【正文】 電機(jī)、發(fā)電廠、變電所電氣部分，高電壓技術(shù)，電力系統(tǒng)自動化，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)等專業(yè)知識解決實(shí)際問題。 2020 年人均用電量2596kW 火力發(fā)電是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍，在現(xiàn)在提出和諧社會，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的環(huán)境中，我們在提高火電技術(shù)的方向上要著重考慮電力對環(huán)境的影響，對不可再生能源的影響，雖然現(xiàn)在在我國已有部分核電機(jī)組，但火電仍占領(lǐng)電力的大部分市場，近年電力發(fā)展滯后經(jīng)濟(jì)發(fā)展，全國上了許多火電廠，但火電技術(shù)必須不斷提高發(fā)展，才能適應(yīng)和諧社會的要求 。目前，我國 30 萬千瓦、 60 萬千瓦的火力發(fā)電機(jī)組， 70 萬千瓦的水力發(fā)電機(jī)組，在國際招標(biāo)中中標(biāo)成功率大 于 90%以上。采用軟件繪制了大量電氣圖和查閱相關(guān)書籍，進(jìn)一步完善了設(shè)計(jì)。電力工業(yè)作為一種先進(jìn)的生產(chǎn)力，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最重要的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)。電作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的一種能源，主要是可以方便、高效地轉(zhuǎn)換成其它能源形式。 該設(shè)計(jì)主要從理論上在電氣主接線設(shè)計(jì)、短路電流計(jì)算、電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布局、防雷設(shè)計(jì)、發(fā)電機(jī)、變壓器和母線的繼電保護(hù)等方面做詳盡的論述， 并與火力發(fā)電廠現(xiàn)行運(yùn)行情況比較，同時(shí)，在保證設(shè)計(jì)可靠性的前提下，還要兼顧經(jīng)濟(jì)性和靈活性，通過計(jì)算論證火電廠實(shí)際設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性。 近幾年隨著我國工業(yè)的高速發(fā)展，我國電力工業(yè)超常規(guī)發(fā)展，每年裝機(jī)容量超過 30萬千瓦、 60 萬千瓦亞臨界火電機(jī)組成為我國電網(wǎng)的主力機(jī)組，百萬千瓦的超超臨界火電機(jī)組已經(jīng)在建。今天電氣制造企業(yè)的國內(nèi)用戶率已達(dá)到 75%以上。另外，由于我國人口眾多，因此在按人口平均用電方面，仍只處于中等水平，尚不能及全世界平均人口用電量的一半。 2 因此我國電力工業(yè)必須持續(xù)，穩(wěn)步地大力發(fā)展，一方面要加強(qiáng)電源建設(shè)，搞好“西電東送”，確保電力先行，另一方面要深化電力體制改革，實(shí)施廠網(wǎng)分家。二期工程建設(shè)引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)和設(shè)施，實(shí)現(xiàn)一期已建成機(jī)組 與二期工程同步進(jìn)行 100％ 煙氣脫硫；在采用低氮燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，二期鍋爐采用 100％ 煙氣脫硝系統(tǒng)和采用高效除塵器，排放指標(biāo)較低。 原始資料 原始數(shù)據(jù) 發(fā)電廠建設(shè)規(guī)模 類型：凝氣式火電廠 最終容量、機(jī)組的型式和參數(shù)： 3 表 300MW汽輪發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 型號 額定功率 （ MW） 額定電壓 (KV) 額定電流 (A) 功率因數(shù) (cos? ) 瞬變電抗 （ X’d%） 同步電抗 （ Xd%） 超瞬變電抗 (X”d %) QFSN3002 300 18 11320 年利用小時(shí)數(shù)： 6000h/年 電力系統(tǒng)與本廠的連接情況 （ 1） 電廠在電力系統(tǒng)中的作用于地位：地區(qū)電廠 （ 2） 發(fā)電機(jī)連入系統(tǒng)的電壓等級： 220kV （ 3） 電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量： 8000MW，短路容量： 12020MVA 電力負(fù)荷水平 （ 1） 220kV 電壓等級：架空線 6回 ,輸送距離 80 ㎞，Ⅰ級負(fù)荷，最大輸送 400MW，Tmax=5000h/a （ 2） 110kV 電壓等級：架空線 4 回，Ⅰ級負(fù)荷，最大輸送 161MW， Tmax=4300h/a （ 3） 廠用電率： % 環(huán)境條件 廠址特點(diǎn)及自然環(huán)境 某電廠位于某市區(qū)以西約 20km 的昭平湖水渠西岸的四山村，靠近鐵路，能夠運(yùn)用鐵路運(yùn)輸，地勢有農(nóng)田、丘陵和群山。 水文氣象條件 廠址： P=1%,洪水位： ，取水口： P=97%，設(shè)計(jì)枯水位： ，氣溫：最高 4 ℃ 、最低 ℃ 、平均 ℃ ，濕度：年平均相對濕度 81％ ，降雨量：全年平均，氣壓 :全年平均 ,風(fēng)速：最大 、平均 。 電氣主接線的基本要求 保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量 安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，停電不僅使發(fā)電廠造成損失，而且對國民經(jīng)濟(jì)各部門帶來的損失將更嚴(yán)重，往往比少發(fā)電能的損失大幾十倍，至于導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報(bào)廢、城市生活混亂等經(jīng)濟(jì)損失和政 治影響，更是難以估量。 電氣主接線分析 單元接線 其是無匯流 母線接線中最簡單的形式，也是所有主接線基本形式中最簡單的一種，接線簡單、開關(guān)設(shè)備、操作簡便。 缺點(diǎn)：增加了一臺旁路斷路器的投資。 缺點(diǎn)：由于 220KV 電壓等級容量大，停電影響范圍廣，雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較復(fù)雜，對運(yùn)行人員要求高。 雙母線帶旁路母線的接線 優(yōu)點(diǎn)：增加供電可靠性，運(yùn)行操作方便，避免檢修斷路器時(shí)造成停電，不影響雙母線的正常運(yùn)行。因而該接線一般適用于線路較長（相對來說線路的故障機(jī)率較大）和變壓器不需要經(jīng)常切換（如火電廠）的情況。因此，本電廠在系統(tǒng)中有重要作用。斷路器或母線故障以及母線檢修時(shí)，減少停運(yùn)的回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間，保證了可靠的供電。 10 3 廠用電的設(shè)計(jì) 發(fā)電廠在啟動、運(yùn)轉(zhuǎn)、停機(jī)、檢修的過程中，有大量以電動機(jī)拖動的機(jī)械設(shè)備，用以保證機(jī)組的主要設(shè)備和輸煤、碎煤、除灰、除塵及水處理等輔助設(shè)備的正常運(yùn)行。 廠用負(fù)荷分類 發(fā)電廠廠用負(fù)荷根據(jù)其重要性、合理提供 電源和供電方式，負(fù)荷可分以下幾類： Ⅰ類負(fù)荷：在瞬時(shí)短時(shí)停電，可能對人身和設(shè)備造成安全，使生產(chǎn)停頓或發(fā)電量大幅度下降，如送、引風(fēng)機(jī)、給水泵等負(fù)荷，要求這類負(fù)荷的供電系統(tǒng)可靠，工作電源故障后，應(yīng)有備用電源自動投入。Ⅱ類負(fù)荷一般也有備用設(shè)備，如不配備用設(shè)備，也要雙電源供電。配電原則是： 200KW 及以上的電動機(jī)采用 6KV 電壓供電， 200KW 以下的電動機(jī)采用 380V電壓供電。廠用高壓選用6KV電壓等級，通過合理選擇變壓器容量及阻抗值，電動機(jī)啟動電壓均可滿足要求。一般電廠中都以啟動電源兼作備用電源。 在這種接線方式下，發(fā)電機(jī)、主變壓器、廠用高壓變壓器以及相互連接的導(dǎo)體，任何一個元件故障都要斷開主變壓器高壓側(cè)的斷路器并停機(jī)。 廠用備用電源與啟動電源 備用電源用于因工作電源事故或檢修而失電時(shí)替代工件電源，起后備作用。這種除起備用電源和啟動電源的作用外，也承擔(dān)了 發(fā)電機(jī)停機(jī)電源的作用。當(dāng)廠用工作電源和備用電源都消失時(shí)，為確保能安全停機(jī)，應(yīng)設(shè)置事故保安電源，以滿足事故保安負(fù)荷和連續(xù)供電。如頂軸油泵、盤車電動機(jī)等。 300MW 機(jī)組通常都為一機(jī)一爐單元式設(shè)置，采用機(jī)、爐、電為一單元的控制方式，因此，采用系統(tǒng)也必須按單元設(shè)置，各臺機(jī)組單元（包括機(jī)、爐、電）的廠用系統(tǒng)必須是獨(dú)立的，而且采用多段（兩段或四段）單母線供電。 廠用變壓器的額定電壓應(yīng)根據(jù)廠用電系統(tǒng)的電壓等級和電源引接處的電壓確定，變壓器一、二次額定電壓必須與引接電源電壓和廠用網(wǎng)絡(luò)電壓一致。向本廠供電變壓器選用三相式雙繞組變壓器 2臺，廠用備用電源選用雙繞組變壓器 1 臺，三個電壓等級的母線之間的母 15 連變壓器選用三相三繞組變壓器。2 % — 18 190 SFPS240000三繞組 240000 242177。8 % — 17 5 短路電流計(jì)算 短路電流計(jì)算目的及規(guī)則 在發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其中的一個重要環(huán)節(jié) ， 其計(jì)算的目的主要有以下幾個方面： 電氣主接線的比選； 選擇導(dǎo)體和電器； 確定中性點(diǎn)接地方式； 計(jì)算軟導(dǎo)線的短路搖擺； 確定分裂導(dǎo)線間隔棒的間距； 驗(yàn)算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓； 選擇繼電保護(hù)裝置和進(jìn)行整定計(jì)算。均采用標(biāo)幺值計(jì)算方法，省去“ *”。 由 220KV 側(cè)短路電流計(jì)算可知，三相短路電流大于兩相、 單相短路電流，所以選擇設(shè)備時(shí)使用三相短路電流去整定計(jì)算，因此， 110KV側(cè)可以不用再計(jì)算單相、兩相短路電流。 22 6 電氣設(shè)備的選擇 電氣設(shè)備選擇的一般條件 一、設(shè)備選擇的一般原則 （ 1）應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)，安全適用，經(jīng)濟(jì)合理。 選用的電器最高 允許工作電壓，不得低于該回路最高運(yùn)行電壓。 驗(yàn)算導(dǎo)體和電器的短路電流，按下列情況計(jì)算： （ 1）除計(jì)算短路電流的衰減時(shí)間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)電流外，元件電阻都應(yīng)略去不計(jì)。 在正常運(yùn)行時(shí)，電氣引線的最大作用力不應(yīng)大于電器端子允許的負(fù)載。 熱穩(wěn)定校驗(yàn) 校驗(yàn)電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性，就是校驗(yàn)設(shè)備的載流部分在短路電流的作用下，其金屬 23 導(dǎo)電部分的溫度不應(yīng)超過最高允許值。 動穩(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)生很大的電動力，可能對電氣設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用。 24 電氣設(shè)備的整定計(jì)算 發(fā)電機(jī)側(cè)回路的最大工作電流： maxI = ， NI =11320=11886A 與主變壓器所連回路的最大持續(xù)工作電流： maxI = ， NI = ???? 3102303 與三繞組變壓器所連回路 220KV 側(cè)的最大持續(xù)工作電流： maxI = ， NI = ???? 3102303 與三繞組變壓器所連回路 110KV 側(cè)的最大持續(xù)工作電流： maxI = ， NI = ???? 3101153 高壓斷路器的選擇 斷路器是在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和故障情況下用作斷開或接通電路中的正常工作電流及開斷故障電流的設(shè)備。 2) 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 22eq thI t I t? ? LW2— 220（ W） 系列六氟化硫斷路器的固有分閘時(shí)間 int =，全分閘時(shí)間為abt =。 110KV側(cè)斷路器的選擇 最大工作持續(xù)電流： maxI =， NI = NSU =110KV=121KV NU ? NSU 26 擬選型號為 LW36— 110 系列六氟化硫斷路器，參數(shù)如表 所示： 表 LW36— 110 系列六氟化硫斷路器技術(shù)數(shù)據(jù) 額定工作 電壓 （ KV） 最高工作 電壓 （ KV） 額 定電流（ A） 3s 熱穩(wěn)定電流 （ KA） 額定動穩(wěn)定 電流峰值 （ KA） 固有分閘 時(shí)間 （ S） 額定頻率 （ HZ） 110 126 3150 40 100 50 1) 動穩(wěn)定校驗(yàn)： maxI ? imI 動穩(wěn)定電流 maxI =100KA， 110KV 側(cè)短路沖擊電流為 imI = 即： maxI ? imI ，滿足動穩(wěn)定條件。 在電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為保證檢修工作安全進(jìn)行，除了使工作點(diǎn)與帶電部分隔離外，還必須采取檢修接地措施防止意外帶電。 220KV側(cè)隔離開關(guān)的選擇 （ 1） 主變壓器回路 最大工作持續(xù)電流： 27 maxI = NSU =220KV=242KV NU ? NSU 擬選型號為 GW46— 220（ D）系列隔離開關(guān)，參數(shù)如表 所示： 表 GW4— 220D/2500系列隔離開關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù) 額定工作 電壓 （ KV） 額定電流 （ A） 3s 熱穩(wěn)定 電流（ KA） 額定動穩(wěn)定 電流峰值（ KA） 額定頻率 （ HZ） 220 2500 50 125 50 GW46— 220W 系列隔離開關(guān)是三相交流 50HZ 高壓開關(guān)設(shè)備，供在有電壓五負(fù)載的情況下，斷開或閉合線路之用。周期分量熱效應(yīng)計(jì)算，非周期分量熱效應(yīng)不計(jì)，短路電流的熱效應(yīng)： ?????????424222 1210 IIII ZK ? ?SKA ?2)( ?tIt2 230 3=2700? ?SKA ?2)( ? KQ 滿足熱穩(wěn)定條件。 2) 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 22eq thI t I t? ? LW2— 110 系列六氟化硫斷路器的固有分閘時(shí)間 int =，全分閘時(shí)間為abt =。 各種互感器的使用范圍 （ 1） 6— 220KV配電裝置一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu) ,在高壓開關(guān)柜或在布置地位狹窄的地方，可采用樹脂澆柱式絕緣結(jié)構(gòu)； （ 2） 35— 110KV配電裝置一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)電磁式電壓互感器； （ 3） 220KV以上配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確基滿足要求時(shí)，一般采用電容式電壓互感器； （ 4）接在 110KV及以上線路側(cè)的電壓 互感器，當(dāng)線路上裝有載波通訊時(shí)，應(yīng)盡量與耦合電容器結(jié)合，統(tǒng)一選用電容式電壓互感器。因此，電流互感器在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，也是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備。 若只 用一組互 感器 ， 線路不配差動保護(hù)。若有計(jì)量要求，可以與測量公用一組互感器。