） 截面选择 5） 允许电压降校验 6） 热稳定校验

电缆的动稳定由厂家保证，可不必校验。

电气设备选择的结果表

表4.3

器件 电压级(KV) 型号 额定电最高电额定电压(KV) 压(KV) 流(A) 1250 1250 1250 1250 220 SW6-220 220 252 断路器 110 SW6-110 110 126 220 GW4-220D 220 252 隔离 开关 110 GW4-110D 110 126 G-隔离开关 S-三相 W-户外 D-接地刀闸 表4.4 动稳定4S热电流峰稳定电值(KA) 流(KA) 55 21 55 15.8 50 15.8 55 14 器电压级 联结件 (KV) 组 型 号 额定电流/电压比(A)(KV) 短时热电流(KA) 准确级 动稳定电流(KA) 电I，220 JCC1-220 / 0.5 / 2203/1003 压i0，i0 互I，感 110 JCC1-110 / 0.2 / 1103/1003 i0，i0 器 2电2220 LCWB7-220 2×750/1 ×25 0.2 流×65 (3s) 互感 110 LCWB-110 2000/1 / 10P / 器 15.75 LVB-20 8000/1 / TPY / J-电压互感器（油浸式） L-电流互感器 C-瓷绝缘（串级式） W-户外 B-保护 第 15 页 共 27 页

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5配电装置

5.1配电装置选择的一般原则

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级发的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断假冒新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。

火力发电厂及变电所的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行、检修和安装要求。

⑴节约用地：我国人口众多，但耕地不多，因此用地是我国现代化建设的一项带战略性的方针；

⑵运行安全和操作巡逻方便：配电装置要整齐清晰，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求。使配电装置 一旦发生事故时，也能将事故限制在最小范围和最低程度，并使运行人员在正常的操作和处理事故中不致发生意外，以及再次维护中不致损害设备；

⑶便于检修和安装：对各种形式的配电装置，都要妥善考虑检修和安装的条件；

⑷节约三材，降低造价：配电装置的设计还应采取有效措施，减少三材消耗，努力降低造价。

5.1.1总的原则

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策,遵循上级颁发的有关规程、规范及技术规定,并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检查、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。

火力发电厂及变电所的配电装置形式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行，检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。

5.1.2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经济技术政策,如节约土地。

2.保证运行可靠按照系统和自然条件,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.便于巡视、检修和操作。

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.安全和扩建方便。

5.1.3基本步骤

1.根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线的多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式； 2.拟定配电装置的配置图；

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附录Ⅱ：电气设备的校验

㈠ 220KV电压级断路器的选择与校验：

UN≥UNS=220KV 40摄氏度时最大电流Imax=1.05SN/(

3UN)=1.05×200/0.85/

3×

220=648.4(A)

-6S摄氏度时额定电流会上升，且按照降低一度就升高额定值的0.5%，但超过额定值的20%时就按照20%计算。所以：IN≥Imax=(1+20%)×648.4=778.02(A)

所以选出如表3.3.1中的型号。因为T＞1s，所以，非周期的热效应忽略不计。

1.、热稳定性的校验：

-6度时的热效应是：Qk =(I'' +10I22+I42)×Tk×(20%+1)2/12

=(2.2722+10×1.432+1.482)×4×1.22/12 =13.345

其中,短路电流的对应值是发电机总的短路电流的一半,发电机总的短路电流见表1.而电器可以承受的热效应是：

It2×Tk=21×21×4=1764＞Qk

所以断路器的热稳定性很好。 ２、动稳定性校验：

Ies=53KA＞Ish=1.9×1.414×I''2

2=1.9×1.414×2.7272 =19.979KA

所以该断路器的动稳定性也很好。

㈡110KV电压级断路器的选择与校验：

UN≥UNS=110KV

最大的电流按照额定电流的1.05倍计算。

-6摄氏度时额定电流会上升，且按照降低一度就升高额定值的0.5%，但超过额定值的20%时就按照20%计算。所以有

Imax=(1+20%)×1.05×IN

=1.2×1.05×SN/(3UN) =1.2×1.05×200/0.85/(3×110)

=1566.1(A)

用与220KV断路器校验的方法校验110KV的断路器，得出所选的断路器符合热稳定性和动稳定性。

对于电流互感器和隔离开关，是用和断路器同样的方法校验，在此就不加累赘了。请读者自己校验。

而电压互感器只要考虑起结构和额定电压，不需要对动稳定性和热稳定性进行校验。

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参考文献：

[1]水利电力部西北电力设计院《电力工程电气设计手册—电气一次部分》北京：水利电力出版(1989版)

[2]熊信银、朱永利《发电厂电气部分》[M].北京：中国电力出版社,2004.8(第三版)

[3]何仰赞、温增银《电力系统分析》（上册）（第三版）武汉：华中科技大学出版社，2002，3

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