某地区电网规划及XX发电厂电气部分设计

目录

1.前言 ..................................................................................................................... 4

1.1电力系统概述 ........................................................................................................................................ 4 1.2毕业设计的主要内容及基本思想 ....................................................................................................... 5

1.2.1. 设计的主要内容、功能及技术指标 ..................................................................................... 5 1.2.2毕业设计的基本思想及设计工作步骤 ................................................................................... 7

2.新建火电厂电气主接线的确定 ............................................................................... 8

2.1 概述 ........................................................................................................................................................ 8

2.1.1电气主接线的重要性 ................................................................................................................ 8 2.1.2 电气主接线的主要要求 ........................................................................................................... 9 2.2 电气主接线的选择 ............................................................................................................................ 10

2.2.1 主接线的设计 ......................................................................................................................... 10 2.2.2 主接线的确定 ......................................................................................................................... 16

3．火电厂发电机、变压器的选择 ........................................................................... 17

3.1发电机的选型 ..................................................................................................................................... 17 3.2 变压器的选型 ................................................................................................................................ 18

3.2.1容量计算及变压器选型 ......................................................................................................... 19

4．火力发电厂短路电流计算 .................................................................................. 21

4.1概 述 .................................................................................................................................................. 21

4.1.1短路的原因及后果 ................................................................................................................. 22

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4.1.2短路计算的目的和简化假设 ................................................................................................. 23 4.2补偿装置 .............................................................................................................................................. 23

4.2.1补偿容量的确定...................................................................................................................... 23 4.3 各系统短路电流的计算 .................................................................................................................. 24

4.3.1短路计算的基本假定和计算方法 ........................................................................................ 24 4.3.2电抗图及电抗计算 ................................................................................................................. 25 4.3.3短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算 ............................................................... 28

5.火电厂一次设备的选择 ....................................................................................... 34

5.1选择电气一次设备遵循的条件 ........................................................................................................ 34

5.1.1按正常工作条件选择 ............................................................................................................. 35 5.1.2按短路条件进行校验 ............................................................................................................. 37 5.2 电气设备的选择 .............................................................................................................................. 39

5.2.1系统各个回路的最大工作电流............................................................................................. 39 5.2.2高压断路器的选择 ................................................................................................................. 40 5.2.3高压隔离开关的选择 ............................................................................................................. 44 5.2.4互感器的选择 .......................................................................................................................... 47 5.2.5导线及电缆的选择及校验 ..................................................................................................... 51

6 继电保护 ........................................................................................................... 56

6.1 发电机的保护 .................................................................................................................................... 58

6.1.1 发电机纵差动保护 ................................................................................................................ 58 6.1.2发电机的横差动保护 ............................................................................................................. 60

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6.2 变压器的保护 .................................................................................................................................... 61

6.2.1 变压器主保护设计 ................................................................................................................ 61 6.3 母线的保护 ......................................................................................................................................... 62

6.3.1 装设母线保护的几种情况 .................................................................................................... 62 6.3.2 目前国内110KV及其以上母线保护装置的原理有以下几种: ...................................... 62 6.4 防直击雷的保护 ................................................................................................................................ 63

6.4.1直击雷的保护范围 ................................................................................................................. 63 6.4.2直击雷的保护措施 ................................................................................................................. 64

7．结论 ................................................................................................................. 65 8总结与体会 ......................................................................................................... 66 9致 谢 ................................................................................................................ 67 10.参考文献 .......................................................................................................... 68 附录I外文资料 ..................................................................................................... 69 附录II 发电厂电气主接线图

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1.前言

1.1电力系统概述

由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通 过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷 中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约 了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、 控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。

电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，

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推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。

我国的电力系统从50年代开始迅速发展。到1991年底，电力系统装机容量为14600万千瓦，年发电量为6750亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路以220 千伏、330千伏和500千伏为网络骨干，形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千瓦的省电力系统，大区之间的联网工作也已开 始。此外，1989年，台湾省建立了装机容量为1659万千瓦的电力系统。

1.2毕业设计的主要内容及基本思想

本次毕业设计的主要内容是某地区电网规划及XX发电厂电气部分设计。在这次设

计中主要通过以下几个步骤来完成本次任务 1.2.1. 设计的主要内容、功能及技术指标 1．电源情况

某市拟建一座XX火电厂，容量为2X50+125MW，TMAX取6500h。该厂部分容量的30%供给本市负荷；10kV负荷16MW；35kV负荷26MW，其余容量都汇入地区电网供给地区负荷。同时，地区电网又与大系统相连。

地区原有水电厂一座，容量为2X60MW，TMAX取4000h；没有本地负荷，全部供出汇入地区电网。 2．负荷情况

地区电网有两个大型变电所：

清泉变电所负荷为50+j30MVA，TMAX取5000h 。 石岗变电所负荷为60+j40MVA，TMAX取5800h 。 （均有一、二类负荷，约占66%，最小负荷可取60%）

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3．气象数据

本地区年平均气温150C，最热月平均气温280C。 4．地理位置数据

如下图所示（图中1cm代表30km）：

石岗变与新建火电厂之间距离有60公里，新建火电厂与大系统之间距离有86公里，大系统与清泉变之间距离有30公里，清泉变与水电厂之间距离有95公里，大系统与水电厂之间距离有100公里。 5．设计内容

（1） 根据所提供的数据，选定火电厂的发电机型号、参数，确定火电厂的电气主

接线和升压变压器台数、型号、容量、参数。 （2） 制定无功平衡方案，决定各节点补偿容量。

（3） 拟订地区电网接线方案。可初定出两个比较合理的方案参加经济比较。 （4） 通过潮流计算选出各输电线的截面，计算导线的网损和电压降落。 （5） 经过经济比较，选定一个最优方案。

（6） 对火电厂内高、中、低三个电压等级母线进行短路电流计算。 （7） 选择火电厂电气主接线中的主要设备，并进行校验。 （8） 按通常情况配置继电保护。

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6．设计成果

（1） 设计计算说明书一份，要求条目清楚，计算正确，文本简洁。 （2） 地区电网最大负荷潮流分布图一张，新建火电厂电气主接线图一张。 1.2.2毕业设计的基本思想及设计工作步骤 1、主接线的设计

发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。

电气主接线的设计原则是：应根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。

2、主变压器的选择

发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》的规定：“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过650C的条件进行选择”。 3、短路电流的计算

短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式及设备选择。工程要求系统调度或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的的综合阻抗值，由电气专业负责计算。 进行短路计算的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。三相短路是危害最严重的短路形式，因此，三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依据。 4、电气设备的选择

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选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号

正确的选择电气设备的目的是为了事导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、及经济合理的运行、在进行设备选择时，应根据工程实际情况、在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采取新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。 5、主变压器继电保护的设计

继电保护是保证系统安全和设备可靠运行的关键装置之一。当电力系统和设备发生故障时，继电保护应准确、可靠快速的切出故障，保证系统和设备的安全发供电，并能保证其他设备的正常继续运行。

为防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失以及保证电力系统安全连续运行，变压器应设置相应的保护。

2.新建火电厂电气主接线的确定

2.1 概述

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的方案。

发电厂的电气主接线是保证电力网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 2.1.1电气主接线的重要性

首先，电气主接线图示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土，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

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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、书电荷用电视在同一时刻完成的，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。

所以电气主接线的拟定是一个综合性的问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，安全可靠。 2.1.2 电气主接线的主要要求

电气主接线的设计原则是：根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。

（1） 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。所谓“不允许”事故，是指发生故障后果非常严重的事故，如全部电源津县停运、朱变压器停运，全场停电事故等。供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。

（2） 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，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以极特殊运行方式下的系统电镀要求；在检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，而不致影响电力网的运行和对用户的供电；在扩建时，可以容易的从初期接线扩建到最终接线，在不影响连接供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路，并对一次和二次部分的改建工作量最少。在操作时间便、安全、不易发生误操作的“方便性”。

（3） 主接线应在满足供电可靠性、灵活性要求的前提下做到经济性。即： 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。

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做到投资省。合理的选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变等）容量、台数，避免两次变压而增加电能的损失。电器主接线选择时要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减少。

2.2 电气主接线的选择

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 主接线的设计

1毕业设计的技术背景和设计依据 (1)电厂规模

装机容量：装机3台，容量为2X50+125MW 机组利用年小时数: Tmax=6500h

气象条件：本地区年平均气温150C，最热月平均气温280C。 厂用电率：5% （2）负荷情况

该厂部分容量的30%供给本市负荷；10kV负荷16MW；35kV负荷26MW，其余容量都汇入地区电网供给地区负荷。同时，地区电网又与大系统相连。

地区原有水电厂一座，容量为2X60MW，TMAX取4000h；没有本地负荷，全部供出汇入地区电网。

地区电网有两个大型变电所：

清泉变电所负荷为50+j30MVA，TMAX取5000h 。

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石岗变电所负荷为60+j40MVA，TMAX取5800h 。 （均有一、二类负荷，约占66%，最小负荷可取60%） （3）地理位置数据

如下图所示（图中1cm代表30km）：

图2-1地理位置

石岗变与新建火电厂之间距离有60公里，新建火电厂与大系统之间距离有86公里，大系统与清泉变之间距离有30公里，清泉变与水电厂之间距离有95公里，大系统与水电厂之间距离有100公里。 2．出线回路数的确定

根据地理位置数据及各负荷具体情况，可以拟定由新建火电厂供给石岗变全部负荷，

而清泉变负荷则由地区原有水电厂供给，两厂剩余电量均汇入大系统。则输电线路架设方案如图

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图2-2 输电线路架设方案

石岗变与清泉变均为一、二类负荷，所以两电厂出线均选用双回出线，而火电剩余

电量较多，到大系统也可选用双回出线，水电厂到大系统则采用单回出线。所以线路架设如下图：

图2-3 输电线路架设回路数

3．火电厂主接线的确定 （一） 方案一：

A．110kV电压等级的方案选择：

由于110KV电压等级的电压馈线数目是4回，所以在本方案中的可选择的接

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线形式是单母线分段接线。单母线的优点如下：①母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；②一段母线故障（或检修） 时，仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作。

B．35kV电压等级的方案选择：

由于35KV 电压等级的电压馈线数目是2回，所以35 KV电压等级的接线形式可以选择单母线接线形式。由于单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，采用设备少、投资省、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备装置，所以35 KV电压等级的接线形式选择为单母线接线。

C．10kV电压等级的方案选择

由于10KV 电压等级的电压馈线数目是2回，所以10 KV电压等级的接线形式

可以选择单母线接线形式。由于单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，采用设备少、投资省、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备装置，所以10 KV电压等级的接线形式选择为单母线接线。

所以可以将主接线形式表示如图2-9所示

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图2-4 方案一主接线

(二) 方案二：

A．110kV电压等级的方案选择

由于110KV电压等级的电压馈线数目是4回，所以在本方案中的可选择的接线形式是双母线接线形式。由于双母线接线的可靠性和灵活性高，它可以轮流检修母线，而不中断对用户的供电；当检修任意回路的母线隔离开关时，只需断开该回路；工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，从而使用户迅速恢复供电；可用母联断路器代替任意回路需要检修的断路器，在种情况下，只需短时停电；在个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分离出来，并单独接至备用母线上。双母线接线形式正好克服了单母线分段接线形式的缺点，所以在大、中型发电厂中这种接线形式被广泛应用。 B．35kV电压等级的方案选择

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由于35KV电压等级的电压馈线数目是2回，但是本地负荷可看做重要负荷，所以在本方案中的可选择的接线形式是单母线分段接线。用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同的段引出两条回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 C．10kV电压等级的方案选择

由于10KV电压等级的电压馈线数目是2回，但是本地负荷可看做重要负荷，所以在本方案中的可选择的接线形式是单母线分段接线。用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同的段引出两条回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

所以可以将主接线形式表示如图2-5所示

图2-5 方案二主接线

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2.2.2 主接线的确定

设计发电厂的电气主接线时，首先应按技术要求确定可能选用的方案。当有多个方案在技术上相当时，则需进行经济比较。

技术上可行方案的选择

设计发电厂主接线时在技术上应考虑的主要问题是：1）保证全系统运行的稳定性，不应再本厂、站内的故障造成系统的瓦解；2）保证负荷、特别是重要负荷供电的可靠性及电能质量；3）各设备、特别要注意高、中压联络变压器的过载是否在允许范围内。

在上述两种方案中，他们在技术上都是有显著差异的，在不同的技术等级中，都有差异。单母线分段在投资上是比双母线接线的投入要小的，而双母线接线的可靠性又比单母线分段接线的可靠性高。根据设计任务书中的要求，在110kV电压等级上的出线为一、二类负荷，这类负荷不允许停电，否则会造成人身危险以及设备的破坏，也会给国民经济带来巨大的损失或造成政治影响。综合考虑，则选择单母线界限形式。

在方案一和方案二比较中，都是将125MW发电机直接试用单元接线接入110kV母线，将功率全部送入110kV电压等级，由于发电机-变压器接线方式单元性强，可在机组单元控制室集中控制，不设网控室，使运行管理较灵活方便。35kV和10kV电压等级为本地负荷，可以考虑短暂停电，在50MW发生故障退出运行时，125MW机组也能供给110kV石岗变用电。所以，在10kV和35kV电压等级上选择单母线接线。

通过对两种方案的比较，并且连同电气主接线的设计原则即可靠性、经济性和灵活性的综合考虑，选择出的最优方案是方案一。

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3．火电厂发电机、变压器的选择

3.1发电机的选型

汽轮发电机由汽轮机直接耦合传动。励磁机是向汽轮发电机提供励磁的设备。 1．冷却方式

采用的冷却方式，定子绕组和转子有空冷、水内冷和氢冷等。在转子氢内冷系统中，又有轴向通风等多种方式。 2．励磁方式

发电机容量在100MW以上的普遍采用同轴交流励磁机经静止半导体整流励磁方式。 3．选择型号

50MW机组：QFQ-50-2

型号含义： 2——2级

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50——额定容量 QF——汽轮发电机

Q——氢外冷

125MW机组：QFS-125-2

型号含义：2——2级

125——额定容量 QF——汽轮发电机

S——水内冷

4．汽轮发电机主要参数

视在功率 额定容量 额定电压 额定电流 功率因数cos （MVA） 62.5 147 (MW) 50 125 （kV） 10.5 13.8 （A） 3440 6150 0.8 0.85 3.2 变压器的选型

电力变压器（文字符号为T或TM），根据国际电工委员会的界定，凡是三相变压器的额定容量在5KVA及以上，单相的在1KVA及以上的输变电用变压器，均成为电力变压器。电力变压器是发电厂和变电所中重要的一次设备之一，随着电力系统电压等级的提高和规模的扩大，电压升压和降压的层次增多，系统中变压器的总容量已达发电机容量的7-10倍。可见，电力变压器的运行是电力生产中非常重要的环节。

主变压器 在电气设备投资中所占比例较大，同时与之相适应的配电装置，特别是大容量、高电压的配电装置的投资也很大。因此，主变压器的选择对发电厂、变电所的技术性影响很大。例如，大型大电厂高、中压联络变压器台数不足（一台）或者容量不足将导致电站、电网的运行可靠性下降，来年络变压器经常过载或被迫限制两级

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电网的功率交换。反之。台数过多、容量过大将增加投资并使配电装置复杂化。 3.2.1容量计算及变压器选型 1.容量的计算及确定

连接在发电机电压母线与系统间的主变压器容量，应按下列条件计算：

（1）当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统，但不考虑稀有的最小负荷情况。

（2）当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能由系统供给发电机电压的最大负荷。在电厂分期建设过程中，在事故断开最大一台发电机组的情况下，通过变压器向系统取得电能时，可以考虑变压器的允许过负荷能力和限制非重要负荷。

（3）根据系统经济运行的要求，而限制本厂的输出功率时能供给发电机电压的最大负荷。

（4）按上述条件计算时，应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别注意发电厂初期运行时当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的剩余容量送入系统。

（5）发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对装设两台变压器的发电厂，当其中一台主变推出运行时，另一台变压器应承担70%的容量。 具体计算的过程如下：

A．火电厂总容量：S总（2*50）/0.8125/0.85272MVA

B．10kV电压等级下的最大容量S10kV16/0.820MVA C．35kV电压等级下的最大容量D．110kV电压等级下最大容量

石岗变：S石大系统：

系S35kV26/0.832.5MVA

P2Q260240272.11MVA

S

S总S石S厂S本地27272.1111.252032.5136.14MVA

E．厂用电：S厂（2*50125）*5%11.25MW

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根据上面的计算可知道高压侧的容量为最大，所以，以此为基准可以选择一个三绕组的变压器.

2.绕组连接方式的确定

变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y型和△型，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

三相变压器的一组相绕组或连接成三相组的三相变压器的相同电压的绕组连接成星型、三角型、曲折型时，对高压绕组分别以字母Y、D或Z表示，对中压或低压绕组分别以字母y、d 或z表示。如果星型连接或曲折型连接的中性点是引出的，则分别以YN、ZN表示，带有星三角变换绕组的变压器，应在两个变换间已“-”隔开。

我国110KV以上电压，变压器的绕组都采用Y连接。35KV以下电压，变压器绕组都采用△连接。 3．变压器的选型

50MW机组：对于发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对装设两台变

压器的发电厂，当其中一台主变推出运行时，另一台变压器应承担70%的容量。所以应选的变压器容量为

SN(2*5016265)/0.8*70%46.375MVA

变压器型号为：SFSZ7-50000/110 型号的含义：SFS——三相风冷式三绕组

Z——有载调压

7——设计序号

50000——额定容量（KVA）

110——高压绕组电压等级（kV）

125MW机组：发电机与主变压器为单元接线时，发电机和变压器成为一个单元组，

电能经升压后直接进入高压电网。这种接线由于发电机和变压器都不能单独运行，因此，

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二者的容量应当相等。所以这个双绕组变压器的容量等于所选发电机的额定容量。即

S

N125*(15%）/0.85139.7MVA 变压器型号为：SFP7-150000/110

型号的含义：SFP——三相风冷式强迫有循环

7——设计序号

150000——额定容量（KVA） 110——高压绕组电压等级（kV）

4．火力发电厂短路电流计算

4.1概 述

电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在供电系统的设计和运行中，还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统危害最大的是短路故障。短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。因此，短路电流计算是电气主接线的方案比较、电气设备及载流导体的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的基础。

短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。如电力系统中，相与相之间的火中性点直接节地系统中的相与地之间的短接都是短路。为了保证电力系统的安全、可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，一定要考虑系统等不正常工作状态。

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4.1.1短路的原因及后果 1.短路原因

造成短路的原因通常有以下几种：

（1）电气设备及载流导体因绝缘老化、或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起的绝缘损坏。

（2）架空线路因大风或导线覆冰引起的电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等都可能导致短路。

（3）电气设备因设计、安装、维护不良和运行不当或设备本身不合格引发的短路。 （4）运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等都回造成短路。根据国外资料显示，每个人都有违反规程操作的潜意识。

（5）其他原因。如输电线断线、倒杆、碰线、或人为盗窃、破坏等原因都可能导致短路。 2．短路后果

短路故障发生后，由于网络总阻抗大为减小，将在系统中产生几倍甚至几十倍于正常工作电流的短路电流。强大的短路电流将造成严重的后果，主要有以下几方面：

（1）强大的短路电流通过电气设备是发热急剧增加，断路持续时间较长时，足以使设备因过热而损坏甚至烧毁；

（2）巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏；

（3）短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或停转，造成产品报废甚至设备损坏；

（4）短路将引系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电。这是短路所导致的最严重后果；

（5）巨大的短路电流将在周围空气产生很强大电磁厂，尤其是不对称短路时，不

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平衡电流所产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。 4.1.2短路计算的目的和简化假设

因为短路故障对电力系统可能造成极其严重的后果，所以一方面应采取措施以限制短路电流，另一方面要正确选择电气设备、载流导体和继电保护装置。这一切都离不开对短路电流故障的分析和短路电流的计算。概括起来，计算短路的主要目的在于：

（1）为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性；

（2）为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；

（3）为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。

在实际短路计算中，为了简化计算工作，通常采用一些简化假设，其中主要包括： （1）符合用恒定电抗标识或忽略不计；

（2）认为系统中个元件参数恒定，在高压网络中不计元件的电阻和导纳，即个元件军用春电抗表示，并认为系统中各发电机的电势通相位，从而避免了复数的运算；

（3）系统出不对称故障出现局部不对称，其余部分是三相对称的。

4.2补偿装置

4.2.1补偿容量的确定

火电厂石岗变：补偿前石岗变容量为60+j40MVA.要将石岗变的功率因数cos提高到0.95，由cosPS2在火电厂与石Q可以计算出补偿容量QC为20Mvar。

2岗变之间采用双回线路输电，所以每回输送容量为30+j10MVA。输送总功率为63.25MVA。由 INN3*U可以算出每回输电线路I火石0.165kA。选择LJ-50

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型输电线。

火电厂大系统：火电厂剩余（117.75+j37.1）MVA容量送到大系统。由于采用

双回输电线路，由I型输电线。

SNN3*U可以算出每回输电线路I火系0.285kA。选择LJ-95

水电厂清泉变：补偿前清泉变容量为50+j30MVA.要将清泉变的功率因数cos提高到0.93，由cosP2在水电厂与清Q可以计算出补偿容量QC为10Mvar。

2泉变之间采用双回线路输电，所以每回输送容量为25+j10MVA。由 I以算出每回输电线路I水清0.141kA。选择LJ-35型输电线。

SNN3*U可

水电厂大系统：水电厂剩余（68.8+j18.9）MVA容量送到大系统。由于采用单

回输电线路，由I型输电线。

SNN3*U可以算出每回输电线路I水系0.341kA。选择LJ-120

4.3 各系统短路电流的计算

4.3.1短路计算的基本假定和计算方法 1．基本假定

（1）正常工作时，三相系统对称运行。 （2）所有电源的电动势相位角相同。

（3）系统中的电机均为理想电机，不考虑电磁饱和、磁滞、涡流及导体肌肤效应等影响；转子结构完全对称；

（4）短路发生在短路电流为最大的瞬间；

（5）不考虑短路电的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 2．短路电流计算的方法

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对应系统最大运行方式下，按无限大容量系统，进行相关的短路点的三项短路电流计算，求得I//、ish值。 I// —— 三相短路电流； ish —— 三相短路冲击电流。 4.3.2电抗图及电抗计算

由火电厂电气主接线图，和设计任务书中给出的相关参数，可画出系统的等值电抗图如图4-1所示。

图4-1 等值阻抗图

选取基准容量为Sj=100MVA Uj=Uav=1.05Ue

Sj —— 基准容量；

Uav—— 所在线路的平均电压

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以下均采用标幺值计算方法，省去“*”。 对于QFQ-50-2型发电机的电抗：

X7X8X''d%100*SP0bcos12.39100*0.19824 100500.8对QFS-125-2型发电机的电抗：

X

9X''d%100*SP0bcos18100*0.1224 1001250.85X''d%——发电机次暂态电抗百分值

P0——发电机额定容量（MW）

对于SFSZ7-50000/110型三绕组变压器的电抗：

1(US(高低)%US(高中)%U21 （10.5186.5）211%S11(US(中低)%US(高中)%U21 （6.51810.5）27%S21(%US(高低)%U2US(中低)1 （6.510.518）20.5%S3US(中低)%）US(高低)%）

US(高中)%）

X1X2US1%100*%SS*bN11100*0.22100507100*0.14 10050

X3XUS24100SSbN可编辑

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X5X6US3%100*SSbN0.5100*0.010 10050对于SFP7-150000/110型双绕组变压器的电抗：

X10Ud%100*SSbN13100*0.087 100150对于水电厂发电机组的电抗：

X线路阻抗：

11X12X''d%100*SP0bcos20.83100*0.28 100600.8火电厂石岗变：

r00.66/km x00.38/km

22Z13(r0*60)(r0*60)45.69

X

13X14Z13*SUB245.69*100B11720.33

火电厂大系统：

r00.36/km x00.36/km

2Z15(r0*60)(r0*60)243.78

X

15X16Z15*SUB243.78*100B11720.32

水电厂清泉变：

r00.96/km x00.40/km

2Z

18(r0*60)(r0*60)299.84X17X18Z18*SUB299.84*100B11720.73

水电厂大系统：

r00.28/km x00.35/km

2Z19(r0*60)(r0*60)244.82

X19Z19*SUB244.82*100B117可编辑

20.33

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4.3.3短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算

短路点的选择应选择通过导体和电器的短路电流为最大的那些点作为短路计算点。 首先，应在三条电压等级的母线上选择三个短路计算点d1、d2、d3。由于10KV电压等级有馈线2回，所以在10KV的出线上需加设电抗器。当d3 点短路时，因受电抗器的限制，流过出线上的断路器的电流较小，所以在工程计算中选取d3点为短路计算点，以便使出线断路器选择轻型的。 先将电源对短路点的等值电抗X然后按Xjs*，归算到以电源容量为基准的计算电抗Xjs，

值查相应的发电机运算曲线数字表，即可得到短路电流周期分量标幺值

I*。

有名值按下式计算I则冲击电流为ish''I**S''Gav3*U

2*ksh*Id

短路电流全电流最大有效值Ish式中Ksh1e0.01Ta12*(ksh1)2*Id

''——冲击系数，表示冲击电流对周期分量幅值的倍数。当时间常数

Ta的值由零编制无限大时，冲击系数值的变化范围为：1Ksh2，在实用计算中，当短路发生在发电机电压母线时，取

shkk=1.85； 在其他地点短路时，取ksh=1.9；短路发生在发电厂高压侧母线时，取=1.8

sh1、110KV母线上发生短路（d1）时的计算

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110kVX1X7G1X2X8G2X10X9G3X15X19X16X12G5X11110kVd1X20G12d1X21G3X22G4G45

X201(X12X10)71(X22X)81*(0.220.20)0.21 2X

21X9X150.12240.0870.2094X221*2X20XG12B191*2X1111*0.320.33*0.280.63 22计算电抗：Xjs(20)X

js(21)Xjs(22)SXSX*SSX*SS*21220.21*1000.21 1001250.261751001200.756 100G3B0.21*G3B0.63*2、35kV母线上发生短路（d2）时的计算

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35kVX735kVG1d1X3X8d1X23X24G12X25X21G2X4X2X10X9G3G3X1X15X19X16X11G4X12G5X22G45

X2312X12X312X12X41*0.140.07 21*0.20.121*0.220.11 2X

2478X25112X12X2d135kVX26d1G1235kVX26G12X27X21G3X28G3X22G45X29G45

X26X23X24X23*X24X0.070.1250.07*0.10.2340.11可编辑

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X27X23X25XXX23*X25X270.070.11240.07*0.110.257

0.10.257*0.20940.550.63XX28XX27XX*XX2121X270.2570.2094222927*2222XG12B0.2570.631000.234 100210.257*0.631.66

0.2094计算电抗： X

js(26)XXjs(28)

js(29)SXSX*SSX*SS26*0.234*G3B280.55*1250.69 1001201.992 100G45B291.66*3、10kV出线上发生短路（d3）时的计算

限流电抗器的初选 INS3*UNN*cos160003*10.5*0.81099.71A

选型为 XKK—10—1500—4 所以，限流电抗器的电抗值应为

X30XL%/(1.73*U*I)4%/(1.73*10*1.5)0.147

NN可编辑

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d110kVd1X7G1X30X8G2X2X10X9X25X21G3X24G12G3X22G45X1X15X19X16X11G4X12G5

X32X30X25X30*X25X*0.1470.11240.147*0.110.42

0.10.42*0.20940.769

0.63X33X32X21X32X21X320.420.209422X34X32X22X*X2122X0.420.630.42*0.632.3

0.2094

X

js(32)Xjs(33)

Xjs(34)SXSX*SSX*SS32*G12B0.21*1000.421001250.96100G3B330.769*G45B342.3*1202.76 100可编辑

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经查发电机运算曲线数字表，得标幺值，由I值如下表：

短路点 时间（S） 电路值 标幺值 0 有名值 标幺值 f1 2 有名值 标幺值 4 有名值 标幺值 0 有名值 标幺值 f2 2 有名值 标幺值 4 有名值 标幺值 0 有名值 f3 2 有名值 4 标幺值 11.28 2.151 标幺值 13.91 2.052 3.8 2.531 3.96 2.4345 7.38 2.538 1.21 4.732 1.275 2.453 2.559 2.584 G12 5.185 ''I**SGav3*U计算出短路电流有名

G3 4.178 2.577 2.467 1.52 2.404 1.48 1.492 2.91 1.549 3.02 1.734 3.38 1.091 7.5 1.2 8.25 1.2 G4 1.428 短路电流（KA） 5.986 0.85 1.741 1.031 1.794 3.75 1.06 0.522 11.27 0.98 0.54 7.99 1.01 0.54 8.19 1.01 0.378 23.9 2.49 0.38 22.03 2.5 0.38 22.58 3.826 可编辑

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有名值

次暂态短短路点 路电流I''d f1 f2 f3

5.986 11.27 23.9 冲击电流ish(KA) 15.68 29.53 64.291 11.83 8.25 2.5 全电流有效短路容量基本电值Ish(KA) S''d(MVA) 压Uav 9.338 17.58 38.781 1213.06 722.25 434.66 117 37 10.5 5.火电厂一次设备的选择

5.1选择电气一次设备遵循的条件

电气设备的选择是变电所电气设计的主要内容之一，正确的选择电气设备的目的是为了使导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、经济合理的运行。在进

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行设备选择时，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，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

在发电厂和变电所中，采用的电气设备种类很多，其作用和工作条件并不一样，具体选择的方法也不同，但对他们的基本要求都是相同的。

电气设备的选择的一般要求是：

（1）满足工作要求。应满足正常运行、检修以及短路过电压情况下的工作要求。 （2）适应环境条件。阴干当地的环境条件进行校验。 （3）先进合理。应力求技术先进和经济合理。 （4）整体协调。应与整个工程的建设标准协调一致。 （5）适应发展。应适当考虑发展，留有一定的裕量。

电气设备能安全、可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，斌干短路条件来校验其动稳定和热稳定。 5.1.1按正常工作条件选择 1．额定电压

电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压。电器可以长期在其额定电压的110%-115%下安全运行，这一电压成为最高允许工作电压。当Ue在220KV及以下时其UNs为1.15，当UNe为330-500KV是，其UNs为1.1 UNe。

另外，电气设备还有一个最高工作电压，即允许长期运行的最高电压，一般不得超过其额定电压的10%~15%。在选择时，电气设备的额定电压不应低于安装地点的电网额定电压，即

UNeUNs

式中， UNe－电气设备铭牌上所标示的额定电压（KV）；

UNs －电网额定工作电压（KV）。

110KV以下电压等级的电气设备绝缘裕度较大。因此，在非高海拔地区，按所在电网的额定电压选择电气设备的额定电压即可满足要求。

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2．额定电流

满足此条件的目的在于使电气设备的储蓄温度不超过长期发热的最高允许温度值。在额定周围环境条件下，导体和电气设备的额定电压不应小于所在回路的最大工作电流，即

INIwmax

式中，IN－电气设备铭牌上所标示的额定电流（A） Iwmax－回路中的最大工作电流（A）

在决定Iwmax时，应以变压器和线路的负荷作为出发点，同时考虑这些设备的长期工作状态。在确定变压器回路的最大长期工作电流时，应考虑到变压器过负荷运行的可能性；母线分段电抗器的最大长期工作电流应为保证该母线负荷所需的电流；出线回路的最大长期工作电流处考虑线路正常过负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。 3. 环境条件

选择电气设备时，还应考虑其安装地点的环境条件，当气温、风速、污秽、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超过一般电气的基本使用条件时，应采取相应的措施。

（1）空气温度。标准的电气周围空气温度为40℃。若安装地点日最高温度高于40℃，但不超过60℃，则因散热条件较差，最大连续工作电流应适当减少，则设备的额定电流应按下式修正：

IalKtINe(al)/(alNe)INe

式中，Ial——电气设备的额定电流经实际的周围环境温度修正后的允许电流（A） Kt——温度修正系数

al——电气设备的长期发热最高允许温度（℃）

——实际的周围环境温度，取所在地方最热月平均最高温度（℃） Ne——电气设备的额定环境温度（℃）

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设备的额定环境温度一般取40℃，如周围环境温度高于40℃，但小于或等于60℃时，其允许电流一般可按每增加1℃，其额定电流减少1.8%进行修正；当环境温度低于40℃，每降低1℃，额定电流可增加0.5%，但其最大负荷不得超过其额定电流的20%。

裸导体的额定环境温度一般取25℃，如安装地点的环境温度在-5℃~ 50℃范围内变化时，其允许通过的电流可按上市进行修正。

（2）海拔高度。在电气设备使用条件中，制造厂规定的基准海拔高度为1000没。当海拔升高时，空气密度降低，散热条件变坏，是高压电器在运行中温升增加，但应空气温德随海拔高度升高而递减，其值足以补偿海拔升高对电气温升的影响，因而高压电在高海拔地区（不超过4000米）使用时，其额定电流可以保持不变。当海拔高度超过规定值时，由于大气压力空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降，显然对内绝缘影响较小，但对外绝缘影响较大。在海拔高度为1000~3500米的范围内，海拔高度每升高100米，电器最高工作电压要下降1%，以此修正电器最高工作电压值。

5.1.2按短路条件进行校验

电气设备按短路故障情况进行校验，就是要按最大可能的短路故障（通常为三相短路故障）时的动、热稳定度进行校验。但有熔断器和有熔断器保护的电器和导体（如电压互感器等），以及架空线路，一般不必考虑动稳定度、热稳定度的校验，对电缆，也不必进行动稳定度的校验。

在电力系统中尽管各种电气设备的作用不一样，但选择的要求和条件有诸多是相同的。为保证设备安全、可靠的运行，各种设备均按正常工作的条件下的额定电压和额定电流选择，并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。 1、热稳定校验

校验电气设备的热稳定性，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。如果满足这一条件，则选出的电气设备符合热稳定的要求。

作热稳定校验时，已通过电气设备的三项短路电流为依据，工程计算中常用下式校

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验所选的电气设备是否满足热稳定的要求，即：

22IteqItht

式中 ，I——三相短路电流周期分量的稳定值（KA）； teq—— 等值时间（亦称假想时间s）；

Ith——制造厂规定的在ts内电器的热稳定电流（KA）；t为与Ith相对应的时间（s）。

短路计算时间。校验短路热稳定的短路计算时间应为继电保护动作时间top和断路器全开断时间toc之和，即

tktoptoc

式中 ， top—— 保护动作时间，主要有主保护动作时间和后备保护动作时间，当为主保护动作时间时一般取0.05s；当为后备保护时间时一般取2.5s；

toc—— 断路器全开断时间（包括固有分闸时间和燃弧时间）。

如果缺乏断路器分闸时间数据，对快速及中速动作的断路器，取toc=0.1-0.5s,对低速动作的断路器，取toc=0.2s。

校验导体和110KV以下电缆的短路热稳定性时，所用的计算时间，一般采用主保护的动作时间加上相应地断路器的全分闸时间.如主保护有死区时，则应采用能对该死区起作用的后备保护的动作时间，并采用相应处的短路电流值。校验电器和110KV以上冲油电缆的短路电流计算时间，一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间

2、动稳定校验

当电气设备中有短路电流通过时，将产生很大的电动力，可能对电气设备产生严重的破坏作用。因此，各制造厂所生产的电器，都用最大允许的电流的幅值imax或最大有效值Imax 表示其电动力稳定的程度，它表明电器通过上述电流时，不至因电动力的作用而损害。满足动态稳定的条件为

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ish≤ imax或Ish≤ Imax

式中ish及Ish——三相短路时的冲击电流及最大有效值电流。

电气设备的选择除了要满足上述技术数据要求外，尚应根据工程的自然环境、位置（气候条件、厌恶、化学污染、海拔高度、地震等）、电气主接线极短路电流水平、配电装置的布置及工程建设标准等因素考虑。

5.2 电气设备的选择

5.2.1系统各个回路的最大工作电流 1、110kV侧各个回路最大工作电流

（1）出线回路

INS3UNN214.693*110*0.851.326kA

Iwmax1.05IN1.05*13261392.3A

（2）双绕组变压器回路

INS3UNN1503*1100.787kA

Iwmax1.05IN1.05*787826.35A

（3）三绕组变压器回路

INS3UNN503*1100.262kA

I

wmax1.05IN1.05*262275.1A

2、35kV侧各个回路最大工作电流

（1）出线回路

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INS3UNN263*35*0.850.504kA

Iwmax1.05IN1.05*504529.2A

（2）三绕组变压器回路

INS3UNN503*350.825kA

Iwmax1.05IN1.05*825866.25A

3、10kV侧个回路最大工作电流

（1）出线回路

INS3UNN163*10.5*0.851.035kA

Iwmax1.05IN1.05*10351086.75A

（2）发电机回路

INS3UNN503*10.52.75kA

Iwmax1.05IN1.05*27502887.5A

5.2.2高压断路器的选择

断路器是在电力系统正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正常工作电流及开断故障电流的设备。开关电器在合闸状态下，靠触头接通电路。当断开电路时，在开关的触头之间可以看到强烈而刺眼的亮光。这是由于在触头之间产生了放电，这种放电称为电弧。此时触头虽以分开，但是电流通过触头间的电弧仍继续流通，也就是说，电路并未真正断开，要使电路真正断开，必须将电弧熄灭，高压断路器具有能熄灭电弧的装置，它能用来断开或闭合电路中的正常工作电流，也用来断开电路中的过负荷或短路电流。所以它是电力系统中最重要的开关电器。对它的基本要求是：具有足够的开断能力，尽可能短的动作时间和高的工作可靠性；结构简单，便于操作和

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检修，具有防火和防暴性能，尺寸小，重量轻，价格低等。

原则：① IWmax1.05IN ② UNUNe 1、110kV侧断路器选择

（1）出线回路

最大工作持续电流

Iwmax1.05IN1.05*13261392.3A

拟选型号为LW6—110Ⅰ系列六氟化硫断路器

LW6—110Ⅰ系列六氟化硫断路器技术数据

额定工作 额定电 4s 热稳定额定动稳定电 固有分闸 额定频率 时间（S）（ HZ） ≤0.02 50 电压（KV） 流（A） 电流（KA）流峰值（ KA） 110 3150 50 125 A．动稳定校验 额定动稳定电流

imax=125kA，110kv侧短路冲击电流为

ish=15.68kA

满足动稳定条件 B.热稳定校验：

Qktkt124(5.98610*3.8261265.425kA•Skk(I0102It2I)22223.75)

22I2tt504*210000kA•S2Qk

满足热稳定条件

（2）双绕组变压器回路

最大工作持续电流

Iwmax1.05IN1.05*787826.35A

拟选SW2—110Ⅰ（W）系列高压少油断路器

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精品

SW2—110Ⅰ（W）系列高压少油断路器技术数据

额定工作 额定电 4s 热稳定电额定动稳定电 流峰值（KA） 80 固有分闸 时间（S） 0.05 额定频率 （HZ） 50 电压（KV） 流（A） 流（KA） 110 2000 31.5 SW2—110Ⅰ（W）系列高压少油断路器供发电厂、变电所切换额定电流短路故障和瞬时自动合闸用，各断口上并联有均压电容器，使断口的电压分布均匀，SW2—110Ⅰ（W）系列高压少油断路器具有较大的开断短路电流能力和良好的切合空载长线的性能。

A．动稳定校验 额定动稳定电流

imax=80kA，110kv侧短路冲击电流为

ish=15.68kA

满足动稳定条件 B．热稳定校验：

Qktkt124(5.98610*3.8261265.425kA•Skk(I0102It2I)22223.75)

22I2tt31.54*23969kA•S2Qk

满足热稳定条件

（3）三绕组变压器回路

最大回路持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*262275.1A

拟选型号为SW2—110Ⅰ（W）系列高压少油断路器 A．动稳定校验 额定动稳定电流

imax=80kA，110kv侧短路冲击电流为

ish=15.68kA

满足动稳定条件 B．热稳定校验：

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精品

Qktk124(5.98610*3.8261265.425kA•Sk(I0102It2I)2tk2223.75)

22I2tt31.54*23969kA•S2Qk

满足热稳定条件

2、35kV侧断路器选择

最大回路持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*825866.25A

拟选型号为SN10-35/1250-20型户内高压少油断路器

SN10-35/1250-20型户内高压少油断路器技术数据

额定工作 额定电 4s 热稳定电额定动稳定电 流峰值（KA） 50 固有分闸 时间（S） 0.06 额定频率 （HZ） 50 电压（KV） 流（A） 流（KA） 35 1250 20 A．动稳定校验 额定动稳定电流

imax=50kA，35kv侧短路冲击电流为

ish=29.53kA

满足动稳定条件 B．热稳定校验：

QIk2tk12(I01022It22kI)2tk277.5kA22•S

2tt204kA*•S1600kA•SQk

满足热稳定条件

3、10kV侧断路器选择

回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*27502887.5A

拟选型号为SN4—10G改进型高压少油断路器

SN4—10G改进型高压少油断路器技术数据

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精品

额定工作 额定电 4s 热稳定额定动稳定电 固有分闸 时间（S） 0.15 额定频率 （HZ） 50 电压（KV） 流（A） 电流（KA）流峰值（ KA） 10 6000 120 300 A．动稳定校验 额定动稳定电流

imax=300kA，10kv侧短路冲击电流为

ish=64.291kA

满足动稳定条件 B．热稳定校验：

Qktk12(I01022It2kI)2tk2224(23.910*22.0322.58) 121978.1kA•SItt50*457600kA•SQk2222满足热稳定条件

5.2.3高压隔离开关的选择

隔离开关是电力系统中应用最多的一种高压电器，它的主要功能是： （1） 建立明显的绝缘间隙，保证线路或电气设备修理时人身安全； （2） 转换线路、增加线路连接的灵活性。

在电网运行情况下，为了保证检修工作电安全进行，除了使工作点与带电部分隔离外，还必须采取检修接地措施防止意外带电。为此，要求在高压配电装置的母线侧和线路侧装设带专门接地刀闸的隔离开关，以便在检修母线或线路断路器时，使之可靠接地。这种带接地刀闸的隔离开关的工作方式为：正常运行时，主刀闸闭合，接地刀闸断开；检修时，主刀闸断开，接地刀闸闭合。这种工作方式由操作机构之间具有机械闭锁的装置来实现。

原则：① IWmax1.05IN

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② UNUNe 1、110kV侧隔离开关选择

回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*13261392.3A

拟选型号为GW4—110W系列隔离开关

GW4—110W系列隔离开关技术数据

额定工作 额定电流4s 热稳定电额定动稳定电流额定频率 流（KA） 峰值（KA） 31.5 100 （HZ） 50 电压（KV） （A） 110 A．动稳定校验 额定动稳定电流

1600 imax=100kA，110kv侧短路冲击电流为

ish=15.68kA

满足动稳定条件 B．热稳定校验：

Qktkt124(5.98610*3.8261265.425kA•Skk(I0102It2I)22223.75)

22I2tt31.54*23969kA•S2Qk

满足热稳定条件

2、35kV侧隔离开关选择

回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*825866.25A

拟选型号为GN15—35G/1250系列隔离开关

GN15—35G/1250系列隔离开关技术数据

额定工作 额定电流4s 热稳定电额定动稳定电流额定频率 流（KA） 峰值（KA） （HZ） 电压（KV） （A） 可编辑

精品

35 A．动稳定校验 额定动稳定电流

1250 25 68 50 imax=68kA，35kv侧短路冲击电流为

ish=29.53kA

满足动稳定条件 B．热稳定校验：

Qktkt124(11.2710*7.9912277.5kA•Skk(I0102It2I)22228.19)

22I2tt252*42500kA2•SQk

满足热稳定条件

3、10kV侧隔离开关选择

回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*27502887.5A

拟选型号为GN10—10T系列隔离开关 GN10—10T系列隔离开关技术数据

额定工作 额定电流4s 热稳定电额定动稳定电流额定频率 流（KA） 峰值（KA） 75 160 （HZ） 50 电压（KV） （A） 10 A．动稳定校验 额定动稳定电流

3000 imax=160kA，10kv侧短路冲击电流为

ish=64.291kA

满足动稳定条件 B．热稳定校验：

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tt124(23.910*22.03121978.1kA•SItt75*422500kA•SkkkQtk(I01022I2I)22222.58)

22222Qk满足热稳定条件

5.2.4互感器的选择

互感器是变换电压、电流的电气设备，它的主要功能是向二次系统提供电压、电流信号也反映一次系统地工作状况，前者称为电压互感器，后者称为电流互感器。

在高压配电装置中，广泛采用互感器给测量仪表、继电保护和其他二次设备供电。互感器包括电流互感器和电压互感器两类。前者将大电流变成规定的小电流（5A或1A）；后者将高电压变成规定的低电压（100V）。测量仪表和继电器的线圈与互感器的二次线圈相连，互感器的二次线圈应有可靠的接地。采用互感器的目的，除了将二次回路与一次回路隔离，以保证运行人员和设备的安全外，还使由它供电的二次设备标准化、小型化，从而个给运行维护提供方便。

电流互感器的校验：动稳定校验按imaxish进行校验，热稳定校验按

IttQ2ktk(I010II)进行校验

tktk122222一、电流互感器的选择 1、110kV侧互感器选择 （1）出线回路

回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*13261392.3A

选型号为LCWB—110（W）系列电流互感器

LCWB—110（W）系列电流互感器技术数据

可编辑

精品

额定工作 电压（KV） 110 准确级 252 额定电流 比（A） 4s 热稳定电流额定动稳定电流（KA） 45 峰值（KA） 115 21000/5 （2）双绕组变压器回路 回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*787826.35A

选型号为LCWB—110（W）系列电流互感器

LCWB—110（W）系列电流互感器技术数据

额定电压（KV） 110 4s 热稳定 额定动稳定电 准确级 额定电流比（A） 电流（KA） 流峰值（KA） 252 2600/5 45 115 （3）三绕组变压器回路

回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*262275.1A

选型号为LCWB—110（W）系列电流互感器

LCWB—110（W）系列电流互感器技术数据

额定电压（KV） 110 4s 热稳定 额定动稳定电 准确级 额定电流比（A） 电流（KA） 流峰值（KA） 252 2600/5 45 115 2、35kV侧互感器选择 （1）出线回路

回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*504529.2A

选型号为LCW-35系列电流互感器

LCW-35系列电流互感器技术数据

额定工作 电压（KV） 35 准确级 252 额定电 1s 热稳定 额定动稳定 电流倍数 100 流比（A） 电流倍数 1000/5 可编辑

65 精品

（2）三绕组变压器回路

回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*825866.25A

选型号为LCWD1-35系列电流互感器

LCWD1-35系列电流互感器技术数据

额定工作 电压（KV） 35 3、10kV侧互感器选择 （1）出线回路

准确级 252 额定电 1s 热稳定 额定动稳定 电流倍数 75 流比（A） 电流倍数 1500/5 30 回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*10351086.75A

选型号为LDZJ1-10系列电流互感器

LDZJ1-10系列电流互感器技术数据

额定工作 电压（KV） 10 （2）发电机回路 准确级 252 额定电 1s 热稳定 额定动稳定 电流倍数 90 流比（A） 电流倍数 1500/5 50 回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*27502887.5A

选型号为LAJ—10（W）系列电流互感器

LAJ—10（W）系列电流互感器技术数据

额定工作 电压（KV） 10 二、电压互感器的选择

电压互感器的配置原则是应满足测量、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的取压。通常如下配置：

准确级 252 额定电 1s 热稳定 额定动稳定 电流倍数 90 流比（A） 电流倍数 4000/5 50 可编辑

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1．母线 6—220KV电压级的每组母线的三相上应装设电压互感器，旁母线则视各回路出线外侧装设电压互感器的需要而定。

2．线路 当需要坚实和检测线路断路器外侧有无电压，共同期和自动重合闸使用，该侧装一台单相电压互感器。

3．发电机 一般在出口处装两组。一组（△/Y）用于自动重合闸。一组供测量仪表、同期和继电保护使用。

各种互感器的使用范围

（1）6—220KV配电装置一般采用油浸绝缘结构；在高压开关柜或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂胶柱绝缘结构。

（2）35—110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器

（3）220KV以上配电装置，当容量和准确登记满足要求时，一般采用电容式电压互感器。

（4）接在110KV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯时，应尽量与耦合电容器结合，统一选用电容式电压互感器。 1、110KV母线侧

拟选型号为JCC—110系列电压互感器

JCC—110系列电压互感器技术数据

额定工作电压（KV） 初级绕组 110/3 二次负荷 3级 连接组标号 I,I0,I0 次级绕组 0.1/3 剩余电压绕组 1.级 0.1 500VA 1000VA 型号含义： J——电压互感器 C——串级绝缘 C ——瓷箱式

110——额定电压

2、35KV母线侧

拟选型号为JDJJ-35系列电压互感器

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JDJJ-35系列电压互感器技术数据

额定工作电压（KV） 二次负荷VA 连接组标号 I,I0,I0 初级绕组 次级绕组 剩余电压绕组0.5 级 1.0级 3级 353 0.1/3 0.1/3 150 250 600 型号含义： J——电压互感器 D——单相 J——油浸绝缘 J——接地保护 35——额定电压

3．10KV母线侧

拟选型号为JSJB—10系列电压互感器

JSJB—110系列电压互感器技术数据

额定工作 电压（KV） 初级绕组 10 二次负荷 3级 连接组标号 次级绕组 0.5级 1.0级 0.1 120VA 200VA 480VA Y,yn0 型号含义： J——电压互感器 S——三相 J ——油浸式 B——带补偿绕组

10——额定电压

5.2.5导线及电缆的选择及校验

导体和电缆是输配电系统系统传输电能的主要组成部分，根据结构和用途，导体可分为裸硬导体（矩形铜、铝导体槽型导体、圆管型导体）和裸软导体（钢绞线、铝绞线、钢芯铝绞线、耐热铝合金导线）及封闭导体。电缆可分为电力电缆、控制电缆和通信电

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缆等。

1、主要导体和电缆的特性及主要用途

（1）硬导体机械强度越高，载流量越大，布置所要求的乡间距离越小，故主要作为发电机及变压器的引出线及屋内高低压配电装置；

（2）软导线施工方便，主要适用于架空电力线路及各型户外配电装置； （3）无铠装电力电缆由于不能承受压力和拉力的作用。故主要用于室内。电缆沟间的电缆托架和穿管装设；

（4）钢带铠装电力电缆适用于直埋。电缆能承受一定的压力，但不承受拉力作用。 硬导体主要作为发电厂和变电所发电机引出线和高压配电装置中的主母线。按其结构可分为矩形、槽型、圆管型和全封闭型 2、 电力线路类型和截面的选择及校验

电力线路的正确、合理的选择直接关系到供电系统的安全、可靠、优质、经济的运行。电力线路包括电力电缆、架空线路、硬母线等类型。电力线路的选择包括类型的选择和截面的选择两部分。

为保证供电系统安全、可靠、优质、经济的运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件。

（1）发热条件。导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度不应超过其正常运行时的最高温度。

（2）电压损耗条件。导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗不应超过正常运行时允许的电压损耗。

（3）经济电流密度。35KV及以上的高压线路及电压在35KV及以下但长距离、大电流的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小，所选截面称为“经济截面”。

（4）机械强度。导线截面不应小于其最小允许截面。

（5）短路时的动稳定度、热稳定度校验。和一般电器一样，导线也必须具有足够的动稳定度和热稳定度，以保证在短路故障时不会损坏。

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对于电缆，不必校验其机械强度和短路动稳定度，但需校验短路时热稳定度，且电缆额定电压不应小于使用地点的额定电压。对于母线，短路时的动稳定度和热稳定度都需考虑。

对于35KV及以上的高压输电线和6~10KV长距离，大电流线路，则先按经济电流密度选择导线截面，再校验其发热条件，电压损耗和机械强度。 3、母线的选择

母线的材料类型和布置方式

母线的材料主要使用铝，屋外配电装置可以采用软母线或硬母线。35KV及以上的屋外配电装置中采用铝绞线的软母线。当母线通过较大电流时，可以采用组合导线，用专用的组合导线夹具固定。

屋内配电装置由于线间距离较小，布置紧凑，采用硬母线。常用的硬母线截面是矩形截面。其散热较好，有一定的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应较大，为了避免集肤效应过大，单条矩形的截面不应小于1000~1200mm。当工作电流过大时，可采用多条矩形母线并联。当每相有3条并联时，中间一条的电流约占总电流的20%，而边上两条各占40%。不宜采用每相有4条以上并联的母线。矩形母线一般只用于35KV及以下电流为4000A及以下的配电装置中。

母线的散热条件和机械强度与母线的布置装置有关。矩形母线当三相水平布置时，母线条立放方式比平放方式散热条件好，截流量大，但机械强度较低，而后者正好相反。

从以上各方面考虑，并结合实际情况，在本设计中110KV、35KV和10KV母线均采用矩形铝导体 1．10KV母线的选择

按经济电流密度选择母线截面，在进行发热条件、热稳定和动稳定校验。 （1）母线上最大长期工作电流

2Iwmax1.05IN1.05*10351086.75A

采用矩形铝导体，根据年负荷最大利用小时数

则导线的经济截面STmax6500h，得J=0.64

IwmaxJ221086.751698mm 0.64mm可编辑

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查矩形铝导体长期允许载流量，每相选用80*8矩形铝导体. （2）热稳定校验

0I(d0)*(wmax)Id1086)124922

28(7028)*(60oC

查表取C=91

S

min1CQkkf11978.1*1.049122

498.42mm80*8640mm

符合热稳定条件

（3）动稳定校验

fmax1.73*ish2L8**10 aw2m112112*rLi2*1.5510

4

0.289*0.08241.28.19106

f

m(35~135HZ)1

3.4410Pa710Pa

6max上式中，——震动系数

a——相间距离 L——绝缘子跨距 W——截面系数

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——取1.5510

4符合动稳定条件

2．35kV母线的选择

回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*825866.25A

采用矩形铝导体，根据年负荷最大利用小时数

则导线经济截面STmax6500h，得J=0.64

2IwmaxJ886.250.64mm21384.7mm

查矩形铝导体长期允许载流量，每相选用63*8矩形铝导体. 3．110kV母线的选择

回路最大持续工作电流

Iwmax1.05IN1.05*13261392.3A

采用矩形铝导体，根据年负荷最大利用小时数

则导线经济截面STmax6500h，得J=0.64

2IwmaxJ1392.30.64mm22175.46mm

查矩形铝导体长期允许载流量，每相选用100*10矩形铝导体.

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6 继电保护

电力系统是电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电力设备按照一定的技术与经济要求有机组成的一个联合系统。其中，一次设备要通过二次设备对其进行监视、测量、控制、和保护。

继电保护装置：当电力系统中的电力元件(如发电机、变压器、电压互感器、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。

继电保护的基本原理和构成方式：继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压

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强度的增高。一般继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件组成，其组成方框图见图6.1。

测量 逻辑 执行 相应输入量

元件 元件 元件 比较 判断 输出 跳闸或信号

图6.1 继电保护装置的组成方框图

继电保护的基本任务：(1)当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)；(2)反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。

继电保护的基本要求：继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：(1)可靠性是指保护该动体时应可靠动作，不该动作时应可靠不动作；(2)选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障；(3)灵敏性是指

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在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现；(4)速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。

在火力发电厂的具体施工设计中，要重点并且详细考虑继电保护的一次设备主要包括发电机、变压器和母线。其具体继电保护措施和装置详细说明如下。

6.1 发电机的保护

发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性作用，同时发电机本身也是十分重要的电气设备，因此，应针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。发电机的故障类型主要有定子绕组相间短路、定子一相绕组内的匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点或两点接地、转子励磁回路励磁电流消失等。发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由于外不对称短路或不对称负荷(如单相负荷，非全相运行等)而引起的发电机负序过电流；由于突然甩负荷而引起的绕组过电压；由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。 6.1.1 发电机纵差动保护

该保护是发电机内部相间短路的主保护，根据起动电流的不同有两种选取原则，与其相对应的接线方式也有一些差别。因为该保护可以无延时的切除保护范围内的各种故障，同时又不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较高，所以纵差动保护

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毫无例外的用作容量在1MW以上发电机的主保护。 带断线监视的发电机纵差动保护接线图见图6.1。

图7.1 带断线监视的发电机纵差动保护(1)在正常运行情况下，电流互感器的二次回路断线时保护不应误动。为防止差动保图6.1 带断线监视的发电机纵差动保护护误动作，应整定保护装置的起动电流大于发电机的额定电流。引入可靠系数Kk,则保护装置和继电器的起动电流分别为：

IdzKKIef （6.1）

Idz.jKKIef/n1 （6.2）

如在断线后又发生了外部短路，则继电器回路中要流过短路电流，保护仍要误动作故差动保护中一般装设断线监视装置，使得纵差动保护在此情况下能及时退出工作。

(2)保护装置的起动电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定，此时，继电器的起动电流应为：

Idz.jKKIbp.max （6.3） 根据对不平衡电流的分析，代入上式，则：

Idz.j0.1KKKfz.qK1xId.max/n1 （6.4）

当采用具有速饱和铁心的差动继电器时，Kfzq=1;当电流互感器型号相同时Ktx=0.5;可靠系数一般取为Kk=1.3。对于汽轮发电机，其出口处发生三相短路的最大短路电流

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约为Id.max=8Ie.f ,代入上式，则差动继电器的起动电流为：

Idz.j0.5Ief/n1 （6.5） 综上可见，按躲开不平衡电流条件整定的差动保护，其起动值都远较按躲开电流互感器二次回路断线的条件为小，因此，保护的灵敏性就高[23]。 6.1.2发电机的横差动保护

利用反应两个支路电流之差的原理，实现对发电机定子绕组匝间短路的保护即为横差动保护。它有两种接线方式：

（1）每相装设两个电流互感器和一个继电器做成单独的保护。这样三相总共需要六个互感器和三个继电器。由于接线复杂，保护中的不平衡电流也大，因此实际上已经很少采用。

（2）目前广泛应用的接线方式实质上是把一半绕组的三相电之和去与另一半绕组三相电流之和进行比较，当发生前述各种匝间短路时，此中性点联线上照样有环流通过，因此，继电器3可以动作。由于只使用了一个互感器，也就不存在由于互感器的误差所产生的不平衡电流，因此，起动电流较小，灵敏度较高。此外，这种接线方式也比第一种接线方式简单。

运行经验表明，当励磁回路发生永久性的两点接地时，由于发电机励磁磁势的畸变而引起空气隙磁通发生较大的畸变，发电机将产生异常的振动，此时励磁回路两点接地保护应动作于跳闸。在这种情况下，虽然按照横差动保护的工作原理来看它不应该动作，但由于发电机已有切除的必要，因此横差动保护动作于跳闸也是允许的。基于上述考虑，目前已不采用励磁回路两点接地保护动作时闭锁横差动保护的措施。为了防止在励磁回路中发生偶然性的瞬间两点接地时引起的误动作，因此，当励磁回路发生一点接地后，在投入两点接地保护的同时，也应将横差动保护切换至0.5-1s的延时动作于跳闸[23]

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6.2 变压器的保护

6.2.1 变压器主保护设计

电力变压器在整个系统中起着至关重要的作用，因此必须为它装设合适的继电保护装置。本文提出一种基于负序差动原理的变压器保护方案，它利用体现不对称故障本质的负序电流来实现差动保护，能够以较高的灵敏度反映变压器内部匝间故障，同时给出了附加判据和正序电流制动判据来提高保护的抗饱和能力，从而有效防止误动作发生。论文还从励磁涌流、转换性故障、振荡等方面进行了研究，探讨了负序差动保护在实现中可能遇到的问题，进而证明保护原理的可行性。

火力发电厂的主变为双绕组三相变压器，并且采用Y，d11的接线方式，如下图6.2所示。图中一次电流从同名端流入，二次电流从同名端流出。

此种接线方式造成了变压器一、二次电流的不对应，若采用针对单相变压器的差动继电器的接线方式，将一、二次电流直接引入差动保护，则会在继电器中产生很大的差动电流。将因入差动继电器的Y侧的电流也采用两相电流差就可以消除这个差动电流。

图6.2 主变压器纵差动保护原

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6.3 母线的保护

发电厂母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。

6.3.1 装设母线保护的几种情况

（1）3～10KV分段母线及其并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护，下列情况应当装设母线保护：需要快速有选择性地切除一段或一组母线上的故障，以保障发电厂及其电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时；当线路的断路器不允许切除线路的电抗器前的线路发生短路性故障时。

（2）35～66KV电力网当中，主要变电所的35～66KV双母线或分段单母线，需快速而有选择地切除一段或者一组母线故障，以保证系统规定运行和可靠供电时，应当装设母线保护。 （3）110KV母线中，下列情况应装设母线保护：110KV双母线装设专用母线保护；110KV单母线、重要发电厂或110KV以上重要变电所的110KV单母线，需要快切除母线上的故障时，应装设母线保护。

（4）220～500KV母线，对双母线接线，应装设能快速有选择性切除故障的母线保护。

6.3.2 目前国内110KV及其以上母线保护装置的原理有以下几种:

（1）完全电流保护。由母线内部或外部故障时流入母线电流之差或和电流作为判

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据，采用速饱和变流器防止区外故障一次电流中的直流分量导致TA饱和引起的母线差动误动。

（2）母联电流相位比较式母线保护。比较母线差动电流和流过母联断路器的电流相位不同作为判据。

（3）电流差动利用带比率制动特性的电流继电器构成，解决了TA饱和引起的母差保护在区外故障时的误动问题。

（4）中阻抗快速母差保护。以电流瞬时值测定和比较为基础，其差动和启动元件在TA饱和之前动作，动作的速度快，有利于系统的稳定。

（5）以电压工频的变化量幅值和低电压元件作为启动元件，差流元件保持的母差保护。

微机型母线保护一般均具有低电压或复合电压闭锁，启动断路器失灵保护、母线充电保护及其TV断线闭锁装置等功能。

6.4 防直击雷的保护

6.4.1直击雷的保护范围

发电厂和变电所的直击雷过电压保护，可以采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊接成网等。下列设施应装设直击雷保护装置： 屋外配电装置，包括组合导体和母线廊道。 烟囱、冷却塔和输煤系统的高建筑物。

油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装卸油台、大型变压器修理间、易燃材料仓库等建筑物。

雷电活动特殊强烈地区的主厂房、主控制室和高压屋内配电装置室。

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无钢筋的砖木结构的主厂房[26]。 6.4.2直击雷的保护措施

a.对主厂房需装设的直击雷保护，应采取如下的措施：

（1）加强分流：用扁钢将所有避雷针水平连接起来，并与主厂房柱内钢筋焊接成一体。在适当的地方接引下线，一般应每隔10～20m引一根。引下线的数目尽可能多一

（2）防止反击：设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点；避雷针接地引下线尽量远离电气设备；为了防止引下线向发电机回路发生反击而可能危及发电机绝缘，应在靠近避雷针引下线的发电机出口处装设一组避雷器。

（3）装设集中接地装置：上述接地应与总接地网连接，并在连接处加装集中接地装置，其工频接地电阻应不大于10欧。

b.主控室及其屋内配电装置直击雷的保护措施：

若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地。 若屋顶为钢筋混凝土结构，应将钢筋焊接成网接地。

若结构为非导电的屋顶时，采用避雷带保护。该避雷带的网格为8～10m,每隔10～20m设置引下线接地。

c.峡谷地区的发电厂和变电所应采用避雷线保护。

d.建筑物屋顶上的设备金属外壳、电缆外皮和建筑物金属构件，均应接地。

e.上述应装设直击雷保护装置的设施，其接地可采用发电厂、变电所的主接地网，但应该在直击雷的保护装置附近装设集中接地装置。

f.对于六氟化硫全封闭变电所，不需要专门装设避雷针、避雷线，而是利

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用六氟化硫全封闭的金属筒作为接闪器，并将其接地即可。

7．结论

本次课程设计的题目是“某地区电网规划及XX发电厂电气部分设计”。在本设计中，结合火力发电厂的实际运行情况，主要从电气主接线、短路电流计算、电气设备的选择、发电机、主变压器和母线的主保护几个方面作了较为详尽的论述。同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济性、灵活性和灵敏性，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。从而主接线中50MW发电机出口10KV母线采用单母线接线，35kV母线采用单接线形式，110KV母线采用单母线分段接线的形式。主要电气设备和配电装置根据火力发电厂实际选用情况进行说明性选择；发电机采用带断线监视的纵差动保护，主变压器采用纵差动保护，母线采用完全电流差动保护。

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。

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8总结与体会

在设计的初期我们利用了三周的时间熟悉了这次毕业设计的题目及要求，并在图书馆、电子图书室查阅了有关的技术资料。在查阅资料和分析的过程中，大大拓宽我们的专业知识领域，使我们慢慢生成了这次设计的主要思路，并且将自己的思路以及想法向指导老师进行了汇报，指导老师针对我们提出的问题对思路进行了修改，这培养我们具有初步的科研和设计算的能力。由于时间关系以及个人水平的问题，这次的设计也有很多不完善的东西，相信这些会在我们的工作过程中慢慢的理解。

总之，在这次设计中最大的受益者是我们自己。我们不仅在这次毕业设计中发现了我们学习的薄弱之处，而且我们学会了如何理论与实际相结合，明白了这次毕业设计的目的。这次毕业设计是我们自己能够独立的分析问题、解决问题，使理论知识与工程实际相联系，并达到对知识的融汇和贯通及合理应用。

通过这次设计，我们进一步领会电力工业建设中的政策观念和经济技术观念，以及对工程技术中的技术和经济问题，能够进行比较全面的综合分析。使我们对电力系统有了一个整体和具体的了解，这对我们今后工作中有积极的意义。

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9致 谢

在论文完成之际，我首先要向老师表示最真挚的感谢。我在设计中得到了郑老师的悉心指导，他的博学以及强烈的责任心给我很深的影响。

在论文写作的三个月的时间里，我学到了很多平时学不到的知识。专业与非专业知识的综合、理论与实践的结合，不仅仅让我对发电厂、变电所技术的重要性、设计过程与步骤有了深刻的理解，对人生也是一种感悟，为以后走向工作岗位奠定了基础。

我还要特别感谢班主任和同学们给予了我无私的帮助，正是他们的鼓励和帮助之下，我得以顺利完成论文。

由于本人学识有限，加之时间仓促，文中不免有错误和待改进之处，真诚欢迎各位师长、同行提出宝贵意见。

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10.参考文献

[1]陈连. 发电厂电气工程. 水利电力出版社 1987 [2]刘介才 工厂供电 机械工业出版社 1987

[3]何仰赞 电力系统分析 第二版 华中理工大学出版社 1996 [4]傅知兰. 电力系统电气设备选择与实用计算[M].中国电力出版社 2004 [5]电力工业部，电力规划设计院.电力系统设计手册[M].中国电力出版社 [6]西北电力设计院. 电力工程设计手册[M]. 中国电力出版社 [7]王锡凡. 电力工程基础[M]. 西安交通大学出版社 1998 [8]吴希再. 电力工程 [M]. 华中科技大学出版社 2004 [9]牟道槐. 发电厂变电站电气部分[M]. 重庆大学出版社 2003

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[10]陈生贵. 电力系统继电保护[M]. 重庆大学出版社2003 [11]西北电力设计院. 电力工程电气设备手册[M]. 中国电力出版社

[12]AKIRA ONUKI，Phase Transition Dynamics[M].CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS 2005

[13]G.Orelind , “Optimal PID gain schedule for hydrogenerators design and application” [J] IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol.4, No.3, Sept, 1989

[14]尹克宁 电力工程 水利电力出版社 1987

附录I外文资料

译文：

一种新型的性能火电厂经济运行监测策略

摘要：为了响应基础的综合性能监测战略，提出了节约的火电厂的运作，开发新加装调

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制解调器无比强大的集散控制系统（DCS）的资源。在审查了一个典型的200兆瓦oiYgas性能监控的做法弗雷德在Ballylumford，北爱尔兰，分析了其有缺陷的火电厂，然后通过拟议的战略建议的补救措施。这家工厂的模拟已用于调查目的。这两个关键方面的性能监测，指标和控制参数perfonnance即监测，是更有效的处理和新颖的方式。所达到的最好的植物成分效率值，用于比较绩效评估需要，都证明是更可靠和准确地索取通过神经网络的性能模型。一种基于直方图曲线法被证明是。高度有效的监测减少了植物变量变异，然后在植物控制器的性能修改设定点，以提高设备的热性能。 关键词：性能监测，Efliciency模型，热电厂，神经网络。 一，引言

增加竞争压力，努力减少排放和严格的监管措施，迫使电力公司提高能源转换效率发电机组。在火电厂，燃料构成约85％的总运行成本[1]。作为一个典型的例如，如果一个500兆瓦的发电机组不断维持在1个百分点的一半以下效率最佳的，额外的燃料法案将与100万1年[1]。因此，是值得去相当麻烦，一些费用，以减少损失，实际最低。减少损失的第一步，就是不断监察该工厂的表现，找出问题的根源是以及改进的余地，然后采取necessaryactions以节约行动。在早期的尝试制定了实时性能监控系统设备。20世纪60年代提出了[8]。由于缺乏自动仪器和电脑设备，这并不能证明是非常成功的。随后，系统开发为离线定期评估热电站性能[1]。真正大力发展网上厂性能监控系统启动后，燃油危机20世纪70年代。1981年，开发一个联机turbinegenerator热性能监控系统中部地区由中央发电局报告[9]。从那时起，不断努力，通过各种形式的权力如电力科学研究院[2,5]，中央发电局[1]组织，在发展越来越多的先进设备性能监控系统采用先进的设施最先进的仪器和电脑设施。

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当前实时的主要组成部分性能监控系统大致可分为分为以下三类： ·数据采集 ·绩效评估软件

·灵活的信息和演示系统

先进的设施设备先进的实时履行的职能交互式用户界面绩效评估软件系统是： ·加强和数据

·主要设备性能指标的计算成分[1]，如锅炉效率，汽轮机热率，热交换效率等 要诊断偏差的原因，关键控制从目标值参数，并建议纠正行动[3]。 ·要执行什么，如果对植物的变化情况条件改变，以及热力厂使用的详细 模型。

一个性能监视系统的有效性取决于在特定电厂的控制和计算资源。在可靠的传感器和数据采集，绩效评估结果的情况下不会被任何用途。然而，在复杂的控制和DCS系统，如调制解调器计算资源，可用，有一个迫切需要利用他们economising厂的运作最有效。

随着DCS系统控制高度精密的现代化自动模式植物变量，很少有运营商可以做的工厂，而是adjustinglchanging该控制器的设定值。任何表现的，可以通过改变设置应高度优先调查点，累计改善。很少注意了在这个方向尽可能电厂控制方面。还有一个是确定合适的所有性能指标达到或目标的参考价值的需要，以便与计算值的比较，可从评估提出需要为基础的综合性能监测战略，这个程度的性能deterioration.Apart同在一个由两个新颖的方式方法的案例研究上述两个规定，文件处理。

在Ballylumford热功率在北爱尔兰工厂是电厂图如图所示。第1A。在这家工厂，

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主蒸汽压力保持在164杆操纵燃油流量阀（新鲜水果和蔬菜），因此空气流量阀（AFV）的。该工厂使用三个阶段过热器：对流式过热器小学（PH值），二次过热器（上海），和一个辐射型屏过热器的过热的鼓或）到540饱和蒸汽（特等）的过热主要蒸汽流量的高压涡轮是由水轮机调速器控制阀（高速列车）。

还有一对加热炉的废气涡轮回惠普540再热蒸汽业主立案法团（相对湿度）。再热蒸汽进入通过拦截阀（ICV）的进工党涡轮机。主蒸汽温度控制跨attemperators阶段：第一阶段保温器（在）在抵港的蒸汽规划署第二阶段保温器（AT2受体在抵港的蒸汽）到上海。此外，还有一个保温器（在，再热蒸汽温度的控制），但它是有节制地使用。通常的控制达到操纵烟气再循环（FGR的）阻尼器，通过它从省煤器出口烟气中的炉料斗注入。

上述电站锅炉涡轮机系统的数学模型，开发了在女王贝尔法斯特大学。该模型是建立在质量，能量守恒的物理原理，用14和动力一阶非线性差分方程和代数方程120。这可能是表示状态空间方程。

基于此一电厂仿真在MATLAB中创建如图所示模型1B。合作与工厂实际测量，白噪声信号噪声nsistent被添加到输出变量。所有的控制回路，数字采样30秒intewal。只有一些重要的输入和输出变量的数字显示。

由于DCS系统是目前在Ballylumford电站改造，进行了调查这一假设这样一个制度外商投资企业的存在，执行合理检查和数据验证能力的文件。接下来的部分详细说明目前的业绩的监测方法在车站，性能监测战略建议在本条中─三，实施和评价在植物模拟的详情，在科的静脉。

为了解决一个needbased的综合方法，提出了上述的一些问题。建议的方法可以

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详细的以下几点： ·绩效评估应进行联机。

·为了有效，绩效评估方案必须充分结合，使植物工厂DCS系统操作人员进行监测，控制和纠正

主要表现在工厂设备，同时不断。早期发现和早期降解性能的失败是至关重要的避免灾难性的破坏过程及不定期停电[印务局]。

·目标或性能指标和关键控制变量或参数的参考值应计算出最佳状态，工厂的机械故障或退化的情况下运行数据。偏差的这些变量在燃料燃烧效果也必须在最佳状态，而不是设计值运行数据为基础。

·更准确的建模方法应该用于模型的非线性效率作为参考进行比较的功能。 ·动态优化的控制器应适用于降低变异范围和关键控制变量的变化率。

·有效的关键控制变量变异连续监测，应进行，使他们的设定点可以以这样一种方式修改，以便稳定

国家效率得到提高。

为了协助解释工厂的运行数据，绩效评估显示工厂人员可以分为以下三个基本类别： 1.整个工厂的绩效评估显示。

2.连续的关键组成部分的效率和可控变量变异显示。 3.远距离性能或植物组件显示恶化。

尽管这些显示器是useh1所有工厂人员，不同群体的特殊利益作为自己的领域。工厂管理人员普遍感兴趣的监测工厂的总体性能。工厂经营者和主管都在监测植物的组成

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部分和关键控制变量的变化不断的效率，以便让他们能在最有效的工作点的植物感兴趣。植物工程师另一方面，关注长期监测范围性能或设备部件的恶化，协助调度植物保养最有效。

已制定的方案来计算植物成分的性能指标，并显示他们在网上。总的性能监测方案分为三个不同的用户群体为三个不同类别，并就在各自的集散控制系统工作站终端可使用，如图所示。2。阿枚155毫米炮弹（女王贝尔法斯特大学）计算机是通过信息显示连接经理的跨网络的DCS系统。跨网络是目前正在进行中。监测方案是配备了一个高效率的决策的专家系统外壳。目前，测试和开发工作主要限于植物模拟。

多变量模型预测控制（与动态优化已开发71。这些发现使在大负荷期间，尽量减少过渡的关键控制变量变异的出色表现。一个这样的多变量控制器是连接到显示设备模拟图。1B款。本文主要集中于效率目标组件模型和在后面的小节讨论的关键控制变量监测

根据不同的操作条件，即基本负荷或高峰负荷，设备部件的设计与预期的效率特性（如图所示。3）。通常设计过效率的信息，请访问某些固定的稳态加载和终端条件。有一间工厂的设计人员普遍认为效率是一个理想的情况下，可从来没有在实践中实现。作为一个相对较差的表现显示使用设计的效率不创建一个真正的紧迫感结果。因此，有一个确定一个最好的情况下使用效率模型厂的运行数据，在退化和机械问题的情况下收集的需要。它应该是可能的最好的情况下使用效率模型预测在所有操作条件和终端设备的性能，找出性能下降和随之而来的金钱损失。这样的参考模型，建立用质量和能量守恒的物理原理，将不得不采取考虑到不断磨损而使用该组件的参数。此外，为了获得所需的精度，模型应该避免的实证关系，逼近与实际的非线性处理线性化使用。这种模式将

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是非常复杂和非常昂贵，很难建立。这是值得使用合适的统计模型技术，线性或非线性，这样的目的，如果有充分的经营数据可用。图中可见。3，效率功能的非直线性的，但不是很严重。大自然的变化如图所示为标准的终端条件的稳态运行特性。在非线性以及与不同终端条件的不确定性增加。由于通用逼近性，一个非线性过程的效率模型，利用神经网络模型识别技术，可能代表着一个过程的行为，因为它实际上是在工厂存在。它，但是，需要有足够丰富的运行数据。

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