某火力發(fā)電廠電氣部分設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）某火力發(fā)電廠電氣部分設(shè)計(jì)摘要火力發(fā)電在我國(guó)的起步較早，經(jīng)過(guò)近幾十年的迅速發(fā)展，各項(xiàng)措施已得到了不斷的完善，但我們?nèi)匀贿€能夠發(fā)現(xiàn)一些不足，如有關(guān)發(fā)電廠電氣部分設(shè)計(jì)的一些不合理性、保護(hù)性措施的欠缺等。這些都需要我們通過(guò)設(shè)計(jì)出更加合理的方案來(lái)解決這些問(wèn)題。本文將針對(duì)某火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行探討，主要是對(duì)電氣方面進(jìn)行研究，期望提出更加合理的方案來(lái)完善現(xiàn)有設(shè)施。首先將會(huì)對(duì)火力發(fā)電的有關(guān)內(nèi)容做一闡述，并對(duì)火力發(fā)電的現(xiàn)狀做一描述；隨后對(duì)火力發(fā)電廠的電氣主接線設(shè)計(jì)和防雷保護(hù)的原理部分進(jìn)行介紹，最后將給出該火力發(fā)電廠的主接線的設(shè)計(jì)和防雷保護(hù)的具體實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：火力發(fā)電；電氣主接線；防雷保護(hù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）緒論1.2課題研究的目的和意義火力發(fā)電由于起步較早，到目前為止各項(xiàng)措施已取得了不斷的完善和發(fā)展，其電氣部分也得到很大的進(jìn)展，但仍然存在一些不足期待改進(jìn)。這就要求我們改善這些不良方面，最大限度的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，并減少事故的發(fā)生。火力發(fā)電廠簡(jiǎn)稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣等燃料的化學(xué)能產(chǎn)生出電能的工廠。按其功用可分為兩類，即凝汽式電廠和熱電廠。前者僅向用戶供應(yīng)電能，而熱電廠除供給用戶電能外，還向熱用戶供應(yīng)蒸汽和熱水，即所謂的“熱電聯(lián)合生產(chǎn)”。目前采用最廣泛的發(fā)電形式是利用煤的燃燒來(lái)獲得電能，而我國(guó)煤的儲(chǔ)量也是相當(dāng)豐富的，因此本課題的提出具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，如何設(shè)計(jì)好火電廠的電氣主接線及各項(xiàng)保護(hù)性措施，就顯得尤為重要。1.3課題研究的主要內(nèi)容1.火力發(fā)電廠的發(fā)電原理和電氣方面的研究通過(guò)對(duì)火力發(fā)電有關(guān)文獻(xiàn)的參考，明白我國(guó)火力發(fā)電的現(xiàn)狀及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。研究火力發(fā)電的工作過(guò)程，了解火力發(fā)電系統(tǒng)的組成、工作過(guò)程及工作原理。通過(guò)閱讀有關(guān)火力發(fā)電廠的主接線圖及相關(guān)介紹，明確主接線的設(shè)計(jì)規(guī)則和防雷保護(hù)的具體實(shí)現(xiàn)。2.某火力發(fā)電廠電氣主接線的設(shè)計(jì)通過(guò)分析某地區(qū)火力發(fā)電廠的相關(guān)資料，設(shè)計(jì)出一種實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性相結(jié)合的電氣主接線；在此基礎(chǔ)上，正確地選擇所用的電氣設(shè)備，并對(duì)主接線的基本構(gòu)造及特點(diǎn)做一介紹。3.某火力發(fā)電廠防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)按照已經(jīng)設(shè)計(jì)出的電氣主接線圖，研究該系統(tǒng)防雷保護(hù)的具體實(shí)現(xiàn)方法和工作原理?；鹆Πl(fā)電廠的電氣主接線及防雷保護(hù)3.1電氣主接線的概述電氣主接線主要是指在發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中，為滿足預(yù)定的功率傳送和運(yùn)行等要求而設(shè)計(jì)的、表明高壓電氣設(shè)備之間相互連接關(guān)系的傳送電能的電路。電路中的高壓電氣設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、線路等。它們的連接方式對(duì)供電可靠性、運(yùn)行靈活性及經(jīng)濟(jì)合理性等起著決定性作用。一般在研究主接線方案和運(yùn)行方式時(shí)，為了清晰和方便，通常將三相電路圖描繪成單線圖。在繪制主接線全圖時(shí)，將互感器、避雷器、電容器、中性點(diǎn)設(shè)備以及載波通信用的通道加工元件（也稱高頻阻波器）等也表示出來(lái)。對(duì)一個(gè)電廠而言，電氣主接線在電廠設(shè)計(jì)時(shí)就根據(jù)機(jī)組容量、電廠規(guī)模及電廠在電力系統(tǒng)中的地位等，從供電的可靠性、運(yùn)行的靈活性和方便性、經(jīng)濟(jì)性、發(fā)展和擴(kuò)建的可能性等方面，經(jīng)綜合比較后確定。它的接線方式能反映正常和事故情況下的供送電情況。電氣主接線又稱電氣一次接線圖。電氣主接線的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：1）運(yùn)行的可靠性：主接線系統(tǒng)應(yīng)保證對(duì)用戶供電的可靠性，特別是保證對(duì)重要負(fù)荷的供電。2）運(yùn)行的靈活性：主接線系統(tǒng)應(yīng)能靈活地適應(yīng)各種工作情況，特別是當(dāng)一部分設(shè)備檢修或工作情況發(fā)生變化時(shí)，能夠通過(guò)倒換開(kāi)關(guān)的運(yùn)行方式，做到調(diào)度靈活，不中斷向用戶的供電。在擴(kuò)建時(shí)應(yīng)能很方便的從初期建設(shè)到最終接線。3）主接線系統(tǒng)還應(yīng)保證運(yùn)行操作的方便以及在保證滿足技術(shù)條件的要求下，做到經(jīng)濟(jì)合理，盡量減少占地面積，節(jié)省投資。簡(jiǎn)要的描述電氣主接線的設(shè)計(jì)原則如下：電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠有大型主力電廠、中小型地區(qū)電廠及企業(yè)自備電廠三種類型。大型主力火電廠靠近煤礦或沿海、沿江，并接入330～500kV超高壓系統(tǒng)；地區(qū)電廠靠近城鎮(zhèn)，一般接入110～220kV系統(tǒng)，也有接入330kV系統(tǒng)的；企業(yè)自備電廠則以對(duì)本企業(yè)供電供熱為主，并與地區(qū)110～220kV系統(tǒng)相連。發(fā)電廠的機(jī)組容量應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃容量、負(fù)荷增長(zhǎng)速度和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行選擇，最大機(jī)組的容量以占系統(tǒng)總?cè)萘康?～10%為宜。一個(gè)廠房?jī)?nèi)的機(jī)組，其臺(tái)數(shù)以不超過(guò)6臺(tái)、容量等級(jí)以不超過(guò)兩種為宜。電氣主接線的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性問(wèn)題，應(yīng)該結(jié)合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠或變電所的具體情況，全面分析有關(guān)因素，正確處理它們之間的關(guān)系，經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，合理地選擇主接線方案，具體要求如下：1）以設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為依據(jù)；2）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；3）合理地確定發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式。3.2電氣主接線的基本形式電氣主接線的基本形式，就是主要電氣設(shè)備常用的幾種連接方式。概括的講可分為兩大類：有匯流母線的接線形式和無(wú)匯流母線的接線形式。變電所電氣主接線的基本環(huán)節(jié)是電源（變壓器）、母線和出線（饋線）。各個(gè)變電所的出線回路數(shù)和電源數(shù)不同，且每路饋線所傳輸?shù)墓β室膊灰粯?。在進(jìn)出線數(shù)較多時(shí)（一般超過(guò)4回），為便于電能的匯集和分配，采用母線作為中間環(huán)節(jié)，可使接線簡(jiǎn)單清晰，運(yùn)行方便，有利于安裝和擴(kuò)建。但有母線后，配電裝置占地面積較大，使用斷路器等設(shè)備增多。無(wú)匯流母線的接線使用開(kāi)關(guān)電器較少，占地面積小，但只適于進(jìn)出線回路少，不再擴(kuò)建和發(fā)展的變電所。有匯流母線的接線形式主要有：?jiǎn)文妇€接線和雙母線接線。3.2.1一、單母線接線（一）、不分段的單母線接線單母線接線的特點(diǎn)是整個(gè)配電裝置只有一組母線，每個(gè)電源線和引出線都經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電器接到同一組母線上。供電電源是變壓器或高壓進(jìn)線回路，母線即可以保證電源并列工作，又能使任一條出線路都可以從電源1或2獲得電能。每條回路中都裝有斷路器和隔離開(kāi)關(guān)，靠近母線側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)稱作母線隔離開(kāi)關(guān)，靠近線路側(cè)的稱為線路隔離開(kāi)關(guān)（在實(shí)際變電所中，通常把靠近電源側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)稱為甲刀閘，把靠近負(fù)荷側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)稱為乙刀閘。斷路器具有開(kāi)合電路的專用滅弧裝置，可以開(kāi)斷或閉合負(fù)荷電流和開(kāi)斷短路電流，用來(lái)作為接通或切斷電路的控制電器。隔離開(kāi)關(guān)沒(méi)有滅弧裝置，其開(kāi)合電流能力極低，只能用作設(shè)備停運(yùn)后退出工作時(shí)斷開(kāi)電路，保證與帶電部分隔離，起著隔離電壓的作用。同一回路中在斷路器可能出現(xiàn)電源的一側(cè)或兩側(cè)均應(yīng)配置隔離開(kāi)關(guān)，以便檢修斷路器時(shí)隔離電源。同一回路中串接的隔離開(kāi)關(guān)和斷路器，在運(yùn)行操作時(shí)，必須嚴(yán)格遵守下列操作順序：如對(duì)饋線WL2送電時(shí)，須先合上隔離開(kāi)關(guān)QS21和QS22，再投入斷路器QF2；如欲停止對(duì)其供電，須先斷開(kāi)QF2，然后再斷開(kāi)QS21和QS22。為了防止誤操作，除嚴(yán)格按照操作規(guī)程實(shí)行操作票制度外，還應(yīng)在隔離開(kāi)關(guān)和相應(yīng)的斷路器之間，加裝電磁閉鎖、機(jī)械閉鎖。接地開(kāi)關(guān)（又稱接地刀閘）QE是在檢修電路和設(shè)備時(shí)合上，取代安全接地線的作用。當(dāng)電壓在110kV及以上時(shí)，斷路器兩側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)和線路隔離開(kāi)關(guān)的線路側(cè)均應(yīng)配置接地開(kāi)關(guān)。對(duì)35kV及以上的母線，在每段母線上亦應(yīng)設(shè)置1~2組接地開(kāi)關(guān)或接地器，以保證電器和母線檢修時(shí)的安全。圖3—1不分段的單母線接線1．不分段的單母線接線的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單清晰、設(shè)備少、操作方便、便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置。缺點(diǎn)：靈活性和可靠性差，當(dāng)母線或母線隔離開(kāi)關(guān)故障或檢修時(shí)，必須斷開(kāi)它所連接的電源；與之相連的所有電力裝置在整個(gè)檢修期間均需停止工作。此外，在出線斷路器檢修期間，必須停止該回路的工作。2．不分段的單母線接線的適用范圍:一般適用于一臺(tái)主變壓器的以下三種情況：（1）6~10kV配電裝置，出線回路數(shù)不超過(guò)5回。（2）35~63kV配電裝置，出線回路數(shù)不超過(guò)3回。（3）110~220kV配電裝置，出線回路數(shù)不超過(guò)2回。（二）、分段的單母線接線為了克服一般單母線接線存在的缺點(diǎn)，提高它的供電可靠性和靈活性，把單母線分成幾段，在每段母線之間裝設(shè)一個(gè)分段斷路器和兩個(gè)隔離開(kāi)關(guān)。每段母線上均接有電源和出線回路，便成為單母線分段接線。圖3—2分段的單母線接線1.運(yùn)行方式：1）母線并聯(lián)運(yùn)行：QF閉合運(yùn)行正常運(yùn)行時(shí)：相當(dāng)于不分段的單母線接線。若電源1停止供電，則電源2通過(guò)QFd閉合向Ⅰ段母線供電，不影響對(duì)負(fù)荷的供電，可靠性高。若Ⅰ段母線故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置使QFd自動(dòng)跳開(kāi)，Ⅰ段母線被切除；Ⅱ段母線繼續(xù)供電。2）母線分裂運(yùn)行：QF斷開(kāi)運(yùn)行正常運(yùn)行時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)不分段的單母線接線。若電源1停止供電，Ⅰ段母線失壓時(shí)，可由自動(dòng)重合閘裝置自動(dòng)合上QFd，Ⅰ段母線恢復(fù)供電。若Ⅰ段母線故障時(shí)，不影響Ⅱ段，Ⅱ段母線繼續(xù)供電。2．分段的單母線接線的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）用斷路器把母線分段后，對(duì)重要用戶可以從不同段引出兩個(gè)回路，有兩個(gè)電源供電。2）當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動(dòng)將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。缺點(diǎn)：1）當(dāng)一段母線或母線隔離開(kāi)關(guān)故障或檢修時(shí)，該段母線的回路都要在檢修期間內(nèi)停電。2）分段的單母線接線增加了分段設(shè)備的投資和占地面積。3）擴(kuò)建時(shí)需向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。3．分段的單母線接線的適用范圍：1）6~10kV配電裝置，出線回路數(shù)為6回及以上時(shí)；發(fā)電機(jī)電壓配電裝置，每段母線上的發(fā)電機(jī)容量為12MW及以下時(shí)；2）35~63kV配電裝置，出線回路數(shù)為4~8回時(shí)；3）110~220kV配電裝置出線回路數(shù)為3~4回時(shí)。（三）、單母線帶旁路母線接線1、有專用旁路斷路器的單母線帶旁路母線接線接線形式如圖3-3，在這種接線形式下，旁路母線WBa是通過(guò)旁路斷路器QFa與主母線WB相連，通過(guò)旁路隔離開(kāi)關(guān)QSa與每一出線相連。圖3—3有專用旁路斷路器的單母線帶旁路母線接線正常運(yùn)行時(shí)：旁路斷路器QFa和旁路隔離開(kāi)關(guān)QSa均在斷開(kāi)位置，旁路母線WBa不帶電。但QFa兩側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)處于合閘位置。當(dāng)檢修出線斷路器1QF時(shí)：QSa按等電位原則→先并后切1）合旁路斷路器QFa向旁路母線WBa充電，檢查旁路母線WBa是否完好，使WBa帶電。2）再合該回路旁路隔離開(kāi)關(guān)1QSa，實(shí)現(xiàn)旁路與正常工作回路并聯(lián)運(yùn)行。3）再斷開(kāi)該回路出線斷路器1QF。4）最后分別斷開(kāi)1QF兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)1QSL和1QSB。使1QF退出運(yùn)行，即可對(duì)1QF進(jìn)行檢修。此時(shí)，線路1仍然保持供電。主母線WB→旁路斷路器QFa→旁路母線WBa→旁路隔離開(kāi)關(guān)1QSa→對(duì)線路1供電。特點(diǎn)：同一電壓等級(jí)，各回路經(jīng)過(guò)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)接至公共母線。把每一回線與旁路母線相連。優(yōu)點(diǎn)：每一進(jìn)出線回路的斷路器檢修，這一回路可不停電。缺點(diǎn)：設(shè)備多，操作復(fù)雜。適用范圍：35kV及以上有重要聯(lián)絡(luò)線路或較多重要用戶時(shí)采用，回路多采用專用旁母，否則采用簡(jiǎn)易接線。2、單母線分段帶旁路母線接線接線形式如下圖（圖3-4）圖3—4單母線分段帶旁路母線接線單母線分段的目的：減少母線故障的停電范圍。旁路母線的作用：使任意一臺(tái)出線QF故障或檢修時(shí)，該回路不停電。單母線接線的適用范圍：6～10kv出線較多而且對(duì)重要負(fù)荷供電的裝置；35kv及以上有重要聯(lián)絡(luò)線路或較多重要用戶。分段斷路器兼做旁路斷路器的接線有了旁路母線，檢修與它相連的任意回路的斷路器時(shí)，該回路便可以不停電，從而提高了供電的可靠性。它廣泛地用于出線數(shù)較多的110kV及以上的高壓配電裝置中。而35kV及以下的配電裝置一般不設(shè)旁路母線，因?yàn)樨?fù)荷小，供電距離短，容易取得備用電源，有可能停電檢修斷路器，并且斷路器的檢修、安裝或更換均較方便。一般35kV以下配電裝置多為屋內(nèi)型，為節(jié)省建筑面積，降低造價(jià)都不設(shè)旁路母線。只有在向特殊重要的Ⅰ、Ⅱ類用戶負(fù)荷供電，不允許停電檢修斷路器時(shí)，才設(shè)置旁路母線。帶有專用旁路斷路器的接線，加裝了價(jià)高的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)，增加了投資。供電可靠性有特殊需要或接入旁路母線的線路過(guò)多、難于操作時(shí)采用。為節(jié)約建設(shè)投資，可以不采用專用旁路斷路器。對(duì)于單母線分段接線，常采用以分段斷路器兼作旁路斷路器的接線。兩段母線均可帶旁路母線，正常時(shí)旁路母線不帶電。分段斷路器兼做旁路斷路器的接線如圖3-5所示。它是在分段單母線的基礎(chǔ)上，增設(shè)旁路母線、隔離開(kāi)關(guān)及各出線的旁路隔離開(kāi)關(guān)構(gòu)成。圖3—5單母線分段斷路器兼做旁路斷路器接線以此圖為例，說(shuō)明不停電檢修任一出線路斷路器的倒閘操作步驟。例如檢修QF1，第一步檢查旁母有無(wú)故障，此時(shí)分段斷路器QFf及隔離開(kāi)關(guān)QS2、QS3在閉合狀態(tài)，QS1、QS4、QS5均斷開(kāi)，以單母線分段方式運(yùn)行。當(dāng)QFf作為旁路斷路器運(yùn)行時(shí)，閉合隔離開(kāi)關(guān)QS1，后斷開(kāi)QFf和QS3，,再合上QS4，最后合QFf。如果旁母無(wú)故障，QFf不跳閘。第二步合上QSp，斷開(kāi)QF1及兩側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)。這時(shí)，該出線路L1經(jīng)QSp、旁母、QS4、QFf和QS2仍然聯(lián)在第一段母線上。該出線路這種接線方式，對(duì)于進(jìn)出線不多，電壓為35~110kV的變電所較為適用，具有足夠的可靠性和靈活性。二、雙母線接線1、一般的雙母線接線雙母線接線就是將工作線、電源線和出線通過(guò)一臺(tái)斷路器和兩組隔離開(kāi)關(guān)連接到兩組（一次/二次）母線上，且兩組母線都是工作線，而每一回路都可通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)斷路器并列運(yùn)行。與單母線相比，它的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性大，可以輪流檢修母線而不使供電中斷，當(dāng)一組母線故障時(shí)，只要將故障母線上的回路倒換到另一組母線，就可迅速恢復(fù)供電，另外還具有調(diào)度、擴(kuò)建、檢修方便的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是每一回路都增加了一組隔離開(kāi)關(guān)，使配電裝置的構(gòu)架及占地面積、投資費(fèi)用都相應(yīng)增加；同時(shí)由于配電裝置的復(fù)雜，在改變運(yùn)行方式倒閘操作時(shí)容易發(fā)生誤操作，且不宜實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；尤其當(dāng)母線故障時(shí)，須短時(shí)切除較多的電源和線路，這對(duì)特別重要的大型發(fā)電廠和變電站是不允許的。雙母線接線，它有兩組母線，一組為工作母線，一組為備用母線。兩組母線之間通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)斷路器（簡(jiǎn)稱母聯(lián)斷路器）連接。采用兩組母線后，使運(yùn)行的可靠性和靈活性大為提高，下圖為一般雙母線接線：圖3-6一般的雙母線接線示意圖該接線方式可以輪流地檢修母線而不影響正常供電，設(shè)Ⅰ段母線工作，Ⅱ段母線備用。檢修Ⅰ段母線的倒閘操作：1）、依次合上母聯(lián)隔離開(kāi)關(guān)QSjⅠ和QSjⅡ；2）、合上母聯(lián)斷路器QFj，向備用母線充電，檢查備用母線是否完好；3）、斷開(kāi)母聯(lián)斷路器QFj控制回路電源，以防止QFj在以下操作中誤跳開(kāi)；4）、依次合上所有Ⅱ段母線側(cè)隔離開(kāi)關(guān)；5）、再依次斷開(kāi)Ⅰ段母線側(cè)的母線隔離開(kāi)關(guān)；6）、再投入母聯(lián)斷路器QFj控制回路電源；7）、再斷開(kāi)母聯(lián)斷路器QFj；8）、再依次斷開(kāi)母聯(lián)隔離開(kāi)關(guān)QSjⅠ和QSjⅡ此時(shí)，Ⅱ段母線轉(zhuǎn)換為工作母線，Ⅰ段母線轉(zhuǎn)換為備用母線。該種接線方式的特點(diǎn)如下：1）運(yùn)行方式靈活。2）檢修母線時(shí)，電源和出線都可以繼續(xù)工作，不會(huì)中斷對(duì)用戶的供電。3）檢修任一回路母線隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，只需斷開(kāi)該回路。4）工作母線故障時(shí)，所有回路能迅速恢復(fù)工作。5）檢修任一線路斷路器時(shí)，可用母聯(lián)斷路器代替其工作。6）便于擴(kuò)建。雙母線接線可以任意向兩側(cè)延伸擴(kuò)建，不影響母線的電源和負(fù)荷分配，擴(kuò)建施工時(shí)不會(huì)引起原有回路停電。以上均為雙母線接線較單母線接線的優(yōu)點(diǎn)，但雙母線接線也由一些缺點(diǎn)，主要有：1）在倒母線的操作過(guò)程中，需使用隔離開(kāi)關(guān)切換所有負(fù)荷電流回路，操作過(guò)程比較復(fù)雜，容易造成誤操作。2）工作母線故障時(shí)，將造成短時(shí)（切換母線時(shí)間）全部進(jìn)出線停電。3）在任一線路斷路器檢修時(shí)，該回路仍需停電或短時(shí)停電（用母聯(lián)斷路器代替線路斷路器之前）。4）使用的母線隔離開(kāi)關(guān)數(shù)量較大，同時(shí)也增加了母線的長(zhǎng)度，使得配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資和占地面積增大。適用范圍：當(dāng)母線上的出線回路或電源數(shù)較多、輸送和穿越功率較大、母線或母線設(shè)備檢修是不允許對(duì)用戶停電、母線故障時(shí)要求迅速恢復(fù)供電、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度對(duì)接線的靈活性有一定要求時(shí)一般采用雙母線接線。1）6~10kV配電裝置，當(dāng)短路電流較大、出線需帶電抗器時(shí)。2）35~63kV配電裝置，當(dāng)出線回路數(shù)超過(guò)8回或連接的電源較多、負(fù)荷較大時(shí)。3）110~220kV配電裝置，當(dāng)出線回路數(shù)為5回及以上或該配電裝置在系統(tǒng)中居重要地位、出線回路數(shù)為4回及以上時(shí)。2、雙母線帶旁路接線：雙母線帶旁路接線就是在雙母線接線的基礎(chǔ)上，增設(shè)旁路母線。其特點(diǎn)是具有雙母線接線的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)線路（主變壓器）斷路器檢修時(shí)，仍有繼續(xù)供電，但旁路的倒換操作比較復(fù)雜，增加了誤操作的機(jī)會(huì)，也使保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)復(fù)雜化，投資費(fèi)用較大，一般為了節(jié)省斷路器及設(shè)備間隔，當(dāng)出線達(dá)到5個(gè)回路以上時(shí)，才增設(shè)專用的旁路斷路器，出線少于5個(gè)回路時(shí)，則采用母聯(lián)兼旁路或旁路兼母聯(lián)的接線方式。3、雙母線分段帶旁路接線：雙母線分段帶旁路接線就是在雙母線帶旁路接線的基礎(chǔ)上，在母線上增設(shè)分段斷路器，它具有雙母線帶旁路的優(yōu)點(diǎn)，但投資費(fèi)用較大，占用設(shè)備間隔較多，一般采用此種接線的原則為：1、當(dāng)設(shè)備連接的進(jìn)出線總數(shù)為12～16回時(shí)，在一組母線上設(shè)置分段斷路器；2、當(dāng)設(shè)備連接的進(jìn)出線總數(shù)為17回及以上時(shí)，在兩組母線上設(shè)置分段斷器。三、3/2斷路器接線和4/3臺(tái)斷路器接線3/2接線又稱為一臺(tái)半斷路器接線，即每?jī)蓷l回路共用3臺(tái)斷路器（每條回路一臺(tái)半斷路器），每串的中間一臺(tái)斷路器為聯(lián)絡(luò)斷路器。3/2(4/3)斷路器接線就是在每3（4）個(gè)斷路器中間送出2（3）回回路，一般只用于500kV（或重要220kV）電網(wǎng)的母線主接線。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：1、運(yùn)行調(diào)度靈活，正常時(shí)兩條母線和全部斷路器運(yùn)行，成多路環(huán)狀供電；2、檢修時(shí)操作方便，當(dāng)一組母線停支時(shí)，回路不需要切換，任一臺(tái)斷路器檢修，各回路仍按原接線方式霆，不需切換；3、運(yùn)行可靠，每一回路由兩臺(tái)斷路器供電，母線發(fā)生故障時(shí)，任何回路都不停電。2/3(4/3)斷路器接線的缺點(diǎn)是使用設(shè)備較多，特別是斷路器和電流互感器，投資費(fèi)用大，保護(hù)接線復(fù)雜。圖3-7為一臺(tái)半斷路器（3/2）接線的基本類型圖3-7一臺(tái)半斷路器接線在圖中，3/2接線方式中2條母線之間3個(gè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)，形成一串。在一串中從相鄰的2個(gè)開(kāi)關(guān)之間引出元件，即3個(gè)開(kāi)關(guān)供兩個(gè)元件，中間開(kāi)關(guān)作為共用，相當(dāng)于每個(gè)元件用1.5個(gè)開(kāi)關(guān)，因此也稱為一個(gè)半開(kāi)關(guān)接線。3.2.2無(wú)匯流母線的主接線無(wú)匯流母線的主接線沒(méi)有母線這一中間環(huán)節(jié)，使用的開(kāi)關(guān)電器少，配電裝置占地面積小，投資較少，沒(méi)有母線故障和檢修問(wèn)題，但其中部分接線形式只適用于進(jìn)出線少并且沒(méi)有擴(kuò)建和發(fā)展可能的發(fā)電廠和變電所。一、單元接線發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線1）接線形式：如圖3-8a、發(fā)電機(jī)-雙繞組變壓器單元：G與T之間不裝QF，可裝QSG；b、發(fā)電機(jī)-三繞組變壓器單元：G與T之間可裝QSG，有時(shí)可裝3QF；c、發(fā)電機(jī)-自耦變壓器單元：G與T之間可裝QSG，有時(shí)可裝3QF。圖3-8單元接線2）單元接線的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、接線簡(jiǎn)化，使用的電器最少，操作簡(jiǎn)便，降低故障的可能性，提高了工作的可靠性；2、配電裝置簡(jiǎn)單，投資少，占地??；3、發(fā)電機(jī)出口短路電流??；4、繼電保護(hù)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：任一元件故障或檢修全停，檢修時(shí)靈活性差。3）單元接線的適用范圍：1、臺(tái)數(shù)不多的大（b接線除外）中型不帶近區(qū)負(fù)荷的區(qū)域發(fā)電廠；2、分期投產(chǎn)或裝機(jī)容量不等的無(wú)機(jī)端負(fù)荷的小型水電站。二、橋形接線橋形接線采用4個(gè)回路3臺(tái)斷路器和6個(gè)隔離開(kāi)關(guān)，是接線中斷路器數(shù)量較少、也是投資較省的一種接線方式。根據(jù)橋形斷路器的位置又可分為內(nèi)橋和外橋兩種接線。由于變壓器的可靠性遠(yuǎn)大于線路，因此中應(yīng)用較多的為內(nèi)橋接線。若為了在檢修斷路器時(shí)不影響和變壓器的正常運(yùn)行，有時(shí)在橋形外附設(shè)一組隔離開(kāi)關(guān)，這就成了長(zhǎng)期開(kāi)環(huán)運(yùn)行的四邊形接線。1、內(nèi)橋接線下圖（圖3-5）為橋形接線中的一種：內(nèi)橋接線，這種接線適用于僅有兩臺(tái)變壓器和兩條出線的裝置中。橋連斷路器3QF在QS1和QS2的變壓器側(cè)，因此稱為內(nèi)橋接線。圖3-9橋形接線—內(nèi)橋接線該接線方式下的運(yùn)行方式為：a、線路WL1故障或檢修：只需先斷開(kāi)1QF，再斷開(kāi)1QSL和1QSB，其余三回路可以繼續(xù)工作，不影響供電。b、變壓器1T故障或檢修：先斷開(kāi)1QF和3QF，再斷開(kāi)QS1，1T退出運(yùn)行。如果線路L1仍需恢復(fù)供電，再合1QF和3QF。內(nèi)橋接線的主要特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）接線簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)（斷路器最少）；2）布置簡(jiǎn)單占地小，可發(fā)展為單母線分段接線；3）線路投、切靈活，不影響其它電路的工作。缺點(diǎn)：1）變壓器投切操作復(fù)雜，故障檢修影響其它回路；2）橋斷路器故障檢修全廠分列為兩部分；3）出線斷路器故障檢修該回路停電。2、外橋接線圖3-9為橋形接線中的另一種：外橋接線。這種接線方式下，橋連斷路器3QF接在靠近線路側(cè)的接線方式。圖3-10橋形接線—外橋接線該接線方式下的運(yùn)行方式為：a、線路WL1故障或檢修：先斷開(kāi)1QF和3QF，再斷開(kāi)QS1，WL1退出運(yùn)行。如果變壓器1T仍需恢復(fù)供電，再合1QF和3QF。b、變壓器1T故障或檢修：只需先斷開(kāi)1QF，再斷開(kāi)1QS，其余三回路可以繼續(xù)工作，不影響供電。內(nèi)橋接線的主要特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）接線簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)（斷路器最少）；2）布置簡(jiǎn)單占地小，可發(fā)展為單母線分段接線；3）變壓器投、切靈活，不影響其它電路的工作。缺點(diǎn)：1）變壓器投切操作復(fù)雜，故障檢修影響其它回路；2）橋斷路器故障檢修全廠分列為兩部分；3）變壓器斷路器故障檢修該變壓器停電。三、角形接線角形接線就是將斷路器和隔離開(kāi)關(guān)相互連接，且每一臺(tái)斷路器兩側(cè)都有隔離開(kāi)關(guān)，由隔離開(kāi)關(guān)之間送出回路。角形接線所用設(shè)備少，投資省，運(yùn)行的靈活性和可靠性較好。正常情況下為雙重連接，任何一臺(tái)斷路器檢修都不影響送電，由于沒(méi)有母線，在連接的任一部分故障時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行影響都較小。其最主要的缺點(diǎn)是回路數(shù)受到限制，因?yàn)楫?dāng)環(huán)形接線中有一臺(tái)斷路器檢修時(shí)就要開(kāi)環(huán)運(yùn)行，此時(shí)當(dāng)其它回路發(fā)生故障就要造成兩個(gè)回路停電，擴(kuò)大了故障停電范圍，且開(kāi)環(huán)運(yùn)行的時(shí)間愈長(zhǎng)，這一缺點(diǎn)就愈大。環(huán)中的斷路器數(shù)量越多，開(kāi)環(huán)檢修的機(jī)會(huì)就越大，所一般只采四角（邊）形接線和五角形接線，同時(shí)為了可靠性，線路和變壓器采用對(duì)角連接原則。四邊形的保護(hù)接線比較復(fù)雜，一、二次回路倒換操作較多。適用范圍：角形接線多用于最終規(guī)模比較明確，進(jìn)、出線數(shù)為3~5回的110kV及以上的配電裝置中（例如水電廠和無(wú)擴(kuò)建要求的變電所等）。3.3防雷保護(hù)的基本原理3.3.1防雷保護(hù)的現(xiàn)狀近年來(lái)隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,微機(jī)保護(hù)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中得到大量的應(yīng)用,這對(duì)提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平,提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性起了很大的作用。這與過(guò)去傳統(tǒng)的保護(hù)和控制裝置相比，是一次技術(shù)上的革命。迄今為止，信息傳輸與交換仍然以電信設(shè)備作為傳輸?shù)拿襟w。無(wú)論是無(wú)線傳送的天線，還是有線傳送的電纜或光纜，都必須暴露在空氣中或埋于地下。因此必然受到電力系統(tǒng)和天空雷電的干擾和侵入，造成通信設(shè)備損壞和信息傳輸中斷。一旦有這類意外發(fā)生，直接經(jīng)濟(jì)損失有的達(dá)數(shù)十萬(wàn)元甚至上千萬(wàn)元，間接損失更難以估算。

以往的通信設(shè)備主要使用電子管和機(jī)械繼電器，即所謂的機(jī)電式通信設(shè)備。它的工作速度一般在毫秒和微秒級(jí)，因此采用一種氣體放電管來(lái)保護(hù)和防止電力系統(tǒng)和天空雷電入侵。氣體放電管的結(jié)構(gòu)是采用一種陶瓷管子，兩頭各做一個(gè)金屬電極，管子內(nèi)部充入一種惰性氣體，當(dāng)電壓或雷電加到管子兩頭，管子內(nèi)氣體電離而放電。由于機(jī)電式通信設(shè)備工作速度在毫秒或微秒級(jí)，而氣體放電管工作速度為微秒級(jí)，加之機(jī)電式通信設(shè)備工作電壓在150V以上，所以采用氣體放電管保護(hù)機(jī)電式通信設(shè)備是有效的。但氣體放電管由于慢性漏氣等原因，具有壽命短、可靠性低等缺陷。并且氣體放電管的慢漏及開(kāi)路失效現(xiàn)象均不能直觀反應(yīng)，只有維修人員到現(xiàn)場(chǎng)將配線架保安單元內(nèi)的氣體放電管拆下，通過(guò)專用儀器才能檢測(cè)，給設(shè)備安全帶來(lái)極大隱患。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，平均每年失效率高達(dá)20~25％，因此必須靠維修人員的責(zé)任心和高強(qiáng)度勞動(dòng)，不斷檢測(cè)和觀察來(lái)更換由氣體放電管組成的組件“保安單元”，以保證通信設(shè)備得到有效防護(hù)。但這不僅大量增加了維護(hù)人力，也浪費(fèi)了財(cái)力。

過(guò)電壓保護(hù)用半導(dǎo)體管又稱固體放電管（相對(duì)于氣體放電管而言），它完全解決了氣體放電管存在的缺陷，其突出的優(yōu)越性是：1）速度快，工作于納秒級(jí)，與半導(dǎo)體器件和集成電路工作完全匹配；2）高可靠性；3）壽命長(zhǎng)，理論壽命可達(dá)20年，1993年開(kāi)始使用的半導(dǎo)體放電管，追蹤調(diào)研至今無(wú)一損壞；4）導(dǎo)電殘壓降至1~3V，不會(huì)對(duì)集成電路造成損壞；5）短路失效模式，容易檢測(cè)判別。

過(guò)電壓保護(hù)用半導(dǎo)體管在我國(guó)的研制工作，是由上海大平科技工貿(mào)有限公司主持的。該公司在設(shè)計(jì)過(guò)壓保護(hù)半導(dǎo)體管時(shí)，采用了許多國(guó)際上先進(jìn)的技術(shù)理論，并有所創(chuàng)新和突破；在生產(chǎn)制造中采用了獨(dú)有的專利技術(shù)。該產(chǎn)品經(jīng)上?？茖W(xué)技術(shù)情報(bào)研究所鑒定，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

過(guò)電壓保護(hù)用半導(dǎo)體管的研制成功，使得防雷、過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)又向前邁開(kāi)了一大步，不但消除了事故隱患，保障了通信設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還降低了維護(hù)工作力度及維護(hù)費(fèi)用，減少了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)損失。3.3.2防雷保護(hù)的基本原理閃電多發(fā)生在夏季，是從積雨云中發(fā)展起來(lái)的自然放電現(xiàn)象。積雨云起電的原因有許多說(shuō)法，大多數(shù)認(rèn)為是云中的霰粒與冰晶摩擦或霰粒使溫度低于0℃1）

直接雷擊：是雷云直接對(duì)地面物體放電，雷擊的時(shí)間雖然很短，只有萬(wàn)分之幾到百分之幾秒，但有很大的電流通過(guò)，可達(dá)100~200千安，使空氣溫度驟然升到攝氏1~2萬(wàn)度，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，造成房屋損壞，人畜傷亡。當(dāng)雷電流通過(guò)有電阻或電感物體時(shí)，能產(chǎn)生很大的電壓降和感應(yīng)電壓，破壞絕緣，產(chǎn)生火花，使設(shè)備損壞，甚至引起燃燒、爆炸、使危害進(jìn)一步擴(kuò)大。

2）

感應(yīng)放電：是附近落雷所引起的電磁作用的結(jié)果，可分類靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種：

靜電感應(yīng)是由于建筑物上空有雷云時(shí)，建筑物會(huì)感應(yīng)出與雷云所帶電負(fù)荷相反的電荷，雷云向地面開(kāi)始放電后，在放電通路中的電荷迅速中和，但建筑物頂部的電荷不能立刻流散入地，便形成很高的電位，造成在建筑物內(nèi)的電線、金屬設(shè)備、金屬管道放電，引起火災(zāi)、爆炸和人身事故。電磁感應(yīng)是當(dāng)雷電流通過(guò)金屬體入地時(shí)，形成強(qiáng)大的磁場(chǎng)，能使附近的金屬導(dǎo)體感應(yīng)出高電勢(shì)，在導(dǎo)體回路的缺口引起火花。

3)

由架空線路引入高電位：架空線路在直接雷擊或在附近落雷而感應(yīng)過(guò)電壓時(shí)，如不設(shè)法在路途使大量電荷流散入地，就會(huì)沿架空線路引進(jìn)屋內(nèi)，造成房屋損壞或電氣設(shè)備絕緣擊穿等現(xiàn)象。

近年來(lái)的發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)主要采取以下措施：1)發(fā)電廠和變電所的直擊雷保護(hù)。裝設(shè)避雷針是直擊雷防護(hù)的主要措施，避雷針是保護(hù)電氣設(shè)備、建筑物不受直接雷擊的雷電接受器。它將雷吸引到自己的身上，并安全導(dǎo)入地中，從而保護(hù)了附近絕緣水平比它低的設(shè)備免遭雷擊。裝設(shè)避雷針時(shí)對(duì)于35kV變電所必須裝有獨(dú)立的避雷針，并滿足不發(fā)生反擊的要求；對(duì)于110kV及以上的變電所，由于此類電壓等級(jí)配電裝置的絕緣水平較高，可以將避雷針直接裝設(shè)在配電裝置的架構(gòu)上，因此，雷擊避雷針?biāo)a(chǎn)生的高電位不會(huì)造成電氣設(shè)備的反擊事故。2)變電所對(duì)入侵波的保護(hù)。對(duì)入侵波保護(hù)的主要措施是在其進(jìn)線上裝設(shè)閥型避雷器。閥型避雷器的基本元件為火花間隙和非線性電阻，目前，F(xiàn)S系列閥型避雷器為火花間隙和非線性電阻，其主要用來(lái)保護(hù)小容量的配電裝置SFZ系列閥型避雷器，主要用來(lái)保護(hù)中等及大容量變電所的電氣設(shè)備；FCZ1系列磁吹閥型避雷器，主要用來(lái)保護(hù)變電所的高壓電氣設(shè)備。3)變電所的進(jìn)線保護(hù)。對(duì)進(jìn)線實(shí)施防雷保護(hù)，其目的就是限制流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值和雷電波的陡度。當(dāng)線路上出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，將有行波沿導(dǎo)線向變電所運(yùn)動(dòng)，其幅值為線路絕緣的50％沖擊閃絡(luò)電壓，線路的沖擊耐壓比變電所設(shè)備的沖擊耐壓要高很多。因此，在近變電所的進(jìn)線上加裝避雷線是防雷的主要措施。如果沒(méi)架設(shè)避雷線，當(dāng)近變電所的進(jìn)線上遭受雷擊時(shí)，流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值可超過(guò)5kA，且其陡度也會(huì)超過(guò)允許值，勢(shì)必會(huì)對(duì)線路造成破壞。4)變壓器的防護(hù)。變壓器的基本保護(hù)措施是靠近變壓器處安裝避雷器，這樣可以防止線路侵入的雷電波損壞絕緣。裝設(shè)避雷器時(shí)，要盡量靠近變壓器，并盡量減少連線的長(zhǎng)度，以便減少雷電電流在連接線上的壓降。同時(shí)，避雷器的接線應(yīng)與變壓器的金屬外殼及低壓側(cè)中性點(diǎn)連接在一起，這樣，當(dāng)侵入波使避雷器動(dòng)作時(shí)，作用在高壓側(cè)主絕緣上的電壓就只剩下避雷器的殘壓了(不包括接地電阻上的電壓壓降)，就減少了雷電對(duì)變壓器破壞的機(jī)會(huì)。5)變電所的防雷接地。變電所防雷保護(hù)滿足要求以后，還要根據(jù)安全和工作接地的要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，然后避雷針和避雷器下面增加接地體以滿足防雷的要求，或者在防雷裝置下敷設(shè)單獨(dú)的接地體。此外，從雷電干擾的途徑分析大都是雷電活動(dòng)時(shí),雷電波沿線路侵入變電所,有時(shí),由于雷電幅值較低不足以使線路或母線避雷器動(dòng)作，或避雷器動(dòng)作時(shí)避雷器動(dòng)作后的殘壓通過(guò)變壓器的電磁感應(yīng)耦合到低壓側(cè),使低壓電源系統(tǒng)產(chǎn)生雷電過(guò)電壓,或強(qiáng)電源浪涌。因此，弱電系統(tǒng)也需要進(jìn)行防雷保護(hù)。具體保護(hù)的方式有：1、完善低壓電源系統(tǒng)的防雷保護(hù)措施因雷電通過(guò)低壓電源系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)等弱電系統(tǒng)的危害較大,因而低壓電源系統(tǒng)的防雷保護(hù)也就特別重要。檢查發(fā)生低壓雷害事故的變電所發(fā)現(xiàn)在低壓電源系統(tǒng)大都沒(méi)有防雷保護(hù)措施,而低壓電源系統(tǒng)又直接關(guān)系著微機(jī)保護(hù)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的安全。為防止低壓電源系統(tǒng)的雷害事故,在低壓電源系統(tǒng)中就需要采取以下措施：1）在廠、所用變壓器的低壓側(cè)裝相應(yīng)電壓等級(jí)的氧化鋅避雷器進(jìn)行保護(hù);2）在微機(jī)保護(hù)和綜合自動(dòng)化裝置的電源前邊串接隔離變壓器進(jìn)行隔離,并加裝對(duì)地電容進(jìn)行雷電波的吸收;3）在微機(jī)保護(hù)和綜合自動(dòng)化裝置的電源前邊串接浪涌吸收保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)。2、改善接地網(wǎng)的沖擊電位分布防止地電位干擾1）降低接地網(wǎng)的接地電阻限制地電位升高,特別是在要在構(gòu)架避雷針、避雷器下增加垂直接地極，的放射狀的水平接地以降低其沖擊接地電阻,防止雷電流入地時(shí)造成的局部地電位升高向二次電纜反擊。2）改善沖擊地電位分布限制局部電位升高在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)應(yīng)盡量采用方孔地網(wǎng)以改善地面電位分布，對(duì)方孔地網(wǎng)的網(wǎng)格大小要從地電位分布均勻考慮,防止局部電位升高。在電纜溝內(nèi)要設(shè)置接地帶、在電纜溝附近要設(shè)置與電纜溝平行的水平均壓帶以改善電纜溝的電位均勻。防止地電位不均對(duì)二次回路的干擾。接地網(wǎng)表面的地電位分布要滿足接觸電壓和跨步電壓的要求。3.4本章小結(jié)本章首先介紹了電氣主接線的設(shè)計(jì)原則和電氣主接線的基本類型，從根本上把握了設(shè)計(jì)電氣主接線時(shí)所應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題，為后面設(shè)計(jì)火力發(fā)電廠的主接線打下了基礎(chǔ)。其次，本章還介紹了雷電活動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響，提出了防雷保護(hù)的必要性及相關(guān)概念，結(jié)合我國(guó)目前的發(fā)電廠和變電所的具體情況，提出了一些防雷保護(hù)性措施，這些都將在后序章節(jié)的電氣主接線設(shè)計(jì)部分具體加以說(shuō)明?；鹆Πl(fā)電廠的電氣主接線設(shè)計(jì)4.1電氣主接線的設(shè)計(jì)4.1.1電氣主接線的設(shè)計(jì)原則電氣主接線是發(fā)電廠、變電站設(shè)計(jì)的主體。采用哪一種主接線的形式，與電力系統(tǒng)的原始資料，發(fā)電廠、變電站本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的要求等密切相關(guān)，并且對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)和控制方式的擬訂都有較大的影響。因此，主接線的設(shè)計(jì)必須根據(jù)電力系統(tǒng)、發(fā)電廠或變電站的具體情況，全面分析，正確處理好各方面的關(guān)系，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理地選擇主接線方案。一、電氣主接線設(shè)計(jì)的一般步驟：1)原始資料分析。根據(jù)下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，在分析原始資料的基礎(chǔ)上，各電壓等級(jí)擬訂可采用的數(shù)個(gè)主接線方案。2)對(duì)擬訂的各方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選出最好的方案。各主接線方案都應(yīng)該滿足系統(tǒng)和用戶對(duì)供電可靠性的要求，最后確定何種方案，要通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較，選用年運(yùn)行費(fèi)用最小的作為最終方案，當(dāng)然，還要兼顧到今后的擴(kuò)容和發(fā)展。3)繪制電氣主接線圖。按工程要求，繪制工程圖，圖中采用新國(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。二、對(duì)主接線設(shè)計(jì)的基本要求主接線應(yīng)滿足可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性和發(fā)展性等四方面的要求。1)可靠性。為了向用戶供應(yīng)持續(xù)、優(yōu)質(zhì)的電力，主接線首先必須滿足這一可靠性的要求。主接線的可靠性的衡量標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐，要充分地做好調(diào)研工作，力求避免決策失誤，鑒于進(jìn)行可靠性的定量計(jì)算分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)尚不完善的情況，充分地做好調(diào)查研究工作顯得尤為重要。主接線的可靠性不僅包括開(kāi)關(guān)、母線等一次設(shè)備，而且包括相對(duì)應(yīng)的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等二次設(shè)備在運(yùn)行中的可靠性，不要孤立地分析一次系統(tǒng)的可靠性。為了提高主接線的可靠性，選用運(yùn)行可靠性高的設(shè)備是條捷徑，這就要兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩方面，作出切合實(shí)際的決定。2)靈活性。電氣主接線的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)適應(yīng)在運(yùn)行、熱備用、冷備用和檢修等各種方式下的運(yùn)行要求。在調(diào)度時(shí)，可以靈活地投入或切除發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等元件，合理調(diào)配電源和負(fù)荷。在檢修時(shí)，可以方便地停運(yùn)斷路器、母線及二次設(shè)備，并方便地設(shè)置安全措施，不影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行和對(duì)其他用戶的供電。3)經(jīng)濟(jì)性。方案的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1、投資省。主接線要力求簡(jiǎn)單，以節(jié)省一次設(shè)備的使用數(shù)量；繼電保護(hù)和二次回路在滿足技術(shù)要求的前提下，簡(jiǎn)化配置、優(yōu)化控制電纜的走向，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜的長(zhǎng)度；采取措施，限制短路電流，得以選用價(jià)廉的輕型設(shè)備，節(jié)省開(kāi)支。2、占地面積小。主接線的選型和布置方式，直接影響到整個(gè)配電裝置的占地面積。3、電能損耗小。經(jīng)濟(jì)合理地選擇變壓器的類型(雙繞組、三繞組、自耦變、有載調(diào)壓等)、容量、數(shù)量和電壓等級(jí)。4)發(fā)展性。主接線可以容易地從初期接線方式過(guò)渡到最終接線。在不影響連續(xù)供電或停電時(shí)間最短的情況下，完成過(guò)渡期的改擴(kuò)建，且對(duì)一次和二次部分的改動(dòng)工作量最少。主接線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要的實(shí)現(xiàn)步驟如下：1、搜集、整理、分析原始資料，初步擬定幾個(gè)技術(shù)可行方案；2、分別擬定高、低壓側(cè)的基本接線形式；3、選擇主變。包括臺(tái)數(shù)、運(yùn)行方式、容量、型式、參數(shù)；4、選擇自用電或近區(qū)用電。包括接入點(diǎn)、電壓等級(jí)、供電方式；5、經(jīng)過(guò)技術(shù)比較，選出2～3個(gè)較優(yōu)方案；6、通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較計(jì)算確定最優(yōu)方案（包括設(shè)備的配置）；7、初選導(dǎo)線截面；8、短路電流計(jì)算；9、設(shè)備的配置和選擇和校驗(yàn)計(jì)算；10、繪制主接線圖。4.1.2火力發(fā)電廠電氣主接線的設(shè)計(jì)一、原始資料分析1)工程情況。包括發(fā)電廠類型、設(shè)計(jì)規(guī)劃容量(近期、遠(yuǎn)景)和單機(jī)容量及臺(tái)數(shù)。發(fā)電機(jī)的機(jī)組容量應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃容量、負(fù)荷增長(zhǎng)速度和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行選擇，最大機(jī)組的容量以占系統(tǒng)總?cè)萘康?％～10％為宜。一個(gè)電廠的機(jī)組其臺(tái)數(shù)最好不超過(guò)6臺(tái)，容量等級(jí)不超過(guò)兩種，同容量機(jī)組應(yīng)盡量選用同一型式。發(fā)電廠的電壓等級(jí)不宜多于三級(jí)。一般設(shè)置升高電壓一級(jí)到兩級(jí)，發(fā)電機(jī)電壓一級(jí)。本次設(shè)計(jì)是針對(duì)某火力發(fā)電廠的電氣主接線的設(shè)計(jì)進(jìn)行的，在對(duì)其一次側(cè)主接線的設(shè)計(jì)之外，還設(shè)計(jì)了其廠用電接線、6kV線路的過(guò)電流保護(hù)和有關(guān)防雷保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，這些都將會(huì)在以后的章節(jié)中給出，本節(jié)只介紹其一次側(cè)的電氣主接線。本次設(shè)計(jì)中，火力發(fā)電廠共有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量都為150MW。電壓等級(jí)有110kV和220kV兩種。2)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和作用。電力系統(tǒng)的發(fā)電廠分為大型樞紐電廠、中小型地區(qū)電廠和企業(yè)自備電廠等類型。大型樞紐電廠一般以220～500kV的電壓接入超高壓系統(tǒng)；地區(qū)電廠靠近城鎮(zhèn)，一般接人110～220kV系統(tǒng)；企業(yè)自備電廠以向本企業(yè)供暖供熱為主，并與地區(qū)35～220kV系統(tǒng)相連。中小型電廠附近如果有電力用戶，可通過(guò)發(fā)電機(jī)電壓母線向附近用戶供電。目前，按發(fā)電廠的容量劃分為：總?cè)萘吭?000MW及以上，單機(jī)容量在200MW及以上的發(fā)電廠稱為大型發(fā)電廠；總?cè)萘吭?00～1000MW，單機(jī)容量在50～200MW的發(fā)電機(jī)稱為中型發(fā)電廠；總?cè)萘吭?00MW以下，單機(jī)容量在50MW以下的稱為小型發(fā)電廠。分析該廠在系統(tǒng)中所處的地位，停電對(duì)系統(tǒng)供電的可靠性的影響，從而提出對(duì)主接線的要求。本次設(shè)計(jì)中的火力發(fā)電廠屬于中小型地區(qū)電廠，發(fā)出的電能除了供本地區(qū)及自身廠用電之外，還對(duì)外輸送電能。向外輸送電能經(jīng)兩臺(tái)三繞組變壓器分別接至110kV和220kV系統(tǒng)?；鹆Πl(fā)電廠總裝機(jī)容量為300MW，單機(jī)容量分別為150MW。3)負(fù)荷情況。負(fù)荷情況在原始數(shù)據(jù)中，如負(fù)荷的性質(zhì)、地理位置、輸電電壓等級(jí)等。設(shè)計(jì)中的火力發(fā)電廠所發(fā)出的電能主要供本地區(qū)的日常生活和照明使用，還有給一些重要用戶提供不間斷的供電。這些重要用戶如：鋼鐵基地、大型化工、冶煉企業(yè)及城鎮(zhèn)的綜合用電。二、電氣主接線的設(shè)計(jì)主接線圖中所用的器件如下表：火力發(fā)電廠的主接線圖見(jiàn)附圖一所設(shè)計(jì)的火力發(fā)電廠裝有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，容量都是150MW；發(fā)電廠供給本地區(qū)后的剩余電能通過(guò)兩臺(tái)三繞組主變壓器送入220kV和110kV電壓級(jí)；110kV為分段的單母線接線，重要用戶可用雙回路分別接到兩分段上；220kV為有專用旁路斷路器的雙母線帶旁路母線接線，只有出線進(jìn)旁路，主變壓器不進(jìn)旁路。4.1.3互感器和避雷器的配置在主接線圖中的位置已具體標(biāo)出，關(guān)于器件類型的選擇將會(huì)在本章最后一節(jié)中具體給出。4.1.4主變壓器的選擇一、主變壓器選擇的依據(jù)主變壓器是電氣主接線的核心環(huán)節(jié)。主變?nèi)萘窟x擇太大或臺(tái)數(shù)太多，會(huì)造成投資浪費(fèi)，增加系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用；容量太小或臺(tái)數(shù)太少，又無(wú)法滿足負(fù)荷的供電需求，同時(shí)也會(huì)使發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力得不到充分利用。主變壓器的選擇包括主變壓器的容量、臺(tái)數(shù)的確定和型式的選擇。主變壓器：在發(fā)電廠中向電力系統(tǒng)輸送功率的變壓器；在變電所中向用戶輸送功率的變壓器。聯(lián)絡(luò)變壓器：用于兩種電壓等級(jí)之間交換功率的變壓器。自由變壓器：向廠用電系統(tǒng)供電的廠用變壓器。依據(jù)：主變臺(tái)數(shù)與電壓等級(jí)、接線形式、傳輸容量和與系統(tǒng)的聯(lián)系有很大關(guān)系。一般為1～4臺(tái)。①、發(fā)電廠的主變壓器：與系統(tǒng)有強(qiáng)聯(lián)系的大、中型發(fā)電廠，主變不少于兩臺(tái)；與系統(tǒng)有弱聯(lián)系的中、小型發(fā)電廠，主變可只裝一臺(tái)。②、變電所主變壓器：簡(jiǎn)易接線變電所只裝設(shè)1～2臺(tái)變壓器；大型樞紐變電所（尤其是特高壓變電所），在同一電壓等級(jí)下主變臺(tái)數(shù)不應(yīng)少于2臺(tái)。330～500kV的大型變電所推薦采用4臺(tái)自耦變壓器。二、主變壓器型式的選擇：1、相數(shù)：?jiǎn)蜗?、三相?、絕緣：油浸式、干式；3、繞組數(shù)：雙繞組（只有一個(gè)升高電壓等級(jí)）、三繞組、自耦變壓器；4、連接組別：Y，d11（小接地系統(tǒng)）Yn，d11（大接地系統(tǒng)）5、調(diào)壓方式：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出口電壓、投切調(diào)相機(jī)、補(bǔ)償電容和改變變壓器變比。6、冷卻方式：自然風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫空氣冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)向冷卻、水內(nèi)冷變壓器。如果只有一個(gè)升高電壓等級(jí)：優(yōu)先選用三相油浸式雙繞組變壓器；接線組別有Y，d11或YN，d11。如果有兩個(gè)升高電壓等級(jí)：優(yōu)先選用三相油浸式三繞組變壓器；再考慮選用兩個(gè)雙繞組變壓器。三、本次設(shè)計(jì)中所用主變壓器的選擇本次設(shè)計(jì)中使用的變壓器是三繞組變壓器，發(fā)電機(jī)和變壓器接成單元接線，可按照以下方式進(jìn)行選擇：?jiǎn)卧泳€中的主變壓器容量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%的裕度選擇。SN≈1.1PNG（1—KP）/cosΦG式中：PNG——發(fā)電機(jī)的容量，在擴(kuò)大單元接線中為兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量之和，MW；KP——廠用電率；cosΦG——發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)；本次設(shè)計(jì)中，PNG=150MW；KP=10%；cosΦG=0.85。經(jīng)計(jì)算SN=206000kVA；經(jīng)查《發(fā)電廠電氣部分》附錄一，主變壓器選用SFPS7-240000/220型。該型號(hào)變壓器的額定容量是240000kVA，高壓、中壓、低壓的額定電壓分別為：242kV、121kV、15.75kV，能夠滿足該系統(tǒng)正常運(yùn)行的需求。主變壓器型式的選擇：在330kV及以下的發(fā)電廠和變電所中，一般都選用三相式變壓器。因?yàn)橐慌_(tái)三相式較同容量的三臺(tái)單相式投資小，占地少，損耗小，同時(shí)配電裝置結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)較方便。故本次計(jì)設(shè)選用的是三相升壓式變壓器。4.2廠用電接線的設(shè)計(jì)4.2.1廠用電接線的基本要求本節(jié)講述廠用電、廠用電負(fù)荷分類以及對(duì)廠用電接線的基本要求和廠用電接線設(shè)計(jì)原則，介紹不同類型發(fā)電廠的廠用電接線的特點(diǎn)。發(fā)電廠在啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、停役、檢修過(guò)程中，有大量由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，用以保證機(jī)組的主要設(shè)備(如鍋爐、汽輪機(jī)或水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等)和輸煤、碎煤、除灰、除塵及水處理的正常運(yùn)行。這些電動(dòng)機(jī)以及全廠的運(yùn)行、操作、試驗(yàn)、檢修、照明用電設(shè)備等都屬于廠用負(fù)荷，總的耗電量，統(tǒng)稱為廠用電。廠用電的可靠性，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行非常重要。隨著超臨界參數(shù)大容量機(jī)組、雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)冷卻方式、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制的采用以及核電廠的出現(xiàn)，對(duì)廠用電的可靠性提出了更高的要求。提高廠用電可靠性的目的，是使電廠長(zhǎng)期無(wú)故障運(yùn)行，不致因廠用電局部故障而被迫停機(jī)。為此必須認(rèn)真考慮合理廠用供電電源的取得方式，工作電源和接線方式；此外，還應(yīng)配備完善的繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置，合理配置廠用機(jī)械，并正確選擇電動(dòng)機(jī)類型、容量和臺(tái)數(shù)；在運(yùn)行中需對(duì)廠用機(jī)械進(jìn)行正確維護(hù)和科學(xué)管理。廠用電所需的電量，大部分都由發(fā)電廠自身供給。其耗電量與發(fā)電廠的類型、機(jī)械化和自動(dòng)化的程度、燃料種類及其燃燒方式、蒸汽參數(shù)等因素有關(guān)。廠用電耗電量占發(fā)電廠全部發(fā)電量的百分?jǐn)?shù)，稱為廠用電率。廠用電率是發(fā)電廠運(yùn)行的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。一般凝汽式火電廠的廠用電率為5%～8%，熱電廠為8%～13%，水電廠為0．5%～1．O%。降低廠用電率不僅能夠降低電能成本，同時(shí)也相應(yīng)地增大了對(duì)電力系統(tǒng)的供電量。一、廠用電負(fù)荷的分類廠用電負(fù)荷，根據(jù)其用電設(shè)備在生產(chǎn)中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度，按其重要性可分為四類：1)I類廠用負(fù)荷。凡是屬于短時(shí)(手動(dòng)切換恢復(fù)供電所需要的時(shí)間)停電會(huì)造成主輔設(shè)備損壞、危及人身安全、主機(jī)停運(yùn)及影響大量出力的廠用負(fù)荷，都屬于I類負(fù)荷。如火電廠的給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給粉機(jī)等以及水電廠的調(diào)速器、壓油泵、潤(rùn)滑油泵等。通常它們都設(shè)有兩套設(shè)備互為備用，分別接到有兩個(gè)獨(dú)立電源的母線上，當(dāng)一個(gè)電源斷電后，另一個(gè)電源就立即自動(dòng)投入。2)II類廠用負(fù)荷。允許短時(shí)停電(幾秒至幾分鐘)，恢復(fù)供電后，不致造成生產(chǎn)紊亂的廠用負(fù)荷，均屬于Ⅱ類廠用負(fù)荷。如火電廠的工業(yè)水泵、疏水泵、灰漿泵、輸煤設(shè)備和化學(xué)水處理設(shè)備等，以及水電廠中大部分廠用電動(dòng)機(jī)。一般它們均應(yīng)由兩段母線供電，并采用手動(dòng)切換。3)Ⅲ類廠用負(fù)荷。較長(zhǎng)時(shí)間停電，不會(huì)直接影響生產(chǎn)，僅造成生產(chǎn)上不方便的廠用負(fù)荷，都屬于Ⅲ類廠用負(fù)荷。如試驗(yàn)室、修配廠、油處理室的負(fù)荷等。通常它們由一個(gè)電源供電，但在大型發(fā)電廠，也常采用兩路電源供電。4)事故保安負(fù)荷。在200MW及以上機(jī)組的大容量電廠中，自動(dòng)化程度較高，要求在事故停機(jī)過(guò)程中及停機(jī)后的一段時(shí)間內(nèi)，仍必須保證供電，否則可能引起主要設(shè)備損壞、重要的自動(dòng)控制失靈或危及人身安全的負(fù)荷，稱為事故保安負(fù)荷。按對(duì)電源要求的不同它又可分為：①直流保安負(fù)荷，如發(fā)電機(jī)的直流潤(rùn)滑油泵、事故氫密封油泵等；②交流保安負(fù)荷，如盤(pán)車(chē)電動(dòng)機(jī)、交流潤(rùn)滑油泵、交流密封油泵、消防水泵等。為滿足事故保安負(fù)荷的供電要求，對(duì)大容量機(jī)組應(yīng)設(shè)置事故保安電源。通常，由蓄電池組、柴油發(fā)電機(jī)組、燃汽輪機(jī)組或可靠的外部獨(dú)立電源作為事故保安負(fù)荷的備用電源。5)不間斷供電負(fù)荷。在機(jī)組運(yùn)行期間，以及正常或事故停機(jī)過(guò)程中，甚至在停機(jī)后的一段時(shí)間內(nèi)，需要連續(xù)供電并具有恒頻恒壓特性的負(fù)荷，稱為不間斷供電負(fù)荷。如實(shí)時(shí)控制用的計(jì)算機(jī)、熱工保護(hù)、自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)裝置等。不間斷供電電源一般采用由蓄電池供電的電動(dòng)發(fā)電機(jī)組或配備數(shù)控的靜態(tài)逆變裝置。二、廠用電接線設(shè)計(jì)的基本要求廠用電接線的設(shè)計(jì)應(yīng)按照運(yùn)行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，積極慎重地采用成熟的新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)，保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。廠用電接線應(yīng)滿足下述要求：1)各機(jī)組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)是獨(dú)立的。特別是200MW及以上機(jī)組，應(yīng)做到這一點(diǎn)。在任何運(yùn)行方式下，一臺(tái)機(jī)組故障停運(yùn)或其輔機(jī)的電氣故障不應(yīng)當(dāng)影響到另一臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行，并要求受廠用電故障影響而停運(yùn)的機(jī)組應(yīng)能在短期內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。2)全廠性公用負(fù)荷應(yīng)分散接人不同機(jī)組的廠用母線或公用負(fù)荷母線。在廠用電接線中，不應(yīng)存在可能導(dǎo)致切斷多于一個(gè)單元機(jī)組的故障點(diǎn)，更不應(yīng)存在導(dǎo)致全廠停電的可能性，應(yīng)盡量縮小故障影響范圍。3)充分考慮發(fā)電廠正常、事故、檢修、啟動(dòng)等運(yùn)行方式下的供電要求，盡可能地使調(diào)換操作簡(jiǎn)便，啟動(dòng)(備用)電源能在短時(shí)內(nèi)投入。4)充分考慮電廠分期建設(shè)和連續(xù)施工過(guò)程中廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，特別要注意對(duì)公用負(fù)荷供電的影響，要便于過(guò)渡，盡量減少改變接線和更換設(shè)置。5)200MW及以上機(jī)組應(yīng)設(shè)置足夠容量的交流事故保安電源。當(dāng)全廠停電時(shí)，可以快速啟動(dòng)和自動(dòng)投人向保安負(fù)荷供電。另外，還要設(shè)計(jì)符合電能質(zhì)量指標(biāo)的交流不間斷電源，以保證不允許間斷供電的熱工保護(hù)和計(jì)算機(jī)等負(fù)荷的用電。4.2.2廠用電接線的設(shè)計(jì)該火力發(fā)電廠的廠用電接線圖見(jiàn)附圖二。發(fā)電機(jī)側(cè)的三繞組變壓器和雙繞組變壓器選擇的型號(hào)分別為：SFF-31500/15.75和SFPF-31500/18；三繞組變壓器的額定容量為，高壓、低壓、中壓雙繞組變壓器的額定電壓分別為：15.75、6、6kV；雙繞組變壓器的額定容量為40000kVA，高壓、低壓的額定電壓為：15.75、6kV。6kV側(cè)的雙繞組變壓器選擇的型號(hào)為：S9-400/10，該變壓器的容量為400kVA，高壓、低壓側(cè)的額定電壓分別為：6、0.4kV。熔斷器選擇的型號(hào)為HR5型的熔斷式刀開(kāi)關(guān)，適用于交流50Hz，額定電壓交流380V，額定電流至1000A的配電線路中，作過(guò)載和短路保護(hù)，在本設(shè)計(jì)中低壓側(cè)的電壓為380/220V，可以有效地保護(hù)低壓側(cè)的設(shè)備。刀開(kāi)關(guān)采用的是HD系列中的HD13，該系列開(kāi)關(guān)適用于交流50Hz，額定電壓380V，額定電流至150OA的成套配電裝置中，作為不頻繁地手動(dòng)接通和分?jǐn)嘟?、直流電路或作隔離開(kāi)關(guān)用。交流接觸器的型號(hào)選擇為：LC1-D，機(jī)械壽命高達(dá)2000萬(wàn)次，線圈控制電壓在70%-120%Uc之間波動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響到產(chǎn)品的正常工作，常用于控制各種類型電動(dòng)機(jī)、電容器、照明燈、電加熱等設(shè)備，工作頻率為50～60Hz，可以滿足廠用電低壓側(cè)的控制；隔離開(kāi)關(guān)和斷路器的型號(hào)將會(huì)在最后一節(jié)電氣設(shè)備的選擇中給出。在該火力發(fā)電廠的廠用電接線中，廠用高壓采用6kV，直接由發(fā)電機(jī)側(cè)通過(guò)一臺(tái)三繞組變壓器T3連接到6kV廠用高壓母線一段和備用母線，另一臺(tái)雙繞組變壓器T4則引入6kV廠用高壓母線二段。廠用低壓采用380/220V，因負(fù)荷較少，只設(shè)兩段廠用低壓母線，分別由廠用低壓工作變壓器T5、T6供電；T5、T6分別由廠用高壓（6kV）一、二段引接，低壓備用變壓器T7由備用段引接。圖中的高、低壓電動(dòng)機(jī)均屬個(gè)別供電方式，由低壓廠用母線段引至車(chē)間配電屏的接線本設(shè)計(jì)中未完整繪出（屬成組供電方式，本設(shè)計(jì)中不是重點(diǎn)，因而略去這一部分）。4.36kV線路過(guò)電流保護(hù)的設(shè)計(jì)6kV線路過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)的歸總式原理圖如圖4—3。其中的直流電源供電采用直流電源系統(tǒng)中的蓄電池組供電，電壓為110V。該設(shè)計(jì)方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)6kV線路的保護(hù)，通過(guò)控制線路中斷路器的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該線路的保護(hù)，主要采用了電流互感器、電流繼電器、時(shí)間繼電器和信號(hào)繼電器。由圖4—3可以看出歸總式原理圖的特點(diǎn)是將二次接線與一次接線的有關(guān)部分繪在一起，圖中的各元件用整體形式表示，其相互聯(lián)系的交流電流回路、交流電壓回路（本設(shè)計(jì)中沒(méi)有繪出）及直流回路都綜合在一起，并將按實(shí)際連接順序繪出。該方式繪圖的優(yōu)點(diǎn)是能夠清楚地表明各元件的形式、數(shù)量、相互聯(lián)系和作用，但如果元件過(guò)多的話，接線就會(huì)相互交叉，顯得零亂，并且元件的端子及回路編號(hào)沒(méi)有，這樣就會(huì)造成使用很不方便，因此，圖4—4給出了該設(shè)計(jì)圖的另一種表示形式——展開(kāi)式原理圖。圖中，時(shí)間繼電器KT選擇的型號(hào)為：JS7-2A，吸引線圈的電壓為110V，觸點(diǎn)的額定電壓為380V，延時(shí)范圍為0.4～180s，本次設(shè)計(jì)延時(shí)時(shí)間設(shè)定為2s；信號(hào)繼電器KS選擇的是溫度繼電器，型號(hào)是JW4-A3型，額定電流為30A,額定線電壓為380V，額定工作頻率為50Hz；電流繼電器采用的是DL-10型，電磁式瞬動(dòng)過(guò)電流繼電器，最大整定值為10A，本次設(shè)計(jì)中整定電流設(shè)為5A；電流互感器選擇的型號(hào)為L(zhǎng)A-10，其額定電流比為5～200/5A，準(zhǔn)確級(jí)次0.5。圖4—36kV線路過(guò)電流保護(hù)歸總式原理圖該線路的過(guò)電流保護(hù)可通過(guò)以下方式表現(xiàn)出來(lái)：假設(shè)線路原在運(yùn)行狀態(tài)，斷路器輔助觸點(diǎn)QF1閉合。當(dāng)線路發(fā)生過(guò)電流時(shí)，通過(guò)電流互感器立刻反應(yīng)到二次側(cè)，引起二次設(shè)備動(dòng)作。如線路用戶端發(fā)生AB相間短路時(shí)，動(dòng)作過(guò)程如下：1TAA、1TAB一次側(cè)流過(guò)短路電流；1TAA、1TAB二次側(cè)電流增大；電流繼電器1KA、2KA動(dòng)作，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合；啟動(dòng)時(shí)間繼電器KT，經(jīng)整定時(shí)限后其延時(shí)觸點(diǎn)閉合；信號(hào)繼電器KS和斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的跳閘線圈YT同時(shí)動(dòng)作，使斷路器QF跳閘，并由KS的觸點(diǎn)發(fā)出信號(hào)。斷路器QF跳閘后，由其輔助觸點(diǎn)QF1切斷跳閘線圈YT中的電流。當(dāng)發(fā)生AC或BC相間短路時(shí)，只有1KA或2KA動(dòng)作，動(dòng)作過(guò)程與上述情況類似。6kV線路過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)的歸總式原理圖如下圖：其中，M703、M706為掉牌未復(fù)歸光子牌小母線。圖4—46kV線路過(guò)電流保護(hù)展開(kāi)圖由該圖可以很清楚地看到各個(gè)元件的動(dòng)作過(guò)程（動(dòng)作過(guò)程在歸總式原理圖中已經(jīng)做了相關(guān)介紹，故在此不再重述）。這里也簡(jiǎn)要介紹一下展開(kāi)式原理圖的主要特點(diǎn)。展開(kāi)式原理圖的特點(diǎn)主要有：1.交流電流回路、交流電壓回路（本設(shè)計(jì)沒(méi)有涉及，未繪出）、直流回路分開(kāi)表示；2.屬于同一儀表或繼電器的電流線圈、電壓線圈和觸點(diǎn)分開(kāi)繪出，采用相同的文字符號(hào)，有多副觸點(diǎn)時(shí)加下標(biāo)；3.交、直流回路各分為若干行，交流回路按A、B、C相序繪出，直流回路則基本上按元件的動(dòng)作順序從上到下排列；4.每行中各元件的線圈和觸點(diǎn)按實(shí)際連接順序由左至右排列，每回路的右側(cè)有文字說(shuō)明，引至端子排的回路加有編號(hào)，元件及觸點(diǎn)通常也有端子編號(hào)。歸總式原理圖的展開(kāi)圖接線比較清晰，便于閱讀，還便于了解整套裝置的動(dòng)作程序和工作原理，便于查找和分析故障，因而在實(shí)際工作中應(yīng)用也較多。4.4主接線防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)4.4.1發(fā)電廠的直擊雷保護(hù)為了防止雷直擊于火力發(fā)電廠的配電裝置，可裝設(shè)避雷針，應(yīng)該使所有的設(shè)備都處于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)，此外，還應(yīng)采取措施，防止雷擊避雷針時(shí)的反擊事故。圖4—6為獨(dú)立避雷針在配電機(jī)構(gòu)附近的安放情況圖4—6獨(dú)立避雷針離配電機(jī)構(gòu)的距離根據(jù)規(guī)程的要求，為了防止避雷針與被保護(hù)設(shè)備或構(gòu)架之間的空氣間隙Sk被擊穿而造成反擊事故，必須要求Sk大于一定的距離，若取空氣的平均電抗強(qiáng)度500kV/m,則Sk應(yīng)滿足以下要求：Sk>0.3Rch+0.1h(m)同樣，為了防止避雷針接地裝置和被保護(hù)設(shè)備接地裝置之間在土壤中的間隙Sd被擊穿，必須要求Sd大于一定距離，Sd應(yīng)滿足下式（假設(shè)土壤的抗電強(qiáng)度為500kV/m）：Sd>0.3Rch(m)在一般情況下，Sk不小于5m，Sd不應(yīng)該小于3m。因此，本設(shè)計(jì)中Sk選擇為6m，而Sd選擇為5m。發(fā)電廠的廠房一般不裝設(shè)避雷針，以免發(fā)生反擊事故和引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)作。4.4.2變壓器的防雷保護(hù)附圖一中的三繞組變壓器的高壓側(cè)或中壓側(cè)有雷電過(guò)電壓波襲來(lái)時(shí)，通過(guò)繞組間的靜電耦合和電磁耦合，其低壓繞組上會(huì)出現(xiàn)一定的過(guò)電壓，最不利的情況是低壓繞組處于開(kāi)路狀態(tài)，這時(shí)靜電感應(yīng)分量可能很大而危機(jī)絕緣，考慮到這一分量將使低壓繞組的三相導(dǎo)線電位同時(shí)升高，所以只要在任一相低壓繞組的出線端加裝一只該電壓等級(jí)的閥型避雷器，就能保護(hù)好三相低壓繞組。中壓繞組雖也有開(kāi)路運(yùn)行的可能，但其絕緣水平較高，一般不需要加裝避雷器來(lái)保護(hù)，因而附圖一中也沒(méi)有繪出這一部分。4.4.3小容量直配電機(jī)的防雷保護(hù)這里所說(shuō)的直配電機(jī)的防雷保護(hù)也是指與架空線路直接相連的旋轉(zhuǎn)電機(jī)（主要包括發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、大型電動(dòng)機(jī)等）的防雷保護(hù)。由于本設(shè)計(jì)中所用的電機(jī)容量定為1500kW，容量較小（6000kW以下為小容量直配電機(jī)），所以這類電機(jī)可以不用電纜進(jìn)線段（大容量直配電機(jī)需要使用電纜進(jìn)線段），其保護(hù)接線如圖4—5所示：圖中的FCD為磁吹式避雷器，F(xiàn)S為閥型避雷器，G為電機(jī)，C為電容圖4—61500kW直配電機(jī)的保護(hù)接線圖經(jīng)研究計(jì)算，當(dāng)有雷電流入侵時(shí)，流經(jīng)FCD的雷電流與接地電阻R有關(guān)，R越小則流經(jīng)FCD的雷電流越小，規(guī)程上建議：對(duì)于3，6kV線路：L/R>=200對(duì)于10kV線路：L/R>=150一般的進(jìn)線長(zhǎng)度L可取450~600m。本設(shè)計(jì)中為6kV線路，進(jìn)線長(zhǎng)度選擇為500m，接地電阻選為2歐，但考慮到FE1的接地電阻達(dá)不到以上要求，因此又在L/2處裝設(shè)了一組管型避雷器FE2，如圖4—5中的虛線所示。圖中的FS則是用來(lái)保護(hù)開(kāi)路狀態(tài)的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的。4.5短路電流的計(jì)算4.5.1短路電流計(jì)算的目的1）選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了能使設(shè)備在正常運(yùn)行和故障的情況下都能安全、可靠的運(yùn)行同時(shí)又盡量節(jié)約資金，這就需要按短路情況進(jìn)行校驗(yàn)。2）在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采用限制短路電流的措施，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。3）在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需要按短路條件校驗(yàn)導(dǎo)線的相間和相對(duì)于地的安全距離。4）在選擇主接線的繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需要以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。5）接地裝置的設(shè)計(jì)，也需用短路電流。4.5.2短路電流的計(jì)算本次設(shè)計(jì)短路電流計(jì)算只考慮三相短路為最嚴(yán)重的情況，只對(duì)三相短路進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。1.基本假定：1）正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行；2）所有電流的電動(dòng)勢(shì)相位角相同；3）電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負(fù)荷下運(yùn)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(diǎn)的衰減時(shí)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(jì)；6）不考慮短路點(diǎn)的電流阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流；7）元件的技術(shù)參數(shù)均取額定值，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(jì)。2.系統(tǒng)的等值電路圖如圖4—7：圖4—7系統(tǒng)的等值電路圖系統(tǒng)中所用三繞組變壓器（SEPS7—240000/220型）的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：額定容量240000KVA，高、中、低壓繞組的額定電壓分別為：242、121、15.75kV；空載損耗為175J，短路損耗為800J；高中、高低、中低的阻抗電壓分別為：25.0、14.0、9.0；總重量：258噸。以下數(shù)據(jù)下標(biāo)中的1、2、3分別表示低、中、高壓側(cè)。首先計(jì)算變壓器的等值電抗Uk(1-2)%=25.0；Uk(3-1)%=2×14.0=28.0；Uk(2-3)%=2×9.0=18.0各繞組的短路電壓計(jì)算如下：Uk1%=1=1=17.5Uk2%=12（Uk(1-2)%+Uk(2-3)%-Uk(3-1)%=12=7.5Uk3%=12=12=10.5XT1=Uk1%UN12100XT2=Uk2%UN12100XT3=Uk3%UN12100XT1、XT2、XT3分別對(duì)應(yīng)于等值電路圖中XT1-1、XT1-2XT1-3，由于兩臺(tái)變壓器型號(hào)大小都相同，因而有：XT2-1=XT1-1；XT2-2=XT1-2；XT2-3=XT1-3選取系統(tǒng)的基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓分別為：SB=240MVA,UB=182當(dāng)圖中k1點(diǎn)發(fā)生三相接地短路時(shí)，系統(tǒng)的總阻抗為：X=（XT1-1+XT1-3）//（XT2-1+XT2-3）=（18.3+42.7）//（18.3+42.7）=30.5Ω短路電流的標(biāo)幺值為：I*=EX=由此可以得出短路電流值為：I=I*IB=24.8kA4.6電氣設(shè)備的選擇4.6.1電氣設(shè)備選擇的一般條件一、按正常工作條件選擇1、按額定電壓選擇電氣設(shè)備的額定電壓UN就是其銘牌上標(biāo)出的線電壓，另外還規(guī)定有允許最高工作電壓Ualm。由于電力系統(tǒng)負(fù)荷的變化、調(diào)壓及接線方式的改變而引起功率分布和網(wǎng)絡(luò)阻抗變化等原因，往往使得電網(wǎng)某些部分的實(shí)際運(yùn)行電壓高于電網(wǎng)的額定電壓UNs，因此，所選電氣設(shè)備的允許最高工作電壓Ualm不得低于所在電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓Usm，即Ualm≥Usm（4-1）對(duì)于電纜和一般電器，Ualm較UN高10%～15%，即Ualm=（1.1～1.15）UN而對(duì)于電網(wǎng)，由于電力系統(tǒng)采取各種調(diào)壓措施，電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓Usm通常不超過(guò)額定電壓UNs的10%，即Usm≤1.1UNs可見(jiàn)，只要UN不低于UNs，就能滿足式（4-1），所以，一般可按式（4-2）選擇UN≥UNs（4-2）2、按額定電流選擇電氣設(shè)備的額定電流IN是指在額定環(huán)境條件（環(huán)境溫度、日照、海拔、安裝條件等）下，電氣設(shè)備的長(zhǎng)期允許電流。經(jīng)綜合修正后的長(zhǎng)期允許電流Ial不得低于所在回路在各種可能運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax，即Ial=KIN≥Imax（4-3）式中K——綜合修正系數(shù)，為有關(guān)修正系數(shù)的乘積；Imax——電氣設(shè)備所在回路的最大持續(xù)工作電流，可按表計(jì)算，A。當(dāng)計(jì)及環(huán)境溫度修正時(shí)，K值的計(jì)算如下。對(duì)于裸導(dǎo)體和電纜θal-θK=（4-4）對(duì)于電器40℃＜θ≤60℃時(shí)，K=1-（θ-40）×0.018；0℃≤θ≤40℃時(shí)，K=1+（θ+40）×0.005；（4-5）θ＜0℃時(shí)，K=1.2。式中：θ——實(shí)際環(huán)境溫度，℃；θal——多道題或電纜芯正常最高允許溫度，℃。3、選擇設(shè)備的種類和型式1）應(yīng)按電器的裝設(shè)地點(diǎn)、使用條件、檢修運(yùn)行等要求，對(duì)設(shè)備進(jìn)行種類（如戶內(nèi)或戶外型電器）和型式的選擇。2）除上述考慮海拔、當(dāng)?shù)貙?shí)際環(huán)境溫度的影響外，尚需考慮日照、風(fēng)速、覆冰厚度、濕度等環(huán)境條件的影響。二、電氣設(shè)備的校驗(yàn)以下校驗(yàn)是按短路情況進(jìn)行的，有關(guān)短路電流計(jì)算的相關(guān)問(wèn)題，前文中剛提到過(guò)，在此不再重述，只敘述校驗(yàn)方面的問(wèn)題。1.熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)（1）熱穩(wěn)定校驗(yàn)。1）導(dǎo)體和電纜滿足熱穩(wěn)定的條件為S≥Smin（mm2）（4-6）式中S——按正常工作條件選擇的導(dǎo)體或電纜的截面積，mm2；Smin——按熱穩(wěn)定確定的導(dǎo)體或電纜的最小截面積，mm2。2）電器滿足熱穩(wěn)定的條件為It≥Qk[（kA）2·s]（4-7）式中：It——制造廠規(guī)定的允許通過(guò)電器的熱穩(wěn)定電流，kA；t——制造廠對(duì)定的允許通過(guò)電器的熱穩(wěn)定時(shí)間，s；Qk——短路電流通過(guò)電器時(shí)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，（kA）2·s。（2）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。動(dòng)穩(wěn)定就是要求電氣設(shè)備能承受短路沖擊電流所產(chǎn)生的電動(dòng)力效應(yīng)。1）硬導(dǎo)體滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件為：σal≥σmax（Pa）（4-8）式中：σal——導(dǎo)體材料最大允許應(yīng)力，Pa；σmax——導(dǎo)體最大計(jì)算應(yīng)力，Pa2）電器滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件為ies≥ish（kA）（4-9）式中：ies——電器允許通過(guò)的動(dòng)穩(wěn)定電流（或稱極限通過(guò)電流）幅值，kA；ish——短路沖擊電流幅值，kA。4.6.2電氣設(shè)備的選擇一、斷路器的選擇1）對(duì)于220kV側(cè)，其斷路器的選擇如下：1.按額定電壓選擇UN≥UNS=220kV2.按額定電流選擇Ial=KIN≥ImaxImax=1.05SN3Ｕ=1.05×220×10=606.4AIN=2000A查《發(fā)電廠電氣部分》附錄可選斷路器的型號(hào)為SW2—220Ⅳ，其額定電壓為220kV，額定電流為203.按額定開(kāi)斷電流選擇IK≤INbr IK——全電流有效值；INbr——額定開(kāi)斷電流。IK≈I"1+2e-2t在變電所主母線短路點(diǎn)處，可不計(jì)及非周期分量的影響，所以Ik≈I"I"=24.8kA≤INbr=40(kA)4.熱穩(wěn)定校驗(yàn)：I"=24.8kA，Itk2tk=4.0sQk=Qp+Qnp=tk12（I"=4.012(24.82+10×20.12+18.52)+4.0×24.8=4125.9[（kA）2·s]It=402×4=6400﹥QK，故該斷路器滿足熱穩(wěn)定的要求。5.動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)Ies≥IshIes——電器設(shè)備允許通過(guò)的動(dòng)穩(wěn)定電流Ish——短路電流沖擊值Ish=2.55×24.8=63.24(kA)<80kA所以該斷路器滿足動(dòng)穩(wěn)定的要求綜上所選擇斷路器的型號(hào)為SW2—220Ⅳ，可以滿足系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2）對(duì)于110kV側(cè)，其斷路器的選擇如下：1.按額定電壓選擇UN≥UNS=110kV2.按額定電流選擇Ial=KIN≥ImaxImax=1.05S＝1.05×110×=606.24AIN=16查《發(fā)電廠電氣部分》附錄可選斷路器的型號(hào)為SW2—110Ⅲ，其額定電壓為110kV，額定電流為1600A3.按額定開(kāi)斷電流選擇IK≤INbr IK——全電流有效值；INbr——額定斷開(kāi)電流。IK≈I"1+2e-在主母線短路點(diǎn)處，可不計(jì)及非周期分量的影響，所以Ik≈I"I"=24.8kA≤INbr=40(kA)4.熱穩(wěn)定校驗(yàn)I"=24.8kA，Itk2Itk/2=20.1kA，tk=4Qk=Qp+Qnp=tk12（I"2=4.0