1、发电厂电气主接线设计发电厂电气主接线设计作者：卢平摘要随着我国经济的不断发展，对电的需求也越来越大。电力工业是我国经济发展中最为重要的一种能源，主要是它可以方便、高效地转换其它能源形式。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，约占总容量的77.82%。由此可见，火力发电在我国这个发展中国家的国民经济中的重要性。本次设计是针对2*300MW火力发电厂电气部分的设计，电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。所以本次设计电气部分主接线方案为一台半断路器接
2、线。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，同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济型和灵活性，通过计算论证火电厂实际设计的合理性与经济型。采用软件绘制电气图和查阅相关书籍，进一步完善了设计。关键词：电气主接线；短路电流；配电装置；电气设备选择AbstractAs Chinas economic development，the demand for electricity is growing。Electric power industry in Chinas economic devel
3、opment is one of the most important energy，mainly it can be easily and efficiently convert other forms of energy。As an advanced productivity in the electrical industry，is the most important foundation in the development of energy industry of the national economy。Thermal power is the main force in th
4、e development of the electric power industry。By the end of 2006, thermal power generating capacity reached 484.05 million-kilowatt，77.82% per cent of total capacity。Thus，thermal power generation in China，the importance of developing the national economy。This design is designed for electrical parts o
5、f the 2*300MW thermal power plant，main electrical connection is the primary part of the electric design of power plant and substation，constitute the main part of power system。 Design of main electrical connection scheme for one and a half circuit breaker connection。The design theory in the design of
6、 main electrical wiring，electrical equipment for short-circuit current calculations，selection and distribution equipment for lightning protection design，layouts，generators，transformers and relay protection of Busbar in elaborate on these，at the same time，ensure the reliability design of premise，also
7、 consider economic and flexibility through calculations justify the actual design of thermal power plant and cheap。Draw electrical diagrams software and check out books，further improved the design。Key words：main electrical wiring；short circuit current；distribution equipment；electrical equipment sele
8、ction1 原始资料介绍1.1 原始资料分析2*300MW火电厂电气部分设计原始资料1、类型：凝汽式火电厂。2、装机容量：装机2台，总容量600MW。3、环境条件：年最高气温+42，最低气温-8。对气象无特殊要求。4、厂用电率：按10%考虑。5、厂用负荷与系统连接情况：500KV电压等级，架空线路2回与系统相连，当基准容量取为100MVA时，系统归算至500KV侧的电抗为0.018。1.2 本次设计主要容2*300MV火力发电厂电气部分设计，着重讲述了发电厂电气主接线的最佳方案的选择，厂用电接线方案的选择，通过短路电流计算结果确定二次部分的继电保护与自动装置，以及屋外配电装置的布置。具体设计
9、容为：（1）确定发电厂电气主接线的最佳方案；（2）确定发电厂厂用电接线的最佳方案；（3）短路电流计算；（4）确定发电厂电流互感器、电压互感器、避雷器、避雷针、继电保护及自动装置的配置方案；（5）电气设备的选择与校验；（6）高压配电装置的设计；本次设计的电气部分主要是关于一台半断路器典型的接线方案的确定和电器的布置方面进行阐述，并结合火电厂的实际情况和经济技术论证，从而得到最佳方案。2 电气主接线设计方案确定2.1 电气主接线设计原则与要求2.1.1 电气主接线设计原则发电厂电气主接线是电力系统的主要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完
10、成发电、变电、输配电的任务。它的设计直接关系这全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是：发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性问题，必须正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。2.1.2 电气主接线设计基本要求电气主接线设应满足可靠性，灵活性和经济性三项基本要求。现对各项要求说明如下：1、可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面
11、地看待一下几个问题:(1)可靠性的可观衡量标准是运行实践，估计一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践实验的总结。设计时应予遵循。(2)主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。(3)可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某厂是可靠的，而对另一些厂则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离发电厂在系统中的地位和作用。衡量主接线运行可靠性的标志是：（1）断路器检修时，能否不影响供电。（2）线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回
12、路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。（3）发电厂、变电所全部停运的可能性。（4）对大机组超高压情况下的电气主接线，应满足可靠性准则的要求。1）对于单机容量在300MW及以上的发电厂，可靠性准则初步建议如下：任何断路器检修、不得影响对用户的供电；任何一进出线断路器故障或拒动，不应切除一台以上机组和相应的线路；任一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动相重合时，以及分段或母联断路器故障拒动时，都不应切除两台以上机组和相应线路；经论证，在保证系统稳定和发电厂不致全停的条件下，允许切除两台以上300MW机组。2)对于330500KV变电所电气主接线，可靠性准则为：任何断路器检修，不
13、得影响对用户的供电；任一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动重合时，不宜切除两回以上超高压线路；一段母线故障（或连接在母线上的进出线断路器故障或拒动），宜将故障围限制到不超过整个母线的四分之一，当分段或母联断路器故障时。其故障围宜限制到不超过整个母线的二分之一；经过论证，在保证系统稳定的条件下，才允许故障围大于上述要求。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几方面考虑:断路器检修时，能否不影响供电；线路、断路器或母线故障时以及母线或母线隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对一、二类符合的供电；发电厂或变电站全部停电的可能性；大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行
14、的影响与后果等因素。在可靠性分析中，应考虑瞬时故障、永久故障及检修停电的影响。评估供电可靠性的主要指标有停电频率、每次停电的持续时间及用户在停电时的生产损失或电力企业在电力市场环境下通过辅助服务市场获得备用容量所付出的代价。2、灵活性电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面：（1）操作的方便性。电气主接线应该在满足可靠性的条件下，结线简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不致在操作过程中出差错。（2）调度的方便性。电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求，方便地改变运行方式，并且在发生事故时，要能尽快地切除故障，使停电时间最短，影
15、响围最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行，（3）扩建的方便性。对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有扩建的方便性，尤其是火电厂和变电站，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。设计时不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能地不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，将来可顺利完成过渡方案的实施，使改造工作量最少。3、经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要从以下几方面考虑：（1）节省一次投资。主接线应
16、简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关电器数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。（2）占地面积少。主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积少；同时应注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量发电厂或变电站，在可能和允许条件下，应采取一次设计，分期投资、投建，尽快发挥经济效益。2.1.3 大机组超高压主接线的特殊要求1、对于单机容量为300MW及以上的发电厂（1）任何断路器检修，不影响对系统的连续供电。（2）任何一进出线断路器故障或拒动以及母线故障，不应切除一台以上机组和相应的线路。任何一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动相重合，以及当母线分段或
17、母线联络短路故障或拒动时，不应该切除两台以上机组和相应的线路。2、对于500KV发电厂（1）任何断路器检修，不影响对系统的连续供电。（2）除母联及分段断路器处，任何一台断路器检修期间，又发生另一台断路器故障或拒动，以及母线故障，不宜切除三回以上线路。2.2 500KV电气主接线的确定500KV超高压配电装置主要采用双母线四分段带专用旁路母线和一台半断路器接线，300MW大机组一般都采用与双绕组变压器组成单元接线而不与三绕组变压器组成单元接线，由于本发电厂只有一种升高的电压等级，不需装设联络变压器。采用三绕组变压器时，发电机出口要求装设断路器，但由于甚大的额定电流和短路电流，使得出口断路器制造很
18、困难，造价也甚高。以下是对两种方案的确定和比较。方案一:500KV超高压配电装置接线的可靠性要求高，为限制故障围，当进出线为67回时，宜采用双母线四分段带旁路接线，并装设两台母联兼旁路断路器。如图2.1所示：图2.1 双母线四分段带专用旁路母线图2.2 一台半断路器接线方案二：双重接线的多环形行接线，是现代国大型电厂和变电站高压配置广泛采用的一种接线。500KV超一台半断路器接线是一种没有多回路集结点，一个回路由两台断路器供电的高压配电装置主要采用双母线四分段带专用旁路母线和一台半断路器接线。300MW大机组一般采用与双绕组变压器组成单元接线而不与三绕组变压器组成单元接线由于本发电厂只有一种升
19、高的电压等级，不需装设联络变压器。一台半断路器接线是一种没有多回路集结点，一个回路由两台断路器供电的双重接线的多环行接线，是现代国大型电厂和变电站高压配置广泛采用的一种接线，如图2.2所示：2.3 主接线方案的确定表2-1 一台半断路器接线与双母线四分段带旁路母线接线的技术经济比较要点项目一台半断路器接线双母线四分段带旁路母线接线可靠性在检修和故障相重合的情况下，停运的回路不超过两回1.一段母线故障，停运23个回路02.一段母线故障，合并分段或母联断路器拒动的双重故障时，停运两段母线，即46个回路。但这种情况几率极少灵活性1.为多环行供电，调度灵活。但停运一个回路需操作两台断路器，母线故障时，
20、接线潮流变化大2.隔离开关只作为检修电器，不作为操作电器，处理事故时，用断路器操作，消除事故迅速。检修断路器时，不要要带旁路操作1.为调整系统潮流，限制短路电流以及防止事故扩大等方面的原因，有可能要求母线分列运行时，本接线比较灵活2.隔离开关要作为操作电源，当改变运行方式和吃力事故时，需进行倒闸操作，检修断路器要进行带旁路操作 续表2-1经济性设备投资：9回及以上，一台半断路器接线较贵 8回路时，两种接线相等 7回及以上，双母线四分段带旁路母线贵占地面积：1.当一台半断路器接线为常规三列式顺序布置时，因一个间隔可以双侧出线，占地面积比双母线四分段带旁路母线可节约40%。当为交替布置或平环式或单
21、列式布置时，两种接线占地面积相近 2.当一台半断路器接线的常规布置，应用于发电厂时，为避免纵向布置的大机组出线偏角不至过大，常需改变配电装置布置形式，扩大占地面积30%-50%。双母线四分段带旁路母线接线，则能适应纵向布置大机组出线位置而不需扩大占地面积继电保护及二次回路复杂性1.由于每个回路连接两台断路器，一台中间断路器连接着两个回路，保护接于两组电流互感器的和电流，其电流互感器的二次回路，保护装置的跳合闸出口等比较复杂2.应用于发电厂时，发电机变压器组与线路共用的中间短路器，只能在单元控制室控制，并在网络控制室设相应的断路器信号，比较复杂1.分段的母线保护比较复杂，需有故障母线选择元件，而
22、当将回路从一段切换到另一段母线时，电流互感器二次回路需要切换。母线隔离开关的闭锁回路及母联兼旁路断路器的保护，二次回路较复杂2.应用与发电机变压器利用一台断路器，只需在单元控制室控制，与线路控制无关，比较简单两种接线的可靠性、灵活性、经济性、继电保护及二次回路复杂性并综合原理资料，最终确定一台半断路器接线为电气主接线的最佳方案。2.4 主变压器的选择2.4.1 发电厂主变压器的容量和台数的确定发电厂与主变压器为单元接线，主变压器的容量按下列条件中较大者选择：（1）按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。（2）按发电机的最续输出容量扣除本机组厂用负荷、2.4.2 主变压器型式
23、的选择（1）主变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件，可靠性要求及运输条件等因素。（2）对于单机容量为300MW，并直接升到500KV,宜选用三相变压器。2.4.3 绕组容量和连接方式的选择（1）发电厂主变压器绕组的数量对于300MW机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。因为在发电机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线，供电可靠性很高，而大电流的隔离开关发热问题比较突出等等。（2）绕组连接方式变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y连接。2.4.4 电气设备的选择根据以上论述，最终确定发电机、主变压器型号如下：1、发
24、电机： 型号：QFS-300-2型 额定功率：300MW , x_d=0.167 额定电压：18KV 额定电流：11320A =0.85 额定转速：3000r/min2、主变压器： 型号：SFP-360000/500 额定容量：360MVA 额定电压：525/18KV 连接组别：YN,d11 P0=225KW 阻抗电压%=1 3 厂用电设计3.1 厂用负荷分类按其负荷的重要性一般分以下四类：1、事故保安负荷在事故停机过程中及停机后的一段时间，仍应保证电，否则可能引起主要设备损坏、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷，称为事故保安负荷。根据对电源要求的不同，又可分下列三种：（1）直流保安负荷。
25、由蓄电池组供电，如发电机组的直流润滑油泵等。（2）交流不停电保安负荷。一般由接于蓄电池组的逆变装置供电，如实时控制用电子计算机。（3）允许短时停电的交流保安负荷。平时由交流厂用电供电，失去厂用工作电源和备用电源时，交流保安电源应自动投入，如220MW及以上机组的盘车电动机。类负荷短时（手动切换恢复供电所需的时间）的停电可能影响人参或设备安全，使生产停顿或发电量大量下降的负荷，如给水泵、凝结水泵。对类负荷，必须保证自启动，并应由2个独立电源的母线供电，当一个电源失去后，另一电源应立即自动投入。类负荷允许短时停电，但停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。如工业水泵、疏水泵等。对类负荷，
26、应由有2个独立电源的母线供电，一般采用手动切换。类负荷长时间停电不会直接影响生产的负荷。如中央修配厂、实验室等的用电设备。对类负荷，一般由1个电源供电。3.2 厂用电接线基本要求厂用电接线除应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济、和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足下列特殊要求：（1）尽量缩小厂用电系统的故障影响围，并应尽量避免引起全厂停电事故。（2）充分考虑发电厂正常、事故、检修、起动等运行方式下的供电要求。切换操作简便。（3）便于分期扩建或连续施工。对公用负荷的供电，要结合远景规模统筹安排。3.3 厂用电的电压等级厂用电的电压等级是根据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络等因
27、素，相互配合，经过技术经济综合比较确定的。为了简化厂用电接线，且使运行维护方便，厂用电电压等级不宜过多。在发电厂和变电站中，低压厂用电压常采用400V，高压厂用电压有3、6、10KV等。为了正确选择高压厂用电的电压等级，需进行技术经济论证。按发电机容量、电压确定高压厂用电压等级容量在60MW及以下，发电机电压为10.5KV，可采用3KV作为厂用高压电压。当容量在100300MW时，宜选用6KV作为厂用高压电压。当容量在300MW以上时，若技术经济合理，可采用两种高压厂用电压，即3KV和10KV两级电压。通过考虑系统实际，单机容量为300MW的厂用电压分为两级，高压为6KV,低压为380V。3.
28、4 厂用电系统中性点接地方式高压厂用电系统中性点接地方式高压（3、6、10KV）厂用电系统中性点接地方式的选择，与接地电容电流的大小有关：当接地电容电流小于10A时，可采用不接地方式，也可采用高电阻接地方式；当接地电容电流大于10A时，可采用经消弧线圈或消弧线圈并联高电阻的接地方式。一般发电厂的高压厂用电系统多采用中性点经高电阻接地方式。上述中性点接地方式的特点和适用围叙述如下：（1）中性点不接地方式。当高压厂用电系统发生单相接地故障时，流过短路点的电流为电容性电流，且三相线电压基本平衡。若单相接地电容电流小于10A时，允许继续运行2h，为处理故障争取了时间，若厂用电系统单相接地电容电流大于1
29、0A时，接地处的电弧不能自动熄灭，将产生较高的电弧接地过电压（可达额定相电压的3.55倍）并易发展成为多相短路，故接地保护应动作于跳闸，中断对厂用设备的供电。这种中性点不接地方式曾广泛应用于火力发电机组的高压厂用电系统，今后仍会在接地电容电流小于10A的高压厂用电系统中采用。（2）中性点经高电阻接地方式。高压厂用电系统的中性点经过适当的电阻接地，可以抑制单相接地故障时健全相的过电压倍数不超过额定相电压的2.6倍，避免故障扩大。常采用二次侧接电阻的配电变压器接地方式，无需设置大电阻器就可达到预期的目的。当发生单相接地故障时，短路点流过固定的电阻性电流，有利于馈线的零序保护动作。中性点经高电阻接地
30、方式适用于高压厂用电系统接地电容电流小于10A，且为乐降低间歇性弧光接地过电压水平和便于寻找接地故障的情况。（3）中性点经消弧线圈接地方式。在这种接地方式下，厂用电系统发生单相接地故障时，中性点的位移电压产生感性电流流过接地点，备尝电容电流，将接地点的综合电流限制到10A以下，达到自动熄弧。当机组的负荷变化时，需改变消弧线圈的分接头以适应厂用电系统电容电流的变化，但消弧线圈变比的变化又改变了接地点的电流值。为了保持接地故障电流不变，必须相应地调节二次侧的电阻，所以二次侧电阻应由与消弧线圈分接头相匹配的调节分接头。这一接地方式运行比较复杂，要增加接地设备投资，而且接地保护也比较复杂，适用于大机组
31、高压厂用电系统接地电容电流大于10A的情况。对于2*300MW发电厂厂用中性点接线方式为中性点经高电阻接线方式，优点：可防止阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，接地电流水平为10A以下，减小了地位升高，接地故障可以不立即切清楚，因此能带单相接地故障相运行。3.5 厂用电源及其引接发电厂的厂用电源，必须供电可靠，且能满足各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设置备用电源、启动电源和事故保安电源。一般电厂中，都以启动电源兼做备用电源。1、工作电源发电厂或变电站的厂用工作电源，是保证正常运行的基本电源。通常，工作电源不少于两个。现代发电厂，一般都投入系统并联运行。若从发电机电压回路通过厂用高压变压器（或电抗器）取得厂用高压工作电源，即使发电机组全部停止运行，仍可从电力系统倒送电能给厂用电源。这种接线方式，供电可靠、操作简单、调度方便、投资和运行费用都比较省，常被广泛采用。厂用高压工作电源从发电机电压回路的引接方式与主接线形式有密切联系。当主接线具有发电机电压母线时，则厂用工作电源（厂用变压器或厂用电抗器）一般直接从母线上引接。当发电机和主变压器为单元接线时，则厂用工作电源从主变压器的低压侧引接。厂用分支上一般都应装设高压断路器。该断路器应按发电机机端短路进行选择，其开端电流可能比发电机出口处断路器的还要大，对大容量机组可能选不到合适的断路器，可加装电抗器或
