XX 学
发电厂电气部分 课程设计（文）
题目： 150MW火力发电厂电气部分设计
院（系）：
专业班级：
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指导教师：
起止时间：
课程设计（文）务评语
院（系）：电气学院 教研室：
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课程设计题目
150MW火力发电厂电气部分设计
课程设计（文）务
（1）装机容量装机4台容量2×25MW+2×50MWUN105kV （2）机组年利时TMAX6500ha 厂电率8考虑 （2）105kV电压级 电缆出线六回输送距离远8km回均输送电量42MW10kV负荷25MW负荷168MWCOSφ 08Tmax 5200ha （3）35kV电压级 架空线六回输送距离远20km回均输送容量56MW35kV电压级负荷336MW负荷224MWCOSφ08 Tmax 5200ha （4）110kV电压级架空线4回电力系统连接接受该厂剩余功率电力系统容量3500MW取基准容量100MVA时系统算110kV母线电抗X 0083
设计具体容：
1）设计电气接线方案
2）完成变压器容量计算台数型号选择
3）短路电流计算
4）完成电气设备选择校验
进度计划
1布置务查阅资料（1天）
2系统总体方案设计（1天）
3设计接线（2天）
4设计变压器（2天）
5短路计算（2天）
7电气设备选择校验（1）
6撰写印设计说明书（1天）
指导教师评语成绩
时： 文质量： 答辩：
总成绩： 指导教师签字：
年 月 日
注：成绩：时20 文质量60 答辩20 百分制计算
摘
发电配电输电变电电等环节组成电生产消费系统功然界次源通发电动力装置转化成电输变电系统配电系统电供应负荷中心
火力文完成电气接线方案设计济型分析电气设备选择包括变压器容量计算发电厂短路电流计算基础进行配电装置选型方案设计回路火力发电厂电气部分设计中次回路设计体保证供电性济性电质量关键直接影响着电气部分投资
文完成电气接线方案设计济型分析电气设备选择包括变压器容量计算发电厂短路电流计算基础进行配电装置选型方案设计
关键词：发电厂电气接线电气设备
目 录
第1章 绪 1
11 电力工业发展概况 1
12 发电厂预设规模 1
13 发电厂接入系统原 2
第2章 电气接线设计 3
21 电气接线设计基求 3
22 拟定行接线方案 4
23 变压器选型 5
第3章 短路电流计算 6
31 概述 6
32 短路电流计算条件 6
33 短路计算 7
34 画等值网络图 7
第4章 发电厂避雷装置设计 13
41 概述 13
42 雷电电压形成危害 13
43 电气设备防雷保护 13
44 避雷针配置原 14
45 避雷针位置确定 14
46 防雷保护措施 15
第5章 电气设备校验 18
51断路器校验 18
52 隔离开关校验 18
53 电流互感器校验 19
第6章课程设计总结 20
参考文献 21
第1章 绪
发电变电输电配电电等环节组成电生产消费系统功然界次源通发电动力装置（包括锅炉汽轮机发电机电厂辅助生产系统等）转化成电输变电系统配电系统电供应负荷中心电源点负荷中心数处区法量储存电生产必须时刻保持消费衡电集中开发分散电连续供应负荷机变化制约电力系统结构运行电力系统实现功需环节层次设置相应信息控制系统便电生产输运程进行测量调节控制保护通信调度确保户获安全济优质电
11 电力工业发展概况
着国电力事业迅猛发展工程规模断扩采电气设备断更新换代通具体实践摸索断总结积累丰富宝贵运行验设计验
九十年代起国陆续修订规程规范电气标准全面IEC标准拢等效采1982年起分十批淘汰量落机电产品次整顿生产秩序加强电气产品质量理努力缩发达国家差距引进开发具国际先进水电气设备
二十年设计标准设计设计方法设计选先进技术设备腾飞性发展着中型水电站推广值班少值守运行方式电站动化水越越高更广泛采高水准设备相应厂电系统设计厂设备选型提出更高求
12 发电厂预设规模
1．厂址概况：厂坑口电厂燃料煤矿直接供电厂生产电厂外全部220kV线路送入周边系统厂区势较坦质条件新公路铁路通矿区交通方便厂址附河通水量丰富冻土层15米深覆冰厚10mm风速20ms年均温度+6℃高气温+38℃低气温36℃土壤电阻率>500
2．机组参数：
锅炉：4HG6701401
汽机：2N200130535535
发电机：4QFQS2002
3．火力发电厂接线图图11
图11 火力发电厂接线图
13 发电厂接入系统原
拟定发电厂接入系统方案时应明确该厂规划装机容量单机容量送电方功率供电距离电力系统中位作规模发电厂发电机组应根系统中位接入相应电压等级电力网负荷中心中发电厂发电机端设立母线发电机母线升压变压器接入系统远离负荷中心火力发电厂应直接接入高压网单机容量100~125MW机组系统稳定性求时应直接升压接入220kV电力网单机容量500MW机组般直接升压接入500kV电力网[1]
第2章 电气接线设计
21 电气接线设计基求
电气接线发电厂变电电气部分体反映设备作连接方式回路相互关系设计直接关系全厂电气设备选择配电装置布置继电保护动装置控制方式确定电力系统安全济运行起着决定作概括说包括五方面：[2]
1．性
2．灵活性
3．济性
4．操作应简单方便
220kV电压等级常接线方式
220kV电压级常接线方式适范围总结见表21
表21 220kV电压级常接线方式适范围
电压
接线方式
适范围
220
双母线单母线
采SF6全封闭组合电器时设旁路措施采SF6断路器时宜设旁路措施采少油断路器出线4回时采带专旁母断路器旁路母线
双母线分段
安装200MW机组电厂容量800MW进出线10~14回采双母线双分段配置困难配电装置
双母线双分段
安装200MW机组电厂容量1000MW进出线15回
22 拟定行接线方案
1采双母线分段接线方式双回路分接母线段缩母线障影响范围接线形式见图21
图21 方案接线图
2采双母线接线断路器采高性断路器接线形式见图22
22 方案二接线图
3 方案较选定
1．性
方案双回路分接母线段保证系统供电性减停电率缩母线障范围
方案二通两组母线隔离开关倒换操作轮流检修组母线供电中断检修意线路断路器时该回路需短时停电断路器采断路器检修周期长需常检修减断路器检修停电率
通见性方面方案行性稍高方案二
2．济性
方案装价高断路器隔离开关投资增占面积增加
方案二设备相少投资年费占面积相较
通见济性方面方案二行性明显优方案
通实际情况分析方案二性略低方案断路器采SF6断路器检修周期长需常检修样减断路器检修停电率济性方案二明显高方案综合考虑选择方案二
23 变压器选型
变压器电气设备投资中占例较时相适应配电装置特容量高电压配电装置投资变压器选择发电厂变电技术性影响
次设计中变压器均单元接线形式单元接线时变压器容量应发电机额度容量扣机组厂负荷留10裕度确定
（21）
式中—发电机容量200MW —通变容量
—厂电8 —发电机额定功率085
发电机额定容量200MW扣厂电变压器容量：
选定三相风冷然循环双绕组励磁调压变压器型号：参数
第3章 短路电流计算
31 概述
电力系统运行三种状态：正常运行状态非正常运行状态短路障供电系统设计运行中考虑发生障正常运行情况供电系统危害短路障短路电流引起电动力效应发热效应电压降低等短路电流计算电气接线方案较导体电气设备选择接计算继电保护选择整定基础短路指电位导电部分间正常短接电力系统中相相间中性点直接接系统中相间短接短路保证电力系统安全运行电力系统设计运行分析中定考虑系统等正常工作状态造成短路原通常种：
1．导体电气设备绝缘老化遭受机械损伤雷击电压引起绝缘损坏
2．架空线路风导线覆冰引起电杆倒塌等鸟兽跨界裸露导体等导致短路
3．电气设备设计安装维护良运行设备身合格引发短路
4．运行员违反安全操作规程误操作运行员带负荷拉隔离开关线路设备检修未拆接线加电压等会造成短路根国外资料显示违反规程操作意识
5．原输电线断线倒杆碰线盗窃破坏等原导致短路
32 短路电流计算条件
1．正常工作时三相系统称运行
2．电流电功势相位角相
3．电力系统中电源均额定负荷运行
4．短路发生短路电流值瞬间
5．考虑短路点衰减时间常数低压网络短路电流外元件电阻略计
6．考虑短路点电流阻抗变压器励磁电流
7．元件技术参数均取额定值考虑参数误差调整范围
8．输电线路电容略计[7]
33 短路计算
选择流校验设备部载流导体短路电流短路点短路计算点次计算中选取短路点发电机出口短路点d1220kV母线短路点d2厂6kV高压母线短路点d3
34 画等值网络图
1．掉系统中负荷分支线路电容元件电阻发电机电抗次暂态电抗
2．计算网络中发电机基参数见表31变压器基参数见表42
表31 发电机参数
型号
额定容量
额定电压
额定电流
功率数
QFQS2002
200MW
1575kV
8625A
085
1444
QFS3002
300MW
18kV
11320A
085
167
TS126430048
300MW
18kV
11000A
0875
3056
表32 变压器参数
型号
额定电压(kW)
短路阻抗()
SF10240000
2421575
13
SF1031500
157563
98
SFP7360000
24218
14
设计系统等值网络图图31示
图31 等值网络图
3．元件电抗换算基准标电抗
取基准容量100MVA电压基准值段均额定电压242kV1575kV63kV
(1)4×200MW火力发电厂
发电机电抗标幺值
变压器电抗标幺值
厂高压变压器电抗标幺值
(2)系统600MW火电厂
发电机电抗标值
变压器电抗标幺值
(3)系统600MW水电厂
发电机电抗标值
变压器电抗标幺值
等值电抗图：
图32 等值网络图
2选取设备电抗值计算（考虑严重障情况进行母线三相短路计算）
选取SB100MWUBUav发电机选取型号QFSN2002中VB1575KV
发电机电抗：X1X2Xd″×SBSN 0142×100235006
变压器绕组阻抗表值：
X3X412(V12+V13V230)×SBSN12(0245+01450085)×1002400064
X5X612(V12+ V23 V13)×SBSN12(0245+00850145)×1002400039
X7X812(V13+V23V12)×SBSN12(0145+00850245)×1002400033
联络变压器阻抗表值：
ⅠⅡ12(V12+V13V23)×SBSN12(024+015008)X1001500103
ⅡⅢ12(V12+V23V13)×SBSN 12(024+008015)X1001500057
X11 XⅠⅡ+ XⅡⅢ016
图32继续化简：
图33 等值网络图化简图
图中X12X13X1+X7X2 +X800600330027
化简
图34 图35
X1412X312X40032
X1512X512X600195
X1612X1212X1300135
X14X15X16支路进行Y—△变换出图五等值电路图中：
X17X14+X16+ X14X16 X150032+00135+0032×00135001950067
X18X14+X15+ X14X15 X160098
X19X11+X10016+00250185
计算系统电抗短路容量两台发电机组短路点d2转移电抗：
XKX17X18X190067009801850032
SKSBXK10000323125WMA
SC1000031256875WMA
求系统电抗：X9SBSC10068750015
系统短路点计算电抗Xjs90015
分支额定电流IN SBVav100（×230）025
发电机组短路点d2计算电抗：Xjs (X17 X18)×235×2100018
分支额定电流INSN（×230）235×2×230118
系统短路点短路电流表值计算电抗倒数发电机组短路点短路电流表值查发电机计算曲线数字表出短路电流表值表31短路电流值I″1817KA
击电流ishksh× I″中ksh击系数表示击电流周期分量幅值倍数时间常数零限时击系数范围：1< ksh<2取ksh18： ish18××11524627KA
（2）110KV母线短路点d2短路电流计算：
110KV母线短路点220KV等值电路图称：
图35 等值电路图
X14X15X16支路进行Y—△变换出图五等值电路图中
X20 X15+X16+ X15X16 X140041
X21X14+X15+ X14X15 X160098
X22X11+X9016+00650225
计算系统电抗短路容量两台发电机组短路点d2转移电抗：
XKX20X21X220041009802250026
SKSBXK1000026384615WMA
SC10000384615615385WMA
求系统电抗：X10SBSC1006153850016
系统短路点计算电抗Xjs100016
分支额定电流IN SBVav100（×115）050
发电机组短路点d2计算电抗：Xjs (X20 X21)×235×2100014
分支额定电流INSN（×115）235×2×115236
系统短路点短路电流表值计算电抗倒数发电机组短路点短路电流表值查发电机计算曲线数字表出短路电流表值表31短路电流值I″3511KA
击电流ish18××35118937KA
第4章 发电厂避雷装置设计
41 概述
雷击种然现象释放出巨量具极强破坏力世纪类通雷击破坏性研究探索雷电危害采取定预防措施效降低雷害雷害源直击雷感应雷雷电浪涌
防止雷电设备造成电压保护物体方引导雷电通安全埋入防止雷电直击减保护范围电器设备（架空输电线路通电设备）建筑物遭受直击雷概率
42 雷电电压形成危害
(1)直击雷电压
雷电直接电气设备输电线建筑物物体直接放电简称直击雷直击雷电压引起数万安强雷电流通击物体入产生破坏性热效应机械效应击坏设备引起火灾甚造成身伤亡利避雷针避雷线种建筑物输电线路电气设备免遭直击雷危害避雷针保护建筑物发电厂变电等免受直击雷危害避雷器保护架空输电线路[17]
次设计中采避雷线保护架空线路采避雷针发电厂进行直击雷保护
(2)雷电波
输电线路遭受直接雷感应雷电荷着输电线进入发电厂变电种雷电流形成电流称雷电波直接雷感应雷形成雷电波均电气设备绝缘构成严重威胁利保护间隙避雷器保护电气设备免遭线入侵雷电波袭击
次设计中采避雷器电气设备进行雷电波防护
43 电气设备防雷保护
电气设备结构工作性质采取措施
发电厂变电电气设备直击雷防护采避雷针入侵雷防护采进线保护避雷保护综合措施进线保护限制雷电流幅值陡度避雷器限制雷电电压值
电线路采装设避雷线方法防止线路遭受直击雷引起跳闸次数采系统中性点消弧线圈接工作方式避免雷击跳闸造成供电中断采动重合闸装置
完善进线保护时应采性良阀型避雷器金属氧化物避雷器保护电机绝缘时应考虑装设电容器中性点避避雷器保护匝间绝缘中性点绝缘
配电变压器高低压侧柱断路器必须装设避雷器放电间隙保护外配电线路身应适提高绝缘水应广泛采重合闸减少断线停电事
发电厂电力系统心脏万发生损坏设备事会带严重果造成重损失设计中重点发电机变压器组线路防雷保护进行配置
44 避雷针配置原
1．独立式避雷针宜装设独立接装置非高土壤电阻率区工频接电阻困难时该接装置接网连接避雷针接网连接点接线长度15m
2．独立式避雷针变配电装置空气中间距独立式避雷针接装置变配电接网中距离式中击接电阻
45 避雷针位置确定
首先应根发电厂设备面布置图情况确定避雷针初步选定安装位置设备电气距离应符合种规程规范求
1．电压110KV配电装置般避雷针装配电装置构架房顶土壤电阻率1000n米区宜装设独立避雷针
2．独立避雷针（线）宜设独立接装置工频接电阻超10Ω
3．35KV高压配电装置架构房顶宜装避雷针绝缘水低雷击时易引起反击
4．变压器门型架构应装设避雷针避雷线门形架距变压器较装设避雷针构架集中接装置距变压器金属外壳接点址中距离难达15m求
46 防雷保护措施
发电厂电气设备直击雷防护采避雷针发电场面积较采支等高避雷针保护预设发电厂占面积225公顷规模长500m宽450m保护高度18m
工程中避雷针高度般选20~30m次设计中拟选30m避雷针避雷针间布置距离通计算求四等高避雷针保护范围图41示
图41 四等高避雷针保护范围
式中—避雷针高度—保护物高度
—两针间联合保护范围部边缘低点高度
—高度水面保护范围宽度
针保护时边保护范围宽度均边形中间全部面积处联合保护范围
时保护半径面保护范围算出
(m)
高度水面算
(m)
意两避雷针间距离210m保护整发电厂面范围
面外部保护半径
（4
高度水面保护半径
根厂面积需设置9~1630m避雷针
输电线路电力系统动脉担负着发电厂产生变压变压电力输送区电中心重架空输电线路穿越山岭旷野横延伸遭受雷击机会线路雷击事电力系统总雷害事中占重
全线装设避雷线目前止110kV架空输电线路重效防雷措施次设计中220kV架空输电线路采双避雷线保护
工程相简单方式—保护角表示避雷线导线保护程度保护角指避雷线外侧导线连接避雷线垂线间夹角220kV双避雷线线路般采保护角20度左右认导线已处避雷线保护范围
次设计中设定保护角20度认架空输电线路已处保护范围
1．非直配电机防雷措施
防雷观点发电机分两类：
(1)变压器接架空线电机简称非直配电机
(2)直接架空线相连电机简称直配电机
次设计中四台发电机均非直配电机非直配电机受电压均须变压器绕组间静电电磁传递变压器低压绕组空载传递电压会太电机绝缘状态正常般会构成威胁变压器保护必发电机采取专门保护措施处雷区升压变压器送电型发电机宜装设组氧化锌磁吹避雷器加保护果装联电容中性点避雷器认保护已足够
次设计中发电机装设组金属氧化物避雷器加保护
2．金属氧化物避雷器选择
(1)型式选择
拟选复合外套金属氧化物避雷器产品体积重量轻立式安装外悬挂安装效节约占面积密封性防潮防爆炸裂危险机械强度高易碰损便运输安装憎水性耐污力强
(2)额定电压选择
金属氧化物避雷器额定电压指避雷器两端允许施加工频电压效值中性点效接系统中出现工频电压值等电网额定线电压80
第5章 电气设备校验
51断路器校验
（1）动稳定校验
IMAX66133A 断路器额定电流IN1600A IMAX< IN
动稳定电流峰值Ies 80KA Ish4627KA Ies＞Ish
动稳定检验合格
（2）热稳定校验
短路电流热效应（kA2·S）：设继电保护时间20S短路计算时间：＝20+006＝206(S)
查短路电流计算曲线数字表：
Itk22944 Itk2659
Qk （+10 + ）TK12 ( 18172 +10×29442 +26592 )×206127276
中短路电流应值发电机总短路电流半电器承受热效应：
I2tt 402 ×34800 ＞Qk
断路器热稳定校验合格
(三)开断电流校验
额定开断电流INbr40> I″1817
开断电流校验合格
（四）短路闭合电流校验
额定闭合电流INcl100> Ish4627
闭合电流校验合格
52 隔离开关校验
（）220KV电压等级隔离开关校验
选隔离开关GW7220UN≥UNS220KV满足求
流隔离开关持续工作电流：IMAX 105Ins105×240000（×220）66133A
（1）动稳定校验
IMAX66133A 隔离开关额定电流IN1250A IMAX< IN
动稳定电流峰值Ies 80KA Ish4627KA Ies＞Ish
动稳定检验合格
（2）热稳定校验
短路电流热效应（kA2·S）：设继电保护时间20S短路计算时间：
＝20+006＝206(S)
查短路电流计算曲线数字表：
Itk22944 Itk2659
Qk （+10 + ）TK12 ( 18172 +10×29442 +26592 )×206127276
中短路电流应值发电机总短路电流半电器承受热效应：
I2tt 3152 ×3297675 ＞Qk
隔离开关热稳定校验合格
53 电流互感器校验
（）220KV电压等级电流互感器校验
选电流互感器LB220 UN≥UNS220KV满足求
流器件持续工作电流：IMAX 43Ins(43)×240000（×220）83978A
（1）动稳定校验
IMAX83978A电流互感器次侧额定电流IN1200IMAX< IN
×I1NKes×12×7512728> Ish4627
动稳定检验合格
（2）热稳定校验 短路电流热效应（kA2·S）：设继电保护时间20S短路计算时间：
＝20+006＝206(S)
查短路电流计算曲线数字表： Itk22944 Itk2659
Qk （+10 + ）TK12 ( 18172 +10×29442 +26592 )×206127276
中短路电流应值发电机总短路电流半电器承受热效应：
(I1N Kt)2 (12×30) 2 1296＞Qk
电流互感器热稳定校验合格
第6章课程设计总结
次设计容150MW火力发电厂电气部分继电保护部分包括方面容
1．电气接线设计
电气接线构成电力系统环节关系系统供电性运行调度灵活性济性保证电力系统稳定运行必须提高机组超高压电气接线性
2．短路电流计算设备选择
短路电流计算电器设计重环节设计中短路电流计算方法采标值折算法网络等值变换化简利分布系数法化简 电气设备选择国家关技术济政策做技术先进济合理安全运行方便适留发展余前提正常运行情况选择短路条件验算动热稳定环境条件校验电器条件
3．继电保护设计配臵
电力系统继电保护设计配臵否合理直接影响电力系统安全运行设计选择保护方式时希全面满足性选择性灵敏性速动性求设计种电器设备保护时列项作综合考虑
(1)电力系统结构特点运行特性
(2)障出现概率造成果
(3)电力系统期发展情况
(4)济合理性
(5)国外成熟验
选保护方式满足电力系统结构发电厂接线求宜考虑电 力系统发电厂运行方式灵活性
参考文献
[1] 范锡普发电厂电气部分北京水利电力出版社1995
[2] 朱永利发电厂电气部分中国电力出版社2004
[3] 朱亚杰孙兴文源世界窗北京清华学出版社2001
[4] 熊信银发电机电气系统中国电力出版社2004
[5] 张步涵电气工程基础武汉华中科技学出版社2005
[6] 傅知兰电力系统电气设备选择计算中国电力出版社2004
[7] 黄益庄变电站综合动化技术中国电力出版社2000
[8] 周德贵巩北宁步发电机运行技术实践中国电力出版社1996
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发电厂电气部分 课程设计（文）
题目： 150MW火力发电厂电气部分设计
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院（系）：电气学院 教研室：
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学生姓名
专业班级
课程设计题目
150MW火力发电厂电气部分设计
课程设计（文）务
（1）装机容量装机4台容量2×25MW+2×50MWUN105kV （2）机组年利时TMAX6500ha 厂电率8考虑 （2）105kV电压级 电缆出线六回输送距离远8km回均输送电量42MW10kV负荷25MW负荷168MWCOSφ 08Tmax 5200ha （3）35kV电压级 架空线六回输送距离远20km回均输送容量56MW35kV电压级负荷336MW负荷224MWCOSφ08 Tmax 5200ha （4）110kV电压级架空线4回电力系统连接接受该厂剩余功率电力系统容量3500MW取基准容量100MVA时系统算110kV母线电抗X 0083
设计具体容：
1）设计电气接线方案
2）完成变压器容量计算台数型号选择
3）短路电流计算
4）完成电气设备选择校验
进度计划
1布置务查阅资料（1天）
2系统总体方案设计（1天）
3设计接线（2天）
4设计变压器（2天）
5短路计算（2天）
7电气设备选择校验（1）
6撰写印设计说明书（1天）
指导教师评语成绩
时： 文质量： 答辩：
总成绩： 指导教师签字：
年 月 日
注：成绩：时20 文质量60 答辩20 百分制计算
摘
发电配电输电变电电等环节组成电生产消费系统功然界次源通发电动力装置转化成电输变电系统配电系统电供应负荷中心
火力文完成电气接线方案设计济型分析电气设备选择包括变压器容量计算发电厂短路电流计算基础进行配电装置选型方案设计回路火力发电厂电气部分设计中次回路设计体保证供电性济性电质量关键直接影响着电气部分投资
文完成电气接线方案设计济型分析电气设备选择包括变压器容量计算发电厂短路电流计算基础进行配电装置选型方案设计
关键词：发电厂电气接线电气设备
目 录
第1章 绪 1
11 电力工业发展概况 1
12 发电厂预设规模 1
13 发电厂接入系统原 2
第2章 电气接线设计 3
21 电气接线设计基求 3
22 拟定行接线方案 4
23 变压器选型 5
第3章 短路电流计算 6
31 概述 6
32 短路电流计算条件 6
33 短路计算 7
34 画等值网络图 7
第4章 发电厂避雷装置设计 13
41 概述 13
42 雷电电压形成危害 13
43 电气设备防雷保护 13
44 避雷针配置原 14
45 避雷针位置确定 14
46 防雷保护措施 15
第5章 电气设备校验 18
51断路器校验 18
52 隔离开关校验 18
53 电流互感器校验 19
第6章课程设计总结 20
参考文献 21
第1章 绪
发电变电输电配电电等环节组成电生产消费系统功然界次源通发电动力装置（包括锅炉汽轮机发电机电厂辅助生产系统等）转化成电输变电系统配电系统电供应负荷中心电源点负荷中心数处区法量储存电生产必须时刻保持消费衡电集中开发分散电连续供应负荷机变化制约电力系统结构运行电力系统实现功需环节层次设置相应信息控制系统便电生产输运程进行测量调节控制保护通信调度确保户获安全济优质电
11 电力工业发展概况
着国电力事业迅猛发展工程规模断扩采电气设备断更新换代通具体实践摸索断总结积累丰富宝贵运行验设计验
九十年代起国陆续修订规程规范电气标准全面IEC标准拢等效采1982年起分十批淘汰量落机电产品次整顿生产秩序加强电气产品质量理努力缩发达国家差距引进开发具国际先进水电气设备
二十年设计标准设计设计方法设计选先进技术设备腾飞性发展着中型水电站推广值班少值守运行方式电站动化水越越高更广泛采高水准设备相应厂电系统设计厂设备选型提出更高求
12 发电厂预设规模
1．厂址概况：厂坑口电厂燃料煤矿直接供电厂生产电厂外全部220kV线路送入周边系统厂区势较坦质条件新公路铁路通矿区交通方便厂址附河通水量丰富冻土层15米深覆冰厚10mm风速20ms年均温度+6℃高气温+38℃低气温36℃土壤电阻率>500
2．机组参数：
锅炉：4HG6701401
汽机：2N200130535535
发电机：4QFQS2002
3．火力发电厂接线图图11
图11 火力发电厂接线图
13 发电厂接入系统原
拟定发电厂接入系统方案时应明确该厂规划装机容量单机容量送电方功率供电距离电力系统中位作规模发电厂发电机组应根系统中位接入相应电压等级电力网负荷中心中发电厂发电机端设立母线发电机母线升压变压器接入系统远离负荷中心火力发电厂应直接接入高压网单机容量100~125MW机组系统稳定性求时应直接升压接入220kV电力网单机容量500MW机组般直接升压接入500kV电力网[1]
第2章 电气接线设计
21 电气接线设计基求
电气接线发电厂变电电气部分体反映设备作连接方式回路相互关系设计直接关系全厂电气设备选择配电装置布置继电保护动装置控制方式确定电力系统安全济运行起着决定作概括说包括五方面：[2]
1．性
2．灵活性
3．济性
4．操作应简单方便
220kV电压等级常接线方式
220kV电压级常接线方式适范围总结见表21
表21 220kV电压级常接线方式适范围
电压
接线方式
适范围
220
双母线单母线
采SF6全封闭组合电器时设旁路措施采SF6断路器时宜设旁路措施采少油断路器出线4回时采带专旁母断路器旁路母线
双母线分段
安装200MW机组电厂容量800MW进出线10~14回采双母线双分段配置困难配电装置
双母线双分段
安装200MW机组电厂容量1000MW进出线15回
22 拟定行接线方案
1采双母线分段接线方式双回路分接母线段缩母线障影响范围接线形式见图21
图21 方案接线图
2采双母线接线断路器采高性断路器接线形式见图22
22 方案二接线图
3 方案较选定
1．性
方案双回路分接母线段保证系统供电性减停电率缩母线障范围
方案二通两组母线隔离开关倒换操作轮流检修组母线供电中断检修意线路断路器时该回路需短时停电断路器采断路器检修周期长需常检修减断路器检修停电率
通见性方面方案行性稍高方案二
2．济性
方案装价高断路器隔离开关投资增占面积增加
方案二设备相少投资年费占面积相较
通见济性方面方案二行性明显优方案
通实际情况分析方案二性略低方案断路器采SF6断路器检修周期长需常检修样减断路器检修停电率济性方案二明显高方案综合考虑选择方案二
23 变压器选型
变压器电气设备投资中占例较时相适应配电装置特容量高电压配电装置投资变压器选择发电厂变电技术性影响
次设计中变压器均单元接线形式单元接线时变压器容量应发电机额度容量扣机组厂负荷留10裕度确定
（21）
式中—发电机容量200MW —通变容量
—厂电8 —发电机额定功率085
发电机额定容量200MW扣厂电变压器容量：
选定三相风冷然循环双绕组励磁调压变压器型号：参数
第3章 短路电流计算
31 概述
电力系统运行三种状态：正常运行状态非正常运行状态短路障供电系统设计运行中考虑发生障正常运行情况供电系统危害短路障短路电流引起电动力效应发热效应电压降低等短路电流计算电气接线方案较导体电气设备选择接计算继电保护选择整定基础短路指电位导电部分间正常短接电力系统中相相间中性点直接接系统中相间短接短路保证电力系统安全运行电力系统设计运行分析中定考虑系统等正常工作状态造成短路原通常种：
1．导体电气设备绝缘老化遭受机械损伤雷击电压引起绝缘损坏
2．架空线路风导线覆冰引起电杆倒塌等鸟兽跨界裸露导体等导致短路
3．电气设备设计安装维护良运行设备身合格引发短路
4．运行员违反安全操作规程误操作运行员带负荷拉隔离开关线路设备检修未拆接线加电压等会造成短路根国外资料显示违反规程操作意识
5．原输电线断线倒杆碰线盗窃破坏等原导致短路
32 短路电流计算条件
1．正常工作时三相系统称运行
2．电流电功势相位角相
3．电力系统中电源均额定负荷运行
4．短路发生短路电流值瞬间
5．考虑短路点衰减时间常数低压网络短路电流外元件电阻略计
6．考虑短路点电流阻抗变压器励磁电流
7．元件技术参数均取额定值考虑参数误差调整范围
8．输电线路电容略计[7]
33 短路计算
选择流校验设备部载流导体短路电流短路点短路计算点次计算中选取短路点发电机出口短路点d1220kV母线短路点d2厂6kV高压母线短路点d3
34 画等值网络图
1．掉系统中负荷分支线路电容元件电阻发电机电抗次暂态电抗
2．计算网络中发电机基参数见表31变压器基参数见表42
表31 发电机参数
型号
额定容量
额定电压
额定电流
功率数
QFQS2002
200MW
1575kV
8625A
085
1444
QFS3002
300MW
18kV
11320A
085
167
TS126430048
300MW
18kV
11000A
0875
3056
表32 变压器参数
型号
额定电压(kW)
短路阻抗()
SF10240000
2421575
13
SF1031500
157563
98
SFP7360000
24218
14
设计系统等值网络图图31示
图31 等值网络图
3．元件电抗换算基准标电抗
取基准容量100MVA电压基准值段均额定电压242kV1575kV63kV
(1)4×200MW火力发电厂
发电机电抗标幺值
变压器电抗标幺值
厂高压变压器电抗标幺值
(2)系统600MW火电厂
发电机电抗标值
变压器电抗标幺值
(3)系统600MW水电厂
发电机电抗标值
变压器电抗标幺值
等值电抗图：
图32 等值网络图
2选取设备电抗值计算（考虑严重障情况进行母线三相短路计算）
选取SB100MWUBUav发电机选取型号QFSN2002中VB1575KV
发电机电抗：X1X2Xd″×SBSN 0142×100235006
变压器绕组阻抗表值：
X3X412(V12+V13V230)×SBSN12(0245+01450085)×1002400064
X5X612(V12+ V23 V13)×SBSN12(0245+00850145)×1002400039
X7X812(V13+V23V12)×SBSN12(0145+00850245)×1002400033
联络变压器阻抗表值：
ⅠⅡ12(V12+V13V23)×SBSN12(024+015008)X1001500103
ⅡⅢ12(V12+V23V13)×SBSN 12(024+008015)X1001500057
X11 XⅠⅡ+ XⅡⅢ016
图32继续化简：
图33 等值网络图化简图
图中X12X13X1+X7X2 +X800600330027
化简
图34 图35
X1412X312X40032
X1512X512X600195
X1612X1212X1300135
X14X15X16支路进行Y—△变换出图五等值电路图中：
X17X14+X16+ X14X16 X150032+00135+0032×00135001950067
X18X14+X15+ X14X15 X160098
X19X11+X10016+00250185
计算系统电抗短路容量两台发电机组短路点d2转移电抗：
XKX17X18X190067009801850032
SKSBXK10000323125WMA
SC1000031256875WMA
求系统电抗：X9SBSC10068750015
系统短路点计算电抗Xjs90015
分支额定电流IN SBVav100（×230）025
发电机组短路点d2计算电抗：Xjs (X17 X18)×235×2100018
分支额定电流INSN（×230）235×2×230118
系统短路点短路电流表值计算电抗倒数发电机组短路点短路电流表值查发电机计算曲线数字表出短路电流表值表31短路电流值I″1817KA
击电流ishksh× I″中ksh击系数表示击电流周期分量幅值倍数时间常数零限时击系数范围：1< ksh<2取ksh18： ish18××11524627KA
（2）110KV母线短路点d2短路电流计算：
110KV母线短路点220KV等值电路图称：
图35 等值电路图
X14X15X16支路进行Y—△变换出图五等值电路图中
X20 X15+X16+ X15X16 X140041
X21X14+X15+ X14X15 X160098
X22X11+X9016+00650225
计算系统电抗短路容量两台发电机组短路点d2转移电抗：
XKX20X21X220041009802250026
SKSBXK1000026384615WMA
SC10000384615615385WMA
求系统电抗：X10SBSC1006153850016
系统短路点计算电抗Xjs100016
分支额定电流IN SBVav100（×115）050
发电机组短路点d2计算电抗：Xjs (X20 X21)×235×2100014
分支额定电流INSN（×115）235×2×115236
系统短路点短路电流表值计算电抗倒数发电机组短路点短路电流表值查发电机计算曲线数字表出短路电流表值表31短路电流值I″3511KA
击电流ish18××35118937KA
第4章 发电厂避雷装置设计
41 概述
雷击种然现象释放出巨量具极强破坏力世纪类通雷击破坏性研究探索雷电危害采取定预防措施效降低雷害雷害源直击雷感应雷雷电浪涌
防止雷电设备造成电压保护物体方引导雷电通安全埋入防止雷电直击减保护范围电器设备（架空输电线路通电设备）建筑物遭受直击雷概率
42 雷电电压形成危害
(1)直击雷电压
雷电直接电气设备输电线建筑物物体直接放电简称直击雷直击雷电压引起数万安强雷电流通击物体入产生破坏性热效应机械效应击坏设备引起火灾甚造成身伤亡利避雷针避雷线种建筑物输电线路电气设备免遭直击雷危害避雷针保护建筑物发电厂变电等免受直击雷危害避雷器保护架空输电线路[17]
次设计中采避雷线保护架空线路采避雷针发电厂进行直击雷保护
(2)雷电波
输电线路遭受直接雷感应雷电荷着输电线进入发电厂变电种雷电流形成电流称雷电波直接雷感应雷形成雷电波均电气设备绝缘构成严重威胁利保护间隙避雷器保护电气设备免遭线入侵雷电波袭击
次设计中采避雷器电气设备进行雷电波防护
43 电气设备防雷保护
电气设备结构工作性质采取措施
发电厂变电电气设备直击雷防护采避雷针入侵雷防护采进线保护避雷保护综合措施进线保护限制雷电流幅值陡度避雷器限制雷电电压值
电线路采装设避雷线方法防止线路遭受直击雷引起跳闸次数采系统中性点消弧线圈接工作方式避免雷击跳闸造成供电中断采动重合闸装置
完善进线保护时应采性良阀型避雷器金属氧化物避雷器保护电机绝缘时应考虑装设电容器中性点避避雷器保护匝间绝缘中性点绝缘
配电变压器高低压侧柱断路器必须装设避雷器放电间隙保护外配电线路身应适提高绝缘水应广泛采重合闸减少断线停电事
发电厂电力系统心脏万发生损坏设备事会带严重果造成重损失设计中重点发电机变压器组线路防雷保护进行配置
44 避雷针配置原
1．独立式避雷针宜装设独立接装置非高土壤电阻率区工频接电阻困难时该接装置接网连接避雷针接网连接点接线长度15m
2．独立式避雷针变配电装置空气中间距独立式避雷针接装置变配电接网中距离式中击接电阻
45 避雷针位置确定
首先应根发电厂设备面布置图情况确定避雷针初步选定安装位置设备电气距离应符合种规程规范求
1．电压110KV配电装置般避雷针装配电装置构架房顶土壤电阻率1000n米区宜装设独立避雷针
2．独立避雷针（线）宜设独立接装置工频接电阻超10Ω
3．35KV高压配电装置架构房顶宜装避雷针绝缘水低雷击时易引起反击
4．变压器门型架构应装设避雷针避雷线门形架距变压器较装设避雷针构架集中接装置距变压器金属外壳接点址中距离难达15m求
46 防雷保护措施
发电厂电气设备直击雷防护采避雷针发电场面积较采支等高避雷针保护预设发电厂占面积225公顷规模长500m宽450m保护高度18m
工程中避雷针高度般选20~30m次设计中拟选30m避雷针避雷针间布置距离通计算求四等高避雷针保护范围图41示
图41 四等高避雷针保护范围
式中—避雷针高度—保护物高度
—两针间联合保护范围部边缘低点高度
—高度水面保护范围宽度
针保护时边保护范围宽度均边形中间全部面积处联合保护范围
时保护半径面保护范围算出
(m)
高度水面算
(m)
意两避雷针间距离210m保护整发电厂面范围
面外部保护半径
（4
高度水面保护半径
根厂面积需设置9~1630m避雷针
输电线路电力系统动脉担负着发电厂产生变压变压电力输送区电中心重架空输电线路穿越山岭旷野横延伸遭受雷击机会线路雷击事电力系统总雷害事中占重
全线装设避雷线目前止110kV架空输电线路重效防雷措施次设计中220kV架空输电线路采双避雷线保护
工程相简单方式—保护角表示避雷线导线保护程度保护角指避雷线外侧导线连接避雷线垂线间夹角220kV双避雷线线路般采保护角20度左右认导线已处避雷线保护范围
次设计中设定保护角20度认架空输电线路已处保护范围
1．非直配电机防雷措施
防雷观点发电机分两类：
(1)变压器接架空线电机简称非直配电机
(2)直接架空线相连电机简称直配电机
次设计中四台发电机均非直配电机非直配电机受电压均须变压器绕组间静电电磁传递变压器低压绕组空载传递电压会太电机绝缘状态正常般会构成威胁变压器保护必发电机采取专门保护措施处雷区升压变压器送电型发电机宜装设组氧化锌磁吹避雷器加保护果装联电容中性点避雷器认保护已足够
次设计中发电机装设组金属氧化物避雷器加保护
2．金属氧化物避雷器选择
(1)型式选择
拟选复合外套金属氧化物避雷器产品体积重量轻立式安装外悬挂安装效节约占面积密封性防潮防爆炸裂危险机械强度高易碰损便运输安装憎水性耐污力强
(2)额定电压选择
金属氧化物避雷器额定电压指避雷器两端允许施加工频电压效值中性点效接系统中出现工频电压值等电网额定线电压80
第5章 电气设备校验
51断路器校验
（1）动稳定校验
IMAX66133A 断路器额定电流IN1600A IMAX< IN
动稳定电流峰值Ies 80KA Ish4627KA Ies＞Ish
动稳定检验合格
（2）热稳定校验
短路电流热效应（kA2·S）：设继电保护时间20S短路计算时间：＝20+006＝206(S)
查短路电流计算曲线数字表：
Itk22944 Itk2659
Qk （+10 + ）TK12 ( 18172 +10×29442 +26592 )×206127276
中短路电流应值发电机总短路电流半电器承受热效应：
I2tt 402 ×34800 ＞Qk
断路器热稳定校验合格
(三)开断电流校验
额定开断电流INbr40> I″1817
开断电流校验合格
（四）短路闭合电流校验
额定闭合电流INcl100> Ish4627
闭合电流校验合格
52 隔离开关校验
（）220KV电压等级隔离开关校验
选隔离开关GW7220UN≥UNS220KV满足求
流隔离开关持续工作电流：IMAX 105Ins105×240000（×220）66133A
（1）动稳定校验
IMAX66133A 隔离开关额定电流IN1250A IMAX< IN
动稳定电流峰值Ies 80KA Ish4627KA Ies＞Ish
动稳定检验合格
（2）热稳定校验
短路电流热效应（kA2·S）：设继电保护时间20S短路计算时间：
＝20+006＝206(S)
查短路电流计算曲线数字表：
Itk22944 Itk2659
Qk （+10 + ）TK12 ( 18172 +10×29442 +26592 )×206127276
中短路电流应值发电机总短路电流半电器承受热效应：
I2tt 3152 ×3297675 ＞Qk
隔离开关热稳定校验合格
53 电流互感器校验
（）220KV电压等级电流互感器校验
选电流互感器LB220 UN≥UNS220KV满足求
流器件持续工作电流：IMAX 43Ins(43)×240000（×220）83978A
（1）动稳定校验
IMAX83978A电流互感器次侧额定电流IN1200IMAX< IN
×I1NKes×12×7512728> Ish4627
动稳定检验合格
（2）热稳定校验 短路电流热效应（kA2·S）：设继电保护时间20S短路计算时间：
＝20+006＝206(S)
查短路电流计算曲线数字表： Itk22944 Itk2659
Qk （+10 + ）TK12 ( 18172 +10×29442 +26592 )×206127276
中短路电流应值发电机总短路电流半电器承受热效应：
(I1N Kt)2 (12×30) 2 1296＞Qk
电流互感器热稳定校验合格
第6章课程设计总结
次设计容150MW火力发电厂电气部分继电保护部分包括方面容
1．电气接线设计
电气接线构成电力系统环节关系系统供电性运行调度灵活性济性保证电力系统稳定运行必须提高机组超高压电气接线性
2．短路电流计算设备选择
短路电流计算电器设计重环节设计中短路电流计算方法采标值折算法网络等值变换化简利分布系数法化简 电气设备选择国家关技术济政策做技术先进济合理安全运行方便适留发展余前提正常运行情况选择短路条件验算动热稳定环境条件校验电器条件
3．继电保护设计配臵
电力系统继电保护设计配臵否合理直接影响电力系统安全运行设计选择保护方式时希全面满足性选择性灵敏性速动性求设计种电器设备保护时列项作综合考虑
(1)电力系统结构特点运行特性
(2)障出现概率造成果
(3)电力系统期发展情况
(4)济合理性
(5)国外成熟验
选保护方式满足电力系统结构发电厂接线求宜考虑电 力系统发电厂运行方式灵活性
参考文献
[1] 范锡普发电厂电气部分北京水利电力出版社1995
[2] 朱永利发电厂电气部分中国电力出版社2004
[3] 朱亚杰孙兴文源世界窗北京清华学出版社2001
[4] 熊信银发电机电气系统中国电力出版社2004
[5] 张步涵电气工程基础武汉华中科技学出版社2005
[6] 傅知兰电力系统电气设备选择计算中国电力出版社2004
[7] 黄益庄变电站综合动化技术中国电力出版社2000
[8] 周德贵巩北宁步发电机运行技术实践中国电力出版社1996
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