完整版2300MW发电厂厂用电电气部分毕业设计Word文档下载推荐.docx
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4.6电气设备的选择28
4.6.1断路器参数的选择28
4.6.2隔离开关参数的选择28
4.6.3形式选择28
4.6.4电流互感器的选择30
4.6.5电压互感器的选择31
4.7母线的选择31
4.7.1母线材料、形式、和布置方式的选择31
4.7.2母线选择计算32
5继电保护总体方案34
5.1主变压器保护规划34
5.2变压器保护35
5.3母线保护35
5.4厂用母线保护应满足的要求36
5.5厂用母线保护的选择36
6配电装置37
7防雷保护设计39
7.1雷电过电压的形式及危害性39
7.2直击雷和感应雷保护39
7.3雷电波入侵保护40
7.4避雷器的选择40
8接地设计42
8.1降阻设计42
8.2材料防腐分析42
8.3地网接地电阻的推算44
8.4阴极保护设计45
8.4.1阴极保护的概念45
8.4.2阴极保护方法的选择45
8.5牺牲阳极法与外加电流法的技术特点比较45
8.6牺牲阳极材料的选择46
8.6.1选定阳极材料46
8.6.2锌基、率基、镁基牺牲阳极的性能比较46
9结论49
致谢50
参考文献51
附录A52
附录B53
附录C54
1前言
中国电力工业一直以高速发展，1949年全国电力装机容量为1850MW，发电量为43.1KW）
符号
适用范围
安全净距
A1
1、带电部分直接地部分之间。
2、网状遮栏向上延伸线距地2.3m处与遮栏上方带电部分之间。
100
A2
1、不同相的带电部分之间。
2、断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间
B1
1、栅状遮栏至带电部分之间。
2、交叉的不同停电检修的无遮拦带电部分之间
850
B2
1、网状遮栏至带电部分
200
C
1、无遮栏裸导体至地面之间。
2400
D
1、平行的不同时停电检修的无遮拦裸导体之间。
1900
E
1、通向屋外的出线套管至屋外通道路面。
4000
1.配电装置图
图6-1配电装置图
2
防雷保护设计
7.1雷电过电压的形式及危害性
雷电过电压的基本形式有直击雷、感应雷和入侵雷三种。
1）直击雷。
雷电直接对电气设备（含输电线路）或建筑物进行放电，称为直接雷击或宜击雷。
直击雷过电压可引起数万安培的强大雷电流通过被击物体而人地，产生破坏性很大的热效应和机械效应，损坏设备，击毁建筑物，引起火灾，甚至造成人身伤亡。
2）感应雷。
雷电落在电气设备附近或雷云在电气设备上方移动时，通过静电感应或电磁感应在电气设备上呈现出数万乃至数十万伏的感应过电压，称作感应雷或间接雷击。
3）入侵雷。
当输电线路上遭受直击雷或感应雷产生的雷电被侵入发电厂或变电所，产生过电压击坏电气设备，称为雷电波侵入或入侵雷。
由于雷电波侵人造成的雷害事故占全部雷害事故的一半以上，因此需采取特别措施。
7.2直击雷和感应雷保护
1.电压为110KV及以上的屋外配电装置，可将避雷针装在配电装置构架上。
对于35KV-60KV配电装置中，为防止雷直击时引起的反击，一般采用独立避雷针进行保护。
2.35KV-60KV屋外配电装置，如将保护线路的避雷线接在出线门型架上，需满足变压器6KV-60KV出口装设阀型避雷器的要求。
3.在选择独立避雷针装设地点时，应尽量选择在照明塔上装避雷针。
4.防止从线路侵入的雷电波过电压对电气设备的危害，一般采用避雷器、间隙、电容器和相应的进线进行保护。
7.3雷电波入侵保护
1.利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相配合的进线段保护。
2.进线段保护：
作用是使雷电不直接击在导线上，且利用进线段本身阻抗来限制雷电流幅值，利用导线的电晕衰耗来降低雷电波的陡度。
3.变压器中性点保护设备的选择：
1）原则：
在单相接地情况下，保护变压器中性点的设备不应动作，即要求保护设备的操作放电电压下限应高于单相接地时变压器中性点上操作过电压。
2）保护变压器中性点的设备的工频放电电压上限和冲击放电电压上限，应低于变压器中性点的耐受和冲击电压。
3）采用避雷器保护时，避雷器的灭弧电压高于单相接地时，变压器中性点过电压。
7.4避雷器的选择
避雷器的作用是使电气设备免受大气过电压以及系统过电压的危害。
在选用避雷器时，应保证避雷器安装地点的工频电压升高在任何情况下都不会超过灭弧电压，否则避雷器可因不能灭弧而爆。
避雷器的类型主要有保护间隙、管形避雷器、阀形避雷器个氧化锌避雷器等几种。
保护间隙和管形避雷器主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统，线路和发电厂、变电所进线段的保护。
阀型避雷器用于变电所和发电厂的保护在220KV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。
根据设计任务书所给资料，本设计选定避雷器型号及技术数据如下：
表7-1所选避雷器型号
型号
额定电压
有效值（KV）
灭弧电压有
效值（KV）
工频放电电压
有效值（KV）
冲击放电电
压峰值（KV）
不小于
不大于
FS-6
6
7.6
16
19
35
注：
FS——为配电用普通阀式避雷器
3
接地设计
接地的目的是要保证电气系统和电气设备的正常运行和人身安全。
总设要求对给排水系统管道进行阴极保护，对其它系统实施全厂联合的降阻接地设计，并尽量降低所有埋地金属设施的电化学腐蚀。
8.1降阻设计
发电厂主要由给排水系统、燃料（煤场）系统、热力系统、动力系统、发电系统、变压系统、控制系统、其它设施构成。
整厂可供敷设地网面积约为150000，土壤电阻率约为2000Ω.m，而接地电阻要求≤0.5Ω，有较大难度，同时要保证地网使用寿命≥30年。
土壤电阻率约为2000Ω.m，要求接地电阻小于0.5欧姆。
根据公式估算，采用防腐离子接地体，离子接地体的降阻性能优越，设计上通过降低单套离子接地体的接地电阻的方式，逐套进行优化，然后在多个区域合理布置并联，同时通过水平地网与垂直深井的综合降阻能力，达到接地要求。
8.2材料防腐分析
（1）钢材
总设分析了当地土壤腐蚀的机理及防止接地网腐蚀的各种措施，对接地网采用钢导体、铜导体、锌导体和牺牲阳极的阴极保护等防止腐蚀的方法进行了技术经济比较。
一般接地系统由金属材料组成，由于接地材料长期埋设在土壤中，通常受到土壤的腐蚀和电气排流造成的杂散电流的影响，导致接地系统材料产生严重的腐蚀，使接地材料截面减小（薄）、穿孔甚至断开，严重影响接地系统的热稳定性和电气的连续性，给发电厂造成严重的安全隐患。
据统计，应用镀锌扁钢和镀锌钢管或角钢的接地网，一般接地网运行十年，快的3～4年后都会产生严重的腐蚀而不得不更换，使投资增数倍。
传统的接地装置，大多采用圆钢、扁钢、角钢或钢管等碳素钢材。
铁是一种化学性质比较活泼的元素，在常温常湿的条件下就能与多种非金属元素及盐类发生化学反应，会锈蚀和腐蚀。
在一般的土壤中，碳钢的年平均腐蚀厚度在0．2mm左右；
在严重污染的环境中，最大年平均腐蚀厚度达3mm。
为减缓腐蚀速度，多采用热镀锌件，锌的抗腐蚀能力比铁高，在一般土壤中，镀锌扁钢埋于地下的平均腐蚀速度为0．065mma，但是，我国的热镀锌层厚度一般只有0．05～0．06mm，仅起到一年的保护作用。
因此，在强腐蚀性土壤介质中，碳钢接地网仅靠镀锌层来保护是远远不够的，所以，选择钢材作为水平接地体在海边火力发电厂接地中使用是不适宜的。
（2）铜材
与碳钢相比，多数有色金属电阻值低，且有较好的选择性抗腐蚀能力。
常用的有色金属材料有铜、铝、铅、锌等，在接地材料中用得较多的是铜和锌。
其中铜在低浓度的NaOH、CO2、海水等环境中有较好的抗腐蚀能力；
常温下年平均腐蚀厚度也不足0．01mm。
但在该方案中，如果地网大面积使用铜材，可知，造价高昂，比铁电位更正的铜材不适合使用，所以，本工程不推荐采用铜材作为接地网的主材。
表8-1:
常用金属材料的电极电位
元素
电位差
钙
Ca
-2.84
镍
Ni
-0.23
镁
Mg
-2.38
锡
Sn
-0.14
铝
Al
-1.66
铜
Cu
+0.337
锰
Mn
-1.05
银
Ag
+0.80
锌
Zn
-0.763
铅
Pb
铁
Fe
-0.44
金
Au
+1.42
（单位为V，在温度+25℃以及与标准氢电极比较离子活性为1时）
（3）锌材
锌的导电率约为钢的2倍,锌在高腐蚀地区的腐蚀率约为50微米，锌的电位为-0.763，比铁更负。
作为导电材料，锌优于钢材，导电性能好，电气性能稳定；
作为防腐蚀材料，3毫米厚的锌线可以保持60年，耐腐蚀年限长；
更重要的是，锌的电位比铁更负，大面积使用不会对整个电厂的埋地钢的使用寿命构成威胁，是电厂设计中最理想的接地材料。
其制造工艺为：
通过特殊加热挤压工艺将纯锌（0#锌）压覆到低碳钢上形成双金属复合导体。
所以，本方案选择了宽度为50mm锌包钢接地扁钢，锌层厚度大于3毫米。
垂直采用经过特殊防腐处理的厚度5mm的钢质防腐离子接地体，经防腐蚀计算,材料使用年限都大于30年.
8.3地网接地电阻的推算
已知条件：
土壤电阻率ρ=2000Ω.m；
接地电阻允许值R≤0.5Ω；
水平接地极采用200mm2锌包钢圆线；
垂直接地极采用ALG防腐离子接地体；
水平接地极的接地电阻R1：
ρ:
土壤电阻率：
2000Ω·
m
S：
地网面积：
约为150000㎡；
Lc:
水平接地极总长度：
4300m；
a:
埋设深度：
0.8m；
k1:
比例系数：
1.05；
k2:
4.9；
要达到0.5欧姆的接地电阻，增加垂直接地极的接地电阻为R2；
η：
利用系数，0.95；
单套防腐离子接地体的接地电阻R3：
L：
ALG防腐离子接地体的长度：
3.0m；
D：
接地极等效直径：
0.20m；
垂直接地系统要达到0.58欧姆的接地要求，需要垂直接地极的数目：
n：
ALG防腐离子接地体的数量:
根；
多根垂直接地体利用系数：
0.85；
通过理论计算,接地电阻值即可降到0.5Ω以下，达到接地要求。
由于地网建设中的诸多不可预知因素，如果实测地网接地电阻不能达到要求，则需增加垂直接地极数目或采取其他降阻措施。
8.4阴极保护设计
8.4.1阴极保护的概念
阴极保护是防止地下金属结构物腐蚀的最为有效的方法。
它是通过向被保护的金属结构物表面通入足够的阴极极化电流，使金属的电位向负的方向移动，使之在电解质中难于失去电子，从而使金属的电化学腐蚀得到有效抑制。
它是一种电化学防护方法，和别的防腐手段不同的是，它是通过对腐蚀反应进行积极的干预，从根本上抑制电化学的腐蚀的发生，因而保护效果彻底和有效。
阴极保护分为牺牲阳极和外加电流阴极保护两种。
8.4.2阴极保护方法的选择
牺牲阳极保护法是在被保护金属上连接一个电位较负的金属作为阳极，它与被保护金属在电解液中形成一个大电池。
电流由阳极经过电解液而流入金属设备，并使金属设备阴极极化而得到保护。
外加电流阴极保护系统由直流电源、辅助阳极地床和参比电极等组成。
依靠外加直流电源的电流来进行极化使金属腐蚀减缓。
辅助阳极的作用是将电源提供的直流电经由介质传送到被保护的结构物上去。
8.5牺牲阳极法与外加电流法的技术特点比较
无论是外加电流法还是牺牲阳极法，均可以对被保护结构物实施完全保护，但由于提供电流的方法不同，两种方法又各有其特点。
目前这两种方法均已得到广泛应用。
根据需要和特点，在某种场合下可能采用牺牲阳极更合适；
而在另一场合则采用外加电流法更有利。
所以，根据保护对象所处的环境及当地条件，进行保护方法的合理选择是很有必要的。
表2列出了这两种方法的比较。
表8-2
牺牲阳极系统及外加电流系统的比较
牺牲阳极系统
外加电流系统
（1）不需外电源；
（2）由于输出的电流有效，只用于覆盖层良好的结构或局部性保护；
（3）安装较为简单；
（4）要用手提式仪表对每个阳极或相邻两价目阳极之间进行检测；
（5）要用许多阳极；
（6）对邻近的结构物很少有影响；
（7）电流输出不能控制但有自动调节倾向，如果条件改变使电位变正，故电动势增大，因而电流增大，涂层不易损坏；
（8）大块阳极会阻碍水流，引起湍流，对循环水造成阻力；
（9）可用螺栓或焊接方法直接固定在被保护表面上而不必开孔；
（10）铁脚受阴极保护；
（11）不可能接错，所以极性不会变换。
（12）适用于简单的（单一的）地下结构物阴极保护；
（1）需要外电源
（2）输出的电流较大，可用于大型的无覆盖层结构
（3）设计要小心，虽然电流输出容易调节；
（4）检测点较少，仪表安装在电源处，易于观察；
（5）所需的阳极数量一般很少；
（6）对邻近的结构物有影响但容易排除；
（7）不论外界条件如何变化，均可自动控制电位；
（8）可用小型的阳极，阻力可忽略；
（9）在被保护结构物上要开孔；
（10）至电源正极的导线必需很好绝缘，否则会遭受土壤或水的腐蚀；
（11）使用时要核对极性，因为接错后极性变换能加速腐蚀；
（12）适用于地下结构复杂的区域性保护；
从上面分析可以得出，牺牲阳极阴极保护适合于保护碳钢接地系统。
而且牺牲阳极法与外加电流法比较，牺牲阳极法一次性投资较大，运行维护工作量小。
外加电流法一次性投资较小，运行维护工作量较大，运行时需要用电，后期投入较大。
综上所述，对该电厂工程采用牺牲阳极阴极保护方案。
8.6牺牲阳极材料的选择:
8.6.1选定阳极材料
①阳极的电位要负，即它与被保护金属之间的有效电位差（即驱动电位）要大；
电位比铁负而适合做牺牲阳极的材料有锌基（包括纯锌和锌合金）、铝基及镁基三大类合金。
②在使用过程中电位要稳定，阳极极化要小，表面不产生高电阻的硬壳，溶解均匀。
③单位重量阳极产生的电量大，即产生1A时电量损失的阳极重量要小。
三种阳极材料的理论消耗量为：
镁为0.453gA•h，铝为0.335gA•h，锌为1.225gA•h。
④阳极的自溶量小，电流效率高。
由于阳极本身的局部腐蚀，产生的电流并不能全部用于保护作用。
有效电量的理论发生电量中所占的百分数称为电流效率。
三种牺牲阳极材料的电流效率为：
镁50％～55％；
铝80％～85％；
锌90％～95％。
⑤价格低廉，来源充分，无公害，加工方便。
下面分别对锌基、铝基及镁基三大类合金牺牲阳极作简单介绍，其性能对比见表3。
表8.3锌基、铝基及镁基三大类合金阳极特性
阳极种类
性能
锌阳极
Zn－Al－Cd
铝阳极
Al－Zn－In－Cd
Al－Zn－Sn－Cd
镁阳极
Mg－Al－Zn
成分％
Al0.3～0.6
Zn0.025～0.1
Fe﹤0.005
Zn2.5
In0.02
Cd0.1
Zn5
Sn0.5
Al6
Zn3
比重
7.13
2.91
3.02
1.99
理论发生电量
0.82
2.93
2.87
2.21
土壤中0.03mA
电流效率％
75
65
-
实际发生电量
0.62
1.90
8.6.2锌基、率基、镁基牺牲阳极的性能比较
（1）锌与锌合金阳极
锌与铁的有效电位差较小，如果钢铁在海水、纯水、土壤中的保护电位为－0.85V，则锌与铁的有效电位差只有0.2V左右。
如果纯锌中的杂质铁含量≥0.0014％，在使用过程中阳极表面上就会形成高电阻的、坚硬的、不脱落的腐蚀产物，使纯锌阳极失去保护效能。
这是因为锌中含铁量增加会形成FeZn相，而使其电化学性能明显变劣。
在锌中加入少量铝和镉可以在很大程度上降低铁的不利影响。
这时锌中的铁不再形成FeZn相，而优先形成铁和铝等的金属间化合物，这种铁、铝等金属化合物不参与阳极溶解过程，使阳极性能改善。
加铝和镉都使腐蚀产物变得疏松易脱落，改善了阳极的溶解性能。
另外，加铝和镉还能使晶粒细化，也使阳极性能改善。
（2）铝合金阳极
铝合金阳极是近期发展起来的新型牺牲阳极材料。
与锌合金阳极相比，铝合金具有重量轻、单位重量产生电量大、电位较负、资源丰富、价格便宜等优点。
但铝阳极的溶解性不如锌－铝－镉合金阳极。
电流效率约为80％，也比锌合金阳极低一些。
常用的有Al－Zn－In－Cd阳极、Al－Zn－Sn－Cd阳极、Al－Zn－Mg阳极及Al－Zn－In阳极等。
（3）镁合金阳极
目前使用的多为含6％铝和3％锌的镁合金阳极，由于其电位较负，与铁的有效电位差大，故保护半径大，适用于电阻较高的淡水和土壤中金属的保护。
但因其腐蚀快，电流效率低，使用寿命短，需经常更换，故在低电阻介质中（如海水）不宜使用。
而且镁合金阳极工作时，会析出大量氢气，本身易诱发火化，工作不安全，故现在舰船上已不使用。
在选择阳极材料时，主要应根据阳极的地位、所需电流的大小以及介质的电阻等，并要考虑到阳极寿命、经济效果等因素。
综上所述,该方案采用锌合金材料作为牺牲阳极。
4
结论
本毕业设计论文是对发电厂厂用电进行设计，厂用电的可靠性对电力系统的安全运行非常重要，所以本设计严格遵循发电厂电气部分的设计原则合理确定了厂用电电源的取得方式，工作电源和接线方式，此外还配备了完善的继电保护和自动装置。
厂用电接线的设计按照运行和检修的要求，考虑了全厂发展规划，积极慎重地采用了新技术和新设备，使设计达到了经济合理、技术先进，保证机组安全经济的运行。
致谢
通过此次毕业设计，我加深了对所学机电一体化专业知识的理解，也弥补了自己所学的不足，为今后的工作打下了良好的基础，特别是提高了我认识问题、分析问题、解决问题的能力。
本次毕业设计也是对我整个学习阶段的一次综合检验，我认真对待了本次设计，对培养端正求实的态度起到了很大的作用。
在此，我对你们表示最衷心的感谢，我将在今后的工作学习中不断追求新知识、继续努力，不辜负老师们对我的悉心培养。
另外，对在我的学习、生活中给予我无私帮助的老师、同学们表示最诚挚的谢意。
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