【2×600MW火電廠電氣部分設計（論文）16000字】

×600MW火電廠電氣部分設計摘要隨著我國綜合實力的不斷發(fā)展，電能需求的日益增長，從我國火力發(fā)電發(fā)展情況來看，雖然近年來我國不斷強調要加大電力結構調整力度，加快清潔能源的發(fā)展，但我國火力發(fā)電仍然占據(jù)著電力供應的主流。并且效率高、容量大的發(fā)電機組越來越普及，技術愈加先進，逐漸取代了普通燃煤機組成為發(fā)電系統(tǒng)的主力，同時，對發(fā)電廠電氣部分的設計也提出了更高的要求。本論文在查閱大量資料的基礎上，對2×600MW火電廠電氣部分進行設計，首先從原始資料分析開始，并參考實地的自然條件和所能使用的技術條件，詳細的論述了各種電氣接線方案和設備的選擇。主變壓器綜合考慮運輸和制造條件，選擇采用單相組成的三相變壓器；電氣主接線通過比較不同方案的優(yōu)缺點來確定本廠方案；廠用電系統(tǒng)包括廠用變壓器和廠用母線設計；短路電流的計算是很重要的環(huán)節(jié)，用來選擇主要的電氣設備和裸導體的型號，并校驗選擇的型號是否合格；最后對火電廠進行了防雷保護的設計。本設計采用目前經(jīng)常使用和較為普及的器件，保證設計的合理性和經(jīng)濟性，保障電廠運行的安全可靠。關鍵詞：火電廠；電氣主接線；短路計算；設備選擇目次1.緒論 11.1選題意義 11.2國內(nèi)外火電行業(yè)發(fā)展狀況 21.3原始數(shù)據(jù) 32.主變壓器的選擇 63.電氣主接線設計 83.1電氣主接線的設計要求和原則 83.2電氣主接線方案的擬定 84.廠用電系統(tǒng)設計 124.1廠用電接線的設計原則 124.2廠用電電壓等級的確定 124.3廠用變壓器的選擇 124.4廠用電的接線方式 145.短路電流的計算 165.1短路的原因及危害 165.2短路電流的計算過程 176.電氣設備與導體的選擇 266.1500kV高壓設備的選擇 276.26kV高壓中置柜的選擇 296.3裸導體的選擇 307.防雷保護設計 337.1發(fā)電機出口避雷器 337.2500kV進出線路避雷器 338.繼電保護配置 358.1發(fā)電機保護 358.2變壓器保護 358.3母線保護 368.4斷路器失靈保護 36結論 37參考文獻 39

緒論1.1選題意義電力是一種很具彈性的能量形式，應用于我們生活的方方面面，成為當代社會最為重要的能源之一。我國發(fā)展迅速，電力的發(fā)展也突飛猛進，電網(wǎng)走進千家萬戶，基本覆蓋了我國城市、鄉(xiāng)村的各個地區(qū)，讓電走進萬千家，使全國大多數(shù)地方都能用上電。我國另有“南水北調，西電東送”的國策，平衡了東西部的發(fā)展，優(yōu)化能源網(wǎng)絡結構，推動“全國一張網(wǎng)”，使我國能夠實現(xiàn)全國范圍內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)，充分利用先進的技術和設備，使得各級電網(wǎng)能夠相輔相成，共同協(xié)調發(fā)展，建設現(xiàn)代化、信息化的堅強智能電網(wǎng)。2021年是“十四五”規(guī)劃開局之年，我國進入新發(fā)展階段。2021年我國經(jīng)濟將延續(xù)穩(wěn)健復蘇態(tài)勢，預計用電消費呈恢復性增長態(tài)勢，電力供需總體平衡。在2030年前碳達峰、2060年前碳中和的目標要求下，電力行業(yè)要保障電力安全可靠供應，加快清潔低碳轉型，實現(xiàn)碳減排目標。推動實現(xiàn)碳達峰、碳中和，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍。電力行業(yè)將加速低碳轉型，推動煤電盡早達峰。煤電碳排放是能源行業(yè)碳排放最大來源。電力結構調整任重道遠，“十四五”期間亟需嚴控煤電總量、優(yōu)化布局，統(tǒng)籌有序推進煤電規(guī)劃實施。發(fā)揮電力系統(tǒng)煤電保底的支撐作用，同時，要繼續(xù)推進機組靈活性改造，加快煤電向電量和電力調節(jié)型電源轉換，實現(xiàn)煤電盡早達峰并在總量上盡快下降。作為煤炭資源大國，我國將長期以火力發(fā)電為主，但受到我國供給側結構性改革、非化石能源發(fā)電技術的發(fā)展，火力發(fā)電裝機容量市場占比將逐漸有所下滑。未來一段時間，為了切實貫徹科學發(fā)展觀、提高發(fā)電效率、做到清潔發(fā)電，中國的火力發(fā)電也將逐步轉型為高效、清潔、環(huán)保的發(fā)電方式。并且將強化管理制度，建立梯形制度，因地制宜發(fā)展，取得行業(yè)結構優(yōu)化?，F(xiàn)代電力工業(yè)在國際上已經(jīng)迅速發(fā)展，其發(fā)展的特點是：采用大容量的發(fā)電機組，超高壓輸電線路和巨大的水、火、核電聯(lián)合電力系統(tǒng)的形成，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，對發(fā)電廠的設計提出了更高的要求，需要我們認真的研究對待。而現(xiàn)代化發(fā)電廠的設計是一門綜合性的科學，它是在多種專業(yè)有機配合，密切協(xié)作下完成的一個統(tǒng)一整體，是在審議后的電力系統(tǒng)規(guī)劃的基礎上，為發(fā)電廠的發(fā)展制定具體方案，在設計中，貫徹國家各項政策，遵照有關的設計技術規(guī)定，從整體出發(fā)，深入論證電源布置的合理性，提出網(wǎng)絡設計方案，并論證安全可靠性和經(jīng)濟性，為此需進行必要的計算，考慮近期與遠期的關系，并為發(fā)電廠及下一級電壓的系統(tǒng)設計創(chuàng)造條件。1.2國內(nèi)外火電行業(yè)發(fā)展狀況近年來，我國高效、清潔、低碳火電技術不斷創(chuàng)新，相關技術研究和實際運用達到國際領先水平，為優(yōu)化我國火電結構和技術升級作出了貢獻。整體來看，火電在當前和今后仍然具有許多獨特的優(yōu)勢，這些都是其他非化石能源在相當長時期內(nèi)無法替代的，面對如今日益嚴格的綠色發(fā)展要求，火力發(fā)電行業(yè)必須加大科技創(chuàng)新力度，提升綠色管理水平，增強行業(yè)綠色競爭力。2020年，我國火電新增裝機5637萬千瓦，較上年同期多投產(chǎn)1214萬千瓦，同比上升27.4%。全年有多個大型火電機組并網(wǎng)，重點工程包括：1月陽江全球首臺1240兆瓦陽西5、6號機組啟動試運行；8月，山東能源盛魯能化盛魯電廠1號機組、甘肅常樂電廠1號100萬千瓦機組首次并網(wǎng)一次成功；9月大唐東營熱電廠世界首臺六缸六排汽100萬千瓦一號機組首次并網(wǎng)一次成功；12月，山西盂縣2×100萬千瓦發(fā)電項目1號機組并網(wǎng)成功，世界首例、我國首臺汽輪機高位布置發(fā)電機組-國家能源集團國華電力錦界電廠5號機組首次并網(wǎng)一次成功。受需求驅動，火電裝機容量持續(xù)增加。但隨著風電等清潔能源的大規(guī)模應用，火電裝機容量增長速度逐漸降低?！笆濉币詠?，火電新增裝機持續(xù)呈逐漸縮減之勢，其增量主體地位有被新能源取代的趨勢。超臨界發(fā)電技術已經(jīng)發(fā)展五十余年，超超臨界技術主要風靡于美國歐盟、日本、中國等。我國超超臨界機組的發(fā)展上世紀80年代后期開始，到1992年才投資建設第一臺超超臨界機組，屬于起步較晚的一批，但是由于技術的支持和不斷研究，發(fā)展速度很快，現(xiàn)在我國的百萬千瓦超超臨界機組已經(jīng)占到了全世界數(shù)目的一半以上。在國家科技項目持續(xù)支持下，符合國策需要的情況下，經(jīng)過20余年的努力改進與創(chuàng)新，我國超超臨界燃煤發(fā)電技術發(fā)展迅速，技術接軌國際，部分技術甚至引領世界發(fā)展。我國超超臨界機組的發(fā)展狀況逐漸領頭于世界，大容量超超臨界發(fā)電機組逐漸代替中小型機組，擔起我國電網(wǎng)的發(fā)電主力。1.3原始數(shù)據(jù)1.3.1電廠地理位置及氣候數(shù)據(jù)本課題設計的電廠建設規(guī)模為2×600MW燃煤發(fā)電機組，廠址擬建于金堂縣淮口鎮(zhèn)境內(nèi)，金堂縣位于成都市的東北面，地處四川盆地西面。金堂縣西北部屬川西平原平壩淺丘區(qū)，中西部為龍泉山中低山地帶，東南部為丘陵區(qū)，境內(nèi)有沱江和達成鐵路、成南高速公路通過。表1.1廠址主要氣象條件氣溫（℃）多年平均氣溫16.6多年極端最高氣溫37.7多年極端最低氣溫-4.8氣壓（hpa）多年平均氣壓962.4水汽壓（hpa）多年平均水汽壓16.2相對濕度（%）多年平均相對濕度78多年最小相對濕度3降水量（mm）多年年平均降水量920.1多年一日最大降水量211.7雷暴日數(shù)（d）多年年平均雷暴日數(shù)35.7設計風速30年及50年一遇10min最大風速分別為20.7m/s、21.9m/s1.3.2電廠發(fā)電機數(shù)據(jù)發(fā)電機：采用上海汽輪發(fā)電機有限公司在引進西屋600MW汽輪發(fā)電機機組設計基礎上優(yōu)化設計的產(chǎn)品，型號為QFSN-600-2型汽輪機直接拖動、二極、三相同步汽輪發(fā)電機。發(fā)電機冷卻方式為水-氫一氫，采用機端自并勵靜止勵磁。主要參數(shù)如下:表1.2QFSN-600-2型發(fā)電機主要技術參數(shù)QFSN-600-2型發(fā)電機額定參數(shù)額定容量667MVA額定電壓20kV額定電流19245A額定功率因數(shù)0.9(滯后)額定功率600MW額定頻率50Hz相數(shù)3額定轉速3000r/min勵磁方式自并勵靜止勵磁冷卻方式水氫氫額定氫壓0.4MPa絕緣等級F級（溫升按B級考核)線路參數(shù)：電廠發(fā)出電能升壓后經(jīng)4條200km高壓線路輸入下級變電站，平均線路阻抗取0.4Ω/km。1.3.3電廠廠用電負荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)廠用電的計算在整個電廠中起著十分重要的作用，它維系著整個電廠的正常運轉，用來計算廠用負荷率，選擇合適的場用變壓器及主變壓器，場用負荷統(tǒng)計如下：表1.3廠用負荷統(tǒng)計設備名稱額定容量（kW）1A1段1B1段重復容量(kW)臺數(shù)容量(kW)臺數(shù)容量(kW)電動給水泵400014000000循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水泵270012700127000凝給水泵200012000120000Σ870047000一次風機270012700127000送風機100011000110000吸風機220012200122000碎煤機32013200磨煤機56015601560560凝結水升壓泵630163016300消防水泵280001280酸洗泵400001400皮帶機30013000Σ73908090560S14981.511576.5476.0廠前區(qū)變壓器（kV·A）8001800汽機變壓器（kV·A）160011600116001600鍋爐變壓器（kV·A）200012000120002000電除塵變壓器（kV·A）100011000110001000灰漿泵變壓器（kV·A）100011000化水變壓器（kV·A）8001800修配變壓器（kV·A）8001800照明變壓器（kV·A）3151315ΣS（kV·A）460075154600SL39106387.753910分裂繞組負荷S20389.6519121.94433.6高壓繞組負荷SC?S35077.951.3.4廠用電率的計算發(fā)電廠的廠用電率是指單位時間內(nèi)廠用變耗電量與發(fā)電量的百分比，有時也可以用“（發(fā)電量-上網(wǎng)電量）/發(fā)電量”來衡量綜合廠用電率。計算公式為：L由此得到廠用電率約為5.8%，用來進行發(fā)電廠的變壓器選型。

主變壓器的選擇主變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結構。如果變壓器容量選得過大、臺數(shù)過多，不僅增加投資，增大占地面積，而且也增加了運行電能損耗，設備未能充分發(fā)揮效益;若容量選得過小，將可能“封鎖”發(fā)電機剩余功率的輸出，這在技術上是不合理的，因為每千瓦的發(fā)電設備投資遠大于每千瓦的變電設備投資。為此，必須合理地選擇變壓器。主變壓器采用三相或是單相，主要考慮變壓器的制造條件、可靠性要求及運輸條件等因素。由于大型變壓器隨著容量的增大，尺寸和重量也增大。所以當發(fā)電廠與系統(tǒng)連接的電壓等級為500kV時，600MW機組單元連接的主變壓器綜合考慮運輸和制造條件，經(jīng)技術經(jīng)濟比較，可采用單相組成的三相變壓器。對單元接線的變壓器，其容量應按發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度來確定，即

X式中：Sbj——變壓器的計算容量，PNKp——發(fā)電廠的廠用電率，cosφ已知發(fā)電機的額定功率PN=600MW，功率因素cosφX根據(jù)計算結果和查詢《電工產(chǎn)品目錄》，主變壓器選擇采用特變電工沈陽變壓器集團的DFP—240000/500型單相雙繞組變壓器，低壓側經(jīng)離相封閉母線將三臺單相變壓器連接為三角形，高壓側經(jīng)導線和連桿連接為星形，并直接接地。冷卻方式為強迫油循環(huán)風冷卻。表2.1DFP—240000/500型單相雙繞組變壓器主要銘牌參數(shù)DFP—240000/500型單相雙繞組變壓器額定容量240MVA額定電壓550/3?2×2.5%/20kV額定電流755.8/12000A（高壓/低壓）接線組別Ynd11短路阻抗百分比（50Hz）13%調壓方式高壓側無勵磁調壓該變壓器的設計亮點是采用了金屬波紋管儲油柜取代常規(guī)的膠囊式儲油柜，并采用美國dobble公司的變壓器在線監(jiān)測裝置對絕緣油和套管進行實時監(jiān)測，增強了對油質的保護和監(jiān)測。主變壓器由三臺這樣的DFP—240000/500型單相雙繞組變壓器組成三相變壓器，其額定容量為3×24000kV·A。

電氣主接線設計3.1電氣主接線的設計要求和原則電氣主接線是由發(fā)電廠電氣部分設計的主體，它與電力系統(tǒng)、電廠動能參數(shù)、基本原始資料以及廠用運行可靠性、經(jīng)濟性的要求有密切的關系，并對電氣設備的選擇和布置、繼電保護和控制方式等有較大的影響。因此，主接線的設計必須結合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠的基本情況，全面分析有關因素（包括發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和作用，發(fā)電廠的分期和最終建設規(guī)模，符合負荷大小和重要性，系統(tǒng)備用容量的大小等），合理地選擇主方案，經(jīng)過技術、經(jīng)濟比較，合理的選擇主接線方案，使設計的主接線具有先進性及可行性。通常，發(fā)電廠和變電所的主接線應滿足下列基本要求：a.根據(jù)系統(tǒng)和用戶的要求，保證必要的供電可靠性和電能質量。在運行中供電被迫中斷的機會越少，則主接線的可靠性就越高。b.主接線應具有一定的靈活性和以適應電力系統(tǒng)及主要設備的各種運行工況的要求，此外還要便于檢修。c.主接線應簡單明了，運行方便，使主要元件投入或切除時所需的操作步驟最少。d.在滿足上述要求的條件下投資和運行費用最少。e.具有擴建的可能性。3.2電氣主接線方案的擬定3.2.1發(fā)電機—變壓器單元接線方式發(fā)電機變壓器組單元接線：是發(fā)電機直接或經(jīng)一臺隔離開關，或經(jīng)一臺斷路器及相應的隔離開關與變壓器連接成一個單元，將電能送入高一級電壓電網(wǎng)的接線方式。600MW的發(fā)電機組大多都采用發(fā)電機—變壓器單元接線的方式，如圖3.1所示，這種接線方式可以減少發(fā)電機和主變側QF的數(shù)量，以及節(jié)省高壓配電裝置占地面積，經(jīng)濟性較好，同時任一發(fā)電機機組停機都不影響廠用電的供電，可靠性也有保障。并且主母線磁場外殼屏蔽，可以消除鋼材發(fā)熱問題，外殼處處等電位而且接地，安全性得到提高，保護人體的安全。圖3.1發(fā)電機-變壓器單元接線因此，發(fā)電機與變壓器之間選用發(fā)電機-變壓器單元接線方式。3.2.2500kv母接線方式選擇a.雙母線三分段接線方式當雙母線接線配電裝置的進出線回路數(shù)較多時，為增加可靠性和靈活性，縮小母線故障的影響范圍，可將雙母線中的一組用斷路器分段，形成雙母線三分段。如圖3-2所示。雙母線可以分段運行，系統(tǒng)構成方式的自由度大，兩個元件可完全分別接到不同的母線上，對大容量且在需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的，此種運行方式降低了全廠停電事故的可能性，可以減小母線故障的停電范圍，母線故障時的停電范圍只有1/3，此時沒有停電部分還可以按雙母線或單母線分段運行。由于這種母線接線方式是常用傳統(tǒng)技術的一種延伸，因此在繼電保護方式和操作運行方面都不會發(fā)生問題。而較容易實現(xiàn)分階段的擴建等優(yōu)點，但是易受到母線故障的影響，斷路器檢修時要停運線路，占地面積較大。圖3.2雙母線三分段接線b.一臺半斷路器接線方式一臺半斷路器接線即每一回路經(jīng)一臺斷路器QF1或QF3接至一組母線，兩回路之間設一聯(lián)絡斷路器QF2，形成一個“串”，兩個回路共用三臺斷路器，故又稱二分之三接線。如圖3.3所示。圖3.3一臺半斷路器接線一臺半斷路器接線方式運行調度靈活，操作更加方便。當任一開關需要檢修時，只需把相應開關及刀閘拉開即可，不影響送電和保護運行。因此，操作更加簡便，減少了人為誤操作的可能性。而常規(guī)接線開關需要檢修時必須帶路，尤其是母聯(lián)開關需要檢修時，必須倒成單母線運行，一次操作量大，且十分繁瑣，每次停電需要很長時間。并且，供電更加可靠、安全。當任何一臺斷路器在切除故障過程中拒動時，最多只擴大到多切除一條引出線或一臺主變。而其它線路、主變和發(fā)電機照樣正常運行，因此供電可靠性較高。而在雙母線帶旁路主接線中，若一條出線故障，其開關若發(fā)生拒動，失靈保護將跳開該開關所在母線上連接的所有開關。當兩臺斷路器同時運行時，如果引出線故障，兩側開關同時跳開后，若先重合的斷路器拒絕重合或重合失敗，可以由后重合的斷路器來補救。常規(guī)接線在重合閘拒動或重合失敗時將影響正常供電。因此3/2接線的供電可靠性將大大提高。靈活性：（1）形成多環(huán)狀供電，一個回路由兩臺斷路器供電，調度靈活，但增加了斷路器維護工作量;（2）隔離開關只作為檢修電器，不需要進行倒換操作;（3）檢修斷路器時，可任意停下檢修;（4）成對雙回線路可按地理位置布置在不同串上，減少交叉;（5）擴建方便?？煽啃裕海?）任何斷路器檢修，不影響用戶的供電;（2）任何一臺斷路器檢修和另一臺斷路器故障或拒動時，不切除兩回以上的的線路;（3）任一段母線故障，不影響進出線的供電。經(jīng)濟性：（1）進出線共9回及以下時，一臺半斷路器接線較經(jīng)濟（進出線6回時，共需9臺斷路器）;（2）占地面積較小。表3.1接線方式對比表接線方式可靠性擴建方便性經(jīng)濟性隔離開關作用（安全性）一臺半斷路器接線最優(yōu)最優(yōu)中等僅作隔離雙母線三分段接線中等中等中等倒閘操作綜上述分析，對大容量機組、超高壓輸電系統(tǒng)，無論什么原因，諸如斷路器臨時檢修、母線故障、人員誤操作等造成線路或電源進線停用或發(fā)電機限制出力，均可能影響幾十萬千瓦電力的生產(chǎn)，對系統(tǒng)將造成較大沖擊，造成的損失將十分巨大。綜合經(jīng)濟、技術比較，一臺半斷路器接線的運行方式比較靈活性，供電可靠性更顯突出，因而500kV電壓母線最終采用一臺半斷路器接線。

廠用電系統(tǒng)設計4.1廠用電接線的設計原則（1）廠用電接線應保證對廠用負荷可靠和連續(xù)供電。（2）接線應能靈活地適應正常、事故、檢修等各種運行方式的要求。（3）廠用電源的對應供電性，本機、爐的廠用負荷由本機組供電。（4）積極慎重地采用新技術、新設備，使廠用電接線具有可行性和先進性。（5）在設計廠用電接線時，還應對廠用電的電壓等級、中性點接地方式、廠用電源及其引接和廠用電接線形式等問題進行分析和論證。4.2廠用電電壓等級的確定發(fā)電廠在啟動、運行、檢修的過程中有大量的電氣設備，用以保證機組的正常工作，廠用電在主變壓器的容量計算中需要進行計算配置，因此我們選擇廠用電電壓等級，參考廠用電電壓選擇原則，發(fā)電機組容量在600MW及以上可采用6kV一級或采用3kV和10kV兩級電壓。這里我們選擇6kV電壓作為火電廠高壓電源。4.3廠用變壓器的選擇廠用變的選擇主要考慮廠用高壓工作變壓器和啟動/備用變壓器。選擇的內(nèi)容包括:額定電壓、臺數(shù)與型式、容量、阻抗。廠用變壓器的選擇：1）、額定電壓原、副邊額定電壓與外接電源電壓和廠用網(wǎng)絡電壓相一致。2）、臺數(shù)和型式當只有6kV一種電壓等級時（高壓廠用）:可選一臺全容量的分裂低壓繞組變壓器;選用兩臺50%容量的雙繞組變壓器。3）、廠用變壓器的容量容量必須滿足廠用負荷的要求。廠用高/低壓備用變或啟動變的容量應與它所代替的工作變中最大一臺的容量相同。4）、廠用變壓器的阻抗為限制廠用系統(tǒng)的短路電流廠用變壓器的阻抗要求比一般動力變壓器的阻抗大（阻抗電壓的百分數(shù)大于10%)。一般采用分裂低壓繞組的變壓器。容量在200MW及以上的發(fā)電機采用單元接線時，其廠用變壓器或者分裂繞組變壓器的容量應按高壓電動機的計算負荷的110%與低壓廠用負荷選擇。按照廠用電率來確定廠用變壓器的容量的計算公式為：S4.3.1廠用高壓工作變壓器分裂繞組變壓器可以有效限制短路電流，但分裂繞組變壓器價格較為昂貴，雙繞組變壓器結構簡單價格低廉但是短路電流大，由于我廠機組容量大，設備造價昂貴，電廠在電網(wǎng)中地位地位比較重要，因此我廠高壓廠用變壓器選擇采用新疆特變電工生產(chǎn)的SFF9-50000/20型變壓器，如表4.1所示。表4.1SFF9-50000/20型變壓器額定參數(shù)SFF9-50000/20型變壓器額定參數(shù)額定容量（MVA）50/31.5-31.5額定電壓（kV）(20±2×2.5)/6.3-6.3額定電流（A）1443/2657-2657額定頻率（HZ）50阻抗阻抗U1?2（%20連接組別D，yn1-yn14.3.2廠用啟動/備用變壓器火電廠中，需要一種啟動/備用（簡稱：啟備變）的變壓器，用處在于在建設電廠的過程中，向電廠供給廠用電，一直到電廠正式發(fā)電再停止運作，轉為備用變壓器，正常運行時，通過廠用電快切，或者自投切換兩個變壓器。一般電廠中，都以啟動電源兼用作備用電源。由于這次采用的是6000MW的大型機組，采用的是500kV接入系統(tǒng)，又由于需要廠網(wǎng)分開等技術原因，選則了從升高電壓母線中電源可靠的最低一級電壓母線(本電廠為500kV電壓母線)引接。又因為引接方案的確定，所以選擇的備用變壓器是天威保變(合肥)變壓器有限公司所產(chǎn)的，型號為SFFZ-50000/500，額定參數(shù)如表4.2所示。表4.2SFFZ-50000/500型變壓器額定參數(shù)型號額定容量（MVA）額定電壓（kV）半穿越電抗（%）SFFZ-50000/50050550±8×1.25%/6.3~6.3234.4廠用電的接線方式4.4.1高壓廠用電接線每臺機組的廠用高壓工作電源采用兩臺三繞組分裂式無載調壓變壓器，高壓廠用母線采用單母線四分段接線，備用/啟動電源共采用兩臺三繞組分裂式有載調壓變壓器，其低壓側分別連接到各機組的四段廠用工作母線上,如圖4.1所示。圖4.1高壓廠用電接線圖4.4.2低壓廠用電接線低壓廠用電接線也采用單母線分段接線方式，如圖4.2所示。分段斷路器可以保證低壓廠用電源的互為備用，提高運行可靠性。正常運行時分段斷路器斷開，兩半段低壓廠用母線分別由各自的電源變壓器供電，只有當其中一個電源斷路器因變壓器停運或其他原因斷開時，分段斷路器才會合閘，由另一臺變壓器負擔全部負荷。圖4.2低壓廠用電接線圖

5.短路電流的計算5.1短路的原因及危害在系統(tǒng)的運行過程中，時常會發(fā)生各種故障，對系統(tǒng)危害最大，而且發(fā)生概率最高的是短路故障(簡稱短路)。所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相或相與地(或中性線)之間的連接。產(chǎn)生短路的主要原因是設備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被破壞。正常運行時電力系統(tǒng)各部分絕緣是足以承受所帶電壓的，且具有一定的裕度。但架空輸電線路的絕緣子可能由于受到過電壓(例如由雷擊引起)而發(fā)生閃絡或者由于空氣的污染使絕緣子表面在正常工作電壓下放電；其它電氣設備如發(fā)電機、變壓器、電纜等載流部分的絕緣材料在運輸、安裝及運行中削弱或損壞，造成帶電部分的相與相或相與地形成通路；運行人員在設備(線路)檢修后未拆除地線就加電壓或者帶負荷拉刀閘等誤操作也會引起短路故障；此外，鳥獸跨接在裸露的載流部分以及大風或導線覆冰引起架空線路桿塔倒塌所造成的短路也屢見不鮮。短路故障對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設備有很大的危害，主要表現(xiàn)在如下幾方面:發(fā)生短路時，由于供電回路的阻抗減小以及突然短路的暫態(tài)過程，使短路回路中的短路電流值大大增加，可能超過該回路的額定電流許多倍。短路點距發(fā)電機的電氣距離越近(即阻抗越小)，短路電流越大。例如在發(fā)電機端發(fā)生短路時，流過發(fā)電機定子回路的短路電流最大瞬時值可達發(fā)電機額定電流的倍，在大容量系統(tǒng)中的短路電流可達幾萬甚至幾十萬安培。短路點的電弧有可能燒壞電氣設備；短路電流通過電氣設備中的導體時，其熱效應會引起導體或其絕緣的損壞。同時，導體也會受到很大的電動力沖擊，致使導體變形，甚至損壞。因此，各種電氣設備應有足夠的熱穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度，使電氣設備在通過最大可能的短路電流時不致?lián)p壞。短路時短路點的電壓比正常運行時低，如果是三相短路，則短路點的電壓為零。這必然導致整個電網(wǎng)電壓大幅度的下降，可能使部分用戶的供電受到破壞，接在電網(wǎng)中的用電設備不能正常工作。例如在用電設備中占有很大比重的異步，其電磁轉矩與電壓的平方成正比，當電壓下降幅度較大時，電動機將停止轉動；在離短路點較遠處的電動機，因電壓下降幅度較小而能繼續(xù)運轉，但轉速將降低，導致產(chǎn)生廢、次產(chǎn)品。此外，由于電壓下降，轉速降低，而電動機拖動的機械負載又未變化，電動機繞組將流過較大的電流，如果短路持續(xù)時間較長，電動機必然過熱，使絕緣迅速老化，縮短電動機的壽命。在由多個發(fā)電機組成的電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時，由于電壓大幅度下降，發(fā)電機輸出的電磁功率急劇減少，如果由原動機供給的機械功率來不及調整，發(fā)電機就會加速而失去同步，(極端情況下)使系統(tǒng)瓦解而造成大面積停電，這是短路造成的最嚴重、最危險的后果。接地短路時出現(xiàn)的零序電流會產(chǎn)生零序磁通，在鄰近的平行線路(如通信線路、電話線、鐵路信號系統(tǒng)等)上感應電動勢，造成對鄰近通信線路的危險和干擾影響，這不僅會降低通信質量，還會威脅設備和人身的安全。本次設計中進行短路電流計算的目的主要是為了電氣設備和導體的選擇。5.2短路電流的計算過程5.2.1各元件參數(shù)的計算取基準值SB=100MVA發(fā)電機等值電抗：X主變壓器等值電抗：X廠用高壓變壓器等值電抗X廠用啟動/備用變壓器等值電抗X輸電線路等值電抗X取E?5.2.2短路電流計算等值網(wǎng)絡簡化圖圖5.1等值網(wǎng)絡圖5.2.3600MW發(fā)電機出口短路（K1）等值網(wǎng)絡簡化如圖所示：圖5.2等值網(wǎng)絡簡化圖X系統(tǒng)和G2對K1點的轉移電抗：XXG1和G2對K1點的計算電抗：XX由運算曲線查t為0S、2S、4S時，G1和G2供給的短路電流周期分量有效值的標幺值為：II由系統(tǒng)供給的短路電流周期分量不衰減，有效值的標幺值為：II歸算到K1處的電壓等級的G1和G2的額定電流為：IK1處不同時刻的短路電流周期分量有效值：III短路沖擊電流：i5.2.4500kV母線短路（K2）等值網(wǎng)絡簡化如圖所示：圖5.3等值網(wǎng)絡簡化圖X由系統(tǒng)供給的短路電流周期分量不衰減的標幺值和有效值為：II等值發(fā)電機對K2點的計算電抗為：X查運算曲線得：I歸算至K2處電壓等級的等值發(fā)電機額定電流為：IK1處不同時刻的短路電流周期分量有效值：III短路沖擊電流：i5.2.5廠用高壓工作變壓器6kV一段短路（K3）等值網(wǎng)絡簡化如圖所示：圖5.4等值網(wǎng)絡簡化圖X圖中I1IIIIK=各電流分布系數(shù)為：系統(tǒng)SC發(fā)電機GC發(fā)電機GC2=對電流分布系數(shù)驗算CS+計算結果正確對短路點轉移電抗為XKΣ=系統(tǒng)S:X發(fā)電機G1X發(fā)電機G2X2kG1和G2對KXX其標幺值:I?1I?2系統(tǒng)供給短路電流周期分量有效值的標幺值為:I歸算至K3電壓等級下各發(fā)電機的額定電流為：I基準電流:IK3處短路電流周期分量有效值為：I短路沖擊電流：i5.2.6廠用啟動/備用變壓器6kV一段短路（K4）等值網(wǎng)絡簡化如圖所示：圖5.5等值網(wǎng)絡簡化圖X轉移電抗：系統(tǒng)S：X等值發(fā)電機G：X等值發(fā)電機G計算電抗：X其標幺值:I系統(tǒng)供給短路電流周期分量有效值的標幺值為:I歸算至K4電壓等級下發(fā)電機的額定電流為：I基準電流:IK4處短路電流周期分量有效值為：I短路沖擊電流:i5.2.7短路計算結果匯總表將以上計算結果匯總如表5.1所示表5.1K1、K2、K3、K4點短路計算結果短路點短路點位置不同時刻短路電流周期分量有效值（kA）短路沖擊電流is?(IIIK1發(fā)電機出口201.9775130.175130.3675514.15K2500kV母線8.5437.1797.20821.75K3高廠變低壓側22.0622.0622.0656.16K4高備變低壓側19.4019.4019.4049.38

6.電氣設備與導體的選擇導體和電氣設備的選擇是電氣設計的主要內(nèi)容之一。盡管電力系統(tǒng)中各種電氣設備的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不相同，但對它們的基本要求卻是一致的。電氣設備要能可靠的工作，按正常工作條件下選擇額定電流、額定電壓及型號等，電氣設備的額定電壓電氣設備的額定電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。電氣設備的額定電流電氣設備的額定電流不小于該回路的最大持續(xù)工作電流或計算電流。按短路情況下校驗開關的開斷能力、短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。（a）按工作電壓選擇電氣設備電氣設備所在電網(wǎng)的運行電壓因調壓或負荷的變化，有時會有高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選擇電氣設備允許的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。通常規(guī)定一般電氣設備允許的最高工作電壓為設備額定電壓的1.1～1.15倍，而電氣設備所在電網(wǎng)的運行電壓波動，一般不超過電網(wǎng)額定電壓的1.15倍。因此，在選擇電氣設備是，一般可按照電氣設備的額定電壓UN不低于設備安裝地點電網(wǎng)額定電壓UU（b）按工作電流選擇電氣設備電氣設備的額定電流IN是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，設備的長期允許電流。IN不應小于該回路的最大持續(xù)工作電流I（c）熱穩(wěn)定校驗短路電流通過電器時，電氣設備各部件溫度（或發(fā)熱效應）應不超過允許值，即滿足熱穩(wěn)定的條件:I式中：Qk—短路電流產(chǎn)生的熱效應，(kA)2·SIt、t—電氣設備允許通過的熱穩(wěn)電流和時間，kA、S（d）動穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是電器承受短路電流機械效應的能力，亦稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件為：i6.1500kV高壓設備的選擇500kV電壓出線回路的最大持續(xù)工作電流為：I短路電流的熱效應：Q已知的短路沖擊電流：i6.1.1高壓斷路器的選擇根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我廠500kV高壓斷路器擬采用蘇州阿海法(AREVA）高壓電氣開關有限公司生產(chǎn)的GL317型SF6斷路器。表6.1列出了該斷路器的技術參數(shù)，并與計算結果進行比較如下：表6.1斷路器選擇結果對照表計算數(shù)據(jù)GL317型SF6斷路器U500kVU500kVI872.95AI4000AI8.543kAI50kAi21.75kAI125kAQ191.96(kA)2·SI7500(kA)2·Si21.75kAi125kA將計算數(shù)據(jù)與所選型號數(shù)據(jù)比較可知，GL317型SF6斷路器合格。6.1.2隔離開關的選擇隔離開關，就是電廠中常說的“刀閘”，是高壓開關電器中使用最多的一種電器，它不做開斷電路的作用，只能分合小電流，它只在電路中形成隔離作用，形成可見的斷口，配合電路器進行復雜的倒閘操作。而它本身結構簡單，工藝并不復雜，但是使用量很大，隔離開關沒有滅弧作用，只能在沒有負荷電流的情況下分、合電路，只能分、合小電流的作用，隔離開關不用來切除和接通短路電流，所以不用進行開斷電流和短路關合電流的校驗。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我廠500kV高壓隔離開關擬選用GW17-550DW型隔離開關。表6.2列出了該隔離開關的技術參數(shù)，并與計算結果進行比較如下：表6.2隔離開關選擇結果對照表計算數(shù)據(jù)GW17-550DW型隔離開關U500kVU550kVI872.95AI3150AQ191.96(kA)2·SI7500(kA)2·Si21.75kAi125kA將計算數(shù)據(jù)與所選型號數(shù)據(jù)比較可知，GW17-550DW型隔離開關合格。6.1.3電流互感器的選擇電流互感器與電壓互感器結構相似，都是由閉合的鐵心和繞組組成，一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中，二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護回路中。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我廠500kV電流互感器擬選用LVQB(T)-500W型電流互感器。表6.3列出了該電流互感器的技術參數(shù)，并與計算結果進行比較如下：表6.3電流互感器選擇結果對照表計算數(shù)據(jù)LVQB(T)-500W3型電流互感器U500kVU550kVI872.95AI1250AQ191.96(kA)2·SI7500(kA)2·Si21.75kAi125kA將計算數(shù)據(jù)與所選型號數(shù)據(jù)比較可知，LVQB(T)-500W型電流互感器合格。6.1.4電壓互感器的選擇電壓互感器是一種按照電磁感應原理制作的特殊變壓器，其結構并不復雜，是用來變換線路上的電壓的，電壓互感器變換電壓的目的主要是用來給測量儀表和繼電保護裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和電能，或者用來在線路發(fā)生故障時保護線路中的貴重設備、電機和變壓器。電壓互感器有電磁式和電容式。目前我國500kV的電壓互感器只有電容式的。并且三相式電壓互感器無35kV以上電壓等級的。電壓互感器不用校驗熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性，其額定電壓的選擇如表6.4所示：表6.4電壓互感器額定電壓的選擇型式單相三相一次電壓接于一次線電壓UU接于一次相電壓U二次電壓100100第三繞組電壓中性點非直接接地100/3，100/中性點直接接地100根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我廠500kV電壓互感器選用思源電氣所產(chǎn)的TYD500/3-0.005W3型電壓互感器。表6.5列出了該電壓互感器的技術參數(shù)如下：表6.5電壓互感器技術參數(shù)型號額定最高電壓額定一次電壓額定二次電壓TYD500/3-0.005W3550kV500/3二次繞組剩余電壓繞組0.1/30.1kV6.26kV高壓中置柜的選擇高壓中置柜回路的最大持續(xù)工作電流：I短路電流的熱效應：Q已知的短路沖擊電流：i根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我廠高壓中置柜擬采用KYN28A-6型高壓中置柜，KYN28A-6鎧裝移開式金屬封閉開關設備作為定額電壓3~12kV，額定頻率50HZ電力系統(tǒng)中的無油配電裝置。其額定電流小，開斷電流大，可廣泛應用于電力、冶金、石油、化工等部門。它適用于三相交流50HZ電力系統(tǒng)，用于接受和分配電能并對電路實行控制、保護及監(jiān)測。表6.66kV高壓中置柜選擇結果對照表計算數(shù)據(jù)KYN28A-6型高壓中置柜U6kVU6kVI2406AI2500AI22.06kAI31.5kAi56.16kAI80kAQ1946.6(kA)2·SI3969(kA)2·Si56.16kAi80kA將計算數(shù)據(jù)與所選型號數(shù)據(jù)比較可知，KYN28A-6型高壓中置柜合格。6.3裸導體的選擇6.3.1500kV母線的選擇500V母線的選擇應該考慮電暈現(xiàn)象，適合采用擴徑導線或者分裂導線（鋁合金絞線組成），對于年利用負荷小時數(shù)大，傳輸容量大，例如發(fā)電機和變壓器的連接導體一般用經(jīng)濟電流密度來進行截面的選擇。500kV電壓出線回路的最大持續(xù)工作電流為：Imax6.3.2封閉母線的選擇600MW的發(fā)電機引出線和廠用電的分支線，適合選用全連接式分相封閉母線，以減少導體對鄰近鋼構的感應發(fā)熱和避免相間短路。發(fā)電機出口封閉母線的選擇發(fā)電機出口的最大工作持續(xù)電流：I根據(jù)發(fā)電機的出口電壓和最大工作持續(xù)電流，選用QLFM-24/23000型全連式離相封閉母線，技術參數(shù)如下表6.7所示：表6.7QLFM-24/23000型全連式離相封閉母線技術參數(shù)QLFM-24/23000型全連式離相封閉母線額定電壓(kV)24額定電流(A)23000短路電流沖擊值ies560熱穩(wěn)定電流有效值4S(kA)2000熱穩(wěn)定校驗：QIQk<動穩(wěn)定校驗：is?=514.15（kA）500kV母線的選擇最大工作持續(xù)電流：Imax=872.95（A），考慮電暈影響，選擇兩條LGJK-630表6.8LGJK-630擴徑導線技術參數(shù)LGJK-63070℃時載流量(A)24標稱截面(mm2)23000外徑(mm)560拉斷力(kA)2000電暈電壓校驗：中間相電暈臨界相電壓為0.95525母線相間距離在4m以上的晴天不會發(fā)生電暈現(xiàn)象。熱穩(wěn)定校驗：由上述計算結果可知QkS6.3.3共箱封閉母線的選擇廠高變低壓回路額定電壓6kV，最大工作持續(xù)電流Imax=2406（A），查產(chǎn)品目錄可選BGFM-10型封閉母線，技術參數(shù)如表6.9表6.9BGFM-10型封閉母線技術參數(shù)BGFM-10型封閉母線封閉母線額定電壓(kV)10額定電流(A)3000動穩(wěn)電流峰值(kA)100熱穩(wěn)定電流有效值2S(kA)40熱穩(wěn)定校驗：It動穩(wěn)定校驗：is?=56.16（kA）<1007.防雷保護設計雷電是一種自然大氣現(xiàn)象，它會對我們的電氣設備絕緣產(chǎn)生一定威脅，雷電產(chǎn)生的危害的特點和性質不盡相同，危害有直擊雷危害、感應雷危害、雷電入侵危害等幾種不同的危害模式，程度也大不相同，防御模式也有所不同。如直擊雷的防御措施，一般采用避雷線和避雷針等方式，引雷入地，防止對電氣設備產(chǎn)生的危害。而感應雷雖然直接危害不如直擊雷，但是仍要防止它帶來的危害，一般通過避雷器進行。110kV以上的線路一般按全線架設避雷線。氧化鋅避雷器是七十年代發(fā)展起來的一種新型避雷器，它主要由氧化鋅壓敏電阻構成。氧化鋅避雷器是具有良好保護性能的避雷器。利用氧化鋅良好的非線性伏安特性，使在正常工作電壓時流過避雷器的電流極?。ㄎ不蚝涟布墸划斶^電壓作用時，電阻急劇下降，泄放過電壓的能量，達到保護的效果。這種避雷器和傳統(tǒng)的避雷器的差異是它沒有放電間隙，利用氧化鋅的非線性特性起到泄流和開斷的作用。因此，如在電力線上安裝氧化鋅避雷器后，當雷擊時，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過壓敏電阻流入大地，可以將電源線上的電壓控制在安全范圍內(nèi)，從而保護了電氣設備的安全。7.1發(fā)電機出口避雷器因發(fā)電機出口線路很短，因此避雷器額定電壓于其安裝處的電壓等級相同即可，選用HY5W-24/70型避雷器，其技術參數(shù)如表8.1所示：表8.1HY5W-24/70型避雷器技術參數(shù)HY5W-24/70型避雷器額定電壓(V)24最大殘壓陡波沖擊1/5us(kV)80.0最大特續(xù)運行電壓(kV)19.5雷電沖擊8/20us(kV)70.0標稱放電電流(kA)10操作沖擊8/20us(kV)62.07.2500kV進出線路避雷器500kV進出線甩負荷和空載長線等因素的影響較大。線路斷路器的變電所側和線路斷路器線路側的避雷器，其額定電壓一般按1.4倍最大相電壓選取。500kV進出線路母線的避雷器額定電壓選擇應為：U>1.4×5003=405（kV）,選擇Y10W5-444/995的無間隙氧化鋅避雷器，其技術參數(shù)如表8表8.2Y10W5-444/995型氧化鋅避雷器技術參數(shù)Y10W5-444/995型氧化鋅避雷器額定電壓(kV)444工頻參考電壓(kV)628持續(xù)運行電壓有效值(kV)3188/20雷電沖擊電流殘壓峰值不大于(kV/10kA)995標稱放電電流(kA)20操作沖擊電流殘壓峰值不大于(kV)875

8.繼電保護配置8.1發(fā)電機保護根據(jù)故障類型和不正常運行狀態(tài)，應裝設下列保護裝置:1）、發(fā)動機差動保護：全稱為發(fā)電機比率制動縱聯(lián)差動保護，這種繼電保護裝置通過比較發(fā)電機兩端電流大小和方向來判斷被保護元件的正常狀態(tài)、故障狀態(tài)和非正常運行狀態(tài)，是發(fā)電機相間短路的主保護。2）、定子匝間短路保護：在600MW汽輪發(fā)電機機組中都裝設有發(fā)電機定子匝間短路保護以防止發(fā)生匝間短路，造成發(fā)電機的重大損壞。除此之外，發(fā)電機定子匝間短路保護還具有橫差保護、負序功率方向保護等功能。3）、發(fā)電機定子接地保護：定子繞組單相接地是發(fā)電機最常見的一種故障形式，發(fā)電機定子100%接地保護就是對發(fā)電機定子發(fā)生接地故障時進行無死區(qū)的保護。這種裝置在發(fā)電機正常運行時保護不會誤動，而在發(fā)電機中性點附近發(fā)生接地時，保護具有很高的靈敏度。選擇采用國電南京自動化股份有限公司的DGT801系列數(shù)字式發(fā)變組保護裝置。8.2變壓器保護根據(jù)故障類型和不正常運行狀態(tài)，應裝設下列保護裝置:1）、縱聯(lián)差動保護:反應變壓器繞組和引出線的相間短路的保護，對其中性點直接接地側繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路能起保護作用,是變壓器內(nèi)部短路的主保護。2）、瓦斯保護:反應變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低的保護，容量為800kVA及以上的油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護，它是變壓器油箱內(nèi)部所有故障的主保護。3)、零序過電流保護:110KV及以上中性點直接接地電網(wǎng)中，如果變壓器中性點可能接地運行，對于兩側或三側電源的升壓變壓器或降壓變壓器上應裝設零序電流保護，作為變壓器主保護的后備保護，并作為外部及內(nèi)部相間故障的后備保護。4)、過負荷保護:對于400KVA及以上的變壓器，當數(shù)臺并列運