火力发电厂电气部分设计.pdf

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1、 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 华北水利水电学院水利职业学院华北水利水电学院水利职业学院 电气自动化专业（三年制专科）毕业论文（设计）火力发电厂电气部分设计 姓名：聂姣姣 学号：113126101 指导教师:程勇 完成时间:2013 年 12 月 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 1 摘摘 要要 火力发电在我国的起步较早，经过近几十年的迅速发展，各项措施已得到了不断的完善，但我们仍然还能够发现一些不足，如有关发电厂电气部分设计的一些不合理性、保护性措施的欠缺等。这些都需要我们通过设计出更加合理的方案来解决这些问题。本文将针对某火力发电厂的设计来对这些问题进行

2、探讨，主要是对电气方面进行研究，期望提出更加合理的方案来完善现有设施。首先将会对火力发电的有关内容做一阐述，并对火力发电的现状做一描述；随后对火力发电厂的电气主接线设计和防雷保护的原理部分进行介绍，最后将给出该火力发电厂的主接线的设计和防雷保护的具体实现。关键词：关键词：火力发电 电气主接线 防雷保护 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 2 目目 录录 摘 要.1 第一章 绪论.4 1.1 课题提出的背景.4 1.2 课题研究的目的和意义.4 第二章 火力发电厂的发电原理.6 2.1 火力发电厂的生产过程.6 2.2 火力发电厂的发电原理.8 第三章 火力发电厂的电气主接线及防雷

3、保护.10 3.1 电气主接线的概述.10 3.2 电气主接线的基本形式.10 3.2.1 有汇流母线的主接线.11 3.2.2 无汇流母线的主接线.15 3.3 防雷保护的基本原理.17 3.3.1 防雷保护的现状.17 3.3.2 防雷保护的基本原理.17 第四章 火力发电厂的电气主接线设计.20 4.1 电气主接线的设计.20 4.1.1 电气主接线的设计原则.20 4.1.2 火力发电厂电气主接线的设计.21 4.1.3 互感器和避雷器的配置.23 4.1.4 主变压器的选择.23 4.2 厂用电接线的设计.26 4.2.1 厂用电接线的基本要求.26 4.2.2 厂用电接线的设计.2

4、8 4.3 6kV 线路过电流保护的设计.29 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 3 4.4 主接线防雷保护的设计.34 4.4.1 发电厂的直击雷保护.34 4.4.2 变压器的防雷保护.36 4.4.3 小容量直配电机的防雷保护.36 4.5 短路电流的计算.38 4.6 电气设备的选择.42 4.6.1 电气设备选择的一般条件.42 4.6.2 电气设备的选择.45 结束语.54 致谢.55 参考文献.56 附图一:火力发电厂的电气主接线图.57 附图二：火力发电厂的厂用电接线图.58 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 4 第一章第一章 绪论绪论 1.1

5、1.1 课题提出的背景课题提出的背景 能源是我国国民经济的基础。煤、石油、天然气、核能均可作为发电燃料，其中应用最广泛的是煤。我国发电以燃煤为基础，以火电为主的基本格局，在短期内不会改变。我国煤炭资源丰富，而石油资源相对短缺，目前的一些燃油电厂已有不少改为燃煤，因此现在火力发电燃料主要是指煤。电力燃料质量，直接关系到火力发电厂的成本及锅炉机组的安全经济运行。目前燃料费用约占电厂发电成本的 70%左右，这就要求我们必须重视并切实加强燃料试验工作，并还要对火力发电厂的电气部分进行改进，使之能够更好地为发电厂的各项工作服务，达到经济、科学、稳定和安全的相统一。电力工业在国民经济起着重要的作用，是关系

6、着国计民生的基础产业，同时也是世界各国经济发展战略中的优先发展重点，因此对发电厂电气部分的研究和设计也显得尤为重要。1.2 1.2 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 火力发电由于起步较早，到目前为止各项措施已取得了不断的完善和发展，其电气部分也得到很大的进展，但仍然存在一些不足期待改进。这就要求我们改善这些不良方面，最大限度的发挥经济 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 5 效益，并减少事故的发生。火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能产生出电能的工厂。按其功用可分为两类，即凝汽式电厂和热电厂。前者仅向用户供应电能，而热电厂除供给用户电能外，还向热用户

7、供应蒸汽和热水，即所谓的“热电联合生产”。目前采用最广泛的发电形式是利用煤的燃烧来获得电能，而我国煤的储量也是相当 丰富的，因此本课题的提出具有很大的现实意义，如何设计好火电厂的电气主接线及各项保护性措施，就显得尤为重要。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 6 第二章第二章 火力发电厂的发电原理火力发电厂的发电原理 2.1 2.1 火力发电厂的生火力发电厂的生产过程产过程 燃煤被输煤皮带从煤场运至煤斗中。为提高燃煤效率，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带送入锅炉炉膛内燃烧。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，

8、再由灰浆泵送至灰场。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，然后进入除尘器，将烟气中的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样一方面使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉着火和燃烧，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的

9、上下两端均通过联箱与汽包连通，汽包内的水经由水冷壁不断循环，火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 7 吸收着煤燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一小直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，

10、使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线路送至用户。释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，凝结成水，此水成为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内，完成一个循环。在循环过程中难免有汽水的泄露，即汽水损失，因此要适量地向循环系统内补给一些水，以保证循环的正常进行。高、低压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置，除氧 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 8

11、 器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。下图为火力发电厂的生产过程：图 11 火力发电厂的生产过程 2.2.2 2 火力发电厂的发电原理火力发电厂的发电原理 通过以上有关火力发电厂生产过程的描述我们可以看出：由于蒸汽推动汽轮机转子转动，形成了机械能，而汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器连在一起；当汽轮机转子转动时便带动发电机 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 9 转子转动。在发电机转子的另一端带着一直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产

12、生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 10 第三章第三章 火力发电厂的电气主接线及防雷保护火力发电厂的电气主接线及防雷保护 3.13.1 电气主接电气主接线的概述线的概述 电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制

13、主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。3.23.2 电气主接线的基本电气主接线的基本形式形式 电气主接线的基本形式可分为有汇流母线的接线形式和无汇流母线的接线形式。变电所电气主接线的基本环节是电源（变压器）、母线和出线（馈线）。各个变电所的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数较多时（一般超过 4 回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。但有母线后，配电装置占地面积较大，使 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 11 用断路器

14、等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适于进出线回路少，不再扩建和发展的变电所。有汇流母线的接线形式主要有：单母线接线和双母线接线。3.2.1 3.2.1 有汇流母线的主接线有汇流母线的主接线 为了克服一般单母线接线存在的缺点，提高它的供电可靠性和灵活性，把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关。每段母线上均接有电源和出线回路，便成为单母线分段接线。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 12 图 32 分段的单母线接线 单母线分段接线的优点：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，

15、分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 13 修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电;分段的单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积,扩建时需向两个方向均衡扩建。单母线分段接线的适用范围：610kV 配电装置，出线回路数为 6 回及以上时；3563kV 配电装置，出线回路数为 48 回时；110220kV 配电装置出线回路数为 34 回时。单母线分段带旁路母线接线形式如下图 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 14 图 34 单母线分段带旁路母线接线 单母

16、线分段带旁路母线接线特点：增设了一组旁路母线 WP及各出线回路中相应的旁路隔离开关 QSp，分段断路器 QSd兼作旁路断 路 器QFp，并 设 有 分 段 隔 离 开 关QSd.单母线分段带旁路线接线运行特点：平时旁路母线不带电，QS1、QS2及 QFp合闸，QS3、QS4及 QSd断开，主接线系统按单母线分 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 15 段方式运行。当需要检修某一出线断路器（如 QF1）时，可通过闸操作，由分段断路器代替旁路断路器，使旁路断路器经 QS4、QFP、QS1 接至 1 段母线，或经 QS2、QFP、QS3 接至 2 段母线而带电运行，并经过被检修断路器所

17、在回路的旁路隔离开关（如 1QF）及其两侧的隔离开关进行检修，而不中断其所在线路的供电。此时，两段工作母线既可通过分段隔离开关 QSd并列运行也可分列运行。所以，这种接线方式具有相当高的可靠性和灵活性。3.2.2 3.2.2 无汇流母线的主接线无汇流母线的主接线 无汇流母线的主接线没有母线这一中间环节，使用的开关电器少，配电装置占地面积小，投资较少，没有母线故障和检修问题，但其中部分接线形式只适用于进出线少并且没有扩建和发展可能的发电厂和变电所。单元接线的形式:如下图(3-8)(1)发电机-双绕组变压器单元：G 与 T 之间不装 QF，可装 QSG；(2)发电机-三绕组变压器单元：G 与 T

18、之间可装 QSG，有时可装3QF；(3)发电机-自耦变压器单元：G与T之间可装QSG，有时可装3QF。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 16 单元接线的优点：接线简化，使用的电器最少，操作简便，降低故障的可能性，提高了工作的可靠性；配电装置简单，投资省，占地小。缺点：任一元件故障或检修全停，检修时灵活性差。单元接线的适用范围：台数不多的大（b 接线除外）中型不带近区负荷的区域发电厂；分期投产或装机容量不等的无机端负荷的小型水电站。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 17 桥形接线采用 4 个回路 3 台断路器和 6 个隔离开关，是接线中断路器数量较少、也是投资较省

19、的一种接线方式。根据桥形断路器的位置又可分为内桥和外桥两种接线。由于变压器的可靠性远大于线路，因此应用较多的为内桥接线。内桥接线适用于仅有两台变压器和两条出线的装置中。外桥接线适用于输电线路较短或变压器需经常投及穿越功率较大的小容量配电装置中。3.33.3防雷保护的基本原理防雷保护的基本原理 3.3.13.3.1 防雷保护的现状防雷保护的现状 近年来随着电力系统的发展,微机保护和综合自动化系统在电力系统中得到大量的应用,这对提高电力系统的自动化水平,提高电力系统的运行灵活性起了很大的作用。这与过去传统的保护和控制装置相比，是一次技术上的革命。迄今为止，信息传输与交换仍然以电信设备作为传输的媒体

20、。无论是无线传送的天线，还是有线传送的电缆或光缆，都必须暴露在空气中或埋于地下。因此必然受到电力系统和天空雷电的干扰和侵入，造成通信设备损坏和信息传输中断。一旦有这类意外发生，直接经济损失有的达数十万元甚至上千万元，间接损失更难以估算。3.3.2 3.3.2 防雷保护的基本原理防雷保护的基本原理 闪电多发生在夏季，是从积雨云中发展起来的自然放电现象。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 18 其破坏作用由以下三方面引起：直接雷击是雷电直接对建筑物或其他物体放电，产生破坏性很大的热效应和机械效应；感应雷是雷电的静电感应或电磁感应引起的过电压，能击穿电气绝缘，引起火灾；雷电侵入波是直击

21、雷或感应雷产生的高电压雷电波沿架空线路侵入变配电所或用户，造成的危害占雷害总数的一半以上。近年来的发电厂和变电所的防雷保护主要采取以下措施：发电厂和变电所的直击雷保护。装设避雷针是直击雷防护的主要措施，避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接受器。装设避雷针时对于 35kV 变电所必须装有独立的避雷针，并满足不发生反击的要求；对于 110kV 及以上的变电所，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，可以将避雷针直接装设在配电装置的架构上，因此，雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。变电所对入侵波的保护。对入侵波保护的主要措施是在其进线上装设阀型避雷器。阀型避雷器的基本元件

22、为火花间隙和非线性电阻。变电所的进线保护。对进线实施防雷保护，其目的就是限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陡度。当线路上出现过电压时，火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 19 将有行波沿导线向变电所运动，其幅值为线路绝缘的 50冲击闪络电压，线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高很多。变压器的防护。变压器的基本保护措施是靠近变压器处安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。装设避雷器时，要尽量靠近变压器，并尽量减少连线的长度，以便减少雷电电流在连接线上的压降。同时，避雷器的接线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起。变电所的防雷接地。变电所防雷保护满足要求以后

23、，还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网，然后避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷的要求，或者在防雷装置下敷设单独的接地体。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 20 第四章第四章 火力发电厂的电气主接线设计火力发电厂的电气主接线设计 4.1 4.1 电气主接线的设计电气主接线的设计 4.1.1 4.1.1 电气主接线的设计原则电气主接线的设计原则 1.电气主接线应满足可靠性、灵活性、经济性和发展性四方面的要求。(1)可靠性:主接线的可靠性不仅包括开关、母线等一次设备，而且包括相对应的继电保护、自动装置等二次设备在运行中的可靠性。(2)灵活性:电气主接线在调度时，可以灵

24、活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，合理调配电源和负荷。在检修时，可以方便地停运断路器、母线及二次设备。(3)经济性:投资省，主接线要力求简单，以节省一次设备的使用数量；继电保护和二次回路在满足技术要求的前提下，简化配置、优化控制电缆的走向，以节省二次设备和控制电缆的长度；采取措施，限制短路电流，得以选用价廉的轻型设备，节省开支;占地面积小;电能损耗小。经济合理地选择变压器的类型、容量、数量和电压等级。(4)发展性:主接线在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，完成过渡期的改扩建，且对一次和二次部分的改动工作量最少。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 21 4.1.2 4.

25、1.2 火力发电厂电气主接线的设计火力发电厂电气主接线的设计 1.原始资料分析 (1)工程情况。包括发电厂类型、设计规划容量(近期、远景)和单机容量及台数。发电机的机组容量应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的 810为宜。一个电厂的机组其台数最好不超过 6台，容量等级不超过两种，同容量机组应尽量选用同一型式。发电厂的电压等级不宜多于三级。一般设置升高电压一级到两级，发电机电压一级。本次设计中，火力发电厂共有两台发电机，单机容量都为 150MW。电压等级有 110kV 和 220kV 两种。(2)电厂在电力系统中的地位和作用。电力系统的发电

26、厂分为大型枢纽电厂、中小型地区电厂和企业自备电厂等类型。大型枢纽电厂一般以 220500kV 的电压接入超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接人 110220kV 系统；企业自备电厂以向本企业供暖供热为主，并与地区 35220kV 系统相连。中小型电厂附近如果有电力用户，可通过发电机电压母线向附近用户供电。目前，按发电厂的容量划分为：总容量在 1000MW 及以上，单机容量在 200MW 及以上的发电厂称为大型发电厂；总容量在 200 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 22 1000MW，单机容量在 50200MW 的发电机称为中型发电厂；总容量在 200MW 以下，单机容量在

27、50MW 以下的称为小型发电厂。分析该厂在系统中所处的地位，停电对系统供电的可靠性的影响，从而提出对主接线的要求。本次设计中的火力发电厂属于中小型地区电厂，发出的电能除了供本地区及自身厂用电之外，还对外输送电能。向外输送电能经两台三绕组变压器分别接至 110kV 和 220kV 系统。火力发电厂总装机容量为 300MW，单机容量分别为 150MW。(3)负荷情况。负荷情况在原始数据中，如负荷的性质、地理位置、输电电压等级等。设计中的火力发电厂所发出的电能主要供本地区的日常生活和照明使用，还有给一些重要用户提供不间断的供电。这些重要用户如：钢铁基地、大型化工、冶炼企业及城镇的综合用电。2.电气主

28、接线的设计 主接线图中所用的器件如下表：火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 23 火力发电厂的主接线图见附图一 所设计的火力发电厂装有两台发电机，容量都是 150MW；发电厂供给本地区后的剩余电能通过两台三绕组主变压器送入 220kV 和110kV 电压级；110kV 为分段的单母线接线，重要用户可用双回路分别接到两分段上；220kV 为有专用旁路断路器的双母线带旁路母线接线，只有出线进旁路，主变压器不进旁路。4.1.3 4.1.3 互感器和避雷器的配置互感器和避雷器的配置 在主接线图中的位置已具体标出，关于器件类型的选择将会在本章最后一节中具体给出。4.1.4 4.1.4 主变

29、压器的选择主变压器的选择 主变压器是电气主接线的核心环节。主变容量选择太大或台数 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 24 太多，会造成投资浪费，增加系统运行费用；容量太小或台数太少，又无法满足负荷的供电需求，同时也会使发电机的发电能力得不到充分利用。主变压器的选择包括主变压器的容量、台数的确定和型式的选择。主变压器在发电厂中向电力系统输送功率的变压器；在变电所中向用户输送功率的变压器。联络变压器用于两种电压等级之间交换功率的变压器。自由变压器向厂用电系统供电的厂用变压器。主变台数与电压等级、接线形式、传输容量和与系统的联系有很大关系。一般为 14 台。发电厂的主变压器与系统有强

30、联系的大、中型发电厂，主变不少于两台；与系统有弱联系的中、小型发电厂，主变可只装一台。变电所主变压器：简易接线变电所只装设 12台变压器；大型枢纽变电所（尤其是特高压变电所），在同一电压等级下主变台数不应少于 2 台。330500kV 的大型变电所推荐采用 4台自耦变压器。主变压器型式的选择为相数：单相、三相；绝缘：油浸式、干式；绕组数：双绕组（只有一个升高电压等级）、三绕组、自耦变压器；连接组别：Y，d11（小接地系统）Yn，d11（大接地系统）调压方式：调节发电机出口电压、投切调相机、补偿电容和改变变压器 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 25 变比。冷却方式：自然风冷却、

31、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环向冷却、水内冷变压器。如果只有一个升高电压等级：优先选用三相油浸式双绕组变压器；接线组别有 Y，d11 或 YN，d11。如果有两个升高电压等级：优先选用三相油浸式三绕组变压器；再考虑选用两个双绕组变压器。本次设计中使用的变压器是三绕组变压器，发电机和变压器接成单元接线，可按照以下方式进行选择：单元接线中的主变压器容量SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有 10%的裕度选择。SN 1.1PNG（1KP）/cosG 式中：PNG发电机的容量，在扩大单元接线中为两台发电机的容量之和，MW；KP厂用电率；容量是 240000 k

32、VA，高压、中压、低压的额定电压分别为：242kV、121kV、15.75kV，能够满足该系统正常运行的需求。主变压器型式的选择：在 330kV 及以下的发电厂和变电所中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式较同容量的三台单相式投资小，占地少，损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。故本次计设选用三相升压式变压器。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 26 4.2 4.2 厂用电接线的设计厂用电接线的设计 4.2.1 4.2.1 厂用电接线的基本要求厂用电接线的基本要求 厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，按其重要性可分为四类：I 类厂

33、用负荷。凡是属于短时(手动切换恢复供电所需要的时间)停电会造成主辅设备损坏、危及人身安全、主机停运及影响大量出力的厂用负荷，都属于 I 类负荷。通常它们都设有两套设备互为备用，分别接到有两个独立电源的母线上，当一个电源断电后，另一个电源就立即自动投入。II 类厂用负荷。允许短时停电(几秒至几分钟)，恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷，均属于类厂用负荷。一般它们均应由两段母线供电，并采用手动切换。类厂用负荷。较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上不方便的厂用负荷，都属于类厂用负荷。通常它们由一个电源供电，但在大型发电厂，也常采用两路电源供电。事故保安负荷。按对电源要求的不同它又可分为：

34、1)直流保安负荷，如发电机的直流润滑油泵、事故氢密封油泵等；2)交流保安负荷，如盘车电动机、交流润滑油泵、交流密封油泵等。通常，由 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 27 蓄电池组、柴油发电机组、燃汽轮机组或可靠的外部独立电源作为事故保安负荷的备用电源。不间断供电负荷。在机组运行期间，以及正常或事故停机过程中，甚至在停机后的一段时间内，需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷，称为不间断供电负荷。不间断供电电源一般采用由蓄电池供电的电动发电机组或配备数控的静态逆变装置。厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济

35、合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。厂用电接线应满足下述要求：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。在任何运行方式下，一台机组故障停运或其辅机的电气故障不应当影响到另一台机组的运行，并要求受厂用电故障影响而停运的机组应能在短期内恢复运行。全厂性公用负荷应分散接人不同机组的厂用母线或公用负荷母线。在厂用电接线中，不应存在可能导致切断多于一个单元机组的故障点，更不应存在导致全厂停电的可能性，应尽量缩小故障影响范围。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 28 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，尽可能地使调换操作简便，启

36、动(备用)电源能在短时内投入。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，要便于过渡，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人向保安负荷供电。还要设计符合电能质量指标的交流不间断电源，以保证不允许间断供电的热工保护和计算机等负荷的用电。4.2.2 4.2.2 厂用电接线的设计厂用电接线的设计 该火力发电厂的厂用电接线图见附图二。发电机侧的三绕组变压器和双绕组变压器选择的型号分别为SFF-31500/15.75 和 SFPF-31500/18；三绕组变压器的高压、低压、中

37、压双绕组变压器的额定电压分别为 15.75、6、6kV；双绕组变压器的额定容量为 40000kVA，高压、低压的额定电压为：15.75、6kV;6kV 侧的双绕组变压器选择的型号为：S9-400/10，该变压器的容量为 400kVA，高压、低压侧的额定电压分别为 6、0.4kV。熔断器选择的型号为HR5型的熔断式刀开关，适用于交流50Hz，额定电压交流 380V，额定电流至 1000A 的配电线路中，作过载和短 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 29 路保护，在本设计中低压侧的电压为 380/220V，可以有效地保护低压侧的设备。刀开关采用的是 HD 系列中的 HD13，该系列

38、开关适用于交流 50Hz，额定电压 380V，额定电流至 150OA 的成套配电装置中，作为不频繁地手动接通和分断交、直流电路或作隔离开关用。交流接触器的型号选择为：LC1-D，机械寿命高达 2000 万次，线圈控制电压在 70%-120%Uc 之间波动时，不会影响到产品的正常工作，常用于控制各种类型电动机、电容器、照明灯、电加热等设备，工作频率为 5060Hz，可以满足厂用电低压侧的控制；隔离开关和断路器的型号将会在最后一节电气设备的选择中给出。在该火力发电厂的厂用电接线中，厂用高压采用 6kV，直接由发电机侧通过一台三绕组变压器T3连接到6kV厂用高压母线一段和备用母线，另一台双绕组变压器

39、 T4 则引入 6kV 厂用高压母线二段。厂用低压采用 380/220V，因负荷较少，只设两段厂用低压母线，分别由厂用低压工作变压器 T5、T6 供电；T5、T6 分别由厂用高压（6kV）一、二段引接，低压备用变压器 T7 由备用段引接。4.3 6kV4.3 6kV 线路过电流保护的设计线路过电流保护的设计 6kV 线路过电流保护设计的归总式原理图如图 43。其中的直流电源供电采用直流电源系统中的蓄电池组供电，电压为 110V。该设计方式可以实现对 6kV 线路的保护，通过控制线路中断路器的通 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 30 断来实现对该线路的保护，主要采用了电流互感器

40、、电流继电器、时间继电器和信号继电器。由图 43 可以看出归总式原理图的特点是将二次接线与一次接线的有关部分绘在一起，图中的各元件用整体形式表示，其相互联系的交流电流回路、交流电压回路（本设计中没有绘出）及直流回路都综合在一起，并将按实际连接顺序绘出。该方式绘图的优点是能够清楚地表明各元件的形式、数量、相互联系和作用，但如果元件过多的话，接线就会相互交叉，显得零乱，并且元件的端子及回路编号没有，这样就会造成使用很不方便，因此，图 44 给出了该设计图的另一种表示形式展开式原理图。图中，时间继电器 KT 选择的型号为：JS7-2A，吸引线圈的电压为 110V，触点的额定电压为 380V，延时范围

41、为 0.4180s，本次设计延时时间设定为 2s；信号继电器 KS 选择的是温度继电器，型号是 JW4-A3 型，额定电流为 30A,额定线电压为 380V，额定工作频率为 50Hz；电流继电器采用的是 DL-10 型，电磁式瞬动过电流继电器，最大整定值为 10A，本次设计中整定电流设为 5A；电流互感器选择的型号为 LA-10，其额定电流比为 5200/5A，准确级次 0.5。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 31 图 43 6kV 线路过电流保护归总式原理图 该线路的过电流保护可通过以下方式表现出来：设线路原在运行状态，断路器辅助触点 QF1 闭合。当线路发生过电流时，通过

42、电流互感器立刻反应到二次侧，引起二次设备动作。如线路用户端发生 AB 相间短路时，动作过程如下：1TAA、1TAB 一次侧流过短路电流；1TAA、1TAB 二次侧电流增大；电流继电器 1KA、2KA 动作，其动合触点闭合.启动时间继电器 KT，经整定时限后其延时触点闭合；火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 32 信号继电器 KS 和断路器操动机构的跳闸线圈 YT 同时动作，使断路器 QF 跳闸，并由 KS 的触点发出信号。断路器 QF 跳闸后，由其辅助触点 QF1 切断跳闸线圈 YT 中的电流。当发生 AC 或 BC 相间短路时，只有 1KA 或 2KA 动作，动作过程与上述情况

43、类似。6kV 线路过电流保护设计的归总式原理图如下图：其中，M703、M706 为掉牌未复归光子牌小母线。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 33 图 44 6kV 线路过电流保护展开图 展开式原理图的特点主要有：交流电流回路、交流电压回路（本 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 34 设计没有涉及，未绘出）、直流回路分开表示；属于同一仪表或继电器的电流线圈、电压线圈和触点分开绘出，采用相同的文字符号，有多副触点时加下标；交、直流回路各分为若干行，交流回路按 A、B、C 相序绘出，直流回路则基本上按元件的动作顺序从上到下排列；每行中各元件的线圈和触点按实际连接顺序由

44、左至右排列，每回路的右侧有文字说明，引至端子排的回路加有编号，元件及触点通常也有端子编号。归总式原理图的展开图接线比较清晰，便于阅读，还便于了解整套装置的动作程序和工作原理，便于查找和分析故障，因而在实际工作中应用也较多。4.4 4.4 主接线防雷保护的设计主接线防雷保护的设计 4.4.1 4.4.1 发电厂的直击雷保护发电厂的直击雷保护 为了防止雷直击于火力发电厂的配电装置，可装设避雷针，应该使所有的设备都处于避雷针的保护范围之内，此外，还应采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。图 46 为独立避雷针在配电机构附近的安放情况 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 35 图 46

45、独立避雷针离配电机构的距离 根据规程的要求，为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 36 空气间隙 Sk被击穿而造成反击事故，必须要求 Sk大于一定的距离，若取空气的平均电抗强度 500kV/m,则 Sk应满足以下要求：Sk0.3Rch+0.1h(m)。同样，为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙 Sd被击穿，必须要求 Sd大于一定距离，Sd应满足下式（假设土壤的抗电强度为 500kV/m）：Sd0.3Rch(m)。在一般情况下，Sk不小于 5m，Sd不应该小于 3m。因此，本设计中 Sk选择为 6m，而 Sd选择为 5m

46、。发电厂的厂房一般不装设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护的误动作。4.4.2 4.4.2 变压器的防雷保护变压器的防雷保护 附图一中的三绕组变压器的高压侧或中压侧有雷电过电压波袭来时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，其低压绕组上会出现一定的过电压，最不利的情况是低压绕组处于开路状态，这时静电感应分量可能很大而危机绝缘，所以只要在任一相低压绕组的出线端加装一只该电压等级的阀型避雷器，就能保护好三相低压绕组。中压绕组虽也有开路运行的可能，但其绝缘水平较高，一般不需要加装避雷器来保护。4.44.4.3 .3 小容量直配电机的防雷保护小容量直配电机的防雷保护 直配电机的防雷保护也是指与架空线路直

47、接相连的旋转电机 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 37 （主要包括发电机、调相机、大型电动机等）的防雷保护。由于本设计中所用的电机容量定为 1500kW，容量较小（6000kW 以下为小容量直配电机），所以这类电机可以不用电缆进线段（大容量直配电机需要使用电缆进线段），其保护接线如图 45 所示：图中的 FCD 为磁吹式避雷器，FS 为阀型避雷器，G 为电机，C 为电容。图 46 1500kW 直配电机的保护接线图 经研究计算，当有雷电流入侵时，流经 FCD 的雷电流与接地电 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 38 阻 R 有关，R 越小则流经 FCD 的雷电

48、流越小，规程上建议：对于 6kV线路：L/R=20。对于 10kV 线路：L/R=150。一般的进线长度 L 可取 450600m。本设计中为 6kV 线路，进线长度选择为 500m，接地电阻选为 2欧，但考虑到 FE1 的接地电阻达不到以上要求，因此又在 L/2 处装设了一组管型避雷器 FE2，如图 45 中的虚线所示。图中的 FS 则是用来保护开路状态的断路器和隔离开关的。4.5 4.5 短路电流的计算短路电流的计算 本次设计短路电流计算只考虑三相短路为最严重的情况，只对三相短路进行计算:正常工作时，三相系统对称运行；所有电流的电动势相位角相同；电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；短路发

49、生在短路电流为最大值的瞬间；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；不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流；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；输电线路的电容略去不计。系统的等值电路图如图 47 火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 39 图 47 系统的等值电路图 系统中所用三绕组变压器（SEPS7240000/220 型）的有关技术数据如下：额定容量 240000KVA，高、中、低压绕组的额定电压分别为：242、121、15.75kV；空载损耗为 175J，短路损耗为 800J；高中、高低、中低的阻抗电压分别为：25.0、14

50、.0、9.0；总重量：258 吨。火力发电厂电气部分设计 机电与信息工程系 聂姣姣 40 以下数据下标中的 1、2、3 分别表示低、中、高压侧。首先计算变压器的等值电抗:Uk(1-2)%=25.0 Uk(3-1)%=214.028.0 Uk(2-3)%=29.0=18.0 各绕组的短路电压计算如下：Uk1%=错误错误!未找到引用源。未找到引用源。（Uk(1-2)%+Uk(3-1)%-Uk(2-3)%）=错误错误!未找到引用源。未找到引用源。（25.0+28.0-18.0）=17.5 Uk2%=错误错误!未找到引用源。未找到引用源。（Uk(1-2)%+Uk(2-3)%-Uk(3-1)%）=错误错