[工學(xué)]600MW區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計論文

1、600mw區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計 系 別： 機電與自動化學(xué)院 專 業(yè) 班： 電氣工程及其自動化 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2012年5月600mw區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計electrical design of 600mw regional power plant摘 要由發(fā)電、配電、輸電、變電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到各負荷中心。電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。電能的集中開發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應(yīng)與負荷的隨機變化，就制約了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2、和運行。電力系統(tǒng)要實現(xiàn)其功能，就需在各個環(huán)節(jié)和不同層次設(shè)置相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，以便對電能的生產(chǎn)和輸運過程進行測量、調(diào)節(jié)、控制、保護、通信和調(diào)度，確保用戶獲得安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的電能。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠、變電所本身的運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性密切相關(guān)。所以對于主接線的方式選擇，以及各項參數(shù)的具體計算，是設(shè)計中的主要解決內(nèi)容。同時，短路電流和防雷保護的考慮，也對整個設(shè)計有很密切的聯(lián)系，對于這兩個部分的計算，也是一個重點。本文是對配有4臺150mw汽輪發(fā)電機的大型火電廠一次部分的初步設(shè)計，主要完成了電氣主接線的設(shè)計。設(shè)計的內(nèi)容部分包括電氣主接線的形式的比較、選擇；主變壓器、啟動/備

3、用變壓器和高壓廠用變壓器容量計算、臺數(shù)和型號的選擇；短路電流計算和高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗; 并作了變壓器保護。關(guān)鍵詞：發(fā)電廠 變壓器 電力系統(tǒng) 繼電保護 電氣設(shè)備abstractby the power generation, transformation, transmission and distribution of electricity and energy components, and other aspects of production and consumption systems. it is the function of the natural world thro

4、ugh the power of primary energy into electrical energy power plant, then lost, transforming the system and distribution system will supply power to the load centers.electrical wiring is the main power plant, electric substation designed first and foremost part of the power system is also constitute

5、an important part. determination of the main cable on the power system as a whole and power plants, substations to run its reliability, flexibility and economy are closely related. this article is equipped with 4*150mw turbo-generator of large-scale thermal power plants a part of the preliminary des

6、ign of the main completed the main electrical wiring design. including the electrical wiring of the main forms of comparison, the choice; main transformer, the start / stand-by transformer and the high-voltage transformer factory with the capacity of calculation, the number of models and options; sh

7、ort-circuit current calculation and high-voltage electrical equipment selection and validation; and made the protection of transformer .key words: power plant transformer power system relay electrical equipment目 錄摘要iabstractii緒論11 設(shè)計概要21.1 600mw區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計參數(shù)21.2 電力工業(yè)的發(fā)展概況21.3 我國電力行業(yè)發(fā)展方針32 電氣主接線設(shè)計42.

8、1 主接線概述42.2 對原始資料的分析52.3 擬定可行的主接線方案52.3.1 確定變壓器臺數(shù)及容量52.3.2 主接線方案53 短路電流計算83.2 短路電流計算條件83.2 短路電流計算條件83.2.1 基本假定83.2.2 一般規(guī)定83.3 短路電流分析93.3.1 選取短路點93.3.2 畫等值網(wǎng)絡(luò)圖103.3.3 化簡等值網(wǎng)絡(luò)圖113.3.4 各短路點短路電流計算184 電氣設(shè)備的選擇254.1 電氣設(shè)備選擇的概述254.1.1 一般原則254.1.2 有關(guān)的幾項規(guī)定254.1.3 按額定電壓選擇的要求264.1.4 按額定電流選擇的要求264.1.5 短路熱穩(wěn)定校驗的要求264

9、.1.6 校驗動穩(wěn)定校驗的要求264.2 母線的選擇設(shè)計274.2.1 母線材料的選擇274.2.2 母線截面形狀選擇274.2.3 220kv母線選擇284.3 斷路器選擇設(shè)計284.3.1 斷路器的選擇要求284.3.2 220kv側(cè)斷路器的選擇294.4 隔離開關(guān)選擇設(shè)計294.4.1 隔離開關(guān)選擇要求294.4.2 220kv側(cè)隔離開關(guān)選擇295 防雷部分設(shè)計315.1 概述315.1.1 雷害來源315.1.2 避雷針作用315.2 雷電過電壓的防護315.2.1 概述315.2.2 避雷器的要求及選擇31結(jié)論35致謝36參考文獻3738緒 論由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成

10、的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置（主要包括鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等）轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到各負荷中心。由于電源點與負荷中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無法大量儲存，電能生產(chǎn)必須時刻保持與消費平衡。因此，電能的集中開發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應(yīng)與負荷的隨機變化，就制約了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行。據(jù)此，電力系統(tǒng)要實現(xiàn)其功能，就需在各個環(huán)節(jié)和不同層次設(shè)置相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，以便對電能的生產(chǎn)和輸運過程進行測量、調(diào)節(jié)、控制、保護、通信和調(diào)度，確保用戶獲得安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的電能。電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易

11、于轉(zhuǎn)換為其它的能源，而且便于控制、管理和調(diào)度,易于實現(xiàn)自動化。因此，電能已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟、社會生產(chǎn)和人民生活的各個方面。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠提供，電力工業(yè)已成為我國實現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，得到迅猛發(fā)展。本設(shè)計的主要內(nèi)容包括：通過原始資料分析和方案比較，確定發(fā)電廠的電氣主接線。計算短路電流，并根據(jù)計算結(jié)果來選擇和效驗主要電氣設(shè)備。1 設(shè)計概要1.1 600mw區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計參數(shù) （1） 廠址概況：本廠在一大型煤礦區(qū)內(nèi)，為坑口電廠，所有燃料由煤礦直接供給。電廠生產(chǎn)的電能除用于廠用外，全部以5回220kv線路送入周邊系統(tǒng)。廠區(qū)地勢較不平坦，地質(zhì)條件好，有新的公路、鐵路通向礦區(qū)，交通

12、方便。廠址附近有大河通過，水量豐富，屬于6級地震區(qū)，凍土層1.5米深，覆冰厚10mm；最大風(fēng)速20m/s；年平均溫度+6，最高氣溫+38，最低氣溫-36，土壤電阻率500。 （2） 機組參數(shù)：鍋爐：汽機：發(fā)電機： （3） 電力系統(tǒng)接線圖，如圖1-1；圖1-1 電力系統(tǒng)接線圖1.2 電力工業(yè)的發(fā)展概況隨著我國電力事業(yè)迅猛發(fā)展，工程規(guī)模在不斷擴大，所采用的電氣設(shè)備在不斷更新?lián)Q代。通過具體實踐摸索及不斷總結(jié)、積累和豐富了很多寶貴的運行經(jīng)驗和設(shè)計經(jīng)驗。自九十年代起，我國陸續(xù)修訂了所有的規(guī)程和規(guī)范，電氣標(biāo)準(zhǔn)全面向iec標(biāo)準(zhǔn)靠攏，并等效地被采用。從1982年起，分十幾批淘汰了大量的落后機電產(chǎn)品，多次整頓生

13、產(chǎn)秩序，加強了對電氣產(chǎn)品的質(zhì)量管理，努力縮小了發(fā)達國家的差距，引進和開發(fā)了具有國際先進水平的電氣設(shè)備。二十多年來我們無論是在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計依據(jù)和設(shè)計方法上，還是在設(shè)計所選用的先進技術(shù)和設(shè)備上都有了騰飛性的發(fā)展。隨著對大中型水電站推廣“無人值班、少人值守”的運行方式，電站的自動化水平越來越高，要更廣泛地采用高水準(zhǔn)的設(shè)備，相應(yīng)地對廠用電系統(tǒng)設(shè)計和廠用設(shè)備選型上也提出了更高的要求。1.3 我國電力行業(yè)發(fā)展方針目前我國人均擁有裝機容量和人均占有發(fā)電量較低，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)平均水平不高，火電廠的污染物排放量高，電網(wǎng)相對薄弱，供電可靠性偏低。為了提高效率和保護環(huán)境，及時關(guān)閉低效率、煤耗高、污染嚴(yán)重的小火電機組

14、，以大帶小，裝設(shè)煙氣脫硫及降低氮氧化物設(shè)施，開展?jié)崈裘喝紵夹g(shù)的研究及應(yīng)用。主要的發(fā)展方針有： （1） 積極發(fā)展水電，水能資源是可再生的、清潔的能源；在電力系統(tǒng)中，有一定比重的水電裝機容量對系統(tǒng)調(diào)峰和安全經(jīng)濟運行極為有利；水電站的發(fā)電成本低，水庫可以綜合利用。我國水電裝機容量目前僅開發(fā)了少部分，所以要積極發(fā)展水電。 （2） 優(yōu)化發(fā)展火電，我國有豐富的煤炭、石油和天然氣，火電廠的廠址不受限制，建設(shè)周期短，能較快發(fā)揮效益。 （3） 適當(dāng)發(fā)展核電。 （4） 重點發(fā)展電網(wǎng)，促進全國聯(lián)網(wǎng)。 （5） 因地制宜發(fā)展新能源發(fā)電，做好農(nóng)村電氣化建設(shè)，在邊遠農(nóng)村和沿海島嶼，因地制宜建設(shè)小水電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、

15、地?zé)岚l(fā)電和太陽能發(fā)電等。2 電氣主接線設(shè)計2.1 主接線概述電氣主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體，它反映各設(shè)備的作用、連接方式和回路的相互關(guān)系。所以，它的設(shè)計直接關(guān)系到全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置，繼電保護、自動裝置和控制方式的確定，對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行起著決定的作用。概括地說包括以下五個方面： （1） 可靠性在研究主接線可靠性時應(yīng)重視國內(nèi)外長期運行的實踐經(jīng)驗和其可靠性的定性分析；主接線的可靠性要包括一次部分和相應(yīng)組成的二次部分在運行中可靠性的綜合，在很大程度上也取決于設(shè)備的可靠程度?？煽啃缘木唧w要求在于斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電；斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減

16、少停運的回路數(shù)和停運時間，并要保證對一級負荷及全部或大部分二級負荷的供電。 （2） 靈活性主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性。在調(diào)度時，應(yīng)可以靈活地投入和切除發(fā)電機、變壓器和線路，調(diào)配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式的系統(tǒng)調(diào)度要求；在檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進行安全檢修而不致影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電；擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。 （3） 經(jīng)濟性要節(jié)省投資，主接線應(yīng)力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備；要節(jié)省繼電保護和二次回路不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜；要能限制短路電

17、流，以便于選擇價廉的電氣設(shè)備或輕型電器；主接線設(shè)計要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少；經(jīng)濟合理地選擇主變壓器的種類、容量、數(shù)量、要避免因兩次變壓而增加電能損失。 （4） 操作應(yīng)盡可能簡單、方便 電氣主接線應(yīng)簡單清晰、操作方便，盡可能使操作步驟簡單，便于運行人員掌握。復(fù)雜的接線不僅不便于操作，還往往會造成運行人員的誤操作而發(fā)生事故。但接線過于簡單，可能又不能滿足運行方式的需要，而且也會給運行造成不便，或造成不必要的停電。 （5） 應(yīng)具有擴建的可能性由于我國工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，電力負荷增加很快，因此，在選擇主接線時，應(yīng)考慮到有擴建的可能性。2.2 對原始資料的分析從原始資料可以知道，本電廠

18、屬于地區(qū)性火力發(fā)電廠，建成后總?cè)萘窟_600mw，建成后與周邊的幾個電廠形成區(qū)域電網(wǎng)。該電廠的發(fā)電容量除了本廠廠用電后剩余的電力向周邊系統(tǒng)供電。因此，本電廠對周邊系統(tǒng)有重要作用。電廠是否安全、可靠運行直接影響該地區(qū)的經(jīng)濟效益，可見該電廠的重要性。2.3 擬定可行的主接線方案2.3.1 確定變壓器臺數(shù)及容量 （1） 臺數(shù)：根據(jù)原始資料，該廠除了本廠的廠用電外，還需要向系統(tǒng)輸送功率，所以不設(shè)發(fā)電機母系，發(fā)電機與變壓器采用單元接線，保證了發(fā)電機電壓出線的供電可靠，本廠主變壓器選用三相式變壓器4臺。 （2） 容量：單元接線中的主變壓器容量sn 應(yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后，預(yù)留10的裕度選擇

19、，為 (2-1)發(fā)電機容量： 通過主變的容量廠用電： 發(fā)電機的額定功率，發(fā)電機的額定容量為150mw，除去廠用電后經(jīng)過變壓器的容量為： (2-2)采用三相風(fēng)冷自然循環(huán)雙繞組無勵磁調(diào)壓變壓器，由文獻2可知；型號為：，參數(shù)為2.3.2 主接線方案根據(jù)變壓器的組合方案擬定主接線的初步方案，并依據(jù)對主接線的基本要求，從技術(shù)上進行論證各方的優(yōu)、缺點，淘汰了一些較差的方案，保留了兩個技術(shù)上相對較好的方案，如圖2-1和圖2-2所示。圖2-1 雙母接線(方案一)圖2-2 雙母帶旁路接線(方案二)3 短路電流計算3.1 短路電流計算的目的在發(fā)電廠電氣設(shè)計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算的目的的主要有

20、以下幾個方面：（1） 電氣主接線的比選。（2） 選擇導(dǎo)體和電器。（3） 確定中性點接地方式。（4） 計算軟導(dǎo)線的短路搖擺。（5） 確定分裂導(dǎo)線間隔棒的間距。（6） 驗算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓。（7） 選擇繼電保護裝置和進行整定計算。3.2 短路電流計算條件3.2.1 基本假定（1） 正常工作時，三項系統(tǒng)對稱運行。（2） 所有電流的電功勢相位角相同。（3） 電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷下運行。（4） 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。（5） 不考慮短路點的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外，元件的電阻略去不計。（6） 不考慮短路點的電流阻抗和變壓器的勵磁電流。（7） 元件的技術(shù)參數(shù)均取額

21、定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍。（8） 輸電線路的電容略去不計。3.2.2 一般規(guī)定（1） 驗算導(dǎo)體的電器動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按本工程設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)遠景的發(fā)展計劃。（2） 選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電器連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流影響。（3） 選擇導(dǎo)體和電器時，對不帶電抗回路的計算短路點，應(yīng)選擇在正常接線方式時短路電流最大地點。（4） 導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和以及電器的開斷電流，一般按三相短路計算。3.3 短路電流分析3.3.1 選取短路點由原始資料，選擇母線處短路點d1、發(fā)電機回路出口處短路點

22、d2、d3、d4、d5、和廠用變低壓側(cè)短路點d6、d7、d8、d9，如下圖3-1所示:圖3-1 短路點的選擇具體元件用等值電抗表示,如圖3-2所示:圖3-2 等值電抗表示的短路點3.3.2 畫等值網(wǎng)絡(luò)圖為計算不同短路點的短路電流值，需將等值網(wǎng)絡(luò)分別化簡為以短路點為中心的輻射網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗： 表3-1 發(fā)電機參數(shù)型號額定容量額定電壓額定電流功率因素xdqfqs-200-2200mw15.75kv8625a0.8514.44%qfs-300-2300mw18kv11320a0.8516.7%ts1264/300-48300mw18kv11000a0.87530.5

23、6%tqn-100-2100mw10.5kv6475 a0.8518.3%表3-2 變壓器參數(shù)型號額定電壓（kw）空載損耗（kw）短路損耗（kw）阻抗電壓（%）sf10-240000242/15.7513sf10-3150015.75/6.39.8sfp7-360000242/1814sfp7-120000242/10.514（3） 將各元件電抗換算為同一基準(zhǔn)的標(biāo)幺電抗：取基準(zhǔn)容量sj=100mva，基準(zhǔn)電壓up1=242kv，up2=15.75kv，up3=6.3kv新建發(fā)電廠發(fā)電機、變壓器、廠用變的標(biāo)幺值（見公式3-1至3-4）： (3-1) (3-2) (3-3) (3-4)系統(tǒng)600m

24、w火電廠qfs發(fā)電機、變壓器的標(biāo)幺值（見公式3-5，3-6）： (3-5) (3-6)系統(tǒng)600mw水電廠ts1264發(fā)電機、變壓器的標(biāo)幺值（見公式3-7，3-8）： (3-7) (3-8)系統(tǒng)200mw火電廠tqn發(fā)電機、變壓器的標(biāo)幺值（見公式3-9，3-10）： (3-9) (3-10)畫出如圖3-2的等值電抗圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號。3.3.3 化簡等值網(wǎng)絡(luò)圖為計算不同短路點的短路電流值，需將等值網(wǎng)絡(luò)分別化簡為以短路點為中心的輻射網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗：（1） 化簡d1短路點的等值網(wǎng)絡(luò)：由圖3-2化簡得圖3-3（見公式3-11至3-17）： (3-11) (3

25、-12) (3-13) (3-14) (3-15) (3-16) (3-17)圖3-3 d1短路點等值網(wǎng)絡(luò)圖由圖3-3化簡得圖3-4（見公式3-18）： (3-18)圖3-4 d1短路點等值網(wǎng)絡(luò)圖（2） 化簡d2短路點的等值網(wǎng)絡(luò)：由圖3-2化簡得圖3-5圖3-5 d2短路點等值網(wǎng)絡(luò)圖一由圖3-5化簡得圖3-6（見公式3-19）： (3-19)圖3-6 d2短路點等值網(wǎng)絡(luò)圖二由圖3-6化簡得圖3-7（見公式3-20）： (3-20)圖3-7 d2短路點等值網(wǎng)絡(luò)圖三由圖3-7化簡得圖3-8（見公式3-21）： (3-21)圖3-8 d2短路點等值網(wǎng)絡(luò)圖四由圖3-8化簡得圖3-9（見公式3-22至3

26、-29）： (3-22) (3-23) (3-24) (3-25) (3-26) (3-27) (3-28) (3-29)圖3-9 d2短路點等值網(wǎng)絡(luò)圖五d2、d3、d4、d5各點的短路電流都相同，所以只化簡一點（3） 化簡d6短路點的等值網(wǎng)絡(luò)：由圖3-9得到短路點d6的等值阻抗圖3-10圖3-10 d6短路點等值阻抗圖一由圖3-10化簡得圖3-11（見公式3-30至3-31）： (3-30) (3-31)圖3-11 d6短路點等值阻抗圖二由圖3-11化簡得圖3-12（見公式3-32至3-42）： (3-32) (3-33) (3-34) (3-35) (3-36) (3-37) (3-38)

27、 (3-39) (3-40) (3-41) (3-42)圖3-12 d6短路點等值阻抗圖三3.3.4 各短路點短路電流計算d1短路點：（1） 計算電抗： ，將圖4-4的等值阻抗化為計算阻抗（見公式3-43至3-46）： (3-43) (3-44) (3-45) (3-46)查曲線的出各電源供給的短路電流標(biāo)幺值：600mw火電廠： 600mw水電廠： 200mw火電廠： 發(fā)電機f1f4： （2） 各電源點供給的基準(zhǔn)電流：600mw火電廠（見公式3-47）： (3-47)600mw水電廠（見公式3-48）： (3-48)200mw火電廠（見公式3-49）： (3-49)發(fā)電機f1f4（見公式3-5

28、0）： (3-50)（3） 各電源點供給的短路周期分量有效值：600mw火電廠：600mw水電廠：200mw火電廠：發(fā)電機f1f4： 總的短路電流（見公式3-51至3-53）： (3-51) (3-52) (3-53)（4） 短路容量和短路電流最大值（見公式3-54至3-58）：短路容量： (3-54) (3-55) (3-56)沖擊電流： (3-57)全電流： (3-58)d2短路點：（1） 計算電抗：，將圖3-9的等值阻抗化為計算阻抗（見公式3-59至3-63）： (3-59) (3-60) (3-61) (3-62) (3-63)查曲線的出各電源供給的短路電流標(biāo)幺值：600mw火電廠：

29、600mw水電廠： 200mw火電廠： 發(fā)電機f2f4： 發(fā)電機f1： （2） 各電源點供給的基準(zhǔn)電流：600mw火電廠（見公式3-64）： (3-64)600mw水電廠（見公式3-65）： (3-65)200mw火電廠（見公式3-66）： (3-66)發(fā)電機f2f4（見公式3-67）： (3-67)發(fā)電機f1（見公式3-68）： (3-68)（3） 各電源點供給的短路周期分量有效值：600mw火電廠： 600mw水電廠： 200mw火電廠： 發(fā)電機f2f4： 發(fā)電機f1： 總的短路電流（見公式3-69至3-71）： (3-69) (3-70) (3-71)（4） 短路容量和短路電流最大值（見

30、公式3-72至3-76）：短路容量： (3-72) (3-73) (3-74)沖擊電流： (3-75)全電流： (3-76)（5） d6短路點：計算電抗：，將圖3-12的等值阻抗化為計算阻抗（見公式3-77至3-83）： (3-77) (3-78) (3-79) (3-80) (3-81)由于計算電抗大于3，所以采用 (3-82) (3-83)基準(zhǔn)電流（見公式3-84）： (3-84)短路周期分量有效值（見公式3-85至3-87）：廠用變周期分量： (3-85)電動機反饋電流：kdd取6，為6倍啟動電流；功率因素取0.8，電動機的容量取8000kw， (3-86)總的短路電流： (3-87)短

31、路容量和短路電流最大值（見公式3-88至3-90）：短路容量： (3-88)沖擊電流： (3-89)全電流： (3-90)表3-13 各短路點短路電流計算結(jié)果表短路點編號短路點位置短路點平均工作電壓短路電流周期分量起始值短路容量短路電流沖擊值短路全電流最大有效值u(kv)i(ka)s (mva)ich(ka)ich(ka)d1242kv母線24220.848735.2254.632.51d2d5發(fā)電機出口15.75118.483232.11310.41185.26d6d96.3kv母線6.311.0912129.0617.34 電氣設(shè)備的選擇4.1 電氣設(shè)備選擇的概述導(dǎo)體和電器的選擇設(shè)計，同樣

32、必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)政策，并應(yīng)做到技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全可靠，運行方便和適當(dāng)?shù)牧粲杏嗟?，以滿足電力系統(tǒng)安全運行的需要，對導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計規(guī)定簡述如下：4.1.1 一般原則（1） 應(yīng)滿足正常運行，檢修，短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展。（2） 應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件檢驗。（3） 應(yīng)與整個工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致，盡量使新老電器型號一致。（4） 選擇導(dǎo)線時應(yīng)盡量減少品種。（5） 選用新產(chǎn)品應(yīng)積極慎重，新產(chǎn)品應(yīng)有可靠試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)主管部門鑒定合格。4.1.2 有關(guān)的幾項規(guī)定導(dǎo)體和電器應(yīng)按正常運行情況選擇，按短路條件驗算其動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，并按環(huán)境條件校核電器的基本使用條件：（1） 在正常運行條件

33、下，各回路的持續(xù)工作電流，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進行計算。（2） 驗算導(dǎo)體和電器用的短路電流，按下列情況進行計算：除計算短路電流的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外，元件的電阻都略去不計。在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。在變電所中，應(yīng)考慮如果安有同步調(diào)相機時，應(yīng)將其視作附加電源，短路電流的計算方法與發(fā)電機相同。對不帶電抗器回路的計算短路點，應(yīng)選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點，對帶電抗器的610kv出線的計算點，除其母線隔離開關(guān)前的引線和套管應(yīng)選擇在電抗器前外，其余導(dǎo)線和電器宜選擇在電抗器之后（3） 驗算導(dǎo)體和110kv以下電纜短路熱穩(wěn)定時，所

34、用的計算時間，一般用主保護的動作時間加相應(yīng)在的斷路器全分閘時間，如主保護有死區(qū)時，則采用能對該處死區(qū)起作用的后備保護動作時間，并采用相應(yīng)處的短路電流值。電器和110kv及以上充油電纜和短路電流計算時是，一般須用后備保護動作時間加相應(yīng)的短路器全分閘時間。（4） 導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定以及電器開斷電流，可按三相短路驗算，若發(fā)電機出口兩相短路或中性點直接接地系統(tǒng)，自耦變壓器等回路中的單相，兩相接地短路較三相短路嚴(yán)重時，則應(yīng)按嚴(yán)重情況驗算。（5） 環(huán)境條件：選擇導(dǎo)體和電路時，應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核，當(dāng)氣溫、風(fēng)速、濕度、污穢、海拔、覆冰等環(huán)境條件超出一般電器的基本使用條件時，應(yīng)通過經(jīng)濟技術(shù)比較分別采取

35、下列措施：向制造部門提出補充要求，訂制符合該環(huán)境條件的產(chǎn)品。在設(shè)計或運行中采取相應(yīng)的防護措施，如采用屋內(nèi)配電裝置、水沖洗、減震器等。4.1.3 按額定電壓選擇的要求要求設(shè)備的額定電壓不低于設(shè)備安裝地點的電網(wǎng)的額定電壓，由于線路供電端額定電壓比受電端額定電壓高10-5%,因此設(shè)備必須能夠長期承受這個電壓值，電器能夠長期承受的最高電壓稱為最高工作電壓，對220kv及以下設(shè)備其最高工作電壓額定電壓高15%，330及500kv設(shè)備的最高工作電壓比額定工作電壓高10%，由此可知，只要設(shè)備的額定電壓不小于該處電網(wǎng)的額定電壓，其最高工作電壓不小于該處電網(wǎng)的額定電壓，其最高工作電壓一定能滿足電網(wǎng)首端電壓要求。

36、4.1.4 按額定電流選擇的要求設(shè)備的額定電流不小于流過設(shè)備的最大長期負荷電流，當(dāng)周圍介質(zhì)的溫度不等于規(guī)定值時，設(shè)備的容許電流應(yīng)進行修正。4.1.5 短路熱穩(wěn)定校驗的要求導(dǎo)體的最高短時溫度不大于短時允許最高溫度，對于電器來說，是短路電流熱脈沖不大于電器允許的熱脈沖t,是t秒鐘的熱穩(wěn)定電流。和t值可由電器的銘牌或手冊中查出。4.1.6 校驗動穩(wěn)定校驗的要求對導(dǎo)體(母線)來說，其中通過三相短路沖擊電流時產(chǎn)生的應(yīng)力不小大于材料的允許應(yīng)力，對于電器來說，是通過它的三相短路沖擊電流不大于它的最大允許動穩(wěn)定電流。4.2 母線的選擇設(shè)計4.2.1 母線材料的選擇配電裝置中所用母線材料有銅、鋁、鋼三種，銅的電

37、阻率低，機械強度大，抗腐蝕性強，但銅的貯量少，價格貴，一般不建議采用，只在空氣中有腐蝕性氣體的戶外配電裝置中才用，鋁的電阻率較高，較易腐蝕，但貯量多，價格便宜，廣泛用作配電裝置中的母線，鋼的電阻率更大，還有很大的磁滯損耗和渦流損耗，但它的優(yōu)點是機械強度高和價格便宜，通常用于高壓小容量電路，工作電流不大300400a的低壓電路以及直流電路中，本設(shè)計中的母線均選鋁質(zhì)材料。4.2.2 母線截面形狀選擇要求母線的截面形狀應(yīng)使集膚效應(yīng)小，散熱良好，機械強度高，安裝簡單和連接方便，實際上常采用的母線截面形狀有圓形、矩形(單條、雙條、三條的)、管形、雙槽形等。圓形母線只適用于小功率的電氣裝置中，矩形母線常用

38、于35kv及以下的戶內(nèi)配電裝置中，為了增大散熱面面積，減小集膚效應(yīng)，應(yīng)兼顧機械強度。矩形母線的邊比通常是1/121/15,為避免集膚效應(yīng)過大，單條母線的截面積不應(yīng)大于100012002。當(dāng)單條矩形的最大容許電流不滿足要求時可采用兩條矩形母線，條間的距離一般取為一條母線的厚度，以保證散熱良好，當(dāng)工作電流更大時，可采用三條矩形母線，當(dāng)每相有三條矩形母線時，中間一條中的電流占總電流的20%，兩邊的每條占總電流的40%,可見母線材料的利用率低，通常不宜采用每相有四條以上的矩形母線。在工作電流很大的裝置中，可采用雙槽形母線和管形母線，雙槽形母線集膚效應(yīng)較小，散熱面大，機械強度高，適用于工作電流很大(40

39、008000a)。短路電流也較(150ka及以上)大的場合，管形母線的機械強度大，但內(nèi)表面的散熱條件差，如果管內(nèi)采用通風(fēng)冷卻或通水冷卻，其載流能力可較普通母線提高幾倍或幾十倍，管形母線多用作絕緣封閉水內(nèi)冷母線作為巨大容量發(fā)電機的連接線，硬管及軟管母線也可用于戶外高壓配電裝置中，本設(shè)計中220kv、110kv母線形狀選管型，10kv母線選矩形母線。4.2.3 220kv母線選擇根據(jù)本變電站的設(shè)計資料知道220kv母線上所有負荷出線容量為790mva，每臺主變壓器容量比為100/100/50，所以母線所通過的功率為7901002990mva。由此推出最大工作持續(xù)電流為（1） 按經(jīng)濟電流密度選擇母線

40、截面積：最大負荷利用小時數(shù)tmax5000 h。查手冊可得導(dǎo)體的電流密度j取0.775。所以導(dǎo)體截面積固母線型號選擇130/116的鋁錳合金管形導(dǎo)體。（2） 校驗：熱穩(wěn)定校驗：sismin導(dǎo)體最小允許截面: 式中:i -穩(wěn)態(tài)短路電流.(a) c -熱穩(wěn)定系數(shù). (取:87)tdz -短路電流等值時間. (s)tdz=tz+0.05由 計算時間t可查表查出短路電流周期分量等值時間tz，取=1根據(jù)短路電流計算時間t4s，查出tz=3.5s,所以tz=3.5+0.051=3.55s , =172mm2,sismin，滿足要求.4.3 斷路器選擇設(shè)計4.3.1 斷路器的選擇要求（1） 斷路器的額定電壓

41、應(yīng)等于或大于電氣裝置的額定電壓（2） 斷路器的額定電流應(yīng)等于或大于通過斷路器的長期最大負荷電流（3） 選擇斷路器的類型：戶內(nèi)型、戶外型、多油式、少油式、壓縮空氣斷路器、六氟化硫斷路器等（4） 校驗斷路器的開斷能力：斷路器允許開斷電流應(yīng)等于或大于斷路器實際開斷時間的三相短路電流周期分量有效值。當(dāng)短路電流非周期分量的初時不時大于周期分量的幅值的20%時，應(yīng)向斷路器制造廠家咨詢斷路器的開斷性能或要求做補充實驗。（5） 校驗斷路器的動穩(wěn)定：要求斷路器允許的動穩(wěn)定電流峰值應(yīng)大于或等于流過斷路器的三相短路沖擊電流。（6） 校驗斷路器熱穩(wěn)定：要求斷路器t秒鐘穩(wěn)定電流it算出的允許熱效應(yīng)i2大于或等于通過斷路

42、器的短路電流熱脈沖.4.3.2 220kv側(cè)斷路器的選擇（1） 220kv母線上的出線回路、回總和最大輸送容量為250mva，所以每回出線容量均不會超過250mva，按250mva考慮每回出線最大負荷電流為627a，選擇戶外sf6斷路器型號為lw1220。額定電壓：220kv,額定電流2ka,額定開斷電流31.5ka,動穩(wěn)定電流80ka,熱穩(wěn)定電流34.5ka。（2） 校驗：電壓: ue=ug=220kv 合格電流: ig.max=627a ied=2ka ig.maxied 合格 開斷電流: idt=4.215ka iedt=31.5ka idtiedt 合格動穩(wěn)定校驗: 合格4.4 隔離開

43、關(guān)選擇設(shè)計4.4.1 隔離開關(guān)選擇要求（1） 隔離開關(guān)的額定電壓應(yīng)等于或大于電氣裝置額定電壓。（2） 隔離開關(guān)的額定電流應(yīng)等于或大于通過隔離開關(guān)的長期最大荷電流。（3） 隔離開關(guān)的動穩(wěn)定電流峰值應(yīng)等于或大于通過隔離開關(guān)的三相短路沖擊電流，當(dāng)安裝的6kv及以下隔離開關(guān)的相間距離小于產(chǎn)品規(guī)定的最小相間距離時，應(yīng)向制造部門咨詢該情況下允許的動穩(wěn)定電流。（4） 根據(jù)隔離開關(guān)容許的t秒鐘熱穩(wěn)定電流it所算得的容許熱效應(yīng)it2，大于或等于通過隔離開關(guān)的短路電流熱脈沖。4.4.2 220kv側(cè)隔離開關(guān)選擇（1） 由選擇斷路器時分析可知每回出線最大負荷電流i=627a，初步選擇戶外隔離開關(guān)型號為gw1-220

44、，額定電壓為220kv，額定電流1000a，動穩(wěn)定電流83ka，熱穩(wěn)定電流33ka。（2） 檢驗 電壓: ue=ug=220kv 合格 電流: ig.max=627a ied=2ka ig.maxied 合格 開斷電流: idt=4.215ka iedt=31.5ka idtiedt 合格 動穩(wěn)定校驗: 合格5 防雷部分設(shè)計5.1 概述5.1.1 雷害來源雷擊是一種自然現(xiàn)象，它能釋放出巨大的能量、具有極強大的破壞能力。幾個世紀(jì)來，人類通過對雷擊破壞性的研究、探索，對雷電的危害采取了一定的預(yù)防措施，有效地降低了雷害。雷害主要來源有直擊雷、感應(yīng)雷和雷電浪涌。5.1.2 避雷針作用防止雷電對設(shè)備的造

45、成過電壓，從被保護物體上方引導(dǎo)雷電通過，并安全埋入大地，防止雷電直擊，減小在其保護范圍內(nèi)的電器設(shè)備（架空輸電線路及通電設(shè)備）和建筑物遭受直擊雷的概率。5.2 雷電過電壓的防護5.2.1 概述變電站的雷電過電壓，主要是侵入雷電波過電壓，也就是線路上的直擊雷或感應(yīng)雷過電壓行波沿導(dǎo)線傳導(dǎo)至變電所，由于變配電所有大量的配電設(shè)備，侵入雷電波過電壓對這些設(shè)備的絕緣構(gòu)成了威脅，由雷電過電壓行波行至變電所后，傳輸通道的特性發(fā)生變化，最明顯的變化就是電氣設(shè)備的波阻抗與傳輸線路的波阻抗不一致，使波的行為復(fù)雜化，再由于避雷針動作前后對過電壓行波產(chǎn)生的不同作用，更使問題變得復(fù)雜化，因此對變配電所過電壓及其防護的精確計

46、算工是一個極為復(fù)雜的問題，因此這里化作定性的討論。5.2.2 避雷器的要求及選擇避雷器的作用是限制過電壓以保護電器設(shè)備，它實質(zhì)上是一個放電器，當(dāng)雷侵入波或操過過電壓超過某一電壓值時，避雷器將先于與其并聯(lián)的被保護設(shè)備放電，使過電壓值被限制，從而使電氣設(shè)備得到有效保護。（1） 對避雷器的基本要求：對于大接地電流系統(tǒng)，只要有一相存在工頻續(xù)流，就相當(dāng)于單相短路對于小接地系統(tǒng)，若兩相或三相同時存在工頻續(xù)流，則相當(dāng)于相間短路，因此避雷器必須切斷工頻續(xù)流以消防工頻短路，才能保證系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常運行，因此，對避雷器有以下基本要求：在過電壓作用下，避雷器應(yīng)該先于被保護設(shè)備放電，這主要靠兩者之間的伏秒特性配合來實

47、現(xiàn)。避雷器應(yīng)具有一定的熄弧能力，以使在工頻續(xù)流第一次過零點時就能夠迅速地切斷工頻續(xù)流。（2） 各種避雷器的主要應(yīng)用場合保護間隙和管式避雷器的作用是限制線路上的雷電過電壓，主要用于線路的過電壓保護，保護間隙主要用10kv以下低壓配電網(wǎng)線路的保護，管式避雷器主要用于發(fā)電廠、變電站進線段保護。閥式避雷器和金屬氧化物避雷器主要用于發(fā)電廠和變電站中的過電壓保護。為了使避雷器可靠地保護設(shè)備，首先必須滿足以下條件：避雷器的伏秒特性應(yīng)能與被保護設(shè)備配合，在任何過電壓波形下，避雷器伏秒特性都應(yīng)在被保護物絕緣伏秒特性之下。避雷器的殘壓要低于被保護設(shè)備的沖擊擊穿電壓。 （3） 根據(jù)上面的討論可知，一般采用閥式或金屬氧化物避雷器對變電站設(shè)備進行保護，避雷器一般安裝在母線上，應(yīng)