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1、一、前言一一错误!未定义书签。（一）、设计任务的内容1（二）、设计的目的1（三）、设计的原则1（四）、设计的要求2（五）、主接线设计的依据2（六）、对电气主接线的基本要求2二、原始资料的分析3三、主接线方案的确定3（一）、主接线方案拟定3（三）、比较主接线方案5（四）、主接线方案的确定7四、短路电流计算8（一）、短路电流计算的目的8（二）、短路电流计算的条件8（三）、短路电流的计算方法-9五、电气设备选择与校验错误!未定义书签。7六、配电装置间隔断面图32七、设计总结35八、参考文献36附录A37附录B-37附录C40（一）、设计任务的内容3100MW火力发电厂电气部分设计1、电厂为3台100
2、MW汽轮发电机组，一次设计完成。2、有220kV和IlOkV两级电压与系统连接，220KV出线有4回，每回出线最大输送容量为50MVA；IlOKV出线有3回，每回出线输送容量为35MVA。本厂无610kV及35kV出线。3、气象条件：年最高温度38,年最低温度-7。4、系统阻抗在最大运行方式下（SJ=100MVA）,与IlOkv系统的联系阻为0.012,5、发电机参数：型号：QFN-100-2Pe=100MWUe=10.5kVIe=6475Acos=0.85Xd”=0.183（二）、设计的目的发电厂电气部分课程设计是在学习电力系统基础课程后的一次综合性训练，通过课程设计的实践达到：1、巩固“发
3、电厂电气部分”、“电力系统分析”等课程的理论知识。2、熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。3、掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。4、学习工程设计说明书的撰写。5、培养学生独立分析问题、解决问题的工作能力和实际工程设计的基本技能。（三）、设计的原则电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。电气主接线设计的基本原则是以设计任务书问为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，以保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便、尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用
4、、经济、美观的原则。（四）、设计的要求1、分析原始资料2、设计主接线3、计算短路电流4、电气设备选择（五）、主接线设计的依据1、发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用2、发电厂、变电所的分期和最终建设规模3、负荷大小和重要性4、系统备用容量大小5、系统专业对电气主接线提供的具体资料（六）、对电气主接线的基本要求可靠性、经济性、灵活性二、原始资料的分析（一）、本工程情况：从原始资料分析，所要求设计的发电厂类型为大中容量火电厂，总装机容量为300MW,单机容量为100MW。（二）、电力系统情况：一次设计完成。系统阻抗在最大运行方式下（SJ=100MvA）,与IlOkV系统的联系阻抗为0.012,与
5、22OkV系统的联系阻抗为0.068,两系统均视为无穷大容量系统。（三卜负荷情况：有220kV和IlOkV两级电压与系统连接，220KV出线有4回，每回出线最大输送容量为50MVA；IIoKV出线有3回，每回出线输送容量为35MVAo本厂无610kV及35kV出线。（四卜气象条件：年最高温度38,年最低温度-7。三、主接线方案的确定（一）、主接线方案拟定1、变压器台数：根据原始资料，该厂除了本厂的厂用电外，其余向系统输送功率，所以不设发电机母系，发电机与变压器采用单元接线，保证了发电机电压出线的供电可靠，为了能使电源和线路功率均衡的分配，采用两台三绕组变压器与两种升高电压母线连接，另外一台变压
6、器选用双绕组变压器只与220kV母线连接。2、变压器的容量：单元接线中的主变压器容量Sn应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10%的裕度选择，为SNIJPng(I-Kp)COSg(2.1)Png一发电机容量；Pnc = IOOMWSN通过主变的容量KP一厂用电：Kp=8%COSg一发电机的额定功率，CoSG=0.85发电机的额定容量为100MW,扣除厂用电后经过变压器的容量为：SN =LlPr(I-Kp) LlxIOOCOS-0.85= 129.41MVA(2.2)由发电机参数和上述计算及变压器的选择规定,主变压器选用1台220KV双绕组的变压器和两台220KV三绕组的变压器。一台2
7、20KV的双绕组变压器选择用SFP7-150000/220,两台220KV三绕组的变压器选择用SFPS7-150000220o型号含义：S三相F风冷/SP强迫油循环水冷P无励磁调压S三绕组1.铝芯由文献【2】可知：表1双绕组主变压器：SFP7-150000/220额定容量(kVA)额定电压(kV)连接组标号损耗(kW)阻抗电压(%)空载电流(%)运输重量(t)参考价格(万元)综合投资(万元)高压低压空载短路15000022022.5%10.5Ysd11281102013.61.0151197890.4两台三绕组主变压器SFPS7-150000/220参数为：额定容量比()：100/100/50
8、额定电压(kV)：220/121/10.5空载损耗(kW)：123.1短路损耗(kW)：高一中510,高一低165,中一低227阻抗电压()：Uk1-2=23.5Ukl-3=14.5Uk2-3=8.0空载电流(%)：1.0运输重量(t)：106参考价格（万元）：71.7综合投资（万元）：84.6（二）、主接线方案：1、22OkV电压级。出线回路数为4回，每回出线最大输送容量为50MVA。为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母分段带旁路接线或双母线带旁路接线，以保证其供电的可靠性和灵活性。因为本厂无610kV及35kV出线，所以直接是发电机与变压器相连升压。2、IIokV电压级。出线回路数为3
9、回，每回出线输送容量为35MVA。同样为使其出现断路器检修时不停电，应采用单母分段带旁路接线或双母线带旁路接线，这里的旁路断路器不用设专用旁路断路器，可以用分段断路器兼作旁路断路器。根据变压器的组合方案拟定主接线的初步方案，并依据对主接线的基本要求，从技术上进行论证各方的优、缺点，淘汰了一些较差的方案，保留了两个技术上相对较好的方案。如图（1）和（2）：（三）、比较主接线方案1、技术上的比较：方案1供电可靠，检修出线断路器时不至使供电中断。方案2供电更加可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至使供电中断；调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地
10、适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；扩建方便，向双母的左右任何一个方向扩建均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电；便于试验，而且能使电源和线路功率均衡的分配。2、经济上的比较，由于方案1使用更多的断路器与隔离开关，以致使方案1的投资比方案2要大很多，增加了旁路间隔和旁路母线，每回间隔增加一个隔离开关，大大的增加了投资，同时方案1方案2多占用了土地，当今我国的土地资源比较缺乏。220kVVVHOkV图（1）双母带旁路接线（方案D（四）、主接线方案的确定从技术和经济的角度论证了两个方案，方案2都要比方案1明显占优势，主要是方案2使电源和线路功率分配更合理、有效；使用比
11、方案1更少的断路器，减少了经济投资。所以比较论证后确定采用方案2。主接线图见附录A。四、短路电流计算（一）、短路电流计算的目的1、电气主接线的比选。2、选择导体和电器。3、确定中性点接地方式。4、计算软导线的短路摇摆。5、确定分裂导线间隔棒的间距。6、验算接地装置的接触电压和跨步电压。7、选择继电保护装置和进行整定计算。（二）、短路电流计算的条件1、基本假设（1）正常工作时，三项系统对称运行。（2）所有电流的电功势相位角相同。（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻略去不计。（6）不考
12、虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流。（7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。（8）输电线路的电容略去不计。2、一般规定（1）验算导体的电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。（2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点。（4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。（三）、短路电流的计算方法对应系统最大运行方式，按无
13、限大容量系统，进行相关短路点的三相短路电流计算，求得r、i.h、ISh值。一一三相短路电流；ish三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。Ish三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的的热稳定。Sd三相短路容量，用来校验断路器和遮断容量和判断容量是否超过规定值，作为选择限流电抗的依据。a、电抗图及电抗计算由3X100MW火电厂电气主接线图和设计任务书中给出的相关参数,可画出系统电抗图如图4-1所示选取基准容量为Sj=100MVAUj=Uv=1.05UeSj基准容量（MVA）；Uav所在线路的平均电压（kV）。以下均采用标幺值计算方法，省去“*二1、对于QFN1002发电机电抗：
14、7=8=12=d%=o.83X=0.156Se100/0.852、SFP7-15000/220型双绕组变压器的电抗：XlI=绝n=0.116100S图（41）式中也变压器短路电压的百分数（）；Sc最大容量绕组的额定容量（MVA）；Sj基准容量（MVA）03、SFPS715000220型三绕组变压器高压、中压、低压的电抗值:1SX9=Xio=-（Ud即+Ud梆一Ud中低）寸=（14.5+23.5-8.0）=0.1252001201SiX3=X4=一（Ud制，+Ud中低-Ud高低）200Se=0.0711SX6=X5=一（Ud而低+Ud中低-Ud高中）200Se=-0.0044、线路阻抗（设计任务
15、书中已给出）：X=0.012X2=0.068b、IIOKV母线发生短路时（即&点）的短路计算:对电抗图（4-1）进行化简（如图46）所示并计算:X22=X2+Xi6+Jx坨=0.068+0.063+。68”.063=0j47X130.272YYX23=X3X6+1316=0.587X?X24=X23/7X14=0.067图(46)图(47)图(48)X25=X 5+X24+ 乂!/?W=0.118X22X26= X15+X22+-=O.259X 24图(4一9)图(410)X27=X267Xl=0.011短路点短路电流的计算：根据任务书的要求,系统是在最大运行方式下进行短路计算,而且系统为无穷
16、大容量系统：Sj因此，对于无限大容量系统：Lj=同(基准电流)Ee=IH短路电流周期分量的标幺值；1，一一0秒短路电流周期分量的标幺值；X*电源对短路点的等值电抗标幺值；1%时间为8短路电流周期分量的标幺值。对于无限大系统提供的短路电流：S.11JI(Y)Ii=Iz=U=Iji(=I*zIj)=-=!X-7=4.65X27X273(y10.0113115对于有限电源提供的短路电流按下式计算:seyl/l=l*zllc-I*zlj=火电厂的总容量为Sc=3=352.941().85计算电抗：Xjsi=X25-=0.118352941=0.416Si100查汽轮机运算曲线得(Os、2s、4s时)：
17、I.Os=3.5O；I*.2s=2.70;1.os=3.5Ox3廿941=63193115Iz.2s=2.7012941=48743115Iz.4s=2.652941=4.7843115短路容量：Sd.ts=3UavlIz.tsSd.0s=31156.319=l235.365Sd2s=3ll54.874=952.876Sa.4s=31154.784=935.272短路电流为：Ii.os=Ii+Iz.0s=4.65+6.319=10.97KAI.,=Ii+Iz.2s=4.65+4.874=9.524KA11.4s=h+Iz.4s=4.65+4.784=9.434KA短路功率：SdI=3UavI1
18、1.0s=3Xl1552.819=10508.34t(s)时刻短路瞬间短路电流的最大值：Imi.Os=2II.os=210.97=15.514KAImI2s”=2I.2sz,=29.524=13.469KA!ml.4s=2h4s=251.284=13.34IKA短路冲击电流：ish二iKhIJ无限大容量电源：查电力工程电气设计手册电气一次部分P141当短路发生在高压母线上,取Ksh=1.85由此可知ishCi=血X1.85x4.65=12.044KA火电厂：取KSh=I.90由此可知ishHi=J5xl.9OxIzos=5xl.9Ox6.319=16.8O9KA所以短路冲击电流ish=ishc
19、+ish=28.853KA短路全电流最大有效值：Ish=Iw+2(KD2Ishci=I“+2(1.85-1)2=4.6571+2O.852=7.271IshHi=Iz.Osl+2(1.90-l)2=6.3191+20.902=10.223Ishl=IshCl+IshHl=I7.494KAc、220KV母线上发生短路时(d2点)的计算将系统电抗图简化(如图4-2)并计算：Xi3=Xn+Xi2=0.272Xi4=I(X5+X7)=I(X+X8)=0.07615=i3=0.0352X6=-X9=0.0632X7=X+Xi5=0.047YYX8=X7X6+1716八I“八八.1160.063ClyIC
20、=0.116+0.063+=0.1490.112YVx9=x6+X4+1614=0.241X7X20=X2X18=0068x244=00470.068+0.244VVv0.2560.236IeCX21=X13X19=0.1280.256+0.236短路点短路电流的计算:根据任务书的要求,系统是在最大运行方式下进行短路计算,而且系统为IlOKV和220KV系统为无穷大容量系统:因此对于无限大容量系统小晟(基准电流)SH短路电流周期分量的标幺值；IJ。秒短路电流周期分量的标幺值；X*电源对短路点的等值电抗标幺值；I、一一时间为8短路电流周期分量的标幺值。5.1 11/1I_1100h=Iz=U=I
21、j2(=I*zIj)=-=X20X20Uj20.0473230对于有限电源提供的短路电流按下式计算：SeZ!/(I*ztIe/I*z(p=M2火电厂的总容量：Se=3-=352.94MVA().85计算电抗：Xjs2=X2=0.128351941=0.451S-1OOXjS额定容量下的计算电抗;S*各电源合并后总的额定容量(KVA)OIzust(s)时刻短路电流周期分量的有效值(kA)o查汽轮机运算曲线得(Os、2s、4s时)：I*0s=2.35;I*.2s=2.05；I*.4s=2.30.*.Iz.Os=I*sIez=2.35-2941=2.336以下同3230Iz.2s=2.05方”4I=
22、i7283230Iz.4s=2.30x艺为4I=i5243230短路容量：Sd.ts=3Uav2Iz.1sSdOs=32302.336=930.596Sd.2s=32301.728=688.386Sd.4s=32301.524=608.314短路电流为：I2.Os=12+Iz.0s=5.347+2.336=7.683KAI22Z=12+Iz.2s=5.347+1.728=7.075KAI2.4s=12+Iz.4s=5.347+1.524=6.871KA短路功率：Sd2=3Up2l2.0s=32307.072=3004.053MVAts时刻短路瞬间短路电流的最大值：Im20s=2l2.os=27
23、.072=10.756Im22s=y2b2s”=9.905Im24s=2l24s”=9.619短路冲击电流：ish二iKhL”无限大容量电源：查电力工程电气设计手册电气一次部分P141当短路发生在高压母线上，取KSh=I.85由此可知ishC2=21.855.347=13.849KA火电厂：取Ksh=1.90由此可知ishH2=21.90Iz.OS=21.902.336=6.213KA所以短路冲击电流ish2=ishC2+ishH2=20.062短路全电流最大有效值：1.h=r,+2(21)2IshC2=ha1+2(1.85-1)2=5.347X7l+2O.852=8.361IshH2=Iz-
24、OsJl+2(1.90-l)2=2.33671+20.902=3.781Ish2=Ishc2+IshH2=8.361+3.781=12.142KAd、发电机双绕组变压器发电机出口短路时(即d3点)的短路计算:对电抗图(4-1)进行化简并计算：X28=X+Xi5=0.047YVX29=x6+X28+1628=0.149XgVYX30=X16+X4+1614=0.241XzxX3i=X29#X2=0.047VVX32=X31+X11+3111=0.216X 30VYX33=X1+X30+11=0.952X31VVX34=X31X30+31-=0386XuX35= X2X33=0.1340.1560
25、.7810.156+0.781图(4一11)三(4-12)图(413)图(414)图(415)计算短路点的短路电流对于无限大系统提供的短路电流：IS/Oo卜=Iz=Io0=Ij3(=I*zIj)=tj-=xi=25.936KAX32X32J3与30.186310.5有限电源提供的短路电流按下式计算：seyl/l=l*zllc-I*zl；=即，3火电厂的总容量：Se=3=352.94IMVA().85计算电抗：Xjs3=X35=0.134X352,941=0.473Sj100查汽轮机运算曲线得(Os、2s、4s时)：I*0s=2.25;I*.2s=1.90;I*.4s=2.10Iz.os=2.3
26、52-941=43.666310.5Iz.2s=1.90浮41=36.874310.5Iz.4s=2.20泞,I=40.755310.5短路容量：S(J.ts=3Uav3Iz.1SSd0s=3l0.543.666=794.133Sd2s=3l0,536.874=670.610SQ动稳定Ish=20.062KAIemIsh220KV隔离开关GW4220(DW)Un=220NIn=1250/2000/2500A最高电压UmaX=252左丫分、合闸时间4S动稳定电流Iem=I25kA(峰值)热稳定电流50kA(有效值)热稳定时间3s热稳定Qp=p=(Z2+10/+)=202(KA)2*S122QnP
27、=Tr2=4.72(KA)2*SQ=206.72(KA)2*SZ2*4=10000(KA)2*SQ动稳定Iem=I25kAish220KV的电流互感器1B-220额定电压220kV额定一次电流600A额定二次电流5A频率50Hz级次组合b/b/b/0.5IS热稳定倍数（倍）40动稳定倍数100热稳定(K)2=576(KA)2*SQ动稳定收INlKG=84KA220KV的电压互感器TYD-220/3-0.0075额定电压220/石、0.130.1(KV)分压电容00075(F)准确等级/二次绕组极限负荷0.2/1OO0.5/2001/400(VA)220KV母线避雷器Y10W1-288/593避
28、雷器额定电压有效值228(KV)系统额定电压有效值220KV220KV侧母线70-38=606.3A551.123A70-25QP=Iq力=上(广+10/+/：)=202(KA)2*S12fQNP=TI2=2.951(KA)2*SQ=Qp+Qnp=204.951(KA)2*SJ2w=+(%-)警=64.440CC=C2+2w(Cl-C2)=89.2401-wS=40*5=200MM2162.021MM2满足热稳定Ish=20.062KA相间点动力Fph=1.73*107*-京=31-65N/MaW=bh23=0.005*0.0423=2.67*106m3相间应力FC=IPhL=1i85*l()
29、6paIOw根据2=0.125,j=0.111查得形状系数Ki2=0.51hb+h条间点动力Fb=2.5K2*108b=1026.33N/M最大允许衬垫跨距1.bmaX=by=0.366m铝双条导体丸取1003衬垫临界跨距1.C尸bjhfb=0.4m每跨选取2个衬垫时，Lb=-J=l3=0.333mLbma390.187(KA)2*S动稳定Iem=I00KAish=28.853KAHOKV隔离开关GW4-110DWUn=WOkVIn=630A分、合闸时间4S动稳定电流Iem=50kA(峰值)热稳定电流20kA(有效值)热稳定时间4s热稳定Ite2t=1600(KA)2*S390.187(KA)
30、2*S动稳定Iem=50KAish=28.853KAIlOKV的电流互感器1B2-110额定电压IlOkV额定一次电流600A额定二次电流5A频率50Hz级次组合b/b/b/0.5IS热稳定倍数(倍)35动稳定倍数75热稳定(K刈)2=441(KA)2*SQ动稳定INTKj63.6KA，mIlOKV的电压互感器TYD110J0.015H额定电压110/6、0.13剩余电压绕组0.1(KV)分压电容0.015(F)准确等级/二次绕组极限负荷0.2/100、0.5/200、1/400(VA)IlOKV母线避雷器Y10W1-108/282避雷器额定电压有效值108(KV)系统额定电压有效值IIOKV
31、IlOKV母线S353IO3Igmax110=10.5=1.05r-=578.679A5E3H0170_3WiM石=1195A578.7AQp=z=-L(p+o2+/：)=16247(KA)2*S12yQnp=2T=726(KA)2*SQk=Qp+Q11p=16973(KA)2*S/2“=+(al-)=45.50CIaIeC=C2+-w-(Cl-C2)=96.8-。SMIN=-yQKs=766.8mm2S=80*10=800mm2766.8mm2满足热稳定Ish=28.853KA相间点动力Fph=I.73*10-7*-=65.46N/MaW=bh23=0.01*0.0823=21.33*10-6m3相间应力11-=fph=3.069*IO5PaIoW根据2=0.125,i=0.111查得形状系数K12=0.51hb+h条间点动力Fb=2.5K12*108b=1061.43N/M最大允许衬垫跨距1.bmaX=bfb=1.024m每跨选取1个衬垫时，Lb=l2=0.5QK动稳定拒lm=63.6KAaIOKV电压互感器TYD-IOi0.015H额定电压10/6、0.13剩余电压绕组0.1(KV)
