引言
经济要发展，电力需先行。进入21世纪，随着我国“十一五”计划的进行和“西部大开发”战略的实施，我国的电力建设事业将出现一个大发展的新局面 ，为了适应这一新形势的要求，国家着重发展火电、水电、核电，高质量的电力资源和可靠的供电水平是衡量电力行业发展的指标，电力行业是国民经济发展的基础和关键，所以电力的发展必须与时俱进。
在理论学习的基础上，为了进一步加深对知识的掌握和理解，进行了本次课程设计。本设计是针对地区变电站的要求来进行配置的，它主要包括了四大部分：电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。其中主要部分为短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路点进行分析和计算，不同的短路参数选择不同种类设备，并进行理论分析，在理论上证实变电站实际可行性，达到设计要求，做好预先设计工作对工程建设的工期、质量、投资，以及建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着重要的决定性作用。
本设计多处采用简明扼要、一目了然的表格形式及涉及到的电路图，同时采用我国发电厂技术方面的最新标准规范和技术材料，在此次设计过程中得到了很多同学的热情指导和帮助，还有盛义发老师耐心的讲解，他们提出了不少宝贵意见，在此对他们表示衷心的感谢！
限于本人的水平，本设计中难免有错误和不足之处，热诚希望读者和同仁批评指正，本人不胜感激。
1系统与负荷资料分析
设计电厂为大型凝气式火电厂，其容量为2×300+2×200=1000MW,其最大单机容量为300MW ，具有大型容量的规模、大型机的特点。当电厂全部机组投入运行后，将占电力系统总容量的1000/160000≈6.25%，而电力系统的检修备用容量为8%～15%和事故备用容量为10%，说明该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要。从年利用小时看，该厂年利用小时数位6000h/a>5000h/a,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此，该厂主接线要求有较高的可靠性；从负荷特点及电压等级可知，该厂具有110kv 和220kv 两级电压负荷。110kv 具有8回架空线路，承担一级负荷，最大的输送功率为180MW ，最大年利用小时数为4000h/a,说明对其可靠性有一定的要求，拟采用双母线接线形式；220KV 电压等级有10回架空线路，承担一级负荷，最大输送功率为1000MW, 最大年利用小时数为4500h/a,送出本场最大可能的电力为1000-100×8%=920MW，其可靠性要求较高，为保证检修出线断路器不致对该回路断电，所以也拟采用双母线接线形式。
另外，因此次为2×200+2×300的凝气式火电厂，故需要用到2台200MW 和2台300MW 发电机，故结合设计手册分别选出选合适的电机，电机类型如下。 200MW 的发电机： QFSN—200--2 300MW 的发电机：QFS-300-2 所选发电机的主要参数如表1.1
表1.1 发电机的主要参数
2电气主接线设计
2.1主接线方案的选择
2.1.1主接线方案的选择依据
电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。所以，由相关文献可知它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面：
⑴可靠性
衡量可靠性的指标，一般是根据主接型式及主要设备操作的可能方式，按一定规律算出“不允许”事件发生地规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种主接型式中择优。
可靠安全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要求。它可以从以下几方面考虑：
①发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用； ②发电厂和变电所接入电力系统的方式； ③发电厂和变电所的运行方式及负荷性质； ④设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性； ⑤长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。 ⑵灵活性
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
①调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变 器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求；
②检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；
③扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
⑶经济性
主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般从以下几方面考虑。
①投资省； ②占地面积少； ③电能损耗少。
对于主接型式的具体选择可以根据DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》综合发电厂的具体要求确定。在此设计中可以参考一下相关规定：
(1)发电机电压母线可采用双母线或双母线分段的接线方式。为了限制短路电流，可在母线分段回路中安装电抗器。如不满足要求，可在发电机或主变压器回路中装设分裂电抗器，也可在直配线上安装电抗器。
(2)容量为200～300MW 的发电机与双绕组变压器为单元连接时，在发电机与变压器之间不应装设断路器、负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。
(3)采用单母线或双母线的110～220kV 配电装置，当断路器为少油型或压缩空气型时，除断路器有条件停电检修外，应设置旁路设施；当220kV 出线在4 回及以上、110kV 出线在6回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。当断路器为六氟化硫(SF6)型时，可根据系统、设备、布置等具体情况，有条件时可不设旁路设施；当需要设置旁路设施，且220kV 出线在6 回及以上、110kV 出线在8 回及以上时，可采用带专用旁路断路器的旁路母线。
2.1.2各电压等级接线方案的拟定
根据对原始资料的分析，将各电压等级可能采用的较好的方案列出。进行优化组合，得出最佳的方案。
（1）110KV 电压等级：出线为8回，I 级负荷，最大输送180MW ，为实现不停电检修出现断路器，可采用单母分段带旁路或双母接线形式。且由于110KV 侧的最大负荷为180MW ，其全年平均负荷为180×4000/（365×24）=82.19MW,不管接的是300MW 还是200MW ，其容量均远大于180MW 和其年平均负荷82.19MW ，若当联络变压器出现故障，将造成发电机大量积压容量，可能引起发电机甩荷现象，选择主变压器也困难，因此110KV 侧不接发电机，通过两台联络变压器从
22KV 侧输送功率。
（2）220KV 电压等级：出线为10回，承担一级负荷，根据手册可知，为使其检修出现断路器时不停电，可采用双母带旁路接线形式，以保证供电的可靠性。但根据现实的实际应用情况，双母带旁路占地面积大，经济性差，因此常用双母线接线方式。又四台发电机均接在220KV 电压母线上，根据一次侧设计手册可知，容量在200MW 及以上的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。发电机到变压器采用分相封闭母线相连，这样既节省了断路器的费用，又能限制短路电流，提高了安全性。
2.1.3主接线方案的拟定
根据方案选择的依据及电压等级接线方案的分析，先拟定以下几种主接线方案。
方案一 四台发电机全部通过双绕组变压器组成单元接线连接在220KV 母线上，发电机出口到变压器采用分相封闭母线。220KV 电压等级采用双母线接线形式（有专用旁路断路器），110KV 电压等级采用单母分段带旁路接线形式，分段断路器兼作旁路断路器;220KV 电压母线和110KV 电压母线之间设有两台联络变压器; 通过这两台联络变压器由220KV 电压母线给110KV 侧负荷供电，如图2. 1所示。
图2.1 方案一主接线图
方案二 四台发电机同样通过双绕组变压器组成单元接线，和220KV 母线
相连，发电机出口到变压器采用分相封闭母线。220KV 电压等级采用双母线接线形式，也采用专用旁路断路器的接线方式，110KV 电压等级采用双母线接线形式，有专用旁路断路器;220KV 电压母线和110KV 电压母线之间设有两台联络变压器; 通过这两台联络变压器由220KV 电压母线给110KV 侧负荷供电，如图2. 2
所示。
图2.2 方案二主接线图
2.1.4主接线方案的比较和选择
总结两种主接线方式如表2.1
表2.1主接线方案
两种接线方式的比较如表2.2
表2.2主接线方案比较
通过比较可知，两种方案中方案二是最优方案，所以选择方案二作为该凝汽式火电厂的主接线方案。
2.2 变压器的选择与计算
2.2.1主变压器容量的确定原则
(1)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： ①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的剩余有功和无功容量送入系统。
②接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时，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。
③若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。
④在电力市场环境下，主变压器应具有从系统倒送功率的能力，以满足发电机电压母线上最大负荷的要求。
(2)主变压器型式的选择原则 ①相数的确定
容量为300MW 及以下机组单元连接的主变压器和330KV 及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。若受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。
②绕组数和结构的确定
一般当最大机组容量为125MW 及以下的发电厂多采用三绕组变压器，但三绕
组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上。对于最大机组为200MW 以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。其联络变压器宜选用三绕组变压器。
③绕组接线组别的确定
变压器三相绕组的接线组别必须和系统的相位一致，否则，不能并列运行。我国110KV 及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN ”连接，35KV 采用“Y ”连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV 以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D ”连接。
④变压器型号的表示方法：
□ □ - □ / □ □
特殊环境代号 电压等级（KV ） 额定容量代（KVA ） 设计序号 产品代号 变压器产品代号含义：
S —— 三相 F——风冷却装置 P——强迫油循环 S——三绕组
根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN ，d11常规接线。
(3)主变压器的选择：
根据主接线图将2台200MW 和2台300MW 的发电机都接在220KV 侧，容量可通过联络变压器传送110KV 侧。和发电机相连的主变压器容量计算公式为： S=(PG －P 厂) ×（1+10%）/cos
则根据公式和300MW 发电机相连的主变压器容量为：
ST1，2=(300－300×8%)×1.1/0.85=357.17MW 200MW 发电机相连的主变压器容量为：
ST3，4=(200－200×8%)×1.1/0.85=238.12MW
故与300MW 发电机相连的主变压器选择的容量为360MW 变压器的型号为SFP7-360000/220，其参数见表2.3。
与200MW 发电机相连的变压器选择的容量为240MW ，变压器的型号为SFP7-240000/220，其参数见表2.3。
2.2.2连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定原则
(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，网络间的有功功率和无功功率的交换。
(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故障或检修，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。
(3)联络变压器为了布置和引线方便，通常只选一台，最多不超过两台。在中性点接地方式允许条件下，以选自耦变压器为宜。其第三绕组，及低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置。
但该发电厂的110KV 电压级靠联络变压器来提供电源，功率主要从220KV 的高压侧输送到110KV 的中压侧, 用自耦的变压器所需的公共容量太大。因为110KV 电压级的可靠性要求也比较高，且200MW 及以上机组，一般采用两台联络变压器，所以，该电厂也用了两台。且采用Y-Y-△连接方式，满足相位条件。根据原则，可得容量为:
ST =PG /cos =300/0.85=352.94MW
所以用两台时，每一台是总容量的一半，即ST5，6=176.47MW，选标准的是180MW 。 根据以上分析，选得OSFPS7-180000/220，其参数见表2.4。
2.2.3厂用变压器的选择
厂用电分别从2台200MW 和2台300MW 的发电机取得电源，所以，需要4台；在联络变压器的选型当中，低压侧电压是18KV ，所以也需要两台变压器。本设计采用厂用电母线分段形接线，以提高可靠性，也使调配灵活。所以，发电机电压级的变压器采用分裂绕组，两低压侧分别接到两段母线上，达到相互备用的效果，而联络变压器的备用也分别接到两公用母线上。
由手册可知，容量为100MW~300MW的发电机，厂用电电压等级为6KV ，故200MW
机组的发电厂厂用电15.75/6.3/6.3，300MW 机组的发电厂厂用电一般采用6KV ，所以发电机电压级的变压器要用18/6.3/6.3,而联络变压器低压侧用18/6.3。200MW 发电机旁的厂用变压器容量是：
ST5，6=1.1×P G ×8%/cosϕ=1.1×200×8%/0.85=20.71MW 选用接近此容量的标准容量为25MW 200MW 发电机旁的厂用变压器容量是：
ST7，8=1.1×P G ×8%/cosϕ=1.1×300×8%/0.85= 31.06 MW 选用接近此容量的标准容量为31.5MW 。
联络变压器低压侧的厂用备用变压器容量应该满足厂用电, 所以其容量取31.5MW 。根据以上分析，发电级电压级厂用电变压器选为，联络变压器低压侧选为，其具体参数见表2.5和表2.6。
表2.3 主变压器的参数
表2.4 联络变压器的参数
2.3厂用电接线方式的选择
发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量由电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备（如锅炉、气轮机或水轮机、发电机等）和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。
2.2.1厂用电电压等级
厂用电供电电压等级是根据发电机的容量和额定电压、厂用电动机的额定电压及厂用网络的可靠、经济运行等诸方面因素，经技术、经济比较后确定。查找手册可知：
（1）容量60MW 及以下、发电机电压10.5KV 时，可采用3KV 。 （2）容量100MW ～300MW, 宜用6KV 。
（3）容量在300MW 以上，当技术经济合理时，可采用3KV 和10KV 两段电压。
2.2.2厂用电设计原则
(1)接线要求
①各机组的厂用电系统应是独立的。特别是200MW 及以上机组，应做到这一点。一台机组的故障停运或者其辅助机的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。并能在短时内恢复本机组的运行。
②全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。 ③充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。
④充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，也便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。200MW 及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电时，可以快速启动和自动投入，向保安负荷供电。
⑤200MW 及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电时，可以快速启动和自动投入向保安负荷供电。
(2)设计原则
厂用电的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有： ①接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转。 ②接线应灵活的适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求。 ③厂用电源的对应供电性。
④设计还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重的采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性。
⑤在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引线和厂用电接线形式等问题，进行分析和论证。
另外由于火电厂厂用电率较大，为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，且便于运行、检修，一般都采用“按炉分段”的接线原则，即将厂用电母线按锅炉的台数分成若干独立段，既便于运行、检修，又能使事故影响范围局限在一机一炉，不致影响正常运行的完好机炉。
(3)厂用电源
发电厂的厂用电源，必须供电可靠，且能满足各种工作要求，除应满足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，都以启动电源兼作备用电源。
根据以上设计原则，每台发电机从各单元机组的变压器低压侧接引一台高压工作厂用变压器作为6KV 厂用电系统的工作电源。为了能限制厂用电系统的短路电流，以便是6KV 系统能采用轻型断路器，并能保证电动机自启动时母线电压水平和满足厂用电缆截面等技术经济指标要求，高压工作厂用变压器选用分裂变压器，其低压分裂绕组分别供6KV 两个分段厂用母线。
为满足机组启动时厂用电供电和作为高压工作变压器的备用，每两台机组配备一台启动备用变压器。启动备用变压器电源引自升高电压母线，采用明备用方式。厂用电接线图如图2.3所示：
图2.3 厂用电接线图
3短路电流的计
3.1短路计算的一般规则
3.1.1短路电流计算的目的
在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：
(1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。
(2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。
(3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。
(4)在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。
(5)接地装置的设计，也需用短路电流。
3.1.2短路计算的一般规则
短路电流计算的一般规定：
（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划
确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
对带电抗器的6～10KV 出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外， 其它导体和电器的计
算短路点一般选择在电抗器后。
（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。
3.1.3短路电流的计算中，常采用以下假设
（1）正常工作时，三项系统对称运行。 （2）所有电流的电功势相位角相同。
（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。
（4）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导休集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间位置相差为120º电气角度。
（5）电力系统中各元件的磁路不饱和，以孙带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。
(6)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷援在高压母线上，50%负荷接在系统侧
（7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间
（8）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计
（9）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流
（10）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围 （11）输电线路的电容略去不计
3.2短路电流的计算
短路电流由于其值很大，在极短的时间内就能产生较大的损耗，由于来不急 散发热量而造成电气设备的温度急剧升高，引起设备的老化或损坏，对供电的可 靠性产生影响。当所选设备不能满足短路电流的限制时，对供电的可靠性将产生 极为严重的影响。为此，在设计主接线时，应计算短路电流。
短路电流计算的目的是为设备的选型提供依据; 初步考察短路事故对发电厂
以及系统的可靠性和稳定性的影响，为电厂主接线形式的选定、继电保护装置的 选择和整定计算提供依据。此外，通过对短路电流的计算，还可初步确定系统的 损耗，为发电厂的经济运行提供依据。
本次短路计算中，选取了两个短路计算点，110KV 母线和220KV 母线上各一 个，短路类型定为对系统影响最为严重的三相短路。短路电流计算的结果如表 3. 1所示，详细计算过程见附录I 。
分
3.3短路电流计算表
表3.1 短路计算结果 4
4.1电气设备选择的一般规则
⑴应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；
⑵应按当地环境条件校核； ⑶应力求技术先进和经济合理； ⑷与整个工程的建设标准应协调一致； ⑸同类设备应尽量减少品种；
⑹选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。
4.2电气设备选择的条件
正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。
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，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
⑴按正常工作条件选择电气设备 ①额定电压和最高工作电压
所选用的电气设备允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即
U alm ≥ U sm 。
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1.1～1.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15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U N 不低于装置地点电网额定电压U Ns 的条件选择, 即
电气设备的选择
U N ≥U Ns 。
②额定电流
电气设备的额定电流I N 是指在额定周围环境温度θ。下，电气设备的长期允许电流I N 不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流I max ，即 IN ≥I max
由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的I max 为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，I max 应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax ；母线分段电抗器的I max 应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%；出线回路的I max 除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。
此外，还与电气设备的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电气设备进行种类和形式的选择。
③按当地环境条件校核
在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度 θ0＝＋40℃，如周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。
⑵按短路情况校验
①短路热稳定校验短路电流通过电气设备时，电气设备各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为 It 2 t ≥Q k 式中 Qk —短路电流产生的热效应
It 、t —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：I es ≥I sh 式中 I sh —短路冲击电流有效值；
I es —电气设备允许 的动稳定电流的有效值；
4.3电气设备的选择
4.3.1高压熔断器的选择(QF)
⑴ 断路器的种类和形式的选择
因为110KV 侧有12回出线，220KV 侧有6回出线，所以接入110KV ,220KV 侧的高压断路器应选择SF 6断路器。
⑵额定电压的选择
110KV 侧 U N = UNs =1.1×110KV=121KV 220KV 侧 U N = UNs =1.1×220KV=242KV ⑶额定电流的选择
为简化选择的复杂性，用双绕组回路上最大的额定电流作为所选断路器的额定电流值。
300MW 发电机双绕组回路：
110KV 侧 I N ≥Imax =1.05×300/(3×110×0.85)=1.945KA 220KV 侧 I N ≥Imax =1.05×300/(×220×0.85)=0.973KA 200MW 发电机双绕组回路：
110KV 侧 I N ≥Imax =1.05×200/(3×110×0.85)=1.297KA 220KV 侧 I N ≥Imax =1.05×200/(×220×0.85)=0.648KA
由上述计算可知，以300MW 发电机双绕组回路的额定电流作为断路器的额定电流。
⑷开断电流的选择
高压断路器的额定开断电流I Nbr 不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量I Pt , 为了简化计算可应用此暂态电流I" 进行选择, 即I Nbr ≥I" 。 110KV 侧 I Nbr ≥I"=9.49KA 220KV 侧 I Nbr ≥I"=25.07KA
⑸短路关合电流的选择
为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流I Ncl 不应小于短路电流最大冲击值I sh ，即I Ncl ≥Ish 。 110KV 侧 I Ncl ≥ish =24.87KA 220KV 侧 I Ncl ≥ish =65.66KA
⑹热稳定校验 It 2t ≥Q k
取t k (短路切除时间)=4s。
110 KV I"=9.49KA,I2=9.57,I4=9.57
周期分量热效应Q pt = (I ' ' + 10I22+ I42) ×t k /12=365.83(KA)2·s t>0.1s不计非周期分量 Qk =Qpt 220 KV I"=25.07KA,I2=22.46,I4=22.66
周期分量热效应Q k =Qpt = (I ' ' +10 I22+ I42)×t k /12=2062.17(KA)2·s
⑺动稳定校验 i es ≥ish
110 KV i es ≥24.87KA 220 KV i es ≥65.66KA
根据选择原则和计算的值，选择断路器和隔离开关，结果填入表4.1～4.2。
2
2
4.3.2隔离开关的选择
隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。
隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。所以根据上述断路器相关参数的计算，选择出相应的隔离开关，结果填入表4.3～4.4
4.3.3电流互感器的选择
电流互感器的选择和配置应按下列条件:
(1)形式的选择：根据安装的地点及使用条件，选择电流互感器的绝缘结构、安装方式、一次绕组匝数等。
对于6-20KV 屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV 及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。选用母线式互感器时，应该校核其窗口允许穿过的母线尺寸。
(2)额定电压：电流互感器一次回路额定电压不应低于安装地点的电网额定电压，即：U c ≥U e
(3)额定电流：电流互感器一次回路额定电流不应小于所在回路的最大持续工作电流，即: Ile >Igmax
(4)准确等级:要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。
(5)二次负荷的效验:互感器按选定准确级所规定的额定容量S 2N 应大于或等二次侧所接负荷 ，即 S 2e ≥S 2 其中 S 2 =I2e Z 2 S2e=I2e Z 2 z 2 =r v +r f +r d +r e
式中，rv 、rf 分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻(忽略电抗); re 为接触电阻，一般可取0. 1 Ω；rd 为连接导线电阻。
(6)热稳定:电流互感器热稳定能力常以1s 允许通过的热稳定电流It 或一次额定电流I1N 的倍数Kt 来表示，热稳定校验式为:(Kr I le ) 2≧I 2∝t dz 式中I le 为电流互感器一次侧额定电流，K r 为电流互感器的1s 热稳定倍数，K r =Ir/Ile ，由制造厂家提供。 (7)动稳定:
内部动稳定校验式为: i es ≥i sh 或
1N K e s i s h
式中i es 、K es 是电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，有制造厂提供。
外部动稳定校验式为: Fy ≧Fmax
F max =1.73×10 7i sh 2l /a
式中F y 一作用于电流互感器瓷帽端部的允许力，有制造厂提供; L 一电流互感器出现端至最近的一个母线支柱绝缘子之间的跨距; a 一相间距离; 器件选择结果记入表4.5
4.3.4电压互感器的选择
电压互感器的选择和配置应按下列条件:
（1）形式的选择：6-20KV 屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV-110KV 配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220KV 级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互器。在需要检查和监视一次回路单项接地时，应选用三项五柱式电压互感器或具有第三绕组的单项电压互感器。
（2）额定电压的选择：
一次绕组额定电压应满足：1.1Ule>U1>0.9Ule ， 其中U1为电网电压，Ule 为一次绕组电压
选择二次绕组额定电压时及接成开口三角形的辅助绕组额定电压时，应满足测量仪表及继电器保护的要求。通常当一次侧绕组接于电网线电压之间时，二次绕组额定电压选为100V ，当一次侧绕组接于电网相电压之间时，二次绕组额定电压选为100V 。当电网为中性点直接接地系统时，辅助绕组电压选为100V ； 当电网为中性点直接接地系统时，辅助绕组电压选为100/3V。
(3)准确等级:所选电压互感器的准确级，不得低于其二次测量仪器。有如下原则作参考：接于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，共所有计算的电度表，其准确等级要求为0.5级。供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为1级。用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为3级即可。在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。 （4）二次负荷的校验
电压互感器的最大一相二次负荷不超过与该准确级相应的一相额定容量，即应满足条件 S2max≤S2e/3， S2max 为电压互感器最大的一相二次负荷，S2e 为电压互感器在所选标准等级下的额定容量。
器件选择结果记入表4.6
4.4电气设备选择的结果表
根据上述计算填写下列表格
表4.1 110KV侧断路器选择
表4.2 220KV侧断路器选择
表4.4 220KV 隔离开关选择
表4.5 电压互感器的选择表
5配电装置
配电装置可分为屋内、屋外和成套配电装置。
配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为装配式和成套式：在现场将电器组装而成的称为装配式配电装置；在制造厂预先将开关电器、互感器等组成各种电路成套供应的称为成套配电装置。
火力发电厂及变电所的配电装置形式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行，检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。
5.1配电装置选择的一般原则
配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。
配电装置的型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中， 35 k V 及以下的配电装置宜采用屋内式；110 kV 及以上多为屋外式。当在污秽地区或市区建110kV 屋内和屋外配电装置的造价相近时，宜采用屋内型，在上述地区若技术经济合理时，220kV 配电装置也可采用屋内型。
5.1.1屋内配电装置的特点
（1）于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小； （2）维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响； （3）外界污秽空气对电器影响较小，可减少维护工作量； （4）房屋建筑投资较大。
5.1.2屋外配电装置的特点
（1）土建工作量和费用较小，建设周期短； （2）扩建比较方便；
（3）相邻设备之间距离较大，便于带电作业； （4）占地面积大；
（5）受OFW 环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘； （6）不良气候对设备维修和操作有影响。
5.1.3成套配电装置的特点
（1）电器布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；
（2）所有电器元件已在工厂组装成一体，大大减少现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁；
（3）运行可靠性高，维护方便； （4）耗用钢材较多，造价较高。
5.2配电装置的选择及依据
配电装置选择时必须要根据很多的罂粟来做出判断，屋内配电装置主要用于35 kV及以下的系统中，有特殊要求时，110-220kV 也可采用; 屋外配电装置主要用于110 kV 及以上; 成套配电装置目前主要用于屋内，SF6组合电器主要用于110~500 kV配电装置。
5.2.1配电装置的设计中的基本依据
（1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策，如节约土地。
（2）保证运行可靠。按照系统和自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。
（3）便于检修、巡视和操作。
（4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。 （5）安装和扩建方便。
5.2.2配电装置设计的基本步骤
（1）根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式；
（2）拟定配电装置的配置图；
（3）按照所选设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照《配电装置设计技术规程》的有关规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册，设计绘制配电装置的平、断面图。
5.2.3配电装置的选择
发电机与配电装置(或变压器) 间常用的连接方式有母线桥、组合导线及全连式分相封闭母线。母线桥和组合导线用于容量为12.5万kW 及以下的机组，封闭母线用于20万kW 及以上大容量机组。
配电装置的型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件。因地制宜，节约用地，并结合运行和检修要求，通过技术经济性比较后确定。一般情况下配电装置宜外用屋内式。
普通中型配电装置，国内采用较多，已有丰富的经验，施工、检修和运行都比较方便，抗震能力较好，造价比较低，缺点是占地面积较多。
根据配电原则如下：
220KV 屋外式大中型配电装置 110KV 屋外市中型配电装置 10KV 屋内二层配电装置
发电厂电气设施的布置是电厂总平面布置的组成部分，其布置除了考虑电气设施之间的有机联系和一些特殊要求之外，还应与全厂总平而布置取得协调一致。在变电所中电气设施是总平面布置的主体，布置时主要考虑电气设施之间的有机联系和与外界(出线方向、出线走廊和市政设施等) 的配合。
5.3主接线中设备配置的一般原则
5.3.1隔离开关的配置
（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关；容量为200MW 及以上大机组与双绕组变压器的单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。
（2）在出线上装设电抗器的6~10KV配电装置中，当向不同用户供电的两回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。
（3）接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。 （4）一台半断路器接线中，视发变电工程的具体情况，进出线可装设隔离开关也可不装设隔离开关。
（5）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。 （6）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。
5.3.2电压互感器的配置
（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。
（2）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感顺的情况和需要确定。
（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。
（4）当需要在330KV 及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。
（5）母线除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置。
（6) 线路35kV 及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压、
进行同步和设置重合闸，装有一台单相电压互感器。
（7) 发电机一般装2~3组电压互感器。一组(三只单相、双绕组) 供自动调节励磁装置。另一组供测量仪表、同步和保护装置使用，该互感器采用三相五柱式或三只单相接地专用互感器，其开口三角形供发电机在未并列之前检查是否接地之用。当互感器负荷太大时，可增设一组不完全星形连接的互感器，专供测量仪表使用。5万kW 及以上发电机中性点常接有单相电压互感器，用于100%定子接地保护。
（8）变压器变压器低压侧有时为了满足同步或继电保护的要求，设有一组电压互感器。
5.3.3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，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。
（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器；发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。
（3）对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。
（4）一台半断路器接线中，线路一线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。
（5）为了满足侧量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统，一般按三相配置; 对于中性点非直接接地系统，依具体情况(如负荷是否对称、保护灵敏度是否满足等) 按二相或三相配置。
（6）对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如:若有两组电流互感器，且位置允许时，. 应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。
（7）为了防止支持式电m 互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。
（8）为了减轻内部故障时发电机的搅伤，用于自动调节励磁装置的电流互
感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。
结束语
通过此次课程设计，我对发电厂电气部分有了更深刻的了解。原本比较生硬的知识通过设计实践，都变得清晰明了。通过设计，我对主接线方案的选择、主接线的连接方式、主变压器、联络变压器及各配电装置的选择都有了一定的掌握，同时也进一步提高了材料独立自主学的能力。
设计初，由于基础知识不扎实，思路模糊，不知从何着手。因此，在前期花了不少的时间来查阅设计手册，弄清概念，理清思路。在自己理清思路，初步形成意识后，对课题便有了更深一层次的理解和体会，从而抓住了方向和要点，进行多方面的选材和总结。除了学习专业知识外，我对word 和CAD 的应用也有了进一步的了解。在列出大纲、初步完成稿件之后，通过老师的帮助和审批，改正了设计上的错误地方，修正了不足之处，最后给设计划上了圆满的句号。
通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人的自主设计的能力，得到了不少的收获和体会。在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步发展，对以后的生活和工作有着不可预计忽略的影响。
这次设计的顺利完成与同学们的合作互助是分不开，在遇到困难时，多亏同学们的合作互助才度过难关；更与老师的悉心教导、指点分不开，在有解不开的难题时，多亏老师们的耐心指导才使设计能顺利进行下去。在此对他们表示衷心的感谢！
参考文献
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附录一：短路电流的计算
（1）电抗的计算 取S B =100MW,VB =Vav
200MW 发电机参数：S N1=200/0.85=235.29MVA
Xd1=x d ×S B /SN1=0.142×100/235.29=0.0836 300MW发电机参数：S N2=300/0.85=352.94MVA
Xd2=x d ×S B /SN2=0.167×100/352.94=0.0655
200MW 出线回路上主变压器参数：X T1=U1%/100×S B /SN1=13/100×100/240=0.0541 300MW 出线回路上主变压器参数：X T2=U2%/100×S B /SN2=14.3/100×100/360=0.0397
联络变压器参数：U S1=1/2(U1-2＋U 1-3－U 2-3)=1/2(10+13-16)=3.5
S2
' '
' '
U =1/2(U1-2＋U 2-3－U 1-3)=1/2(13+16-10)=9.5 U =1/2(U1-3＋U 2-3－U 1-2)=1/2(10+16-13)=6.5
S3
XⅠ= US /100×S B /SN =3.5/100×100/150=0.023 XⅡ= US /100×S B /SN =-1/100×100/150=0.0063 ∴ X1=1/2(XT1＋X d1)=1/2(0.0836＋0.0541)=0.0689 X2=1/2(XT2＋X d2)=1/2(0.0655＋0.0397)=0.0526 X3=1/2(XⅠ＋X Ⅱ)=1/2(0.023+0.0063)=0.043 系统等值电路如附录图1.1所示。
附录图1.1 系统等值计算图 （2）f 1点短路时短路电流计算： 等值电路图如附录图1.2
附录图1.2 f1点短路等值电路图 ①转移电抗的计算：
2×200MW 发电机到短路点的转移电抗 ： Xf1 =X1=0.0689 2×300MW 发电机到短路点的转移电抗 ：X f2=X2=0.0526
发电机到短路点总的转移电抗X k =1/2（X 1+X2）=1/2（0.0689+0.0526）=0.0608 ∴发电机提供的短路容量 Sk =SB /Sk =100/0.0608=1644.74 无限大系统提供的短路容量： Sks =Sn -S k =8000-1644.74=6355.26 ∴无限大系统等值电抗 Xs =SB /Sks=100/6355.26=0.0157
②计算电抗的计算 Xjs1=Xf1 ×S N /SB =0.0689×2×235.29/100=0.324 Xjs2=Xf2×S N /SB =0.0526×2×352.94/100=0.372
③发电机的额定电流：I NG1=SN /（3×U aV ）=2*235.29/（3*230）=1.181KA ING2=SN /（3×U aV ）=2*352.94/（3*230）=1.762KA 系统的额定电流： IB =SB /（3×U aV ）=100/（3×230）=0.251KA 系统提供电流的标幺值： I ps *=有名值I=标幺值I ×I N
11==63.69 X f s 0.0157
（2）f 2点短路时短路电流计算： 等值电路如附录图
1.3
附录图1.3 f2点短路等值电路图
1111+++) X 1X 2X 3X S
1111
+++ =0.0689*0.043() 0. 06890. 05260. 0430. 0157
①转移电抗的计算： X f 1=X 1*X 3(
= 0.357
1111+++) X 1X 2X 3X S
1111
+++ =0.0526*0.043() 0.06890.05260.0430.0157
X f 2=X 2*X 3(
=0.272
1111+++) X 1X 2X 3X S
1111
+++ =0.0157*0.043() 0. 06890. 05260. 0430. 0157
X fs =Xs *X 3(
=0.0813
②计算电抗的计算： Xjs1=Xf1 ×S N /SB = 0.357 ×2×235.3/100=1.68
Xjs2=Xf2 ×S N /SB =0.272×2×352.94/100=1.92 ③发电机的额定电流：I NG1=SN /（3×U aV ）=2*235.3/（3*115）=2.362KA ING2=SN /（3×U aV ）=2*352.94/（3*115）=3.524KA 系统的额定电流： IB =S/（×U aV ）=100/（×115）=0.502KA 系统提供电流的标幺值： I ps *=有名值I=标幺值I ×I N
11==12. 30 X fs 0.0813
附录二：电气设备的校验
用最大的短路电流来校验电气设备。 （1）110KV 电压级断路器校验:
U N ≧U NS =110KV 最大的电流按照额定电流的1.05倍计算。
设计认务书规定发电厂最低温度为-6摄氏度，由于我国目前生产的电气设备在环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。所以有 Imax=(1+20%) ×1.05× IN
=1.2×1.05×P N /cosϕ/(×U N ×cos ϕ) =1.2×1.05×300/(×110×0.85) =2.334(KA)
-6摄氏度时额定电流会上升，且按照降低一度就升高额定值的0.5%,但超过额定值的20%时就按照20%计算。所以:IN ≧Imax =(1+20%)×1.945=2.334 所以选出如表4.1中的型号能够满足。因为T> 1s ，所以，非周期的热效应忽略不计。 ①热稳定性的校验:
-6度时的热效应是:Qk = (I ' ' + 10I22+ I42)×t k ×(1+20%)2/12
2
=(9.492+10×9.572+9.572)×4×1.22/12 =526.80（KA) z·s
其中，短路电流的对应值是发电机总的短路电流的一半，发电机总的短路电 流见表1. 而电器可以承受的热效应是:
I t 2×T k =4800>Qk
所以断路器的热稳定性很好。 ②动稳定性校验:
Ies =80KA>Ish =1.85×2×I" =1.85×2×9.49 =24.87KA
所以该断路器的动稳定性也很好。 （2）220KV 电压级断路器的选择与校验: UN≧UNS =220KV
40摄氏度时最大电流
ImaX=(1+20%) ×1.05× IN 1.05×P N /cos =1.21.2×
U N ×cos ϕ) ϕ/(3×
=1.2×1.05×300/(×220×0.85) =1.17(KA)
-6摄氏度时额定电流会上升，且按照降低一度就升高额定值的0. 5%，但超过额定值的20%时就按照20%计算。所以:IN ≧Imax =(1+20%)×0.973=1.17KA 所以选出如表4.2中的型号能够满足。因为T>ls，所以，非周期的热效应忽略不计。
①热稳定性的校验:
-6度时的热效应是:Qk= (I ' ' + 10I22+ I42)×t k ×(1+20%)2/12 =(25.072+10×22.462+22.662) ×4 ×1.22/12 =2969.5248(KA)2·s
其中，短路电流的对应值是发电机总的短路电流的一半，发电机总的短路电 流见表1. 而电器可以承受的热效应是:I t 2×T k =2976.75>Qk
2
所以断路器的热稳定性很好。
②动稳定性校验2×I" 2×25.07 =65.66KA 所以该断路器的动稳定性也很好。
对于电流互感器和隔离开关，是用和断路器同样的方法校验. 而电压互感器只要考虑起结构和额定电压，不需要对动稳定性和热稳定性进行校验。
引言
经济要发展，电力需先行。进入21世纪，随着我国“十一五”计划的进行和“西部大开发”战略的实施，我国的电力建设事业将出现一个大发展的新局面 ，为了适应这一新形势的要求，国家着重发展火电、水电、核电，高质量的电力资源和可靠的供电水平是衡量电力行业发展的指标，电力行业是国民经济发展的基础和关键，所以电力的发展必须与时俱进。
在理论学习的基础上，为了进一步加深对知识的掌握和理解，进行了本次课程设计。本设计是针对地区变电站的要求来进行配置的，它主要包括了四大部分：电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。其中主要部分为短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路点进行分析和计算，不同的短路参数选择不同种类设备，并进行理论分析，在理论上证实变电站实际可行性，达到设计要求，做好预先设计工作对工程建设的工期、质量、投资，以及建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着重要的决定性作用。
本设计多处采用简明扼要、一目了然的表格形式及涉及到的电路图，同时采用我国发电厂技术方面的最新标准规范和技术材料，在此次设计过程中得到了很多同学的热情指导和帮助，还有盛义发老师耐心的讲解，他们提出了不少宝贵意见，在此对他们表示衷心的感谢！
限于本人的水平，本设计中难免有错误和不足之处，热诚希望读者和同仁批评指正，本人不胜感激。
1系统与负荷资料分析
设计电厂为大型凝气式火电厂，其容量为2×300+2×200=1000MW,其最大单机容量为300MW ，具有大型容量的规模、大型机的特点。当电厂全部机组投入运行后，将占电力系统总容量的1000/160000≈6.25%，而电力系统的检修备用容量为8%～15%和事故备用容量为10%，说明该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要。从年利用小时看，该厂年利用小时数位6000h/a>5000h/a,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此，该厂主接线要求有较高的可靠性；从负荷特点及电压等级可知，该厂具有110kv 和220kv 两级电压负荷。110kv 具有8回架空线路，承担一级负荷，最大的输送功率为180MW ，最大年利用小时数为4000h/a,说明对其可靠性有一定的要求，拟采用双母线接线形式；220KV 电压等级有10回架空线路，承担一级负荷，最大输送功率为1000MW, 最大年利用小时数为4500h/a,送出本场最大可能的电力为1000-100×8%=920MW，其可靠性要求较高，为保证检修出线断路器不致对该回路断电，所以也拟采用双母线接线形式。
另外，因此次为2×200+2×300的凝气式火电厂，故需要用到2台200MW 和2台300MW 发电机，故结合设计手册分别选出选合适的电机，电机类型如下。 200MW 的发电机： QFSN—200--2 300MW 的发电机：QFS-300-2 所选发电机的主要参数如表1.1
表1.1 发电机的主要参数
2电气主接线设计
2.1主接线方案的选择
2.1.1主接线方案的选择依据
电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。所以，由相关文献可知它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面：
⑴可靠性
衡量可靠性的指标，一般是根据主接型式及主要设备操作的可能方式，按一定规律算出“不允许”事件发生地规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种主接型式中择优。
可靠安全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要求。它可以从以下几方面考虑：
①发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用； ②发电厂和变电所接入电力系统的方式； ③发电厂和变电所的运行方式及负荷性质； ④设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性； ⑤长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。 ⑵灵活性
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
①调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变 器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求；
②检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；
③扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
⑶经济性
主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般从以下几方面考虑。
①投资省； ②占地面积少； ③电能损耗少。
对于主接型式的具体选择可以根据DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》综合发电厂的具体要求确定。在此设计中可以参考一下相关规定：
(1)发电机电压母线可采用双母线或双母线分段的接线方式。为了限制短路电流，可在母线分段回路中安装电抗器。如不满足要求，可在发电机或主变压器回路中装设分裂电抗器，也可在直配线上安装电抗器。
(2)容量为200～300MW 的发电机与双绕组变压器为单元连接时，在发电机与变压器之间不应装设断路器、负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。
(3)采用单母线或双母线的110～220kV 配电装置，当断路器为少油型或压缩空气型时，除断路器有条件停电检修外，应设置旁路设施；当220kV 出线在4 回及以上、110kV 出线在6回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。当断路器为六氟化硫(SF6)型时，可根据系统、设备、布置等具体情况，有条件时可不设旁路设施；当需要设置旁路设施，且220kV 出线在6 回及以上、110kV 出线在8 回及以上时，可采用带专用旁路断路器的旁路母线。
2.1.2各电压等级接线方案的拟定
根据对原始资料的分析，将各电压等级可能采用的较好的方案列出。进行优化组合，得出最佳的方案。
（1）110KV 电压等级：出线为8回，I 级负荷，最大输送180MW ，为实现不停电检修出现断路器，可采用单母分段带旁路或双母接线形式。且由于110KV 侧的最大负荷为180MW ，其全年平均负荷为180×4000/（365×24）=82.19MW,不管接的是300MW 还是200MW ，其容量均远大于180MW 和其年平均负荷82.19MW ，若当联络变压器出现故障，将造成发电机大量积压容量，可能引起发电机甩荷现象，选择主变压器也困难，因此110KV 侧不接发电机，通过两台联络变压器从
22KV 侧输送功率。
（2）220KV 电压等级：出线为10回，承担一级负荷，根据手册可知，为使其检修出现断路器时不停电，可采用双母带旁路接线形式，以保证供电的可靠性。但根据现实的实际应用情况，双母带旁路占地面积大，经济性差，因此常用双母线接线方式。又四台发电机均接在220KV 电压母线上，根据一次侧设计手册可知，容量在200MW 及以上的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。发电机到变压器采用分相封闭母线相连，这样既节省了断路器的费用，又能限制短路电流，提高了安全性。
2.1.3主接线方案的拟定
根据方案选择的依据及电压等级接线方案的分析，先拟定以下几种主接线方案。
方案一 四台发电机全部通过双绕组变压器组成单元接线连接在220KV 母线上，发电机出口到变压器采用分相封闭母线。220KV 电压等级采用双母线接线形式（有专用旁路断路器），110KV 电压等级采用单母分段带旁路接线形式，分段断路器兼作旁路断路器;220KV 电压母线和110KV 电压母线之间设有两台联络变压器; 通过这两台联络变压器由220KV 电压母线给110KV 侧负荷供电，如图2. 1所示。
图2.1 方案一主接线图
方案二 四台发电机同样通过双绕组变压器组成单元接线，和220KV 母线
相连，发电机出口到变压器采用分相封闭母线。220KV 电压等级采用双母线接线形式，也采用专用旁路断路器的接线方式，110KV 电压等级采用双母线接线形式，有专用旁路断路器;220KV 电压母线和110KV 电压母线之间设有两台联络变压器; 通过这两台联络变压器由220KV 电压母线给110KV 侧负荷供电，如图2. 2
所示。
图2.2 方案二主接线图
2.1.4主接线方案的比较和选择
总结两种主接线方式如表2.1
表2.1主接线方案
两种接线方式的比较如表2.2
表2.2主接线方案比较
通过比较可知，两种方案中方案二是最优方案，所以选择方案二作为该凝汽式火电厂的主接线方案。
2.2 变压器的选择与计算
2.2.1主变压器容量的确定原则
(1)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： ①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的剩余有功和无功容量送入系统。
②接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时，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。
③若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。
④在电力市场环境下，主变压器应具有从系统倒送功率的能力，以满足发电机电压母线上最大负荷的要求。
(2)主变压器型式的选择原则 ①相数的确定
容量为300MW 及以下机组单元连接的主变压器和330KV 及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。若受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。
②绕组数和结构的确定
一般当最大机组容量为125MW 及以下的发电厂多采用三绕组变压器，但三绕
组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上。对于最大机组为200MW 以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。其联络变压器宜选用三绕组变压器。
③绕组接线组别的确定
变压器三相绕组的接线组别必须和系统的相位一致，否则，不能并列运行。我国110KV 及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN ”连接，35KV 采用“Y ”连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV 以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D ”连接。
④变压器型号的表示方法：
□ □ - □ / □ □
特殊环境代号 电压等级（KV ） 额定容量代（KVA ） 设计序号 产品代号 变压器产品代号含义：
S —— 三相 F——风冷却装置 P——强迫油循环 S——三绕组
根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN ，d11常规接线。
(3)主变压器的选择：
根据主接线图将2台200MW 和2台300MW 的发电机都接在220KV 侧，容量可通过联络变压器传送110KV 侧。和发电机相连的主变压器容量计算公式为： S=(PG －P 厂) ×（1+10%）/cos
则根据公式和300MW 发电机相连的主变压器容量为：
ST1，2=(300－300×8%)×1.1/0.85=357.17MW 200MW 发电机相连的主变压器容量为：
ST3，4=(200－200×8%)×1.1/0.85=238.12MW
故与300MW 发电机相连的主变压器选择的容量为360MW 变压器的型号为SFP7-360000/220，其参数见表2.3。
与200MW 发电机相连的变压器选择的容量为240MW ，变压器的型号为SFP7-240000/220，其参数见表2.3。
2.2.2连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定原则
(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，网络间的有功功率和无功功率的交换。
(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故障或检修，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。
(3)联络变压器为了布置和引线方便，通常只选一台，最多不超过两台。在中性点接地方式允许条件下，以选自耦变压器为宜。其第三绕组，及低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置。
但该发电厂的110KV 电压级靠联络变压器来提供电源，功率主要从220KV 的高压侧输送到110KV 的中压侧, 用自耦的变压器所需的公共容量太大。因为110KV 电压级的可靠性要求也比较高，且200MW 及以上机组，一般采用两台联络变压器，所以，该电厂也用了两台。且采用Y-Y-△连接方式，满足相位条件。根据原则，可得容量为:
ST =PG /cos =300/0.85=352.94MW
所以用两台时，每一台是总容量的一半，即ST5，6=176.47MW，选标准的是180MW 。 根据以上分析，选得OSFPS7-180000/220，其参数见表2.4。
2.2.3厂用变压器的选择
厂用电分别从2台200MW 和2台300MW 的发电机取得电源，所以，需要4台；在联络变压器的选型当中，低压侧电压是18KV ，所以也需要两台变压器。本设计采用厂用电母线分段形接线，以提高可靠性，也使调配灵活。所以，发电机电压级的变压器采用分裂绕组，两低压侧分别接到两段母线上，达到相互备用的效果，而联络变压器的备用也分别接到两公用母线上。
由手册可知，容量为100MW~300MW的发电机，厂用电电压等级为6KV ，故200MW
机组的发电厂厂用电15.75/6.3/6.3，300MW 机组的发电厂厂用电一般采用6KV ，所以发电机电压级的变压器要用18/6.3/6.3,而联络变压器低压侧用18/6.3。200MW 发电机旁的厂用变压器容量是：
ST5，6=1.1×P G ×8%/cosϕ=1.1×200×8%/0.85=20.71MW 选用接近此容量的标准容量为25MW 200MW 发电机旁的厂用变压器容量是：
ST7，8=1.1×P G ×8%/cosϕ=1.1×300×8%/0.85= 31.06 MW 选用接近此容量的标准容量为31.5MW 。
联络变压器低压侧的厂用备用变压器容量应该满足厂用电, 所以其容量取31.5MW 。根据以上分析，发电级电压级厂用电变压器选为，联络变压器低压侧选为，其具体参数见表2.5和表2.6。
表2.3 主变压器的参数
表2.4 联络变压器的参数
2.3厂用电接线方式的选择
发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量由电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备（如锅炉、气轮机或水轮机、发电机等）和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。
2.2.1厂用电电压等级
厂用电供电电压等级是根据发电机的容量和额定电压、厂用电动机的额定电压及厂用网络的可靠、经济运行等诸方面因素，经技术、经济比较后确定。查找手册可知：
（1）容量60MW 及以下、发电机电压10.5KV 时，可采用3KV 。 （2）容量100MW ～300MW, 宜用6KV 。
（3）容量在300MW 以上，当技术经济合理时，可采用3KV 和10KV 两段电压。
2.2.2厂用电设计原则
(1)接线要求
①各机组的厂用电系统应是独立的。特别是200MW 及以上机组，应做到这一点。一台机组的故障停运或者其辅助机的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。并能在短时内恢复本机组的运行。
②全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。 ③充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。
④充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，也便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。200MW 及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电时，可以快速启动和自动投入，向保安负荷供电。
⑤200MW 及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电时，可以快速启动和自动投入向保安负荷供电。
(2)设计原则
厂用电的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有： ①接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转。 ②接线应灵活的适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求。 ③厂用电源的对应供电性。
④设计还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重的采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性。
⑤在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引线和厂用电接线形式等问题，进行分析和论证。
另外由于火电厂厂用电率较大，为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，且便于运行、检修，一般都采用“按炉分段”的接线原则，即将厂用电母线按锅炉的台数分成若干独立段，既便于运行、检修，又能使事故影响范围局限在一机一炉，不致影响正常运行的完好机炉。
(3)厂用电源
发电厂的厂用电源，必须供电可靠，且能满足各种工作要求，除应满足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，都以启动电源兼作备用电源。
根据以上设计原则，每台发电机从各单元机组的变压器低压侧接引一台高压工作厂用变压器作为6KV 厂用电系统的工作电源。为了能限制厂用电系统的短路电流，以便是6KV 系统能采用轻型断路器，并能保证电动机自启动时母线电压水平和满足厂用电缆截面等技术经济指标要求，高压工作厂用变压器选用分裂变压器，其低压分裂绕组分别供6KV 两个分段厂用母线。
为满足机组启动时厂用电供电和作为高压工作变压器的备用，每两台机组配备一台启动备用变压器。启动备用变压器电源引自升高电压母线，采用明备用方式。厂用电接线图如图2.3所示：
图2.3 厂用电接线图
3短路电流的计
3.1短路计算的一般规则
3.1.1短路电流计算的目的
在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：
(1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。
(2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。
(3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。
(4)在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。
(5)接地装置的设计，也需用短路电流。
3.1.2短路计算的一般规则
短路电流计算的一般规定：
（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划
确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
对带电抗器的6～10KV 出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外， 其它导体和电器的计
算短路点一般选择在电抗器后。
（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。
3.1.3短路电流的计算中，常采用以下假设
（1）正常工作时，三项系统对称运行。 （2）所有电流的电功势相位角相同。
（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。
（4）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导休集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间位置相差为120º电气角度。
（5）电力系统中各元件的磁路不饱和，以孙带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。
(6)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷援在高压母线上，50%负荷接在系统侧
（7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间
（8）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计
（9）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流
（10）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围 （11）输电线路的电容略去不计
3.2短路电流的计算
短路电流由于其值很大，在极短的时间内就能产生较大的损耗，由于来不急 散发热量而造成电气设备的温度急剧升高，引起设备的老化或损坏，对供电的可 靠性产生影响。当所选设备不能满足短路电流的限制时，对供电的可靠性将产生 极为严重的影响。为此，在设计主接线时，应计算短路电流。
短路电流计算的目的是为设备的选型提供依据; 初步考察短路事故对发电厂
以及系统的可靠性和稳定性的影响，为电厂主接线形式的选定、继电保护装置的 选择和整定计算提供依据。此外，通过对短路电流的计算，还可初步确定系统的 损耗，为发电厂的经济运行提供依据。
本次短路计算中，选取了两个短路计算点，110KV 母线和220KV 母线上各一 个，短路类型定为对系统影响最为严重的三相短路。短路电流计算的结果如表 3. 1所示，详细计算过程见附录I 。
分
3.3短路电流计算表
表3.1 短路计算结果 4
4.1电气设备选择的一般规则
⑴应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；
⑵应按当地环境条件校核； ⑶应力求技术先进和经济合理； ⑷与整个工程的建设标准应协调一致； ⑸同类设备应尽量减少品种；
⑹选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。
4.2电气设备选择的条件
正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。
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，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
⑴按正常工作条件选择电气设备 ①额定电压和最高工作电压
所选用的电气设备允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即
U alm ≥ U sm 。
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1.1～1.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15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U N 不低于装置地点电网额定电压U Ns 的条件选择, 即
电气设备的选择
U N ≥U Ns 。
②额定电流
电气设备的额定电流I N 是指在额定周围环境温度θ。下，电气设备的长期允许电流I N 不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流I max ，即 IN ≥I max
由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的I max 为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，I max 应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax ；母线分段电抗器的I max 应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%；出线回路的I max 除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。
此外，还与电气设备的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电气设备进行种类和形式的选择。
③按当地环境条件校核
在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度 θ0＝＋40℃，如周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。
⑵按短路情况校验
①短路热稳定校验短路电流通过电气设备时，电气设备各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为 It 2 t ≥Q k 式中 Qk —短路电流产生的热效应
It 、t —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：I es ≥I sh 式中 I sh —短路冲击电流有效值；
I es —电气设备允许 的动稳定电流的有效值；
4.3电气设备的选择
4.3.1高压熔断器的选择(QF)
⑴ 断路器的种类和形式的选择
因为110KV 侧有12回出线，220KV 侧有6回出线，所以接入110KV ,220KV 侧的高压断路器应选择SF 6断路器。
⑵额定电压的选择
110KV 侧 U N = UNs =1.1×110KV=121KV 220KV 侧 U N = UNs =1.1×220KV=242KV ⑶额定电流的选择
为简化选择的复杂性，用双绕组回路上最大的额定电流作为所选断路器的额定电流值。
300MW 发电机双绕组回路：
110KV 侧 I N ≥Imax =1.05×300/(3×110×0.85)=1.945KA 220KV 侧 I N ≥Imax =1.05×300/(×220×0.85)=0.973KA 200MW 发电机双绕组回路：
110KV 侧 I N ≥Imax =1.05×200/(3×110×0.85)=1.297KA 220KV 侧 I N ≥Imax =1.05×200/(×220×0.85)=0.648KA
由上述计算可知，以300MW 发电机双绕组回路的额定电流作为断路器的额定电流。
⑷开断电流的选择
高压断路器的额定开断电流I Nbr 不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量I Pt , 为了简化计算可应用此暂态电流I" 进行选择, 即I Nbr ≥I" 。 110KV 侧 I Nbr ≥I"=9.49KA 220KV 侧 I Nbr ≥I"=25.07KA
⑸短路关合电流的选择
为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流I Ncl 不应小于短路电流最大冲击值I sh ，即I Ncl ≥Ish 。 110KV 侧 I Ncl ≥ish =24.87KA 220KV 侧 I Ncl ≥ish =65.66KA
⑹热稳定校验 It 2t ≥Q k
取t k (短路切除时间)=4s。
110 KV I"=9.49KA,I2=9.57,I4=9.57
周期分量热效应Q pt = (I ' ' + 10I22+ I42) ×t k /12=365.83(KA)2·s t>0.1s不计非周期分量 Qk =Qpt 220 KV I"=25.07KA,I2=22.46,I4=22.66
周期分量热效应Q k =Qpt = (I ' ' +10 I22+ I42)×t k /12=2062.17(KA)2·s
⑺动稳定校验 i es ≥ish
110 KV i es ≥24.87KA 220 KV i es ≥65.66KA
根据选择原则和计算的值，选择断路器和隔离开关，结果填入表4.1～4.2。
2
2
4.3.2隔离开关的选择
隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。
隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。所以根据上述断路器相关参数的计算，选择出相应的隔离开关，结果填入表4.3～4.4
4.3.3电流互感器的选择
电流互感器的选择和配置应按下列条件:
(1)形式的选择：根据安装的地点及使用条件，选择电流互感器的绝缘结构、安装方式、一次绕组匝数等。
对于6-20KV 屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV 及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。选用母线式互感器时，应该校核其窗口允许穿过的母线尺寸。
(2)额定电压：电流互感器一次回路额定电压不应低于安装地点的电网额定电压，即：U c ≥U e
(3)额定电流：电流互感器一次回路额定电流不应小于所在回路的最大持续工作电流，即: Ile >Igmax
(4)准确等级:要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。
(5)二次负荷的效验:互感器按选定准确级所规定的额定容量S 2N 应大于或等二次侧所接负荷 ，即 S 2e ≥S 2 其中 S 2 =I2e Z 2 S2e=I2e Z 2 z 2 =r v +r f +r d +r e
式中，rv 、rf 分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻(忽略电抗); re 为接触电阻，一般可取0. 1 Ω；rd 为连接导线电阻。
(6)热稳定:电流互感器热稳定能力常以1s 允许通过的热稳定电流It 或一次额定电流I1N 的倍数Kt 来表示，热稳定校验式为:(Kr I le ) 2≧I 2∝t dz 式中I le 为电流互感器一次侧额定电流，K r 为电流互感器的1s 热稳定倍数，K r =Ir/Ile ，由制造厂家提供。 (7)动稳定:
内部动稳定校验式为: i es ≥i sh 或
1N K e s i s h
式中i es 、K es 是电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，有制造厂提供。
外部动稳定校验式为: Fy ≧Fmax
F max =1.73×10 7i sh 2l /a
式中F y 一作用于电流互感器瓷帽端部的允许力，有制造厂提供; L 一电流互感器出现端至最近的一个母线支柱绝缘子之间的跨距; a 一相间距离; 器件选择结果记入表4.5
4.3.4电压互感器的选择
电压互感器的选择和配置应按下列条件:
（1）形式的选择：6-20KV 屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV-110KV 配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220KV 级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互器。在需要检查和监视一次回路单项接地时，应选用三项五柱式电压互感器或具有第三绕组的单项电压互感器。
（2）额定电压的选择：
一次绕组额定电压应满足：1.1Ule>U1>0.9Ule ， 其中U1为电网电压，Ule 为一次绕组电压
选择二次绕组额定电压时及接成开口三角形的辅助绕组额定电压时，应满足测量仪表及继电器保护的要求。通常当一次侧绕组接于电网线电压之间时，二次绕组额定电压选为100V ，当一次侧绕组接于电网相电压之间时，二次绕组额定电压选为100V 。当电网为中性点直接接地系统时，辅助绕组电压选为100V ； 当电网为中性点直接接地系统时，辅助绕组电压选为100/3V。
(3)准确等级:所选电压互感器的准确级，不得低于其二次测量仪器。有如下原则作参考：接于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，共所有计算的电度表，其准确等级要求为0.5级。供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为1级。用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为3级即可。在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。 （4）二次负荷的校验
电压互感器的最大一相二次负荷不超过与该准确级相应的一相额定容量，即应满足条件 S2max≤S2e/3， S2max 为电压互感器最大的一相二次负荷，S2e 为电压互感器在所选标准等级下的额定容量。
器件选择结果记入表4.6
4.4电气设备选择的结果表
根据上述计算填写下列表格
表4.1 110KV侧断路器选择
表4.2 220KV侧断路器选择
表4.4 220KV 隔离开关选择
表4.5 电压互感器的选择表
5配电装置
配电装置可分为屋内、屋外和成套配电装置。
配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为装配式和成套式：在现场将电器组装而成的称为装配式配电装置；在制造厂预先将开关电器、互感器等组成各种电路成套供应的称为成套配电装置。
火力发电厂及变电所的配电装置形式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行，检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。
5.1配电装置选择的一般原则
配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。
配电装置的型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中， 35 k V 及以下的配电装置宜采用屋内式；110 kV 及以上多为屋外式。当在污秽地区或市区建110kV 屋内和屋外配电装置的造价相近时，宜采用屋内型，在上述地区若技术经济合理时，220kV 配电装置也可采用屋内型。
5.1.1屋内配电装置的特点
（1）于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小； （2）维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响； （3）外界污秽空气对电器影响较小，可减少维护工作量； （4）房屋建筑投资较大。
5.1.2屋外配电装置的特点
（1）土建工作量和费用较小，建设周期短； （2）扩建比较方便；
（3）相邻设备之间距离较大，便于带电作业； （4）占地面积大；
（5）受OFW 环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘； （6）不良气候对设备维修和操作有影响。
5.1.3成套配电装置的特点
（1）电器布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；
（2）所有电器元件已在工厂组装成一体，大大减少现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁；
（3）运行可靠性高，维护方便； （4）耗用钢材较多，造价较高。
5.2配电装置的选择及依据
配电装置选择时必须要根据很多的罂粟来做出判断，屋内配电装置主要用于35 kV及以下的系统中，有特殊要求时，110-220kV 也可采用; 屋外配电装置主要用于110 kV 及以上; 成套配电装置目前主要用于屋内，SF6组合电器主要用于110~500 kV配电装置。
5.2.1配电装置的设计中的基本依据
（1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策，如节约土地。
（2）保证运行可靠。按照系统和自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。
（3）便于检修、巡视和操作。
（4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。 （5）安装和扩建方便。
5.2.2配电装置设计的基本步骤
（1）根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式；
（2）拟定配电装置的配置图；
（3）按照所选设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照《配电装置设计技术规程》的有关规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册，设计绘制配电装置的平、断面图。
5.2.3配电装置的选择
发电机与配电装置(或变压器) 间常用的连接方式有母线桥、组合导线及全连式分相封闭母线。母线桥和组合导线用于容量为12.5万kW 及以下的机组，封闭母线用于20万kW 及以上大容量机组。
配电装置的型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件。因地制宜，节约用地，并结合运行和检修要求，通过技术经济性比较后确定。一般情况下配电装置宜外用屋内式。
普通中型配电装置，国内采用较多，已有丰富的经验，施工、检修和运行都比较方便，抗震能力较好，造价比较低，缺点是占地面积较多。
根据配电原则如下：
220KV 屋外式大中型配电装置 110KV 屋外市中型配电装置 10KV 屋内二层配电装置
发电厂电气设施的布置是电厂总平面布置的组成部分，其布置除了考虑电气设施之间的有机联系和一些特殊要求之外，还应与全厂总平而布置取得协调一致。在变电所中电气设施是总平面布置的主体，布置时主要考虑电气设施之间的有机联系和与外界(出线方向、出线走廊和市政设施等) 的配合。
5.3主接线中设备配置的一般原则
5.3.1隔离开关的配置
（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关；容量为200MW 及以上大机组与双绕组变压器的单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。
（2）在出线上装设电抗器的6~10KV配电装置中，当向不同用户供电的两回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。
（3）接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。 （4）一台半断路器接线中，视发变电工程的具体情况，进出线可装设隔离开关也可不装设隔离开关。
（5）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。 （6）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。
5.3.2电压互感器的配置
（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。
（2）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感顺的情况和需要确定。
（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。
（4）当需要在330KV 及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。
（5）母线除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置。
（6) 线路35kV 及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压、
进行同步和设置重合闸，装有一台单相电压互感器。
（7) 发电机一般装2~3组电压互感器。一组(三只单相、双绕组) 供自动调节励磁装置。另一组供测量仪表、同步和保护装置使用，该互感器采用三相五柱式或三只单相接地专用互感器，其开口三角形供发电机在未并列之前检查是否接地之用。当互感器负荷太大时，可增设一组不完全星形连接的互感器，专供测量仪表使用。5万kW 及以上发电机中性点常接有单相电压互感器，用于100%定子接地保护。
（8）变压器变压器低压侧有时为了满足同步或继电保护的要求，设有一组电压互感器。
5.3.3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，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。
（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器；发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。
（3）对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。
（4）一台半断路器接线中，线路一线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。
（5）为了满足侧量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统，一般按三相配置; 对于中性点非直接接地系统，依具体情况(如负荷是否对称、保护灵敏度是否满足等) 按二相或三相配置。
（6）对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如:若有两组电流互感器，且位置允许时，. 应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。
（7）为了防止支持式电m 互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。
（8）为了减轻内部故障时发电机的搅伤，用于自动调节励磁装置的电流互
感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。
结束语
通过此次课程设计，我对发电厂电气部分有了更深刻的了解。原本比较生硬的知识通过设计实践，都变得清晰明了。通过设计，我对主接线方案的选择、主接线的连接方式、主变压器、联络变压器及各配电装置的选择都有了一定的掌握，同时也进一步提高了材料独立自主学的能力。
设计初，由于基础知识不扎实，思路模糊，不知从何着手。因此，在前期花了不少的时间来查阅设计手册，弄清概念，理清思路。在自己理清思路，初步形成意识后，对课题便有了更深一层次的理解和体会，从而抓住了方向和要点，进行多方面的选材和总结。除了学习专业知识外，我对word 和CAD 的应用也有了进一步的了解。在列出大纲、初步完成稿件之后，通过老师的帮助和审批，改正了设计上的错误地方，修正了不足之处，最后给设计划上了圆满的句号。
通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人的自主设计的能力，得到了不少的收获和体会。在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步发展，对以后的生活和工作有着不可预计忽略的影响。
这次设计的顺利完成与同学们的合作互助是分不开，在遇到困难时，多亏同学们的合作互助才度过难关；更与老师的悉心教导、指点分不开，在有解不开的难题时，多亏老师们的耐心指导才使设计能顺利进行下去。在此对他们表示衷心的感谢！
参考文献
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附录一：短路电流的计算
（1）电抗的计算 取S B =100MW,VB =Vav
200MW 发电机参数：S N1=200/0.85=235.29MVA
Xd1=x d ×S B /SN1=0.142×100/235.29=0.0836 300MW发电机参数：S N2=300/0.85=352.94MVA
Xd2=x d ×S B /SN2=0.167×100/352.94=0.0655
200MW 出线回路上主变压器参数：X T1=U1%/100×S B /SN1=13/100×100/240=0.0541 300MW 出线回路上主变压器参数：X T2=U2%/100×S B /SN2=14.3/100×100/360=0.0397
联络变压器参数：U S1=1/2(U1-2＋U 1-3－U 2-3)=1/2(10+13-16)=3.5
S2
' '
' '
U =1/2(U1-2＋U 2-3－U 1-3)=1/2(13+16-10)=9.5 U =1/2(U1-3＋U 2-3－U 1-2)=1/2(10+16-13)=6.5
S3
XⅠ= US /100×S B /SN =3.5/100×100/150=0.023 XⅡ= US /100×S B /SN =-1/100×100/150=0.0063 ∴ X1=1/2(XT1＋X d1)=1/2(0.0836＋0.0541)=0.0689 X2=1/2(XT2＋X d2)=1/2(0.0655＋0.0397)=0.0526 X3=1/2(XⅠ＋X Ⅱ)=1/2(0.023+0.0063)=0.043 系统等值电路如附录图1.1所示。
附录图1.1 系统等值计算图 （2）f 1点短路时短路电流计算： 等值电路图如附录图1.2
附录图1.2 f1点短路等值电路图 ①转移电抗的计算：
2×200MW 发电机到短路点的转移电抗 ： Xf1 =X1=0.0689 2×300MW 发电机到短路点的转移电抗 ：X f2=X2=0.0526
发电机到短路点总的转移电抗X k =1/2（X 1+X2）=1/2（0.0689+0.0526）=0.0608 ∴发电机提供的短路容量 Sk =SB /Sk =100/0.0608=1644.74 无限大系统提供的短路容量： Sks =Sn -S k =8000-1644.74=6355.26 ∴无限大系统等值电抗 Xs =SB /Sks=100/6355.26=0.0157
②计算电抗的计算 Xjs1=Xf1 ×S N /SB =0.0689×2×235.29/100=0.324 Xjs2=Xf2×S N /SB =0.0526×2×352.94/100=0.372
③发电机的额定电流：I NG1=SN /（3×U aV ）=2*235.29/（3*230）=1.181KA ING2=SN /（3×U aV ）=2*352.94/（3*230）=1.762KA 系统的额定电流： IB =SB /（3×U aV ）=100/（3×230）=0.251KA 系统提供电流的标幺值： I ps *=有名值I=标幺值I ×I N
11==63.69 X f s 0.0157
（2）f 2点短路时短路电流计算： 等值电路如附录图
1.3
附录图1.3 f2点短路等值电路图
1111+++) X 1X 2X 3X S
1111
+++ =0.0689*0.043() 0. 06890. 05260. 0430. 0157
①转移电抗的计算： X f 1=X 1*X 3(
= 0.357
1111+++) X 1X 2X 3X S
1111
+++ =0.0526*0.043() 0.06890.05260.0430.0157
X f 2=X 2*X 3(
=0.272
1111+++) X 1X 2X 3X S
1111
+++ =0.0157*0.043() 0. 06890. 05260. 0430. 0157
X fs =Xs *X 3(
=0.0813
②计算电抗的计算： Xjs1=Xf1 ×S N /SB = 0.357 ×2×235.3/100=1.68
Xjs2=Xf2 ×S N /SB =0.272×2×352.94/100=1.92 ③发电机的额定电流：I NG1=SN /（3×U aV ）=2*235.3/（3*115）=2.362KA ING2=SN /（3×U aV ）=2*352.94/（3*115）=3.524KA 系统的额定电流： IB =S/（×U aV ）=100/（×115）=0.502KA 系统提供电流的标幺值： I ps *=有名值I=标幺值I ×I N
11==12. 30 X fs 0.0813
附录二：电气设备的校验
用最大的短路电流来校验电气设备。 （1）110KV 电压级断路器校验:
U N ≧U NS =110KV 最大的电流按照额定电流的1.05倍计算。
设计认务书规定发电厂最低温度为-6摄氏度，由于我国目前生产的电气设备在环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。所以有 Imax=(1+20%) ×1.05× IN
=1.2×1.05×P N /cosϕ/(×U N ×cos ϕ) =1.2×1.05×300/(×110×0.85) =2.334(KA)
-6摄氏度时额定电流会上升，且按照降低一度就升高额定值的0.5%,但超过额定值的20%时就按照20%计算。所以:IN ≧Imax =(1+20%)×1.945=2.334 所以选出如表4.1中的型号能够满足。因为T> 1s ，所以，非周期的热效应忽略不计。 ①热稳定性的校验:
-6度时的热效应是:Qk = (I ' ' + 10I22+ I42)×t k ×(1+20%)2/12
2
=(9.492+10×9.572+9.572)×4×1.22/12 =526.80（KA) z·s
其中，短路电流的对应值是发电机总的短路电流的一半，发电机总的短路电 流见表1. 而电器可以承受的热效应是:
I t 2×T k =4800>Qk
所以断路器的热稳定性很好。 ②动稳定性校验:
Ies =80KA>Ish =1.85×2×I" =1.85×2×9.49 =24.87KA
所以该断路器的动稳定性也很好。 （2）220KV 电压级断路器的选择与校验: UN≧UNS =220KV
40摄氏度时最大电流
ImaX=(1+20%) ×1.05× IN 1.05×P N /cos =1.21.2×
U N ×cos ϕ) ϕ/(3×
=1.2×1.05×300/(×220×0.85) =1.17(KA)
-6摄氏度时额定电流会上升，且按照降低一度就升高额定值的0. 5%，但超过额定值的20%时就按照20%计算。所以:IN ≧Imax =(1+20%)×0.973=1.17KA 所以选出如表4.2中的型号能够满足。因为T>ls，所以，非周期的热效应忽略不计。
①热稳定性的校验:
-6度时的热效应是:Qk= (I ' ' + 10I22+ I42)×t k ×(1+20%)2/12 =(25.072+10×22.462+22.662) ×4 ×1.22/12 =2969.5248(KA)2·s
其中，短路电流的对应值是发电机总的短路电流的一半，发电机总的短路电 流见表1. 而电器可以承受的热效应是:I t 2×T k =2976.75>Qk
2
所以断路器的热稳定性很好。
②动稳定性校验2×I" 2×25.07 =65.66KA 所以该断路器的动稳定性也很好。
对于电流互感器和隔离开关，是用和断路器同样的方法校验. 而电压互感器只要考虑起结构和额定电压，不需要对动稳定性和热稳定性进行校验。