1、 .PAGE57 / NUMPAGES58某火力發電廠電氣部分設計摘 要火力發電在我國的起步較早，經過近幾十年的迅速發展，各項措施已得到了不斷的完善，但我們仍然還能夠發現一些不足，如有關發電廠電氣部分設計的一些不合理性、保護性措施的欠缺等。這些都需要我們通過設計出更加合理的方案來解決這些問題。本文將針對某火力發電廠的設計來對這些問題進行探討，主要是對電氣方面進行研究，期望提出更加合理的方案來完善現有設施。首先將會對火力發電的有關容做一闡述，并對火力發電的現狀做一描述；隨后對火力發電廠的電氣主接線設計和防雷保護的原理部分進行介紹，最后將給出該火力發電廠的主接線的設計和防雷保護的具體實現。關鍵詞：

2、火力發電；電氣主接線；防雷保護緒論1.2 課題研究的目的和意義火力發電由于起步較早，到目前為止各項措施已取得了不斷的完善和發展，其電氣部分也得到很大的進展，但仍然存在一些不足期待改進。這就要求我們改善這些不良方面，最大限度的發揮經濟效益，并減少事故的發生。火力發電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣等燃料的化學能產生出電能的工廠。按其功用可分為兩類，即凝汽式電廠和熱電廠。前者僅向用戶供應電能，而熱電廠除供給用戶電能外，還向熱用戶供應蒸汽和熱水，即所謂的“熱電聯合生產”。目前采用最廣泛的發電形式是利用煤的燃燒來獲得電能，而我國煤的儲量也是相當豐富的，因此本課題的提出具有很大的現實意義，如何設計好

3、火電廠的電氣主接線與各項保護性措施，就顯得尤為重要。1.3 課題研究的主要容1.火力發電廠的發電原理和電氣方面的研究通過對火力發電有關文獻的參考，明白我國火力發電的現狀與未來的發展趨勢。研究火力發電的工作過程，了解火力發電系統的組成、工作過程與工作原理。通過閱讀有關火力發電廠的主接線圖與相關介紹，明確主接線的設計規則和防雷保護的具體實現。2.某火力發電廠電氣主接線的設計通過分析某地區火力發電廠的相關資料，設計出一種實用性、經濟性和可靠性相結合的電氣主接線；在此基礎上，正確地選擇所用的電氣設備，并對主接線的基本構造與特點做一介紹。3. 某火力發電廠防雷保護的設計按照已經設計出的電氣主接線圖，研究

4、該系統防雷保護的具體實現方法和工作原理。火力發電廠的電氣主接線與防雷保護3.1 電氣主接線的概述電氣主接線主要是指在發電廠、變電所、電力系統中，為滿足預定的功率傳送和運行等要求而設計的、表明高壓電氣設備之間相互連接關系的傳送電能的電路。電路中的高壓電氣設備包括發電機、變壓器、母線、斷路器、隔離開關、線路等。它們的連接方式對供電可靠性、運行靈活性與經濟合理性等起著決定性作用。一般在研究主接線方案和運行方式時，為了清晰和方便，通常將三相電路圖描繪成單線圖。在繪制主接線全圖時，將互感器、避雷器、電容器、中性點設備以與載波通信用的通道加工元件（也稱高頻阻波器）等也表示出來。對一個電廠而言，電氣主接線在

5、電廠設計時就根據機組容量、電廠規模與電廠在電力系統中的地位等，從供電的可靠性、運行的靈活性和方便性、經濟性、發展和擴建的可能性等方面，經綜合比較后確定。它的接線方式能反映正常和事故情況下的供送電情況。電氣主接線又稱電氣一次接線圖。電氣主接線的設計應滿足以下幾點要求：1）運行的可靠性：主接線系統應保證對用戶供電的可靠性，特別是保證對重要負荷的供電。2）運行的靈活性：主接線系統應能靈活地適應各種工作情況，特別是當一部分設備檢修或工作情況發生變化時，能夠通過倒換開關的運行方式，做到調度靈活，不中斷向用戶的供電。在擴建時應能很方便的從初期建設到最終接線。3）主接線系統還應保證運行操作的方便以與在保證滿

6、足技術條件的要求下，做到經濟合理，盡量減少占地面積，節省投資。 簡要的描述電氣主接線的設計原則如下：電力系統中的發電廠有大型主力電廠、中小型地區電廠與企業自備電廠三種類型。大型主力火電廠靠近煤礦或沿海、沿江，并接入330500kV超高壓系統；地區電廠靠近城鎮，一般接入110220kV系統，也有接入330kV系統的；企業自備電廠則以對本企業供電供熱為主，并與地區110220kV系統相連。發電廠的機組容量應根據電力系統規劃容量、負荷增長速度和電網結構等因素進行選擇，最大機組的容量以占系統總容量的810%為宜。一個廠房的機組，其臺數以不超過6臺、容量等級以不超過兩種為宜。電氣主接線的設計是一個綜合性

7、問題，應該結合電力系統和發電廠或變電所的具體情況，全面分析有關因素，正確處理它們之間的關系，經過技術、經濟比較，合理地選擇主接線方案，具體要求如下：1）以設計任務書為依據；2）以國家經濟建設的方針、政策、技術規和標準為準則；3）合理地確定發電機的運行方式。3.2電氣主接線的基本形式電氣主接線的基本形式，就是主要電氣設備常用的幾種連接方式。概括的講可分為兩大類：有匯流母線的接線形式和無匯流母線的接線形式。變電所電氣主接線的基本環節是電源（變壓器）、母線和出線（饋線）。各個變電所的出線回路數和電源數不同，且每路饋線所傳輸的功率也不一樣。在進出線數較多時（一般超過4回），為便于電能的匯集和分配，采用

8、母線作為中間環節，可使接線簡單清晰，運行方便，有利于安裝和擴建。但有母線后，配電裝置占地面積較大，使用斷路器等設備增多。無匯流母線的接線使用開關電器較少，占地面積小，但只適于進出線回路少，不再擴建和發展的變電所。有匯流母線的接線形式主要有：單母線接線和雙母線接線。3.2.1有匯流母線的主接線一、單母線接線（一）、不分段的單母線接線單母線接線的特點是整個配電裝置只有一組母線，每個電源線和引出線都經過開關電器接到同一組母線上。供電電源是變壓器或高壓進線回路，母線即可以保證電源并列工作，又能使任一條出線路都可以從電源1或2獲得電能。每條回路中都裝有斷路器和隔離開關，靠近母線側的隔離開關稱作母線隔離開

9、關，靠近線路側的稱為線路隔離開關（在實際變電所中，通常把靠近電源側的隔離開關稱為甲刀閘，把靠近負荷側的隔離開關稱為乙刀閘。斷路器具有開合電路的專用滅弧裝置，可以開斷或閉合負荷電流和開斷短路電流，用來作為接通或切斷電路的控制電器。隔離開關沒有滅弧裝置，其開合電流能力極低，只能用作設備停運后退出工作時斷開電路，保證與帶電部分隔離，起著隔離電壓的作用。同一回路中在斷路器可能出現電源的一側或兩側均應配置隔離開關，以便檢修斷路器時隔離電源。同一回路中串接的隔離開關和斷路器，在運行操作時，必須嚴格遵守下列操作順序：如對饋線WL2送電時，須先合上隔離開關QS21和QS22，再投入斷路器QF2；如欲停止對其供

10、電，須先斷開QF2，然后再斷開QS21和QS22。為了防止誤操作，除嚴格按照操作規程實行操作票制度外，還應在隔離開關和相應的斷路器之間，加裝電磁閉鎖、機械閉鎖。接地開關（又稱接地刀閘）QE是在檢修電路和設備時合上，取代安全接地線的作用。當電壓在110kV與以上時，斷路器兩側的隔離開關和線路隔離開關的線路側均應配置接地開關。對35kV與以上的母線，在每段母線上亦應設置12組接地開關或接地器，以保證電器和母線檢修時的安全。圖31 不分段的單母線接線1不分段的單母線接線的優缺點優點：接線簡單清晰、設備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置。缺點：靈活性和可靠性差，當母線或母線隔離開關故障或檢修時，

11、必須斷開它所連接的電源；與之相連的所有電力裝置在整個檢修期間均需停止工作。此外，在出線斷路器檢修期間，必須停止該回路的工作。2不分段的單母線接線的適用圍:一般適用于一臺主變壓器的以下三種情況：（1）610kV配電裝置，出線回路數不超過5回。（2）3563kV配電裝置，出線回路數不超過3回。（3）110220kV配電裝置，出線回路數不超過2回。（二）、分段的單母線接線為了克服一般單母線接線存在的缺點，提高它的供電可靠性和靈活性，把單母線分成幾段，在每段母線之間裝設一個分段斷路器和兩個隔離開關。每段母線上均接有電源和出線回路，便成為單母線分段接線。圖32 分段的單母線接線1. 運行方式：1）母線并

12、聯運行：QF閉合運行正常運行時：相當于不分段的單母線接線。若電源1停止供電，則電源2通過QFd閉合向段母線供電，不影響對負荷的供電，可靠性高。 若段母線故障時，繼電保護裝置使QFd自動跳開，段母線被切除；段母線繼續供電 。2）母線分裂運行：QF斷開運行 正常運行時，相當于兩個不分段的單母線接線。若電源1停止供電，段母線失壓時，可由自動重合閘裝置自動合上QFd，段母線恢復供電。若段母線故障時，不影響段，段母線繼續供電。2分段的單母線接線的優缺點優點：1）用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電。2）當一段母線發生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間

13、斷供電和不致使重要用戶停電。缺點：1）當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間停電。2）分段的單母線接線增加了分段設備的投資和占地面積。3）擴建時需向兩個方向均衡擴建。3分段的單母線接線的適用圍：1）610kV配電裝置，出線回路數為6回與以上時；發電機電壓配電裝置，每段母線上的發電機容量為12MW與以下時；2）3563kV配電裝置，出線回路數為48回時；3）110220kV配電裝置出線回路數為34回時。（三）、單母線帶旁路母線接線1、有專用旁路斷路器的單母線帶旁路母線接線接線形式如圖3-3，在這種接線形式下，旁路母線WBa是通過旁路斷路器QFa與主母線WB相連，通過旁

14、路隔離開關QSa與每一出線相連。 圖33 有專用旁路斷路器的單母線帶旁路母線接線正常運行時：旁路斷路器QFa和旁路隔離開關QSa均在斷開位置，旁路母線WBa不帶電。但QFa兩側的隔離開關處于合閘位置。當檢修出線斷路器1QF時：QSa按等電位原則先并后切1）合旁路斷路器QFa向旁路母線WBa充電，檢查旁路母線WBa是否完好，使WBa帶電。 2）再合該回路旁路隔離開關1QSa，實現旁路與正常工作回路并聯運行。3）再斷開該回路出線斷路器1QF。4）最后分別斷開1QF兩側隔離開關1QSL和1QSB。使1QF退出運行，即可對1QF進行檢修。此時，線路1仍然保持供電。主母線WB旁路斷路器QFa旁路母線WB

15、a旁路隔離開關1QSa對線路1供電。特點： 同一電壓等級，各回路經過斷路器、隔離開關接至公共母線。把每一回線與旁路母線相連。優點：每一進出線回路的斷路器檢修，這一回路可不停電。缺點：設備多，操作復雜。適用圍：35kV與以上有重要聯絡線路或較多重要用戶時采用，回路多采用專用旁母，否則采用簡易接線。2、單母線分段帶旁路母線接線接線形式如下圖（圖3-4） 圖34 單母線分段帶旁路母線接線單母線分段的目的：減少母線故障的停電圍。旁路母線的作用：使任意一臺出線QF故障或檢修時，該回路不停電。單母線接線的適用圍： 610kv出線較多而且對重要負荷供電的裝置；35kv與以上有重要聯絡線路或較多重要用戶。分段

16、斷路器兼做旁路斷路器的接線有了旁路母線，檢修與它相連的任意回路的斷路器時，該回路便可以不停電，從而提高了供電的可靠性。它廣泛地用于出線數較多的110kV與以上的高壓配電裝置中。而35kV與以下的配電裝置一般不設旁路母線，因為負荷小，供電距離短，容易取得備用電源，有可能停電檢修斷路器，并且斷路器的檢修、安裝或更換均較方便。一般35kV以下配電裝置多為屋型，為節省建筑面積，降低造價都不設旁路母線。只有在向特殊重要的、類用戶負荷供電，不允許停電檢修斷路器時，才設置旁路母線。帶有專用旁路斷路器的接線，加裝了價高的斷路器和隔離開關，增加了投資。供電可靠性有特殊需要或接入旁路母線的線路過多、難于操作時采用

17、。為節約建設投資，可以不采用專用旁路斷路器。對于單母線分段接線，常采用以分段斷路器兼作旁路斷路器的接線。兩段母線均可帶旁路母線，正常時旁路母線不帶電。分段斷路器兼做旁路斷路器的接線如圖3-5所示。它是在分段單母線的基礎上，增設旁路母線、隔離開關與各出線的旁路隔離開關構成。圖35 單母線分段斷路器兼做旁路斷路器接線以此圖為例，說明不停電檢修任一出線路斷路器的倒閘操作步驟。例如檢修QF1，第一步檢查旁母有無故障，此時分段斷路器QFf與隔離開關QS2、QS3在閉合狀態，QS1、QS4、QS5均斷開，以單母線分段方式運行。當QFf作為旁路斷路器運行時，閉合隔離開關QS1，后斷開QFf和QS3，,再合上

18、QS4，最后合QFf。如果旁母無故障，QFf不跳閘。第二步合上QSp，斷開QF1與兩側的隔離開關。這時，該出線路L1經QSp、旁母、QS4、QFf和QS2仍然聯在第一段母線上。該出線路這種接線方式，對于進出線不多，電壓為35110kV的變電所較為適用，具有足夠的可靠性和靈活性。二、雙母線接線1、 一般的雙母線接線雙母線接線就是將工作線、電源線和出線通過一臺斷路器和兩組隔離開關連接到兩組（一次/二次）母線上，且兩組母線都是工作線，而每一回路都可通過母線聯絡斷路器并列運行。與單母線相比，它的優點是供電可靠性大，可以輪流檢修母線而不使供電中斷，當一組母線故障時，只要將故障母線上的回路倒換到另一組母線

19、，就可迅速恢復供電，另外還具有調度、擴建、檢修方便的優點；其缺點是每一回路都增加了一組隔離開關，使配電裝置的構架與占地面積、投資費用都相應增加；同時由于配電裝置的復雜，在改變運行方式倒閘操作時容易發生誤操作，且不宜實現自動化；尤其當母線故障時，須短時切除較多的電源和線路，這對特別重要的大型發電廠和變電站是不允許的。雙母線接線，它有兩組母線，一組為工作母線，一組為備用母線。兩組母線之間通過母線聯絡斷路器（簡稱母聯斷路器）連接。采用兩組母線后，使運行的可靠性和靈活性大為提高，下圖為一般雙母線接線： 圖3 - 6 一般的雙母線接線示意圖該接線方式可以輪流地檢修母線而不影響正常供電，設段母線工作，段母

20、線備用。檢修段母線的倒閘操作：1）、依次合上母聯隔離開關QSj和QSj； 2）、合上母聯斷路器QFj，向備用母線充電，檢查備用母線是否完好； 3）、斷開母聯斷路器QFj控制回路電源，以防止QFj在以下操作中誤跳開； 4）、依次合上所有段母線側隔離開關； 5）、再依次斷開段母線側的母線隔離開關； 6）、再投入母聯斷路器QFj控制回路電源； 7）、再斷開母聯斷路器QFj ； 8）、再依次斷開母聯隔離開關QSj和QSj此時，段母線轉換為工作母線， 段母線轉換為備用母線。該種接線方式的特點如下：1）運行方式靈活。2）檢修母線時，電源和出線都可以繼續工作，不會中斷對用戶的供電。3）檢修任一回路母線隔離開

21、關時，只需斷開該回路。4）工作母線故障時，所有回路能迅速恢復工作。5）檢修任一線路斷路器時，可用母聯斷路器代替其工作。6）便于擴建。雙母線接線可以任意向兩側延伸擴建，不影響母線的電源和負荷分配，擴建施工時不會引起原有回路停電。以上均為雙母線接線較單母線接線的優點，但雙母線接線也由一些缺點，主要有：1）在倒母線的操作過程中，需使用隔離開關切換所有負荷電流回路，操作過程比較復雜，容易造成誤操作。2）工作母線故障時，將造成短時（切換母線時間）全部進出線停電。3）在任一線路斷路器檢修時，該回路仍需停電或短時停電（用母聯斷路器代替線路斷路器之前）。4）使用的母線隔離開關數量較大，同時也增加了母線的長度，

22、使得配電裝置結構復雜，投資和占地面積增大。適用圍：當母線上的出線回路或電源數較多、輸送和穿越功率較大、母線或母線設備檢修是不允許對用戶停電、母線故障時要求迅速恢復供電、系統運行調度對接線的靈活性有一定要求時一般采用雙母線接線。1）610kV配電裝置，當短路電流較大、出線需帶電抗器時。2）3563kV配電裝置，當出線回路數超過8回或連接的電源較多、負荷較大時。3）110220kV配電裝置，當出線回路數為5回與以上或該配電裝置在系統中居重要地位、出線回路數為4回與以上時。2、 雙母線帶旁路接線：雙母線帶旁路接線就是在雙母線接線的基礎上，增設旁路母線。其特點是具有雙母線接線的優點，當線路（主變壓器）

23、斷路器檢修時，仍有繼續供電，但旁路的倒換操作比較復雜，增加了誤操作的機會，也使保護與自動化系統復雜化，投資費用較大，一般為了節省斷路器與設備間隔，當出線達到5個回路以上時，才增設專用的旁路斷路器，出線少于5個回路時，則采用母聯兼旁路或旁路兼母聯的接線方式。 3、 雙母線分段帶旁路接線：雙母線分段帶旁路接線就是在雙母線帶旁路接線的基礎上，在母線上增設分段斷路器，它具有雙母線帶旁路的優點，但投資費用較大，占用設備間隔較多，一般采用此種接線的原則為： 1、當設備連接的進出線總數為1216回時，在一組母線上設置分段斷路器； 2、當設備連接的進出線總數為17回與以上時，在兩組母線上設置分段斷器。三、3/

24、2斷路器接線和4/3臺斷路器接線3/2接線又稱為一臺半斷路器接線，即每兩條回路共用3臺斷路器（每條回路一臺半斷路器），每串的中間一臺斷路器為聯絡斷路器。3/2(4/3)斷路器接線就是在每3（4）個斷路器中間送出2（3）回回路，一般只用于500kV（或重要220kV）電網的母線主接線。它的主要優點是：1、 運行調度靈活，正常時兩條母線和全部斷路器運行，成多路環狀供電； 2、 檢修時操作方便，當一組母線停支時，回路不需要切換，任一臺斷路器檢修，各回路仍按原接線方式霆，不需切換； 3、 運行可靠，每一回路由兩臺斷路器供電，母線發生故障時，任何回路都不停電。2/3(4/3)斷路器接線的缺點是使用設備較

25、多，特別是斷路器和電流互感器，投資費用大，保護接線復雜。圖3-7為一臺半斷路器（3/2）接線的基本類型 圖3-7 一臺半斷路器接線在圖中，3/2接線方式中2條母線之間3個開關串聯，形成一串。在一串中從相鄰的2個開關之間引出元件，即3個開關供兩個元件，中間開關作為共用，相當于每個元件用1.5個開關，因此也稱為一個半開關接線。3.2.2 無匯流母線的主接線無匯流母線的主接線沒有母線這一中間環節，使用的開關電器少，配電裝置占地面積小，投資較少，沒有母線故障和檢修問題，但其中部分接線形式只適用于進出線少并且沒有擴建和發展可能的發電廠和變電所。一、單元接線發電機-變壓器單元接線1）接線形式：如圖3-8a

26、、發電機-雙繞組變壓器單元：G與T之間不裝QF，可裝QSG；b、發電機-三繞組變壓器單元：G與T之間可裝QSG，有時可裝3QF ；c、發電機-自耦變壓器單元：G與T之間可裝QSG，有時可裝3QF。 圖3-8 單元接線2）單元接線的特點優點：1、接線簡化，使用的電器最少，操作簡便，降低故障的可能性，提高了工作的可靠性；2、配電裝置簡單，投資少，占地小；3、發電機出口短路電流小；4、繼電保護簡單。缺點：任一元件故障或檢修全停，檢修時靈活性差。3） 單元接線的適用圍：1、臺數不多的大（b接線除外）中型不帶近區負荷的區域發電廠；2、分期投產或裝機容量不等的無機端負荷的小型水電站。二、橋形接線橋形接線采

27、用4個回路3臺斷路器和6個隔離開關，是接線中斷路器數量較少、也是投資較省的一種接線方式。根據橋形斷路器的位置又可分為橋和外橋兩種接線。由于變壓器的可靠性遠大于線路，因此中應用較多的為橋接線。若為了在檢修斷路器時不影響和變壓器的正常運行，有時在橋形外附設一組隔離開關，這就成了長期開環運行的四邊形接線。1、橋接線下圖（圖3-5）為橋形接線中的一種：橋接線，這種接線適用于僅有兩臺變壓器和兩條出線的裝置中。橋連斷路器3QF在QS1和QS2的變壓器側，因此稱為橋接線。 圖3-9 橋形接線橋接線該接線方式下的運行方式為：a、線路 WL1 故障或檢修：只需先斷開 1QF ，再斷開 1QSL 和 1QSB ，

28、其余三回路可以繼續工作，不影響供電。b、變壓器 1T 故障或檢修：先斷開 1QF 和3QF，再斷開 QS1 ， 1T 退出運行。如果線路 L1 仍需恢復供電，再合 1QF 和3QF。橋接線的主要特點：優點：1）接線簡單、經濟（斷路器最少）；2）布置簡單占地小，可發展為單母線分段接線； 3）線路投、切靈活，不影響其它電路的工作。缺點：1）變壓器投切操作復雜，故障檢修影響其它回路；2）橋斷路器故障檢修全廠分列為兩部分；3）出線斷路器故障檢修該回路停電。 2、外橋接線圖3-9為橋形接線中的另一種：外橋接線。這種接線方式下，橋連斷路器3QF接在靠近線路側的接線方式。 圖3-10 橋形接線外橋接線該接線

29、方式下的運行方式為： a、線路 WL1 故障或檢修： 先斷開 1QF 和3QF，再斷開 QS1 ， WL1 退出運行。如果變壓器 1T 仍需恢復供電，再合 1QF 和3QF。b、變壓器 1T 故障或檢修： 只需先斷開 1QF ，再斷開 1QS，其余三回路可以繼續工作，不影響供電。橋接線的主要特點：優點：1）接線簡單、經濟（斷路器最少）； 2）布置簡單占地小，可發展為單母線分段接線； 3）變壓器投、切靈活，不影響其它電路的工作。 缺點：1）變壓器投切操作復雜，故障檢修影響其它回路； 2）橋斷路器故障檢修全廠分列為兩部分； 3）變壓器斷路器故障檢修該變壓器停電。三、角形接線角形接線就是將斷路器和隔

30、離開關相互連接，且每一臺斷路器兩側都有隔離開關，由隔離開關之間送出回路。角形接線所用設備少，投資省，運行的靈活性和可靠性較好。正常情況下為雙重連接，任何一臺斷路器檢修都不影響送電，由于沒有母線，在連接的任一部分故障時，對電網的運行影響都較小。其最主要的缺點是回路數受到限制，因為當環形接線中有一臺斷路器檢修時就要開環運行，此時當其它回路發生故障就要造成兩個回路停電，擴大了故障停電圍，且開環運行的時間愈長，這一缺點就愈大。環中的斷路器數量越多，開環檢修的機會就越大，所一般只采四角（邊）形接線和五角形接線，同時為了可靠性，線路和變壓器采用對角連接原則。四邊形的保護接線比較復雜，一、二次回路倒換操作較

31、多。適用圍：角形接線多用于最終規模比較明確，進、出線數為35回的110kV與以上的配電裝置中（例如水電廠和無擴建要求的變電所等）。3.3防雷保護的基本原理3.3.1 防雷保護的現狀近年來隨著電力系統的發展,微機保護和綜合自動化系統在電力系統中得到大量的應用,這對提高電力系統的自動化水平,提高電力系統的運行靈活性起了很大的作用。這與過去傳統的保護和控制裝置相比，是一次技術上的革命。迄今為止，信息傳輸與交換仍然以電信設備作為傳輸的媒體。無論是無線傳送的天線，還是有線傳送的電纜或光纜，都必須暴露在空氣中或埋于地下。因此必然受到電力系統和天空雷電的干擾和侵入，造成通信設備損壞和信息傳輸中斷。一旦有這類

32、意外發生，直接經濟損失有的達數十萬元甚至上千萬元，間接損失更難以估算。以往的通信設備主要使用電子管和機械繼電器，即所謂的機電式通信設備。它的工作速度一般在毫秒和微秒級，因此采用一種氣體放電管來保護和防止電力系統和天空雷電入侵。氣體放電管的結構是采用一種瓷管子，兩頭各做一個金屬電極，管子部充入一種惰性氣體，當電壓或雷電加到管子兩頭，管子氣體電離而放電。由于機電式通信設備工作速度在毫秒或微秒級，而氣體放電管工作速度為微秒級，加之機電式通信設備工作電壓在150V以上，所以采用氣體放電管保護機電式通信設備是有效的。但氣體放電管由于慢性漏氣等原因，具有壽命短、可靠性低等缺陷。并且氣體放電管的慢漏與開路失

33、效現象均不能直觀反應，只有維修人員到現場將配線架保安單元的氣體放電管拆下，通過專用儀器才能檢測，給設備安全帶來極大隱患。統計數據表明，平均每年失效率高達2025，因此必須靠維修人員的責任心和高強度勞動，不斷檢測和觀察來更換由氣體放電管組成的組件“保安單元”，以保證通信設備得到有效防護。但這不僅大量增加了維護人力，也浪費了財力。過電壓保護用半導體管又稱固體放電管（相對于氣體放電管而言），它完全解決了氣體放電管存在的缺陷，其突出的優越性是：1）速度快，工作于納秒級，與半導體器件和集成電路工作完全匹配；2）高可靠性；3）壽命長，理論壽命可達20年，1993年開始使用的半導體放電管，追蹤調研至今無一損

34、壞；4）導電殘壓降至13V，不會對集成電路造成損壞；5）短路失效模式，容易檢測判別。過電壓保護用半導體管在我國的研制工作，是由大平科技工貿主持的。該公司在設計過壓保護半導體管時，采用了許多國際上先進的技術理論，并有所創新和突破；在生產制造中采用了獨有的專利技術。該產品經科學技術情報研究所鑒定，達到了國際先進水平。 過電壓保護用半導體管的研制成功，使得防雷、過電壓保護技術又向前邁開了一大步，不但消除了事故隱患，保障了通信設備的正常運轉，還降低了維護工作力度與維護費用，減少了國家的經濟損失。3.3.2 防雷保護的基本原理閃電多發生在夏季，是從積雨云中發展起來的自然放電現象。積雨云起電的原因有許多說

35、法，大多數認為是云中的霰粒與冰晶摩擦或霰粒使溫度低于0的云滴在它上面碰撞而凍結，并在碰凍時表面飛出碎屑而引起。當冰晶的兩頭間諜有差異時熱的一頭氫離子擴散速度比氫氧根離子快而帶負電，冷的一端則帶正電，一旦冰晶斷裂正負電將分居二個小殘粒上。另一方面云滴在霰粒表面碰凍時冰殼外表面帶正電表面帶負電，當外殼破碎時，破碎的殼屑帶正電而霰粒表面帶上負電，碎殼因細小受上升力的推動而積于云的上部，霰粒則因較重而聚積于云的底部而形成電位差，當電位差達到幾百米幾千伏時，便有游泳雷聲條條閃電，這就是雷電。云層與云層之間放電，雖然有很大的聲響和強烈的閃電，對人們危害不大，只有云層對放電才會使建筑物、電氣設備或人畜等受到

36、破壞和傷亡，其破壞作用由以下三方面引起：1）直接雷擊：是雷云直接對地面物體放電，雷擊的時間雖然很短，只有萬分之幾到百分之幾秒，但有很大的電流通過，可達100200千安，使空氣溫度驟然升到攝氏12萬度，產生強烈的沖擊波，造成房屋損壞，人畜傷亡。當雷電流通過有電阻或電感物體時，能產生很大的電壓降和感應電壓，破壞絕緣，產生火花，使設備損壞，甚至引起燃燒、爆炸、使危害進一步擴大。2）感應放電：是附近落雷所引起的電磁作用的結果，可分類靜電感應和電磁感應兩種：靜電感應是由于建筑物上空有雷云時，建筑物會感應出與雷云所帶電負荷相反的電荷，雷云向地面開始放電后，在放電通路中的電荷迅速中和，但建筑物頂部的電荷不能

37、立刻流散入地，便形成很高的電位，造成在建筑物的電線、金屬設備、金屬管道放電，引起火災、爆炸和人身事故。電磁感應是當雷電流通過金屬體入地時，形成強大的磁場，能使附近的金屬導體感應出高電勢，在導體回路的缺口引起火花。3)由架空線路引入高電位：架空線路在直接雷擊或在附近落雷而感應過電壓時，如不設法在路途使大量電荷流散入地，就會沿架空線路引進屋，造成房屋損壞或電氣設備絕緣擊穿等現象。近年來的發電廠和變電所的防雷保護主要采取以下措施：1)發電廠和變電所的直擊雷保護。裝設避雷針是直擊雷防護的主要措施，避雷針是保護電氣設備、建筑物不受直接雷擊的雷電接受器。它將雷吸引到自己的身上，并安全導入地中，從而保護了附

38、近絕緣水平比它低的設備免遭雷擊。裝設避雷針時對于35kV變電所必須裝有獨立的避雷針，并滿足不發生反擊的要求；對于110kV與以上的變電所，由于此類電壓等級配電裝置的絕緣水平較高，可以將避雷針直接裝設在配電裝置的架構上，因此，雷擊避雷針所產生的高電位不會造成電氣設備的反擊事故。2)變電所對入侵波的保護。對入侵波保護的主要措施是在其進線上裝設閥型避雷器。閥型避雷器的基本元件為火花間隙和非線性電阻，目前，FS系列閥型避雷器為火花間隙和非線性電阻，其主要用來保護小容量的配電裝置SFZ系列閥型避雷器，主要用來保護中等與大容量變電所的電氣設備；FCZ1系列磁吹閥型避雷器，主要用來保護變電所的高壓電氣設備。

39、3)變電所的進線保護。對進線實施防雷保護，其目的就是限制流經避雷器的雷電電流幅值和雷電波的陡度。當線路上出現過電壓時，將有行波沿導線向變電所運動，其幅值為線路絕緣的50沖擊閃絡電壓，線路的沖擊耐壓比變電所設備的沖擊耐壓要高很多。因此，在近變電所的進線上加裝避雷線是防雷的主要措施。如果沒架設避雷線，當近變電所的進線上遭受雷擊時，流經避雷器的雷電電流幅值可超過5kA，且其陡度也會超過允許值，勢必會對線路造成破壞。4)變壓器的防護。變壓器的基本保護措施是靠近變壓器處安裝避雷器，這樣可以防止線路侵入的雷電波損壞絕緣。裝設避雷器時，要盡量靠近變壓器，并盡量減少連線的長度，以便減少雷電電流在連接線上的壓降

40、。同時，避雷器的接線應與變壓器的金屬外殼與低壓側中性點連接在一起，這樣，當侵入波使避雷器動作時，作用在高壓側主絕緣上的電壓就只剩下避雷器的殘壓了(不包括接地電阻上的電壓壓降)，就減少了雷電對變壓器破壞的機會。5)變電所的防雷接地。變電所防雷保護滿足要求以后，還要根據安全和工作接地的要求敷設一個統一的接地網，然后避雷針和避雷器下面增加接地體以滿足防雷的要求，或者在防雷裝置下敷設單獨的接地體。此外，從雷電干擾的途徑分析大都是雷電活動時,雷電波沿線路侵入變電所,有時,由于雷電幅值較低不足以使線路或母線避雷器動作，或避雷器動作時避雷器動作后的殘壓通過變壓器的電磁感應耦合到低壓側,使低壓電源系統產生雷電

41、過電壓,或強電源浪涌。因此，弱電系統也需要進行防雷保護。具體保護的方式有：1、完善低壓電源系統的防雷保護措施因雷電通過低壓電源系統對計算機等弱電系統的危害較大,因而低壓電源系統的防雷保護也就特別重要。檢查發生低壓雷害事故的變電所發現在低壓電源系統大都沒有防雷保護措施,而低壓電源系統又直接關系著微機保護和綜合自動化系統的安全。為防止低壓電源系統的雷害事故,在低壓電源系統中就需要采取以下措施：1）在廠、所用變壓器的低壓側裝相應電壓等級的氧化鋅避雷器進行保護;2）在微機保護和綜合自動化裝置的電源前邊串接隔離變壓器進行隔離,并加裝對地電容進行雷電波的吸收;3）在微機保護和綜合自動化裝置的電源前邊串接浪

42、涌吸收保護器進行保護。2、改善接地網的沖擊電位分布防止地電位干擾1）降低接地網的接地電阻限制地電位升高,特別是在要在構架避雷針、避雷器下增加垂直接地極，的放射狀的水平接地以降低其沖擊接地電阻,防止雷電流入地時造成的局部地電位升高向二次電纜反擊。2）改善沖擊地電位分布限制局部電位升高在設計接地網時應盡量采用方孔地網以改善地面電位分布，對方孔地網的網格大小要從地電位分布均勻考慮,防止局部電位升高。在電纜溝要設置接地帶、在電纜溝附近要設置與電纜溝平行的水平均壓帶以改善電纜溝的電位均勻。防止地電位不均對二次回路的干擾。接地網表面的地電位分布要滿足接觸電壓和跨步電壓的要求。3.4 本章小結本章首先介紹了

43、電氣主接線的設計原則和電氣主接線的基本類型，從根本上把握了設計電氣主接線時所應當注意的問題，為后面設計火力發電廠的主接線打下了基礎。其次，本章還介紹了雷電活動對電力系統的影響，提出了防雷保護的必要性與相關概念，結合我國目前的發電廠和變電所的具體情況，提出了一些防雷保護性措施，這些都將在后序章節的電氣主接線設計部分具體加以說明。火力發電廠的電氣主接線設計4.1 電氣主接線的設計4.1.1 電氣主接線的設計原則電氣主接線是發電廠、變電站設計的主體。采用哪一種主接線的形式，與電力系統的原始資料，發電廠、變電站本身運行的可靠性、靈活性和經濟性的要求等密切相關，并且對電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護

44、和控制方式的擬訂都有較大的影響。因此，主接線的設計必須根據電力系統、發電廠或變電站的具體情況，全面分析，正確處理好各方面的關系，通過技術經濟比較，合理地選擇主接線方案。一、電氣主接線設計的一般步驟：1)原始資料分析。根據下達的設計任務書的要求，在分析原始資料的基礎上，各電壓等級擬訂可采用的數個主接線方案。2)對擬訂的各方案進行技術、經濟比較，選出最好的方案。各主接線方案都應該滿足系統和用戶對供電可靠性的要求，最后確定何種方案，要通過經濟比較，選用年運行費用最小的作為最終方案，當然，還要兼顧到今后的擴容和發展。3)繪制電氣主接線圖。按工程要求，繪制工程圖，圖中采用新國標圖形符號和文字代號，并將所

45、有設備的型號、主要參數、母線與電纜截面等標注在圖上。二、對主接線設計的基本要求主接線應滿足可靠性、靈活性、經濟性和發展性等四方面的要求。1)可靠性。為了向用戶供應持續、優質的電力，主接線首先必須滿足這一可靠性的要求。主接線的可靠性的衡量標準是運行實踐，要充分地做好調研工作，力求避免決策失誤，鑒于進行可靠性的定量計算分析的基礎數據尚不完善的情況，充分地做好調查研究工作顯得尤為重要。主接線的可靠性不僅包括開關、母線等一次設備，而且包括相對應的繼電保護、自動裝置等二次設備在運行中的可靠性，不要孤立地分析一次系統的可靠性。為了提高主接線的可靠性，選用運行可靠性高的設備是條捷徑，這就要兼顧可靠性和經濟性

46、兩方面，作出切合實際的決定。2)靈活性。電氣主接線的設計，應當適應在運行、熱備用、冷備用和檢修等各種方式下的運行要求。在調度時，可以靈活地投入或切除發電機、變壓器和線路等元件，合理調配電源和負荷。在檢修時，可以方便地停運斷路器、母線與二次設備，并方便地設置安全措施，不影響電網的正常運行和對其他用戶的供電。3)經濟性。方案的經濟性體現在以下三個方面：1、投資省。主接線要力求簡單，以節省一次設備的使用數量；繼電保護和二次回路在滿足技術要求的前提下，簡化配置、優化控制電纜的走向，以節省二次設備和控制電纜的長度；采取措施，限制短路電流，得以選用價廉的輕型設備，節省開支。2、占地面積小。主接線的選型和布

47、置方式，直接影響到整個配電裝置的占地面積。3、電能損耗小。經濟合理地選擇變壓器的類型(雙繞組、三繞組、自耦變、有載調壓等)、容量、數量和電壓等級。4)發展性。主接線可以容易地從初期接線方式過渡到最終接線。在不影響連續供電或停電時間最短的情況下，完成過渡期的改擴建，且對一次和二次部分的改動工作量最少。 主接線設計簡要的實現步驟如下：1、搜集、整理、分析原始資料，初步擬定幾個技術可行方案；2、分別擬定高、低壓側的基本接線形式；3、選擇主變。包括臺數、運行方式、容量、型式、參數；4、選擇自用電或近區用電。包括接入點、電壓等級、供電方式；5、經過技術比較，選出23個較優方案；6、通過經濟比較計算確定最

48、優方案（包括設備的配置）；7、初選導線截面；8、短路電流計算；9、設備的配置和選擇和校驗計算；10、繪制主接線圖。 4.1.2 火力發電廠電氣主接線的設計一、原始資料分析1)工程情況。包括發電廠類型、設計規劃容量(近期、遠景)和單機容量與臺數。發電機的機組容量應根據電力系統規劃容量、負荷增長速度和電網結構等因素進行選擇，最大機組的容量以占系統總容量的810為宜。一個電廠的機組其臺數最好不超過6臺，容量等級不超過兩種，同容量機組應盡量選用同一型式。發電廠的電壓等級不宜多于三級。一般設置升高電壓一級到兩級，發電機電壓一級。本次設計是針對某火力發電廠的電氣主接線的設計進行的，在對其一次側主接線的設計

49、之外，還設計了其廠用電接線、6kV線路的過電流保護和有關防雷保護的實現，這些都將會在以后的章節中給出，本節只介紹其一次側的電氣主接線。本次設計中，火力發電廠共有兩臺發電機，單機容量都為150MW。電壓等級有110kV和220kV兩種。2)電廠在電力系統中的地位和作用。電力系統的發電廠分為大型樞紐電廠、中小型地區電廠和企業自備電廠等類型。大型樞紐電廠一般以220500kV的電壓接入超高壓系統；地區電廠靠近城鎮，一般接人110220kV系統；企業自備電廠以向本企業供暖供熱為主，并與地區35220kV系統相連。中小型電廠附近如果有電力用戶，可通過發電機電壓母線向附近用戶供電。目前，按發電廠的容量劃分

50、為：總容量在1000MW與以上，單機容量在200MW與以上的發電廠稱為大型發電廠；總容量在2001000MW，單機容量在50200MW的發電機稱為中型發電廠；總容量在200MW以下，單機容量在50MW以下的稱為小型發電廠。分析該廠在系統中所處的地位，停電對系統供電的可靠性的影響，從而提出對主接線的要求。本次設計中的火力發電廠屬于中小型地區電廠，發出的電能除了供本地區與自身廠用電之外，還對外輸送電能。向外輸送電能經兩臺三繞組變壓器分別接至110kV和220kV系統。火力發電廠總裝機容量為300MW，單機容量分別為150MW。3)負荷情況。負荷情況在原始數據中，如負荷的性質、地理位置、輸電電壓等級

51、等。 設計中的火力發電廠所發出的電能主要供本地區的日常生活和照明使用，還有給一些重要用戶提供不間斷的供電。這些重要用戶如：鋼鐵基地、大型化工、冶煉企業與城鎮的綜合用電。二、電氣主接線的設計主接線圖中所用的器件如下表：火力發電廠的主接線圖見附圖一所設計的火力發電廠裝有兩臺發電機，容量都是150MW；發電廠供給本地區后的剩余電能通過兩臺三繞組主變壓器送入220kV和110kV電壓級；110kV為分段的單母線接線，重要用戶可用雙回路分別接到兩分段上；220kV為有專用旁路斷路器的雙母線帶旁路母線接線，只有出線進旁路，主變壓器不進旁路。4.1.3 互感器和避雷器的配置 在主接線圖中的位置已具體標出，關

52、于器件類型的選擇將會在本章最后一節中具體給出。4.1.4 主變壓器的選擇一、主變壓器選擇的依據主變壓器是電氣主接線的核心環節。主變容量選擇太大或臺數太多，會造成投資浪費，增加系統運行費用；容量太小或臺數太少，又無法滿足負荷的供電需求，同時也會使發電機的發電能力得不到充分利用。 主變壓器的選擇包括主變壓器的容量、臺數的確定和型式的選擇。主變壓器：在發電廠中向電力系統輸送功率的變壓器；在變電所中向用戶輸送功率的變壓器。聯絡變壓器：用于兩種電壓等級之間交換功率的變壓器。自由變壓器：向廠用電系統供電的廠用變壓器。依據：主變臺數與電壓等級、接線形式、傳輸容量和與系統的聯系有很大關系。一般為14臺。、發電

53、廠的主變壓器：與系統有強聯系的大、中型發電廠，主變不少于兩臺；與系統有弱聯系的中、小型發電廠，主變可只裝一臺。、變電所主變壓器：簡易接線變電所只裝設12臺變壓器；大型樞紐變電所（尤其是特高壓變電所），在同一電壓等級下主變臺數不應少于2臺。330500kV的大型變電所推薦采用4臺自耦變壓器。二、主變壓器型式的選擇：1、相數：單相、三相；2、絕緣：油浸式、干式；3、繞組數：雙繞組（只有一個升高電壓等級）、三繞組、自耦變壓器； 4、連接組別：Y，d11（小接地系統） Yn，d11（大接地系統）5、調壓方式：調節發電機出口電壓、投切調相機、補償電容和改變變壓器變比。6、冷卻方式：自然風冷卻 、強迫空氣

54、冷卻 、強迫油循環水冷卻 、強迫油循環風冷卻 、強迫油循環向冷卻 、水冷變壓器。如果只有一個升高電壓等級：優先選用三相油浸式雙繞組變壓器；接線組別有Y，d11或YN，d11。 如果有兩個升高電壓等級：優先選用三相油浸式三繞組變壓器；再考慮選用兩個雙繞組變壓器。三、本次設計中所用主變壓器的選擇本次設計中使用的變壓器是三繞組變壓器，發電機和變壓器接成單元接線，可按照以下方式進行選擇：單元接線中的主變壓器容量SN應按發電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度選擇。SN 1.1PNG（1KP）/ cosG 式中：PNG發電機的容量，在擴大單元接線中為兩臺發電機的容量之和，MW；KP廠用電率

55、；cosG發電機額定功率因數；本次設計中，PNG = 150 MW；KP = 10%；cosG= 0.85。經計算 SN = 206000kVA；經查發電廠電氣部分附錄一，主變壓器選用SFPS7-240000/220型。該型號變壓器的額定容量是240000 kVA，高壓、中壓、低壓的額定電壓分別為：242kV、121kV、15.75kV，能夠滿足該系統正常運行的需求。主變壓器型式的選擇：在330kV與以下的發電廠和變電所中，一般都選用三相式變壓器。因為一臺三相式較同容量的三臺單相式投資小，占地少，損耗小，同時配電裝置結構較簡單，運行維護較方便。故本次計設選用的是三相升壓式變壓器。4.2 廠用電

56、接線的設計4.2.1 廠用電接線的基本要求本節講述廠用電、廠用電負荷分類以與對廠用電接線的基本要求和廠用電接線設計原則，介紹不同類型發電廠的廠用電接線的特點。發電廠在啟動、運轉、停役、檢修過程中，有大量由電動機拖動的機械設備，用以保證機組的主要設備(如鍋爐、汽輪機或水輪機、發電機等)和輸煤、碎煤、除灰、除塵與水處理的正常運行。這些電動機以與全廠的運行、操作、試驗、檢修、照明用電設備等都屬于廠用負荷，總的耗電量，統稱為廠用電。廠用電的可靠性，對電力系統的安全運行非常重要。隨著超臨界參數大容量機組、雙水冷發電機冷卻方式、計算機實時控制的采用以與核電廠的出現，對廠用電的可靠性提出了更高的要求。提高廠

57、用電可靠性的目的，是使電廠長期無故障運行，不致因廠用電局部故障而被迫停機。為此必須認真考慮合理廠用供電電源的取得方式，工作電源和接線方式；此外，還應配備完善的繼電保護與自動裝置，合理配置廠用機械，并正確選擇電動機類型、容量和臺數；在運行中需對廠用機械進行正確維護和科學管理。廠用電所需的電量，大部分都由發電廠自身供給。其耗電量與發電廠的類型、機械化和自動化的程度、燃料種類與其燃燒方式、蒸汽參數等因素有關。廠用電耗電量占發電廠全部發電量的百分數，稱為廠用電率。廠用電率是發電廠運行的主要經濟指標之一。一般凝汽式火電廠的廠用電率為5%8%，熱電廠為8%13%，水電廠為05%1O%。降低廠用電率不僅能夠

58、降低電能成本，同時也相應地增大了對電力系統的供電量。一、廠用電負荷的分類廠用電負荷，根據其用電設備在生產中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度，按其重要性可分為四類：1)I類廠用負荷。凡是屬于短時(手動切換恢復供電所需要的時間)停電會造成主輔設備損壞、危與人身安全、主機停運與影響大量出力的廠用負荷，都屬于I類負荷。如火電廠的給水泵、凝結水泵、循環水泵、引風機、送風機、給粉機等以與水電廠的調速器、壓油泵、潤滑油泵等。通常它們都設有兩套設備互為備用，分別接到有兩個獨立電源的母線上，當一個電源斷電后，另一個電源就立即自動投入。2)II類廠用負荷。允許短時停電(幾秒至幾分鐘)，恢復供電后，不致造成生產

59、紊亂的廠用負荷，均屬于類廠用負荷。如火電廠的工業水泵、疏水泵、灰漿泵、輸煤設備和化學水處理設備等，以與水電廠部分廠用電動機。一般它們均應由兩段母線供電，并采用手動切換。3)類廠用負荷。較長時間停電，不會直接影響生產，僅造成生產上不方便的廠用負荷，都屬于類廠用負荷。如試驗室、修配廠、油處理室的負荷等。通常它們由一個電源供電，但在大型發電廠，也常采用兩路電源供電。4)事故保安負荷。在200MW與以上機組的大容量電廠中，自動化程度較高，要求在事故停機過程中與停機后的一段時間，仍必須保證供電，否則可能引起主要設備損壞、重要的自動控制失靈或危與人身安全的負荷，稱為事故保安負荷。按對電源要求的不同它又可分

60、為：直流保安負荷，如發電機的直流潤滑油泵、事故氫密封油泵等；交流保安負荷，如盤車電動機、交流潤滑油泵、交流密封油泵、消防水泵等。為滿足事故保安負荷的供電要求，對大容量機組應設置事故保安電源。通常，由蓄電池組、柴油發電機組、燃汽輪機組或可靠的外部獨立電源作為事故保安負荷的備用電源。5)不間斷供電負荷。在機組運行期間，以與正常或事故停機過程中，甚至在停機后的一段時間，需要連續供電并具有恒頻恒壓特性的負荷，稱為不間斷供電負荷。如實時控制用的計算機、熱工保護、自動控制和調節裝置等。不間斷供電電源一般采用由蓄電池供電的電動發電機組或配備數控的靜態逆變裝置。二、廠用電接線設計的基本要求廠用電接線的設計應按