【正文】 架空線 6 回，每回輸送功率 50MW， ?cos = 架空線 4 回，與系統(tǒng)連接 設(shè)計(jì)任務(wù) 1) 發(fā)電廠電氣主接線的設(shè)計(jì) 2) 短路電流計(jì)算 3) 主要電氣設(shè)備選擇 4) 電氣設(shè)備校驗(yàn) 5) 配電裝置的設(shè)計(jì) 6) 變壓器保護(hù)設(shè)計(jì) 7) 母線 保護(hù)設(shè)計(jì) 2021屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 原始資料分析 需要設(shè)計(jì)的火電廠為大中型火電廠，其裝機(jī)容量為 4200=800MW， 在電力系統(tǒng)中 有 較為重要 的地位 ，且年利用小時(shí)數(shù)為 6500h， 110kv 電壓負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù) 7000h， 遠(yuǎn)大于電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的平均最大利用小時(shí)數(shù)（如2021 年我國(guó)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 5221h），故該發(fā)電廠的電氣主接線設(shè)計(jì)要求有很高的可靠性。 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則是： ① 以設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)，以國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，結(jié)合工程實(shí)際情況，根據(jù)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)的地位和作用確定對(duì)主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的要求。 電氣主接線的設(shè)計(jì)步驟 1) 原始資 料分析。圖中采用新的國(guó)標(biāo)圖形符號(hào)和文字代號(hào)，并將所有設(shè)備的型號(hào)、主要參數(shù)、母線及電纜截面等標(biāo)注在圖上。 靈活性。 電氣主接線方案的初步擬定 1) 220KV 電壓等級(jí)的方案選擇。其優(yōu)點(diǎn)是：供電可靠，通過兩組母線隔離開關(guān)的倒閘操作 ，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷。擴(kuò)建方便，向雙母線左右任何方向擴(kuò)建，均不會(huì)影響兩組母線的電源和負(fù)荷自由組合分配，在施工中也不會(huì)造成原有回路停電。這樣，只是部分短時(shí)停電，而不必全部短期停電。由于目前采用的斷路器為六氟化硫斷路器，它的開斷能力強(qiáng)，允許連續(xù)開斷次數(shù)較多，適用于頻繁操作，機(jī)電磨損小。所以在本方案中選擇的接線形式是單母線接線。 各方案的主接線圖如下圖 21，圖 22，圖 23 所示： xxx： xxxx發(fā)電廠電氣一次及變壓器、母線保護(hù)設(shè)計(jì) 6 方案一： 圖 21 電氣主接線方案一 方案二： 圖 22 電氣主接線方案 二 2021屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 方案三： 圖 23 電氣主接線方案 三 主接線方案選擇 本次主接線設(shè)計(jì)中采用了雙母線接線、 雙母線分段接線、雙母線帶旁路母線的接線、單母線接線這幾種接線形式。一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電。 c) 擴(kuò)建方便。為了避免誤操作，需在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)閉鎖裝置。這樣，只是部分短時(shí)停電，而不必全部短期停電。為了避免誤操作，需在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)閉鎖裝置。 2) 缺點(diǎn)： a) 增加電氣設(shè)備的投資。 單母線接線 1) 優(yōu)點(diǎn)： a) 接線簡(jiǎn)單清晰。母線或母線隔離開關(guān)檢修或故障時(shí)，所有回路都要停止運(yùn)行，造成全廠長(zhǎng)期停電。 xxx： xxxx發(fā)電廠電氣一次及變壓器、母線保護(hù)設(shè)計(jì) 10 第三章 短路電流計(jì)算 短路電流計(jì)算的目的和步驟 短路電流計(jì)算的目的 短路是電力系統(tǒng)中常見的、十分嚴(yán)重的故障。 2) 選擇電氣設(shè)備，或?qū)@些設(shè)備提出技術(shù)要求。 短路電流計(jì)算的步驟 1) 繪制相應(yīng)的電力系統(tǒng)接線圖 2) 選擇計(jì)算短路點(diǎn) 3) 繪制等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號(hào)。 8) 計(jì)算短路電流周期分量有名值和短路容量。 主變壓器容量、臺(tái)數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。 變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇 1. 單元接線的主變 壓器 單元接線時(shí)變壓器容量 SN應(yīng)按發(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留有 10％的裕度來(lái)選擇。 所以可得 T3 的容量為： xxx： xxxx發(fā)電廠電氣一次及變壓器、母線保護(hù)設(shè)計(jì) 12 SN=（ 200（ 14％） /— 25/） =195 （ MVA） 2) 當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓母線上的負(fù)荷最大且其中容量最大的一臺(tái)機(jī)組退出運(yùn)行時(shí)，主變壓器應(yīng)能從系統(tǒng)到送功率，以保證發(fā)電機(jī)電壓母線上最大負(fù)荷的需要。 主變壓器型式和結(jié)構(gòu)的選擇 1. 相數(shù)。變壓器三相繞組的連接方式必須使其線電壓與系統(tǒng)線電壓相位一致，否則不能并列運(yùn)行。三繞組變壓器或者自耦變壓器，在結(jié)構(gòu)上有升壓型和降壓型兩種基本型式。無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器的分接頭較少，調(diào)壓范圍一般只有 10％（ 177。 3) 電網(wǎng)電壓有較大變化的 220KV 及以上的降壓變壓器。電力變壓器的冷卻方式，隨其型式和容量的不同而異， 主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷、強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)冷卻。本次設(shè)計(jì)給出的的電廠廠用電率為 4％，即每臺(tái)機(jī)組的廠用電為 200/4％=，故廠用高壓變壓器的容量應(yīng)按 110％ = 選擇 。2％ YNd11 12 電力系統(tǒng) 元 件參數(shù)的計(jì)算 各元件 正序 參數(shù) 計(jì)算 型號(hào) 額定容量（ MW） 額定電壓（ KV） 功率因數(shù)cosφ 次暫態(tài)電抗（ Xd“） 負(fù)序電抗（ X2） QFS2002 200 2021屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 短路電流計(jì)算的 正序阻抗圖 如下圖 32 所示： 圖 32 短路電流計(jì)算等值 正序阻抗圖 為了計(jì)算方便，通常取基準(zhǔn)容量 Sj=100MVA 基準(zhǔn)電壓 一般取各等級(jí)的平均電壓 Uj=Uav= 基準(zhǔn)電流： /3Ij Sj Uj? 所以可得基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電流計(jì)算結(jié)果如下表 37 所示 表 37 Uj（ KV） 115 230 Ij(KA) 計(jì)算得各元件 正序 電抗標(biāo)幺值如下： 發(fā)電機(jī)的電抗計(jì)算公式為 SeSjXdX ?? 10 039。 即： X6=0、 X7=、 X8= X11= 各元件負(fù)序參數(shù)計(jì)算 短路電流計(jì)算的負(fù)序阻抗圖如下圖 33 所示： 圖 33 短路電流計(jì)算等值 負(fù)序阻抗圖 計(jì)算得各元件 負(fù) 序電抗標(biāo)幺值如下： 2021屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 發(fā)電機(jī)的電抗計(jì)算公式為SeSjXdX ?? 10039。 xxx： xxxx發(fā)電廠電氣一次及變壓器、母線保護(hù)設(shè)計(jì) 18 表 38(a) 三相 對(duì)稱短路電流計(jì)算結(jié)果 表 38(b) 三相 對(duì)稱短路電流計(jì)算結(jié)果 表 39 不對(duì)稱 短路電流計(jì)算結(jié)果 2021屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第四章 導(dǎo)體和 主要電氣設(shè)備選擇 電氣設(shè)備選擇的一般 要求 應(yīng)滿足各種運(yùn)行、檢修、短路和過電壓情況的運(yùn)行要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展。 選用的新產(chǎn)品均應(yīng)有可靠地試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。 ② 污染情況 安裝在污染嚴(yán)重，有腐蝕性物質(zhì)﹑煙氣﹑粉塵等惡劣環(huán)境中的電氣設(shè)備，應(yīng)選用防污型產(chǎn)品或設(shè)備布置在室內(nèi)?，F(xiàn)行電壓等級(jí)為 110kV 及以下的設(shè)備，其外絕緣都有一定的裕度，實(shí)際上均可使用在海拔不超過 2021m 的地區(qū)。如果滿足這一條件，則選出的電氣設(shè)備符合熱穩(wěn)定的要求。 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 當(dāng)電氣設(shè)備中有短路電流通過時(shí)，將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，可能對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作 用。 高壓 斷 路器的選擇 斷路器的選擇需要 根據(jù)環(huán)境條件，使用技術(shù)條件及各種斷路器的不同特點(diǎn)進(jìn)行選擇。一般可按斷路器的額定開斷電流 IN ，大于或等于短路電流周期分量有效值 I 進(jìn)行選擇 ,即 應(yīng)滿足條件IN ≥ I 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：應(yīng)滿足的條件是短路沖擊電流 Ish應(yīng)不大于斷路器的極限通過電流 ies,即 shes ii ? 熱穩(wěn)定校驗(yàn)：應(yīng)滿足的條件是短路熱效應(yīng) QK應(yīng)不大于斷路器在 t時(shí)間內(nèi)的允許熱效應(yīng)，即 It2 ≥ QK xxx： xxxx發(fā)電廠電氣一次及變壓器、母線保護(hù)設(shè)計(jì) 22 根據(jù)對(duì)斷路器操作控制的要求，選擇與短路器配用的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。屋內(nèi)式8000A 以下隔離開關(guān)一般采用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)； 220KV 及以上高位布置的隔離開關(guān)，宜采用電動(dòng)機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)。 為保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，選擇導(dǎo)線和電纜截面時(shí)必須滿足下列條件。矩形導(dǎo)體散熱條件好，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，便于固定和連接，但集膚效應(yīng)較大，為了避免集膚效應(yīng)過大，單條矩形的截面不超過1250mm2。因此槽型導(dǎo)體一般用在 電流 在 4000～ 8000A 的配電裝置中。 按經(jīng)濟(jì)電流密度 J選擇截面 S，即 S = Imax J? 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 校驗(yàn)?zāi)妇€動(dòng)穩(wěn)定性是校驗(yàn)?zāi)妇€在短路沖擊電流電動(dòng)力作用下是否會(huì)產(chǎn)生永久性形變或斷裂，即是否超過母線材料應(yīng)力的允許范圍。 在高壓配電裝置中，廣泛采用互感器給測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)和其他二次設(shè)備供電。采用互感器的目的，除了將二次回路與一次回路隔離，以保證運(yùn)行人員和設(shè)備的安全外，還使由它供電的二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，從而給運(yùn)行維護(hù)提供方便。旁路母線上是否需要裝設(shè)電壓互感器，應(yīng)視各回出線外側(cè)裝設(shè)電壓互感順的情況和需要確定。 電壓互感器的選擇結(jié)果如下表 46 所示： 表 46 電壓互感器選擇結(jié)果 型號(hào) 相數(shù) 安裝位置 額定變比 二次額定容量（ VA） 最大容 量（ VA） 3級(jí) JSJW— 三相 發(fā)電機(jī)回路 15750/100/— 120 200 480 960 YDR— 220 單相 220KV母線及 出線回路 220210√3 /100√3/100 150 220 440 1200 YDR— 110 單相 110KV母線及 出線回路 110000√3 /100√3/100 150 220 440 1200 電流互感器的配置 凡裝有斷路器的回路均應(yīng)裝設(shè)電流互感器，其數(shù)量應(yīng)滿足測(cè)量?jī)x表、2021屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 保護(hù)和自動(dòng)裝置要求。 電流 互感器的選擇結(jié)果如下表 47所示： 表 47 電 流 互感器選擇結(jié)果 型號(hào) 安裝位置 準(zhǔn)確級(jí) 額定電流比 （ A） 1s 熱穩(wěn)定 倍數(shù) 動(dòng)穩(wěn)定 倍數(shù) LCW220 T4 變 220KV 側(cè) 5P25 2600/5 60 78 LB9220 220KV 出線回路 5P25/ 4300/5 42 78 LCW220 T3 變 220KV 側(cè) 5P25 2600/5 60 78 LBJ110 TI、 T2 變 110 側(cè) 5P25 3000/5 75 150 LB110 110KV 出線回路 5P25/ 2 300/5 70 183 LBJ110 T3 變 110KV 側(cè) 5P25 3000/5 75 150 T3 變 側(cè) 5P25 12021/5 50 90 出線回路 5P25/ 2500/5 50 90 發(fā)電機(jī)出口側(cè) 5P25 12021/5 50 90 避雷器的配置 當(dāng)發(fā)電廠采取了可靠的直擊雷保護(hù)措施后，遭雷直擊的概率很小。 220kV 及以下變壓器到避雷器的電氣距離超過允許值時(shí)，應(yīng)在變壓器附近增設(shè)一組避雷器。 單元連接的發(fā)電機(jī)出線應(yīng)裝一組避雷 器 在不接地的直配線發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)上應(yīng)裝設(shè)一臺(tái)避雷器。 避雷器的選擇 ： 按額定電壓選擇：要求避雷器的額定電壓與系統(tǒng)額定電壓一致。工頻放電電壓太高則意味著沖擊放電電壓也高，將使其保護(hù)特性變壞；工頻放電電壓太低，則意味著滅弧電壓太低，將會(huì)造成不能可靠地切斷工頻續(xù)流。 S 短路熱穩(wěn)定計(jì)算時(shí)間為 tk = top2 to =+= 1s，故此情況下非周期分量的影響可略去不計(jì)。 S 校驗(yàn) 合格 (5) 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)： ies =100K ≥ish= 校驗(yàn) 合格 110KV側(cè)斷路器的選擇 (1) 額定電壓的選擇： UN ≥ UN = 110KV (2) 額定電流的選擇： IN ≥ Imax = SN√3UN= 235√3 110= 1295 所選斷路器型號(hào)如下表 410 所示 表 410 型號(hào) 額定電壓 額定電流 額定開斷電流 極限通過電流 熱穩(wěn)定電流 固有分閘時(shí)間 合閘時(shí)間 LW6B110 110kV 3150A 40 kA 100kA 40KA (3S) (3) 開斷電流的 校驗(yàn) ： 短路開斷時(shí)間為 t k = top1 tin=+= 開斷時(shí)間較長(zhǎng)，采用 I”校驗(yàn) IN ，即 I” = IN 校驗(yàn)合格 2021屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 (4) 熱穩(wěn)定校驗(yàn)：應(yīng)滿足的條件是短路熱效應(yīng) QK不大于斷路器在 t 時(shí)間內(nèi)的允許熱效應(yīng)，即： It2t≥Qk 短路熱穩(wěn)定計(jì)算時(shí)間為 tk = top2 to =+= 1s，故此情況下非周期分量的影響可略去不計(jì)。 S