中型火電廠電氣設(shè)計(jì)(1)

1、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(jí)、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?chē)h(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(duì)幾種主接

2、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(guò)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。2.1 明確任務(wù)和設(shè)計(jì)原理2.1.1原始資料 裝機(jī)4臺(tái)，分別為供熱式機(jī)組2*50MW(kV)、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(mén)提供的電力符合及與電力系統(tǒng)連接情況資料：10KV電壓級(jí)最大負(fù)荷20MW,最小負(fù)荷15MW,電纜饋線10回。220KV電壓級(jí)最大負(fù)荷250MW，最小負(fù)荷200MW, , ，架空線路4回。500KV電壓級(jí)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

3、的標(biāo)幺電抗，基準(zhǔn)容量為100MVA,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。2.1.2原始資料的分析設(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%=16.7%,超過(guò)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(shuō)明該廠在未來(lái)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(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

4、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(jí)可知，10KV電壓等級(jí)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(wú)直配負(fù)荷，又無(wú)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(jí)出現(xiàn)回路數(shù)為4回，為了保證檢修出線斷路器不致對(duì)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700-15-200-700*6%=443（MV）?？梢?jiàn)，該廠500KV級(jí)的接線對(duì)可靠性要求應(yīng)當(dāng)很高7。2.2方案的

5、設(shè)計(jì)、論證和選擇2.2.1 方案設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)原始資料的分析,現(xiàn)將各電壓級(jí)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(jí)。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(duì)選用單母線分段接線不得超過(guò)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(guò)主變壓器送往高一級(jí)電壓220KV?？紤]到50MW機(jī)組為供熱式機(jī)組，通?！耙詿岫姟?，機(jī)組的年負(fù)荷最大小時(shí)數(shù)較低，即10KV電壓級(jí)與220KV電壓級(jí)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

6、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(jí)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(jí)。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(lái)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)

7、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(jí)。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(guò)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(guò)聯(lián)絡(luò)變壓器與220KV連接，并通過(guò)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：方案如圖2.1所示:圖2.1 電氣主接線圖方案為500KV側(cè)采用雙母線帶旁路母線接線，220KV側(cè)采

8、用單母線分段帶旁路母線接線，示意圖略。2.2.2 方案的經(jīng)濟(jì)比較采用最小費(fèi)用法，對(duì)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(duì)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。若圖2.1所示方案參與比較部分的設(shè)備折算到施工年限的總投資為6954.7萬(wàn)元，折算年的運(yùn)行費(fèi)用為1016.29萬(wàn)元，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=0.1,則方案的費(fèi)用為： 同理，在計(jì)算出方案的折算年總投資和年運(yùn)行費(fèi)用之后，可得到方案的年費(fèi)用低于方案92.3 本章小結(jié)通常，經(jīng)過(guò)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

9、還必須從可靠性、靈活性等多方面綜合評(píng)估，包括大型電廠、變電站對(duì)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(guò)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）方案明顯占優(yōu)勢(shì)，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。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(guò)綜合的分析，決定選用圖2.1所示的方案作為設(shè)計(jì)的最佳方案。3短路電流的計(jì)算3.1 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

10、化、過(guò)電壓、機(jī)械性損傷等引起。人為誤操作及鳥(niǎo)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(wàn)安至十幾萬(wàn)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(lèi)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(duì)稱短路，其余三種為不對(duì)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

11、，用三相短路作為最嚴(yán)重的故障方式，來(lái)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。3.2短路的物理過(guò)程及計(jì)算方法當(dāng)突然發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)總是由工作狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)暫態(tài)過(guò)程進(jìn)入短路穩(wěn)定狀態(tài)。暫態(tài)過(guò)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(duì)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(guò)程要比無(wú)限大電源容量系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)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(wú)限大電源容量系統(tǒng)來(lái)考慮。短路全電流ik由兩部分組成(ik=izif)：一

12、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if11。短路電流的實(shí)用計(jì)算法：）三相短路電流周期分量的起始值 (3-1) （3.2） （3.3） （3.4）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=6.3KV時(shí), =9.16KA; 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

13、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5，125MW及以上機(jī)組取5.56.0；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： （3.5）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)，100MW及以上機(jī)組為1.41.6，125MW及以上機(jī)組取1.712。3)t瞬間三相短路電流： （3.6） （3.7）式中 ： t瞬間短路電流的周期分量有效值（KA） t

14、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），125MW及以上機(jī)組為0.062主保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間(S)斷路器固有跳閘時(shí)間 3.3短路電流的計(jì)算數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果3.3.1 500KV三相短路電流電流計(jì)算及其正序阻抗圖如圖3.1：圖3.1 500KV三相短路電流電流計(jì)算及其正序阻抗圖3.3.2 500KV電氣主接線及其設(shè)備規(guī)范圖3.2 5

15、00KV電氣主接線及其設(shè)備規(guī)范3.3.3 短路電流的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(kāi)電路的開(kāi)關(guān)電器、限制故障電流和防御過(guò)電壓的保護(hù)電器、載流導(dǎo)體、接地裝置。（2）二次設(shè)備 對(duì)一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行

16、測(cè)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(cè)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。4.1 主變壓器和發(fā)電機(jī)的選擇4.1.1發(fā)電機(jī)的選擇該火力發(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(hào)為QFSN-300-2d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）0.85，額定電壓20KV,額定電流10189A,額定轉(zhuǎn)速3000rmin13。 4.1.2主變壓器的選擇（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：額定容量為360MV.A，額定電壓為2202*2.5%/20kv、5002*2.

17、5%/20kv，連接組別為YN,d11，。（3）繞組分析：擬采用雙繞組變壓器14。4.2高低壓電器設(shè)備的選擇4.2.1斷路器的選擇室內(nèi)高壓斷路器是開(kāi)關(guān)電器中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的一類(lèi)。在正常運(yùn)行時(shí)，可用它來(lái)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(guò)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(wú)故障部分仍正常運(yùn)行。由此可見(jiàn)，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(lèi)高壓斷路器，目前我國(guó)電力系統(tǒng)中應(yīng)用的斷

18、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(guó)生產(chǎn)的KW4、KW5系列高壓空氣斷路器的空氣壓力在2兆帕以上，多用于是10KV及以上的電力系統(tǒng)中。（2）六氟化硫（SF6）高壓斷路器則采用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)，與其它高壓元件組成全封閉式高壓斷路器，因此不受環(huán)境條件影響，運(yùn)行安全可靠，在電力系統(tǒng)中，尤其是在110KV及以上電力系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的采用。（3）真空高壓斷路器是利用真空作為絕緣介質(zhì)，其絕緣強(qiáng)度最高，而且絕緣強(qiáng)度恢復(fù)快。其真空滅弧室是高強(qiáng)度的真空玻璃泡構(gòu)成，真空度可達(dá)到汞柱，多用10KV及以上的電力系統(tǒng)

19、中。（4）油高壓斷路器是利用變壓器油作為滅弧和弧隙絕緣介質(zhì)。按其絕緣結(jié)構(gòu)及變壓器油所起的作用不同，分為多油式和少油式兩種高壓斷路器。多油高壓斷路器的變壓器油除了作為滅弧介質(zhì)外，還作為弧隙絕緣及帶電部分與接地外殼（油箱）之間的絕緣。少油高壓斷路器的變壓器油只作為滅弧介質(zhì)和弧隙絕緣介質(zhì)，其油箱帶電，油箱對(duì)地絕緣則通過(guò)瓷介質(zhì)（支持瓷套）來(lái)實(shí)現(xiàn)。少油高壓斷路器的滅弧能力較強(qiáng)，工作安全可靠，維護(hù)方便，而且體積小，用油量少、重量輕，價(jià)格便宜，所以在電力系統(tǒng)中獲得最為廣泛的采用。在20KV及以下電壓等級(jí)的供配電系統(tǒng)中廣泛采用SN10系列（戶內(nèi)式）斷路器，在 20KV以上則大量使用SW4和SW6（戶外式）斷路

20、器15。4.2.2隔離開(kāi)關(guān)的選擇隔離開(kāi)關(guān)是一種沒(méi)有專門(mén)滅弧裝置的開(kāi)關(guān)設(shè)備，主要用來(lái)斷開(kāi)無(wú)負(fù)荷電流的電路，隔離高壓電流，在分閘狀態(tài)時(shí)有明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，以保證其他電氣設(shè)備的安全檢修。在合閘狀態(tài)時(shí)能可靠地通過(guò)正常負(fù)荷電流及短路故障電流。因它未有專門(mén)的滅弧裝置，不能切斷負(fù)荷電流及短路電流。因此，隔離開(kāi)關(guān)只能在電路已被斷路器斷開(kāi)的情況下才能進(jìn)行操作，嚴(yán)禁帶負(fù)荷操作，以免造成嚴(yán)重的設(shè)備和人身事故。只有電壓互感器、避雷器、勵(lì)磁電流不超過(guò)2A的空載變壓器及電流不超過(guò)5A的空載線路，才能用隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行直接操作。高壓隔離開(kāi)關(guān)一般可分為戶內(nèi)式和戶外式兩種。（1）戶外式高壓隔離開(kāi)關(guān)GW435G型高壓隔離開(kāi)關(guān)也是目前應(yīng)用

21、較廣泛的設(shè)備。它為雙柱式結(jié)構(gòu)，制成單極型式，借助于交叉連桿組成三極聯(lián)動(dòng)的隔離開(kāi)關(guān)，也可作單極使用。主要用于220KV及以下各型配電裝置，系列全，可以高型布置，重量較輕，可以手動(dòng)，電動(dòng)操作。GW6型高壓隔離開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)為220500KV，單柱、鉗夾、可以分相布置，220KV為偏折，330KV為對(duì)稱折，多用于硬母線布置或做為母線隔離開(kāi)關(guān) 。GW7型高壓隔離開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)為220500KV，三柱式、中間水平轉(zhuǎn)動(dòng)，單相或三相操作，可以分相布置，多用于330KV及以上的屋外中型配電裝置。（2）戶內(nèi)式高壓隔離開(kāi)關(guān)GN6、GN10的特點(diǎn)為三級(jí)，可以前后連接，可以立裝、平裝和斜裝，價(jià)格比較便宜，主要用于屋外配電裝置

22、，成套的高壓開(kāi)關(guān)柜；GN10的特點(diǎn)為單極，大電流300013000A，可以手動(dòng)、電動(dòng)操作，用于大電流和發(fā)電機(jī)回路；GN18和GN22的特點(diǎn)為三級(jí)，10KV，大電流20003000A,機(jī)械鎖緊，用于大電流回路和發(fā)電機(jī)回路15 4.2.3 互感器的選擇互感器的作用主要是與測(cè)量?jī)x表配合，對(duì)線路的電壓、電流、電能進(jìn)行測(cè)量；與繼電保護(hù)裝置配合，對(duì)電力系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行保護(hù)；使測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)裝置與線路高電壓隔離，以保證運(yùn)行人員和二次裝置的安全；將線路電壓與電流變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)值，以利儀表和繼電保護(hù)裝置的標(biāo)準(zhǔn)化。 1.電壓互感器電壓互感器是一種電壓的變換裝置，可將高電壓變換為低電壓，以便用低壓量值反映高壓量

23、值的變化可以直接用普通電氣儀表進(jìn)行測(cè)量。由于電壓互感器二次側(cè)均為100V，使測(cè)量?jī)x表和繼電器電壓線圈標(biāo)準(zhǔn)化，因此電壓互感器在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。電壓互感器的形式選擇如下:（1）10KV的配電裝置一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu);在高壓開(kāi)關(guān)柜中或在布置地方比較狹窄的地方,可采用樹(shù)脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要零序電壓時(shí)，一般采用三相五株式電壓互感器。（2）220KV及其以上的配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確度等級(jí)滿足要求時(shí)，一般采用電容式電壓互感器。（3）接在110KV及其以上線路側(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。（4）兼作為泄能用的電壓互感器，應(yīng)選用電磁式電壓互

24、感器。2.電流互感器電流互感器是一種電流變換裝置，可將高壓電流和低壓大電流變換成電壓較低的小電流，供給儀表和繼電器保護(hù)裝置，并將儀表和保護(hù)裝置與高壓隔離電路隔開(kāi)。電流互感器的二次電流均為5A，使測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置使用安全、方便。因此，電流互感器在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。（1）選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：電流互感器的額定電壓與電網(wǎng)的額定電壓應(yīng)相符。電流互感器一次額定電流的選擇，應(yīng)使運(yùn)行電流為其20%100% ;10KV繼電保護(hù)用的電流互感器一次側(cè)電流一般應(yīng)不大于設(shè)備額定電流的1.5倍。所選用電流互感器應(yīng)符合規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)。根據(jù)被測(cè)電流的大小選擇電流互感器的變比，要使一次線圈額定電流大于被測(cè)電流。電流互

25、感器二次負(fù)載所消耗的功率或阻抗應(yīng)不超過(guò)所選用的準(zhǔn)確度等級(jí)相應(yīng)的額定容量，以免影響準(zhǔn)確度。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式和電流互感器的接線方式來(lái)選擇電流互感器的臺(tái)數(shù)。電流互感器選擇之后，應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)的系統(tǒng)短路電流校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。（2）形式選擇如下：35KV以下屋內(nèi)配電裝置的電流互感器，根據(jù)安裝使用條件和產(chǎn)品的情況，采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)或樹(shù)脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)。一般常用的形式為：低壓配電屏和配電設(shè)備中LQ線圈式，LM母線式；620KV屋內(nèi)配電裝置和高壓開(kāi)關(guān)柜中LD單匝貫穿式，LF復(fù)匝貫穿式；發(fā)電機(jī)回路和2000A以上的回路，LMC、LMZ型，LAJ、LBJ型，LRD、LRZD型。35KV及其以上的配電裝置一般采用油

26、浸瓷箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式電流互感器，常常采用LC系列16。4.2.4熔斷器的選擇高壓熔斷器是一種保護(hù)電器，當(dāng)其所在電路的電流超過(guò)規(guī)定值并經(jīng)一定時(shí)間后，它的熔體熔化而分?jǐn)嚯娏?、斷開(kāi)電路。熔斷器主要用來(lái)進(jìn)行短路保護(hù)，但有的也具有過(guò)負(fù)荷保護(hù)功能。按安裝環(huán)境，高壓熔斷器也有戶內(nèi)式和戶外式兩大類(lèi)。我國(guó)生產(chǎn)的戶內(nèi)式熔斷器有RN1、RN2、RN3、RN5和RN6等;戶外式有RW310（G）、RW410（G）、RW535、RW710、RW1035等。（1）戶內(nèi)管式熔斷器：RN1、RN2 兩者結(jié)構(gòu)基本相同，都是充有石英砂填料的密閉管式熔斷器。RN2的尺寸較小。RN1主要用作335KV電力線路和電氣設(shè)備的短路保護(hù)

27、；RN2用作335KV電壓互感器的短路保護(hù)。（2）戶外跌落式熔斷器：RW310（G）型額定電壓為10KV，額定電流50200A，斷流容量50200MVA；RW41（G）型，除外形尺寸稍小于RW310（G）外，其它性能與RW310（G）相同。它們滅弧速度不高，因而沒(méi)有限流作用；RW535型，額定電壓為35KV，額定電流為50200A，斷流容量為200800MVA，熔管采用鋼紙管 環(huán)氧玻璃布復(fù)合管制成，有較高機(jī)械強(qiáng)度并能保證連續(xù)三次順利開(kāi)斷額定斷流容量；RW710型是有統(tǒng)一支架的跌落式熔斷器，在條件變更時(shí)，只需用鉤棒更換不同的熔管即可。熔管有較高機(jī)械強(qiáng)度，具有多次開(kāi)斷能力，可免除熔斷一次即更換熔管

28、的麻煩；RW1035型，額定電壓35KV ，額定電流為0.5A 者是專用于保護(hù)電壓互感器的，額定電流為210A 者用于保護(hù)線路或設(shè)備過(guò)載與短路，它具有限流作用，可代替RW235及其附加電阻，但安裝時(shí)要注意熔體電流與被保護(hù)對(duì)象的電流一致方可投入運(yùn)行；RW1110型是10KV防污型跌落式熔斷器，適用于工業(yè)污穢和沿海地區(qū)的輸電線路及變壓器的保護(hù)。除RW110型外其它型式只適用于周?chē)諝鉀](méi)有導(dǎo)電塵埃和腐蝕性氣體、沒(méi)有易燃易爆及劇烈震動(dòng)的戶外場(chǎng)所16。4.2.5限流電抗器的選擇（1）電抗器幾乎沒(méi)有過(guò)負(fù)荷的能力，所以主變壓器或出線回路的電抗器，應(yīng)按照回路最大工作電流選擇，而不能用正常持續(xù)工作電流選擇。（2

29、）對(duì)于發(fā)電廠母線分段回路的電抗器，應(yīng)根據(jù)母線上事故切斷最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)時(shí)，可能通過(guò)電抗器的電流選擇。一般取該臺(tái)發(fā)電機(jī)額定電流的50%80%。（3）變電所母線分段回路的電抗器應(yīng)滿足用戶的一級(jí)負(fù)荷和大部分二級(jí)負(fù)荷的要求。4.2.6避雷器的選擇選擇原則：（1）避雷器滅弧電壓不得低于安裝地點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大對(duì)地工頻電壓。（2）僅用于保護(hù)大氣過(guò)電壓的普通閥型避雷器的工頻放電電壓下限，應(yīng)高于安裝地點(diǎn)預(yù)期操作過(guò)電壓；既保護(hù)大氣過(guò)電壓，又保護(hù)操作過(guò)電壓的磁吹避雷器的工頻放電電壓上限，在適當(dāng)增加裕度后，不得大于電網(wǎng)內(nèi)過(guò)電壓水平。（3）避雷器沖擊過(guò)電壓和殘壓在增加適當(dāng)裕度后，應(yīng)低于電網(wǎng)沖擊電壓水平。（4）保護(hù)操作過(guò)電

30、壓的避雷器的額定通斷容量，不得小于系統(tǒng)操作時(shí)通過(guò)的沖擊電流。（5）中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣的閥型避雷器，如表4.1選擇。4.3導(dǎo)體的設(shè)計(jì)和選擇4.3.1分相封閉母線表4.1 保護(hù)變壓器中性點(diǎn)的閥型避雷器變壓器額定電壓/KV110220330中性點(diǎn)絕緣110KV級(jí)35KV級(jí)110KV級(jí)154 KV級(jí)避雷器型式FZ110JFZ60暫用FZ40或特殊要求的避雷器FCZ110FZ110JFCZ154JFZ154J分相封閉母線在大型發(fā)電廠中的使用范圍是：從發(fā)電機(jī)出線端子開(kāi)始，到主變壓器低壓側(cè)引出端子的主回路母線，自主回路母線引出至廠用高壓變壓器和電壓互感器、避雷器等設(shè)備的各個(gè)分支線。

31、采用全連分相封閉母線，與敞露母線相比，有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）供電可靠。封閉母線有效地防止了絕緣遭受灰塵、潮氣等污穢和外物造成的短路。（2）運(yùn)行安全。由于母線封閉在外殼內(nèi)，且外殼接地，使工作人員不會(huì)觸及帶電導(dǎo)體。（3）由于外殼的屏蔽作用，母線的電動(dòng)力大大減少，而且基本消除了母線周?chē)摌?gòu)體的發(fā)熱。（4）運(yùn)行維護(hù)工作量小。圖4.1 200MW機(jī)組電氣主接線圖如圖4.1所示，發(fā)電廠和主變壓器之間的連接母線及廠用分支母線均采用全連分相封閉母線。主回路封閉母線為500mm12mm(外徑壁厚)圓管形鋁母線，屏蔽外殼為1050mm8mm鋁管，相間距離為1400mm。高壓廠用分支封閉母線為150mm10mm的圓管

32、形鋁線，屏蔽外殼為700mm5mm的鋁管，相間距離為1000mm。電壓互感器和避雷器分支封閉母線的為150mm10mm的圓管形鋁母線，屏蔽外殼為700mm5mm的鋁管，相間距離為1200mm。發(fā)電機(jī)回路電流互感器均套在發(fā)電機(jī)出線的套管上，并吊裝在發(fā)電機(jī)的出線罩上。發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)選用干式接地變壓器。為了提高封閉母線的安全可靠性，應(yīng)裝設(shè)微正壓充氣裝置。備注：1發(fā)電機(jī)；2主變壓器；3高壓廠用變壓器（為分裂繞組變壓器）；4電壓互感器；5高壓熔斷器；6避雷器；7電流互感器；8中性點(diǎn)接地變壓器電壓互感器：JDZJ-20型，變比/KV和JDZ-20型，變比/KV。高壓熔斷器：RN4-20型，額定電流20KA

33、,額定容量4500MV.A。電流互感器：LRD-20型，變比12000/5A.中性點(diǎn)接地變壓器：型式為干式、單相、額定電壓為20/0.23KV,額定容量25二次側(cè)負(fù)載電阻為0.50.6歐姆，換算到變壓器的一次側(cè)電阻為37814537歐姆?？梢?jiàn)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)實(shí)際為高電阻接地方式，用來(lái)限制電容電流17。7總結(jié)與展望在本設(shè)計(jì)中，結(jié)合三河火力發(fā)電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，主要從電氣主接線、短路電流計(jì)算、電氣設(shè)備的選擇、屋內(nèi)屋外配電裝置的布局、發(fā)電機(jī)、主變壓器和母線的主保護(hù)幾個(gè)方面作了較為詳盡的論述。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、靈活性和靈敏性，從而主接線中發(fā)電機(jī)出口220KV母線采用雙母線帶

34、旁路母線接線，500KV高壓母線采用一臺(tái)半斷路器接線形式，10KV母線采用雙母線分段接線的形式。主要電氣設(shè)備和配電裝置根據(jù)三河火力發(fā)電廠實(shí)際選用情況進(jìn)行說(shuō)明性選擇；發(fā)電機(jī)采用帶斷線監(jiān)視的縱差動(dòng)保護(hù)，主變壓器采用縱差動(dòng)保護(hù)，母線采用完全電流差動(dòng)保護(hù)。其中，為了方便說(shuō)明和閱讀，在設(shè)計(jì)的各個(gè)部分中還附有大量的公式、參數(shù)的計(jì)算、電路圖和表格。當(dāng)然，由于在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中也遇到了很多困難，有部分必須的詳細(xì)數(shù)據(jù)無(wú)法搜集齊全，只能通過(guò)查閱書(shū)籍資料做出近似的計(jì)算，從而難免與實(shí)際情況有出入。附錄三相短路電流計(jì)算結(jié)果表短路點(diǎn)編號(hào)短路點(diǎn)位置短路點(diǎn)基準(zhǔn)電壓支路電源名稱支路計(jì)算電抗支路額定電流0s短路電流周期分量0.1

35、s短路電流周期分量XeIeI*”I”I0.1*I0.1U1PER UNITVALUEKAPER UNITVALUEKAPER UNITVALUEKAKVD1500KV母線525SX10.0060.110161.29017.737161.29017.737F10.0500.7343.2112.3552.7932.049F20.0500.7343.2112.3552.7932.049F30.0500.7343.2112.3552.7932.049F40.0500.7343.2112.3552.7932.049CGM*27.16*25.93D2 D3NO1,NO2發(fā)電機(jī)出口21SX10.0332.7

36、4930.44783.70730.44783.707F10.03118.3385.29897.1564.20977.185F20.26618.3380.57910.6100.55510.178F30.26618.3380.57910.6100.55510.178F40.26618.3380.57910.6100.55510.178CGM*212.69*191.43D4, D5NO1,NO2發(fā)電機(jī)6KV廠用母線6.3SX10.7299.1641.37212.5741.37212.574F10.68261.1260.20312.4280.20712.630F25.90061.1260.0251.5530.0251.533F35.90061.1260.0251.5530.0251.533F45.90061.1260.0251.5530.0251.533DDJ19.1253.812CGM*48.79*33.67（續(xù)）短路點(diǎn)短路點(diǎn)位置短路點(diǎn)基準(zhǔn)電壓支路電源名稱0s短路電流非周期分量0.1s短路電流非周期分量短路沖擊電流降值編號(hào)I*”I”I0.1*I0.1Ic