600mw 火电厂电气主接线

毕业设计（论文）

题目： 600MW火电厂电气主接线方案

与布置设计

学班级: D电气（城）09-4

专业：电气工程及其自动化

指导教师：陈元新

2013年6月

600MW火电厂电气主接线方案

与布置设计

学生姓名：孙绍力

学号： [1**********]9

班级： D电气（城）09-4

所在院(系): 电气与信息工程系

指导教师完成日期

600MW火电厂电气主接线方案与布置设计

摘要

本设计针对600MW火电厂电气主接线方案与布置设计，火电厂电气一次部分设计是电力工程设计的主要工作之一。合理的设计对提高系统运行的可靠性、经济性具有重大意义，同时对发电厂的电气设备选型和布置、继电保护和自动装置的设计起到决定性作用。对原始资料进行详细分析，在确保可靠性、调度灵活性的各项技术要求的基础上，选择出一种最经济的与发电厂在系统中地位和作用相适应的接线方式。接着选择出主变压的型号，进行短路电流计算，通过详细说明各种设备选择的要求和依据选择主要电气设备，并对其进行校验。最后进行设备布置方案的设计，绘制主接线图、配电装置平面布置图、配电装置进出线断面图和配电装置配置图。

关键词：发电厂；电气主接线；短路电流计算；设备选择

600MW THERMAL POWER PLANT MAIN ELECTRICAL

WIRING SCHEME AND LAYOUT DESIGN

ABSTRACT

The design for the 600MW thermal power plant main electrical wiring scheme and layout design, thermal power plant electrical power engineering once part of the design is one of the main design. Reasonably designed to improve system reliability, economy is significant, while the plant's electrical equipment selection and layout, and play a decisive role in relay protection and automatic device designed. Detailed analysis of the raw data, to ensure reliability, flexibility in scheduling the technical requirements, based on the selected one of the most economical and plant status and role in the system to adapt to the wiring. Then select the model out of the main transformer, short-circuit current calculation, equipment selection through a detailed description of various options based on the requirements and the main electrical equipment, and its parity. Finally, the design of equipment layout plan, drawing the main wiring diagram, power distribution device floorplan, power distribution unit inlet and outlet sections and distribution equipment configuration diagram.

Key words：Power plants; main electrical wiring; circuit current calculation; equipment selection

1 电气主接线设计 ........................................................................................................... 1

1.1 电气主接线 ......................................................................................................... 1

1.1.1 主接线的设计原则 ................................................................................... 1

1.1.2 发电机电压级接线 ................................................................................... 3

1.1.3 220kV电气主接线 ................................................................................... 3

1.1.4 500kV电气主接线 ............................................................................... 5·

2 负荷计算机变压器的选择 ........................................................................................... 6

2.1 厂用负荷计算 .................................................................................................... 6

2.2 主变压器台数、容量和型式的确定 ................................................................ 7

2.2.1 主变压器台数的确定 ............................................................................... 7

2.2.2 主变压器容量的选择 ............................................................................... 7

2.2.3 变压器型式和结构的选择 ....................................................................... 7

2.3 联络变压器的选择 ............................................................................................ 9

3 最大持续工作电流及短路计算 ................................................................................. 11

3.1 各回路最大持续工作电流 .............................................................................. 11

3.2 短路电流计算点的确定和短路电流的计算结果 .......................................... 11

3.2.1 短路电流计算的目的 ............................................................................. 11

3.2.2 为简化短路电流计算假设条件 ............................................................. 12

3.2.3 短路电流计算的基本假定和计算方法 ................................................. 12

4 主要电气设备的选择 ................................................................................................. 13

4.1 电设备选择的一般原则： .............................................................................. 13

4.2 按正常工作条件选择电气设备 ...................................................................... 14

4.3 按短路状态校验 .............................................................................................. 14

4.4 高压断路器的选择说明 .................................................................................. 15

4.5 隔离开关的选择说明 ...................................................................................... 16

4.6 母线选择说明 .................................................................................................. 17

4.6.1 220kV侧母线的选择 ............................................................................. 17

4.6.2 发电机出口封闭母线的选择 ................................................................. 18

4.7 绝缘子和穿墙套管的选择说明 ...................................................................... 19

4.8 电流互感器的配置和选择说明 ...................................................................... 19

4.8.1 电流互感器的配置 ................................................................................. 19

4.8.2 技术条件 ................................................................................................. 20

4.9 电压互感器的配置和选择说明 ...................................................................... 21

4.9.1 电压互感器的配置 ................................................................................. 21

4.9.2 技术条件 ................................................................................................. 22

4.9.3 主要电设备选择结果 ............................................................................. 22

5 设计计算书 ................................................................................................................... 24

5.1 短路电流计算书 .............................................................................................. 24

5.1.1 各元件电抗标幺值的计算 ..................................................................... 24

5.1.2 220kV母线上短路的计算 ..................................................................... 25

5.2 主要电气设备选择计算书 .............................................................................. 28

5.2.1 高压断路器的选择计算 ......................................................................... 28

5.2.2 隔离开关选择的计算 ............................................................................. 29

5.2.3 母线的选择计算 ..................................................................................... 30

5.2.4 220kV侧绝缘子的选择 ......................................................................... 32

5.2.5 电流互感器的选择计算 ......................................................................... 32

5.2.6 电压互感器选择计算 ............................................................................. 33

结论 .......................................................................................................................... 34

致谢 .......................................................................................................................... 35

参考文献 .................................................................................................................. 36

附录 .......................................................................................................................... 37

1 电气主接线设计

1.1 电气主接线

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统及发电厂、变电所本省运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电板装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须真确处理各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。

1.1.1 主接线的设计原则

1.1.1.1 主接线的设计依据

通过对发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用，发电厂、变电所的分期和最终建设规模，系统容量大小，负荷大小和重要性，系统专业对电气主接线提供的具体资料分析作为电气主接线的设计依据。

主接线设计的基本要求

可靠性：供电可靠性是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。在分析主接线的可靠性是，要考虑发电厂和比那电站在电力系统中的地位和作用、用户的户和性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。

灵活性：电器主接线应能够适应各种运行装填，并能灵活的进行运行方式的转换。应考虑到操作的方便性、调度的方便性、扩建的方便性。

经济性：在主接线的设计时，主要矛盾发生在可靠性和经济性。通常设计师要先满足可靠性和灵活性的前提下考虑经济合理。经济性考虑投资生、占地面积小、电能损失少。

1.1.1.2 主接线的基本形式

（1）单元接线

单元接线是无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。发电机－双绕组变压器组成的单元接线，是大型机组广泛应用的接线形式。对于200MW

以上的机组，发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点可不装隔离开关，但应保留可拆点，一利于机组调试。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）单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：不够灵活，人人亿元建故障或检修，均需要是整个配电装置停电。

（3）单母线分段接线

优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。当一段母线隔离开关故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：当一段母线或隔离开关故障检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。当出现为双回路时常使架空线路出现交叉。扩建时需向两个方向均衡扩建。

（4）双母线接线

优点：供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于试验。

缺点：增加一组母线就需要增加一组母线隔离开关。当母线故障检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

（5）双母线分段接线

优点：双母线分段接线比双母线接线可靠性更高。当一段工作母线发生故障后，分段断路器会切除故障母线，随后将故障母线所连接的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。

缺点：双母线分段接线比双母线接线多了两台断路器，增加了投资和占地面积。

（6）双母线分段带旁路接线形式

优点：可靠性更高。

缺点：主接线过于复杂，操作繁琐。

（7）一台半断路器接线方式

特点：有高度可靠性、运行调度灵活、操作检修方便[3]。

1.1.2 发电机电压级接线

发电机和变压器采用单元接线。单元接线是大型机组广泛采用的接线形式。发电机出口不装断路器，为调试方便可装隔离开关。对 220MW 以上机组，发电机出口采用分相封闭母线，为减少开断点，亦可不装隔离开关，但应留可拆点。以利于机组调试。这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时受到制造条件或价格高等原因造成的困难。接线图如下图1.1所示。

图1.1 发电机-双绕组变压器单元接线（采用封闭母线）

1.1.3 220kV电气主接线

由于此发电厂为地区大型发电厂,根据原始资料以及主接线对可靠性、灵活性和经济性的要求。对于一期工程，考虑到为 220kV 高压配电装置接线且出线为 4回，按《火电厂电气设备及运行》，首先要满足可靠性准则的要求，有两种可能接线方式：单母线分段带旁路接线和双母线接线。

1.1.3.1 单母线分段带旁路接线

其可靠性比单母线分段高，断路器经过长期运行或者开断一定次数的短路电流之后，断路器机械性能和灭弧性能都会下降，必须进行检修以恢复其性能。在没有设置旁路母线情况下，该回路必须停电才能检修。设置旁路母线就是可以不停电的检修任一台出线断路器，极大地提高了可靠性，但旁路母线不能代替母线工作，同时增加了一台旁路断路器的投资。因此旁路母线系统增加了许多设备，造价昂贵，运行复杂，只有在出线断路器不允许的情况下，才应设置旁路母线。但当采用许可靠性较高的的 SF6 断路器时，可不装设旁路母线[6]。接线图如下图1.2所示。

图1.2 单母线分段带旁路接线

1.1.3.2 双母线接线

此接线有两组母线，并且互为备用。每一电源和出线的回路，都经由一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。此接线停电的机会减小了，必需的停电时间缩短了，供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于实验。但当母线故障时，隔离开关作为倒换操作电器，使操作的及时性、快速性受到一定影响。接线图如下图1.3所示。

图1.3 双母线接线

1.1.3.3 双母线带旁路接线

此接线方式在双母线接线方式的基础上进一步保证了供电可靠性，

当出线出的断路

器进行检修时能够保证用户不会长时间停电。其接线图如图1.4所示

图1.4 双母线带旁路接线示意图

综上所述考虑到可靠性、灵活性经济性220kV电气主接线采用双母线带旁路接线。 1.1.4 500kV电气主接线

由于500kV接入无穷大系统。且年利用小时数在5000小时以上，顾必须保证可靠性。而且发电机容量大，通常在330~500kV配电装置中，配电装置在系统中具有重要地，宜采用一台半断路器接线。接线图如下图1.5所示

图1.5 500kv电气主接线

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2 负荷计算机变压器的选择

2.1 厂用负荷计算

为了正确选择变压器容量，不但要统计变压器连接分段母线上实际所接电动机的台数和容量，还要考虑它们是经常工作的还是备用的，是连续运行的还是断续运行的。为了计及这些不同的情况，选出既能满足负荷要求又不致容量过大的变压器，所以又提出按使用时间对负荷运行方式进行分类。厂用负荷可分为经常负荷、不经常负荷、连续负荷、短时负荷、断续负荷。

厂用电负荷计算原则[1]如下：

（1）经常连续运行的负荷应全部计入。如吸风机、送风机、电动给水泵、循环水泵、凝结水泵、真空泵等电动机。

（2）连续而不经常运行的负荷应计入。如充电机、事故备用油泵、备用电动给水泵等电动机。

（3）经常而断续运行的负荷亦应计入。如疏水泵、空压机等电动机。

（4）短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算。如行车、电焊机等。但在选择变压器时，变压器容量应留有适当裕度。

（5）由同一台变压器供电的互为备用的设备，只计算同时运行的台数。（6）对于分裂绕组变压器，其高压绕组、低压绕组的负荷计算应分别计算。厂用负荷计算方法：换算系数法计算公式：

SC=PN×KP%/cosφN (2-1)

SC为厂用负荷，PN为发电机的额定功率，KP%为厂用电率，cosφN为厂用负荷的平均功率因素

SC=1200×4.54%/0.9=60.533MVA

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2.2 主变压器台数、容量和型式的确定

主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统 5~10 年发展规划、输送功率大小、馈线回路主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统 5~10 年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

2.2.1 主变压器台数的确定

根据本设计所各处的资料采用的单元接线形式且有两台发电机组因此采用两台主变压器。

2.2.2 主变压器容量的选择

单元接线的主变压器的容量应该按下列条件中较大者选择。（1）发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留10%的裕度。

（2）按发电机的最大连续容量，（制造厂家提供的数据）扣除一台厂用变压器计算负荷和变压器绕组平均升温在标准环境温度或冷却水温不超过 65℃的条件选择。该 65℃是根据我国电力变压器的标准，即在正常使用条件下，油浸变压器在连续额定容量稳态下的绕组平均温度[1]。单元接线主变压器容量的计算公式：

STN≥1.1 PN cosφN−

STN为主变压器容量 PN发电机的额定功率 KP%为厂用电率

cosφN厂用负荷的平均功率因素

STN≥1.1（600/0.9-4.54%×600/0.9）=700.04MVA

2.2.3 变压器型式和结构的选择变压器形式和结构的选择原则[1]：（1）相数的选择

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KP*PN

cosφ (2-2)

当不受运输条件限制时，在 330kV 及以下的发电厂均应选用三相变压器。容量为 600MW 机组单元接线的主变压器和 500kV 电力系统中的主变压器应综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，可采用单相组成三相变压器。采用单相变压器时，由于备用相一次性投资大，利用率不高，故应综合考虑系统要求、设备质量及按变压器故障率引起的停电损失费用等因素，确定是否装设备用相。若确需装设，可按地区或同一电厂 3~4 组的单相变压器，合设一台备用考虑。根据本设计经过比较采用三相变压器更合理。（2）绕组数与结构

机组容量为200MW以上的发电机采用发电机双绕组变压器单元接入系统，而两种升高电压级之间加装联络变压器更为合理,故应采取双绕组变压器[1]。

（3）绕组联结组号

在发电厂和和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素，主变压器联接组号一般选用 YNd11 常规接线。

（4）调压方式

调压方式分为两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压，调压范围通常在±2×2.5%以内。一种是不带电切换，称为无激磁调压，调压范围通常在 ±2×2.5%以内。种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%，但由于其结构复杂。价格较贵一般只在特定情况下使用。因此在设计中我选择无载调压的变压器。同时主变压器需要能输出700.04MVA，所以输送220kV母线上的主变压器选择如下：

SPF—720000/220，720MVA，242±2×2.5％/22，Uk％＝14，YNd11 同理选择500kV的主变压器型号如下：

SPF—720000/550，720MVA，550±2×2.5％/22，Uk％＝16，YNd11 变压器的型号各项数据如下表2-1：

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表2-1 主变压器型号各项参数

2.3 联络变压器的选择

联络变压器一般1台，不超过2台。联络变压器选择如下表2-2：

2-2 联络变压器的各项参数

容量选择:

（1）联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下有功功率和无

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功功率交换。

（2）联络变压器容量一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组保障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求；同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。

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3 最大持续工作电流及短路计算

3.1 各回路最大持续工作电流

尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

电气设备的额定电流IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Igmax 根据以下公式可以计算出各回路最大持续工作电流。

IgmaxSmax为所统计各电压侧负荷容量 UN为各电压级额定电压

(3-1)

3.2 短路电流计算点的确定和短路电流的计算结果

电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在供电系统的设计和运行中，还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统危害最大的是短路故障。短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。因此，短路电流计算是电气主接线的方案比较、电气设备及载流导体的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的基础。

3.2.1 短路电流计算的目的

（1）为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性；

（2）为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；

（3）为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。

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3.2.2 为简化短路电流计算假设条件

在实际短路计算中，为了简化计算工作，通常采用一些简化假设，其中主要包括：（1）符合用恒定电抗标识或忽略不计；

（2）认为系统中个元件参数恒定，在高压网络中不计元件的电阻和导纳，即个元件军用春电抗表示，并认为系统中各发电机的电势通相位，从而避免了复数的运算；

（3）系统出不对称故障出现局部不对称，其余部分是三相对称的。 3.2.3 短路电流计算的基本假定和计算方法 3.2.3.1 基本假定

（1）正常工作时，三相系统对称运行。（2）所有电源的电动势相位角相同。

（3）系统中的电机均为理想电机，不考虑电磁饱和、磁滞、涡流及导体肌肤效应等影响；转子结构完全对称；

（4）短路发生在短路电流为最大的瞬间；

(5) 不考虑短路电的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 3.2.3.2 电抗计算

选取基准容量为SB=100MVA，UB=Uav=1.05Ue SB为基准容量 Uav为线路上平均电压

以上都采用标幺值计算方法，省去“*”

对于QFSN-600-2-22C发电机的电抗为X1=X2=X3=X4 对于220kV主变压器SFP-72000/220的电抗为X5=X6 对于500kV主变压器SFP-72000/550的电抗为X7=X8 对于联络变压器QDFPS-75000/500的电抗为XT 详细短路电流计算见设计计算书

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4 主要电气设备的选择

4.1 电设备选择的一般原则：

(1) 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展； (2) 应按当地环境条件校验； (3) 应力求技术先进和经济合理； (4) 与整个工程的建设标准应协调一致；

(5) 同类设备应尽量减少品种。选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生电压、过电流的情况下保持正常运行；各种高压电器的一般技术条件如下表4-1所示

表4-1 各种高压电器的一般技术条件

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4.2 按正常工作条件选择电气设备

(1) 额定电压

电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不低于所接电网的最高运行电压。通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1~1.5倍，而电网运行电压的波动范围，一般不超过电网额定电压的1.5倍。因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压USN的条件选择，即

UN≥USN (4-1)

（2）额定电流

电气设备的额定电流IN是指在额定环境下，电气设备的长期允许电流。IN应不小于该回路的各种合理运行方式下的最大持续θ0工作电流Imax，即

IN≥Imax (4-2)

（3）环境条件

选择电气设备时，还应考虑其安装地点的环境条件，当气温、风速、污秽、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超过一般电气的基本使用条件时，应采取相应的措施。

4.3 按短路状态校验

（1）短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定的条件为

I2tt ≥ Qk (4-3)

其中：Qk为短路电流产生的热效应；It、t分别为电气设备允许通过的热稳定电流和时间。

（2）电动力稳定校验

电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定条件为

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ies≥ish或 Ies≥Ish (4-4)

式中：ish、Ish分别为短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ies分别为电气设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值。

（3）短路电流计算

为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，做验算用的短路电流应按照容量和接线、短路类型、计算短路点的要求来确定。

（4）短路计算时间

热稳定短路计算时间tk 。该时间用于检验电气设备在短路状态下热稳定，其继电保护动作时间tpr和相应断路器的全断开时间tbr之和，即

tk=tpr+tbr (4-5)

继电保护动作时间tpr按我国电气设备设计规定：验算电气设备时宜采用后备保护动作时间；验算裸导体宜采用主保护时间，如主保护有死区时则采用能对该死区起到作用的后被保护时间，并采用相应出的短路电流；验算电缆时，对电动机等直馈线应取主保护动作时间，其余按后备保护时间。式中，tpr保护动作时间，主要有主保护动作时间和后背保护时间，当为主动保护动作时间时一般去0.05s；当为后备保护时间一般去2.5s；tbr断路器全断开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tbr=0.1-0.5s,对于低速动作的断路器取tbr=0.2s。

4.4 高压断路器的选择说明

（1）额定电压

断路器的额定电压，应不小于所在电网的额定电压，即

Ug≤Un (4-6)

（2）额定电流

断路器的额定电流不小于回路的持续工作电流，即

Igmax≤In (4-7)

（3）开断电流

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Idt≤Ikd或Sdt≤Skd (4-8)

其中：Idt为断路器实际开断时间t秒的断路电流周期分量

Sdt为断路器t秒的开端容量

Ikd为断路器的额定开断电流

Skd为断路器的额定开断容量

（4）动稳定

动稳定校验是指在冲击电流作用下，断路器的载流部分产生的点动力是否能导致断路器损坏。

ich≤imax (4-9)

式中：i max为断路器极限通过电流峰值

ich为三相短路冲击电流

（5）热稳定

2I2∝tdz≤Itt (4-10)

I∝为稳态三相短路电流

tdz为断路电流发热等值时间

It为断路器t秒热稳定电流

4.5 隔离开关的选择说明

（1）额定电压

隔离开关的额定电压，应不小于所在电网的额定电压，即

Ug≤Un

（2）额定电流

隔离开关的额定电流不小于回路的持续工作电流，即

Igmax≤In

（3）动稳定

ich≤imax

式中：imax为断路器极限通过电流峰值

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ich为三相短路冲击电流

（4）热稳定

2I2∝tdz≤It

I∝为稳态三相短路电流

tdz为断路电流发热等值时间

It为断路器t秒热稳定电流

4.6 母线选择说明

导体一般由铜、铝合金制成。硬导体截面通常用矩形、槽型和管型。考虑到集肤效应，矩形导体一般用于35kV以下，管型导体一般用于大电流的母线或要求电晕电压高的110kV配电装置中。所以在本设计中采用管型导体做母线。

4.6.1 220kV侧母线的选择

按导体长期持续发热允许电流或经济电流密度选择导线截面S，计算公式：

Imax≤KIal (4-11)

式中：Imax为导体所在回路中最大持续工作电流（A）；

Ial为在额定环境温度θ°=25℃时导体允许电流（A）；

K为与环境温度和海拔有关的修正系数；

（1）按经济电流密度J选择导体的经济截面积SJ

在选择导体截面S时，除配电装置的汇流母线、厂用电动机电缆等以外，长度超过20m以上导体，其截面积S一般按经济电流密度选择，即

SJ=Imax J（mm2) (4-12)

式中：J为导体的经济电流密度

按此条件选择导体截面S，应尽量接近经济计算截面SJ当五适合规格的导体时，选择小于SJ的导体。

（2）热稳定校验

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当不考虑导体集肤效应系数的影响时校验计算公式为；

S≥Smin= k (4-13)

式中：C为热稳定系数

Smin为短路热稳定决定的导体最小截面积

Qk为短路电流热效应

（3）动稳定校验

动稳定校验公式：

σmax≤σn σmax=M W (4-14)

式中：σmax为作用在母线上的最大计算应力

σn为母线材料允许的硬力

M为导体所承受的最大弯矩

W为导体对垂直于作用力方向轴的界面系数

4.6.2 发电机出口封闭母线的选择

在 200MW 及以上的发电机引出线回路为可以减少接地故障，避免相间短路；消除钢构发热；减少相间短路电动力，宜采用全连式封闭母线。对厂用高压变压器高压侧不设断路器，为提高厂用电系统的供电可靠性，由厂用高压变压器低压侧至厂用高压配电装置宜采用共箱封闭母线。如选定型产品，将提供有关的额定电压、电流和动稳定等参数，可按电气设备选择的一般原则进行选择和校验。如选用非定型封闭母线，应行导体和外壳发热，应力及绝缘子抗弯的计算，并进行共振校验。

封闭母线，就是将载流量导体用金属外壳加以保护，保护外壳用非磁性材料制成。三相载流导体合用一个金属外壳，但相间有金属隔板的称为合相封闭母线。各相各有一个单独的金属外壳的称为分相封闭母线，分相封闭母线有利于通风散热，也便于安装检修，还可以减少相邻磁场间的相互影响。

封闭母线的主要优点：

消除了外来因素造成母线相间短路的可能性，使运行安全可靠，维护工作量小。封闭母线由工厂成套制造，运到现场进行组装，施工简单迅速[2]。

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4.7 绝缘子和穿墙套管的选择说明

（1）型式选择

根据装置地点、环境，选择屋内、屋外或防污式及满足使用要求的产品型式。支柱绝缘子一般屋内采用联合胶装多棱式，屋外采用棒式，需要倒装时采用悬挂式。穿墙套管一般采用铝导体，对铝导体有明显腐蚀的地区可用铜导体。

（2）额定电压选择

无论支柱绝缘子或套管均应符合产品额定电压大于或等于所在电网电压的要求。穿墙套管的额定电流选择与窗口尺寸的配合

具有导体的穿墙套管额定电流IN应大于或等于回路中最大持续工作电流Imax，当环境温度θ=40~60℃，导体的θal去85℃以满足下式；

85-θIN≥Imax (4-15) 45

母线型穿墙套管无需持续工作电流选择，只需保证套管的型式与穿过母线的窗口尺寸配合。

（3）穿墙套管的热稳定校验

具有导体的套管应对导体校验热稳定，器套管的热稳定能力I2tt，应大于或等于流过套管所产生的热效应Qk，即I2tt≥Qk。母线型穿墙套管无需进行热稳定校验。

（4）动稳定校验

无论是支柱绝缘子或套管均要进行动稳定校验。布置在同一平面内的三相导体在发生短路时，绝缘子所承受的力为该绝缘子相邻跨距导体伤的电动力平均值。支柱所承受的电动力Fmax为

Fmax=F1+F22=1.73i2shLca×10-7（N） (4-16)

式中：Lc为计算跨距（m）；a为相邻线路距离；ish为冲击电流

4.8 电流互感器的配置和选择说明

4.8.1 电流互感器的配置

（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器；在发电机和变压器的中性点、发电机双绕组变压器单元的发电机出口、桥形接线的跨条上等，也应装设电流互感器。其

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数量应满足测量仪表、继电保护和自动装置要求。

（2）测量仪表、继电保护和自动装置一般均由单独的电流互感器供电或接于不同的二次绕组，因为其准确度级要求不同，同时为了防止仪表开路时引起保护的不正确动作。

（3） 110kV 及以上大接地短路电流系统的各个回路，一般应按三相配置；35kV 及以下小接地短路电流系统的各个回路，据具体的要求按两相和三相配置。

保护用电流互感器的配置应尽量消除保护装置的不保护区。例如，若有两组电流互感器或同一组互感器有几个二次绕组，应使他们之间的部分处于交叉保护范围之中。

为了防止支持式电流互感器的套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在线路断路器的出侧或变压器断路器的变压器侧。

为减轻发电机内部故障时对发电机的危害，用于自动励磁装置的电流互感器应布置在定子绕组的出线侧。这样，当发电机内部故障使其出口短路器跳闸后，便没有故障电流（来自系统）流经互感器，自励电流不致增加，发电机电势不致过大，从而减小故障电流，若互感器布置在中性点侧，则不能达到上述目的。

选择电流互感器时，首先要根据装设地点、用途等具体条件确定互感器的结构类型准确等级、额定电流比 KL;其次要根据互感器的额定容量和二次负荷，计算二次回路连接导线的截面积；最后校验其动稳定和热稳定。

6-20kV 屋内配电装置和高压开关柜，一般用 LA、LDZ、LFZ 型；发电机回路和2000A以上回路一般用 LMZ、LAJ、LBJ 型等；35kV 及以上配电装置一般用油浸瓷箱式结构的独立式电流互感器，常采用 LCW 系列，在有条件时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资和占地。选择母线式低电流互感器时应校核其窗口允许穿过的母线尺寸。当继电保护有特殊要求时，应采用专用的电流互感器。

4.8.2 技术条件

（1）一次回路电压

Ug≤Un (4-17)

（2）一次回路电流

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Ig.max≤Iln (4-18)

（3）准确级：需要根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。

（4）二次负荷：S2:S2≤Sn，电压互感器的额定容量Sn，常用额定负荷阻抗Zn的形式给出，并用欧姆表示。则S2由外接阻抗Z2表示。

Z2≈ r1+r2+r3（Ω） (4-19)

其中： r1为接入电路的仪表串联线圈总电阻（Ω）

r2为接触电阻，一般去0.1Ω

r3为连接导线的电阻（Ω）

（5）动稳定校验：

内部动稳定 ich≤ lnKdw

Kdw为电流互感器动稳定倍数，他等于电流互感器极限通过电流峰值idw与一次绕组额定电流Iln峰值之比，即

Kdwln (4-20)

外部动稳定有三种情况，分情况具体分析

（6）热稳定校验：

I2∞tdw≤（IlnKt） (4-21)

Kt为电流互感器的1秒钟热稳定倍数 2

4.9 电压互感器的配置和选择说明

4.9.1 电压互感器的配置

（1）母线：一般各段工作母线及备用母线上个装一组电压互感器，必要时旁路母线也装一组电压互感器；桥形接线中的两端各装一组电压互感器。用于供电给母线、主变压器和出现的测量仪表、保护、同步设备、绝缘监察装置（6-35kV系统）等。

（2）6-220kV 母线在三相上装设：其中，6-20kV 母线的电压互感器，一般为电磁型三相五柱式；35-220kV 母线的电压互感器，一般由三台单相三绕组电压互感器构成，35kV 为电磁式，110-220kV 为电容式或电磁式（为避免铁磁谐振，以电容式为主）。

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（3）主变压器回路：主变压器回路中，一般低压侧装一组电压互感器，供发电厂与系统在低压侧同步用，并供电给主变压器的测量仪表和保护。当发电厂与系统在高压侧同步，或利用 6-10kV 备用母线同步时，这组互感器可不装设。

（4）线路：当对端有电源时，在出线侧上装设一组电压互感器，供监视线路有无电压、进行同步和设置重合闸用。其中，35-220kV 线路在一相上装设；330-500kV 线路在三相上装设。

电压互感器的选择：根据安装地点和用途，确定其结构类型、接线方式和准确级；确定额定电压比；计算电压互感器的二次负荷，使其不超过相应准确度和额定容量。

电压互感型式的选择：电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在 6～35kV 屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。110～

220kV配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。220kV 及以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。

4.9.2 技术条件

（1）一次电压：U1/1.1Un>U1>0.9Un

（2）二次电压：按使用情况确定。

（3）准确等级：需要根据接入的测量仪表、继电器盒自动装置等设备对准确级的要求确定。

（4）二次负荷：S2:S2≤Sn

4.9.3 主要电设备选择结果

主要电气设备型号选择如表4-2所示

表4-2 给主要电气设备型号

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220kV母线及旁路母线型号：铝管型母线Φ140/110

封闭母线型号：QLFM-24/23000全连式封闭母线

220kV主变压器型号:SFP7-720000/220

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5 设计计算书

5.1 短路电流计算书

本设计要计算220kV母线和发电机出口的短路电流，短路点分别为d1、d2，对这两个短路点进行三相短路电流计算。短路电流计算时，忽略线路、变压器和发电机电抗及负荷的影响，电力系统短路计算示意图如下图5.1所示

图5.1：电力系统短路计算示意图

5.1.1 各元件电抗标幺值的计算

选取基准容量SB=100MVA UB=Uav=1.05Ue

SB为基准容量

Uav为线路上平均电压

以下都采用标幺值计算方法，省去“*”

发电机：

X1=X2=X3=X4=Xd

220kV变压器：X5=X6=UK%SB

100SNSB100=0.246=0.0369 SG0.9100=0.14720=0.0194

500kV变压器：X7=X8=0.16720

=0.0222

第 24页共 37页 100

联络变压器：X9=2

1U1-2+U1-3-U2-3SB

100

112+48-35100

100

750

=0.0167

1U1-2+U2-3-U1-3SB112+35-48100X10===-0.0007

2100SN2100750

XT=X9+X10=0.016

线路阻抗：X11=0.0386，X12=0.0197 各元件电抗如图5.2所示

图5.2：各元器件电抗图

5.1.2 220kV母线上短路的计算 220kV母线等值电抗图如图5.3所示：

图5.3 220kV母线短路的等值电抗图

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X13=X14=X1+X5=0.0369+0.0194=0.0563 11

X15= X7+X3 = 0.0369+0.0222 =0.02955

单位电流法求转移电抗

220kV系统对短路点f的转移电抗：

Xs1f=X11=0.0386

发电机G1、G2对短路点f的转移电抗

XG1f=XG2f=X13=0.0563

500kV系统对短路点f的转移电抗为

X12XT0.0197×0.016

Xs2f=X12+XT+=0.0197+0.016+=0.0464

X150.02955

发电机G3、G4对短路点f的转移电抗为 XG3f=XG4f=2 X15+XT+

X15XT0.02955×0.016

=2 0.02955+0.016+ =0.1391 X120.0197

根据转移电抗可得出计算电抗：发电机G1、G2的计算电抗

600XG1js=XG2js=0.0563×=0.3753

0.9×100

发电机G3、G4的计算电抗

600

XG3js=XG4js=0.1391×=0.9273

0.9×100

各点对短路点f的的短路电流标幺值，通过查短路运算曲线表可知：

发电机G1、G2的短路电流在0s、2s、4s不同时刻标幺值为2.851、2.139、2.211. 发电机G3、G4的短路电流在0s、2s、4s不同时刻标幺值 1.121、1.235、1.235 220kV系统对短路点f的电流标幺值为

I"s1=Is,2=Is,4=

=25.907 0.03861

=21.552 0.0464

550kV系统对短路点f的电流标幺值为

I"s2=Is,2=Is,4=

根据短路电流标幺值可得出

发电机G1、G2对短路点f在0s、2s、4s的短路电流有名值

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600"

I"=IG1G2

600

IG1,2=IG2,2（kA）

600

IG1,4=IG2,4（kA）

冲击电流

IG1sh=IG2sh=4.75×1.8=12.092（kA）发电机G3、G4对短路点f在0s、2s、4s的短路电流有名值

I"G3=IG4（kA）

600

IG3,2=IG4,2600

IG3,4=IG4,4=2.058(kA)

600

冲击电流

IG3sh=IG4sh=1.868× 1.8=4.755（kA）

220kV系统对短路点f的短路电流有名值

100

I"=I=I（kA） ss,2s,4

冲击电流

Ish=6.475× 1.8=16.483（kA）

500kV系统对短路点f的短路电流有名值

I"s=Is,2=Is,4冲击电流

Ish=5.387× 1.8=13.723（kA）

所以220kV母线上的各时刻的短路电流有名值如下表5-1所示

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100

（kA）

表5-1 220kV母线上的各时刻的短路电流有名值

t=0 25.098

t=2 23.106

t=4 23.426

5.2 主要电气设备选择计算书

5.2.1 高压断路器的选择计算 220kV电压回路最大持续工作电流： 1）出线回路

Ig.max2）双绕组变压器回路

1.05S1.05×720×103

Ig.maxN220kV双绕组变压器侧的断路器选择，根据

Un≥Ug Ig.max≤In

选择高压断路器型号为LW2-220六氟化硫断路器，相关断路器参数如下表5-2所示：

表5-2 LW2-220六氟化硫断路器相关参数

型号

额定电压(kV)

额定电流（A）

额定开断电流（kA）

LW2-220 220

2500

4s热稳定电流（kA） 50

动稳定电流峰值（kA） 100

0.05

0.3

额定开断时间

重合闸时间

1.05SN

1.05×1200×103

因为开断、闭合时间为0.05+0.15=0.2≥0.1所以开断电流取4.75≤50满足开断电流动稳定校验：

12.095≤100

因此满足动稳定

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热稳定校验：Itk =3.564(kA)

Itk=3.724（kA）

I"2+10×I2tk +Itk

24.752+10×3.5642×3.7242

tk=×4=54.484（kA）∙s

QK=

502×4=1000≥54.484

所以满足热稳定

220kV出线侧的断路器选择

根据电流和电压可选择型号为LW15-220的六氟化硫高压断路器，其相关参数如下表5-3所示：

表5-3 LW15-220的六氟化硫高压断路器相关参数

型号

额定电压(kV)

额定电流（A）

额定开断电流（kA）

LW15-220 220

4000

3s热稳定电流（kA） 50

动稳定电流峰值（kA） 100

0.06

0.3

额定开断时间

重合闸时间

动稳定校验：

ish=63.89≤imax=100

满足动稳定热稳定校验 QK=

I"2+10×I2tk +Itk

25.0982+23.1062×10+23.4262

tk=×4=2172.52≤502×3=7500

满足热稳定

5.2.2 隔离开关选择的计算

根据电网工作电压、最大持续工作电流可选择出隔离开关型号:

220kV双绕组变压器侧的隔离开关型号为：GW4-220户外高压隔离开关。其相关参数如下表5-4所示：

第 29页共 37页

表5-4 GW4-220户外高压隔离开关相关参数

型号

额定电压(KV)

额定电流(A)

动稳定电流峰值(kA)

GW4-220

220

2000

100

4s热稳定电流（kA）

动稳定校验：ish=12.095kA≤imax=100kA满足动稳定性。热稳定校验：QK=

I"2+10×I2tk +Itk

tk=

4.752+10×3.5642×3.7242

×4=54.484（kA）∙s

402×4=6400≥54.484

满足热稳定校验

220kV出线侧采用隔离开关型号为：GW7-220高压隔离开关。其相关参数如下表5-5所示：

表5-5 GW7-220高压隔离开关相关参数

型号

额定电压（kV）额定电流（A）

动稳定电流峰值（kA）

GW4-220

220

3150

125

3s热稳定电流（kA）

动稳定性校验：

ish=13.723kA≤imax=120kA

满足动稳定热稳定校验： QK=

I"2+10×I2tk +Itk

25.0982+23.1062×10+23.4262

tk×4=2172.52≤502×3=7500

满足热稳定校验 5.2.3 母线的选择计算 5.2.3.1 220kV母线选择

220kV母线上的最大持续工作电流Ig.max=3674.05A，选择用管形导体。根据年负荷最大利用小时数Tmax=5000h，得J=0.78则导体的截面积SJ

SJ=

Ig.max3674.05

==4710.32mm2 J0.78

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按以上结果选择铝管型母线Φ140/110，他的集肤系数Kr=1.11，热稳定系数C=87，

Kθ=

70-40

=0.816 70-25

KθIy=0.816×5520=4504.32≥3674.05

热稳定校验：

106×1.11 kf 2172.52×

Smin===564.45≤4710.332

C87

经计算材料满足短路冲击电流所产生的电动力要求 5.2.3.2 封闭母线选择发电机出口最大持续工作电流

1.05S1.05×600×103Ig.maxN根据发电机出口电压和最大持续工作电流，可选QLFM-24/23000型全封闭母线，其相关参数如下表5-6所示

表5-6 QLFM-24/23000相关参数

型号

额定电压（kV）

额定电流(A)

短路电流(kA)

4s热稳定电流有效值（kA）

QLFM-24/23000 24

23000

560

2000

Φ900×15 外径×壁厚（mm）

动稳定校验 ish=12.095

I"2+10×I2tk +Itk

24.752+10×3.5642×3.7242

tk=×4=54.484（kA）∙s

满足热稳定

所以选择QLFM-24/23000全连式封闭母线合格。

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5.2.4 220kV侧绝缘子的选择

选择220kV侧的绝缘子串片数，按额定电压和泄露比距来选择，由公式n≥

λUn

l进0

行计算。其中λ为泄漏比距，Un为额定电压，l0为每片绝缘子的泄漏距离。查相关规程可知在大气无明显污染地区或大气轻度污染地区，在污染季节中干燥少雾（含毛毛雨）或雨量较少的条件下，中性点直接接地系统的泄露比距为1.7。取型式为XP-16的悬式绝缘子，其平均泄露距离l0为29.53，带入公试计算可得n≥12.66，不过由于考虑到绝缘子老化，需增加一片，则最终选择14片。 5.2.5 电流互感器的选择计算

根据一次回路电压和电流可以选择220kV母线出线侧电压互感器型号为LCWB-220(W)系列电流互感器技术数据如下表5-7所示：

表5-7 LCWB-220(W)系列电流互感器相关参数

额定电压（kV）

准确级

额定电流比（A） 3s热稳定电流

（kA）

220

0.2

2×1200/5

动稳定电流（kA）

125

动稳定校验:

imax=125≥ish=63.89

所以满足动稳定校验热稳定校验： QK=

I"2+10×I2tk +Itk

25.0982+23.1062×10+23.4262

tk×4=2172.52≤502×3=7500

满足热稳定校验

根据电流电压选择出220kV双绕组变压器侧的电流互感器的型号为LCWB-220(W)，其相关参数如下表5-8所示：

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表5-8 LCWB-220(W)电流互感器相关参数

额定工作电压（kV）

220

0.2

2×600/5

准确级

额定电流比（A） 5s热稳定电流

（kA）

额定动稳定电流峰值（kA）

110

动稳定校验：

imax=110≥ish=12.092

热稳定校验：

QK=

I"2+10×I2tk +Itk

4.752+10×3.5642+3.7242

tk=×4=68.1≤422×5=8820

5.2.6 电压互感器选择计算

220kV母线侧拟选型号为TYD220/ 系列电压互感器。其相关数据如下表5-9所示：

表5-9 TYD220/ 系列电压互感器相关参数

型号含义：T表示成套式 YD表示电容式电压互感器

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结论

本次毕业设计的题目是“600MW火电厂电气主接线方案与布置设计”。在这次设计中的发电机台数为两台，装机容量为2×600MW, UN=22KV；机组年利用小时数:Tmax＞5000h。在本次设计得过程中，我们翻阅了许多的相关资料，最重要的是通过本次设计，我们能够巩固所学的基本理论、专业知识，并综合运用所学知识来解决实际的工程问题，学习工程设计的基本技能，基本程序和基本方法。

所设计的火电厂电气部分具有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工程建设规模要求。采用的电气主接线具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和可扩建发展的可能性等特点。所选主变经济、合理。在设计过程中，短路电流是按最严重情况考虑计算的，并结合实际环境，选择的电气设备提高了运行的可靠性，节约运行成本。

在设计的初期我们利用了三周的时间熟悉了这次毕业设计的题目及要求，并在图书馆、电子图书室查阅了有关的技术资料。在查阅资料和分析的过程中，大大拓宽我们的专业知识领域，使我们慢慢生成了这次设计的主要思路，并且将自己的思路以及想法向指导老师进行了汇报，指导老师针对我们提出的问题对思路进行了修改，这培养我们具有初步的科研和设计算的能力。由于时间关系以及个人水平的问题，这次的设计也有很多不完善的东西，相信这些会在我们的工作过程中慢慢的理解。

总之，在这次设计中最大的受益者是我们自己。我们不仅在这次毕业设计中发现了我们学习的薄弱之处，而且我们学会了如何理论与实际相结合，明白了这次毕业设计的目的。这次毕业设计是我们自己能够独立的分析问题、解决问题，使理论知识与工程实际相联系，并达到对知识的融汇贯通及合理应用。

通过这次设计，我们进一步领会电力工业建设中的政策观念和经济技术观念，以及对工程技术中的技术和经济问题，能够进行比较全面的综合分析。使我们对电力系统有了一个整体和具体的了解，这对我们今后工作中有积极的意义。

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致谢

通过这次设计，使本人对自己所学专业知识有了更深层次的认识。在这次设计中，我深深体会到理论知识的重要性，只有牢固掌握所学的知识，才能更好的应用到实践中去。也为我将来的学习工作提供了很大的帮助。

设计的顺利完工离不开指导老师的悉心教导，在此衷心的感谢陈元新老师。许多疑难问题都是陈老师指导下解决的，还有许多数据资料也在陈老师指导下查询的。没有陈老师的指导，毕业设计的难度将大大加大。

同组同学的帮助也对本人毕业设计的完成有很大的助力。同学之间互享资料，省去了很多查询资料的时间，同学间的讨论又加深了对题目的了解和加强了某些没注意的细节的认识。在此再一次感谢同组同学。

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参考文献

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附录

附录一：电气主接线图

附录二：220kV双母线带旁路配电装置进出线断面图附录三：220kV双母线带旁路配电装置配置图

附录四：220kV双母线带旁路配电装置平面布置图

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