1、1目录1 绪 论 .41.1 课题背景 .41.2 原始资料 .41.3 电力系统规划设计的任务和基本要求 .51.4 课程设计的目的和要求 .51.4.1 课程设计的目的 .51.4.2 课程设计的要求 .51.5 我国电力行业发展方针 .62 电气主接线设计 .72.1 概 述 .72.1.1 电气主接线设计的重要性 .72.1.2 电气主接线的设计依据 .72.1.3 电气主接线的主要要求 .82.2 电气主接线的选择 .92.2.1 主接线的基本形式 .92.2.2 主接线的设计 .142.2.3 方案的选择 .173 短路电流的计算 .193.1 短路电流计算的目的 .193.2 短
2、路电流计算条件 .193.2.1 基本假定 .193.2.2 一般规定 .194 电气主要设备的选择 .214.1 电气设备选择概述 .214.2 电气设备选择的一般要求 .214.3 电气设备选择的校验内容 .214.4 电气设备选择的技术条件 .224.5 按正常工作条件选择 .224.5.1 按额定电压选择 .224.5.2 按额定电流选择 .234.5.3 按短路情况校验 .234.6 敝露母线及电缆的选择 .234.6.1 敝露母线的选择 .234.6.2 母线的选择 .244.7 高压断路器的选择 .244.7.1 种类和形式的选择 .244.7.2 按额定电压选择 .244.7.
3、3 按额定电流选择 .244.7.4 额定关合电流选择 .244.7.5 热稳定校验 .254.7.6 动稳定校验 .2524.8 隔离开关的选择 .254.9 6kv 侧电流互感器的选择 .264.10 电压互感器的选择 .274.10.1 220kv 测电压互感器的选择 .274.10.2 型式选择 .274.10.3 准确级的选择 .275 配电装置的设计 .295.1 配电装置的选择原则 .295.2 配电装置的特点 .295.3 配电装置的基本要求和设计的基本步骤 .295.3.1 基本要求 .295.3.2 设计的基本步骤 .305.4 配电装置的设计要求 .305.4.1 满足安
4、全净距的要求 .305.4.2 施工、运行和检修的要求 .305.5 屋内配电装置 .316 雷电与防雷装置及接地的基本常识 .326.1 雷电 .326.1.1 雷电及其放电过程 .326.1.2 雷电参数 .346.1.3 雷击过电压产生的机理 .376.2 防雷装置 .386.2.1 避雷针 .386.2.2 避雷线 .406.2.3 避雷器 .416.3 接地、接地电阻及接地装置 .436.3.1 接地概念及分类 .436.3.2 接地电阻与对地电压 .436.3.3 接地装置 .456.3.4 接触电压和跨步电压 .456.4 工频接地电阻、冲击接地电阻和冲击系数 .466.5 接地
5、体工频接地电阻计算 .476.5.1 人工接地体及工频接地电阻计算 .477 主变压器保护概述 .497.1 变压器的故障及异常运行方式 .497.2 电力变压器保护装置的构成 .497.3 对电力变压器保护装置的要求 .50后记 .51参考文献. 52致谢. 5331 绪 论1.1 课题背景由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。
6、因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、 控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。本设计的主要内容包括：通过原始资料分析和方案比较，确
7、定发电厂的电气主接线。计算短路电流，并根据计算结果来选择和效验主要电气设备。1.2 原始资料4200MW 区域性发电厂电气部分设计厂址概况：本厂在一大型煤矿区内，为坑口电厂，所有燃料由煤矿直接供给。电厂生产的电能除用于厂用外，全部以 5 回 220kV 线路送入系统。厂区地势较不平坦，地质条件好，有新的公路、铁路通向矿区，交通方便。厂址附近有大河通过，水量丰富，属于 6 级地震区，冻土层 1.5 米深，覆冰厚 10mm；最大风速 20m/s；年平均温度+6，最高气温+38，最低气温-36，土壤电阻率500 。m机组参数：锅炉： 1-40/67-4G汽机： 53/2发电机： 2QFS电力系统接线
8、图，如下图41.3 电力系统规划设计的任务和基本要求电力系统包括发电、送电、变电、配电、用电以及与之相适应的通信，安全自动装置、继电保护、调度自动化等设施，电气系统规划设计及运行的任务是：在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供充足可靠和质量合格的电能。电力系统规划是根据国民经济发展计划和现有电力系统实际情况，结合能源和交通条件，分析负荷及其增长速度，预计电力电量的发展，提高电源建设和系统网架的设想拟定、勘测、设计以及新设备试制的任务。1.4 课程设计的目的和要求1.4.1 课程设计的目的发电厂电气部分课
9、程设计是学生在学习电力系统课程后的一次综合性训练，复习巩固本课程及其他课程的有关知识，增强工程观念，通过设计，加强学生对所学知识的理解，掌握理论联系实际的思路与方法，培养学生独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。1.4.2 课程设计的要求1） 设计本厂电气主接线，选取几个电气主接线方案，确定个比较合理的电气主接线。2） 计算所需要的短路电流。3） 确定高压厂用电系统接线形式4） 选择本厂所需的电气设备5） 高压配电装置设计。6） 主变压器保护及自动装置配置51.5 我国电力行业发展方针目前我国人均拥有装机容量和人均占有发电量较低，技术经济指标平均水平不高，火电厂的污染物排放量高
10、，电网相对薄弱，供电可靠性偏低。为了提高效率和保护环境，及时关闭低效率、煤耗高、污染严重的小火电机组，以大带小，装设烟气脱硫及降低氮氧化物设施，开展洁净煤燃烧技术的研究及应用。主要的发展方针有：1、积极发展水电，水能资源是可再生的、清洁的能源；在电力系统中，有一定比重的水电装机容量对系统调峰和安全经济运行极为有利；水电站的发电成本低，水库可以综合利用。我国水电装机容量目前仅开发了少部分，所以要积极发展水电。2、优化发展火电，我国有丰富的煤炭、石油和天然气，火电厂的厂址不受限制，建设周期短，能较快发挥效益。3、重点发展电网，促进全国联网4、因地制宜发展新能源发电，做好农村电气化建设，在边远农村和
11、沿海岛屿，因地制宜建设小水电、风力发电、潮汐发电、地热发电和太阳能发电等。62 电气主接线设计2.1 概 述电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的方案。发 电 厂 的 电 气 主 接 线 是 保 证 电 力 网 安 全 可 靠 、 经 济 运 行 的 关 键 ， 是 电 气设 备 布 置 、 选 择 、 自 动 化
12、 水 平 和 二 次 回 路 设 计 的 原 则 和 基 础 。2.1.1 电气主接线设计的重要性首先，电气主接线图示电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，因此电气运行人员必须熟悉本厂电气主接线土，了解电路中各种电器设备的用途、性能及维护、检察项目和运行的步骤。其次，电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定。是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。再次，由于电能生产的特点是：发电、变电、书电荷用电视在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安
13、全、稳定、灵活和经济运行，也直接影响到工农业生产和人民生活。所以电气主接线的拟定是一个综合性的问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，安全可靠。2.1.2 电气主接线的设计依据1、发电厂在电力系统中的地位和作用电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力或电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入 300-500KV 超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入 110-220KV 系统，也有接入 330KV 系统；企业自备电厂则以本企业供电供热为主，并与地区 110-220KV 系统相连。中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。72、负荷
14、大小和重要性（1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，切当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。（3）对于三级负荷一般只需一个电源供电。2.1.3 电气主接线的主要要求电气主接线的设计原则是：根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。（1） 可靠性：衡
15、量可靠的标准，一般是根据主接线型式机主要设备操 作的可能方式，按一定的规律计算出“不允许”事件发生的规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种主接线型式中择优。所谓“不允许”事故，是指发生故障后果非常严重的事故，如全部电源津县停运、朱变压器停运，全场停电事故等。供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。（2） 灵活性：是指在调度时，可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以极特殊运行方式下的系统电镀要求；在检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，而不致影响电力网的运行和对用户的供电；在扩建时，可以容易的从初期
16、接线扩建到最终接线，在不影响连接供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路，并对一次和二次部分的改建工作量最少。在操作时间便、安全、不易发生误操作的“方便性” 。（3） 主接线应在满足供电可靠性、灵活性要求的前提下做到经济性。即：主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器等一次设备，要是控制、保护不过于复杂，要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。做到投资省。合理的选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变等）容量、台数，避免两次变压而增加电能的损失。电器主接线选择时要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减少。82.2 电气主接线的选择发电厂的主接线
17、的基本环节是电源（发电机或变压器）和引出线。母线（又称汇流母线）是中间环节，它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好几倍，故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换，还可以使接线简单明了和运行方便。2.2.1 主接线的基本形式1、单母线接线只有一组母线的接线如图 1-1 所示是一个典型的单母线接线图。这种接线的特点是电源和供电线路都联在同一母线上。为了便于投入或切除任何一条进、出引线每条引线上都装有可以切除符合电流和故障电流的断路器。单母线接线的主要优点是：接线简单、清晰、采用设备少，投资省，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。单母线接线一般只适用于一台发电机或一台
18、变压器的以下三种情况：（1）610KV 配电装置的出线回数不超过 5 回；（2）3563KV 配电装置的出线回数不超过 3 回；（3）110220KV 配电装置的出线回数不超过 3 回。单母线接线最严重的缺陷是母线停运（母线检修、故障，线路故障后线路保护或断路器拒运）将使全部支路停运，即停电范围为该母线段的 100%，且停电时间很长，若为母线自身损坏须待母线修复之后方能恢复各支路运行。T 2T 1电源母线线路单母线接线 单母线分段接线T 1 T 2图 2 - 1 图 2 - 2隔离开关作为操作电器，所以断路器和隔离开关在正常运行操作时，必须9严格遵守操作顺序；隔离开关“先合后断”或在等电位状态
19、下进行操作。2、单母线分段接线单母线接线的缺点可以通过将母线分段的办法来克服。如图 2-2 所示。当母线的中间装设一个断路器后，即把母线分为两段，这样对重要的用户可以由分别接于两段母线上的两条线路供电。由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点，所以这种接线目前仍被广泛应用。单母线分段接线适用范围：（1）610KV 配电装置的出线回数为 6 回及以上时；（2）3563KV 配电装置的出线回数为 48 回时；（3）110220KV 配电装置的出线回数为 34 回时。单母线分段有其如下优点：用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同的段引出
20、两条回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是单母线分段接线也有较显著的缺点，就是当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电；当出线为双回路时，需时架空线路出现交叉跨越；扩建时须向两个方向均衡扩建。显然对于大容量发电厂来说，这都是不允许的。因此，还要改进。3、双母线接线双母线接线是根据单母线接线的缺点提出来的，如图 2-3 所示。双母线接线，其中一组为工作母线，以组为备用母线，并通过母联断路器并联运行，在进行道砟操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电位下操作或先通后断
21、。它可以有两种运行方式，一种是固定连接分段运行方式。即一些电源与出线固定连接在一组母线上，母联断路器合上，相当于单母线分段运行。另一种工作方式相当于单母线运行方式。很显然双母线分段的可靠性高于前两种接线方式，只是母线保护较复杂。然而它比单母线分段接线的投资更大。10电源 1 电源 2图 2 - 3 双母线接线如检修工作母线是其操作步骤是：先合上母线断路器两侧的隔离开关，再合母线断路器，向备用线充电，这是两组母线等电位。为保证不中断供电，应先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关。完成母线转换后，在断开母联断路器及其两侧的隔离开关，即可对原工作母线进行检修。双母线接线的适用范围：（
22、1）610KV 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；（2）3563KV 配电装置的出线回数超过 8 回火连接电源较多、负荷较大时；（3）110220KV 配电装置的出线回数为 5 回以上时，或 110220KV 配电装置，在系统中居重要地位，出线回数在 4 回以上时。双母线接线的优点有：a 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，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。b 调度灵活。各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。c 扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线单位电源和符合均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以至界限不同的母线断路时不回如单母线分段那样导致出线交叉跨越。d 便于实验。当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。双母线接线也有其缺点：a 增加一组母线和使每回路就须加一组母线隔离开关。
