【正文】 器和刀閘、限流電抗器、避雷針、避雷器、避雷線和各個(gè)電壓等級主母線上的電壓互感器。配置主要的電氣設(shè)備：配置各級電壓互感器、配置避雷器和各個(gè)支路的電流互感器和屋內(nèi)屋外配電裝置。合理設(shè)計(jì)各種保護(hù)：防直擊雷保護(hù)、主變的繼電保護(hù)、發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)和發(fā)電廠出線的線路的保護(hù)。發(fā)電機(jī)、變壓器、線路的各種保護(hù)問題；電氣主接線的一二次設(shè)計(jì)問題。49 2電氣主接線設(shè)計(jì)發(fā)電廠和變電所的電氣主接線是保證電網(wǎng)安全可靠﹑經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵,是電氣設(shè)備布置﹑選擇﹑自動(dòng)化水平和二次回路設(shè)計(jì)的原則和基礎(chǔ)。電氣主接線的設(shè)計(jì)原則是：應(yīng)根據(jù)發(fā)電廠和變電所在電力系統(tǒng)的地位和作用，首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求。根據(jù)規(guī)劃容量、本期建設(shè)規(guī)模、輸送電壓等級、進(jìn)出線回路數(shù)、供電負(fù)荷的重要性、保證供需平衡、電力系統(tǒng)的線路容量、電氣設(shè)備性能和周圍環(huán)境及自動(dòng)化規(guī)劃與要求等條件確定。應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的要求[5]。電氣主接線的主要要求為：（1）可靠性：衡量可靠性的指標(biāo)，一般根據(jù)主接線的型式及主要設(shè)備操作的可能方式，按一定的規(guī)律計(jì)算出“不允許”事件發(fā)生的規(guī)律，對幾種主接線型式中擇優(yōu)。（2）靈活性：投切發(fā)電機(jī)、變壓器、線路斷路器的操作要可靠方便、調(diào)度靈活。（3）經(jīng)濟(jì)性：通過優(yōu)化比選，工程設(shè)計(jì)應(yīng)盡力做到投資省、占地面積小、電能損耗少。 明確任務(wù)和設(shè)計(jì)原理 裝機(jī)4臺(tái)，分別為供熱式機(jī)組2*50MW()、凝氣式機(jī)組2*300MW(),廠用電率6%，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)。系統(tǒng)規(guī)劃部門提供的電力符合及與電力系統(tǒng)連接情況資料：10KV電壓級最大負(fù)荷20MW,最小負(fù)荷15MW,電纜饋線10回。220KV電壓級最大負(fù)荷250MW，最小負(fù)荷200MW, , ，架空線路4回。500KV電壓級與容量為3500MW的電力系統(tǒng)連接，系統(tǒng)歸算到本電廠500KV母線上的標(biāo)幺電抗，,500KV架空線4回，備用線路1回。此外，尚有相應(yīng)的地理資料、氣候條件和其它資料。設(shè)計(jì)電廠為大﹑中型火電廠,其容量為2*50+2*300=700(MW),占電力系統(tǒng)容量700/(3500+700)*100%=%,超過了電力系統(tǒng)的檢修備用容量8%～15%和事故備用容量10%的限額,說明該廠在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位至關(guān)重要,而且年利用小時(shí)數(shù)為6500h5000h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的平均最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)（如2005年我國電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為5225h）。該廠為火電廠，在電力系統(tǒng)中將主要承擔(dān)基荷，從而該廠主接線設(shè)計(jì)務(wù)必著重考慮其可靠性[6]。從負(fù)荷特點(diǎn)及電壓等級可知，10KV電壓等級上的地方負(fù)荷容量不大，共有10回電纜饋線，與50MW發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓相等，采用直饋線為宜。20KV電壓為300MW發(fā)電機(jī)出口電壓，既無直配負(fù)荷，又無特殊的要求，擬采用單元接線的形式，可以節(jié)省價(jià)格昂貴的發(fā)電機(jī)出口斷路器，又利于配電裝置的布置；220KV電壓級出現(xiàn)回路數(shù)為4回，為了保證檢修出線斷路器不致對該回路停電，擬采用帶旁路母線接線形式為宜；500KV與系統(tǒng)有4回饋線，呈強(qiáng)聯(lián)系形式并送出本廠最大可能的電力為70015200700*6%=443（MV）。可見，該廠500KV級的接線對可靠性要求應(yīng)當(dāng)很高[7]。、論證和選擇 方案設(shè)計(jì)根據(jù)對原始資料的分析,現(xiàn)將各電壓級可能采用的較佳方案列出，進(jìn)而以優(yōu)化組合方式,組成最佳的方案。（1）10KV電壓級。由于10KV出線回路多，而且發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量為50MW，遠(yuǎn)大于有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程對選用單母線分段接線不得超過24MW的規(guī)定，應(yīng)確定為雙母線分段接線的形式，2臺(tái)50MW發(fā)電機(jī)分別接在兩段母線上，剩余功率通過主變壓器送往高一級電壓220KV?？紤]到50MW機(jī)組為供熱式機(jī)組，通常“以熱定電”，機(jī)組的年負(fù)荷最大小時(shí)數(shù)較低，即10KV電壓級與220KV電壓級之間按弱聯(lián)系考慮，只設(shè)1臺(tái)主變壓器；同時(shí)，由于10KV電壓最大負(fù)荷20MW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2*50MW發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量，即使在發(fā)電機(jī)檢修或升壓變壓器檢修的情況下，也可以保證該電壓等級負(fù)荷的要求。由于2臺(tái)50MW機(jī)組均接于10KV母線上，有較大的短路電流，為了選擇合適的電氣設(shè)備，應(yīng)在分段處加裝母線電抗器，同時(shí)各條電纜饋線上裝設(shè)線路電抗器。（2）220KV電壓級。出線回路數(shù)為4回，為了使其出線斷路器檢修時(shí)不停電，應(yīng)采用單母線分段帶旁路母線接線或雙母線帶旁路母線接線，以保證供電的可靠性和靈活性。其進(jìn)線僅從10KV送來剩余容量2*50—[（100*6%）+20]=74MW，并不能夠滿足220KV最大負(fù)荷250MW的要求。為此，擬采用以1臺(tái)300MW機(jī)組按照發(fā)電機(jī)——變壓器單元接線形式接至220KV母線上，其剩余容量或機(jī)組檢修時(shí)不足容量由聯(lián)絡(luò)變壓器與500KV接線連接，彼此之間相互交換功率。（3）500KV電壓級。500KV負(fù)荷容量大，其主接線是本廠向系統(tǒng)輸送功率的主要接線方式，為保證可靠性，可能有多種接線方式，經(jīng)過定性分析篩選后，可以選用的方案為雙母線帶旁路母線接線和一臺(tái)半斷路器接線，通過聯(lián)絡(luò)變壓器與220KV連接，并通過一臺(tái)三繞組變壓器聯(lián)系220KV和10KV電壓，以提高可靠性，一臺(tái)300MW機(jī)組與變壓器構(gòu)成單元接線，直接將功率送到500KV電力系統(tǒng)[8]。根據(jù)以上分析、篩選、組合，可以保留兩種可能的接線方案：方案Ⅰ: 電氣主接線圖方案Ⅱ?yàn)?00KV側(cè)采用雙母線帶旁路母線接線，220KV側(cè)采用單母線分段帶旁路母線接線，示意圖略。 方案的經(jīng)濟(jì)比較采用最小費(fèi)用法，對擬訂的兩方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，上述兩方案中的相同部分不參與比較計(jì)算，只是對相異部分進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算內(nèi)容包括一次投資、年運(yùn)行費(fèi)用。Ⅰ，火電廠使用年限按照n=25年計(jì)算，電力行業(yè)預(yù)期投資回報(bào)率i=,則方案Ⅰ的費(fèi)用為： 同理，在計(jì)算出方案Ⅱ的折算年總投資和年運(yùn)行費(fèi)用之后，可得到方案Ⅱ的年費(fèi)用低于方案Ⅰ[9] 本章小結(jié)通常，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較計(jì)算，求得的年費(fèi)用AC最小方案者，即為經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)方案；然而，住接線最終方案的確定還必須從可靠性、靈活性等多方面綜合評估，包括大型電廠、變電站對主接線可靠性若干指標(biāo)的計(jì)算，最后確定最終方案。通過定性分析和可靠性及經(jīng)濟(jì)計(jì)算，在技術(shù)上（可靠性、靈活性）方案Ⅰ明顯占優(yōu)勢，這主要是由于一臺(tái)半斷路器接線方式的高可靠性指標(biāo)，但在經(jīng)濟(jì)上則不如方案Ⅱ。鑒于大、中型發(fā)電廠大機(jī)組應(yīng)以可靠性和靈活性為主，所以，經(jīng)過綜合的分析，Ⅰ作為設(shè)計(jì)的最佳方案。3短路電流的計(jì)算 短路的原因、后果及其形式在電力系統(tǒng)中，出現(xiàn)次數(shù)比較多的嚴(yán)重故障就是短路。所謂短路是指電力系統(tǒng)中不等電位的導(dǎo)體在電氣上被短接。產(chǎn)生短路的主要原因，是由于電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞所造成。而絕緣損壞主要是因?yàn)榻^緣老化、過電壓、機(jī)械性損傷等引起。人為誤操作及鳥獸跨越裸導(dǎo)體等也能引起短路。發(fā)生短路時(shí)，由于系統(tǒng)中總阻抗大大減少，因而短路電流可能達(dá)到很大數(shù)值（幾萬安至十幾萬安）。這樣大的電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)會(huì)使電氣設(shè)備受到破壞；同時(shí)短路點(diǎn)的電壓降到零，短路點(diǎn)附近的電壓也相應(yīng)地顯著降低，使此處的電力系統(tǒng)受到嚴(yán)重影響或被迫中斷；若在發(fā)電廠附近發(fā)生短路，還可能使整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行解列，引起嚴(yán)重后果。在三相供電系統(tǒng)中，可能發(fā)生的主要短路類型有三相短路、二相短路、兩相接地短路和單相接地短路，三相短路屬對稱短路，其余三種為不對稱短路。在四種短路故障中，出現(xiàn)單相短路故障的機(jī)率最大，三相短路故障的機(jī)率最小。但在電力系統(tǒng)中，用三相短路作為最嚴(yán)重的故障方式，來驗(yàn)算電器設(shè)備的運(yùn)行能力。為了限制發(fā)生短路時(shí)所造成的危害和故障范圍的擴(kuò)大，需要進(jìn)行短路電流計(jì)算，以便校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)熱穩(wěn)定性、選擇和整定繼電保護(hù)裝置、確定限流措施及選擇主接線方案[10]。當(dāng)突然發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)總是由工作狀態(tài)經(jīng)過一個(gè)暫態(tài)過程進(jìn)入短路穩(wěn)定狀態(tài)。暫態(tài)過程中的短路電流比其穩(wěn)態(tài)短路電流大的多，雖歷時(shí)很短，但對電器設(shè)備的危害性遠(yuǎn)比穩(wěn)態(tài)短路電流嚴(yán)重得多。有限電源容量系統(tǒng)的暫態(tài)過程要比無限大電源容量系統(tǒng)的暫態(tài)過程復(fù)雜的多，在計(jì)算建筑配電工程三相短路電流時(shí)，都按無限大電源容量系統(tǒng)來考慮。短路全電流ik由兩部分組成(ik=iz＋if)：一部分短路電流隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，稱為周期分量iz；另一部分因回路中存在電感而引起的自感電流，稱為非周期分量if[11]。短路電流的實(shí)用計(jì)算法：?。保┤喽搪冯娏髦芷诜至康钠鹗贾? （） （） （） （）式中 ——短路電流周期分量的起始有效值（KA）。 ——廠用電源短路電流周期分量的起始有效值（KA）。 ——電動(dòng)機(jī)反饋電流周期分量的起始有效值（KA）。 ——基準(zhǔn)電流（KA），當(dāng)取基準(zhǔn)容量=100MVA、基準(zhǔn)電壓=, =。 ——系統(tǒng)電抗（標(biāo)幺值）； ——廠用電源引接點(diǎn)的短路容量（MVA）。 ——廠用變壓器（電抗值）的電抗（標(biāo)幺值）； ——以廠用變壓器額定容量為基準(zhǔn)的阻抗電壓百分值； ——電抗器的百分電抗值；——電抗器的額定電壓（KV）；——電抗器的額定電流（KA）；——電動(dòng)機(jī)平均的反饋電流倍數(shù)，100MW及以上機(jī)組為5，～；——計(jì)及反饋的電動(dòng)機(jī)額定電流之和（A）；——計(jì)及反饋的電動(dòng)機(jī)額定功率之和（KW）；——電動(dòng)機(jī)的額定電壓（KV）；2)短路沖擊電流： （）式中: ——短路沖擊電流(KA) ——廠用電源的短路峰值電流(KA) ——電動(dòng)機(jī)的反饋峰值電流(KA) ——廠用電源短路電流的峰值系數(shù) ——電動(dòng)機(jī)反饋電流的峰值系數(shù)，～，[12]。3)t瞬間三相短路電流： （） （）式中 ： ——t瞬間短路電流的周期分量有效值（KA） ——t瞬間短路電流的非周期分量值（KA） ——t瞬間廠用電源短路電流的周期分量有效值（KA） ——t瞬間廠用電源短路電流的非周期分量值（KA） ——t瞬間電動(dòng)機(jī)反饋電流的周期分量有效值（KA） ——t瞬間電動(dòng)機(jī)反饋電流的非周期分量值（KA） ——電動(dòng)機(jī)反饋電流的衰減系數(shù) ——廠用電源非周期分量的衰減系數(shù) ——電動(dòng)機(jī)反饋電流的衰減時(shí)間常數(shù)（S），——主保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間(S)——斷路器固有跳閘時(shí)間 500KV三相短路電流電流計(jì)算及其正序阻抗圖： 500KV三相短路電流電流計(jì)算及其正序阻抗圖 500KV電氣主接線及其設(shè)備規(guī)范 500KV電氣主接線及其設(shè)備規(guī)范 短路電流的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見附錄4電氣設(shè)備的選擇為了滿足電力生產(chǎn)和保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，發(fā)電廠和變電所中安裝有各種電氣設(shè)備，其主要的任務(wù)是啟停機(jī)組、調(diào)整負(fù)荷、切換設(shè)備和線路、監(jiān)視主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)生異常故障時(shí)及時(shí)處理。根據(jù)電氣設(shè)備的作用不同，可以將電氣設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。（1）一次設(shè)備 通常把生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用電能的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器和斷路器等稱為一次設(shè)備。它們包括：生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備、接通或斷開電路的開關(guān)電器、限制故障電流和防御過電壓的保護(hù)電器、載流導(dǎo)體、接地裝置。（2）二次設(shè)備 對一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測量、控制、監(jiān)視和保護(hù)的設(shè)備，成為二次設(shè)備。它們包括：使用的互感器、測量表計(jì)、 繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、直流電源設(shè)備、操作電器。 主變壓器和發(fā)電機(jī)的選擇三河火力發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)擬采用2臺(tái)上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號為QFSN3002d的水氫式機(jī)組。額定功率300MW,最大連續(xù)出力338MW,額定功率因數(shù)（滯后），額定電壓20KV,額定電流10189A,額定轉(zhuǎn)速3000r／min[13]。 （1）臺(tái)數(shù)分析：為了保證供電的可靠性，選兩臺(tái)主變壓器。（2）主變壓器容量：，額定電壓為2202*%/20kv、5002*%/20kv，連接組別為YN,d11。（3）繞組分析：擬采用雙繞組變壓器[14]。室內(nèi)高壓斷路器是開關(guān)電器中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的一類。在正常運(yùn)行時(shí)，可用它來將用電負(fù)荷或某線路接入或退出電網(wǎng)，起倒換運(yùn)行方式的作用；當(dāng)設(shè)備或線路上發(fā)生故障時(shí)，可通過繼電保護(hù)裝置聯(lián)動(dòng)斷路器迅速切除故障用電設(shè)備或線路，保證無故障部分仍正常運(yùn)行。由此可見，高壓斷路器在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著控制和保護(hù)電氣設(shè)備或線路的雙重作用。高壓斷路器具有分?jǐn)嗄芰?qiáng)、性能穩(wěn)定、工作可靠和運(yùn)行維護(hù)方便的特點(diǎn)，其核心部件是滅弧裝置和觸頭。按使用不同的滅弧介質(zhì)而生產(chǎn)了各類高壓斷路器，目前我國電力系統(tǒng)中應(yīng)用的斷路器有如下幾種：（1）高壓空氣斷路器是以壓縮空氣為滅弧介質(zhì)和弧隙絕緣介質(zhì)。并兼作操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)力，操作機(jī)構(gòu)與斷路器合為一體。目前我國生產(chǎn)的KWKW5系列