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2300MW火力发电厂设计电气工程及其自动化毕业论文摘 要随着我国经济发展，对电的需求也越来越大。电作为我国经济发展最重要的一种能源，主要是可以方便、高效地转换成其它能源形式。电力工业作为一种先进的生产力，是国民经济发展中最重要的基础能源产业。而火力发电是电力工业发展中的主力军，截止2006年底，火电发电量达到48405万千瓦，越占总容量77.82%。由此可见，火力电能在我国这个发展中国家的国民经济中的重要性。该设计主要从理论上在电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择、配电装置的布局、防雷设计、发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，并与火力发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济性和灵活性，通过计算论证火电厂实际设计的合理性与经济性。采用软件绘制了大量电气图和查阅相关书籍，进一步完善了设计。关键词：主接线设计，短路电流，配电装置，电气设备选择，继电保护 AbstractWith the developing of economy in our country, we need more and more Electricity energy. The Electricity is the most important energy of economic development which can be conveniently and efficiently converted into other forms of energy. The Electricity industry as a advanced produced energy. It is the most important basic energy industry. And the thermoelectricity is the main energy in the Electricity industry .Until the end of 2006,power Electricity produce is 48405 kilowatt, occupied 77.82 percent in the entire capacity. So thermoelectricity energy plays an important role in our country which is a developing country.In this design, I will mainly discuss main electric connection design, short circuit account, electric equipment choice, electric equipment layout, lightning strike defending design, electrical machine, transformer and generatrix protective relaying detailedly in theory and comparing with the power plant, while ensuring the reliability of the design, under the premise we should also take into account economic and flexibility demonstrated by calculating the effective thermal power plant design and reasonable economy. During my counting and demonstrating, in order to consummate my design, I will protract a great lot of electric engineering-pictures following the new criterion of electric engineering-enchiridion.Key words：main electric connection design，short current，electric equipment choice electric equipment layout，protective relaying目录1 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的目的与意义21.3 原始资料21.3.1 原始数据21.3.2 环境条件32 电气主接线设计42.1 电气主接线的基本要求42.2 电气主接线分析42.3 对原始资料的分析62.4 电气主接线方案比较及确定63 厂用电的设计93.1 厂用负荷分类93.2 厂用电的电压等级93.3 厂用电源及其引接方式104 变压器的选择134.1 主变压器的选择原则134.2 厂用变压器的选择原则134.3 确定变压器台数及容量135 短路电流计算165.1 短路电流计算目的及规则165.2 短路等值电抗电路及其参数计算166 电气设备的选择216.1 电气设备选择的一般条件216.2 电气设备的整定计算236.2.1 高压断路器的选择236.2.2 隔离开关的选择256.2.3 电压互感器的选择276.2.4 电流互感器的选择296.2.5 避雷器的选择327 发电机-变压器组继电保护配置347.1 发电机的继电保护配置347.2 变压器的继电保护配置358 配电装置378.1 屋内配电装置388.2 屋外配电装置389 锅炉概况40参考文献441 绪论1.1 课题背景电力工业是国民经济的重要部门之一，是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，其发展水平是反映国家经济发达程度的重要标志，和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行，电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。近几年随着我国工业的高速发展，我国电力工业超常规发展，每年装机容量超过30万千瓦、60万千瓦亚临界火电机组成为我国电网的主力机组，百万千瓦的超超临界火电机组已经在建。目前，我国30万千瓦、60万千瓦的火力发电机组，70万千瓦的水力发电机组，在国际招标中中标成功率大于90%以上。这几年电力工业之所以能飞速发展，其重要原因是，为中国电力市场提供的火力发电设备主要立足于国内生产。这一观点得到国内各发电公司以及电厂老总们的认同。今天电气制造企业的国内用户率已达到75%以上。火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。目前，我国的电力工业已经进入“大电网”、“大机组”、“超高压，交直流输电”、“电网调度自动化”、“状态检修”等新技术发展新阶段，一些世界水平的先进技术，已在我国电力系统得到了广泛的应用。随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长，电力工业的发展仍不能瞒足整个社会发展的需要。另外，由于我国人口众多，因此在按人口平均用电方面，仍只处于中等水平，尚不能及全世界平均人口用电量的一半。2008年人均用电量2596kWh，人均占用发电装机容量仅为0.6kW；我国第二产业用电比重为76.49%，第三产业为9.78%，生活用电比重为11%。由此可见，我国人均用电水平远低于发达国家，与完成其工业化进程国家的电力指标相比，我国经济发展正处于工业化进程的中后期，我国用电远低于国际水平。因此我国电力工业必须持续，稳步地大力发展，一方面要加强电源建设，搞好“西电东送”，确保电力先行，另一方面要深化电力体制改革，实施厂网分家。1.2 课题研究的目的与意义本设计要求能运用电机、发电厂、变电所电气部分，高电压技术，电力系统自动化，电力系统继电保护等专业知识解决实际问题。我国是发展中国家，我国的电力工业长期以来依靠多家办电的政策，吸引了投资，促进了我国电力工业的发展；并通过引进、消化、吸收和技术创新，极大地提高了电力的技术水平和装备水平；通过坚持不懈的达标、创一流工作，大大提高了电力企业的管理水平，很多电力企业，尤其是一些发电厂的管理水平可以与发达国家的电厂的管理一比高低。因此，研究火电厂设计有着重大意义，像我国某些二期发电工程，发电能够满足广大寒冷地区冬季的采暖供热，采用水塔排烟(烟塔合一)新工艺是自主设计、自主施工、具有自主知识产权的先进工艺技术。二期工程建设引进国内外先进的环保技术和设施，实现一期已建成机组与二期工程同步进行100烟气脱硫；在采用低氮燃烧技术的基础上，二期锅炉采用100烟气脱硝系统和采用高效除尘器，排放指标较低。引进污水处理厂提供的中水，作为发电冷却用补充水，每年可节约优质水资源，促进循环经济和社会的可持续发展。锅炉采用干除灰、干排渣技术。灰、渣及脱硫石膏100综合利用和深加工，变废为宝，实现零排放。1.3 原始资料1.3.1 原始数据1、发电厂建设规模类型：凝气式火电厂最终容量、机组的型式和参数：表1.1 300MW汽轮发电机的主要技术参数型号额定功率（MW）额定电压(KV)额定电流(A)功率因数()瞬变电抗（Xd%）同步电抗（Xd%）超瞬变电抗(X”d %)QFSN-300-230018113200.8531.93236.3517.1年利用小时数：6000h/年2、电力系统与本厂的连接情况（1）电厂在电力系统中的作用于地位：地区电厂 （2）发电机连入系统的电压等级：220kV（3）电力系统总装机容量：8000MW，短路容量：12000MVA3、电力负荷水平（1）220kV电压等级：架空线6回,输送距离80，级负荷，最大输送400MW，Tmax=5000h/a（2）110kV电压等级：架空线4回，级负荷，最大输送161MW，Tmax=4300h/a（3）厂用电率：6.5%1.3.2 环境条件1、厂址特点及自然环境 某电厂位于某市区以西约20km的昭平湖水渠西岸的四山村，靠近铁路，能够运用铁路运输，地势有农田、丘陵和群山。自然地面标高75m115m，由II级阶地及IV级阶地组成，呈阶地丘陵地貌景观。原始地形为阶地丘陵，最高115m，由于长期的侵蚀，河谷较发育，地面标高一般在75m以上，整个厂区相对高差40m左右。2、厂区工程地质条件 该地区构造比较简单，属相对稳定地块，区域内无孕地震构造，根据1990年我国地震烈度区划图的划分，地震基本烈度为小于6度地震区，主厂房地段可利用强风化粉砂岩作为地基的主要持力层，烟窗地段利用中等风化泥质粉砂岩作为桩基的主要持力层，干煤棚地段利用卵石层作为地基的主要持力层，升压站、净化站、风水处理站区利用下部冲积粉质粘土作为地基主要持力层。3、水文气象条件厂址：P=1%,洪水位：84.11m，取水口：P=97%，设计枯水位：73.1m，气温：最高40.0、最低-7.7、平均18.0，湿度：年平均相对湿度81，降雨量：全年平均1646.5mm，气压:全年平均1005.5HPa,风速：最大18.0m/s、平均2.1m/s。2 电气主接线设计发电厂的电气主接线，是由高压电器设备通过连接线组成接受和分配电能的电路，也称为一次接线。它反映各设备的作用，连接方式和各回路间相互关系，从而构成发电厂或变电所电气部分的主体。电气主接线是连续供电和电能质量的关键环节，它直接影响着配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择，它必须满足工作可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和发展的可能性等基本要求。2.1 电气主接线的基本要求1、保证必要的供电可靠性和电能质量安全可靠是电力生产的首要任务，停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更严重，往往比少发电能的损失大几十倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。2、具有一定的灵活性和方便性主接线不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小，具有发展和扩建的可能性。3、具有经济性在主接线设计时，在满足供电可靠的基础上，尽量使设备投资费和运行费为最少，注意节约占地面积和搬迁费用，在可能和允许条件下应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。2.2 电气主接线分析1、单元接线其是无汇流母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种，接线简单、开关设备、操作简便。本设计中机组容量为300MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器。这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。2、单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线优点：在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不带电，通常两侧的开关处于合闸状态，检修时两两互为热备用；检修QF时，可不停电；可靠性高，运行操作方便。缺点：增加了一台旁路断路器的投资。3、单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线优点：可以减少设备，节省投资；同样可靠性高，运行操作方便。4、双母线接线优点：供电可靠，优点是供电可靠，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致使供电中断。一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一回路母线的隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其他线路均可通过另一组母线继续运行；调度灵活，各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化地需要，通过倒换操作可以组成各种运行方式；扩建方便。缺点：由于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。增加一组母线和多个隔离开关，一定程度上增加一次投资。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作，需装设连锁装置。双母线接线适合于出线回路为5回及以上且在系统内居重要地位时。5、双母线带旁路母线的接线优点：增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。缺点：多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作。6、内桥接线在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单。而在变压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电，并且操作复杂。因而该接线一般适用于线路较长（相对来说线路的故障机率较大）和变压器不需要经常切换（如火电厂）的情况。内桥接线的适用范围为两回进线，两台主变，正常运行方式下，桥开关处于闭合状态，优点：具有一定供电可靠性，使用高压断路器少，一次投资少。缺点：没有扩建可能性，高压进线只有两回，没有出线可能，内桥接线不适合有穿越功率通过。2.3 对原始资料的分析从原始资料可以知道，本电厂属于地区性火力发电厂，有两台300MW的发电机组成，建成后装机总容量为8000MW，该电厂的发电容量除了本厂厂用电后剩余的电力向系统供电。因此，本电厂在系统中有重要作用。电厂是否安全、可靠运行直接影响该地区的经济效益，可见该电厂的重要性。2.4 电气主接线方案比较及确定第一种方案是：300MW发电机G-1，G-2采用单元接线通过双绕组的变压器与220KV母线相连，220KV电压级出线为6回，因此其供电要充分考虑其可靠性，所以我们采用双母线接线。这样一来就避免了断路器检修时，不影响对系统的供电。断路器或母线故障以及母线检修时，减少停运的回路数和停运时间，保证了可靠的供电。有原始资料可知发电机不与110KV的母线相连，故在220KV、110KV及厂用电6KV的三个等级上采用的联络变压器为三相三绕组变压器相连，110KV母线采用双母接线。如图2.1所示：图2.1 方案一第二种方案是：由方案一，我们很容易想到220KV母线采用双母带旁路连接，110KV母线采用双母线连接，如图2.2所示:图2.2 方案二现对这两个方案进行综合比较，如表2.1表2.1 方案比较方案性能方案一方案二可靠性1、接线简单，设备本身故障率少2、母线故障时，须短时切除较多的电源和线路，这对特别重要的大型发电厂和变电站是不允许的。1、 断路器检修时，仍有继续供电，提高可靠性；2、 220KV出线在4回以上，宜采用带专门旁路断路器的旁路母线灵活性1、运行方式相对简单，灵活性差2、调度、检修、扩建方便3、倒闸操作复杂，容易产生误操作1、倒换操作复杂、增加误操作机会2、自动化系统复杂化经济性1、设备相对少，投资小1、设备相对多，占地面积大，投资较大通过对两种主接线可靠性、灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，现确定第二方案为设计的最终方案。3 厂用电的设计发电厂在启动、运转、停机、检修的过程中，有大量以电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理等辅助设备的正常运行。 这些电动机及全厂的运行操作、试验、检修、照明等用电设备都属于厂用负荷。总的耗电量，统称为厂用电。300MW汽轮发电机组厂用电接线的要求：1、每台机组的厂用电系统应是独立的；2、全厂性公用负荷应分散接入不同机组的采用母线或公用负荷母线；3、厂用电的工作电源及备用电源接线应能保证各单元机组和全厂的安全运行；4、充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设备；5、设置足够的交流事故保安电源，当全厂停电时，可以快速启动和自动投入向保安负荷供电。3.1 厂用负荷分类发电厂厂用负荷根据其重要性、合理提供电源和供电方式，负荷可分以下几类：类负荷：在瞬时短时停电，可能对人身和设备造成安全，使生产停顿或发电量大幅度下降，如送、引风机、给水泵等负荷，要求这类负荷的供电系统可靠，工作电源故障后，应有备用电源自动投入。对设备配置上要有备用设备，双电源供电，自动切换。类负荷：这类负荷允许短时停电，但如停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产，如磨煤机、碎煤机等负荷。这类负荷供电与类负荷相似，电源也应可靠，但是备用电源可不自投，而用手动投入即可。类负荷一般也有备用设备，如不配备用设备，也要双电源供电。类负荷：一般与生产工艺过程无直接联系，即使较长时间停电，也不会直接影响到电厂正常运行，如油处理设施及中央修配厂等负荷。这类负荷的供电的可靠性可以略低些，允许只有一个电源。3.2 厂用电的电压等级对300MW机组的厂用电，根据国内若干电厂的设置情况，厂用电采用6KV和380V两个电压等级。配电原则是：200KW及以上的电动机采用6KV电压供电，200KW以下的电动机采用380V电压供电。可使厂用电系统简化、设备减少，但许多2000KW以上的大容量电动机接在6.3KV母线上，也会带来设备选择和运行方面的问题。设计时都是经过诸多因素的综合比较后确定。1、发电厂厂用高压电压 综合考虑厂用系统的短路电流水平及断路器的开断电流，以及高压厂用系统中最大一台电动机正常工作启动时，厂用母线电压不低于80%额定电压的要求。厂用高压选用6KV电压等级，通过合理选择变压器容量及阻抗值，电动机启动电压均可满足要求。 2、发电厂厂用低压电压 主厂房的低压厂用电系统采用动力与照明分开供电方式，动力与照明网络电压为380V，低压厂用电压为380V，辅助厂房的低压电压均为380V。 3、电动机的引接T1T2GT图3.1 厂用电源引接方式200KW及以上的电动机接6KV，200KW电动机接380V。3.3 厂用电源及其引接方式发电厂的厂用工作电源，必须供电可靠，且能满足电厂各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设置备用、启动电源和事故保安电源。一般电厂中都以启动电源兼作备用电源。1、厂用工作电源及其引接对于大容量的机组，各台机组的厂用工作电源必须是独立的，是保证机组正常运行最基本的电源，要求供电可靠，而且要满足整套机炉的全部厂用负荷要求，并可能还要承担部分公用负荷。300MW机组都采用发电机变压器组单元接线，并采用分相封闭母线。机组厂用电源都从发电机G至主变压器T之间的，即从发电机出口经高压厂用变压器T1、T2将发电机出口电压降至所要求的厂用高压，如图3.1所示。图2-1在这种接线方式下，发电机、主变压器、厂用高压变压器以及相互连接的导体，任何一个元件故障都要断开主变压器高压侧的断路器并停机。因此，仅当发电机处于正常运行时，才对厂用负荷供电；在发电机处于停机状态、启动时发电机电压建立之前或停机过程电压下降时，都不能对厂用负荷供电。这就需要另外设置独立可靠的启动和停机用的电源。停机电源是指保证发电机安全停机的某些厂用负荷继续运行一段时间所需的电源。2、厂用备用电源与启动电源备用电源用于因工作电源事故或检修而失电时替代工件电源，起后备作用。备用电源应具有独立性和足够的供电容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电下仍能从系统获得厂用电源。启动电源一般是指机组在启动或停机过程中，工作电源不可能供电的工况下为该机组的厂用负荷提供电源。0s投入PC柴油发电机备用工作PC正常工作PC正常工作PC保安PC10min投入PC5s投入PC图3.2 事故保安电源引接方式300MW机组的启动、备用厂用电源和其它机组一样，采用启动电源兼备用电源的方式设置，而且一般都经启动/备用变压器从220KV系统引接，具有很高的可靠性。这种除起备用电源和启动电源的作用外，也承担了发电机停机电源的作用。对于300MW机组，一般每两台设一套公用的启动/备用变压器。对于低压380V的备用电源，与低压工作电源的引接相似，也从中压厂用母线经低压变压器引接，但低压工作电源与备用电源取自中压厂用母线的不同分段上。3、事故保安电源对300MW机组，启动/备用变压器通常接于110KV系统，供电的可靠性已相当高，但仍需设置后备的备用电源，即事故保安电源。当厂用工作电源和备用电源都消失时，为确保能安全停机，应设置事故保安电源，以满足事故保安负荷和连续供电。300MW机组每台机一般设一台柴油发电机，采用每机组一台柴油机分时间段的接线，图3.2所示。保安负荷时间，分为以下几种：（1）瞬时启动负荷，即全厂停电时须在数秒内投入的负荷，如润滑油泵等。（2）延时投入负荷，可按主机停运程序分期延时投入的负荷。如顶轴油泵、盘车电动机等。因而一般把保安负荷分为0s、50s后和10min后投入三类，分别设三个MCC。（3）厂用电基本接线形式厂用电接线方式合理与否，对机、炉、电的辅机以及整个发电厂的工作可靠性有很大影响。厂用电的接线应保证采用供电的连续性，使发电厂能安全满发，并满足运行安全可靠、灵活方便等要求。300MW机组通常都为一机一炉单元式设置，采用机、炉、电为一单元的控制方式，因此，采用系统也必须按单元设置，各台机组单元（包括机、炉、电）的厂用系统必须是独立的，而且采用多段（两段或四段）单母线供电。4 变压器的选择4.1 主变压器的选择原则1、为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台；2、在计算通过主变压器的总容量时，至少应考虑510年内负荷的发展需要，并要求，在发电机电压母线上的负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；3、发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度；4、发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；。5、容量为300MW及以下机组单元单元接线的主要变压器和330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器；6、变压器按其每相的绕组分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；发电厂以两种升高电压级向用户供电或与系统连接时，可以采用2台双绕组变压器或三绕组变压器。4.2 厂用变压器的选择原则厂用变压器的选择主要考虑高压厂用工作变压器和启动设备变压器的选择，其选择包括变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗。1、厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定，变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压一致。2、变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。3、厂用高压备用变压器或起动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器容量相同；低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。4.3 确定变压器台数及容量1、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，所以不设发电机母线，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，300MW发电机组的主变压器选用双绕组变压器2台。向本厂供电变压器选用三相式双绕组变压器2台，厂用备用电源选用双绕组变压器1台，三个电压等级的母线之间的母连变压器选用三相三绕组变压器。2、容量：单元接线中的主变压器容量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。 （4.1）式中为发电机容量；为通过主变压器的容量；为发电机的额定功率， ；为厂用电率，=6.5%发电机G-1、G-2的额定容量为300MW，扣除厂用电后经过变压器的容量为： = （4.2）经计算后选取变压器如下：（1）300MW发电机组所选变压器型号为：SFP-360000/220两台；（2）三个等级母线间的变压器型号为：SFPS-240000/220一台；（3）与300MW发电机组相连的厂用变压器型号为：SFF7-40000/18两台；（4）厂用备用电源变压器型号为：SF27-40000/110一台；（5）连接6KV与三绕组变压器的变压器型号为：SFF-31500/15一台。其具体参数如表4.1所示：表4.1 所选变压器型号及其参数型号额定容量（KVA）额定电压（KV）阻抗电压（UK%）空载电流（%）空载损耗高压中压低压SFP-360000/22036000024222.5%1814.30.28190SFPS-240000三绕组24000024222.5%12115.75高中高低中低17525149SFF7-40000/18400000/2200001822.5%6.36.3全穿越半穿越系数0.8309.515.33.7SFF-31500/1531500/22000015.7522.5%6.3全穿越半穿越1.45279.516.6SF27-40000/1104000011081.25%6.321.151.2 57.25 短路电流计算5.1 短路电流计算目的及规则在发电厂电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下几个方面：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。一、短路电流计算条件： （1）正常工作时，三项系统对称运行；（2）所有电流的电动势相位角相同；（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时，元件的电阻略去不计；（6）不考虑短路点的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。二、短路计算的一般规定：（1）验算导体和电器的动稳定、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时，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的点；（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。5.2 短路等值电抗电路及其参数计算由2300MW火电厂电气主接线图，和查的给出的相关参数，可画出系统的等值电抗图如图5.1所示：图5.1选取基准容量为=100MVA,基准电压为=,为所在线路的平均电压。均采用标幺值计算方法，省去“*”。系统容量可以看成是一个无穷大容量，所以： =0 （5.1） =0.040 （5.2） =0.057 （5.3）=（）=（25+149）=0.0625 （5.4）=（）=（25+914）=0.042 （5.5）等值电路图化简得，如图5.2所示：图5.2 =（+）=(0.040+0.057)=0.048 （5.6） =+=0.0625+0.042=0.1045 （5.7）1、220KV侧母线短路时短路电流的计算：正序图如图5.3所示：图5.3负序图如图5.4所示：图5.4零序图如图5.5所示：图5.5正序总电抗为：=0.0485 （5.8）负序总电抗为：=0.0485 （5.9）零序总电抗为：=+=0.02+0.0625=0.0825 (5.10)（1） 两相短路电流的计算 附加电抗： =0.0485 (5.11) 计算电抗：=（0.0485+0.0485）=0.685 (5.12) 查汽轮机运算曲线得： t=0s时， =1.52（KA） (5.13)则=1.52=4.877（KA） (5.14)（2） 单相短路电流的计算 附加电抗： =0.0485+0.0825=0.131 (5.15) 计算电抗：=（0.0485+0.131）=1.267 (5.16) 查汽轮机运算曲线得： t=0s时，=0.80（KA） (5.17)则=0.80=2.567（KA） (5.18)（3） 三相短路电流的计算 等效电抗：=0.0485 (5.19) 计算电抗：=0.0485=0.342 (5.20)查汽轮机运算曲线得：t=0s，=3.18；t=0.1s，=2.71；t=0.2s，=2.48；t=2s，=2.25t=4s，=2.28。因=1.77，所以=3.181.772=5.635(KA)；=2.711.772=4.802（KA）；=2.481.772=4.395（KA）；=2.251.772=3.987（KA）；=2.281.772=4.04（KA）。取=1.85，则=5.6351.85=14.743（KA）。由220KV侧短路电流计算可知，三相短路电流大于两相、单相短路电流，所以选择设备时使用三相短路电流去整定计算，因此，110KV侧可以不用再计算单相、两相短路电流。2、110KV三相短路电流的计算等效电抗：=+=0.0485+0.1045=0.153 (5.21)计算电抗：=0.153=1.08 （5.22）查汽轮机运算曲线得：t=0s，=0.93；t=0.1s，=0.88；t=0.2s，=0.85；t=2s，；t=4s，。因=3.544，所以=0.933.544=3.296(KA)；=0.883.544=3.119(KA)；=0.853.544=3.0124(KA)；=1.053.544=3.7212(KA)；=1.053.544=3.7212（KA）。取=1.85，则=3.2961.85=8.623（KA）。6 电气设备的选择6.1 电气设备选择的一般条件 一、设备选择的一般原则1、（1）应力求技术先进，安全适用，经济合理。（2）应满足正常运行、检修和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。（3）应与整个工程的建设标准协调一致。（4）选择的导体品种不应太多。2、选用的电器最高允许工作电压，不得低于该回路最高运行电压。3、选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流。由于高压开断电器设有持续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。4、验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流作用的短路电流时，应按具体工作的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景规划。5、验算导体和电器的短路电流，按下列情况计算：（1）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络电流外，元件电阻都应略去不计。（2）对不带电抗器回路的计算，短路点应选择在正常接线方式短路电流最大的点。6、导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流按发生短路最严重情况计算。7、验算裸导体短路热效应应计算时间，应采用主保护动作时间和相应的断路器全分闸时间，继电器的短路热效应计算时间，宜采用后备保护动作时间和相应的断路器全分闸时间。8、在正常运行时，电气引线的最大作用力不应大于电器端子允许的负载。二、按短路条件进行校验电气设备按最大可能的短路故障（通常为三相短路故障）时的动、热稳定度进行校验。在电力系统中尽管各种电气设备的作用不一样，但选择的要求和条件有诸多是相同的。为保证设备安全、可靠的运行，各种设备均按正常工作的条件下的额定电压和额定电流选择，并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。1、热稳定校验校验电气设备的热稳定性，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。如果满足这一条件，则选出的电气设备符合热稳定的要求。热稳定校验时，通过电气设备的三相短路电流为依据，工程计算中常用下式校验所选的电气设备是否满足热稳定的要求，即： （6.1）式中，三相短路电流周期分量的稳定值（KA）； 等值时间（亦称假想时间s）； 制造厂规定在ts内电器的热稳定电流（KA）；t为与相对应的时间（s）。短路计算时间：校验短路热稳定的短路计算时间应为继电保护动作时间和断路器全开断时间之和，即 （6.2）式中，为保护动作时间，主要有主保护动作时间和后备保护动作时间，当为主保护动作时间时一般取0.05s；当为后备保护时间时一般取2.5s；为断路器全开断时间（包括固有分闸时间和燃弧时间），如果缺乏断路器分闸时间数据，对快速及中速动作的断路器，取=0.1-0.5s,对低速动作的断路器，取=0.2s。2、动稳定校验当电气设备中有短路电流通过时，将产生很大的电动力，可能对电气设备产生严重的破坏作用。因此，各制造厂所生产的电器，都用最大允许的电流的值或最大有效值表示其电动力稳定的程度，它表明电器通过上述电流时，不至因电动力的作用而损害。满足动态稳定的条件为或 式中，为三相短路时的冲击电流及最大有效值电流；为三相短路时的最大有效值电流。 电气设备的选择除了要满足上述技术数据要求外，尚应根据工程的自然环境（位置、气候条件、化学污染、海拔高度、地震等）、电气主接线、短路电流水平、配电装置的布置及工程建设标准等因素考虑。6.2 电气设备的整定计算发电机侧回路的最大工作电流： =1.05 ， =1.0511320=11886A 与主变压器所连回路的最大持续工作电流： =1.05 ，=948.7A 与三绕组变压器所连回路220KV侧的最大持续工作电流： =1.05 ， =632.6A 与三绕组变压器所连回路110KV侧的最大持续工作电流：=1.05 ， =1807.4A 6.2.1 高压断路器的选择断路器是在电力系统正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正常工作电流及开断故障电流的设备。SF6断路器和真空断路器目前应用广泛，少油断路器因其成本低，结构简单，依然被广泛应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中，压缩空气断路器和多油断路器已基本淘汰。SF6断路器的特点是：（1）灭弧能力强，介质强度高，单元灭弧室的工作电压高，开断电流大，时间短；（2）开断电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低；（3）电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作；（4）操作率小，机械特性稳定，操作噪音小。1、220KV侧断路器的选择（1）主变压器回路最大工作持续电流： =1.05，=948.7A =1.1220KV=242KV 拟选型号为LW2220（W）系列六氟化硫断路器，参数如表6.1所示：表6.1 LW2220（W）系列六氟化硫断路器技术数据额定工作电压（KV）最高工作电压（KV）额定电流（A）3s热稳定电流（KA）额定动稳定电流峰值（KA）固有分闸时间（s）额定频率（HZ）220252250031.5800.03501) 动稳定校验： 动稳定电流=80KA，220KV侧短路冲击电流为=14.743KA 即： ，满足动稳定条件。 2) 热稳定校验：LW2220（W）系列六氟化硫断路器的固有分闸时间=0.03s，全分闸时间为=0.15s。周期分量热效应计算，非周期分量热效应不计，短路电流的热效应： 71.46 3=2976.76满足热稳定条件。（2）三绕组变压器回路最大工作持续电流： =1.05，=632.6A =1.1220KV=242KV 拟选型号为LW2220（W）系列六氟化硫断路器。根据额定电流和电压所选型号和动、热稳定校验与主变压器回路基本相同，这里就不再作详细的叙述。2、110KV侧断路器的选择最大工作持续电流： =1.05， =1807.4A =1.1110KV=121KV 拟选型号为LW36110系列六氟化硫断路器，参数如表6.2所示：表6.2 LW36110系列六氟化硫断路器技术数据额定工作电压（KV）最高工作电压（KV）额定电流（A）3s热稳定电流（KA）额定动稳定电流峰值（KA）固有分闸时间（S）额定频率（HZ）1101263150401000.026501) 动稳定校验： 动稳定电流=100KA，110KV侧短路冲击电流为=8.623KA 即：，满足动稳定条件。2) 热稳定校验：LW2110系列六氟化硫断路器的固有分闸时间=0.026s，全分闸时间为=0.12s。周期分量热效应计算，非周期分量热效应不计，短路电流的热效应： 54.84 3=4800满足热稳定条件。6.2.2 隔离开关的选择隔离开关是电力系统中应用最多的一种高压电器，它的主要功能是：（1）建立明显的绝缘间隙，保证线路或电气设备修理时人身安全；（2）转换线路、增加线路连接的灵活性。在电网运行时，为保证检修工作安全进行，除了使工作点与带电部分隔离外，还必须采取检修接地措施防止意外带电。为此，要求在高压配电装置的母线侧和线路侧装设带专门接地刀闸的隔离开关，以便在检修母线和线路断路器时，使之可靠接地。这种带接地刀闸的隔离开关的工作方式为：正常运行时，主刀闸闭合，接地刀闸断开；检修时，主刀闸断开，接地刀闸闭合。这种工作方式由操作机构之间具有机械闭锁的装置来实现。1、220KV侧隔离开关的选择（1）主变压器回路最大工作持续电流：=948.7A=1.1220KV=242KV 拟选型号为GW46220（D）系列隔离开关，参数如表6.3所示： 表6.3 GW4220D/2500系列隔离开关技术数据额定工作电压（KV）额定电流（A）3s 热稳定电流（KA）额定动稳定电流峰值（KA）额定频率（HZ）22025005012550GW46220W系列隔离开关是三相交流50HZ高压开关设备，供在有电压五负载的情况下，断开或闭合线路之用。该系列隔离开关的主刀闸和接地刀闸可分配各类电动型或手动型操作机构进行三相联动操作，主刀闸和接地刀闸有机械连锁装置。1)动稳定校验： 动稳定电流=125KA，220KV侧短路冲击电流为 =14.732KA 即：，满足动稳定条件。2) 热稳定校验： LW2220（W）系列断路器的固有分闸时间=0.03s，全分闸时间为=0.15s。周期分量热效应计算，非周期分量热效应不计，短路电流的热效应： 71.46 3=2700满足热稳定条件。（2）三绕组变压器回路最大工作持续电流： =1.05， =632.6A =1.1220KV=242KV 拟选型号为GW46220W系列隔离开关。根据额定电流和电压所选型号和动、热稳定校验与主变压器回路基本相同，这里就不再作详细的叙述。2、110KV侧隔离开关的选择最大工作持续电流： =1.05， =1807.4A =1.1110KV=121KV 拟选型号为GW5110（D）系列隔离开关，具体参数如表6.4所示： 表6.4 GW5110（D）系列隔离开关技术数据额定工作电压（KV）额定电流流（A）4s 热稳定电流（KA）额定动稳定电流峰值（KA）额定频率（HZ）110200031.5100501) 动稳定校验： 动稳定电流=100KA，110KV侧短路冲击电流为 =8.623KA 即：，满足动稳定条件。 2) 热稳定校验：LW2110系列六氟化硫断路器的固有分闸时间=0.026s，全分闸时间为=0.12s。周期分量热效应计算，非周期分量热效应不计，短路电流的热效应：54.84 3=3969满足热稳定条件。6.2.3 电压互感器的选择电压互感器的配置原则应满足测量、保护、同期和自动装置的要求，保证在运行方式改变时，保护装置不失压，同期点两侧都能方便的取压。通常
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