火力发电厂电气一次部分毕业设计

前言···························································· 1 摘要及关键词···················································· 2 第1章 主接线的设计············································· 3 1．1 发电机台数和参数的确定·································· 3 1．2 变压器台数和参数的确定································· 3 1．3 厂用电的设计的确定····································· 4 1．4 220kV主接线的设计····································· 6 第2章 短路电流计算点的确定和短路计算结果······················ 9 2．1短路电流计算点的确定···································· 9 2．2短路电流计算············································ 9 2．3 短路电流计算结果······································· 16 第3章 主要电气设备的配置和选择································ 16 3．1主要电气设备的配置······································ 16 3．2主要电气设备的选择······································ 17 第4章 所选电气设备的校验······································· 21 4．1 断路器的校验············································ 22 4．2 隔离开关的校验·········································· 23 4．3 电流互感器的校验········································ 23 4．4 母线的校验·············································· 25 第5章继电保护的配置和考虑······································ 25 5．1概述····················································· 25 5．2发电机保护配置··········································· 27 5．3变压器的保护配置········································ 29 结论····························································· 30 谢辞····························································· 31 参考文献························································· 32 附录一 所选设备一览表············································ 33 附录二 电气主接线················································ 35

前言

毕业设计是我们在校期间最后一次综合训练，它将从思维、理论以及动手能力方面给予我们严格的要求。使我们综合能力有一个整体的提高。它不但使我们巩固了本专业所学的专业知识，还使我们了解、熟悉了国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则以及各种图形、符号。它将为我们以后的学习、工作打下良好的基础。

能源使社会生产力的重要基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，在品种及构成上也发生了很大的变化。人类对能源质量也要求越来越高。电力使能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。电能也是发展国民经济的基础，使一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展和要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用。它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任。222KV变电站电气部分设计使其对变电站有了一个整体的了解。该设计包括以下任务：1、主接线的设计 2、主变电压器的选择 3、短路计算 4、导体和电气设备的选择 5、所用电设计

摘要：本文首先根据任务书上所给系统与线路及的参数，分析负荷发展趋势。然后通过对拟

建发电厂的概括以及出线来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了220kV以及厂用电的主接线，然后又确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了2×300MW发电厂电气一次部分的设计。

关键词：发电厂

变压器 主接线

第1章 主接线的设计

电气主接线是由各种电气设备如：发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、

电缆、线路等按照一定的要求和顺序连接起来，完成电能的输送和分配的电路。主接线的好坏不仅影响到发电、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业的生产和人民的正常生活。因此，发电厂、变电站的主接线必须满足以下基本要求：

1、 2、 3、 4、 5、

保证对必要用户的供电可靠性； 接线应力求简单、清晰、操作简便；

运行灵活，设备投、停方便，检修、隔离、维护方便； 投资少、运行费用低； 又扩建的可能性。

1．1 发电机台数和参数的确定

发电机的台数确定为2台，选择型号为：QFSN-300-2，具体参数见下表： 型号 额定 电压 18kV 额定 电流 11320A 功率 因数 0.85 定子 接线 2-y 负序电零序电同步电次暂态抗（%） 抗（%） 抗（%） 电抗（%） 23.36 9.36 236.35 19.15 QFSN-300-2 表1-1

1．2 变压器台数和参数的确定

1．2．1 主变压器台数和参数的确定

发电厂主变压器的容量和台数的确定：发电机与主变压器为单元接线时，主变压器的容量可按照下列条件的较大者选择：

（1） 按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的余度。 （2） 按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。

本次电厂的设计采用的是发电机-变压器单元接线，所以容量的确定，根据第一条选择：

SN(18%)*PG300*(18%)*1.1*1.1357176kVAcos0.85

高压侧电压：242kV 低压侧：18kV

主变压器台数和参数选择结果：台数确定为2台，型号为：SFP7-360000/220 具体参数见下表：

型号 SFP7-360000/220 额定容量（kVA） 360000 额定高压 （kV） 242 2×2.5% 表1-2

额定低压（kV） 18 连接组别 阻抗电压(%) YN,d11 14.3 1．3 厂用电的设计的确定

1．3．1 厂用电压等级的确定

经技术经济比较，我国有关技术规定中指定厂用电压的确定原则如下：

发电厂可采用3kV、6kV、10kV作为厂用电电压。发电机容量为100~300MW的机组宜采用6kV。

所以本次发电厂设计的厂用电电压等级为：6kV

1．3．2 厂用电源及其引接方式

（1）厂用工作电源及其引接方式

发电机额定功率为200MW及以上时，一般采用单元接线，这时厂用电源一般从发电机组出口或变压器低压侧引接，如下图所示：由于发电机容量为200MW及以上的发电机组引出线及厂用分支采用封闭母线，封闭母线发生相间短路故障的机会很少，因此厂用分支不可装设断路器，但应有可靠的可拆连接点以便满足检修调试的要求。

图1-1 厂用电源引接方式

（2）启动备用/电源的取得

当工作电源故障时，应由备用电源继续向厂用电负荷供电。启动电源完全消失时，保证机组重新启动的厂用电源。一般容量在200MW及以上机组需要设置启动电源。

高压厂用备用变压器的引接线应遵循以下原则：

1） 当设有发电机电压母线时，可由于工作电源不同的分段上引出。

2） 当无发电机电压母线时，由与电力系统连接可靠的最低一级电压母线上引出，或由联

络变压器的第三（低压）绕组引出，并应保证在发电厂全厂停电的情况下，能从电力系统取得足够的电源。

3） 有两个及以上的备用电源时应由两个相对的电源引出。 4） 在技术经济条件许可的情况下，可由外部电网接一条专用线路供电。 本厂设计方案为

1．3．3 厂用变压器容量参数的选择和确定

1）厂用工作变的选择

厂用工作变的台数确定为2台，选绕组变压器，高压侧电压：18kV 低压侧电压：6.3kV 容量的确定：

SN8%*P300*8%G28235kVAcos0.85

选择结果：型号 SFF7-40000/18具体参数见下表：表1-3 容量（kVA） 高压 （kV） 182×2.5% 表1-3 低压 （kV） 6.3-6.3 全穿越电抗（%） 8.01 半穿越电抗（%） 15.06 D，d0，d0 连接组别 型号 SFF7-40000/18 40000/2×20000 2）厂用起备变的选择

厂用起备变的台数确定为1台，选绕组变压器； 高压侧电压：220kV 低压侧电压：6.3kV 容量的确定：

8%*P300*8%GSN28235kVAcos0.85

选择结果：型号 SFPFZ-40000/220具体参数见下表： 型号 容量（kVA） 40000/2×20000 高压 （kV） 2208×1.25% 低压 （kV） 6.3-6.3 全穿越电抗（%） 0 半穿越电抗（%） 25 连接组别 SFPFZ-40000/220 YN，d11，d11 表1-4

1．4 220kV主接线的设计

1．4．1 方案一：采用双母线接线 如图1-2

双母线

图1-2 220kV双母线接线

双母线的两组母线同时工作，并通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配再亮组母线上。由于母线继电保护的要求，一般某一回路固定于某一母线连接，以固定连接的方式运行。 （1）优点

1）供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任意回路的的母线隔离开关只停该回路。

2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

3）扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回线路布置时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母线分段那样导致出现交叉跨越。

4）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。 （2）缺点

1）增加一组母线和使每回路就要增加一组母线隔离开关。

2）当母线检修或故障时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

（5）适用范围：

当出线回路数或母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统的运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下：

1）6~10KV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时。

2）35~63KV配电装置，当出线回路数超过8回时；或连接的电源较多、负荷较大时。 3)110~220KV配电装置出线回路数为5回及以上时；或当110~220KV配电装置，在系统中居中重要地位。出线回路数为4会及以上时。

1．4．2 方案二：采用双母线带旁路接线 如图1-3

双母线带旁路母线

图1-3 双母线带旁路接线

双母线带旁路母线接线的特点：

双母线接线与单母线相比提高了供电的可靠性，但是在检修出线断路器时，该回出线将会停电，若加装旁路断路器则可避免检修断路器时造成短时停电。

1） 接线特点

在出线隔离开关外侧，加装一条旁路母线，每一回出线通过一傍路隔离开关与旁母相连；在每段汇流母线与旁母之间加装一台断路器，组成专设旁路断路器的接线。

带有专用旁路断路器的接线，多装了断路器增加了投资，当供电有特殊要求或出线回数过多时，整个出现断路器的检修时间较长时采用。

2） 优、缺点分析

采用专设旁路断路器接线，避免了检修断路器时造成的短时停电。这种接线的运行操作

方便，不影响双母的正常运行，但是多加了一台断路器增加了投资和配电装置的占地面积。且旁路断路器的继电保护为适应各回出线的要求，其整定较为复杂。

1．4．3两种方案的比较和选择

方案一：采用双母线接线 优点：1）供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任意回路的的母线隔离开关只停该回路。 2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。 3）扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回线路布置时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母线分段那样导致出现交叉跨越 缺点：1）增加一组母线和使每回路就要增加一组母线隔离开关。 2）当母线检修或故障时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。 表1-5

经过综合考虑分析，比较侧重于对供电的可靠性，至于造价作为了辅助的考虑因素，所以选择了双母线带旁路接线，这样避免了检修断路器时造成的短时停电，提高了供电的可靠性。

缺点：但是多加了一台断路器增加了投资和配电装置的占地面积。且旁路断路器的继电保护为适应各回出线的要求，其整定较为复杂。 方案二：采用双母线带旁路接线 优点：采用双母线带旁路接线具有上述，双母线的优点，但是采用专设旁路断路器接线，避免了检修断路器时造成的短时停电。这种接线的运行操作方便，不影响双母的正常运行。

第2章 短路电流计算点的确定和短路计算结果

2．1短路电流计算点的确定

短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大

大增加，它不仅会影响用户的正常供电，，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。 短路电流的计算目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。最终确定的短路计算点有三个：220kV母线（k1）；发电机机端18kV（k2）；厂用电母线6kV（k3）.

2．2短路电流计算

系统图：

SK1K2K3G1G2

等效电路图：

sX5K1X3T1K2X6X8K3X10X4T2X1G1X2G2X7X9X11

x1x2''xd%*SBP100*N19.15*100*0.850.054100*300x3x4x50.03uk%*SB14.3*1000.04100*SN100*360

查所选厂用变压器的参数可知：全穿越电抗=8.01%半穿越电抗=15.06%

厂用变压器的等效阻抗电路图：1：表示侧 2，3：表示低压6kV侧

x9'x11

'X7''x7x915.06% ''x70.5x98.01%X9

解得：'x70.96%0.0096'x914.1%0.141X113

UBUavx0.2kmS100MVAB基准容量

x70.0096*SBSN0.0096*100000400000.024

x90.141*SB1000000.141*SN400000.3525x11

短路点k1的计算（220kV母线） 等效电路图：

sX5K1X3K1X34K1X31X12X5X5T1X4T2X1G1X2G2

如图一：如图二：如图三：

x50.03x3x40.04x1x20.054 x50.03x340.02x120.027 x50.03x310.047

对于无穷大系统：

IPkim1.8

标幺值：

1133.333x50.03

ISN有名值：

SBUav*31000.251kA230*1.732

IIPISN*IP0.251*33.3338.368kAIimIP12(Kim1)28.368*12*0.8212.635kAiimIP*Kim*28.367*1.8*221.3kA

对于发电机：标幺值：

kim1.85

xjsx31*SN6000.047*0.332SB100*0.85查

发电机的运算曲线：t=0s ：I=3.12

t=1s ：I=2.23

t=2s ：I=2.4

INSN3*0.85*2306001.772kA3*0.85*230

有名值：t=0s ：I=3.12×1.772=5.53kA

t=1s ：I=2.23×1.772=3.95 kA t=2s ：I=2.4×1.772=4.253 kA

IimIt0s12(Kim1)25.53*12*0.8528.5kAiimIt0s*Kim*25.53*1.85*214.46kA

对于短路点k1：

t=0s ：I=8.368+5.53=13.7kA

t=1s ：I=8.368+3.95=12.32 kA t=2s ：I=8.368+4.253=12.621kA

Iim21.29714.46335.76kAiim12.6358.521.28kA

短路点k2的计算（发电机机端18kV） 等效电路图：

sX5a

aX5X42bXacccXbcX1bXabT1K2X3X4T2X3K2X1X1G1X2G2

图一：

x50.03x3x40.04x1x20.054

图二：x42x4x20.094 图三：

xacx5x3x5*x30.03*0.040.030.040.0824x420.094xbcx3x42x42*x30.04*0.0940.040.0940.258x50.03

对于系统：

kim1.8IP标幺值：

1112.136xac0.0824

ISN有名值：

SBUav*31003.208kA18*1.732

IIPISN*IP3.208*12.13638.932kAIimIP12(Kim1)238.932*12*0.8258.786kAiimIP*Kim*238.932*1.8*299.0kA

对于发电机G1：标幺值：

kim1.9

xjsx1*SG3000.054*0.1915SB100*0.85

查发电机的运算曲线：t=0s ：I=5.58

t=1s ：I=2.82 t=2s ：I=2.62

INSG3*0.85*1830011.321kA3*0.85*18

有名值：t=0s ：I=5.58×11.321=63.17kA

t=1s ：I=2.82×11.321=31.925 kA t=2s ：I=2.62×11.321=29.661 kA

IimIt0s12(Kim1)263.17*12*0.92102.25kAiimIt0s*Kim*263.17*1.9*2169.713kA

对于发电机G2：标幺值：

kim1.8

xjsxbc*SG3000.258*0.91SB100*0.85

查发电机的运算曲线：t=0s ：I=1.18

t=1s ：I=1.19

t=2s ：I=1.29

INSG3*0.85*1830011.321kA3*0.85*18

有名值：t=0s ：I=1.18×11.321=13.359kA

t=1s ：I=1.19×11.321=13.472 kA t=2s ：I=1.29×11.321=14.604 kA

IimIt0s12(Kim1)213.359*12*0.8220.158kAiimIt0s*Kim*213.359*1.8*234kA

对于短路点k2：

t=0s ：I=63.17+13.35+38.932=115.452kA

t=1s ：I=13.427+31.925+38.932=84.329 kA t=2s ：I=14.604+29.661+38.932=83.197kA

Iim102.2558.78620.158181.194kAiim3499.0169.713302.802kA

短路点k3的计算（厂用电母线6kV） 等效电路图：

sAX5x5T1T1X3X4T2x3X6X8K3X1G1X2G2K3x68Cx1B

(S)AXABXACCx68K3XBCX1(G1)B(G2)(S)AXACX68(S)AXAEXACXBC1EDK3XDEE(G1,G2)DK3(G1,G2)

图一：

x50.03x3x40.04x1x20.054

x60.024x80.353

图二：

x50.03x10.054x30.04x68x6x80.0240.3530.377x42x4x20.040.0540.094

图三：

xACx5*x30.03*0.04x5x30.030.040.0824x420.094xBCx3x42x42*x30.04*0.0940.040.0940.258x50.03x50.03x10.054x680.377

图四：

x680.377xBC1图五：

xAC0.0824xBC*x10.258*0.0540.045

xBCx10.2580.054xADxACx68xAC*x680.0824*0.3770.08240.3771.15xBC10.045xDEx68xBC1x68*xBC10.377*0.0450.3770.0450.628xAC0.0824

对于无穷大系统：

IPkim1.8标幺值：

110.348xAD2.867

ISN有名值：

SBUav*31009.165kA6.3*1.732

IIPISN*IP0.348*9.1653.1kAIimIP12(Kim1)23.1*12*0.824.815kAiimIP*Kim*23.1*1.8*28.117kA

对于发电机：

kim1.85近似看做无穷大系统：

标幺值：

xjsxDE*SN6000.628*4.433

SB100*0.85INISN3*0.85*230600.691kA3*0.85*6.3

110.226

xjs4.433有名值：

I0.226*.69114.593kA

IimIt0s12(Kim1)214.593*12*0.85222.818kAiimIt0s*Kim*214.593*1.85*238.174kA

对于短路点k3： I=3.1+14.593=17.782 kA

Iim4.81522.81827.633kA

iim8.11738.17446.291kA

2．3 短路电流计算结果：见下表

电压 短路电流周期分量的有效值（kA） 短路全电路等级 短路点 最大有效值t=0s t=1s t=2s （kA） 220kV 220kV 母线13.8 12.32 12.621 22.28 （k1） 发电机 115.452 18kV 端18kV84.329 83.197 181.194 （k2） 厂用母 6kV 线6kV17.782 17.782 17.782 30.935 （k3） 表2-1

短路冲击电流（kA） 35.76 302.802 46.291

第3章 主要电气设备的配置和选择

3．1主要电气设备的配置

一、隔离开关的配置 （1）断路器两侧安装。 （2）中性点直接接地变压器。 二、接地刀闸

（1）母线接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上，和母联隔离开关上。 （2）63kV及以上配电装置，断路器两侧隔开，加装地刀，双母线接线两母线隔离开关的断路器可共用一组接地刀闸。

（4）旁路母线一般装一组地刀，设在旁路隔离开关的旁母侧。 （5）63kV以上主变进线侧隔开，主变侧装一组地刀。 三、电压互感器。

（1）6~220kV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。 （2）旁路母线上是否需要装设，应视各回出线外侧装设情况和需求。

（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）发电机出口处一般装设两组电压互感器。 四、电流互感器

（1）凡装有断路器的回路均应装。

（2）发电机和变压器中性点，发电机和变压器的出口。

（3）对直接接地系统，一般接三相配置，对非直接接地系统，依要求三相或两相。 （4）线路——变压器串，当变压器的套管电流互感器可以利用时可装设三组。 五、避雷器

（1）配电装置每组母线上，但进出线都装除外。 （2）旁路依情况装设。

（3）220kV及以下变压器装设（依情况）。 （4）变压器中性点。

（5）单元接线发电机出线装设一组。 （6）110kV~220kV线路侧一般不装。

3．2主要电气设备的选择

由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。 电气设备选择的一般原则为：

1.应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。 2.应满足安装地点和当地环境条件校核。 3.应力求技术先进和经济合理。 4.同类设备应尽量减少品种。 5.与整个工程的建设标准协调一致。

6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。 技术条件：

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 1.电压

选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压UN,即UmaxUN 2.电流

选用的电器额定电流IN不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ifmax ，即

IN>Ifmax

3．2．1断路器的选择

220kV断路器：

短路全电路最大有效值（kA）：35.76

Ifmax1.05*300230*0.85*3型号 LW12-220 0.972kA

额定电压 220kV 额定电流 1000A 表3-1

额定开断电流（kA） 40 极限过电流峰值（kA） 100 热稳定电流（kA） 46(4s) 电压等级 220kV 6kV开关柜：短路全电路最大有效值（kA）：67.346

Ifmax1.05*2006.3*31.924kA

KYN3-10/13型金属铠装移开式高压开关柜 技术参数：见下表 名称 额定电压（kV） 最高工作电压（kV） 额定开断电流峰值（kA） 额定动稳定电流（kA） 一次接线方案：

参数 6 7.2 80 80 表3-2

名称 热稳定电流（kA） 额定电流（A） 母线系统 操动机构 参数 31.5（4s） 2000 单母线 电磁型/弹簧 KYN3-10/13ZNCT8

3．2．2隔离开关的选择

Ifmax220kV：

1.05*300230*0.85*30.972kA

Ifmax6kV：

1.05*2006.3*31.924kA

隔离开关参数： 电压等级 220kV 6kV 型号 GW4-220D/200 GN2-10/2000 额定电压 220kV 10kV 额定电流 1000A 2000A 表3-3

动稳定电流（kA） 104 85 热稳定电流（kA） 46(4s) 51(5s) 3．2．3电压互感器的选择

按电压等级选择：

位置 220kV母线出线 型号 YDR-220 额定电压（kV） 一次 220/3 二次 0.1/3 辅助线圈 0.1 准确级 0.5 220kV母线 发电机出口 6kV母线 6kV JCC5-220 JSJW-15 JSJB-6 JDZJ-6 220/3 0.1/3 0.1 0.1 0.1 0.5 0.5 0.5 0.5 20 0.1 0.1 0.1/3 6 6/3 0.1 表3-4

3．2．4电流互感器的选择：

Ifmax18kV发电机出口：

1.05*30018*0.85*311.887kA

Ifmax220kV：

1.05*300230*0.85*31.05*2006*0.85*30.972kA

Ifmax6 kV ：选择结果： 电压等级（kV） 18 220 6 1.925kA

型号 LMZ1-20 LR1-220 LAJ-10 额定电流比/A 12000/5 1200/5 2000/5 准确度 0.5 0.5 0.5 表3-5

二次负荷/Ω 1.2 2.4 热稳定倍数（1s） 60 50 动稳定倍数 60 90 3．2．5母线的选择

Ifmax6kV母线单根母线的最大持续工作电流：

1.92531.058kA

Ifmax220kV母线单根母线的最大持续工作电流：6kV母线选择结果：铝绞线 型号：LJ-625 载流量：1.14kA

1.05*300*2230*0.85*31.945kA

220kV母线选择结果：铝锰合金 型号：10090 载流量：70℃2.35kA 80℃2.35kA 发电机机端封闭母线：

Ifmax18kV发电机出口：

1.05*30018*0.85*311.887kA

Ifmax18kV厂用分支母线：

0.08*1.05*30018*0.85*30.951kA

封闭母线技术数据及外型尺寸： 母线类别 主母线 厂用分支母线 绝缘水平（kV） 24 24 额定电流（A） 12000 3000 外型尺寸（mm） 参阅图号 H A 950 600 表3-6

S 1300 850 730 515 13-1-1

3．2．6避雷器、熔断器的选择

按电压等级选择，选择结果如下： 避雷器：

位置 220kV母线 6kV母线 18kV发电机机端 主变压器中性点 型号 Y10W1-228/565 Y5W-7.6/25 BFYZ-41-300 Y1W-146/320 表3-7

熔断器：

位置 6kV电压互感器 18kV电压互感器 型号 RN-1-6/2 RN2-20/0.5 表3-8 额定电流 2A 0.5A 额定电压 6kV 20 kV 额定电压有效值 228kV 7.6kV 41kV 146kV 系统电压 220kV 6kV 20kV 220kV 第4章 所选电气设备的校验

短路电流通过电气时，会引起电器温度升高，并产生巨大的电动力。

校验的一般原则： （1）校验动稳定

动稳定是指电器通过短路电流时，其导体、绝缘和机械部分不因短路电流的电动力效应引起损坏，而能继续工作的性能。电器的动稳定电流，是指电器根据动稳定的要求所允许通过的最大短路电流。为保证电器的动稳定，在选择电器时应满足电器的动稳定电流ip不小于通过电器的最大三相冲击短路电流iim的条件，即：

(3) ipiim(3)（2）校验热稳定

热稳定是指电器通过短路电流时，电器的导体和绝缘部分不因短路电流的热效应使其温度超过它的短路时最高允许温度，而造成损坏妨碍继续工作的性能。

电器制造厂家根据国家有关规定，一般提供电器2s的热稳定电流（如需要可提供3s，

24s或1s热稳定电流）。为保证电器的热稳定，在选择电器时应满足电器所允许的热效应（Itt）

不小于短路电流通过电器时短路电流的最大热效应Qk的条件，即：

It2tQk

式中 Qk---------短路时的最大热效应； It----------时间t的热稳定电流。

4．1 断路器的校验

220kV断路器：

222热稳定校验： Itt46484 [(kA)S]

2I\"210I2tIzt短路热效应Qk为： Qkz212t

13.821012.32212.62122 12 311.7 [(kA)S]

22所以，IttQk满足热稳定校验。

动稳定校验：

ip100kAiim35.76kA 所以：热稳定校验满足 6kV开关柜：

热稳定校验：

222 Itt31.543969 [(kA)S]

短路热效应Qk为：

2I\"210I2tIztz Qk2122t

17.7822 635.1 [(kA)S]

2所以，IttQk满足热稳定校验。

2动稳定校验：

ip80kAiim67.346kA 所以：热稳定校验满足

4．2 隔离开关的校验

220kV隔离开关：

222热稳定校验： Itt46484 [(kA)S]

2I\"210I2tIzt 短路热效应Qk为： Qkz212t

13.821012.32212.62122 12 311.7 [(kA)S]

2所以，IttQk满足热稳定校验。

2动稳定校验： ip104kAiim35.76kA 所以：动稳定校验满足 6kV隔离开关：

222热稳定校验： Itt51515005 [(kA)S]

短路热效应Qk为：

2I\"210I2tIztzQk2122t

17.7822 635.1 [(kA)S]

2所以，IttQk满足热稳定校验。

2动稳定校验： ip85kAiim67.346kA 所以：动稳定校验满足 4．3 电流互感器的校验 校验热稳定 电流互感器的热稳定能力用热稳定倍数Kh表示，热稳定倍数Kh等于互感器1s热稳定电流与一次额定电流之IN1之比，故热稳定条件为： (KhIN1)2tQk 式中 Qk------短路热效应 t--------短路电流持续时间，t=1s。 校验动稳定 电流互感器的内部动稳定能力用动稳定倍数Km表示，动稳定倍数Km等于互感器内部允许通过的极限电流（峰值）与2倍一次额定电流（IN1）之比。故互感器内部动稳定条件为： (Km2IN1)iim 220kV电流互感器校验： 222校验热稳定：(KhIN1)t= 6013600[(kA)S] 2I\"210I2tIzt短路热效应Qk为： Qkz212t

13.821012.32212.62122 12 311.7 [(kA)S]

2(KhIN1)2tQk所以，热稳定满足条件 校验动稳定 (Km2IN1)6021.2101.808kA iim35.76kA (Km2IN1)iim所以，动稳定满足条件 6kV电流互感器校验： 222校验热稳定：(KhIN1)t= 5012500[(kA)S] 短路热效应Qk为：

2I\"210I2tIztzQk2122t

17.7822 635.1 [(kA)S]

2(KhIN1)2tQk所以，热稳定满足条件 校验动稳定：(Km2IN1)9022254.52kA iim67.346kA (Km2IN1)iim所以，动稳定满足条件 4．4 母线的校验 220kV母线的校验：铝锰合金 型号：10090 载流量：70℃2.35kA 80℃2.35kA

用最小截面法校验热稳定：

母线的工作温度Qq70℃查《发电厂 变电站电气设备》P108查曲线图8.6得

C87106。

母线的最小截面积：

ISC12.621103322tdzKj210.20510m205mm 6871022因此，S1491mmSzx205mm，满足热稳定性。

动稳定校验：

107107321.73(35.7610)147.49(N/m) 单位电动力：f1.73[i]31.5(3)imfL2147.491218.44(N•m) 最大弯矩：M88截面系数：W33.810(m) 计算应力：

63maxM18.440.55106(N/m2) 6W33.81062铝锰合金的最大允许应力为: 9010(N/m)max所以动稳定校验能满足条件。

第5章继电保护的配置和考虑

5．1概述

发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是一个贵重的电器元件，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。一旦发电机发生故障，保护装置能够有选择的快速将其从系统切除，并将发电机励磁开关跳开并灭磁。当同步发电机处于异常工况状态时，保护装置应及时发出信号，以便运行人员快速处理。在电力系统中运行的发动机，由于容量相差悬殊，在设计、结构、工艺、励磁乃至运行等方面都有很大差异，这就使得发电机及其励磁回路发生的故障、故障的几率和异常工作状态有所不同，进而所装设的保护也有差异。 1） 故障类型及危害

发电机结构主要由转子与定子两大部分组成，因而发电机故障包括定子与转子故障。其故

障类型有：

1、定子绕组相间短路 2、定子绕组匝间短路 3、定子绕组单相短路

4、转子绕组一点接地或两点接地 5、转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失

发电机故障将对发电机本身与系统都有相当大的危害：定子绕组相间短路会破坏绝缘，烧坏铁心，以致毁坏机组：定子绕组匝间短路会破坏纵绝缘，进而发展为单相接地或相间短路；定子绕组单相接地时，接地点的电流将使铁心局部熔化，给检修工作带来很大的困难；转子回路一点接地虽然对发电机没有直接危害，但如果不及时处理，再发生另外一点接地就造成两点接地，对于水轮发电机和同步调相机，危害更大；发电机低励磁或失磁时，发电机要从系统吸取大量的无功功率，引起定子过电流，同时发电机可能失去同步而进入异步运行，若系统无功储备不足，将引起电压下降，严重时会危及系统的稳定运行。 2） 异常工况状态

异常工况状态主要分为以下几种：

a) 由于外部短路引起的定子绕组过电流。

b) 由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；过电流与过负荷造成定

子温度升高，绝缘加速老化，机组寿命缩短。

c) 由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷；在转子中

感应出100Hz的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。此外，引起发电机的100Hz的振动。

d) 由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压；调速系统惯性较大的发电机，在突然甩负

荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。 e) 由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷； f)

由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率；当机炉保护动作或调速控制回路故障以及某些认为因素造成发电机转为电动机运行时，发电机将从系统吸收有功功率，即逆功率。

5．2发电机保护类型

针对上述故障类型及不正常运行状态，发电机应装设以下继电保护装置：

1、 对于1MW以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵联差动保护简称

纵差保护。

2、 对于直接连于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当发电机电压网络的阶段电容电

流大于或等于5A时（不考虑消弧线圈的补偿作用），应装设动作于跳闸的零序电流保护；当接地电容电流小于5A时，则装设作用于信号的接地保护。

对于发电机—变压器组，一般在发电机电压侧装设作用于信号的接地保护；当发电机电压侧接地电容电流大于5A时，应该装设消弧线圈。

容量在100MW及以上的发电机，应装设保护区为100%的定子接地保护。 3、 对于发电机定子绕组的匝间短路，当绕组接成星形且没相中有引出的并联支路时，应

装设单继电器式的横联差动保护简称横差保护。

4、 对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式：

a、 负序过电流及单相式低电压启动过电流保护，一般用于50MW及以上的发电机。 b、 负荷电压（负序电压及线电压）启动的过电流保护。 c、 过电流保护，用于1MW以下的小发电机。

5、 对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW及以上的

发电机上装设负序电流保护。

6、 对于由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护。 7、 对于水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。 8、 对于发电机励磁回路的接地故障，应采用以下保护措施：

a、 水轮发电机一般装设一点接地保护，小容量机组可采用定期绝缘检测装置。 b、 对汽轮发电机励磁回路的一点接地，一般采用定期检测装置；对大容量机组则可

以装设一点接地保护；对两点接地故障，应装设两点接地保护，在励磁回路发生一点接地后投入。

9、 对于发电机励磁消失的故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时

联锁断开发电机的断路器；对采用半导体励磁以及100MW及其以上用同轴直流励磁机的发电机，应增设直接反映发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护。 10、对于转子回路的过负荷，在100MW及以上并采用半导体励磁系统的发电机上应装设

转子过负荷保护。

11、对于汽轮发电机主汽门突然关闭，为防止汽轮机遭到损坏，对大容量的发电机组可

考虑装设逆功率保护。 12、其他的异常工况保护。

如当电力系统振荡影响机组安全运行时，在300MW及以上机组上宜装设失步保护；当汽轮机低频运行造成机械振动，叶片损伤对汽轮机危害极大时，可装设低频保护；当水内冷发电机断水、漏水时，可装设断水或漏水保护；防止输出断路器断口闪络而装设断路器断口闪络保护等。

为了快速消除发电机内部的故障，在保护动作于发电机断路器跳闸的同时，还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，以使转子回路电流不会在定子绕组中再感应电动势，继续供给短路电流。 同步发电机的纵联差动保护

对于100MW及以上的大容量发电机，我国目前均推荐采用有制动特性的差动继电器，即利用外部故障时的穿越电流实现制动，这样既能保证发生区外故障时可靠地避开最大不平衡电流的影响，又能达到提高区内故障时的灵敏性这一目的。 同步发电机定子绕组匝间短路保护

发电机定子匝间短路保护可以有多种方案，应根据发电厂一次设备接线情况进行选择。 横联差动保护（简称横差保护）

发电机横差保护，是发电机定子绕组匝间短路（同分支匝间短路及同相不同分支之间的匝间短路）、线棒开焊的主保护，也能保护定子绕组相间短路。

反映转子回路2次谐波电流的匝间短路保护 纵向零序电压式匝间保护

发电机纵向零序电压式匝间保护，是发电机同相分支匝间短路及同相不同分支之间匝间短路的主保护。

发电机的单相接地保护

根据安全要求，发电机的外壳都是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍。当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁心烧坏，并且也容易发展成相间短路，造成更大的危害。我国规定，当接地电容电流等于或大于5A时，应装设动作于跳闸的接地保护；当接地电流小于5A时，一般装设作用于信号的接地保护。

过去认为发电机为全绝缘的设备，在正常运行中中性点电压低，不容易发生接地故障，即使发生，由于接地电流较小，不会对铁心造成故障。因此，允许单相接地保护在中性点附近一定的死去。但随着单机容量的增大，特别是大型水内冷机组，要求在保护区内任何一点发生故障时均能反应。

利用基波零序电压构成的定子接地保护（可用于发电机—变压器组）

目前，100%定子接地保护装置一般由两部分组成：第一部分是基波零序电压保护，如上所述它能保护定子绕组的85%以上，第二部分保护则用来消除基波零序电压保护不能保护的死区。为提高可靠性，两部分的保护区应相互重叠。

利用基波零序电压和3次谐波电压构成的100%定子接地保护 同步发电机的负序电流保护和过负荷保护

当电力系统中发生不对称短路或在正常运行情况下三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将出现负序电流。此电流在发电机空气隙中建立的负序旋转磁场相对于转子为两倍的同步转速，因此将在转子绕组、阻尼绕组以及转子铁心等部件上感应出100Hz的倍频电流，该电流使得转子上电流密度很大的某些部位（如转子端部、护环内表面等），可能出现局部的灼伤，甚至可能使护环受热松脱，从而导致发电机的重大事故。此外，负序气隙旋转磁场与转子电流之间，以及正序气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的100Hz交变电磁转矩，将同时作用在转子大轴和定子机座上，从而引起100Hz的振动。

定子不对称过负荷保护

励磁回路接地保护同步发电机失磁保护。

5．2发变压器保护类型

1）、瓦斯保护 2）、纵差保护 3）、电流速断保护 4）、过电流保护 5）、零序电流保护 6）、过负荷保护

附录一 所选设备一览表 发电机2台： 型号 额定 电压 18kV 额定 电流 11320A 功率 因数 0.85 定子 接线 2-y 负序电零序电同步电次暂态抗（%） 抗（%） 抗（%） 电抗（%） 23.36 9.36 236.35 19.15 QFSN-300-2 主变压器2台： 型号 SFP7-360000/220 起备变： 型号 容量（kVA） 40000/2×20000 高压 （kV） 2208×1.25% 低压 （kV） 6.3-6.3 全穿越电抗（%） 0 半穿越电抗（%） 25 连接组别 额定容量（kVA） 360000 额定高压 （kV） 242 2×2.5% 额定低压（kV） 18 连接组别 阻抗电压(%) YN,d11 14.3 SFPFZ-40000/220 YN，d11，d11 220kV断路器： 电压等级 220kV 型号 LW12-220 额定电压 220kV 额定电流 1000A 额定开断电流（kA） 40 极限过电流峰值（kA） 100 热稳定电流（kA） 46(4s) 6kV开关柜：KYN3-10/13

名称 额定电压（kV） 最高工作电压（kV） 额定开断电流峰值（kA） 额定动稳定电流（kA） 隔离开关： 电压等级 220kV 型号 GW4-220D/200 额定电压 220kV 额定电流 1000A 动稳定电流（kA） 104 热稳定电流（kA） 46(4s) 参数 6 7.2 80 80 名称 热稳定电流（kA） 额定电流（A） 母线系统 操动机构 参数 31.5（4s） 2000 单母线 电磁型/弹簧 6kV GN2-10/2000 6kV 2000A 85 51(5s) 电压互感器：

位置 220kV母线出线 220kV母线 发电机出口 6kV母线 6kV 电流互感器： 电压等级（kV） 18 220 6 型号 LMZ1-20 LR1-220 LAJ-10 额定电流比/A 12000/5 1200/5 2000/5 准确度 0.5 0.5 0.5 二次负荷/Ω 1.2 2.4 热稳定倍数（1s） 60 50 动稳定倍数 60 90 型号 YDR-220 JCC5-220 JSJW-15 JSJB-6 JDZJ-6 6/额定电压（kV） 一次 220/220/3 3 二次 0.1/0.1/3 3 辅助线圈 0.1 0.1 0.1 0.1 3 准确级 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 20 0.1 0.1 0.1/6 3 0.1 6kV母线：铝绞线 型号：LJ-625 载流量：1.14kA

220kV母线：铝锰合金 型号：10090 载流量：70℃2.35kA 80℃2.35kA： 发电机端主母线： 母线类别 主母线 厂用分支母线 避雷器：

位置 220kV母线 6kV母线 18kV发电机机端 主变压器中性点 熔断器：

位置 6kV电压互感器 18kV电压互感器

型号 RN-1-6/2 RN2-20/0.5 额定电流 2A 0.5A 额定电压 6kV 20 kV 型号 Y10W1-228/565 Y5W-7.6/25 BFYZ-41-300 Y1W-146/320 额定电压有效值 228kV 7.6kV 41kV 146kV 系统电压 220kV 6kV 20kV 220kV 绝缘水平（kV） 24 24 额定电流（A） 12000 3000 外型尺寸（mm） A 950 600 S 1300 850 H 730 515