摘 要由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通 過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到各負荷中心。電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠、變電所本身的運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性密切相關(guān)。并且對電氣設(shè)備選擇、配電裝置配置、繼電保護和控制方式的擬定有較大的影響。電能的使用已經(jīng)滲透到社會、經(jīng)濟、生活的各個領(lǐng)域，而在我國電源結(jié)構(gòu)中火電設(shè)備容量占總裝機容量的 75%。本文是對配有 4 臺 200MW 汽輪發(fā)電機的大型火電廠一次部分的初步設(shè)計，主要完成了電氣主接線的設(shè)計。包括電氣主接線的形式的比較、選擇；主變壓器、啟動/備用變壓器和高壓廠用變壓器容量計算、臺數(shù)和型號的選擇；短路電流計算和高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗; 并作了變壓器保護。關(guān)鍵詞： 發(fā)電廠；變壓器；電力系統(tǒng)；繼電保護；電氣設(shè)備目 錄1 緒 論 11.1 電力系統(tǒng)概述 11.2 畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容及基本思想 11.2.1 畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標 .21.2.2 畢業(yè)設(shè)計的基本思想及設(shè)計工作步驟 .22 4*200MW 火力發(fā)電廠電氣主接線的確定 42.1 概 述 42.1.1 電氣主接線設(shè)計的重要性 .42.1.2 電氣主接線的設(shè)計依據(jù) .42.1.3 電氣主接線的主要要求 .52.2 電氣主接線的選擇 52.2.1 主接線的基本形式 .62.2.2 主接線的設(shè)計 102.2.3 方案的選擇 133 火電廠發(fā)電機、變壓器的選擇 .153.1 主變壓器和發(fā)電機中性點接地方式 153.1.1 電力網(wǎng)中性點接地方式 153.1.3 發(fā)電機中性點接地方式.163.2 發(fā)電機的選型 163.2.1 簡介.163.2.2 選型.163.3 變壓器的選型 173.3.1 具有發(fā)電機電壓母線的主變壓器 173.3.2 單元接線的主變壓器 193.4 電氣設(shè)備的配置 194 火力發(fā)電廠短路電流計算 .214.1 概 述 214.1.1 短路的原因及后果 214.1.2 短路計算的目的和簡化假設(shè) 224.2 各系統(tǒng)短路電流的計算 .224.2.1 短路計算的基本假定和計算方法 224.2.2 電抗圖及電抗計算 234.2.3 短路點的選擇、短路電流以及沖擊電流的計算 245 火電廠一次設(shè)備的選擇 325.1 選擇電氣一次設(shè)備遵循的條件 325.1.1 按正常工作條件選擇 325.1.2 按短路條件進行校驗 345.2 電氣設(shè)備的選擇 .355.2.1 系統(tǒng)各個回路的最大工作電流 355.2.2 高壓斷路器的選擇 375.2.3 高壓隔離開關(guān)的選擇 435.2.4 互感器的選擇 495.2.5 電抗器的選擇 565.2.6 導(dǎo)線及電纜的選擇及校驗 585.2.7 避雷器的選擇 646 變壓器的繼電保護 666.1 概述 .666.1.1 電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務(wù) 666.1.2 電力變壓器的繼電保護 666.2 變壓器繼電保護的整定計算 .686.2.1 縱聯(lián)差動保護的整定計算686.2.2 過電流保護的整定計算 727 結(jié) 論 74參考文獻 .75英文原文 .75英文翻譯 .96致 謝 1081 緒 論1.1 電力系統(tǒng)概述由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通 過發(fā)電動力裝置（主要包括鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等）轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到各負荷中心。由于電源點與負荷 中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無法大量儲存，電能生產(chǎn)必須時刻保持與消費平衡。因此，電能的集中開發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應(yīng)與負荷的隨機變化，就制約 了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行。據(jù)此，電力系統(tǒng)要實現(xiàn)其功能，就需在各個環(huán)節(jié)和不同層次設(shè)置相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，以便對電能的生產(chǎn)和輸運過程進行測量、調(diào)節(jié)、 控制、保護、通信和調(diào)度，確保用戶獲得安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的電能。電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉(zhuǎn)換為其它的能源，而且便于控制、管理和調(diào)度,易于實現(xiàn)自動化。因此，電能已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟、社會生產(chǎn)和人民生活的各個方面。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠提供，電力工業(yè)已成為我國實現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，得到迅猛發(fā)展。到 2003 年底，我國發(fā)電機裝機容量達 38450 萬千瓦，發(fā)電量達 19080 億度，居世界第 2 位。工業(yè)用電量已占全部用電量的 50～70%，是電力系統(tǒng)的最大電能用戶，供配電系統(tǒng)的任務(wù)就是企業(yè)所需電能的供應(yīng)和分配。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使高效、無污染、使用方便、易于調(diào)控的電能得到廣泛應(yīng)用，推動了社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域的變化，開創(chuàng)了電力時代，發(fā)生了第二次技術(shù)革命。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準已成為一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的標志之一。我國的電力系統(tǒng)從 50 年代開始迅速發(fā)展。到 1991 年底，電力系統(tǒng)裝機容量為14600 萬千瓦，年發(fā)電量為 6750 億千瓦時，均居世界第四位。輸電線路以 220 千伏、330 千伏和 500 千伏為網(wǎng)絡(luò)骨干，形成 4 個裝機容量超過 1500 萬千瓦的大區(qū)電力系統(tǒng)和 9 個超過百萬千瓦的省電力系統(tǒng)，大區(qū)之間的聯(lián)網(wǎng)工作也已開 始。此外，1989 年，臺灣省建立了裝機容量為 1659 萬千瓦的電力系統(tǒng)。1.2 畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容及基本思想本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是一個 4*200MW 火力發(fā)電廠的電氣部分設(shè)計。在這次設(shè)計中一共分通過以下幾個步驟來五年成本次的設(shè)計任務(wù)。1.2.1 畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標1、電廠規(guī)模：裝機容量: 裝機 4 臺，容量分別為4X200MW, UN=10.5KV機組年利用小時數(shù): Tmax=6200h氣象條件：年最高溫度 40 度，平均氣溫 25 度，氣象條件一般，無特殊要求廠用電率：8%。2、主要技術(shù)指標：（1） 保證供電安全、可靠、經(jīng)濟；（2）功率因數(shù)達到 0.9 及以上3、主要內(nèi)容：（1）確定主接線：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，分析原始資料與數(shù)據(jù)，列出技術(shù)上可能實現(xiàn)的 2—3 個方案，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，確定最優(yōu)方案。（2）選擇主變壓器：選擇變壓器的容量、臺數(shù)、型號等。（3）短路電流計算：根據(jù)電氣設(shè)備選擇和繼電保護整定的需要，選擇短路計算點，繪制等值網(wǎng)絡(luò)圖，計算短路電流，并列表匯總。（4）電氣設(shè)備的選擇：選擇并校驗斷路器、隔離開關(guān)、電抗器、電流互感器、電壓互感器、母線、電纜、避雷器等，選用設(shè)備的型號、數(shù)量匯總成設(shè)備一覽表；（5）主變壓器繼電保護的整定計算及配置1.2.2 畢業(yè)設(shè)計的基本思想及設(shè)計工作步驟1、主接線的設(shè)計發(fā)電廠的主接線是保證電網(wǎng)的安全可靠、經(jīng)濟運行的關(guān)鍵，是電氣設(shè)備布置、選擇、自動化水平和二次回路設(shè)計的原則和基礎(chǔ)。電氣主接線的設(shè)計原則是：應(yīng)根據(jù)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)的地位和作用，首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的可靠運行和經(jīng)濟調(diào)度的要求。根據(jù)規(guī)劃容量、本期建設(shè)規(guī)模、輸送電壓等級、進出線回路數(shù)、供電負荷的重要性、保證供需平衡、電力系統(tǒng)線路容量、電氣設(shè)備性能和周圍環(huán)境及自動化規(guī)劃與要求等條件確定。應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的要求。2、主變壓器的選擇發(fā)電廠 200MW 及以上機組為發(fā)電機變壓器組接線時的主變壓器應(yīng)滿足DL5000—2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定：“變壓器容量可按發(fā)電機的最大連續(xù)容量扣除一臺廠用變壓器的計算負荷和變壓器繞組的平均溫度或冷卻水溫度不超過 650C 的條件進行選擇” 。3、短路電流的計算短路就是指不同電位的導(dǎo)電部分包括導(dǎo)電部分對地之間的低阻性短接。短路電流計算是發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)計的主要計算項目，它涉及接線方式及設(shè)備選擇。工程要求系統(tǒng)調(diào)度或系統(tǒng)設(shè)計部門提供接入本電廠和變電所的各級電壓的的綜合阻抗值，由電氣專業(yè)負責計算。 進行短路計算的目的是為了限制短路的危害和縮小故障的影響范圍。三相短路是危害最嚴重的短路形式，因此，三相短路電流是選擇和校驗電器和導(dǎo)體的基本依據(jù)。4、電氣設(shè)備的選擇選擇并校驗斷路器、隔離開關(guān)、電抗器、電流互感器、電壓互感器、母線、電纜、避雷器等，選用設(shè)備的型號正確的選擇電氣設(shè)備的目的是為了事導(dǎo)體和電器無論在正常情況或故障情況下，均能安全、及經(jīng)濟合理的運行、在進行設(shè)備選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況、在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的采取新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設(shè)備。5、主變壓器繼電保護的設(shè)計繼電保護是保證系統(tǒng)安全和設(shè)備可靠運行的關(guān)鍵裝置之一。當電力系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生故障時，繼電保護應(yīng)準確、可靠快速的切出故障，保證系統(tǒng)和設(shè)備的安全發(fā)供電，并能保證其他設(shè)備的正常繼續(xù)運行。為防止變壓器發(fā)生各類故障和不正常運行造成的不應(yīng)有的損失以及保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)運行，變壓器應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的保護。2 4*200MW 火力發(fā)電廠電氣主接線的確定2.1 概 述電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠、變電所本身的運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性密切相關(guān)。并且對電氣設(shè)備選擇、配電裝置配置、繼電保護和控制方式的擬定有較大的影響。因此，必須正確處理好各方面的關(guān)系，全面分析有關(guān)影響因素，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，合理確定主接線的方案。發(fā) 電 廠 的 電 氣 主 接 線 是 保 證 電 力 網(wǎng) 安 全 可 靠 、 經(jīng) 濟 運 行 的 關(guān) 鍵 ， 是 電 氣 設(shè) 備 布置 、 選 擇 、 自 動 化 水 平 和 二 次 回 路 設(shè) 計 的 原 則 和 基 礎(chǔ) 。2.1.1 電氣主接線設(shè)計的重要性首先，電氣主接線圖示電氣運行人員進行各種操作和事故處理的重要依據(jù)，因此電氣運行人員必須熟悉本廠電氣主接線土，了解電路中各種電器設(shè)備的用途、性能及維護、檢察項目和運行的步驟。其次，電氣主接線表明了發(fā)電機、變壓器、斷路器和線路等電氣設(shè)備的數(shù)量、規(guī)格、連接方式及可能的運行方式。電氣主接線直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定。是發(fā)電廠電氣部分投資大小的決定性因素。再次，由于電能生產(chǎn)的特點是：發(fā)電、變電、書電荷用電視在同一時刻完成的，所以主接線的好壞，直接關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行，也直接影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。所以電氣主接線的擬定是一個綜合性的問題，必須在滿足國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策的前提下，力爭使其技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全可靠。2.1.2 電氣主接線的設(shè)計依據(jù)1、發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和作用電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠有大型主力電廠、中小型地區(qū)電廠及企業(yè)自備電廠三種類型。大型主力或電廠靠近煤礦或沿海、沿江，并接入 300-500KV 超高壓系統(tǒng)；地區(qū)電廠靠近城鎮(zhèn)，一般接入 110-220KV 系統(tǒng)，也有接入 330KV 系統(tǒng)；企業(yè)自備電廠則以本企業(yè)供電供熱為主，并與地區(qū) 110-220KV 系統(tǒng)相連。中小型電廠常有發(fā)電機電壓饋線向附近供電。2、負荷大小和重要性（1）對于一級負荷必須有兩個獨立電源供電，切當任何一個電源失去后，能保證對全部一級負荷不間斷供電。（2）對于二級負荷一般要有兩個獨立電源供電，且當任何一個電源失去后，能保證全部或大部分二級負荷的供電。（3）對于三級負荷一般只需一個電源供電。2.1.3 電氣主接線的主要要求電氣主接線的設(shè)計原則是：根據(jù)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)的地位和作用，首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的可靠運行和經(jīng)濟調(diào)度的要求。根據(jù)規(guī)劃容量、本期建設(shè)規(guī)模、輸送電壓等級、進出線回路數(shù)、供電負荷的重要性、保證供需平衡、電力系統(tǒng)線路容量、電氣設(shè)備性能和周圍環(huán)境及自動化規(guī)劃與要求等條件確定。應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的要求。（1） 可靠性：衡量可靠的標準，一般是根據(jù)主接線型式機主要設(shè)備操 作的可能方式，按一定的規(guī)律計算出“不允許”事件發(fā)生的規(guī)律，停運的持續(xù)時間期望值等指標，對幾種主接線型式中擇優(yōu)。所謂“不允許”事故，是指發(fā)生故障后果非常嚴重的事故，如全部電源津縣停運、朱變壓器停運，全場停電事故等。供電可靠性是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，主接線首先應(yīng)滿足這個要求。（2） 靈活性：是指在調(diào)度時，可以靈活的投入和切除發(fā)電機、變壓器和線路，調(diào)配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式以極特殊運行方式下的系統(tǒng)電鍍要求；在檢修時，可以方便的停運斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，而不致影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電；在擴建時，可以容易的從初期接線擴建到最終接線，在不影響連接供電或停電時間最短的情況下，投入新機組、變壓器或線路，并對一次和二次部分的改建工作量最少。在操作時間便、安全、不易發(fā)生誤操作的“方便性” 。（3） 主接線應(yīng)在滿足供電可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟性。即：主接線應(yīng)力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器等一次設(shè)備，要是控制、保護不過于復(fù)雜，要能限制短路電流，以便于選擇價廉的電氣設(shè)備或輕型電器。做到投資省。合理的選擇主變壓器的種類（雙繞組、三繞組或自耦變等）容量、臺數(shù)，避免兩次變壓而增加電能的損失。電器主接線選擇時要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少。2.2 電氣主接線的選擇發(fā)電廠的主接線的基本環(huán)節(jié)是電源（發(fā)電機或變壓器）和引出線。母線（又稱匯流母線）是中間環(huán)節(jié)，它起著匯總和分配電能的作用。由于多數(shù)情況下引出線數(shù)目要比電源數(shù)目多好幾倍，故在二者之間采用母線連接既有利于電能交換，還可以使接線簡單明了和運行方便。2.2.1 主接線的基本形式1、單母線接線只有一組母線的接線如圖 1-1 所示是一個典型的單母線接線圖。這種接線的特點是電源和供電線路都聯(lián)在同一母線上。為了便于投入或切除任何一條進、出引線每條引線上都裝有可以切除符合電流和故障電流的斷路器。單母線接線的主要優(yōu)點是：接線簡單、清晰、采用設(shè)備少，投資省，操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置。單母線接線一般只適用于一臺發(fā)電機或一臺變壓器的以下三種情況：（1）6～10KV 配電裝置的出線回數(shù)不超過 5 回；（2）35～63KV 配電裝置的出線回數(shù)不超過 3 回；（3）110～220KV 配電裝置的出線回數(shù)不超過 3 回。單母線接線最嚴重的缺陷是母線停運（母線檢修、故障，線路故障后線路保護或斷路器拒運）將使全部支路停運，即停電范圍為該母線段的 100%，且停電時間很長，若為母線自身損壞須待母線修復(fù)之后方能恢復(fù)各支路運行。T 2T 1電源母線線路單母線接線 單母線分段接線T 1 T 2圖 2 - 1 圖 2 - 2隔離開關(guān)作為操作電器，所以斷路器和隔離開關(guān)在正常運行操作時，必須嚴格遵守操作順序；隔離開關(guān)“先合后斷”或在等電位狀態(tài)下進行操作。2、單母線分段接線單母線接線的缺點可以通過將母線分段的辦法來克服。如圖 2-2 所示。當母線的中間裝設(shè)一個斷路器后，即把母線分為兩段，這樣對重要的用戶可以由分別接于兩段母線上的兩條線路供電。由于單母線分段接線既保留了單母線接線本身的簡單、經(jīng)濟、方便等基本優(yōu)點，又在一定程度上克服了它的缺點，所以這種接線目前仍被廣泛應(yīng)用。單母線分段接線適用范圍：（1）6～10KV 配電裝置的出線回數(shù)為 6 回及以上時；（2）35～63KV 配電裝置的出線回數(shù)為 4～8 回時；（3）110～220KV 配電裝置的出線回數(shù)為 3～4 回時。單母線分段有其如下優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要的用戶可以從不同的段引出兩條回路，有兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器會自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。但是單母線分段接線也有較顯著的缺點，就是當一段母線或母線隔離開關(guān)發(fā)生故障或檢修時，該段母線上所連接的全部引線都要在檢修期間停電；當出線為雙回路時，需時架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴建時須向兩個方向均衡擴建。顯然對于大容量發(fā)電廠來說，這都是不允許的。因此，還要改進。3、雙母線接線雙母線接線是根據(jù)單母線接線的缺點提出來的，如圖 2-3 所示。雙母線接線，其中一組為工作母線，以組為備用母線，并通過母聯(lián)斷路器并聯(lián)運行，在進行道砟操作時應(yīng)注意，隔離開關(guān)的操作原則是：在等電位下操作或先通后斷。它可以有兩種運行方式，一種是固定連接分段運行方式。即一些電源與出線固定連接在一組母線上，母聯(lián)斷路器合上，相當于單母線分段運行。另一種工作方式相當于單母線運行方式。很顯然雙母線分段的可靠性高于前兩種接線方式，只是母線保護較復(fù)雜。然而它比單母線分段接線的投資更大。電源 1 電源 2圖 2 - 3 雙母線接線如檢修工作母線是其操作步驟是：先合上母線斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)，再合母線斷路器，向備用線充電，這是兩組母線等電位。為保證不中斷供電，應(yīng)先接通備用母線上的隔離開關(guān)，再斷開工作母線上的隔離開關(guān)。完成母線轉(zhuǎn)換后，在斷開母聯(lián)斷路器及其兩側(cè)的隔離開關(guān)，即可對原工作母線進行檢修。雙母線接線的適用范圍：（1）6～10KV 配電裝置，當短路電流較大，出線需要帶電抗器時；（2）35～63KV 配電裝置的出線回數(shù)超過 8 回火連接電源較多、負荷較大時；（3）110～220KV 配電裝置的出線回數(shù)為 5 回以上時，或 110～220KV 配電裝置，在系統(tǒng)中居重要地位，出線回數(shù)在 4 回以上時。雙母線接線的優(yōu)點有：a 供電可靠。通過兩組母線隔離開關(guān)的倒閘操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷，一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電，檢修任一回路的母線隔離開關(guān)，只停該回路。b 調(diào)度靈活。各個電源和各個回路負荷可以任意分配到某一組母線上能靈活的適應(yīng)系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要。c 擴建方便。向雙母線的左右任何一個方向擴建，均不影響兩組母線單位電源和符合均勻分配，不會引起原有回路的停電。當有雙回架空線路時，可以順序布置，以至界限不同的母線斷路時不回如單母線分段那樣導(dǎo)致出線交叉跨越。d 便于實驗。當個別回路需要單獨進行實驗時，可將該回路分開，單獨接至一組母線上。雙母線接線也有其缺點：a 增加一組母線和使每回路就須加一組母線隔離開關(guān)。b 當母線故障或檢修時隔離開關(guān)作為倒換操作電器，容易誤操作。為了避免隔離開關(guān)誤操作，需要隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)連鎖裝置。 3 5 - 3 3 0 K V3 5 - 2 2 0 K V 1 1 0 - 3 3 0 K V1 1 0 - 3 3 0 k v 變電所（ a ）( b ) ( c ) 圖 2 - 4 單元接線4、變壓器-線路單元接線發(fā)電機和變壓器直接連接成一個單元，組成發(fā)電機-變壓器組，稱為單元接線。單元接線的特點是幾個元件直接單獨連接，其間沒有任何橫的聯(lián)系（如母線等） ，這樣不僅減少了電器的數(shù)目，簡化了配電裝置的結(jié)構(gòu)和降低了造價，同時也大大減少了故障的可能性。（1）發(fā)電機-雙繞組變壓器組成的單元接線。在圖 2-4（a）和（b）中，發(fā)電機和變壓器成為一個單元組，電能經(jīng)升壓后直接進入高壓電網(wǎng)。這種接線由于發(fā)電機和變壓器都不能單獨運行，因此，二者的容量應(yīng)當相等。單元接線的基本缺點是原件之一損壞或檢修時，整個單元將被迫停止工作。這種接線形式適用于大型的發(fā)電廠。（2）發(fā)電機-變壓器-線路單元接線。如圖 2-4（c）所示，這種接線不需在發(fā)電廠或變電所中建造高壓配電裝置，從而大大減小了占地面積與造價，并簡化了運行。但這種接線的采用卻具有相同的局限性，線路故障或檢修時，變壓器停運；變壓器故障或檢修時，線路停運。5、橋型接線W L1W L2W L1W L2Q F1Q F2Q F3T1T2Q F1Q F2Q F3 T1T2( a ) ( b ) 圖 2 - 5 前形接線（ a ） 內(nèi)橋式 （ b ） 外橋式 兩個“變壓器-線路”連接，便構(gòu)成橋型接線。 。橋型接線分為內(nèi)橋接線和外橋接線兩種，如圖 2-5 所示。(1) 內(nèi)橋型接線優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)量少，四個回路只需三臺斷路器。缺點：a 變壓器的切除和投入較復(fù)雜，需動作兩臺斷路器，影響一回線路的暫時停運。b 橋聯(lián)斷路器檢修時，兩個回路需解裂運行。c 出線斷路器檢修時，線路需較長時期停運。為避免此缺點，可加裝正常段開運行的跨條，為了輪流停電檢修任何一組隔離開關(guān)，再跨條上需加裝兩組隔離開關(guān)。橋聯(lián)斷路器檢修時，也可利用此跨條。適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠、變電所，并且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長，故障率較高的情況下。(2) 外橋型接線優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)量少，四個回路只需三臺斷路器。缺點：a 線路的投入和切除較復(fù)雜，需動作兩臺斷路器，并有一臺變壓器暫時停運。b 牽連斷路器檢修時，兩個回路需解裂運行。c 變壓器側(cè)斷路器檢修時，變壓器需較長時間停運。為避免此缺點，可加裝正常段開運行的跨條，橋聯(lián)斷路器檢修時也可利用此跨條。適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠、變電所，并且變壓器切換或線路較短時，故障率較少的情況下。此外，線路有穿越功率時，也宜采用外橋型接線。2.2.2 主接線的設(shè)計 1、畢業(yè)設(shè)計的技術(shù)背景和設(shè)計依據(jù) （1）電廠規(guī)模：裝機容量: 裝機 4 臺，容量分別為4X200MW, UN=10.5KV機組年利用小時數(shù): Tmax=6200h氣象條件：年最高溫度 40 度，平均氣溫 25 度，氣象條件一般，無特殊要求廠用電率：8%。（2）出線回數(shù)：a.10KV 電壓等級：15km 電纜饋線 10 回，每回平均輸送容量 1.8MW。10KV 最大負荷 20MW,最小負荷 16MW,cos =0.85, Tmax=5300h，為Ⅰ類、Ⅱ類負荷。b. 110KV 電壓等級：60km 架空出線 6 回，每回平均輸送容量 11MW。110KV 最大負荷 70MW,最小負荷 60MW,cos =0.8, Tmax=5000h，為Ⅱ類負荷。c.220KV 電壓等級：150km 架空線 2 回，220KV 與無窮大系統(tǒng)連接，接受該發(fā)電廠的剩余功率。當取基準容量為 100MV.A 時，系統(tǒng)歸算到 220KV 母線上的 。 2、主接線的方案（1） 方案一a.220KV 電壓等級的方案選擇。由于 220KV 電壓等級的電壓饋線數(shù)目是 2 回，所以 220 KV 電壓等級的接線形式可以選擇單母線接線形式。由于單母線接線本身的簡單、經(jīng)濟、方便等基本優(yōu)點，采用設(shè)備少、投資省、操作方便、便于擴建和采用成套配電設(shè)備裝置，所以 220 KV 電壓等級的接線形式選擇為單母線接線。b.110KV 電壓等級的方案選擇。由于 110KV 電壓等級的電壓饋線數(shù)目是 6 回，所以在本方案中的可選擇的接線形式是單母線分段接線。單母線的優(yōu)點如下：①母線經(jīng)斷路器分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電；②一段母線故障（或檢修） 時，僅停故障（或檢修）段工作，非故障段仍可繼續(xù)工作。c.10KV 電壓等級的方案選擇。由于 10KV 電壓等級的電壓饋線數(shù)目是 10 回，所以在本方案中的可選擇的接線形式是單母線分段接線。用斷路器把母線分段后，對重要的用戶可以從不同的段引出兩條回路，有兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器會自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。所以可以將主接線形式表示如圖 2-6 所示。 2 #1 #3 #4 #1 0 K V1 1 0 K V2 2 0 K V圖 2-6 方案一接線圖（2） 方案二a.220KV 電壓等級的方案選擇。由于 220KV 電壓等級的電壓饋線數(shù)目是 2 回，所以 220 KV 電壓等級的接線形式可以選擇單母線接線形式。由于單母線接線本身的簡單、經(jīng)濟、方便等基本優(yōu)點，采用設(shè)備少、投資省、操作方便、便于擴建和采用成套配電設(shè)備裝置，所以 220 KV 電壓等級的接線形式選擇為單母線接線。b.110KV 電壓等級的方案選擇。由于 110KV 電壓等級的電壓饋線數(shù)目是 6 回，所以在本方案中的可選擇的接線形式是雙母線接線形式。由于雙母線接線的可靠性和靈活性高，它可以輪流檢修母線，而不中斷對用戶的供電；當檢修任意回路的母線隔離開關(guān)時，只需斷開該回路；工作母線故障時，可將全部回路轉(zhuǎn)移到備用母線上，從而使用戶迅速恢復(fù)供電；可用母聯(lián)斷路器代替任意回路需要檢修的斷路器，在種情況下，只需短時停電；在個別回路需要單獨進行試驗時，可將該回路分離出來，并單獨接至備用母線上。雙母線接線形式正好克服了單母線分段接線形式的缺點，所以在大、中型發(fā)電廠中這種接線形式被廣泛應(yīng)用。2 #1 #3 #4 #1 0 K V1 1 0 K V2 2 0 K V… … 6 回圖 2-7 方案二接線圖c.10KV 電壓等級的方案選擇。在方案二中的 10KV 電壓等級的接線形式仍然選擇單母線分段接線形式。因為在進行主接線的設(shè)計中，必須時時刻刻考慮到可靠性、靈活性和經(jīng)濟行動要求。（3）方案三方案三的電氣主接線形式在 220KV 電壓等級的方案選擇和 110KV 電壓等級的方案選擇基本相同，在這里就不再作詳細的介紹。唯一不同的是在 10KV 電壓等級上將原來方案一的 220KV 電壓等級兩個上的發(fā)電機組全部放置到了 10KV 電壓等級上，具體到電氣接線圖如圖 2-8 所示。2.2.3 方案的選擇設(shè)計發(fā)電廠的電氣主接線時，首先應(yīng)按技術(shù)要求確定可能選用的方案。當有多個方案在技術(shù)上相當時，則需進行經(jīng)濟比較。技術(shù)上可行方案的選擇 設(shè)計發(fā)電廠主接線時在技術(shù)上應(yīng)考慮的主要問題是：1）保證全系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，不應(yīng)再本廠、站內(nèi)的故障造成系統(tǒng)的瓦解；2）保證負荷、特別是重要負荷供電的可靠性及電能質(zhì)量；3）各設(shè)備、特別要注意高、中壓聯(lián)絡(luò)變壓器的過載是否在允許范圍內(nèi)。1 1 0 K V1 0 K V圖 2-8 方案三接線圖在上述三種方案中，他們在技術(shù)上都是有顯著差異的，在不同的技術(shù)等級中，都有差異。單母線分段在投資上是比雙母線接線的投入要小的，而雙母線接線的可靠性又比單母線分段接線的可靠性高。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中的要求，在 110KV 電壓等級上的出線 上為二類負荷，對這類用戶可以進行短暫的停電，并不會造成人身危險以及設(shè)備的破壞，也不會給國民經(jīng)濟帶來巨大的損失或造成巨大的政治影響。綜合考慮，則選擇單母線分段的接線形式。在方案一和方案三的比較中，不同的地方是將方案三中的兩臺發(fā)電機直接接入220KV 的系統(tǒng)中，原因有二，其一是當把斯泰發(fā)電機接入 10KV 母線上浪費，在 10KV母線上有兩臺發(fā)電機已經(jīng)足夠；其二是 220KV 電壓等級與無窮大系統(tǒng)連接，接受該發(fā)電廠的剩余功率。所以考慮將剩余兩臺發(fā)電機通過發(fā)電機-變壓器接線方式連接到220KV 系統(tǒng)中。由于發(fā)電機-變壓器接線方式單元性強，可在機組單元控制室集中控制，不設(shè)網(wǎng)控室，使運行管理較靈活方便通過對三種方案的比較，并且連同電氣主接線的設(shè)計原則即可靠性、經(jīng)濟性和靈活性的綜合考慮，選擇出的最優(yōu)方案是方案一。3 火電廠發(fā)電機、變壓器的選擇3.1 主變壓器和發(fā)電機中性點接地方式3.1.1 電力網(wǎng)中性點接地方式選擇電力網(wǎng)中性點接地方式是一個綜合性問題。它與電壓等級、單相接地短路電流、過電壓水平、保護配置等有關(guān)，直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、主變壓器和發(fā)電機的運行安全以及對通信線路的干擾等。電力網(wǎng)中性點接地方式有以下幾種：1、中性點非直接接地a.中性點不接地中性點不接地方式最簡單，單相接地時允許帶故障運行兩小時，供電連續(xù)性好，接地電流僅為線路及設(shè)備的電容電流。但由于過電壓水平較高，要求有較高的絕緣水平，不宜用于 110KV 及以上電網(wǎng)。①中性點消弧線圈接地當接地電容電流超過允許值時，可采用消弧線圈補償電容電流，保證接地電弧瞬間熄滅，以消除弧光間歇接地過電壓。②中性點經(jīng)高電阻接地當接地電容電流超過允許值時，也開采用中性點經(jīng)高電阻接地。此接地方式降低弧光間隙接地過電壓，同時可以提供足夠的電流和零序電壓，使接地保護可靠動作，一般用于大型發(fā)電機中性點。b.中性點直接接地直接接地方式的單相短路電流很大，線路或設(shè)備需立即切除，增接了斷路器的負擔，降低了供電的連續(xù)性。但由于過電壓較低，絕緣水平可下降，減少了設(shè)備的造價，特別是在高壓和超高壓電網(wǎng)，經(jīng)濟效益顯著。故適用于 110KV 及以上電網(wǎng)中。3.1.2 變壓器中性點接地方式電力網(wǎng)中性點接地方式，決定了主變壓器中性點接地方式。主變壓器的 110-500KV 側(cè)采用中性點直接接地方式（1）凡是自耦變壓器，其中性點需要直接接地或經(jīng)小阻抗接地。（2）凡中、低壓有電源的升壓站和降壓變電所至少應(yīng)有一臺變壓器直接接地。（3）終端變電所的變壓器中性點一般不接地。（4）變壓器中性點接地點的數(shù)量是電網(wǎng)所有短路點的綜合零序電抗與綜合正序電抗之比小于三，以使單相接地時健全相上工頻過電壓不超過閥型避雷器的滅弧電壓。（5）所有普通變壓器的中性點都應(yīng)經(jīng)隔離開關(guān)接地，以便于運行調(diào)度靈活選擇接地點。當變壓器中性點可能斷開運行時，若該變壓器中性點絕緣不是按線電壓設(shè)計，應(yīng)在中性點裝設(shè)避雷器保護。（6）選擇接地時應(yīng)保證任何故障形式都不應(yīng)使電網(wǎng)節(jié)烈成為中性點不接地的系統(tǒng)。雙母線接線有兩臺以上主變壓器時，可考慮兩臺主變壓器中性點接地。3.1.3 發(fā)電機中性點接地方式發(fā)電機中性點采用非直接接地方式發(fā)電機釘子繞組發(fā)生單相接地故障時，接地點流過的電流后是發(fā)電機本身及其引出回路所連接元件的對地電容電流。本次設(shè)計采用發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。由于它適應(yīng)于單相接地電流大于允許值的中小機組或 200MW 及以上大機組。消弧線圈可接在直配線發(fā)電機的中性點上。當發(fā)電機為單元接線時，則應(yīng)接在發(fā)電機的中性點上。3.2 發(fā)電機的選型3.2.1 簡介汽輪發(fā)電機由汽輪機直接耦合傳動。勵磁機是向汽輪發(fā)電機提供勵磁的設(shè)備。1. 冷卻方式采用的冷卻方式，定子繞組和轉(zhuǎn)子有空冷、水內(nèi)冷和氫冷等。在轉(zhuǎn)子氫內(nèi)冷系統(tǒng)中，又有軸向通風等多種方式。2. 勵磁方式發(fā)電機容量在 100MW 以上的普遍采用同軸交流勵磁機經(jīng)靜止半導(dǎo)體整流勵磁方式。3.2.2 選型1.選擇型號QFSN—200--2型號含義； 2——2 極200——額定容量N——氫內(nèi)冷F——發(fā)電機Q——汽輪機S——水內(nèi)冷2.QFSN—200—2 型汽輪發(fā)電機主要參數(shù)視在功率（MVA） 有功功率（MW） 電壓（V） 電流（A） 功率因數(shù) cos?235 200 15750 8625 0.85本次設(shè)計題目為 4×200MW 的火力發(fā)電廠電氣部分的設(shè)計。由于裝機容量: 裝機4 臺，容量分別為 4X200MW, UN=10.5KV，所以可以選取的發(fā)電機臺數(shù)有四臺?？紤]到汽輪機的最大連續(xù)進汽量工況出力系制造廠為補償制造偏差和汽輪機等老化所留的余度，也即汽輪機不宜在此工況下長期連續(xù)運行，所以，發(fā)電機的最大連續(xù)出力在功率因數(shù)和氫壓為額定值時與汽輪機的最大連續(xù)出力配合即可。3.3 變壓器的選型電力變壓器（文字符號為 T 或 TM） ，根據(jù)國際電工委員會的界定，凡是三相變壓器的額定容量在 5KVA 及以上，單相的在 1KVA 及以上的輸變電用變壓器，均成為電力變壓器。電力變壓器是發(fā)電廠和變電所中重要的一次設(shè)備之一，隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高和規(guī)模的擴大，電壓升壓和降壓的層次增多，系統(tǒng)中變壓器的總?cè)萘恳堰_發(fā)電機容量的 7-10 倍?？梢姡娏ψ儔浩鞯倪\行是電力生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)。 主變壓器 在電氣設(shè)備投資中所占比例較大，同時與之相適應(yīng)的配電裝置，特別是大容量、高電壓的配電裝置的投資也很大。因此，主變壓器的選擇對發(fā)電廠、變電所的技術(shù)性影響很大。例如，大型大電廠高、中壓聯(lián)絡(luò)變壓器臺數(shù)不足（一臺）或者容量不足將導(dǎo)致電站、電網(wǎng)的運行可靠性下降，來年絡(luò)變壓器經(jīng)常過載或被迫限制兩級電網(wǎng)的功率交換。反之。臺數(shù)過多、容量過大將增加投資并使配電裝置復(fù)雜化。發(fā)電廠 200MW 及以上機組為發(fā)電機變壓器組接線時的主變壓器應(yīng)滿足DL5000—2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定：“變壓器容量可按發(fā)電機的最大連續(xù)容量扣除一臺廠用變壓器的計算負荷和變壓器繞組的平均溫度或冷卻水溫度不超過 650C 的條件進行選擇” 。3.3.1 具有發(fā)電機電壓母線的主變壓器1.容量的計算及確定連接在發(fā)電機電壓母線與系統(tǒng)間的主變壓器容量，應(yīng)按下列條件計算：（1）當發(fā)電機電壓母線上負荷最小時，能將發(fā)電機電壓母線上的剩余有功和無功容量送入系統(tǒng)，但不考慮稀有的最小負荷情況。（2）當發(fā)電機電壓母線上最大一臺發(fā)電機組停用時，能由系統(tǒng)供給發(fā)電機電壓的最大負荷。在電廠分期建設(shè)過程中，在事故斷開最大一臺發(fā)電機組的情況下，通過變壓器向系統(tǒng)取得電能時，可以考慮變壓器的允許過負荷能力和限制非重要負荷。（3）根據(jù)系統(tǒng)經(jīng)濟運行的要求，而限制本廠的輸出功率時能供給發(fā)電機電壓的最大負荷。（4）按上述條件計算時，應(yīng)考慮負荷曲線的變化和逐年負荷的發(fā)展。特別注意發(fā)電廠初期運行時當發(fā)電機電壓母線負荷不大時，能將發(fā)電機電壓母線上的剩余容量送入系統(tǒng)。（5）發(fā)電機電壓母線與系統(tǒng)連接的變壓器一般為兩臺。對裝設(shè)兩臺變壓器的發(fā)電廠，當其中一臺主變推出運行時，另一臺變壓器應(yīng)承擔 70%的容量。具體計算的過程如下：a.10KV 電壓等級下的最大容量S =（S G-SG×8%-Smin）×0.7/0.85= (400-400×0.08-16) ×0.7/0.85= 352×0.7/0.85=289.88MVAb.110KV 電壓等級下的最大容量S = Smax/0.85 =70/0.85=82.35MVAc.220KV 電壓等級下的最大容量S = (S10max+S110min) /0.85 = (70+20) /0.85=105.88根據(jù)上面的計算可知道低壓側(cè)的容量為最大，所以，以此為基準可以選擇一個三繞組的變壓器.2.繞組連接方式的確定變壓器的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有 Y 型和△型，高、中、低三側(cè)繞組如何組合要根據(jù)具體工程來確定。三相變壓器的一組相繞組或連接成三相組的三相變壓器的相同電壓的繞組連接成星型、三角型、曲折型時，對高壓繞組分別以字母 Y、D 或 Z 表示，對中壓或低壓繞組分別以字母 y、d 或 z 表示。如果星型連接或曲折型連接的中性點是引出的，則分別以 YN、ZN 表示，帶有星三角變換繞組的變壓器，應(yīng)在兩個變換間已“-”隔開。我國 110KV 以上電壓，變壓器的繞組都采用 Y 連接。35KV 以下電壓，變壓器繞組都采用△連接。3.變壓器調(diào)整方式的選擇變壓器的電壓調(diào)整使用分接開關(guān)切換變壓器的分接頭，從而改變變壓器的變比。切換方式有兩種：不帶負荷切換，稱為無勵磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在±5%以內(nèi)；另一種是帶負載切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達 20%-30%。對于 110KV 以下的變壓器，設(shè)計時才考慮到變壓器采用有載調(diào)壓的方式。綜合考慮發(fā)電廠的發(fā)電機運行出力變化不大，所以在本次的設(shè)計中采用的變壓器調(diào)整方式是無勵磁調(diào)壓。4.變壓器的選型SSPSLO-3000/220型號的含義： S——三相風冷強迫油循環(huán)F——風冷P——無勵磁調(diào)壓S——為銅導(dǎo)線L——為鋁導(dǎo)線3000——高壓繞組電壓等級220——額定容量3.3.2 單元接線的主變壓器發(fā)電機與主變壓器為單元接線時，發(fā)電機和變壓器成為一個單元組，電能經(jīng)升壓后直接進入高壓電網(wǎng)。這種接線由于發(fā)電機和變壓器都不能單獨運行，因此，二者的容量應(yīng)當相等。所以這個雙繞組變壓器的容量等于所選發(fā)電機的額定容量，即所選型號為：SSP3—26000 型3.4 電氣設(shè)備的配置3.4.1 隔離開關(guān)的配置1．再出線上專設(shè)電抗器的 10KV 配電裝置中，黨向不同用戶供電德良輝縣共用同一臺斷路器和一組電抗器時，每回線上裝設(shè)出線隔離開關(guān)。2．接在變壓器因出現(xiàn)或中性點上的避雷器可不裝設(shè)隔離開關(guān)。3．接在母線上的避雷器和電壓互感器以合用一組隔離開關(guān)。4．斷路器的兩側(cè)均應(yīng)配置隔離開關(guān)，以便在斷路器檢修是隔離電源。5．中性點接地的普通型變壓器均應(yīng)通過隔離開關(guān)接地。3.4.2 接地刀閘的配置為保證電器和母線的檢修安全，35KV 及以上沒斷母線根據(jù)長度宜安裝 1~2組接地刀閘，兩組接地刀閘間的距離應(yīng)盡量保持適中。母線的接地刀閘宜安裝在母線電壓互感器的隔離開關(guān)上，也可裝于其它回路母線隔離開關(guān)的基座上。3.4.3 電壓互感器的配置1．電壓互感器的數(shù)量和配置與主界限方式有關(guān)，并應(yīng)滿足測量，保護，同期和自動裝置的要求。電壓互感器的配置應(yīng)能保正在運行方式改變時，保護裝置不得失壓。2．6~220KV 電壓等級的每組主母線上的三項上裝設(shè)電壓互感器。3．當需要監(jiān)視和檢測線路側(cè)有無典雅時，出線側(cè)的一相上應(yīng)安裝電壓互感器。4．當需要在 330KV 及以下主變壓器回路中提取電壓時，可盡量利用變壓器電容式套管上的電壓抽取裝置。3.4.4 電流互感器的配置1．凡裝有斷路器的回路均應(yīng)安裝電流互感器，其數(shù)量應(yīng)滿足測量儀表，保護和自動裝置。2．再在未裝設(shè)斷路器的變壓器的中性點變壓器出口橋形接線的跨條上也裝設(shè)電流互感器。3．對直接接地系統(tǒng) ，一般按三相配置。對非直接接地系統(tǒng)，以具體要求按兩項或三相配置。3.4.5 避雷器的配置1．配電裝置的每相母線上，應(yīng)裝設(shè)避雷器，但進出線都裝設(shè)避雷器是除外。2．220KV 及一線變壓器到避雷器的電氣距離超過允許值時 ，應(yīng)在變壓器附近增設(shè)避雷器。3．三繞組變壓器低壓側(cè)的一相上宜安裝一臺避雷器。4．直接接地系統(tǒng)中，變壓器中性點為分級絕緣且安裝有隔離開關(guān)時，變壓器中性點應(yīng)裝設(shè)避雷器。4 火力發(fā)電廠短路電流計算4.1 概 述電力系統(tǒng)運行有三種狀態(tài)：正常運行狀態(tài)、非正常運行狀態(tài)和短路故障。在供電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，還要考慮到可能發(fā)生的故障以及不正常運行情況。對供電系統(tǒng)危害最大的是短路故障。短路電流將引起電動力效應(yīng)和發(fā)熱效應(yīng)以及電壓的降低等。因此，短路電流計算是電氣主接線的方案比較、電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體的選擇、節(jié)地計算以及繼電保護選擇和整定的基礎(chǔ)。短路就是指不同電位導(dǎo)電部分之間的不正常短接。如電力系統(tǒng)中，相與相之間的火中性點直接節(jié)地系統(tǒng)中的相與地之間的短接都是短路。為了保證電力系統(tǒng)的安全、可靠運行，在電力系統(tǒng)設(shè)計和運行分析中，一定要考慮系統(tǒng)等不正常工作狀態(tài)。4.1.1 短路的原因及后果1.短路原因造成短路的原因通常有以下幾種：（1）電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體因絕緣老化、或遭受機械損傷，或因雷擊、過電壓引起的絕緣損壞。（2）架空線路因大風或?qū)Ь€覆冰引起的電桿倒塌等，或因鳥獸跨接裸露導(dǎo)體等都可能導(dǎo)致短路。（3）電氣設(shè)備因設(shè)計、安裝、維護不良和運行不當或設(shè)備本身不合格引發(fā)的短路。（4）運行人員違反安全操作規(guī)程而誤操作，如運行人員帶負荷拉隔離開關(guān)，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等都回造成短路。根據(jù)國外資料顯示，每個人都有違反規(guī)程操作的潛意識。（5）其他原因。如輸電線斷線、倒桿、碰線、或人為盜竊、破壞等原因都可能導(dǎo)致短路。2．短路后果短路故障發(fā)生后，由于網(wǎng)絡(luò)總阻抗大為減小，將在系統(tǒng)中產(chǎn)生幾倍甚至幾十倍于正常工作電流的短路電流。強大的短路電流將造成嚴重的后果，主要有以下幾方面：（1）強大的短路電流通過電氣設(shè)備是發(fā)熱急劇增加，斷路持續(xù)時間較長時，足以使設(shè)備因過熱而損壞甚至燒毀；（2）巨大的短路電流將在電氣設(shè)備的導(dǎo)體間產(chǎn)生很大的電動力，可能使導(dǎo)體變形、扭曲或損壞；（3）短路將引起系統(tǒng)電壓的突然大幅度下降，系統(tǒng)中主要負荷異步電動機將因轉(zhuǎn)矩下降而減速或停轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品報廢甚至設(shè)備損壞；（4）短路將引系統(tǒng)中功率分布的突然變化，可能導(dǎo)致并列運行的發(fā)電廠失去同步，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成大面積停電。這是短路所導(dǎo)致的最嚴重后果；（5）巨大的短路電流將在周圍空氣產(chǎn)生很強大電磁廠，尤其是不對稱短路時，不平衡電流所產(chǎn)生的不平衡交變磁場，對周圍的通信網(wǎng)絡(luò)、信號系統(tǒng)、晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。4.1.2 短路計算的目的和簡化假設(shè)因為短路故障對電力系統(tǒng)可能造成極其嚴重的后果，所以一方面應(yīng)采取措施以限制短路電流，另一方面要正確選擇電氣設(shè)備、載流導(dǎo)體和繼電保護裝置。這一切都離不開對短路電流故障的分析和短路電流的計算。概括起來，計算短路的主要目的在于：（1）為選擇和校驗各種電氣設(shè)備的機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性提供依據(jù)，為此，計算短路沖擊電流以校驗設(shè)備的機械穩(wěn)定性，計算短路電流的周期分量以校驗設(shè)備的熱穩(wěn)定性；（2）為設(shè)計和選擇發(fā)電廠和變電所的電氣主接線提供必要的數(shù)據(jù)；（3）為合理配置電力系統(tǒng)中各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數(shù)提供可靠的依據(jù)。在實際短路計算中，為了簡化計算工作，通常采用一些簡化假設(shè)，其中主要包括：（1）符合用恒定電抗標識或忽略不計；（2）認為系統(tǒng)中個元件參數(shù)恒定，在高壓網(wǎng)絡(luò)中不計元件的電阻和導(dǎo)納，即個元件軍用春電抗表示，并認為系統(tǒng)中各發(fā)電機的電勢通相位，從而避免了復(fù)數(shù)的運算；（3）系統(tǒng)出不對稱故障出現(xiàn)局部不對稱，其余部分是三相對稱的。4.2 各系統(tǒng)短路電流的計算4.2.1 短路計算的基本假定和計算方法1．基本假定（1）正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行。（2）所有電源的電動勢相位角相同。（3）系統(tǒng)中的電機均為理想電機，不考慮電磁飽和、磁滯、渦流及導(dǎo)體肌膚效應(yīng)等影響；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)完全對稱；（4）短路發(fā)生在短路電流為最大的瞬間；（5）不考慮短路電的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流。2．短路電流計算的方法對應(yīng)系統(tǒng)最大運行方式下，按無限大容量系統(tǒng)，進行相關(guān)的短路點的三項短路電流計算，求得 I//、i sh值。I// —— 三相短路電流；ish —— 三相短路沖擊電流。4.2.2 電抗圖及電抗計算由 4×200MW 火電廠電氣主接線圖，和設(shè)計任務(wù)書中給出的相關(guān)參數(shù)，可畫出系統(tǒng)的等值電抗圖如圖 3-1 所示。選取基準容量為 Sj=100MVA Uj=Uav=1.05UeSj —— 基準容量；Uav—— 所在線路的品平均電壓以上均采用標幺值計算方法，省去“*” 。1． 對于 QFSN—200—2 型發(fā)電機的電抗 j/234deS10XX.456.2????A2．對于 SSPL—260000 型的雙繞組變壓器的電抗jk56eU%1.380S260?式中 Uk%——變壓器短路電壓的百分數(shù)（%） ；Se——最大容量繞組的額定容量（MVA） ；Sj——基準容量（MVA） 。1 1 0 K V 2 2 0 K V1 0 K VX 1 0X 9 X 7 X 8X 1 1X 1 2X 3X 4X 5 X 6X 1 X 2X 1 4X 1 3CG 1 G 2 G 3 G 4圖 3-13．對于 OSSPSL—3000/220 型三繞組變壓器的電抗j78 dddeS1X(U%U20????中 低高 中 高 低 ）= 103.6-8.)3??= .9j910dddeS(2????中 低高 中 高 低 ）= 103.8-.6)3??= .j12dddeSX(U%U0????中 低高 低 高 中 ）= 108.6-3.)??= .4．線路阻抗（設(shè)計任務(wù)書中已給出）：X13=0.0254.2.3 短路點的選擇、短路電流以及沖擊電流的計算無限大容量電力系統(tǒng)是指容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)，當用戶供電系統(tǒng)發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓基本不變，可將該電力系統(tǒng)視為無限大容量電力系統(tǒng)。但是，在實際電力系統(tǒng)中，他的容量和阻抗都有一定的數(shù)值，一次，當用戶供電系統(tǒng)發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓相應(yīng)的有所變動。但一般的供電系統(tǒng)，由于它是在小容量線路上發(fā)生短路，電力系統(tǒng)母線電壓基本不變，因此，電力系統(tǒng)可視為無限大容量電力系統(tǒng)。由于無限大容量電力系統(tǒng)的三相短路電流是對稱的，所以他的變化規(guī)律只需考慮一相的。短路點的選擇應(yīng)選擇通過導(dǎo)體和電器的短路電流為最大的那些點作為短路計算點。首先，應(yīng)在三條電壓等級的母線上選擇三個短路計算點 d1、d2、d3。由于 10KV 電壓等級有 15km 電纜饋線 10 回，所以在 10KV 的出線上需加設(shè)電抗器。當 d4 點短路時，因受電抗器的限制，流過出線上的斷路器的電流較小，所以在工程計算中選取 d4 點為短路計算點，以便使出線斷路器選擇輕型的。無線大功率系統(tǒng)的德主要特征是：內(nèi)阻抗 X=0，端電壓 U=C，它所提供的短路電流周期分量的幅值恒定且不隨時間改變。雖然非周期分量依指數(shù)率而衰減，但一般情況下只需計及他對沖擊電流的影響。因此，在電力系統(tǒng)短路電流計算中，其主要任務(wù)是計算短路電流的周期分量。而在無限大功率系統(tǒng)的條件下，周期分量的計算就變得簡單。如取平均額定電壓進行計算，則系統(tǒng)的短電壓 U=Uav，若選取 Ud=Uav，則無限大功率系統(tǒng)的短電壓的標幺值 ，*1dU?短路電流周期分量的標幺值為 **PIX?式中 ——無限大系統(tǒng)功率系統(tǒng)對短路點的組合電抗（即總電抗）的標幺值*X?短路電流的有名值為 **dPIIX??A則沖擊電流為 2shMshPiKI式中 ——沖擊系數(shù)，表示沖擊電流對周期分量幅值的倍數(shù)。當時0.1aTse???間常數(shù) Ta 的值由零編制無限大時，沖擊系數(shù)值的變化范圍為：2sh?在以下的計算中，取 Ksh =1.8；1、220KV 母線上短路（d1 點）的計算d1 CG4CG2G1d2CG3G1X 1 3X 5 X 3X 6 X 4X 8 X 1 2 X 2X 7 X 1 1 X 1X 1 5X 1 6X 1 3圖 3-2 圖 3-31517218()(X)2????= 0.6+.80.9= 5163461X()(X)22??.58?短路點短路電流的計算：/*156131I0.5.80.25?= 20+7.4=2j//*SI.19.3KAUav0?????/shshi2IK219.38=4.5 ?2、110KV 母線上發(fā)生短路（d2）時的計算d 3d 3CG 1 G 3G 3G 1CX 1 7X 1 3X 1 8X 1 9X 1 6X 1 7 X 1 9X 1 8 X 1 6X 1 3圖 3-4 圖 3-517910X.692??1878.419121()(X)0.542????17901798X.?d 3d 3G 1G 3CG 1G 3CX 2 0X 2 1 X 1 6X 1 3X 2 0X 2 2X 2 3圖 3-6 圖 3-717821789X0.24X????