发电厂电气一次系统设计-毕业论文论文报告.doc
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××电力大学科技学院论文（设计）
发电厂电气一次系统设计
题目
××××年六月
毕业设计（论文）
系别
电力工程系
专业班级
电气07K1班
学生姓名
×××
指导教师
梁海平
1
发电厂电气一次系统设计
摘要
发电厂是电力系统中生产电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施。
它通过其变压器将各级电压的电网联系起来，将电能输送出去。
本设计是对一高压侧110kV，2回出线；中压侧35kV，4回出线；低压侧10kV，12回出线的发电厂一次系统进行的初步设计。
该发电厂属于小型发电厂，它除承担向系统供应电能的任务外，还提供地区负荷。
本设计首先进行了原始资料的分析。
通过分析，了解该发电厂的类型、负荷情况等；然后，再依据发电厂的电压等级、出线数目及其负荷大小，拟定出多种接线方案，再通过初步技术和经济比较，确定一个最优方案；再根据选择主变的原理和所给的该发电厂各电压等级的最大负荷量，确定了主变容量、台数及型号；然后，选择各个短路点，进行短路电流计算，为下面的电气设备选择打下基础；再次，便是根据上述设计成果确定各电气设备，确定配电设备。
最后根据这地区的雷雨情况配置避雷与接地装置及配电装置，完成电气主接线、电气平面布置、防雷与接地图。
关键字：
发电厂设计；短路计算；设备选择；防雷保护
ADESIGNOFELECTRICMAINSYSTEM
FOR
POWERSTATION
Abstract
PowerStationsareproducingelectricityinthepowersystem,controllingthepowerflowandadjustingthevoltage.Itwilllinkalllevelsofvoltagepowergridthroughitstransformerandwillsupplypowertothetransmissionsystem.
Thetentativedesignistothefirstsystemofthepowerstationwhichhashigh-tensionside110kV,fouroutputconnections;middle-tensionside35kV,fouroutputconnections,low-tensionside10kV,twelveoutputconnections.Thepowerstationbelongstoonemiddle-sizestation.Inadditiontoassumethesupplyofpowertothepowersystemalsotocontenttheregionloads.
Thedesignhasfirstlybeencarriedontheanalysisofprimarysource.Passingthroughtheanalysis,wecanunderstandthetypeofthispowerstation,loadconditionandsoon.Secondly,basedonthevoltagelevelofpowerstation,loadsizeandthenumberofoutline,wecanobtainawiderangeofwiring,andthenthroughthepreliminarytechnicalcomparison,thetwooptionsidentified.Inthelightoftheprincipleofchoosingmaintransformer,wecanchoosethemaintransformer’snumber,capacityandtype.Next,selectingeachshortcircuitpointandcarryingonthecalculationofshortcircuitcurrent,itisthefoundationthathasbeenconqueredintheselectionoftheelectricinstallationofnext.Then,basedontheaboveresultsofdesignedwecandeterminetheelectricalequipment,throughtheeconomicallyoptimalchoosingthebestplananddeterminingthedistributedequipmentsofthepowerbaseonthedesignachievementmentionedabove.
Accordingtothesituationinthisregionofthethunderstorm,lightningprotectionandgroundingdeviceareconfigured.Thefinalcompletionofthemainelectricalwiring,theelectricallayout,lightningprotectionandaccessmaparedraw.
Keywords:
Powerstationdesign;Shortcurrentcalculation;Equipmentselection;LightningResistantprotection;Distributiondevic
1
目录
摘要 I
Abstract II
1电气主接线选择 1
1.1概述 1
1.2主接线设计原则 1
1.3主接线的接线方式选择 1
1.3.1单母线接线 1
1.3.2单母分段 1
1.3.3双母接线 2
1.3.4双母线分段接线 2
1.3.5桥形接线 2
1.3.6一个半断路器（3/2）接线 2
1.4主接线线方案的比较选择 3
1.4.1主接线方案 3
1.4.2主接线方案选择 7
2主变压器容量、台数及形式的选择 8
2.1概述 8
2.2主变压器的选择原则 8
2.3主变压器容量和台数的确定原则 8
2.4主变压器型式的选择 8
2.5绕组数的选择 9
2.6主变压器容量的选择 9
3短路电流计算 11
3.1概述 11
3.2短路计算的目的及假设 11
3.2.1短路电流计算的目的 11
3.2.2短路电流计算的一般规定 11
3.2.3短路计算基本假设 12
3.2.4基准值 12
3.3短路电流计算步骤 12
3.4短路电流的计算 13
3.4.1各电气设备参数 13
3.4.2短路电流的计算 14
4电气设备的选择 20
4.1概述 20
4.1.1一般原则 20
4.1.2技术条件 20
4.2断路器的选择 21
4.2.1按开断电流选择 21
4.2.2短路关合电流的选择 21
4.3隔离开关的选择 21
4.4各电压等级的断路器、隔离开关的选择和校验 22
4.4.1110kV侧断路器、隔离开关的选择 22
4.4.235kV侧断路器、隔离开关的选择 22
4.4.310KV侧高压开关柜的选择 24
5经济技术比较 25
5.1方案一的经济投资计算 25
5.1.1开关设备投资 25
5.1.2变压器投资 25
5.1.3配电装置综合投资 25
5.1.410kV母线分段电抗器、出线电抗器投资：
25
5.1.5综合投资及年运行费用计算 25
5.2方案二的经济投资计算 26
5.2.1开关设备投资 26
5.2.2变压器投资 27
5.2.3配电装置综合投资 27
5.2.410kV母线分段电抗器、出线电抗器投资：
27
5.2.5综合投资及年运行费用计算 27
5.3两方案经济比较 28
6其它电气设备的选择 29
6.1互感器的选择 29
6.2电流互感器的选择 29
6.2.1110KV侧电流互感器的选择 30
6.2.235KV侧电流互感器的选择 31
6.3电压互感器的选择 32
6.3.1110KV电压互感器的选择 33
6.3.235KV电压互感器的选择 33
6.4导体的选择 34
6.4.1裸导体的选择条件选择和校验 34
6.4.2各电压等级的母线的选择 35
6.4.2.135kV侧母线的选择 35
6.4.2.210kv侧母线的选择 36
6.4.3各电压等级出线的选择 38
6.4.3.1110kV侧出线的选择 38
6.4.3.235kV侧出线的选择 38
6.4.3.310kV侧电缆的选择 39
6.5高压熔断器的选择 40
6.6避雷器的选择 41
6.6.1110kV避雷器的选择及校验：
41
6.6.235kV避雷器的选择及校验：
42
6.6.310kV避雷器的选择及校验 43
7电气总平面布置及配电装置的选择 44
7.1概述 44
7.2高压配电装置的选择 44
8厂用电的接线设计 48
8.1对厂用的设计的要求 48
8.2厂用电电压 48
8.3厂用母线接线方式 48
8.4厂用工作电源 48
8.5厂用备用或起动电源 48
8.6交流事故保安电源 48
8.7厂用电接线 48
9防雷及接地系统 50
9.1防雷保护 50
9.1.1直击雷的保护范围 50
9.1.2直击雷的保护措施 50
9.2避雷针、避雷线的装设原则及其接地装置的要求 51
9.3避雷针的配置 51
9.3.1避雷针的配置原则 51
9.3.2避雷针位置的确定 51
9.3.3本设计的防雷设计及计算 52
9.4接地装置 53
9.4.1一般规定 53
9.4.2降低土壤电阻率的措施 53
9.4.3接地体的设计 53
9.4.4典型接地体的接地电阻计算 53
9.4.5本设计的接地设计 54
参考文献 56
设计图纸说明 57
致谢 58
1
1电气主接线选择
1.1概述
电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。
用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图。
主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。
1.2主接线设计原则
电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题。
它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。
因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。
电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，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，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，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、实用、经济、美观的原则。
1.3主接线的接线方式选择
电气主接线是根据电力系统和发电厂具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。
而本厂各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。
1.3.1单母线接线
单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。
单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。
1.3.2单母分段
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。
当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：
110～220kV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63kV可配电装置的出线回路数为4～8回，6～10kV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。
1.3.3双母接线
它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。
如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。
对于，110～220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。
1.3.4双母线分段接线
双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。
而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。
为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。
1.3.5桥形接线
当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。
内桥接线：
适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除情况。
外桥接线：
适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。
1.3.6一台半断路器（3/2）接线
两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。
1.4主接线线方案的比较选择
1.4.1主接线方案
方案一：
10kV采用单母线分段接线，35kV采用单母线分段接线；110kV侧采用桥形接线。
图1-1方案一接线图
10kV、35kV均采用单母线分段接线，经济性、可靠性都比较好，110kV采用内桥接线，适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除情况，所用断路器少，投资少，布置简单，经济性好，可作为备选方案。
方案二：
10kV侧采用单母线分段接线；35kV侧采用单母线分段接线；110kV侧采用双母线接线；
图1-2方案二接线图
10kV、35kV均采用单母线分段接线，经济性、可靠性都比较好，110kV采用双母线接线，它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电，可作为备选方案。
方案三：
10kV侧选用单母线分段接线，35kV侧选用双母线接线，110kV侧选用内桥接线。
图1-3方案三的接线图
内桥接线：
适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。
当变压器故障时，需停相应的线路。
使用断路器少、布置简单、造价低等优点。
所以110kV侧和10kV侧可靠性较高，也比较经济。
35kV侧选用的双母线接线，它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。
但是不够经济，故不选用此方案。
方案四：
10kV侧选用单母线分段接线，5kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，110kV侧选用内桥接线，
图1-4方案四的接线图
此方案110kV侧选用内桥接线，10kV侧选用单母线分段接线，可靠性和经济性都较高。
35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，可靠性较高，但不够经济。
故不选用此方案。
方案五：
110kV侧和10kV侧均选用单母线分段接线，35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线
图1-5方案五的接线图
此方案110kV侧和10kV侧均选用单母线分段接线，可靠性和经济性都较高，35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，可靠性较高，但是不够经济，故不选用此方案。
方案六：
10kV采用单母线分段接线，35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，110kv采用双母线接线
图1-6方案六接线图
35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，110kV采用双母线接线，可靠性很高，但经济性不好，故排除。
1.4.2主接线方案选择
方案一110kV采用内桥形接法，方案二110kV采用双母线接法，从可靠性角度分析，当变压器故障或停运时，方案一的一回出线暂时停电，待操作后可恢复通电，方案二则不会出现出线停电的情况，但可能会使线路过负荷，从可靠性的角度分析，方案二占优势。
而方案二比方案一多了一组母线，两台断路器，6组隔离开关，显然从经济角度上，方案二略逊一筹。
方案一和方案二在可靠性和经济性上都有一定的优势，还需进行进一步的比较。
2主变压器容量、台数及形式的选择
2.1概述
在发电厂中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本厂用的变压器，称为厂（用变压器或自用变压器）。
本章是对发电厂主变压器的选择。
在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计发电厂的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。
选择主变压器的容量，同时要考虑到该发电厂以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。
2.2主变压器的选择原则
1）主变容量一般按发电厂建成后5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。
2）根据发电厂所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。
对于发电厂，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证锅炉的最小出力。
对于一般发电厂，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。
2.3主变压器容量和台数的确定原则
1、单元接线的主变压器：
单元接线时变压器容量按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。
采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按接单元接线的计算原则计算出的两台机容量之和来确定。
2、具有发电机电压母线接线的主变压器
连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素：
当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。
当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需限制本厂出力时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。
若发电机电压母线上接有2台及以上的主变压器时，其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70%以上。
2.4主变压器型式的选择
选择主变压器，需考虑如下原则：
1）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。
2）当发电厂与系统连接的电压为500kV时，经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台50%容量三相变压器或单相变压器组。
对于单机容量为300MW、并直接升到500kV的，宜选用三相变压器。
在发电厂还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。
2.5绕组数的选择
具有三种电压等级的发电厂，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15%以上时，主变压器一般选用三绕组变压器。
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。
电力系统采用的绕组连接方式只要有Y和△，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确定。
我国110kV及以上电压，变压器绕组多采用Y连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。
35kV以下电压，变压器绕组多采用△连接。
由于35kV采用Y连接方式，与220、110系统的线电压相位角为00，这样当变压变比为220/110/35kV，高、中压为自耦连接时，变压器的第三绕组连接方式就不能采用三角形连接，否则就不能与现有35kV系统并网。
因而就出现所谓三个或两个绕组全星形接线的变压器，全国投运这类变压器约40～50台。
2.6主变压器容量的选择
具有三种电压等级的发电厂，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15%以上时，主变压器一般选用三绕组变压器。
1）当发电机满发，且10kV负荷最小时，
MVA
2）当10kV负荷最小，且T1,T2之一退出运行时，另一台应能输送母线剩余功率的70%以上。
MVA
3）当10kV母线上负荷最大且G1、G2之一退出时，应满足系统倒送功率。
10kv母线的最大负荷为15MW,切除一台发电机的剩余容量为
MW
则没有变压器从系统倒送功率的可能性。
根据以上的计算结果，应选择75000kVA的变压器，但考虑到经济性和变压器的事故过负荷能力，选择SFPSL-63000kVA的变压器，具体参数如下：
表2-1变压器参数
额定容量
连接组标号
额定电压
空载损耗
阻抗电压
63000
（kVA）
-12-11
110±8*1.25%/
38.5±2*2.5%/
11
53.2
（kW）
高中：
17.5
高低：
10.5
中低：
6.5
过负荷倍数k=67.5/63=1.07,允许连续运行的时间3.75h.
3短路电流计算
3.1概述
在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。
短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。
在三相系统中，可能发生的短路有：
三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。
其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。
电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。
但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。
因此，我们都采用三相短路来
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