目 录
摘要 ................................................................................................... 1
第一章 火力发电厂电气部分设计任务书................................................. 1
1.1 设计的原始资料 ......................................................................... 1
1.2 设计的任务与要求...................................................................... 1
第二章 电气主接线 ............................................................................. 3
2.1 概述 ....................................................................................... 3
2.1.1 电气主接线设计的重要性................................................... 3
2.1.2 电气主接线设计依据 ......................................................... 3
2.1.3 电气主接线的设计原则 ...................................................... 3
2.2 电气主接线的设计...................................................................... 4
2.2.1 系统与负荷资料分析 ......................................................... 4
2.2.2 主接线的方案拟定 ............................................................ 5
2.3 变压器的选择与计算 .................................................................. 6
2.3.1 主变压器型式、容量和台数的确定原则 ............................... 6
2.3.2 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则................... 7
2.3.3 变压器的选择与计算 ......................................................... 7
第三章 短路电流................................................................................. 9
3.1 短路计算的条件 ......................................................................... 9
3.1.1 基本假设 ......................................................................... 9
3.1.2 一般规定 ......................................................................... 9
3.2 短路电流的计算方法 ................................................................. 10
3.2.1 等值阻抗图及其化简 ........................................................ 10
3.2.2 短路电流计算表 .............................................................. 14
第四章 电气设备的选择 ...................................................................... 15
4.1 电气设备选择的一般要求 ........................................................... 15
4.2 电气设备选择的一般原则 ........................................................... 15
4.2.1 按正常工作条件选择电器.................................................. 15
4.2.2 按短路状态校验 .............................................................. 16
4.2.3 按当地环境条件校核 ........................................................ 16
4.3 电气设备的选择 ........................................................................ 17
4.3.1 断路器 ........................................................................... 17
4.3.2 隔离开关 ........................................................................ 19
4.3.3 电流互感器 ..................................................................... 20
4.3.4 电压互感器 ..................................................................... 21
第五章 课程设计总结 ......................................................................... 23
参考文献 ............................................................................................ 25 附录……………………………………………………………………………………………………26
【摘要】根据要求设计凝汽式火力发电厂电气一次部分，主要的任务是电气主接线的选择，主变压器和联络变压器的选择，短路电流的计算，断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器的选择。
【关键词】 火力发电厂 变压器 电气主接线 短路计算 电气一次设备
第一章 火力发电厂电气部分设计任务书
1.1 设计的原始资料
凝汽式发电厂：
（1） 凝汽式发电组3台：3×100MW，出口电压：10.5kV，发电厂次暂态电
抗：0.12；额定功率因数：0.8
（2） 机组年利用小时：Tmax=5700小时；厂用电率：8%。发电机主保护动作
时间0.1秒，环境温度36度，年平均气温为22度。
电力负荷：
送入220kV系统容量200MW，剩余容量送入110kV系统。
发电厂出线：
220kV出线3回； 110kV出线4回（50km），无近区负荷。
电力系统情况:
220kV系统的容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到发电厂220kV母
线短路容量为3400MVA，110kV系统容量为500MVA。
1.2 设计的任务与要求
（1） 发电机和变压器的选择
汽轮发电机的规格参数
220kV的联络变压器的型号。
（2） 电气主接线选择
注：火力发电厂的发电机-变压器接线方式通常采用单元接线的方式，注意
主变容量应与发电机容量相配套。110kV和220kV电压级用自耦变压器联接，相互交换功率，我们的两电压等级母线选用的接线方式为：220kV采用双母三分段接线，110kV采用双母线接线。
（3） 短路电流的计算
在满足工程要求的前提下，为了简化计算，对短路电流进行近似计算法。
结合电气设备选择选择短路电流计算点求出各电源提供的起始次暂态电流I’’，冲击电流ish，及计算短路电流热效应所需不同时刻的电流。
（4） 主要电气设备的选择
要求选择：110kV侧出线断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器。
第二章 电气主接线
2.1 概述
2.1.1 电气主接线设计的重要性
电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，因此
电气运行人员必须熟悉本厂电气主接线图，了解电路中各种电器设备的用途、性能及维护、检察项目和运行的步骤。其次，电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定。是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。再次，由于电能生产
的特点是：发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，也直接影响到工农业生产和人民生活。
2.1.2 电气主接线设计依据
（1） 对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。
（2） 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。
（3） 对于三级负荷一般只需一个电源供电。
2.1.3 电气主接线的设计原则
电气主接线的设计原则是：应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。
可靠性：衡量可靠的标准，一般是根据主接线型式机主要设备操作的可能
方式，按一定的规律计算出“不允许”事件发生的规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种主接线型式中择优。
灵活性：是指在调度时，可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路等；在检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备；在扩建时，可以容易的从初期接线扩建到最终接线。
经济性：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
器等一次设备，要是控制、保护不过于复杂，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，做到投资省。
2.2 电气主接线的设计
发电厂的主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和引出线。母线
（又称汇流母线）是中间环节，它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好几倍，故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换，还可以使接线简单明了和运行方便。
2.2.1 系统与负荷资料分析
（1） 工程情况
本设计根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为300MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装3台100MW机组,最大年利用小时数为Tmax =5700h>5000h,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此该电厂的电气主接线要求有较高的可靠性。该发电机端额定电压为10.5kV，厂用电为8% 。并且本设计需要做到的技术指标要求保证供电安全、可靠、经济，且功率因数达到0.8。
（2） 电力系统情况
220kV系统的容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到发电厂220kV母
线短路容量为3400MVA，110kV系统容量为500MVA。系统阻抗在最大运行方式下（SJ=100MVA），与110kV系统的联系阻抗为0.2，与220kV系统的联系阻抗为0.0294，两系统均视为无穷大容量系统。
（3） 负荷情况
有220 kV 和110kV两级电压与系统连接，220kV出线有3回，送入容量
为200MW，每回出线最大输送容量为83.33MVA；110kV出线有4回，送入容
量100MW，每回出线输送容量为31.25MVA。本厂无6～10 kV及35 kV出线。
（4） 环境情况
由原始资料可知，环境温度36度，年平均气温为22度，气象条件无其他
特殊要求。
（5） 设备情况
根据原始资料中给出了汽轮发电机的型号及参数，如表1所示。
表1 汽轮发电机的规格参数
其型号含义:
Q——汽轮机
F——发电机
S——水内冷
100——额定容量（MW）
2——2极
2.2.2 主接线的方案拟定
根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源的出线回
路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等的不同考虑，可以确定主接线方案，如表2 所示。
表2 主接线方案
电气主接线如下图：（具体大图见附录）
图1 电气主接线图
2.3 变压器的选择与计算
2.3.1 主变压器型式、容量和台数的确定原则
（1） 主变压器型式的确定原则
选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调
压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。
相数：在330kV及以下电力系统，在不受运输条件限制时，一般都应选用
三相变压器。500kV及以上的电力系统，应根据对制造条件、运输条件和可靠性要求等因素，经技术比较后，确定采用三相还是单相变压器，若选用单相变压器组，可考虑系统和设备的情况，装设一台备用相变压器。
绕组数:一般当最大机组容量为125MW及以下的发电厂，当有两种升高电
压向用户供电或系统连接时，宜采用三绕组变压器，但每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%及以上。否则绕组未能充分利用，反而不如选用两台双绕组变压器合理。200MW及以上的发电厂，通常采用双绕组变压器加联络变压器，当采用扩大单元接线时，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样可以大大限制短路电流。联络变压器一般应选三绕组变压器，而在中性点接地方式允许的情况下，宜选自耦变压器为宜，低压绕组可作厂用备用电源或厂用启动电源，亦可连接无功功率补偿。
根据以上原则可知，本系统主变压器选择三相双绕组变压器。
（2） 单元接线的主变压器容量的确定原则
单元接线时主变压器应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，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。
SN=1.1P(1−K)1.1×100×(1−0.08)=θ（3） 变压器台数的确定原则
发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和
系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联系的中、小型发电厂和低压侧电压为6～10kV的变电所或与系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。
考虑到本电厂有3台100MW发电机，且电厂和系统有较强联系，故
220KV电压等级接两台主变压器，110kV电压等级接一台主变压器。
2.3.2 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则
联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下，网络间的有功
功率和无功功率交换，一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求。
根据以上原则知，本电厂3台机组的最大容量为100MW，应根据100MW
发电机来选择联络变压器，又为了布置和引线方便，只选一台自耦联络变压器。 联络变压器为三绕组降压自耦变压器。
2.3.3 变压器的选择与计算
综上所述：该发电厂主接线采用3台三相双绕组主变压器和一台联络变压
器。3台主变压器分别和3台发电机组组成单元接线，联络变压器选用一台三相三绕组降压自耦变压器。
表3 主变压器的参数
S——三相
S 第二个 ——水冷式
F——风冷式
P——强迫油循环
7 ——设计序号
150000——额定容量 kVA
220——额定电压 kV
110——额定电压 kV
表4 联络变压器的参数
S——三相
F——风冷式
P——强迫油循环
S （第二个）——三绕组
O——自耦（型号之后，为降压自耦变压器）
7 ——设计序号
150000——额定容量 kVA
220——额定电压 kV
第三章 短路电流
短路计算在设计发电厂主接线的过程中有着重要作用，它为电气设备的选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。当短路发生时，对发电厂供电的可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能导致电力系统失去稳定，甚至造成系统解列。因此，对短路事故的计算是非常有必要的，而且是必须进行一项工作。
3.1 短路计算的条件
3.1.1 基本假设
（1） 正常工作时，三相系统对称运行。
（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。
3.1.2 一般规定
（1） 验算导体的电器动稳定、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，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地点。
导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。
3.2 短路电流的计算方法
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路电流计算，求得I”、ish、Ish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。
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的热稳定。 Sd——三相短路容量，用来校验断路器和遮断容量和判断容量是否超过规定值，作为选择限流电抗的依据。
注：选取基准容量为Sd=100MVA Ud=Uav =1.05Ue Sd——基准容量（MVA）； Uav——所在线路的平均电压（kV）。
3.2.1 等值阻抗图及其化简
图2 等值电路图化简一
发电机： S1=S2=S3=
100MW0.8
=125MVA
100
X1∗=X2∗=X3∗=0.12×100=0.096 /0.8
等值电源：ES1=3400MVA
Sd100 X8∗=XS1∗=ES1=ES=3400=0.0294
1∗
1
ES2=500MVA
S100 X9∗=XS2∗=ES1=ES=500=0.2
2∗
2
变压器： X4∗=X5∗=X6∗=
N
U%100
×
SSN
=
13100
×
100150
=0.0867
S24100K% X7∗=U×d=×=0.1600
100S100150
电缆： X10∗=0.4×50×
1001152
=0.1512
图3 等值电路图化简二
X11∗=X12∗=X13∗=0.0867+0.096=
0.1827
图4 等值电路图化简三
X14∗
0.1827==0.09135
S12=100×2/0.8=250MVA
图5 等值电路图化简四
X15∗=0.0294+0.1600+
0.0294×0.1600
=
0.2409
X16∗
0.09135×0.1600
=0.09135+0.1600+=0.7485
图6 等值电路图化简五
X17∗=0.2×0.1516× 0.1516+0.2+0.1872+0.2409+0.7485 =0.6826 X18∗=0.2409×0.1516×
10.15161
11111
+
10.21
+
10.18721
+
10.24091
+
10.74851
=0.8222
X19∗=0.7485×0.1516× 0.1516+0.2+0.1872+0.2409+0.7485 =2.5548 X20∗=0.1827×0.1516× 0.1516+0.2+0.1872+0.2409+0.7485 =0.6236 各支路计算电抗：
S12：Xca=2.5548×S3：Xca=0.6236×
各支路供给的短路电流： S12： I′′∗=
1
=0.1567 Xca>3.5时用其倒数
200
1
1
1
1
1
200
=6.3870
100
=0.7795
0.8×100
I′′=It=I∞=0.1567×
=0.1967(kA)
S3： I′′∗=1.3200，I‘’0.2=1.2100，I‘’4=1.4300 (由0.7795查得)
I′′=1.3200×
100100100=0.8284 kA =0.7593 kA
I′′0.2=1.2100×I′′4=1.4300×
ES1: I′′∗=
=0.8974 kA
1
=1.2164
0.8222
100=0.6106 kA
I′′=It=I∞=1.2164×
ES2: I′′∗=
1
=1.4650
0.6826
I′′=It=I∞=1.4650×
100=0.7354 kA
总的短路电流：I′′=0.1967+0.8284+0.6106+0.7354=2.3711 kA 总冲击短路电流：ish=2.55×I‘’=6.0463 kA
3.2.2 短路电流计算表
表5 短路电流计算表
第四章 电气设备的选择
电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。
4.1 电气设备选择的一般要求
(1) 所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；在满足可靠性要求的前提下，应尽可能的选用技术先进和经济合理的设备，使其具有先进性；
(2) 应按当地环境条件对设备进行校准；
(3) 所选设备应予整个工程的建设标准协调一致； (4) 同类设备应尽量减少品种；
(5) 选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。
4.2 电气设备选择的一般原则
正确的选择电器是使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，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。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。
4.2.1 按正常工作条件选择电器
（1） 类型和型式
根据设备的安装地点、使用条件等因素，确定是选户内型还是户外型；选用普通型还是防污型；选择装配式还是成套式；选择适合有人值班还是满足无人值班要求。
（2） 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。 （3） 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。
4.2.2 按短路状态校验
（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：
It2t≥Qk
式中：Qk —短路电流产生的热效应
It和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。满足动稳定的条件为：
ies≥ish
式中：ish—短路冲击电流有效值
ies—电器允许的动稳定电流
4.2.3 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条件，当气温、风速、温度、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θ＝＋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20%。
4.3 电气设备的选择
4.3.1 断路器
高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统发生短路故障时迅速的自动断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。灭弧能力是断路器的核心性能。
其选择的具体项目方法如下：
① 型式。除了满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑安装调试和运
行维护的方便。 ② 额定电压的选择：UN≥UNS ③ 额定电流的选择：IN≥Imax
④ 额定开断电流的检验条件：Ibr≥It 或I′′ ⑤ 热稳定校验：It2t≥Qk ⑥ 动稳定校验：ies≥ish （1） 初选断路器型号
发电机回路最大长期工作电流：
Igmax=PGNN
=1.05×
100=0.6589kA
根据UGN=115kV、Igmax=0.6589kA，查资料初选型号为：
SW4-110G/1000型断路器，其额定技术数据为：UN=110kV，IN=
1000A，额定开断电流Ibr=15.8kA，动稳定电流imax=55kA，热稳定电流（及时间）It=21kA(5s），固有分闸时间tg=0.06s，燃弧时间th=0.02s，tp2取1.92s
（2） 确定短路计算点和相应短路电流
短路热稳定计算时间：tk=tp2+tg+th=1.92+0.06+0.02=2s 0.5tk=1s
短路切除计算时间：t1=tp1+tg=0.1+0.06=0.16s 110kV侧线路短路时：I’’=2.3711kA、ish= 6.0463kA （3） 校验开断能力
t1=0.16s>0.1s
ikt=I′′ =2.3711kA
ish=6.0463kA
tk=2s>1s
故不需要计算非周期分量的发热影响。
Qp=
tk22 = I′′2+10I2 2.37112+10×2.33342+2.44072 =11.0044(kA2s) +I t0.5t短路全电流热效应
Qk=Qp=11.0044(kA2s)
满足要求。
通过以上计算表明选SW4-110G/1000型断路器满足要求。
表6 SW4-110G/1000型断路器
S——少油 W——户外 4——设计序号
110——额定电压（kV）
G——改进型
1000——额定电流（A）
4.3.2 隔离开关
隔离开关（俗称刀闸）没有专门的灭弧装置。主要有隔离电压、接通或断开很小的电流、与断路器配合或单独完成刀闸操作等用途。
隔离开关的型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的经济比较后确定。其选择的具体方法如下：
① 型式
② 额定电压的选择：UN≥UNS ③ 额定电流的选择：IN≥Imax ④ 热稳定校验：It2t≥Qk ⑤ 动稳定校验：ies≥im
（1） 由UNS=110kV，Igmax=0.6589kA，查有关手册，选GW4-110W/1000型隔离开关，其额定技术数据为：UN=110kV，IN=1000A，动稳定电流 imax=80kA，热稳定电流（及时间）It=21.5kA(5s）。 （2） 校验热稳定
Qk=11.0044(kA2s)
满足条件。 （3） 校验动稳定
ish=6.0463kA
满足条件。
表7 GW4-110/1000型隔离开关
型号含义：
G——隔离开关标志
W——户外式
4——设计序号
110——额定电压（kV）
1000——额定电流（A）
4.3.3 电流互感器
电流互感器是一种电流变换装置，可将高压电流和低压大电流变换成电压较低的小电流，供给仪表和继电器保护装置，并将仪表和保护装置与高压隔离电路隔开。电流互感器的二次电流均为5A，使测量仪表和继电保护装置使用安全、方便。因此，电流互感器在电力系统中得到了广泛应用。其选择和配置应按下列条件：
① 根据安装的场所和使用条件，选择电流互感器的绝缘结构（浇注式。
瓷绝缘式、油浸式等）、安装方式（户内、户外、装入式、穿墙式
等）、结构型式（多匝式、单匝式、母线式）、测量特性（测量用、
保护用、具有测量暂态的特性等）。
② 额定电压的选择为UN≥UNS
③ 电流互感器的一次额定电流不小于装设回路的最大持续电流。
IN≥Imax，电流互感器的二次额定电流，可根据二次负荷的要求分别
选择5A或1A等。
④ 准确级选择
电流互感器的准确级应符合其二次仪表、继电保护等的要求。用于电能测量的电流互感器，准确级不应低于0.5级。用于继电保护的电流互感器，误差应在一定的限值之内，以保证过电流时的测量准确度的要求。
⑤ 校验二次负荷的容量
为保证电流互感器工作时的准确度符合要求，电流互感器的二次侧负荷不超过（某准确度下）允许的最大负荷。
S2
或Z2
⑥ 热稳定校验应满足：(KrI1N)2≥Qk
Kr——热稳定倍数
⑦ 动稳定校验应满足(Kd× 1N)≥im
Kd——动稳定倍数
⑧ 此外还用校验电流互感器的外部动稳定（即一次侧瓷绝缘端部受电动
力的机械动稳定）。
Fy≥Fmax
（1） 由以上选择原则，查有关手册，选LCWD2-110型电流互感器，其额定技术数据为：UN=110kV，准确级次为0.5，1s热稳定倍数Kr=75，动稳定倍数Kd=130 。
（2） 校验热稳定
（75×1)2×1=5625(kA2s)≥Qk=11.0044(kA2s)
满足条件。
（3） 校验动稳定
(130× ×1)=183.8478kA≥im=6.0463kA
满足条件。
表8 LCWD2-110型电流互感器
型号含义：
L——电流互感器
C——瓷箱式
W——户外式
D——差动保护用
2——设计序号
110——额定电压（kV）
4.3.4 电压互感器
电压互感器TV（又称PT）是将高电压变成低电压的设备，分为电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器两种。其选择和配置应按下列条件：
① 选择结构类型、接线方式和准确等级
根据电压互感器安装的场所和使用条件，选择电压互感器和绝缘结构和安装方式。
一般35kV及以下可选用油浸式结构或浇筑结构，110kV及以上可选用串
级式结构或电容分压式结构，并根据需要选择一台单相电压互感器或由三个单相三绕组电压互感器构成的Y0/Y0/
② 选择额定电压
电压互感器一次绕组的额定电压应与安装处电网的额定电压相同，特别开口三角形绕组额定电压的选择，用于大接地电流系统的，应选择100V，用于小接地点流系统的。应选择100V/
③ 选择容量
为了保证互感器的准确度，电压互感器二次侧所带负荷的实际容量不能超过此额定容量。
由以上选择原则，查有关手册，选TYD110/ 型电压互感器
表9 TYD110/ -0.008型电压互感器
T——成套式
——电容式电压互感器
110——额定电压（kV)
0.008——额定电容（μF）
第五章 课程设计总结
经过近一周的时间，通过我们小组每一个成员的共同努力，凝汽式火力发电厂的设计已完成。在此次课程设计中，主要的任务是电气主接线的选择，主变压器和联络变压器的选择，短路电流的计算，断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器的选择，通过这些步骤的设计，使我们能熟练运用以前的所学知识，提高的自己的理论与实践结合的能力。
在这次设计的过程中，我们翻阅了许多的相关资料，进一步提高了利用手头所拥有的材料自习并完成设计的能力，更重要的是通过本次设计，我们能够
巩固所学的基本理论、专业知识，并综合运用所学知识来解决实际的工程问题，学习工程设计的基本技能，基本程序和基本方法。
所设计的凝汽式火电厂电气部分具有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工程建设规模要求。采用的电气主接线具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和可扩建发展的可能性等特点。所选主变经济、合理。在设计过程中，短路电流是按最严重情况考虑计算的，并结合实际环境，选择的电气设备提高了运行的可靠性，节约运行成本。
在刚开始决定这个课题的时候，我们对这个课题并没有任何了解，已知条件也不知道怎么使用，经过上网查阅有关资料、图书馆整理资料，终于对这个课题有点一点所谓的“感觉”。在查阅资料和分析的过程中，学习了许多相关专业知识和方法，不仅仅局限于书本上的东西，更学会了理论与实际相结合，加强了独立的分析问题、解决问题的能力。通过这次设计，使我们对发电厂的设计有了整体的了解，为我们今后的学习和工作都奠定了良好的基础。
发电厂课程设计是理论知识的具体运用，是一种综合能力的强化，通过设计，我了解了发电厂的基本整体设计思路，由于部分条件的理想化，难免与实际发电厂线路设计以及电气设备的选择有出入。通过这次设计，将前面所学的知识运用到了设计之中，更好了融会贯通了各学科之间的联系，所学的理论和实践结合起来更好的达到了学以致用的效果，原来模糊的概念在这次设计中得以清晰化、条理化，特别是短路计算，得到了明显的加强。在这次设计中，通过查阅各种资料，也对发电厂电气部分的知识有了更进一步的拓展了解。此次设计不仅加强了专业课的知识运用，同时也对以后工作中可能遇到的问题有了提醒，各部分都是相互联系的，稍有错误将导致后续部分分析全部错误，这也提醒了我们学习需要很好的严谨性。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课
程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
课程设计过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。团结就是力量，用近一周的时间完成两周课程设计的任务，只有互相之间默契融洽的配合、大家共同的努力付出才能换来最终完美的结果。
本次设计过程中，得到了谭老师和同学们的很大的帮助，使我顺利的完成了这次课程设计。在此由衷表示感谢！
【参考文献】
[1] 熊信银，朱永利. 发电厂电气部分. 3版. 北京：中国电力出版社，2004
[2] 王士政，冯金光. 发电厂电气部分. 3版. 北京：中国水利水电出版社，2001
[3] 涂光瑜. 汽轮发电机及电气设备. 北京：中国电力出版社，2007
[4] 熊信银,张步涵. 电力系统工程基础. 武汉：华中科技大学出版社，2005
[5] 陈跃. 电力系统分析手册. 2版. 北京：中国水利水电出版社，2008
[6] 傅知兰. 电力系统电气设备选择与实用计算. 北京：中国电力出版社，2004
[7] 熊信银，唐巍. 电气工程概论. 北京：中国电力出版社，2008
[8] 陈启卷. 电气设备及系统. 北京：中国电力出版社，2006
[9] 张重锁，应震华，康健等. 电力工程电气设备手册. 北京：中国电力出版社，1998
[10] 谢毓城. 电力变压器手册. 北京： 机械工业出版社，2014
[11] 施大治，欧阳可文，欧俊锋等.Auto CAD2011. 北京： 机中国青年出版社，2011
附 录：
目 录
摘要 ................................................................................................... 1
第一章 火力发电厂电气部分设计任务书................................................. 1
1.1 设计的原始资料 ......................................................................... 1
1.2 设计的任务与要求...................................................................... 1
第二章 电气主接线 ............................................................................. 3
2.1 概述 ....................................................................................... 3
2.1.1 电气主接线设计的重要性................................................... 3
2.1.2 电气主接线设计依据 ......................................................... 3
2.1.3 电气主接线的设计原则 ...................................................... 3
2.2 电气主接线的设计...................................................................... 4
2.2.1 系统与负荷资料分析 ......................................................... 4
2.2.2 主接线的方案拟定 ............................................................ 5
2.3 变压器的选择与计算 .................................................................. 6
2.3.1 主变压器型式、容量和台数的确定原则 ............................... 6
2.3.2 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则................... 7
2.3.3 变压器的选择与计算 ......................................................... 7
第三章 短路电流................................................................................. 9
3.1 短路计算的条件 ......................................................................... 9
3.1.1 基本假设 ......................................................................... 9
3.1.2 一般规定 ......................................................................... 9
3.2 短路电流的计算方法 ................................................................. 10
3.2.1 等值阻抗图及其化简 ........................................................ 10
3.2.2 短路电流计算表 .............................................................. 14
第四章 电气设备的选择 ...................................................................... 15
4.1 电气设备选择的一般要求 ........................................................... 15
4.2 电气设备选择的一般原则 ........................................................... 15
4.2.1 按正常工作条件选择电器.................................................. 15
4.2.2 按短路状态校验 .............................................................. 16
4.2.3 按当地环境条件校核 ........................................................ 16
4.3 电气设备的选择 ........................................................................ 17
4.3.1 断路器 ........................................................................... 17
4.3.2 隔离开关 ........................................................................ 19
4.3.3 电流互感器 ..................................................................... 20
4.3.4 电压互感器 ..................................................................... 21
第五章 课程设计总结 ......................................................................... 23
参考文献 ............................................................................................ 25 附录……………………………………………………………………………………………………26
【摘要】根据要求设计凝汽式火力发电厂电气一次部分，主要的任务是电气主接线的选择，主变压器和联络变压器的选择，短路电流的计算，断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器的选择。
【关键词】 火力发电厂 变压器 电气主接线 短路计算 电气一次设备
第一章 火力发电厂电气部分设计任务书
1.1 设计的原始资料
凝汽式发电厂：
（1） 凝汽式发电组3台：3×100MW，出口电压：10.5kV，发电厂次暂态电
抗：0.12；额定功率因数：0.8
（2） 机组年利用小时：Tmax=5700小时；厂用电率：8%。发电机主保护动作
时间0.1秒，环境温度36度，年平均气温为22度。
电力负荷：
送入220kV系统容量200MW，剩余容量送入110kV系统。
发电厂出线：
220kV出线3回； 110kV出线4回（50km），无近区负荷。
电力系统情况:
220kV系统的容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到发电厂220kV母
线短路容量为3400MVA，110kV系统容量为500MVA。
1.2 设计的任务与要求
（1） 发电机和变压器的选择
汽轮发电机的规格参数
220kV的联络变压器的型号。
（2） 电气主接线选择
注：火力发电厂的发电机-变压器接线方式通常采用单元接线的方式，注意
主变容量应与发电机容量相配套。110kV和220kV电压级用自耦变压器联接，相互交换功率，我们的两电压等级母线选用的接线方式为：220kV采用双母三分段接线，110kV采用双母线接线。
（3） 短路电流的计算
在满足工程要求的前提下，为了简化计算，对短路电流进行近似计算法。
结合电气设备选择选择短路电流计算点求出各电源提供的起始次暂态电流I’’，冲击电流ish，及计算短路电流热效应所需不同时刻的电流。
（4） 主要电气设备的选择
要求选择：110kV侧出线断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器。
第二章 电气主接线
2.1 概述
2.1.1 电气主接线设计的重要性
电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，因此
电气运行人员必须熟悉本厂电气主接线图，了解电路中各种电器设备的用途、性能及维护、检察项目和运行的步骤。其次，电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定。是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。再次，由于电能生产
的特点是：发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，也直接影响到工农业生产和人民生活。
2.1.2 电气主接线设计依据
（1） 对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。
（2） 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。
（3） 对于三级负荷一般只需一个电源供电。
2.1.3 电气主接线的设计原则
电气主接线的设计原则是：应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。
可靠性：衡量可靠的标准，一般是根据主接线型式机主要设备操作的可能
方式，按一定的规律计算出“不允许”事件发生的规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种主接线型式中择优。
灵活性：是指在调度时，可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路等；在检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备；在扩建时，可以容易的从初期接线扩建到最终接线。
经济性：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
器等一次设备，要是控制、保护不过于复杂，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，做到投资省。
2.2 电气主接线的设计
发电厂的主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和引出线。母线
（又称汇流母线）是中间环节，它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好几倍，故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换，还可以使接线简单明了和运行方便。
2.2.1 系统与负荷资料分析
（1） 工程情况
本设计根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为300MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装3台100MW机组,最大年利用小时数为Tmax =5700h>5000h,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此该电厂的电气主接线要求有较高的可靠性。该发电机端额定电压为10.5kV，厂用电为8% 。并且本设计需要做到的技术指标要求保证供电安全、可靠、经济，且功率因数达到0.8。
（2） 电力系统情况
220kV系统的容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到发电厂220kV母
线短路容量为3400MVA，110kV系统容量为500MVA。系统阻抗在最大运行方式下（SJ=100MVA），与110kV系统的联系阻抗为0.2，与220kV系统的联系阻抗为0.0294，两系统均视为无穷大容量系统。
（3） 负荷情况
有220 kV 和110kV两级电压与系统连接，220kV出线有3回，送入容量
为200MW，每回出线最大输送容量为83.33MVA；110kV出线有4回，送入容
量100MW，每回出线输送容量为31.25MVA。本厂无6～10 kV及35 kV出线。
（4） 环境情况
由原始资料可知，环境温度36度，年平均气温为22度，气象条件无其他
特殊要求。
（5） 设备情况
根据原始资料中给出了汽轮发电机的型号及参数，如表1所示。
表1 汽轮发电机的规格参数
其型号含义:
Q——汽轮机
F——发电机
S——水内冷
100——额定容量（MW）
2——2极
2.2.2 主接线的方案拟定
根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源的出线回
路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等的不同考虑，可以确定主接线方案，如表2 所示。
表2 主接线方案
电气主接线如下图：（具体大图见附录）
图1 电气主接线图
2.3 变压器的选择与计算
2.3.1 主变压器型式、容量和台数的确定原则
（1） 主变压器型式的确定原则
选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调
压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。
相数：在330kV及以下电力系统，在不受运输条件限制时，一般都应选用
三相变压器。500kV及以上的电力系统，应根据对制造条件、运输条件和可靠性要求等因素，经技术比较后，确定采用三相还是单相变压器，若选用单相变压器组，可考虑系统和设备的情况，装设一台备用相变压器。
绕组数:一般当最大机组容量为125MW及以下的发电厂，当有两种升高电
压向用户供电或系统连接时，宜采用三绕组变压器，但每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%及以上。否则绕组未能充分利用，反而不如选用两台双绕组变压器合理。200MW及以上的发电厂，通常采用双绕组变压器加联络变压器，当采用扩大单元接线时，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样可以大大限制短路电流。联络变压器一般应选三绕组变压器，而在中性点接地方式允许的情况下，宜选自耦变压器为宜，低压绕组可作厂用备用电源或厂用启动电源，亦可连接无功功率补偿。
根据以上原则可知，本系统主变压器选择三相双绕组变压器。
（2） 单元接线的主变压器容量的确定原则
单元接线时主变压器应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，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。
SN=1.1P(1−K)1.1×100×(1−0.08)=θ（3） 变压器台数的确定原则
发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和
系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联系的中、小型发电厂和低压侧电压为6～10kV的变电所或与系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。
考虑到本电厂有3台100MW发电机，且电厂和系统有较强联系，故
220KV电压等级接两台主变压器，110kV电压等级接一台主变压器。
2.3.2 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则
联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下，网络间的有功
功率和无功功率交换，一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求。
根据以上原则知，本电厂3台机组的最大容量为100MW，应根据100MW
发电机来选择联络变压器，又为了布置和引线方便，只选一台自耦联络变压器。 联络变压器为三绕组降压自耦变压器。
2.3.3 变压器的选择与计算
综上所述：该发电厂主接线采用3台三相双绕组主变压器和一台联络变压
器。3台主变压器分别和3台发电机组组成单元接线，联络变压器选用一台三相三绕组降压自耦变压器。
表3 主变压器的参数
S——三相
S 第二个 ——水冷式
F——风冷式
P——强迫油循环
7 ——设计序号
150000——额定容量 kVA
220——额定电压 kV
110——额定电压 kV
表4 联络变压器的参数
S——三相
F——风冷式
P——强迫油循环
S （第二个）——三绕组
O——自耦（型号之后，为降压自耦变压器）
7 ——设计序号
150000——额定容量 kVA
220——额定电压 kV
第三章 短路电流
短路计算在设计发电厂主接线的过程中有着重要作用，它为电气设备的选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。当短路发生时，对发电厂供电的可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能导致电力系统失去稳定，甚至造成系统解列。因此，对短路事故的计算是非常有必要的，而且是必须进行一项工作。
3.1 短路计算的条件
3.1.1 基本假设
（1） 正常工作时，三相系统对称运行。
（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。
3.1.2 一般规定
（1） 验算导体的电器动稳定、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，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地点。
导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。
3.2 短路电流的计算方法
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路电流计算，求得I”、ish、Ish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。
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的热稳定。 Sd——三相短路容量，用来校验断路器和遮断容量和判断容量是否超过规定值，作为选择限流电抗的依据。
注：选取基准容量为Sd=100MVA Ud=Uav =1.05Ue Sd——基准容量（MVA）； Uav——所在线路的平均电压（kV）。
3.2.1 等值阻抗图及其化简
图2 等值电路图化简一
发电机： S1=S2=S3=
100MW0.8
=125MVA
100
X1∗=X2∗=X3∗=0.12×100=0.096 /0.8
等值电源：ES1=3400MVA
Sd100 X8∗=XS1∗=ES1=ES=3400=0.0294
1∗
1
ES2=500MVA
S100 X9∗=XS2∗=ES1=ES=500=0.2
2∗
2
变压器： X4∗=X5∗=X6∗=
N
U%100
×
SSN
=
13100
×
100150
=0.0867
S24100K% X7∗=U×d=×=0.1600
100S100150
电缆： X10∗=0.4×50×
1001152
=0.1512
图3 等值电路图化简二
X11∗=X12∗=X13∗=0.0867+0.096=
0.1827
图4 等值电路图化简三
X14∗
0.1827==0.09135
S12=100×2/0.8=250MVA
图5 等值电路图化简四
X15∗=0.0294+0.1600+
0.0294×0.1600
=
0.2409
X16∗
0.09135×0.1600
=0.09135+0.1600+=0.7485
图6 等值电路图化简五
X17∗=0.2×0.1516× 0.1516+0.2+0.1872+0.2409+0.7485 =0.6826 X18∗=0.2409×0.1516×
10.15161
11111
+
10.21
+
10.18721
+
10.24091
+
10.74851
=0.8222
X19∗=0.7485×0.1516× 0.1516+0.2+0.1872+0.2409+0.7485 =2.5548 X20∗=0.1827×0.1516× 0.1516+0.2+0.1872+0.2409+0.7485 =0.6236 各支路计算电抗：
S12：Xca=2.5548×S3：Xca=0.6236×
各支路供给的短路电流： S12： I′′∗=
1
=0.1567 Xca>3.5时用其倒数
200
1
1
1
1
1
200
=6.3870
100
=0.7795
0.8×100
I′′=It=I∞=0.1567×
=0.1967(kA)
S3： I′′∗=1.3200，I‘’0.2=1.2100，I‘’4=1.4300 (由0.7795查得)
I′′=1.3200×
100100100=0.8284 kA =0.7593 kA
I′′0.2=1.2100×I′′4=1.4300×
ES1: I′′∗=
=0.8974 kA
1
=1.2164
0.8222
100=0.6106 kA
I′′=It=I∞=1.2164×
ES2: I′′∗=
1
=1.4650
0.6826
I′′=It=I∞=1.4650×
100=0.7354 kA
总的短路电流：I′′=0.1967+0.8284+0.6106+0.7354=2.3711 kA 总冲击短路电流：ish=2.55×I‘’=6.0463 kA
3.2.2 短路电流计算表
表5 短路电流计算表
第四章 电气设备的选择
电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。
4.1 电气设备选择的一般要求
(1) 所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；在满足可靠性要求的前提下，应尽可能的选用技术先进和经济合理的设备，使其具有先进性；
(2) 应按当地环境条件对设备进行校准；
(3) 所选设备应予整个工程的建设标准协调一致； (4) 同类设备应尽量减少品种；
(5) 选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。
4.2 电气设备选择的一般原则
正确的选择电器是使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，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。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。
4.2.1 按正常工作条件选择电器
（1） 类型和型式
根据设备的安装地点、使用条件等因素，确定是选户内型还是户外型；选用普通型还是防污型；选择装配式还是成套式；选择适合有人值班还是满足无人值班要求。
（2） 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。 （3） 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。
4.2.2 按短路状态校验
（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：
It2t≥Qk
式中：Qk —短路电流产生的热效应
It和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。满足动稳定的条件为：
ies≥ish
式中：ish—短路冲击电流有效值
ies—电器允许的动稳定电流
4.2.3 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条件，当气温、风速、温度、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θ＝＋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20%。
4.3 电气设备的选择
4.3.1 断路器
高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统发生短路故障时迅速的自动断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。灭弧能力是断路器的核心性能。
其选择的具体项目方法如下：
① 型式。除了满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑安装调试和运
行维护的方便。 ② 额定电压的选择：UN≥UNS ③ 额定电流的选择：IN≥Imax
④ 额定开断电流的检验条件：Ibr≥It 或I′′ ⑤ 热稳定校验：It2t≥Qk ⑥ 动稳定校验：ies≥ish （1） 初选断路器型号
发电机回路最大长期工作电流：
Igmax=PGNN
=1.05×
100=0.6589kA
根据UGN=115kV、Igmax=0.6589kA，查资料初选型号为：
SW4-110G/1000型断路器，其额定技术数据为：UN=110kV，IN=
1000A，额定开断电流Ibr=15.8kA，动稳定电流imax=55kA，热稳定电流（及时间）It=21kA(5s），固有分闸时间tg=0.06s，燃弧时间th=0.02s，tp2取1.92s
（2） 确定短路计算点和相应短路电流
短路热稳定计算时间：tk=tp2+tg+th=1.92+0.06+0.02=2s 0.5tk=1s
短路切除计算时间：t1=tp1+tg=0.1+0.06=0.16s 110kV侧线路短路时：I’’=2.3711kA、ish= 6.0463kA （3） 校验开断能力
t1=0.16s>0.1s
ikt=I′′ =2.3711kA
ish=6.0463kA
tk=2s>1s
故不需要计算非周期分量的发热影响。
Qp=
tk22 = I′′2+10I2 2.37112+10×2.33342+2.44072 =11.0044(kA2s) +I t0.5t短路全电流热效应
Qk=Qp=11.0044(kA2s)
满足要求。
通过以上计算表明选SW4-110G/1000型断路器满足要求。
表6 SW4-110G/1000型断路器
S——少油 W——户外 4——设计序号
110——额定电压（kV）
G——改进型
1000——额定电流（A）
4.3.2 隔离开关
隔离开关（俗称刀闸）没有专门的灭弧装置。主要有隔离电压、接通或断开很小的电流、与断路器配合或单独完成刀闸操作等用途。
隔离开关的型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的经济比较后确定。其选择的具体方法如下：
① 型式
② 额定电压的选择：UN≥UNS ③ 额定电流的选择：IN≥Imax ④ 热稳定校验：It2t≥Qk ⑤ 动稳定校验：ies≥im
（1） 由UNS=110kV，Igmax=0.6589kA，查有关手册，选GW4-110W/1000型隔离开关，其额定技术数据为：UN=110kV，IN=1000A，动稳定电流 imax=80kA，热稳定电流（及时间）It=21.5kA(5s）。 （2） 校验热稳定
Qk=11.0044(kA2s)
满足条件。 （3） 校验动稳定
ish=6.0463kA
满足条件。
表7 GW4-110/1000型隔离开关
型号含义：
G——隔离开关标志
W——户外式
4——设计序号
110——额定电压（kV）
1000——额定电流（A）
4.3.3 电流互感器
电流互感器是一种电流变换装置，可将高压电流和低压大电流变换成电压较低的小电流，供给仪表和继电器保护装置，并将仪表和保护装置与高压隔离电路隔开。电流互感器的二次电流均为5A，使测量仪表和继电保护装置使用安全、方便。因此，电流互感器在电力系统中得到了广泛应用。其选择和配置应按下列条件：
① 根据安装的场所和使用条件，选择电流互感器的绝缘结构（浇注式。
瓷绝缘式、油浸式等）、安装方式（户内、户外、装入式、穿墙式
等）、结构型式（多匝式、单匝式、母线式）、测量特性（测量用、
保护用、具有测量暂态的特性等）。
② 额定电压的选择为UN≥UNS
③ 电流互感器的一次额定电流不小于装设回路的最大持续电流。
IN≥Imax，电流互感器的二次额定电流，可根据二次负荷的要求分别
选择5A或1A等。
④ 准确级选择
电流互感器的准确级应符合其二次仪表、继电保护等的要求。用于电能测量的电流互感器，准确级不应低于0.5级。用于继电保护的电流互感器，误差应在一定的限值之内，以保证过电流时的测量准确度的要求。
⑤ 校验二次负荷的容量
为保证电流互感器工作时的准确度符合要求，电流互感器的二次侧负荷不超过（某准确度下）允许的最大负荷。
S2
或Z2
⑥ 热稳定校验应满足：(KrI1N)2≥Qk
Kr——热稳定倍数
⑦ 动稳定校验应满足(Kd× 1N)≥im
Kd——动稳定倍数
⑧ 此外还用校验电流互感器的外部动稳定（即一次侧瓷绝缘端部受电动
力的机械动稳定）。
Fy≥Fmax
（1） 由以上选择原则，查有关手册，选LCWD2-110型电流互感器，其额定技术数据为：UN=110kV，准确级次为0.5，1s热稳定倍数Kr=75，动稳定倍数Kd=130 。
（2） 校验热稳定
（75×1)2×1=5625(kA2s)≥Qk=11.0044(kA2s)
满足条件。
（3） 校验动稳定
(130× ×1)=183.8478kA≥im=6.0463kA
满足条件。
表8 LCWD2-110型电流互感器
型号含义：
L——电流互感器
C——瓷箱式
W——户外式
D——差动保护用
2——设计序号
110——额定电压（kV）
4.3.4 电压互感器
电压互感器TV（又称PT）是将高电压变成低电压的设备，分为电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器两种。其选择和配置应按下列条件：
① 选择结构类型、接线方式和准确等级
根据电压互感器安装的场所和使用条件，选择电压互感器和绝缘结构和安装方式。
一般35kV及以下可选用油浸式结构或浇筑结构，110kV及以上可选用串
级式结构或电容分压式结构，并根据需要选择一台单相电压互感器或由三个单相三绕组电压互感器构成的Y0/Y0/
② 选择额定电压
电压互感器一次绕组的额定电压应与安装处电网的额定电压相同，特别开口三角形绕组额定电压的选择，用于大接地电流系统的，应选择100V，用于小接地点流系统的。应选择100V/
③ 选择容量
为了保证互感器的准确度，电压互感器二次侧所带负荷的实际容量不能超过此额定容量。
由以上选择原则，查有关手册，选TYD110/ 型电压互感器
表9 TYD110/ -0.008型电压互感器
T——成套式
——电容式电压互感器
110——额定电压（kV)
0.008——额定电容（μF）
第五章 课程设计总结
经过近一周的时间，通过我们小组每一个成员的共同努力，凝汽式火力发电厂的设计已完成。在此次课程设计中，主要的任务是电气主接线的选择，主变压器和联络变压器的选择，短路电流的计算，断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器的选择，通过这些步骤的设计，使我们能熟练运用以前的所学知识，提高的自己的理论与实践结合的能力。
在这次设计的过程中，我们翻阅了许多的相关资料，进一步提高了利用手头所拥有的材料自习并完成设计的能力，更重要的是通过本次设计，我们能够
巩固所学的基本理论、专业知识，并综合运用所学知识来解决实际的工程问题，学习工程设计的基本技能，基本程序和基本方法。
所设计的凝汽式火电厂电气部分具有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工程建设规模要求。采用的电气主接线具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和可扩建发展的可能性等特点。所选主变经济、合理。在设计过程中，短路电流是按最严重情况考虑计算的，并结合实际环境，选择的电气设备提高了运行的可靠性，节约运行成本。
在刚开始决定这个课题的时候，我们对这个课题并没有任何了解，已知条件也不知道怎么使用，经过上网查阅有关资料、图书馆整理资料，终于对这个课题有点一点所谓的“感觉”。在查阅资料和分析的过程中，学习了许多相关专业知识和方法，不仅仅局限于书本上的东西，更学会了理论与实际相结合，加强了独立的分析问题、解决问题的能力。通过这次设计，使我们对发电厂的设计有了整体的了解，为我们今后的学习和工作都奠定了良好的基础。
发电厂课程设计是理论知识的具体运用，是一种综合能力的强化，通过设计，我了解了发电厂的基本整体设计思路，由于部分条件的理想化，难免与实际发电厂线路设计以及电气设备的选择有出入。通过这次设计，将前面所学的知识运用到了设计之中，更好了融会贯通了各学科之间的联系，所学的理论和实践结合起来更好的达到了学以致用的效果，原来模糊的概念在这次设计中得以清晰化、条理化，特别是短路计算，得到了明显的加强。在这次设计中，通过查阅各种资料，也对发电厂电气部分的知识有了更进一步的拓展了解。此次设计不仅加强了专业课的知识运用，同时也对以后工作中可能遇到的问题有了提醒，各部分都是相互联系的，稍有错误将导致后续部分分析全部错误，这也提醒了我们学习需要很好的严谨性。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课
程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
课程设计过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。团结就是力量，用近一周的时间完成两周课程设计的任务，只有互相之间默契融洽的配合、大家共同的努力付出才能换来最终完美的结果。
本次设计过程中，得到了谭老师和同学们的很大的帮助，使我顺利的完成了这次课程设计。在此由衷表示感谢！
【参考文献】
[1] 熊信银，朱永利. 发电厂电气部分. 3版. 北京：中国电力出版社，2004
[2] 王士政，冯金光. 发电厂电气部分. 3版. 北京：中国水利水电出版社，2001
[3] 涂光瑜. 汽轮发电机及电气设备. 北京：中国电力出版社，2007
[4] 熊信银,张步涵. 电力系统工程基础. 武汉：华中科技大学出版社，2005
[5] 陈跃. 电力系统分析手册. 2版. 北京：中国水利水电出版社，2008
[6] 傅知兰. 电力系统电气设备选择与实用计算. 北京：中国电力出版社，2004
[7] 熊信银，唐巍. 电气工程概论. 北京：中国电力出版社，2008
[8] 陈启卷. 电气设备及系统. 北京：中国电力出版社，2006
[9] 张重锁，应震华，康健等. 电力工程电气设备手册. 北京：中国电力出版社，1998
[10] 谢毓城. 电力变压器手册. 北京： 机械工业出版社，2014
[11] 施大治，欧阳可文，欧俊锋等.Auto CAD2011. 北京： 机中国青年出版社，2011
附 录：