1、1 引言近年，我國電力工業發展迅速，電力供應能力顯著增強。“十五”期間全國發電裝機新增近2億千瓦，創歷史最高水平，2006年又新增裝機容量1億千瓦，總容量超過6億千瓦，今年投產規模仍將保持在7000萬千瓦以上，全國電力供應緊的局面已經得到全面緩解。但是，我國電力工業結構不合理的矛盾仍十分突出，特別是能耗高、污染重的小火電機組比重過高。因此，電力工業將“上大壓小”、加快關停小火電機組放在了“十一五”期間工作的首位。據測算，火電機組容量的不同，反映在煤耗和污染物排放量上差別很大。大型高效發電機組每千瓦時供電煤耗為290克-340克，中小機組則達到380克-500克。5萬千瓦機組其供電煤耗約440克

2、/千瓦時，發同樣的電量，比大機組多耗煤30-50%。與此同時，小火電機組排放二氧化硫和煙塵排放量分別占電力行業總排放量的35%和52%。國家發改委能源局局長小平算了一筆賬，“現有的小機組若能夠完全由大機組替代，一年可節能9000萬噸標準煤，相應減少排放二氧化硫220萬噸，少排放二氧化碳2.2億噸。目前全國10萬千瓦及以下小火電機組占火電裝機比重達到29.4，這些小火電絕大部分是在我國電力供應較為緊的“八五”、“九五”期間建設的，主要分布于經濟發達地區和煤炭資源豐富的省份。加速關停小火電機組，一方面是保證節能降耗指標的完成，另一方面有助于保障大機組的開工率，促進電力產業結構改造升級。關停小火電機

3、組是從國家大局出發，優化電力工業結構的重要舉措，對提高電力工業的整體質量和效益，促進電力工業可持續發展具有十分重要的意義。發電廠二期工程電氣部分設計 裝機容量： 裝機兩臺，總容量600MW； 機組年利用小時數： Tmax=6000小時 氣象條件：發電廠所在地最高氣溫32，年平均氣溫565，最大風速25m/s 廠用電率：按6%考慮 220kV電壓等級，架空線路2回與系統相連，系統電抗以100MVA為基準折算到220kV母線為0.028設計基本要求：確定發電廠電氣主接線的最佳方案（包括主變壓器型式、容量的選擇）；確定發電廠廠用電接線的最佳方案；計算短路電流；事故保安負荷計算、電氣設備的配置方案；電

4、氣設備的選擇與校驗；繪制有關圖紙（電氣主接線圖、配電裝置平面圖與斷面圖等）；2 電氣主接線2.1 概述主接線設計必須結合電力系統和發電廠的具體情況，全面分析有關因素，正確處理它們之間的關系，最后合理確定主接線的方案。2.1.1 電氣主接線設計的重要性(1)電氣主接線圖是電氣運行人員進行各種操作和事故處理的重要依據。(2)電氣主接線表明了發電機、變壓器、斷路器和線路等電氣設備的數量、規格、連接方式及可能的運行方式。   2.2 電氣主接線的基本形式結合本次設計的實際情況，初步擬定三種接線方案：單母線接線，其接線形式為圖1圖1單母線接線雙母線接線，其接線形式為圖2圖2 雙母線接

5、線帶旁路母線的雙母線接線，其接線形式為圖3圖3 雙母線帶旁路針對以上主接線形式，進行技術經濟比較，從而確定本次設計所采用的主接線形式為雙母線接線。2.3 主變壓器形式、容量、發電機型號的選擇2.3.1 主變的選擇100MW及300MW機組的主變選擇根據電力工程電氣設計手冊電氣一次部分規定“發電機與主變壓器為單元接線時，主變壓器的容量按發電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度。”#1#2發電機主變壓器的容量：原有一期為2*100MW機組，發電機具體參數見表2-1表2-1 #1#2發電機主變壓器參數表型 號SFP7-12000/220額定容量（kVA）12000額定電壓(kV)高壓

6、2422*2.5% 低壓10.5空載電流(kA)0.9空載損耗（kW）118負載損耗（kW）385阻抗電壓（%）13連接組編號Yn-d11二期為擴建工程，裝機2*300MW，具體型號與參數見表2-2#3#4發電機主變壓器的容量：廠用電率，取6%（MVA）表2-2 #3#4發電機主變壓器參數型 號SFP10-400000/220額定容量（kVA）400000額定電壓（kV)高壓2422*2.5% 低壓24空載電流(kA)0.9空載損耗（kW）118負載損耗（kW）385阻抗電壓(%)15連接組編號Yn-d112.3.2 發電機組的選擇一期：兩臺100MW機組,具體型號與參數見表2-3表2-3 #

7、1#2發電機參數機 組#1、#2型 號QFS-100-2額定功率 (MW)100視在功率（MVA）117.5有功功率(MW)100出口電壓 (V)10500電流 (A)6470轉 速3000功率因數0.85頻 率 (HZ)50次暫態電抗18.3冷 卻 方 式定子 水冷 轉子 水冷 鐵心 空 冷二期：兩臺300MW機組，具體型號與參數見表2-4表2-4 #3#4發電機參數機 組#3、#4型 號T255-460額定功率 (MW)300額定容量（MVA）3882定子電流 (A)9339定子電壓 (V)24000勵磁電流 (A)2495勵磁電壓 (V)542功率因數0.85頻 率 (HZ)50相數3相

8、冷 卻 方 式水氫氫定子線圈接線方式Y冷 卻 方 式水氫氫絕緣等級F級3 高壓廠用電接線3.1 概述廠用機械的重要性決定了廠用電的重要程度，應高度保證供電的可靠性和連續性。 設計廠用電接線方式時，對廠用電的電壓等級、廠用電源及其引接等問題進行分析和論證；當廠用電系統發生故障時，只影響一臺發電機組的運行，縮小故障圍，接線簡單。3.2 廠用電壓等級及接線形式3.2.1 廠用電壓等級按發電機容量確定高壓廠用電壓等級火力發電廠為300MW燃煤機組，采用6kV作為廠用高壓電壓；3.2.2 廠用電接線型式本次設計發電廠廠用電系統接線采用單母線分段接線形式，為了保證廠用電系統的供電可靠性和經濟性，高壓廠用電

9、母線采用按鍋爐分段的原則。 3.3 廠用電源及備用電源引接方式3.3.1 廠用電源引接方式廠用電源的取得方式主要決定于電氣主接線的方式。本次設計采用發電機、變壓器單元接線，廠用工作電源從主變壓器的低壓側引接。火力發電廠，投入系統并聯運行，發電機電壓回路通過廠用高壓變壓器取得廠用高壓工作電源，即使發電機組全部停止運行，仍可從電力系統倒送電能供給廠用電源。3.3.2 備用電源引接方式本次設計為300MW大型發電機組，為了確保機組安全和廠用電的可靠，設置備用電源，本次設計的備用電源是從220kV母線引接。3.4 高壓廠用變、備用變壓器的選擇3.4.1 容量、型式的選擇根據火力發電廠設計技術規程規定：

10、高壓廠用備用變壓器或啟動/備用變壓器的容量不應小于最大一臺高壓廠用工作變壓器的容量； 火力發電廠為兩臺300MW機組，所以設一臺高壓廠用/備用變壓器根據300MW發電機組廠用負荷表選擇廠用變壓器和啟動備用變壓器如下：廠用變壓器：型號：SFF10-50000/24kV 額定容量：50000/30000-30000kVA額定電壓：24±2×2.5/6.3-6.3kV 阻抗電壓：18.5%備用變壓器：型號：SFPFZ-50000/220kV 額定容量：50000/30000-30000kVA額定電壓：230±8×1.25/6.3-6.3kV 阻抗電壓：20%3

11、.5 廠用電接線圖4 #4機計算負荷4.1 #4發電機保安段負荷統計每個單元機組事故停機時，同時運行的保安負荷額定功率。kW式中： 保安段上所接“連續”運行的保安負荷之和（kW） =683.1 kW 保安段上所接“定期”運行的保安負荷之和（kW）=343.2 kW 計算負荷=0.8*854.7=683.76kVA =*=683.76*0.86=588kW 式中： 計算負荷（kVA） 每個單元機組事故停機時，可能同時運行的保安負荷的額定功率之和（kW）K 計算系數，取0.8 計算負荷有功功率（kW） 計算負荷的功率因數，取0.86。柴油發電機容量選擇發電機帶負荷啟動一臺最大容量的電動機時短路過負

12、荷能力校驗，發電機在熱狀態下，能承受150%，時間為15S+(1.25-K)Pdm/1.5=683.76+(1.25*6.5-0.8)*37/1.5=636.52kVA式中：Pdm 最大電動機額定功率 （kW） 最大電動機的啟動電流倍數，取0.65發電機連續輸出容量應大于最大計算負荷。=683.76 kVA比較以上兩種情況，容量較大為683.76 kVA，選擇柴油發電機組容量為：=894 kVA=715kW柴油機輸出容量的負荷持續一小時運行狀態下輸出功率校驗：/1.1/=1.15*588/1.1/0.96=640.3 kW式中： 計算負荷的有功功率（kW） 發電機的效率，不低于0.96 a 柴

13、油發電機的功率配合系數，取1.15柴油機首次加載能力校驗：2.5*+2=482.5kW初始投入的保安負荷（旋轉）額定功率之和（kW）=66.1KW初始投入的保安負荷（靜止）額定功率之和（kW）=76KW啟動負荷的電流倍數，取5啟動負荷功率因數，取0.4最大電動機啟動時母線上的電壓水平校驗：=/（+1.25）=894/（894+1.25*5*37*0.25）=93.9%>75%式中： 發電機的暫態電抗（標么值），取0.25。5 短路電流計算5.1 元件電抗標么值計算及等值電路圖元件電抗標么值計算：圖5-1 系統等值電抗圖Xs=0.028 S=100MVAX1=X2=0.108X3=X4=0

14、.0375X5=X6=Xd*=0.183*=0.156X7=X8= Xd*=0.185*=0.052X9=X10=0.370X11=0.4005.2 220kV母線側d 1點短路：圖5-2 d1點短路等值電抗圖轉移電抗X=0.028 無窮大電源、短路電抗標么值為：I=35.714系統提供短路電流有名值：I= I*=8.965 kA1號發電機：X=X1+X5=0.108+0.156=0.264計算電抗：X=X*=0.264*=0.311查曲線，得各時刻短路電流周期分量標么值：0S: I=3.451 有名值：I=I*=3.451*=1.019 kA0.1S: I=2.954 有名值：I= I*=2

15、.954*=0.872 kA0.2S：I=2.720 有名值：I= I*=2.720*=0.803 kA2S: I=2.330 有名值：I= I*=2.330*=0.688 kA4S: I=2.325 有名值： I= I*=2.325*=0.687 kA2號發電機與1號發電機相同沖擊電流：I=*K* I=*1.85*1.019=2.666 kA3號發電機X=X3+X7=0.0895計算電抗：X=X*=0.0895*=0.316查曲線，得各時刻短路電流周期分量標么值：0S: I=3.447 有名值：I= I*=3.447*=3.054 kA0.1S I=2.934 有名值：I= I*=2.934

16、*=2.599 kA0.2S I=2.702 有名值:I= I*=2.702*=2.394 kA 2S I=2.320 有名值：I= I*=2.320*=2.057 kA4S I=2.314 有名值：I= I*=2.314*=2.050 kA220KV母線上短路電流：=8.965+3.451*2+3.447*2=22.761 kA沖擊電流：I=*K*=*1.85*22.761=59.541 kA4號發電機與3號發電機相同5.3 發電機出口側d 2點短路根據圖5-2結果：圖5-3 d2點短路等值電抗圖利用法，將阻抗標么值全部歸算到24kV（發電機出口電壓）化簡網絡：=+ =+ =35.714+2

17、*3.788+26.667+11.173=81.130求各阻抗相對于短路點的轉移阻抗X=X*X*=0.028*0.0375*81.130=0.085X=X=X* X*=0.264*0.0375*81.130=0.803X=X* X*=0.0895*0.0375*810130=0.272化簡后，等值電抗圖為：圖5-4 d2點短路網絡化簡圖X=0.085 無窮大電源，短路電抗標么值為： I=11.765 有名值：I=I*=11.765*=28.302 kA1號發電機X=0.803 計算電抗 X= X*=0.803*=0.945查曲線，得各時刻短路電流周期分量標么值：0S I=1.095 有名值：I

18、= I*=1.095*=3.099 kA0.1S I=1.035 有名值：I= I*=1.035*=2.929 kA0.2S I=1.005 有名值：I= I*=1.005*=2.844 kA2S I=1.204 有名值：I= I*=1.204*=3.408 kA4S I=1.204 有名值：I= I*=1.204*=3.408 kA沖擊電流 I=*K* I=*1.85*3.099=8.107 kA2號發電機與1號發電機相同4號發電機X=0.272 計算電抗：X= X*=0.272*=0.96查曲線，得各時刻短路電流周期分量標么值：0S I=1.087 有名值：I= I*=1.807*=9.2

19、29 kA0.1S I=1.029 有名值：I= I*=1.029*=8.736 kA0.2S I=1.000 有名值：I= I*=1.000*=8.490 kA2S I=1.197 有名值：I= I*=1.197*=10.164 kA4S I=1.197 有名值：I= I*=1.197*=10.164 kA沖擊電流 I=*K* I=*1.85*9.229=24.142 kA3號發電機X=0.052 按無窮大電源處理I=19.231 有名值：I= I*=19.231*=67.873 kA廠用變低壓側短路（3號發電機廠用變）將各阻抗歸算到6.3kV側，根據圖4已將各阻抗歸算到24kV側：5.4

20、發電機高壓廠用變低壓側d 3點短路 圖5-5 d3點短路等值電抗圖利用法， =+ =+ =11.765+1.245+1.245+19.231+3.677+2.703=39.866求各阻抗相對于短路點的各阻抗：X=X*X*=0.085*0.370*39.866=1.254X=X=0.803*0.370*39.866=11.845X=X*X*=0.052*0.370*39.866=0.767X=X* X*=0.272*0.370*39.866=4.012化簡后，等值電路圖為：圖5-6 d3點短路化簡等值電抗圖系統提供的短路電流：X=1.254 I=0.797有名值： I= I*=0.797*=7.

21、308 kA1號發電機X =X=11.845 計算電抗 X= X*=13.935>3.45按無窮大電源計算 I=0.072 有名值：I= I*=*=0.658 kA4號發電機X=4.012 計算電抗：X= X*=4.012*=14.16>3.45按無窮大電源處理： I= kA有名值： I= I*=*=2.284 3號發電機X=0.767 計算電抗：X= X*=0.767*=2.707查曲線，得各時刻短路電流周期分量標么值：0S: I=0.375 有名值：I= I*=0.375*=12.130 kA0.1S I=0.360 有名值：I= I*=0.360*=11.644 kA0.2S

22、 I=0.357 有名值：I= I*=0.357*=11.547 kA2.0S I=0.376 有名值：I= I*=0.376*=12.138 kA4.0S時的標么值與2.0S時相同沖擊電流 I=*K* I=*1.85*12.130=31.731 kA電動機反饋電流 總容量取17MVA計算公式：I=K*I I=K*I*10= K10沖擊電流計算公式：I=*1.1*K* IK:電動機反饋電流的沖擊系數 12.5萬以上機組取1.7計算各時刻的短路電流值：0S: I=K *I=1* K* I*10=1*5.7*=11.656 kA0.1S I=K* I=* K* I=0.20*5.7* I=2.33

23、1 kA0.2S I=K* I=* K* I=0.040*5.7 *I=0.463 kA2.0S時 I=04.0S時 I=0沖擊電流I=*1.1*K* I=*1.1*1.7*11.656=30.835 kA5.5 高備變低壓側d 4點短路將各阻抗折算到6.3kV側：根據圖2圖5-7 d4點短路等值電抗圖化簡等值電抗圖：=+=35.71+3.788+3.788+11.173+11.17+2.5=68.136求各點相對于短路點的轉移阻抗：X=X*X*=0.028*0.4*68.136=0.763X=X* X*=0.264*0.4*68.136=7.195 X= X=7.195X=X* X*=0.0

24、895*0.4*68.136=2.442 X= X=2.442化簡后等值電抗圖 圖5-8 d4點短路化簡等值電抗圖系統提供的短路電流：X=0.763 I=1.311有名值： I= I*=1.311*=12.011 kA1號發電機：X=7.195 計算電抗：X= X*=7.195*=8.465>3.45按無窮大電源處理：I= 有名值：I= I*=*=1.274 kA2號發電機與1號發電機相同沖擊電流：I= *K*I=*1.85*1.274=3.333 kA3號發電機：X=2.442 計算電抗： X= X*=2.442*=8.619>3.45按無窮大電源處理：I= 有名值：I= I*=

25、*=3.753 kA電動機的反饋電流與廠用變低壓側短路時相同。6 電氣設備的配置6.1 電流互感器的配置電流互感器是一種小型的變流器，其一次繞組串接于電力系統的一次回路，二次繞組與儀表或繼電保護或自動裝置的電流線圈相串聯。發電機兩側裝設電流互感器。所有裝設斷路器的回路均裝設電流互感器。勵磁變壓器兩側裝設電流互感器。6.2 電壓互感器的配置電壓互感器是一種小型的變壓器，其一次繞組并接于電力系統的一次回路，儀表或繼電保護或自動裝置的電壓線圈并接與二次繞組。220kV電壓等級的每組主母線的三相上裝設電壓互感器。監視和檢測線路側有無電壓，出線側的每一相上裝設電壓互感器。發電機出口裝設電壓互感器，供測量

26、、保護和自動電壓調整裝置需要。廠用變高壓側裝設電流互感器。6.3 避雷器的配置 220kV變壓器到避雷器的電氣距離超過允許值，在變壓器附近增設一組避雷器。單元連接的發電機出線裝設一組避雷器。SB6m全封閉電器的架空線路側裝設避雷器。6.4 繼電保護的配置6.4.1 發電機保護本廠是300MW的大容量機組，且發電機與變壓器之間沒有斷路器，所以除發電機變壓器組共用縱聯差動保護外，發電機還裝設單獨的縱聯差動保護；100%的定子接地保護；本次設計采取發電機定子繞組為星形接線且中性點側有分支引出端，所以設匝間保護；發電機外部短路引起的過電流，采用負序過電流保護； 勵磁繞組過負荷：采用勵磁繞組過負荷保護。

27、6.4.2 電力變壓器保護主變壓器的保護：縱聯差動保護瓦斯保護電流速斷保護過電流保護 高壓廠用工作變壓器的保護：縱聯差動保護瓦斯保護單相接地保護電流速斷保護高壓廠用起動（備用）變壓器的保護：縱聯差動保護瓦斯保護6.5 自動裝置的配置本電廠的自動裝置配置有以下幾種：備用電源自動投入裝置自動重合閘裝置本電廠的220kV母線，由于都裝設有斷路器，所以都裝設自動重合閘裝置。自動準同期裝置自動調節勵磁裝置和自動滅磁裝置7 電氣設備的選擇電氣設備要可靠接地，必須按正常工作條件進行選擇，按短路狀態來校驗熱穩定和動穩定。(1)額定電壓電氣設備的額定電壓不低于裝置地點電網額定電壓的條件選擇，即：(2)額定電流電

28、氣設備的長期允許電流應不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續工作電流，即 7.1 斷路器、隔離開關的選擇本設計為300MW大型火力發電機，要求運行的可靠性高，短路時間不能檢修，SB6m斷路器滿足以上的要求，因此選定SB6m斷路器。額定電壓和額定電流的選擇：電網的額定電壓：電氣設備的額定電壓：，即最大負荷電流：電氣設備的額定電流：即：短路熱穩定校驗=*4=1395.658結合本設計的具體要求，斷路器的選擇結果見表7-1：表7-1 六氟化硫斷路器參數 SB6m245計 算 資 料額定工作電壓UN220kVUNs220kV額定工作電流IN2500AImax1036A額定開段電流Inbr40kAI

29、22.761kA短路關合電流INCI125kAish55.541A熱穩定校驗It6400kAQd1395.658k動穩定校驗ies100kAish55.541kA經比較各項指標均滿足要求。7.1.1 隔離開關的選擇隔離開關的有關計算數據同斷路器的計算數據是一致的，因此，在此選擇隔離開關時可以參考斷路器的的數據：高壓隔離開關具體參數見表7-2表7-2 高壓隔離開關參數 出線側 GW7220計 算 資 料額定工作電壓220kV220KV額定工作電流2000AImax1036A熱穩定校驗It6400kAQd1395.658k動穩定校驗 i100kAish 55.541kA 母線側 GW6220計 算

30、 資 料額定工作電220kV220kV額定工作電1250AImax1036A熱穩定校驗It6400kAQd1395.658k動穩定校驗 i100kAish55.541kA比較各項指標均滿足要求。7.2 互感器的選擇7.2.1 電流互感器的選擇發電機出口=24kV=7577.95A選用LRZB245P20，電流比：12000/5A。發電機接地側與出口側電流互感器的型號一致。220kV進出母線。=220kV=1102.25A選用LGBJ220，電流比：21200/5A。廠用變壓器的高壓側。=24kV=1262.99A選用LZZBJ910，電流比：4000/5A。廠用變壓器低壓側與廠用變壓器高壓側電

31、流互感器的型號一致。備用變壓器高壓側。=220kV=137.78A選用LGBJ220，電流比：2*750/5A。7.2.2 電壓互感器的選擇具體參數見表7-3表7-3 電壓互感器參數型號初級繞組次級繞組220kV母線電壓互感器TYD220/-0.0045220/0.10/300MW機組電壓互感器JDZJ -2424/0.1廠用變低電壓側互感器JDZJ-66/0.1/7.2.3 避雷器選擇具體參數見表7-4表7-4 避雷器參數型號額定電壓有效值300MW機組變壓器高壓側Y10W5-200/520200300MW機組變壓器中性點Y1.5W5-146/320146300MW機組發電機Y5W1-25-

32、53.425220KV母線Y10W5-200/5202007.3 母線的選擇7.3.1 母線選擇按持續工作電流選擇式中導體的長期允許載流量（A）；回路的持續工作電流（A）。7.3.2 220kV母線選擇按最大持續工作電流選擇： 根據母線工作電壓并考慮電暈效應，選擇鋁錳合金管型導體LDRE 130/116。主母線參數為：導體截面 2705導體最高允許溫度時的載流量 3511A(70)/2976（80）截面系數 79.0³慣性矩 513慣性半徑 4.36cm導體系數 2.73 g/m³彈性系數 7.1×104 N/mm2最大允許應力 8820N/cm自重 7.38kg

33、/m27.3.3 封閉母線的選擇本設計為300MW機組，采用全連式分相封閉母線。根據本設計工程的實際狀況及與300MW的發電機配套方案，對封閉母線選擇其技術參下表7-5封閉母線的參數參數300MW額定電壓(kV)24主回路額定電流(A)25000外殼尺寸(mm)1050×8導體尺寸(mm)500×12分支回路額定電流(A)2500外殼尺寸(mm)650×5導體尺寸(mm)150×108 配電裝置配電裝置是發電廠和變電所的重要組成部分，在電力系統中起著接受和分配電能的作用。8.1 220KV屋外配電裝置設計火力發電廠的配電裝置型式選擇，考慮所在地區的地理情

34、況和環境條件，因地制宜、節約用地，并結合運行、檢修和安裝的要求，通過技術經濟比較確定。本次設計高壓配電裝置采用屋外分相中型配電裝置式。8.2 分相中型配電裝置的特點所謂分相布置系隔離開關是分相直接布置在母線的正下方。減小母線相間距離降低構架高度節約占地面積接線簡單、清晰。屋外配電裝置平面圖、斷面圖見圖紙。附錄序號負荷名稱額定容量(kW)安裝臺數備用臺數總容量(kW)連續定期啟動時間負荷性質瞬時啟動臺數容量(kW)臺數容量(kW)瞬時延時旋轉靜止旋轉負荷靜止負荷1#4發電封油主油4發電封油交流備用油泵7.517.517.5117.53#4機頂軸油泵30316026022

35、4#4機盤車37137137115#4機交流潤滑輔助油泵30130130116#4機定子水冷裝置水泵37137137117#4機EH油泵302130130118#4機濾油泵11111119#4機EH冷卻油泵212121110#4機電動給水泵輔助油泵5.53111211221111#4機爐空預器火災報警控制器3232622612#4爐磨煤機潤滑油泵7.55130430443013#4爐磨煤機潤滑油站加熱器1851904904414#4機UPS電源（kVA）801801801115#4機110V蓄電池電源（kVA）252502502216#4機220V蓄電池電源（kVA）501501501117#4機熱控鍋爐電動門配電箱601601601118#4機熱控汽機電動門配電箱160