广东工业大学 华立学院
本科毕业设计（论文）
2×300MW火力发电厂设计
论文题目 2×300MW火力发电厂设计 学 部 机电与信息工程学部 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师
2013年5月
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
Abstract
With 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 ...................................................................................................................................... 1
1.1 课题背景 ...................................................................................................................... 1 1.2 课题研究的目的与意义 .............................................................................................. 2 1.3 原始资料 ...................................................................................................................... 2 1.3.1 原始数据 ............................................................................................................ 2 1.3.2 环境条件 ............................................................................................................ 3
2 电气主接线设计 .................................................................................................................. 5
2.1 电气主接线的基本要求 .............................................................................................. 5 2.2 电气主接线分析 .......................................................................................................... 5 2.3 对原始资料的分析 ...................................................................................................... 7 2.4 电气主接线方案比较及确定 ...................................................................................... 7 3 厂用电的设计 .................................................................................................................... 10
3.1 厂用负荷分类 ............................................................................................................ 10 3.2 厂用电的电压等级 .................................................................................................... 10 3.3 厂用电源及其引接方式 ............................................................................................ 11 4 变压器的选择 .................................................................................................................... 14
4.1 主变压器的选择原则 ................................................................................................ 14 4.2 厂用变压器的选择原则 ............................................................................................ 14 4.3 确定变压器台数及容量 ............................................................................................ 14 5 短路电流计算 .................................................................................................................... 17
5.1 短路电流计算目的及规则 ........................................................................................ 17 5.2 短路等值电抗电路及其参数计算 ............................................................................ 17 6 电气设备的选择 ................................................................................................................ 22
6.1 电气设备选择的一般条件 ........................................................................................ 22 6.2 电气设备的整定计算 ................................................................................................ 24
6.2.1 高压断路器的选择 .......................................................................................... 24 6.2.2 隔离开关的选择 .............................................................................................. 26 6.2.3 电压互感器的选择 .......................................................................................... 28 6.2.4 电流互感器的选择 .......................................................................................... 30 6.2.5 避雷器的选择 .................................................................................................. 33
7 发电机-变压器组继电保护配置 ....................................................................................... 35
7.1 发电机的继电保护配置 ............................................................................................ 35 7.2 变压器的继电保护配置 ............................................................................................ 36 8 配电装置 ............................................................................................................................ 38
8.1 屋内配电装置 ............................................................................................................ 39 8.2 屋外配电装置 ............................................................................................................ 39 9 锅炉概况 ............................................................................................................................ 41 参考文献 .................................................................................................................................. 44
1 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2596kW·h，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。
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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：
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表1.1 300MW汽轮发电机的主要技术参数
型号 额定功率 额定电压 额定电流 功率因数 瞬变电抗 同步电抗 超瞬变电抗 （MW） 300 (KV) 18 (A) 11320 (cos) 0.85 （X’d%） （Xd%） 31.93 236.35 (X”d %) 17.1 QFSN-300-2 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：12000MVA 3、电力负荷水平
（1）220kV电压等级：架空线6回,输送距离80㎞，Ⅰ级负荷，最大输送400MW，Tmax=5000h/a
（2）110kV电压等级：架空线4回，Ⅰ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75m~115m，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
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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。
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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。
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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
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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：
220KV侧110KV侧G1G26KV厂用电侧6KV厂用电侧
图2.1 方案一
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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:
220KV侧110KV侧G1G26KV厂用电侧6KV厂用电侧
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 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。 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 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 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 1、倒换操作复杂、增加误操作机会 2、自动化系统复杂化 方案一 方案二 8
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。
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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： Ⅰ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。
Ⅱ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Ⅰ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。Ⅱ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。
Ⅲ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
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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
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。
T1 T2 T 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
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G
图3.1 厂用电源引接方式
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。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。
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
图3.2 事故保安电源引接方式
10min 投入PC 5s投入PC 0s投入PC 保安PC 备用工正常工作PC 作PC ～ 柴油发电机
正常工作PC 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
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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。
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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5—10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
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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。
1.1ΡNG(1-ΚP)（4.1） S
N=COSΦG式中ΡNG为发电机容量；SN为通过主变压器的容量；COSΦG为发电机的额定功率，
COSΦG=0.85；为厂用电率，KP=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：
SN1.1NG(1-P)COSG =
1.1300(10.065) 363MVA （4.2）
0.85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：
15
表4.1 所选变压器型号及其参数
型号 SFP-360000/220 SFPS-240000三绕组 SFF7-40000/18 SFF-31500/15 SF27-40000/110 40000 400000/2×20000 31500/2×20000 240000 360000 额定容量（KVA） 额定电压（KV） 高压 中压 低压 阻抗电压（UK%） 空载电流（%） 空载损耗 242±2 ×2.5% 242±2 ×2.5% — 18 14.3 0.28 190 高中 121 15.75 25 高低 14 半穿越 15.3 中低 9 — 175 18±2 ×2.5% 全穿越 6.3 6.3 9.5 系数 3.7 半穿越 16.6 0.8 30 15.75±2×2.5% 110±8 ×1.25% 全穿越 — 6.3 9.5 1.45 27 — 6.3 21.15 1.2 57.2
16
5 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2×300MW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：
17
SX1220KVd2d1110KVX2X4X6X7X3G1X5G2
图5.1
选取基准容量为SB=100MVA,基准电压为VB=Vav,Vav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：
X1=0 （5.1） X2=X4=
S14.3100UK%×B=×=0.040 （5.2） SN100360100SXd%17.1100×B=×=0.057 （5.3） SN100300100
X3=X5=
X6=
S11100（U高中%U高低%—U中低%）×B=×（25+14－9）×=0.0625 （5.4）
SN200200240S11100（U高中%U中低%—U高低%）×B=×（25+9－14）×=0.042 （5.5）
SN200200240X7=
等值电路图化简得，如图5.2所示：
X8d2X9图5.2
d1
11 X8=（X4+X5）=×(0.040+0.057)=0.048 （5.6）
22 X9=X6+X7=0.0625+0.042=0.1045 （5.7）
1、220KV侧母线短路时短路电流的计算：
18
正序图如图5.3所示：
X3X2d2X8d2X5X4
图5.3
负序图如图5.4所示：
X3X2d2X8d2X5X4
图5.4
零序图如图5.5所示：
X2dX62X4
图5.5
正序总电抗为：X1=X8=0.0485 负序总电抗为：X2=X8=0.0485 零序总电抗为：XX20=
2+X6=0.02+0.0625=0.0825 1） 两相短路电流的计算
附加电抗：X(2) =X2=0.0485 计算电抗：X(2)）×2300js=（0.0485+0.04851000.85=0.685 查汽轮机运算曲线得：
5.8）5.9）(5.10) (5.11)
(5.12)
19
（ （ （
\"(2)X* t=0s时， =1.52（KA） (5.13)
则I\"(2)=3×1.52×
230032200.85=4.877（KA） (5.14)
（2） 单相短路电流的计算
(1)X 附加电抗： =0.0485+0.0825=0.131 (5.15)
23001) 计算电抗：=（0.0485+0.131）×=1.267 (5.16) X(js1000.85 查汽轮机运算曲线得：
\"(1)X* t=0s时，=0.80（KA） (5.17)
则I\"(1)=3×0.80×230032200.85=2.567（KA） (5.18)
（3） 三相短路电流的计算
等效电抗：X=X8=0.0485 (5.19)
2300 计算电抗：Xjs=0.0485×=0.342 (5.20)
1000.85查汽轮机运算曲线得：
\"(3)\"(3)\"(3)\"(3)t=0s，X*=3.18；t=0.1s，X*=2.71；t=0.2s，X*=2.48；t=2s，X*=2.25
\"(3)t=4s，X*=2.28。因IN=
230032300.85=1.77，所以I\"=3.18×1.772=5.635(KA)；
I0.1=2.71×1.772=4.802（KA）；I0.2=2.48×1.772=4.395（KA）；I2=2.25×1.772=3.987（KA）；
I4=2.28×1.772=4.04（KA）。取Ksh=1.85，则ish=2×5.635×1.85=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：X=X8+X9=0.0485+0.1045=0.153 (5.21)
20
2300计算电抗：Xjs=0.153×=1.08 （5.22）
1000.85查汽轮机运算曲线得：
\"(3)\"(3)\"(3)\"(3)1.05；t=4s，t=0s，X*=0.93；t=0.1s，X*=0.88；t=0.2s，X*=0.85；t=2s，X*\"(3)X*1.05。因IN=
230031100.85=3.544，所以I\"=0.93×3.544=3.296(KA)；
I0.1=0.88×3.544=3.119(KA)；I0.2=0.85×3.544=3.0124(KA)；I2=1.05×3.544=3.7212(KA)；
I4=1.05×3.544=3.7212（KA）。取Ksh=1.85，则ish=2×3.296×1.85=8.623（KA）。
21
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
22
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：
22IteqItht （6.1）
式中，I——三相短路电流周期分量的稳定值（KA）；
； teq—— 等值时间（亦称假想时间s）
Ith——制造厂规定在ts内电器的热稳定电流（KA）；t为与Ith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top和断路器全开断时间toc之和，即
tktoptoc （6.2）
t式中，op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
t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；oc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
toc=0.1-0.5s,对低速动作的断路器，取
toc=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imax或最大有效值Imax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
ish≤imax或Ish≤Imax
式中，ish为三相短路时的冲击电流及最大有效值电流；Ish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。
23
6.2 电气设备的整定计算
发电机侧回路的最大工作电流：
Imax=1.05 ，IN =1.05×11320=11886A
与主变压器所连回路的最大持续工作电流： Imax=1.05 ，IN=
1.053603230103948.7A
与三绕组变压器所连回路220KV侧的最大持续工作电流：
Imax =1.05 ，IN =
1.052403230103632.6A
与三绕组变压器所连回路110KV侧的最大持续工作电流：
Imax=1.05 ，IN =
1.0524031151031807.4A
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：
Imax=1.05，IN=948.7A
UNS=1.1×220KV=242KV
UN UNS
24
拟选型号为LW2—220（W）系列六氟化硫断路器，参数如表6.1所示：
表6.1 LW2—220（W）系列六氟化硫断路器技术数据
额定工作最高工作额定电流（A） 3s热稳定电流（KA） 额定动稳定电流峰值 （KA） 220 252 2500 31.5 80 0.03 50 固有分闸时间（s） 额定频率 （HZ） 电压（KV） 电压（KV） 1) 动稳定校验：ImaxIim
动稳定电流Imax=80KA，220KV侧短路冲击电流为Iim=14.743KA 即：Imax Iim，满足动稳定条件。 2) 热稳定校验：IteqItht
LW2—220（W）系列六氟化硫断路器的固有分闸时间tin=0.03s，全分闸时间为
tab=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：
22I\"210I2I440.15I471.46(KA)2•S QKQZ1222 Itt31.52×3=2976.76(KA)2•SQK 满足热稳定条件。
（2）三绕组变压器回路 最大工作持续电流：
Imax =1.05，IN=632.6A UNS=1.1×220KV=242KV UN UNS
拟选型号为LW2—220（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：
Imax =1.05，IN =1807.4A UNS =1.1×110KV=121KV UN UNS
2 25
拟选型号为LW36—110系列六氟化硫断路器，参数如表6.2所示：
表6.2 LW36—110系列六氟化硫断路器技术数据
额定工作 最高工作 额定电流（A） 3s热稳定电流（KA） 额定动稳定 固有分闸 电流峰值 （KA） 110 126 3150 40 100 0.026 50 时间（S） 额定频率 （HZ） 电压（KV） 电压（KV） 1) 动稳定校验：ImaxIim 动稳定电流Imax=100KA，110KV侧短路冲击电流为Iim=8.623KA 即：ImaxIim，满足动稳定条件。
222) 热稳定校验：IteqItht
LW2—110系列六氟化硫断路器的固有分闸时间tin=0.026s，全分闸时间为tab=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：
22I\"210I2I440.12I454.84(KA)2•S QKQZ12 Itt402×3=4800(KA)2•SQK 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：
26
2
Imax=948.7A
UNS=1.1×220KV=242KV
UN UNS
额定动稳定 额定频率 拟选型号为GW46—220（D）系列隔离开关，参数如表6.3所示：
表6.3 GW4—220D/2500系列隔离开关技术数据
额定工作 电压（KV） 220 额定电流 3s 热稳定 （A） 2500 电流（KA） 电流峰值（KA） （HZ） 50 125 50 GW46—220W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：ImaxIim
动稳定电流Imax=125KA，220KV侧短路冲击电流为Iim =14.732KA 即：ImaxIim，满足动稳定条件。
222) 热稳定校验：IteqItht
LW2—220（W）系列断路器的固有分闸时间tin=0.03s，全分闸时间为tab=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：
22I\"210I2I440.15I471.46(KA)2•S QKQZ12 Itt302×3=2700(KA)2•SQK 满足热稳定条件。
（2）三绕组变压器回路 最大工作持续电流：
Imax=1.05，IN =632.6A UNS=1.1×220KV=242KV UN UNS
拟选型号为GW46—220W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
27
2
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：
Imax =1.05，IN =1807.4A UNS =1.1×110KV=121KV UN UNS
拟选型号为GW5—110Ⅱ（D）系列隔离开关，具体参数如表6.4所示： 表6.4 GW5—110Ⅱ（D）系列隔离开关技术数据
额定工作 电压（KV） 110 额定电流流4s 热稳定 额定动稳定 额定频率 （HZ） 50 （A） 电流（KA） 电流峰值（KA） 2000 31.5 100 1) 动稳定校验：ImaxIim
动稳定电流Imax=100KA，110KV侧短路冲击电流为Iim =8.623KA 即：ImaxIim，满足动稳定条件。
22 2) 热稳定校验：IteqItht
LW2—110系列六氟化硫断路器的固有分闸时间tin=0.026s，全分闸时间为
tab=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：
22I\"210I2I4QKQZ40.12I454.84(KA)2•S
12 Itt31.52×3=3969(KA)2•SQK 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。
通常如下配置：
（1）母线:6—220KV电压级的每组母线的三相上应装设电压互感器，旁母线侧视各回路出线外侧装设电压互感器的需要而定；
2 28
（2）线路:当需要检测线路断路器外侧有无电压，共同期和自动重合闸使用，该侧装一台单相电压互感器；
（3）发电机:一般在出口处装两组，一组（△/Y）用于自动重合闸，一组供测量仪表、同期和继电保护使用。
各种互感器的使用范围
（1）6—220KV配电装置一般采用油浸绝缘结构,在高压开关柜或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇柱式绝缘结构；
（2）35—110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器；
（3）220KV以上配电装置，当容量和准确基满足要求时，一般采用电容式电压互感器；
（4）接在110KV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯时，应尽量与耦合电容器结合，统一选用电容式电压互感器。
1、220KV母线侧
拟选型号为JCC5—220系列电压互感器,具体参数如表6.5所示：
表6.5 JCC5—220系列电压互感器技术数据
额定工作电压（KV） 初级绕组 220/3 次级绕组 剩余电压绕组 0.1 二次负荷 1级 500VA 3级 连接组标号 I,I0,I0 0.1/3 500VA 型号含义：J——电压互感器 C——串级绝缘 C——瓷箱式
220/3——额定电压
油浸式电压互感器为串级式全密封结构，由金属膨胀器、套管、器身、基座及其他部件组成。铁心采用优质硅钢片加工而成，叠成口字形，铁心上柱套有平衡绕组、一次绕组，下柱套有平衡绕组、一次绕组、测量绕组、保护绕组及剩余电压绕组，器身经真空处理后由低介质损耗绝缘材料固定在用钢板焊成的基座上，装在充满变压器油的瓷箱内。
2、110KV母线侧
拟选型号为JCC—110系列电压互感器具体参数如表6.6所示:
29
表6.6 JCC—110系列电压互感器技术数据
额定工作电压（KV） 初级绕组 次级绕组 剩余电压绕组 0.1 二次负荷 1级 500VA 3级 连接组标号 I,I0,I0 110/3 0.1/3 1000VA 3、发电机侧 拟选型号为JCC—20系列电压互感器具体参数如表6.7所示：
表6.7 JCC—20系列电压互感器技术数据
额定工作电压（KV） 初级绕组 次级绕组 剩余电压绕组 0.1 连接组标号 I,I0,I 20/3 0.1/3 6.2.4 电流互感器的选择
电流互感器（简称CT）将高压和低压大电流变成电压较低的小电流，供给仪表和继电保护装置，并将仪表和保护装置与高压电器隔开（电流互感器的二次侧额定电流一般为5A），这使得测量仪表和继电保护装置使用安全、方便，也使其在制造上可以标准化、简化了制造工艺并降低了成本。因此，电流互感器在电力系统中得到了广泛的应用，也是电力系统中的重要设备。
电流互感器的特点是：
（1）一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流无关；
（2）电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。
电流互感器出线一般设三组，主要是管保护、测量、计量。若只有两组，那么测量和计量可以串联。若只用一组互感器，线路不配差动保护。差动是专门保护变压器的。高压后备电路一般也出三组，管普通过流保护、差动保护、测量。低压后备电路一般也出三组，管普通过流保护、差动保护、测量。若有计量要求，可以与测量公用一组互感器。
1、220KV侧
（1）出线回路及双绕组变压器回路
30
最大工作持续电流：
Imax =1.05，IN =948.7A UNS =1.1×220KV=242KV UN UNS
拟选型号为LCWB—220系列电流互感器，具体参数如表表6.8所示：
表6.8 LCWB—220系列电流互感器技术数据
额定工作 电压（KV） 220 准确级 252 额定电流比 （A） 2×1200/5 5s 热稳定 电流（KA） 42 额定动稳定电流 峰值（KA） 110 1)动稳定校验：ImaxIim
动稳定电流Imax=110KA，220KV侧短路冲击电流为Iim =14.743KA 即：ImaxIim
满足动稳定条件。
222) 热稳定校验：IteqItht
I// tktoptoc，1
I// tktoptoc=2.5+0.1=2.6s
查周期分量等值时间曲线可得 teq=2.1s 即：5×42×42=88202.1×5.635×5.635=66.68 满足热稳定条件。
（2）三绕组变压器回路 最大工作持续电流：
ImaxUNS =1.05，
IN =632.6A
=1.1×220KV=242KV
UNUNS
拟选型号为LCWB—220系列电流互感器
根据额定电流和电压所选型号和动、热稳定校验与出线回路基本相同，这里就不再
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作详细的叙述。
2、110KV侧 最大工作持续电流：
Imax =1.05，IN =1807.4A
UNS =1.1×110KV=121KV UN UNS
拟选型号为LCWB—110系列电流互感器，具体参数如表6.9所示： 表6.9 LCWB—110系列电流互感器技术数据
额定电压 （KV） 110 准确级 额定电流比 （A） 2×1200/5 4s 热稳定 额定动稳定电 电流（KA） 流峰值（KA） 42 110 252 1）动稳定校验：ImaxIim
动稳定电流Imax=115KA，110KV侧短路冲击电流为Iim =8.623KA 即：ImaxIim 满足动稳定条件。
2）热稳定校验：
22IteqItht
// tktop//Itoc，1 I tktoptoc=2.5+0.1=2.6s 查周期分量等值时间曲线可得 teq =2.15s
即：4×42×42=70562.15×3.296×3.296=23.36 满足热稳定条件。
3、发电机侧
发电机回路的最大持续工作电流为Imax=11886A
拟选型号为LMZB3—20系列电流互感器具体参数如表6.10所示:
表6.10 LMZB3—20系列电流互感器技术数据
额定电压（KV） 20 准确级次 B 额定电流比（A） 15000/5 32
6.2.5 避雷器的选择
避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器主要有阀式避雷器排气式避雷器角型避雷器等几种。
1、避雷器的配置原则
（1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外； （2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到保护设备的电气距离是否满足要求而定；
（3）220KV以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值，应在变压器附设一组避雷器；
（4）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器；
（5）自耦变压器必须在其两个自耦合的绕组出线上装设避雷器，并应接压器与断路器之间；
1直接接地系统中，变压器中性点（6）下列情况的变压器中性点应装设避雷器：○
2直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为分级绝缘且装有隔离开关时；○
3不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线为单进线且为单台变压器运行时；○
变压器中性点上。
（7）连接在变压器低压侧的调相机出线处宜装设一组避雷器；
（8）发电厂变电所35KV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器；
（9）变电所10KV及以下进线段避雷器的配置应遵照《电力设备过电压保护设计技术规程》执行；
（10）六氟化硫全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 2、避雷器的确定
本工程采用220KV、110KV配电装置构架上设避雷针。为了防止反击，主变构架上不设避雷针，采用避雷器来防止雷电的入侵波对电气设备造成危害。所选避雷器的参数如表6.11所示：
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表6.11 避雷器的参数
安装地点 220KV母线 110KV母线 主变中性点 避雷器型号 （有效值，KV） FZ—220J FZ—110 FZ—44 灭弧电压 （KV） 200 126 50 系统额定电压（有效值，KV） 220 110 44 工频参考电压 （峰值，KV） 323 254 102 536 314 122 6.2.6 电缆的选择 电力电缆是传输和分配电能的一种特殊载流导体，主要用于发电机、电力变压器、配电装置之间的连接，电动机与自用电源的连接以及输电线路。电缆的各相导体之间及导体对地之间均有绝缘层可靠绝缘，外面依次有密封护套、外护层，将全部绝缘导体一并加以保护和封闭。电缆的结构极为紧凑，占用空间远比母线要小，且走向布置灵活方便，运行可靠性高。
6KV厂用电选用三芯（铝）电力电缆型号为240mm2。
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7 发电机-变压器组继电保护配置
7.1 发电机的继电保护配置
为了保证电力系统安全稳定运行，并将故障或不正常运行状态的影响限制到最小范围，按照GB14258-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，发电机应装设一下保护装置。
1、电流速断保护或纵差动保护
按发电机容量大小和是否接入电网，可分为装设反应定子绕组及其引出线相间短路的电流速断保护或纵差动保护于停机。对容量在1MVA以上的发电机应装设纵差动保护。
2、定子绕组发生匝间短路
采用零序电压式匝间保护。把发电机中性点与发电机出口端电压互感器的中性点用电缆连接起来，该电压互感器的一次侧中性点不能接地，这样，当定子绕组发生匝间短路时，就有零序电压加到电压互感器的一次侧，于是，在其二次侧开口三角形出口处就有零序电压输出使电压继电器动作。
当外部相间短路时，零序电压保护也反应不平衡电压，为了保证保护动作有足够的灵敏系数，在外部短路时又不误动作，可增设防止误动作的闭锁元件，一般可选用负序功率方向继电器作为闭锁继电器。为使一次设备安全，电压互感器的高压侧通常装设高压熔断器。为防止熔断器熔断而导致保护误动作，还要增设电压断线闭锁装置。
3、定子接地保护装置
采用的是利用基波零序电压和3次谐波电压构成发电机定子100%接地保护装置，整个装置分成基波和3次谐波两大部分。继电器的信号电压取自发电机机端三相电压互感器YH1二次开口三角形绕组和中性点单相电压互感器YH0二次绕组。
3次谐波部分：采用了150HZ串联谐振电路和50HZ并联谐振电路，使3次谐波电压放大使50HZ电压被滤除。这样就由YH1和YH0的二次电压中将3次谐波电压Un和Us分离出来。利用环流法绝值比较回路经比较后，输出直流信号电压给执行逻辑电路。
基波部分：采用150HZ双绕阻波电路，滤去3次谐波，使基波和其他高磁谐波将不同程度的通过这个双T电路，此信号经整流、滤波得相应的直流信号电压，送给触发器。触发器是否翻转决定于直流信号电压是否大于触发器的门槛电压。触发器反转后经
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出口继电器动作。反映基波零序电压的接地保护，其动作值取5-10V，其死区为5%-10%,保护范围可达到90%-95%。
4、发电机励磁回路接地保护 （1）励磁回路一点接地保护
采用的是迭加交流电压式一点接地保护，它即是以直接测量转子绕组对地绝缘电导为判据的保护装置，这种可以反映励磁回路中任一点发生的接地故障，没有死区，灵敏系数一致，并且不受转子绕组对地电容的影响，灵敏系数较高，适用于大容量发电机的转子保护。
（2）励磁回路两点接地保护
采用的是二次谐波电压原理的励磁回路两点接地保护。对于励磁电流大于1500A的大型发电机，为了更好地机组安全，同时减少不必要的停机，可将谐波原理构成的转子两点接地保护的出口触点与转子一点接地保护的出口触点串联后作用于跳闸。当只有转子一点接地保护动作时，发出“转子一点接地”信号；只有转子两点接地保护动作时，发出“转子匝间短路”信号，两种保护同时动作发电机跳闸并灭磁。
5、逆功率保护
对于容量在200MW及以上的汽轮发电机，宜装设逆功率保护。逆功率保护由灵敏的功率继电器构成，带时限动作于信号，经长时限动作于解列。逆功率保护装置分为晶体管型和整流型两类。为防止晶体管元件损坏引起保护误动作，故在装置中增设了闭锁元件。
6、过电压保护
当发电机突然甩负荷或者带时限切除距发电机较近的外部故障时，由于转子电枢反应及外部故障时强行励磁装置动作等原因，发电机端电压将升高。所以为防止发电机出现危及绝缘安全的过电压，而装设发电机过电压保护。 7.2 变压器的继电保护配置
1、瓦斯保护装置
瓦斯继电器又称为气体继电器。其安装在变压器油箱与油枕之间的连接管中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。反应变压器油箱内部故障和油面降低的保护，容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯
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或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。
2、纵联差动保护
反应变压器绕组和引出线的相间短路的保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路能起保护作用。且容量为6.3MVA及以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器、10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器、以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器应装设纵联差动保护。
3、零序过电流保护
外部接地短路时的保护，110KV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为其他元件的后备保护。
4、过负荷保护
对于0.4MVA及以上的变压器，当数台并列运行或单运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。保护接于一相电流上，延时作用于信号。
5、过电流保护
反应外部相间短路引起的变压器过电流的保护。宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。保护动作后，应带时限动作于跳闸。
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8 配电装置
配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是根据主接线做的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备连接而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置按电器装设地点的不同，可分为屋内和屋外配电装置。
一、屋内配电装置的特点是：
1、由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小； 2、维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响；
3、外界空气的污染对电器的影响较小，因此可以减少维护工作量。同时，由于污染小，还可延长设备的使用寿命。
4、房屋建设时，需要征用大量的土地，投资较大。 二、屋外配电装置的特点是：
1、土建工作量和费用较小，建设用期短； 2、扩建方便；
3、相邻设备之间距离较大，便于带电作业； 4、占地面积大；
5、受外界环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘； 6、不良气候对设备维修和操作有影响。
三、配电装置的型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。一般情况下，在大中型发电厂中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式；110KV及以上多为屋外式。当在污秽地区或市区建110KV屋内和屋外配电装置的造价相近时，宜采用屋内式。
四、配电装置应满足以下基本要求：
1、配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策，如节约土地。 2、保证运行可靠。按照系统和自然条件合理选择设备，在布置上力求整齐，清晰，保证具有足够的安全距离。
3、便于检修，巡视和操作。
4、在保证安全的前提下，布置紧凑，力争节约材料和降低造价。 5、安装和扩建方便。
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8.1 屋内配电装置
屋内配电装置的结构型式与电气设备的类型和主接线的形式，出线回路数多少及有无电抗器等因素有着密切的关系。同时还与施工，检修，运行经验，生活习惯等因素有关。
一、布置方式的确定
发电厂6-10KV屋内配电装置的布置方式一般分为三层、二层及单层式，综合考虑施工的复杂程度投资，选择二层式，将断路器和电抗器布置在底层。
二、母线及隔离开关的布置
（1）母线装在配电装置的上部，考虑到母线电压6KV，短路电流大，选用垂直式，母线相间距离为700-800，两组母线以垂直的隔墙分开。
（2）隔离开关通常设在母线的下方，为防止带负荷误动作引起电弧，而造成母线短路，母线与母线隔离开关之间宜装设耐火隔板。
三、断路器及操动机构布置
四、断路器通常设在单独小室内，布置在两侧有隔墙的间隔内即可，可和互感器同放一室。操动机构为电磁型设在操作通道内，由于其重量大，所以落地装在混基础上。
五、配电装置通道和出口的布置
1、通道均设有开关装置，则维护通道1.0m；操作机构为固定式，则操作通道2.0 m；防爆通道1.2m；
2、配电装置室长度大于7m，两端均设置出口；
3、由于电缆出线较多，为方便敷设和维护，宜采用电缆隧高1.8m以上，两侧设数层电缆支架，在充分考虑防雨雪，风沙及污秽等条件下，开窗采光及通风，还应装事故通风设备。 8.2 屋外配电装置
屋外配电装置的结构型式与主接线的型式、电压等级、容量、重要程度、母线和构架的型式、断路器和隔离开关型式等有着密切关系。
一、布置形式的确定
该厂为大型火电厂，无特殊的气候地形的要求，所以220KV和110KV两级电压电气设备采用屋外配电装置。又因所建电厂无防严重污秽及地震的要求，所以110KV采用普
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通中型,220KV采用分相中型，就可满足要求。
中型配电装置的所有电器均安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持高度，以保证人员安全，母线所在水平面稍高于电器所在水平面。
二、母线及构架的布置
220KV及110KV的母线为钢芯铝绞线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上，软母线可选用较大档距。构架采用钢筋混凝土构架，这可节约大量钢材，但不便于固定设备。
三、电气设备的布置
一般断路器、电流互感器、电压互感器和避雷器均采用高位布置，即安装在约2m高的混凝土基础上。断路器采用低位布置时，安装在0.5～1m的混凝土基础上，其优点是检修方便，抗震性好，但必须设置围栏
四、通道的布置
为了运输设备和消防的需要，应在主要设备近旁设行车道路。屋外配电装置内设0.8～1m的巡视小道，以便运行人员巡视设备。
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9 锅炉概况
锅炉是火力发电厂的主要设备之一，技术、经济和社会的快速发展对电力工业提出了更高的要求，也为锅炉的发展明确了方向。目前世界主要工业国家大容量锅炉采用的蒸汽压力，一般可分为超高压、亚临界压力和超临界压力三个级别。蒸汽压力由超高压提高到亚临界压力，约可使电厂经济性提高1.7％。单机容量达800～1000MW及以上的锅炉，国外多采用超临界压力和超越临界压力。由亚临界压力提高到超临界压力，电厂经济性又可提高1.8％左右。国外正在致力于发展超超临界压力机组，以期望提高2％的热效率。但是超临界压力及以上机组一般可用率较低，设备费用较高，故应综合考虑。而国外有的认为超临界压力机组可和亚临界压力机组一样具有较高的可用率。提高蒸汽温度可有效提高电厂循环热效率，但由于汽温提高要求使用更多的昂贵高合金钢材，致使设备的造价大为提高。目前世界主要工业国家的蒸汽温度一般限制在570℃以下，多采用540℃左右。
超高压以上机组多采用蒸汽再热，采用一次再热约可提高循环热效率4％～6％，二次再热可再提高约2％。采用蒸汽再热时，管道系统和机组运行均较复杂。因此大机组目前一般采用一次再热，再热蒸汽温度一般与过热蒸汽温度相同。今后我国要加快发展大容量、高参数机组。新增的主力机组应为300～600MW，个别在1000MW级。研制300、600MW空冷机组以及较大容量的200、300MW高效供热式机组。加快国内开发、研制超临界压力机组的步伐，通过引进技术或合作制造，逐步实现国产化。同时抓紧对超超临界压力机组关键技术的研究。
一、锅炉的参数
电站锅炉的参数包括锅炉容量、蒸汽参数及给水温度。 1、容量
蒸汽锅炉容量是用来表征锅炉供热能力的指标。大型电站锅炉的容量，即锅炉蒸发量，分为额定蒸发量和最大连续蒸发量两种，单位是t/h（或kg/s）。额定蒸发量是指在额定蒸汽参数、额定给水温度和使用设计燃料，并保证热效率时所规定的蒸发量。 最大连续蒸发量（B-MCR）表示在额定蒸汽参数、额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行时所能达到的最大蒸发量。最大连续蒸发量通常为额定蒸发量的1.03～1.2倍。
2、参数
电站锅炉参数是表征锅炉供热品味的标志，包括额定蒸汽参数及额定给水温度。前
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者是指锅炉过热器主汽阀出口处的额定过热蒸汽压力（单位为MPa）、温度（单位为℃）；后者则为给水进入省煤器入口处的温度（单位为℃）。对于中间再热锅炉还应同时说明再热蒸汽进、出锅炉的流量、压力和温度。提高机组效率是促使火力发电机组发展的原动力，其主要途径是提高单机容量，提高蒸汽参数和优化热力系统。我国300MW机组锅炉常采用亚临界参数。下表所示是国内已投产部分300MW机组锅炉的蒸汽参数与容量。
表9.1 我国部分300MW级燃煤锅炉的蒸汽参数与容量
参 数 蒸汽压力 （绝对压力，MPa） 18.1 17.3 18.42 18.38 17.46 注：﹡为再热蒸汽温度。 蒸汽温度 （℃） 541/541﹡ 541/541﹡ 543/543﹡ 540.6/540.6﹡ 540/540﹡ 给水温度 （℃） 274 282 257 278 276 额定蒸发量 最大连续蒸发量/（t/h） 918.4 931.8 924 922.3 925 额定蒸发量 1.116 1.1 1.026 1.112 1.108 二、大型锅炉本体布置型式
锅炉本体的布置是指炉膛及炉膛中的辐射受热面、对流烟道及其中的各对流受热面之间的相互关系（及相对位置）。根据锅炉容量参数、燃料种类、燃烧方式、循环方式和厂房布置条件等的不同，可组成各种锅炉本体布置方案，大容量电站锅炉常用的炉型如下图所示。
Ⅱ型布置是电站锅炉采用最多的炉型，它由垂直柱体炉膛、水平烟道和下行对流烟道组成，见上图（a）所示。采用这种方案，锅炉高度较低，安装起吊方便；受热面易
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于布置成逆流传热方式；送风机、引风机、除尘器等笨重设备都可低位布置，减轻了厂房和锅炉构架的负载，可以采用简便的悬吊结构。Ⅱ型布置的主要缺点是占地较大；烟道转弯易引起飞灰对受热面的局部磨损；转弯气室部分难以利用，当燃用发热量低的劣质燃料时，尾部对流受热面可能布置不下。无水平烟道Ⅱ型布置可缩小占地面积，见上图（b）所示；双折焰角Ⅱ型布置则可改善烟气在水平烟道的流动状态，利用转弯烟道的空间，布置更多的受热面，见上图（c）所示。
塔型布置的对流烟道布置在炉膛的上方，锅炉笔直向上发展，取消了不宜布置受热面的转弯室，如上图（e）所示。因此采用这种布置的锅炉占地面积小；锅炉对流烟道有自身通风的作用，烟气阻力有所降低（与Ⅱ型方案相比）；烟气在对流受热面中不改变流动方向，故烟气中的飞灰不会因离心力而集中造成受热面的磨损，对于多灰燃料非常有利。但是塔型锅炉的高度很大，过热器、再热器和省煤器都布置得很高，汽、水管道较长；在这种布置中，空气预热器、送风机、引风机、除尘器和烟囱都采用高位布置（布置在锅炉顶部），加重了锅炉构架和厂房的负荷，使造价提高。为了减轻转动机械和笨重设备施加给锅炉和厂房的载荷，有时把空气预热器、送风机、引风机、除尘器等布置在地面，构成所谓半塔型布置，见上图（f）所示。
箱型布置如上图（d）所示，主要用于容量较大的燃油、燃气锅炉。其特点是除空气预热器外的各个受热面部件都布置在一个箱型炉体中，结构紧凑，占地小，密封性好。缺点是锅炉较高，卧式布置的对流受热面的支吊结构复杂，制造工艺要求高。
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参 考 文 献
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