发电厂电气部分课程设计

《发电厂电气部分》课程设计

100MW火力发电厂电气部分

学院：交通学院

姓名：高广胜

学号：1214010004

专业：13能源与动力工程指导老师：马万伟

时间：2015年12月

课程设计任务书

一、设计题目

100MW火力发电厂电气部分设计

二．设计内容

1. 对发电厂在系统中的地位和作用及所供用户的分析；

2. 选择发电厂主变压器的台数、容量、型式；

3. 分析确定各电压侧主接线形式；

4. 分析确定厂用电接线形式；

5. 进行选择设备和导体所必须的载流导体的选择；

6. 选择变压器高、中、低压侧的断路器、隔离开关；

7. 选择配电装置型式及设计；

8. 用AutoCAD绘制发电厂电气主接线图。

三、课程设计的要求与数据

1、根据电力系统的发展规划，拟在某地区新建一座装机容量为100MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装1台100MW机组，发电机端电压为10.5kV。电厂建成后以10kV电压供给本地区负荷,其中有钢厂、毛纺厂等，最大负荷为68MW，最小负荷为34MW，最大负荷利用小时数为4200小时，全部用电缆供电，每回负荷不等，但平均在4MW左右，送电距离为3～6km。并以35kV电压供给附近的水泥厂用电，其最大负荷为58MW，最小负荷为32MW，最大负荷利用小时数为4500小时。负荷中I类负荷比例为30%，II类负荷为40%，III类负荷为30%。

2、计划安装两台100MW的汽轮发电机组，功率因数为0.85，厂用电率为6%，机组年利用小时Tmax=5800小时。

5、气象条件：绝对最高温度为35℃；最高月平均温度为25℃；年平均温度为12.7℃；风向以西北风为主.

6、以100MVA为基准值，母线上阻抗为1.95，Qk=165kA2s，未知系数0.8-1.2.，

三相短路电流=4.5kA，短路电压=6KV，Sj=100MV.A,Uj=10.5kv.

四、课程设计应完成的工作

1、设计说明书、计算书一份；

2、主接线图一张；

前言 .................................................................................................................................................. 4

一、电气主接线设计 ....................................................................................................................... 5

1.1 设计原则和基本要求 ....................................................................................................... 5

1.2原始资料介绍 .................................................................................................................... 6

1.2.1三种主接线方案 .................................................................................................... 6

1.2.2方案的评定 ............................................................................................................ 6

1.3 发电机的选择 ................................................................................................................... 7

1.4主变压器的选择 ................................................................................................................ 8

二、厂用电设计 ............................................................................................................................... 9

2.1 厂用电设计原则 ............................................................................................................... 9

2.2 厂用电设计的要求 ......................................................................................................... 10

2.3 厂用负荷分类 ................................................................................................................. 10

2.4厂用变压器的选择 .......................................................................................................... 10

2.4.1厂用变压器的选择原则 ...................................................................................... 10

2.4.2 厂用变压器的选择 ............................................................................................. 10

2.4.3厂用高压启动/备用变的选择 ............................................................................ 11

2.5本厂厂用电设计 .............................................................................................................. 11

2.5.1厂用电设计说明 .................................................................................................. 11

2.5.2厂用电主接线图 .................................................................................................. 11

三、短路电流计算 ....................................................................................................................... 12

3.1短路电流计算的目的 ...................................................................................................... 12

3.2 短路电流计算 ................................................................................................................. 12

3.3 母线材料、截面形状和布置方式的选择 ..................................................................... 12

3.4母线截面尺寸选择 .......................................................................................................... 12

四、电器的设备选择 ..................................................................................................................... 14

4.1电气设备选择的原则 ...................................................................................................... 14

4.1.1导体和电器的选择设计原则 .............................................................................. 14

4.1.2 导体和电器选择和校验原则 ............................................................................. 14

4.2 断路器的选择与校验 ..................................................................................................... 14

4.2.1断路器选择的技术条件 ...................................................................................... 14

4.2.2 35KV出线侧断路器选择与校验 ........................................................................ 15

4.3隔离开关的选择和校验 .................................................................................................. 18

4.3.1 隔离开关选择的技术条件 ............................................................................... 199

4.4高压熔断器的选择与校验 .............................................................................................. 20

4.4.1高压熔断器选择的技术条件 .............................................................................. 20

4.4.2发电机出口与电压互感相连接的熔断器的选择 .............................................. 20

4.5电压互感器的选择与校验 .............................................................................................. 21

4.6电流互感器的选择与校验 .............................................................................................. 22

五、配电装置布置 ......................................................................................................................... 24

5.1屋内外配电装置 .............................................................................................................. 26

5.1.1 220KV配电装置 ...................................................................................................... 26

5.1.2主变压器及35KV配电装置 .................................................................................... 26

5.2电器总平面布置 .............................................................................................................. 26

六、过电压保护 ............................................................................................................................. 27

6.1.1雷害来源 .................................................................................................................. 27

6.1.2避雷针作用 .............................................................................................................. 27

6.2雷电过电压的形成与危害 .............................................................................................. 27

6.3电器设备的防雷保护 ...................................................................................................... 27

6.3.1发电厂和变电所的防雷保护 .................................................................................. 28

6.3.2架空输电线的防雷保护 .......................................................................................... 28

6.3.3直配旋转电机的保护 .............................................................................................. 28

6.3.4配电网的防雷保护 .................................................................................................. 28

6.4避雷针的配置原则 .......................................................................................................... 28

6.5避雷针位置的确定 .......................................................................................................... 28

6.6防雷保护措施 .................................................................................................................. 29

6.6.1发电厂的直击雷防护 .............................................................................................. 29

6.6.2架空输电线路的防雷保护 ...................................................................................... 30

6.6.3旋转电机的防雷保护 .............................................................................................. 31

6.6.4变压器中性点防雷保护 .......................................................................................... 32

6.6.5母线避雷器的选择 .................................................................................................. 33

总结 ................................................................................................................................................ 34

参考文献......................................................................................................................................... 35

前言

电力行业是国民经济的重要行业之一，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，它为现代工农业、交通运输业、国防、科技和人民生活等方面都得到了广泛的应用。如今，电力行业紧跟着经济发展的脚步，随着发电设备容量的不断加大，电力行业的自动化程度越来越高，相应的对电力系统的安全性、稳定性的要求也越来越高。

本次的设计题目是：100MW发电厂电气部分初步设计，主要是进行电气主接线设计，通过方案比较确定主接线方案，选择发电机和主变压器；厂用电设计，选择厂用变压器；通过短路电流计算，进行主要电气设备选择及校验，发电机组保护设计以及配电装置设计；通过此次设计使学生对自己所学专业知识在临近毕业前进行一次检验和巩固，同时利用自己所掌握的知识初步的设计出一个符合实际的能够安全运行的电厂。

发电厂的电器主接线是电力系统接线的重要组成部分，是由规定的各种电气设备的图形符号和接线所构成的表示接受和分配电能的电路。它不仅表示出各种电气设备的规格、数量、连接方式和作用，而且反应了各电力回路的相互关系和运行条件，从而构成了发电厂或变电所电气部分的主体。拟定一个合理的电气主接线方案，不仅与电力系统及发电厂、变电所的电气设备选择、配电装置布置、继电保护配置和控制方式等都有重大的影响。

发电厂的常用点接线表明了厂用电系统供电所用的主要设备（厂用变压器、厂用母线、断路器以及电源设备等）和接线方式。

表明电气主接线和厂用点接线的图分别称为电气主接线方案是发电厂电气部分设计中很重要而且又很复杂的工作，在设计时必须按照国家经济建设的方针政策和生产运行的实践经验，结合具体工程情况，尽可能地、积极稳定地采用成熟的新技术、新设备，经过全面的技术经济比较，做到技术先进、经济合理、安全适用。

通过本次设计，对中小型发电厂有一个全方位的了解和认识，将所学的理论知识与实际相结合，在巩固自己的所学的专业知识的同时，也使自己更能胜任今后的工作。

一、电气主接线设计

1.1 设计原则和基本要求

1、发电厂电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路、断路器、等其它电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输电和配电的任务。电气主接线的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置安装，关系到电力系统的安全、稳定和经济运行。

2 、电气主接线设计的原则依据

（1）发电厂电气主接线方案的选择，主要决定发电厂的类型、工作特性、发电厂的容量、发电机和主变压器的台数和容量。

（2）发电厂建设规模应根据电力系统5～10年发展规划进行设计。

（3）供电和负荷关系

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，能保证全部一级负荷不间断供电。

对于二级负荷一般要有两个独立的电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷电源

对于三级负荷一般只需一个电源供电

3、设计主接线的基本要求

（1）可靠性

断路器检修时，不影响供电

线路、断路器或母线检修时，停运出线回路数越少和停电时间越短越好，办证对重要哟过户的供电。

（2）灵活性

调度灵活，操作简便：应能灵活地投入某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

检修安全：应能方便地停运断路器、母线极其继电保护设备。进行安全检修而不一那影响电力网的正常运行及对用户的供电。

（3）经济性

投资省：主接线应简单清晰，控制、保护方式不过于复杂，适当限制断路器电流。

地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件

电能损耗少：经济合理地选择主变压器的形式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失

1.2原始资料介绍

1、凝汽式发电厂建设规

（1）装机容量：装机1台，总容量100MW

（2）机组年利用小时数取Tmax=5800h

（3）环境条件：绝对最高温度为35℃；最高月平均温度为25℃；年平均温度为12.7℃；风向以西北风为主.

（4）厂用电率6％

2 、电厂与电力系统连接情况

（1）电厂联入系统的电压等级35Kv 10KV

（2）35KV 10KV架空线四回，cos0.85

（3）归算到35Kv系统的等值电抗1.95

（4）35KV主保护动作时间为0.01s，后备保护动作时间为1s

1.2.1三种主接线方案

方案一单母线接线方案二双路母线带旁路母线接线

方案三单母线分段带旁母线接线

1.2.2方案的评定

由原始资料可知，设计为大型火电厂，其机组容量为100MW，最大单机容量100MW，年利用小时数为5800h，在电力系统中承担主要负荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性，发电机出口电压为10KV，采用单元接线。35KV电压等级，由于负荷容量小，电压低，输电距离较近，为保证其可靠性，可选可靠性一般的接线，故可采用单母线接线或双母线接线。

先满足可靠性的要求根据上述比较，方案三明显比方案一和方案二的可靠性好。所以选择方案三。

1.3 发电机的选择

对于100MW及以上的发电机组：一般与双绕组变压器组成单元接线，主变压器的容量和台数与发电机容量配套选用

故查的发电机的型号为QFS-100-2

1.4主变压器的选择

根据方案二的接线图，由主接线形式可知，本厂1#变压器容量，主变压器的容量选择如下：

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。

已知:PG100MW,cos0.85

DL 5000-2000《火力发电厂设计技术规程》规定：

（1）接于发电机电压母线与升高电压母线之间的主变压器容量SN按下列条件选择：

1）当发电机电压母线上的负荷最小时（特别是发电厂投入运行初期，发电机电压负荷不大），应能将接于发电机电压母线上发电机发出的功率减去发电机电压母线上的最小负荷而得到的最大剩余功率送至系统（计算中不考虑稀有的最小负荷情况），即

SN

100（10.06）/0.8534/0.85/1PNG(1KP)/cosGPmin/cos/n（MVA) (1-1) 

70.58（MVA）

2）当发电机电压母线上的负荷最大且其中容量最大的一台机组退出运行时，主变压器应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上最大负荷的需要，即

'SNPmax/cosPNG(1KP)/cosG

68/0.85

80（MVA）（MVA） (1-2)

4）对水电厂比重较大的系统，由于经济运行的要求，在丰水期应充分利用水能，这时有可能停用火电厂的部分或全部机组以节约燃料，火电厂的主变压器应能从系统倒送功率，满足发电厂电压母线上最大负荷的需要，即

'SNPmax/cosPNG(1KP)/cosG

68/0.85

80（MVA）（MVA） (1-3)

对以上各式计算结果进行比较，取其中最大者。

接于发电机电压母线上的主变压器一般说来不少于2台，但对主要向发电机电压供电的地方电厂、系统电源主要作为备用时，可以只装设1台。查得其主变压器型号为：SFZ7-31500/110

表1-3变压器参数表

二、厂用电设计

发电厂装有许多设备，如照明、充电机、鼓风机等等，这些称为自用负荷。在店里系统中，发电厂的自用电负荷是最重的负荷。如不能保证对自用负荷的正常供电，则发电厂便不能正常工作，这就要影响系统的正常运行和经济运行。因此，自用电的设计和安全的运行，是十分重要的任务。

2.1 厂用电设计原则

厂用电设计的一般原则

（1）对厂用电设计的要求

厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重的采用经过实验鉴定的新技术和新设备，是设计达到技术先进，经济合理。

（2）厂用电电压

对于火电厂当容量100MW到300Mw时，高压厂用电一般采用6KV，低压厂用电采用380/220V的三相四线制系统。

（3）厂用母线接线方式

高压厂用电系统应采用单母线。锅炉容量为130至220T/H时，一般每炉由一段母线供电；容量为400T/H及以上时，每炉由两段母线供电，并将两套辅机电动机分接在两段母线上，两段母线可由通一台厂用变压器供电；容量为65T/H时，两台锅炉可用一段母线。低压厂用电系统应采用单母线接线。当锅炉容量在220T/H及以下，且接有机炉的I类负荷时，一般按机炉对应分段，并用刀开关将母线分为两个半段；锅炉容量在100T/H及以上时，每台机炉一般由两段母线供电。当公用负荷较多、容量较大、采用集中供电方式合理时，可设立公用母线，但应保证重要公用负荷的供电可靠性。

（4）厂用工作电源

高压厂用工作电源一般采用下列引接方式：

当有发电机电压母线时，由各母线引接，供给接在该母线上的机组的厂用负荷。 当发电机与主变压器采用单元接线时，由主变压器低压侧引接，供给本机的厂用负荷。容量100MW发电机组，厂用分支采用分相封闭母线。

（5）厂用电或启动电源

高压厂用电源一般采用下列引接方式：

 当无发电机电压母线时，一般由高压母线中电源可靠的最低一级电压引接，或由联络变压器的低压绕组引接，并应保证在发电厂全停的情况‘能从电力系统取得足够的电源

当由发电机电压母线时，一般由该母线引接1个备用电源。 当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路作为高压厂用备用或启动电源。（6）交流事故保安电源

200MW及以上的发电机组应设置交流事故保安电源，当厂用工作和备用电源消失时。应自动投入，保证交流保安负荷的启动，并对其持续供电。对于100MW机组，无需设置事故保安电源。 2.2 厂用电设计的要求

厂用电接线除应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足下列特殊要求：

尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。充分考虑发电厂正常、事故、检修、起动等运行方式下的供电要求。切换操作简单。便于分期扩建或连续施工。对公用负荷的供电，要结合远景规模统筹安排。

2.3 厂用负荷分类

按其负荷的重要性一般分为以下四类：（1）事故保安负荷。

可分为直流保安负荷、直流不停电保安负荷、允许短时停电的交流保安负荷。

（2）I类负荷

短时的停电可能影响人身或设备安全，使生产停顿或发电量大量下降的负荷。

（3）II类负荷

允许短时停电，但停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。

（4）III类负荷

长时间停电不会直接影响生产的负荷。如中央修配厂、实验室等的用电设备。对III类负荷，一般由1个电源供电。 2.4厂用变压器的选择

2.4.1厂用变压器的选择原则（1）高压厂用备用变压器（或电抗器）或启动/备用变压器，带有公共负荷时，其容量还应满足最大一方高压厂用工作变压器的要求，并考虑该启动/备用变压器检修的条件。高压厂用备用变压器或启动/备用变压器自投负荷最大的一段厂用母线时，如不满足所带的一类电动机自启动的要求；亦采用分批自启动的方式而不宜增大备用变压器或启动/备用变压器的容量（2）低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。 2.4.2 厂用变压器的选择

SmaxPGkr/cos1006%/0.857.06(MVA) （2-1）

故查的其型号为 SF7-8000/35

表2-1变压器参数表

2.4.3厂用高压启动/备用变的选择应为此变压器作用为启动/备用，当厂用便器故障或检修时，能保证厂用电不停电，故应选其最大一台的容量。故查得型号为SF7-8000/35. 表2-2变压器参数表

2.5本厂厂用电设计 2.5.1厂用电设计说明

本厂为100MW发电机组，发电机组与主变压器采用单元接线，厂用电由主变压器低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。本厂为1台发电机组，所以选择1台变压器，且配备1台高压气启动/备用变压器，1#启动/备用变压器供1#发电机备用，高压厂用电压采用6KV，低压厂用采用380/220V的三相四线制系统。厂用分支采用分相封闭母线，因为本厂单台发电机的容量为100MW，所以无需设置事故保安电源。 2.5.2厂用电引接线图

三、短路电流计算

3.1短路电流计算的目的

在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算时其中的一个重要环节。其计算的目的主要有一下几个方面：

（1）在选择电气主接线时，为了比较各种方式接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需要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情况下都能安全、可靠地工作同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离

（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路电流为依据。（5）接地装置的设计，也需要用短路电流。 3.2 短路电流计算短路电流

Ib

4.6KA (2-2) 3UB

3.3 母线材料、截面形状和布置方式的选择

母线一般采用导电率高的铝、铜型材料值成的，由于铝的成本低，现在除了对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发动机、变压器出线端部，或对采用硬铝导体穿墙套管有困难，以及对旅游较严重的腐蚀的场所用铜导体外，普遍采用铝导体。

常用的硬母线截面形状为矩形、槽型和管型，因为，管型母线具有机械强度高，集肤效应小的优点，且其电晕放电电压较高，管内可通风或通水进行冷却，从而使载流量增大。

母线的布置方式应综合考虑载流量的大小、短路电流的大小和配电装置的具体情况确定。

综合考虑上述条件，选用铝制管型母线，水平布置。 3.4母线截面尺寸选择

（1）为了保证母线的长期安全运行，母线导体在周围介质极限温度tim和导体正常发热最高允许温度N下的允许电流IN，经过修正的数值应大于或等于流过导体的最大持续工作电流IWmax，即 IWmaxKIN1000

（2）导体经济截面Ssec计算式为 SsecIWmax1000649.35mm2 (2-3)

1.52

裸导体热稳定校验公式为

SSmin

kfQkC



1651000

4.67mm2

(2-4)

（4）动稳定的校验

由于硬母线都安装在支持绝缘子上，当短路冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力，因此，母线应进行短路机械强度计算。

按照母线与绝缘子、金具的连接特点，母线的每个支持点都属于简支。在跨数很多、母线所受载荷是同向均匀分布电动力的情况下，可以把母线作为自由支撑在绝缘子上的多跨距，载荷均匀分布的连续梁来考虑。在电动力的作用下，当跨距数大于2时，母线所受的最大弯矩

f2107i1i2

0.25(N/m) (2-5) a

fL20.250.82

M0.016(Nm) (2-6)

1010

母线最大相间计算弯曲应力为cmaxM

0.016

320Pa (2-7)

49.9106

求出的母线最大相间计算应力cmax不超过母线材料的允许应力y即有

cmaxy此时，认为母线的动稳定是满足要求的。不同的母线材料的允许应

力y 见下表

不同母线材料的允许应力y（Pa）

四、电器的设备选择

4.1电气设备选择的原则

4.1.1导体和电器的选择设计原则

导体和电器的选择设计，必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。

1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要;

2、应按当地环境条件校核； 3、应力求技术先进和经济合理； 4、选择导体时应该尽量减少品种；

5、扩建工程应尽量使用老电器型号一致； 4.1.2 导体和电器选择和校验原则

在选择导体和电器时，一般按下表所列各项进行选择和校验。选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保持正常运行 1、长期工作条件

 电压选用的电器在允许最高工作电压Umax不低于该回路的在运行电压Uz，即

Umax ≥ Uz

电流选用的电器额定电流In不低于所在回路在各种可能方式下的持续工作流

IgxIg

2、短路稳定条件 校验的一般原则 1）电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动稳定校验。校验的短路电流一般取三相时的短路电流，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回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，则按严重情况校验。

2）用熔断器保护的电器可不校验热稳定。当熔断器有限流作用，可不验算稳定。

有熔断器的电压互感器，可不验算、热稳定。短路的热稳定条件：It2tItdz 短路的动稳定条件：Imaxicb

4.2 断路器的选择与校验 4.2.1断路器选择的技术条件

断路器的选择除需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，并经技术经济比较后才能确定。电压110~500KV的电网，当少油断路器技术条件不能满足要求时，可选用六氟化硫或空气断路器；大容量机组采用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。

断路器的功能，正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备接入电路或退出运行，起着控制作用；故障时，快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起到保护作用。其最大的特点是断开电路中的负荷电流与短路电流。（1）电压：（电网工作电压）Us

UN

（2）电流：（最大持续工作电流）ImaxIN （3）开断电流：（或开断容量）：Ids

Idz——断路器实际开断时间

Ibr

T秒的短路电流周期分量

Ibz——断路器额定开断电流 Sdz——断路器

T秒的开断容量

Skd——断路器额定开断容量

断路器的实际开断时间T，为继电主保护动作时间与短路器固有分闸时间之和。

（4）动稳定：icbImax

icb——三相短路电流冲击值

Imax——断路器极限通过电流峰值。

(5)热稳定:ItdzItt

I——稳定三相短路电流 tdz

——短路电流发热等值时间（又称假想时间）

T秒热稳定电流

It——断路器

4.2.2 35KV出线侧断路器选择与校验（1）35KV出线侧断路器型号选择：

1.05SN1.0572

1.25(KA) (4-1) 变压器高压侧：Igmax

3UN335

选用ZN-35型断路器

表4.1 断路器参数表

校验：

① 额定电压：UN35(KV),Ug35KV,UNUg ② 额定电流：IN1.25(KA),Igmax1.25(KA),INIgmax ③ 开断电流：I1(KA),Ibr16(KA),IIbr ④ 动稳定校验：ick

````

100KA,ish40KA,ickish

⑤ 热稳定校验：Itt1641024KAS



``

I``

1.2821 I

tdxtx0.05``22.680.051.28222.762S

Itdx3.96222.76243.3563KA2S ItdxItt

（2）1# 发电机厂用启动备用变压器测断路器型号选择：



Igmax1.05IN1.05

SN8

1.050.139KA (4-2) UN335

选用ZN-35型断路器。

表4.2 断路器参数表

校验：

额定电压：UN35(KV),Ug35KV,UNUg

②额定电流：IN③开断电流：I

1.25(KA),Igmax0.139(KA),INIgmax 1(KA),Ibr16(KA),I``Ibr

④动稳定校验：ick⑤热稳定校验：It

KA,ishKA,ickish

t16241024KA2S



``

I``

1.2821 I

tdxtx0.05``22.680.051.28222.762S

Itdx3.96222.76243.3563KA2S ItdxItt

所以，满足要求。

（3）1# 号发电机6KV侧厂用断路器型号选择：



Igmax1.05IN1.05

SN25

1.052.526KA (4-3) UN36

选用ZN12-10型断路器

校验：

①额定电压：UN②额定电流：IN③开断电流：I

10(KV),Ug6KV,UNUg 3.15(KA),Igmax2.526(KA),INIgmax

22.1243(KA),Ibr50(KA),I``Ibr

④动稳定校验：ick⑤热稳定校验：It

KA,ickish 125KA,ish53.9018

t50237500KA2S



``

I``22.1243

0.9981 I22.1246

tdxtS0.05``22.5

0.050.99822.55S

Itdx22.146622.551250.70KA2S

ItdxItt

所以，满足要求。



4.3隔离开关的选择和校验

4.3.1 隔离开关选择的技术条件检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电压隔离，以确保检修安全。倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时常用隔离开关配合断路器，协同操作完成，分合小电流，具有一定的分合电感电容电流的能力。技术条件如下：

（1）电压：Ug（电网工作电压）UN （2）电流：Igmax（最大工作电流）IN （3）动稳定：icbimax （4）热稳定：IttxItt

4.3.2 35KV主变高压侧隔离开关选择和校验

Igmax

1.05SN1.0572

1.25(KA)(4-4) 3UN35

选用 GN16-35型隔离开关

校验：

① 额定电压：UN

35(KV),Ug35(KV),UNUg

② 额定电流：IN1.25(KA),Igmax1.25(KA),INIgmax ③ 动稳定校验：igs125(KA),icA12.950(KA),igsicA

It2t25242500(KA2S)I''5.0781.2821

I3.962

tdxtz0.05''2

④ 热稳定校验：

2.680.051.2822.743(S)

Itdx3.9622.74343.058(KA2S)2ItdxIt2t

表4-6见

4.4高压熔断器的选择与校验 4.4.1高压熔断器选择的技术条件

熔断器在满足可靠性和下一段保护的前提下，当在本段保护内发生短路时，应能在最短时间内切除故障。常用于保护电力电容器，配电线路和变压器，厂中，35kv以下，多用于保护电压互感器。

（1）电压：Uw

Uws，限流式高压熔断器不宜使用在工作压力低于其额定

电压的电网中，以免因过电压而使电网中的电器损失。

（2）电流：IM

In

In————三相短路电流周期分量；

IM————熔断器开断电流

4.4.2发电机出口与电压互感相连接的熔断器的选择（1）选择: 额定电压：UN

10KVUNS10KVU

Uxs

表4-9熔断器型号表

（2）校验：

IM

200

*11.55(KA)I ;1(KA)IM10

I''

所选熔断器满足要求。

4.5电压互感器的选择与校验

4.5.1电压互感器选择的技术条件 1、电压互感器的选择

（1）电压互感器的配置原则

应满足测量、保护、同期和自动装置的要求；保证在运行方式改变时，保护装置不失压、同期点两侧都能方便地取压。

（2）线路：当需要监视和检测线路断路器外侧有无电压，供同期和自动重合闸使用，该侧装一台单相电压互感器。

（3）主变压器：根据继电保护装置、自动装置和测量仪表的要求，在一相或三相上装设。

2.型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择：

（1)6-20KV屋内配电装置，一般采用油㓎绝缘结构的电压互感器。（2)35-110KV的配电装置，一般采用油㓎绝缘结构的电压互感器。（3）220KV以上，一般采用电容式电压互感器和六氟化硫断路器。 3.电压互感器的技术条件

（1）将一次回路的大小电压变为二次回路的标准的低电压（100KV）；（2）使二次设备与高压部分隔离，且二次侧接地，以保证安全。

4.5.2 35KV架空线侧电压互感器的选择选择 TYD，35/

350.1//0.1KV

30.005 变比 4.5.3 35KV 母线侧电压互感器的选择

选用TYD, 35/

350.1//0.1KV

0.005 变比 33

4.5.4 35KV 主变高压侧电压互感器的选择选用 TYD,35/

350.1//0.1KV

变比 30.005

4.6电流互感器的选择与校验

1.电流互感器选择的技术条件

（1）将以此回路的大电流变为二次回路的标准的小电流（5A或1A）；（2）使二次设备与高压部分隔离，且二次侧接地，以保证安全。 2.电流互感器的配置原则：

（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应装设电流互感器，发电机和变压器的中性点、出口。

（3)对直接接地系统，一般按三相配置。

2.参数选择：

电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种，一般弱点系统用1A，强电系统同用5A，当配电装置距离控制室较远时，亦可考虑用1A。 (1)一次额定电流的选择：当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表有最佳工作，并在过负荷时，使仪表有适当的指示。电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般情况下，可按变压器额定电流的1/3进行选择。

当保护和测量仪表共用一组电流互感器时，只能选用相同的一次电流。一次侧额定电流：IInIg.max

IIn为电流互感器原边额定电流，Ig.max为电流互感器安装处一次回路最大工作电

流。

（2)一次侧额定电压：UnUg

为电流互感器安装处一次回路的工作电压，Un为电流互感器额定电压。

(3)准确等级的选择

电流互感器准确等级的确定与电压互感器相同。需先知电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及以准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表计来选择。（4）热稳定校验

电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流IIn来校验

（IInKt）I2tdx

Kt———CT

的1s热稳定倍数

（5）动稳定校验

内部动稳定可用下式校验： 2IInKdxich

IIn———电流互感器的一次绕组额定电流（A） Ich———短路冲击电

4流的瞬时值（KA）

Kdx——CT的1s动稳定倍数

第五章配电装置布置 5.1 屋内外配电装置

配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外型尺寸，检修运输的安全距离等因素而决定，对于散露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为最高正常工作电压或出现内外过电压时，不致使空气间隙击穿。

表2 屋外配电装置的安全净距（mm）

A值与电极形状、冲击电压波形、过电压及其保护水平和环境条件等因素有关，一般地说，220kv以下的配电装置，大气过电压起主要作用，330kv及以上，内过电压起主要作用，采用残压较低的避雷器时，A1和A2值可减小，屋内、外装置中各有关部分之间个电压等级，500KV采用屋外配电装置，35KV采用屋内配电装置.

5.1.1. 220kV配电装置

220kV配电装置采用双母线分段，本期不分段，远景双分段。220kV远景16回，本期7回出线。考虑到220kV设备（包括悬吊阻波器）吊装高度相对比较低，为体现尽量减少布置场地的原则，220kV配电装置出线侧不设置道路，而在220kVGIS北侧设置道路用于配电装置的运输和吊装。

GIS用户外分相式，断路器单列式布置方式，出线构架采用双间隔共用方式，横梁宽度25.5m。构架横梁上挂线点及出线设备的相间及相-地距离分别为3.5m和3m;每个间隔允许悬挂3相直径不大于1.2m的阻波器。

220KV配电装置布置方案

考虑14回向南出线，2回向西出线，全部为架空出线。

注：对于大电流阻波器，由于常规设备的直径较大，难以满足带电距离的要求，在实际工程中应在阻波器设备招标文件中限制其直径，以满足三相悬挂的布置尺寸要求。

5.1.2、主变压器及35kV配电装置

(1)35kV无功设备以主变为单元分组配置，每台主变35kV侧安装1组60Mar电抗器和2组60Mar电容器。本期一台主变的规模上1组电抗器和2组电容器。35kV配电装置接线按单母线接线进行设计，不装设总断路器。投切并联电抗器和电容器的断路器装设在电源侧。本期上一台工作站用变，其电源从本期主变35kV母线引接。

（2）35kV之间的间隔距离如下：电容器组间隔之间：10.5m；

电容器组和电抗器组隔之间：11.5m; 电抗器电容器组间隔之间：11m.

(3) 主变压器及35KV配电装置布置方案：远景4台单相750MVA主变压器，每台主变35kv侧带1组电抗器和2组电容器，采用36m宽主变架构。35kV母线呈“L”字形布置，主变35kV侧角接母线布置，相间距离为2m，为节约占地和模块化设计，无功设备的35kV管母线垂直于35kV角接母线布置，母线相间距离为1.5m。管母支持绝缘子可采用12.5kN等级产品，管母线的最大跨度控制在14m以下。 5.2电气总平面布置

根据变电站本期及远景各级电压的假设进出线方向，本工程电气总平面布置的布局为“自北向南500kV配电装置-主变压器及35kV配电装置-220kV配电装

置”。

由于采用模块化设计，总平面布置是由各级配电装置方案及站前区拼接而成，本设计总平面布置如下：

远景4台750MVA主变压器，北侧为“500kV配电装置布置”，中部为“主变及35kV配电装置布置”，南侧为“220kV配电装置布置”，站前区位于站区东侧。

第六章过电压保护 6.1 概述 6.1.1雷害来源

雷击是一种自然现象，它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力。几个世纪来，人类通过对雷击破坏性的研究、探索，对雷电的危害采取了一定的预防措施，有效地降低了雷害。雷害主要来源有直击雷、感应雷和雷电浪涌。 6.1.2 避雷针作用

防止雷电对设备的造成过电压，从被保护物体上方引导雷电通过，并安全埋入大地，防止雷电直击，减小在其保护范围内的电器设备（架空输电线路及通电设备）和建筑物遭受直击雷的概率。 6.2雷电过电压的形成与危害

(1)直击雷过电压

雷电直接对电气设备、输电线、建筑物或其他物体直接放电，简称直击雷。直击雷过电压又引起数万安的强大雷电流通过被击物体而入地，产生破坏性很大的热效应和机械效应，击坏设备，引起火灾，甚至造成人身伤亡。利用避雷针和避雷线，可使各种建筑物、输电线路和电气设备免遭直击雷的危害。避雷针主要用于保护建筑物、发电厂变电所等免受直击雷的危害，避雷器主要用以保护架空输电线路[17]。

本次设计中，采用避雷线保护架空线路，采用避雷针对发电厂进行直击雷保护。 (2)雷电波

输电线路上遭受直接雷或感应雷后，电荷沿着输电线进入发电厂或变电所，这种由雷电流形成的电流称为雷电波。直接雷、感应雷及其形成的雷电波均对电气设备的绝缘构成严重威胁。利用保护间隙和避雷器，可保护电气设备免遭沿线入侵的雷电波的袭击。

本次设计中，采用避雷器对电气设备进行雷电波防护。 6.3 电气设备的防雷保护

因为电气设备的结构和工作性质的不同，所采取的措施也不同。

6.3.1 发电厂和变电所的防雷保护

发电厂和变电所电气设备对直击雷的防护主要采用避雷针；对入侵雷的防护采用进线保护和避雷保护的综合措施，即用进线保护限制雷电流的幅值和陡度，用避雷器限制雷电过电压的同值。 6.3.2 架空输电线路的防雷保护

电线路采用装设避雷线的方法防止线路遭受直击雷引起跳闸次数，可采用系统中性点经消弧线圈接地工作方式，为避免雷击跳闸造成供电中断，可采用自动重合闸装置。

6.3.3 直配旋转电机的防雷保护

完善进线保护的同时，还应采用性能良好的阀型避雷器或金属氧化物避雷器，来保护电机的主绝缘，同时还应考虑装设电容器和中性点避避雷器，以保护匝间绝缘和中性点绝缘。

6.3.4 配电网的防雷保护

除了对配电变压器高低压侧以及柱上断路器必须装设避雷器或放电间隙保护外，对配电线路本身主要应适当提高其绝缘水平，应广泛采用重合闸，以减少断线和停电事故。

发电厂是电力系统的心脏，万一发生损坏设备的事故，往往会带来严重的后果，造成重大的损失。设计中重点对发电机、变压器组、线路的防雷保护进行配置。

6.4 避雷针的配置原则

1．独立式避雷针宜装设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻Re10。当有困难时，可将该接地装置与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点沿接地线的长度不得小于15m。

2．独立式避雷针与变配电装置在空气中的间距d10.2Ri0.1h且d15m；独立式避雷针的接地装置与变配电所主接地网在地中距离d20.3Ri，且d23m，式中Ri为冲击接地电阻。 6.5 避雷针位置的确定

首先应根据发电厂设备平面布置图的情况而确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程规范的要求。

1．电压110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000n米的地区，宜装设独立的避雷针。

2．独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10Ω。 3．35KV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。

4．在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在址中距离很难达到不小于15m的要求。

6.6 防雷保护措施

6.6.1 发电厂的直击雷防护

发电厂电气设备对直击雷的防护主要采用避雷针。由于发电场面积较大，采用多支等高避雷针保护。预设发电厂占地面积为225公顷，规模为长500m，宽450m，保护高度为18m。

工程中避雷针的高度一般选用20~30m，本次设计中拟选用30m的避雷针，避雷针间的布置距离通过计算求得。四只等高避雷针的保护范围如图6-1所示。

图8-1 四只等高避雷针的保护范围

h0h

（8-1） 7P

bx1.5(h0hx) （8-2）

式中h—避雷针的高度；hx—被保护物高度；

h0—两针间联合保护范围上部边缘的最低点的高度；

2bX—在高度hx的水平面上，保护范围的最小宽度。

在多针保护时，当各边的保护范围最小宽度bX均0，则多边形中间的全部面积都处于联合保护范围之内，即

bx1.5(h0hx)1.5(hDhx)0 7P

当hx0时，保护半径最大，即为地面上的保护范围，由此算出

D336(m)

在高度为hx的水平面上算得

D210(m)

即任意两只避雷针之间的距离不得大于210m，才能保护整个发电厂的地面范围。

在地面上的外部保护半径为

rx(hhx)P （8-3）

rx(480)148(m)

在高度为hx的水平面上的保护半径为为

rx(4818)130(m)

根据本厂的面积，需设置9~16只30m的避雷针。

6.6.2 架空输电线路的防雷保护

输电线路是电力系统的大动脉，担负着将发电厂产生和经过变压所变压后的电力输送到各地区用电中心的重任。架空输电线路往往穿越山岭旷野、纵横延伸，遭受雷击的机会很多，线路的雷击事故在电力系统总的雷害事故中占有很大的比重。

沿全线装设避雷线是目前为止110kV及以上架空输电线路最重要和最有效的防雷措施。本次设计中对220kV架空输电线路采用双避雷线保护。

在工程上可以用相对简单的方式—保护角来表示避雷线对导线的保护程度。保护角是指避雷线和外侧导线的连接与避雷线的垂线之间的夹角。220kV双避雷线线路，一般采用保护角20度左右，即可认为导线已处于避雷线的保护范围之

内。

本次设计中设定保护角为20度，可认为架空输电线路已处于保护范围之内

6.6.3 旋转电机的防雷保护

1．非直配电机的防雷措施

从防雷的观点来看，发电机可以分为两大类：

(1)经过变压器再接到架空线上的电机，简称非直配电机；

(2)直接与架空线相连的电机，简称直配电机。

本次设计中四台发电机均为非直配电机。非直配电机所受到的过电压均须经过变压器绕组之间的静电和电磁传递。只要变压器的低压绕组不是空载，那么传递过来的电压就不会太大，只要电机的绝缘状态正常，一般不会构成威胁。所以只要把变压器保护好就可以了，不必再对发电机再采取专门的保护措施。对于处在多雷区的经升压变压器送电的大型发电机，仍宜装设一组氧化锌或磁吹避雷器加以保护，如果再装上并联电容和中性点避雷器，那就可以认为保护已足够可靠。

本次设计中对发电机装设一组金属氧化物避雷器加以保护。

2．金属氧化物避雷器的选择

(1)型式选择

拟选用复合外套金属氧化物避雷器，产品体积小，重量轻，除了自立式安装外，还可以悬挂安装，有效的节约占地面积。密封性能好，防潮防爆，无炸裂危险，机械强度高，不易碰损，便于运输和安装。憎水性好，耐污力强。

(2)额定电压的选择

金属氧化物避雷器的额定电压是指避雷器两端允许施加的最大工频电压有效值。在中性点有效接地系统中，可能出现的最大工频电压值等于电网额定线电压的80%。

UN0.8UNS12.6kV

拟选定HY1.5WD-12/26复合外套金属氧化物避雷器，其技术数据如表8-1所示。

6.6.4 变压器中性点防雷保护

1．中性点保护措施

在110kV及以上的中性点有效接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式运行，因而需要考虑其中性点绝缘的保护问题。

用于中性点有效接地系统的变压器，其中性点绝缘水平有两种情况：

(1)全绝缘，即中性点的绝缘水平与绕组首端的绝缘水平相同。当中性点为全绝缘时，一般不需采用专门的保护。

(2)分级绝缘，即中性点的绝缘水平低于绕组首端的绝缘水平，在220kV及更高的变压器中，采用分级绝缘的经济效益是比较显著的。当中性点为分级绝缘时，必须选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护，避雷器的灭弧电压应始终大于中性点可能出现的最高工频电压。

本次设计中，220kV变压器均采用分级绝缘，在中性点加装避雷器用以保护。

2．变压器中性点避雷器的选择

(1)型式选择

变压器中性点选用复合外套金属氧化物避雷器。

(2)额定电压的选择

变压器额定电压为

UN220

拟选定HY1.5W-144/320金属氧化物避雷器，其技术数据如表8-2所示。

6.6.5 母线避雷器的选择

(1)型式选择

拟选用复合外套金属氧化物避雷器，主要用于保护电力系统输变电设备免受大气过电压和操作过电压损坏，具有保护特性好，耐污力强、结构简单、重量轻、可靠性高等优点，对输变电设备提供最佳保护。

(2)额定电压的选择

UN0.8220176kV

拟选定HY10WZ-216/562型避雷器，其技术数据如表8-3所示。

总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现提出分析和解决实际问题锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程对我们学工科的同学来说尤为重要！

回顾起此次电气课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，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，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，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说变压器不懂怎么去选，不懂怎么去选互感器，对电气主接线图的选择掌握得不好„„通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

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，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

参考文献

【1】姚春球.发电厂电气部分. 中国电力出版社

【2】郭琳主编.发电厂电气部分课程设计.中国电力出版社.