2×600MW火电厂电气主接线方案初步设计毕业设计论文

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2×600MW火电厂电气主接线方案初步设计

摘要

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的 主要部分，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。并且对电气设备的选择、配电装置的配备、继电器的保护和控制方向的

拟定有较大的影响。发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键，是电气

设备布置选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。2×600MW 火电机组目前已

经是我国电力系统中的主力机组，由 2×600MW 机组为主的火力发电厂也属于我国电力

系统的大型主力发电厂。

本设计讨论的是 2×600MW 火电厂电气主接线方案与设备布置，火电厂电气一次部

分设计是电力工程设计的主要工作之一，设计的合理与否对于提高电力系统运行的可靠

性、经济性具有重要意义。它对发电厂内电气设备选择和布置，继电保护和自动装置的

设计起到决定性作用。设计详细说明了各种设备选择的基本的要求和依据。在分析原始

资料，确保供电可靠，调度灵活，满足各项技术要求的基础上，选择出一种与发电厂在

系统中的地位和作用相适应的接线方式，接下来选择了主变压器，进行了短路计算，设

备选择，设备校验，然后进行了设备布置方案的设计,绘制了主接线图、配电装置平面

布置图、配电装置进（出）线断面图和配电装置配置图。本设计注意了新技术和新型设

备的应用，把握了当代设计新趋势。

本文本课题的设计内容主要完成 2×600MW 机组火力发电厂的电气主接线方案拟

定、设备选型和装置布置的初步设计，同时还应考虑今后扩建的可能性，并采用 CAD 绘

制指定的图纸。通过对原始资料的分析，了解本厂的具体情况及其在系统申的地位，作

用:依据可靠性、灵活性、经济性，对电气主接线进行分析，从而选择最适合本厂情况

的主扫线方案，为选择最适合的电器设备及继电保护装置进行了短路电流保护的配置及

整定，从面满足可靠、灵敏、快速且有选择的要求。

关键词：发电厂；电气主接线设计；短路计算；电气设备选择

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2×600MW火电厂电气主接线方案与设备布置设计

THE DESIGN OF MAIN ELECTRICAL WIRING AND

LAYOUTIN THERMAL POWER PLANT OF 2× 600MW

Electrical wiring is the main power plant, substation electrical design of

main part, but also constitute an important part of power system. The main

connection to determine the overall power system and power plants, substations

operating reliability, flexibility and economy are cloly related. And the

choice of electrical equipment, power distribution equipment, relay protection

equipment and control the direction of the development has a great influence.

The main wiring of power plant is to ensure the safe and reliable network, the

economic operation of the key, is the choice of electrical equipment layout,

the level of automation and the two circuit design principle and basis. 2 * 600MW

unit is the main units in the power system, the main power plant of large thermal

power plant is compod of 2 * 600MW units also belong to the electric power

system in china.

This design is about 2 * 600MW thermal power plant electric main wiring scheme

and equipment layout, design a part of power plant electric is one of the main

work of the electric power engineering design, the design is reasonable or not

is very important for improving the reliability, the economical operation of

the power system. The power plant electrical equipment lection and layout,

the design of relay protection and automatic device plays a decisive role. Design

details the various equipment lection of basic requirements and on the basis

of. In the analysis of the original data, ensure reliable power supply, flexible

scheduling, meet all kinds of technical requirements, lect the connection mode

and the role of a power plant in the status of the system to adapt, then lect

the main transformer, the short circuit current calculation, equipment lection,

ABSTRACT

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equipment calibration, and then the design of equipment layout plan the main

wiring diagram, drawing, power distribution equipment, power distribution

equipment layout into (out of) the line ction and power distribution equipment

configuration diagram. The design and application of new technology and new

attention to the equipment, grasp the new trend of contemporary design.

The preliminary design design content of this text rearch mainly develop,

main electrical connection scheme for 2 * 600MW units in thermal power plant

equipment

2×600MW火电厂电气主接线方案与设备布置设计

lection and arrangement, also should consider the possibility of expansion

in the future, and the u of CAD drawing the specified drawing. Through the

analysis of the original data, to understand the specific situation of the

factory and its role in the system: according to the status, application

reliability, flexibility and economy, the main electrical wiring are analyzed,

so as to lect the main sweep line scheme is most suitable for the factory,

the short circuit current protection configuration and tting for electrical

equipment and the relay protection device to lect the most suitable, reliable,

nsitive, from the surface to meet the requirements of fast and lection.

Key words: Thermal power plant ； The main electrical wiring ； short

circuitcalculation；equipment lection

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1.1 电气主接线

电气主接线既是电气设计的首要部分，又是构成电气系统的主要环节。电气主接线

是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、

高电压的网络，故又称之电气主系统或一次接线。主接线代表了发电厂电气部分的主体

结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对

电器

选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。

因此，

主接线的正确合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较

后方

可确定[5]。

1.1.1 电气主接线的基本要求

1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负

荷的供电。

2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设

备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断

向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。

3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到

经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。

[1]

1.1.2 电气主接线的设计原则

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特别应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。

（2）要运用系统工程的方法从全局出发，正确处理中央与地方、工业与农业、沿

海与内地、城市与乡村、远期与近期、平时与战时，技改与新建、生产与生活、安全与

经济等方面的关系。

（3）要根据国家规范，标准与有关规定，结合工程的不同性质，不同要求，从国

情出发，采用中等适用的技术，合理的确定设计标准，对生产工艺，主要设备和主体工

程要做到可靠、适用、先进、对非生产性的建设，应坚持适用、经济，在可能条件下注

意美观的原则。

(4 )要实行资源的综合利用，要节约能源、水源、要保护环境，注意专业化和协作，

节约用地，合理利用劳动力，产足于自力更生。

本设计发电厂为设计规模如下：

1）发电机和变压器采用单元接线。

2）220kV 线路 4 回，另预留 2 回备用。

3）高压厂用电采用 6kV。

4）低压厂用采用 380/220V 的三相四线。

1.2 发电机电压级接线

发电机和变压器采用单元接线。单元接线是大型机组广泛采用的接线形式。发电机出口

不装断路器，为调试方便可装隔离开关。对 220MW 以上机组，发电机出口采用分相封

闭母线，为减少开断点，亦可不装隔离开关，但应留可拆点。以利于机组调试。这种单

元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时受到制造条

件或价格高等原因造成的困难。接线图如下图 1.1 所示。

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1.3220kV 电气主接线

由于此发电厂为地区大型发电厂,考虑到为 220kV 高压配电装置接线且出线为 4回，按

《发电厂技术标准及规程规范》，首先要满足可靠性准则的要求，有两种可能接线方式：

单母线分段带旁路接线和双母线接线。

1.3.1 单母线分段带旁路接线

其可靠性比单母线分段高，断路器经过长期运行或者开断一定次的短路电流之后，其机

械性能和灭弧性能都会下降，必须进行检修以恢复其性能。一般情况下，该回路必须停

电才能检修。设置旁路母线的唯一目的，就是可以不停电的检修任一台出线断路器，但

旁路母线不能代替母线工作。其极大的提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器的投

资。但旁路母线系统增加了许多设备，造价昂贵，运行复杂，只有在出线断路器不允许

的情况下，才应设置旁路母线。凡采用许多年内不需检修的 SF6 断路器时，可不装设

旁路母线[6]。接线图如下图 1.2 所示。

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快速性受到一定影响。接线图如下图 1.3 所示。

图 1.3双母线接线

综上所述：从技术、经济及供电可靠性等多方面进行比较，此发电厂 220kV 电气主接

线选择双母线接线方式。

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、变电所本身的可靠性、灵活性和经济性密切相

关，并且对电气设备的选择，配电装置配置，继电保护和控制方式的拟定有较大影响，

本厂的电压等级为22OKV，对22OKV配电装置的接线方式应按发电厂在电力系统中的地

位，负荷情况，出线回路数、设备特点、周围环境以及发电厂的规划容量等条件确定。

接在母线上的避雷器和电压互感器，宜用1组隔离开关，接在发电机、变压器引线或中

性点上的避雷器可装设隔离开关。 当配电装置变化大且出线回路较多时，宜采用双

母线或双母线分段的接线，有条件时22OKV配电装置也可采用一个半断路器接线。采用

单母线或双母线的1lOKV-220KV配电装置，当断路器为少油型或少油型式压缩空气时型

时，除断路器有条件停电检修时，应设置旁路装置，当22OKV出线为4回及以上，宜采用

专用旁路断路器的旁路母线。

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段母线由同一台厂用变压器供电。低压厂用母线采用单母线分段接线，即按炉分段。且

由于低压系统负荷较多，故采用动力与照明分开，分组供电。单母线分段的特点如下：

单母线用分段断路器进行分段，当任一段母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，自

动或手动跳开分段断路器，仅有一半线路停电，另一段母线上的各回路仍可正常运行。

重要的负荷分别从两段母线上各引出一条供电线路，就保证了足够的供电可靠性，两段

母线同时故障的概率较小，此接线还具有良好的灵活性、经济性，但当一段母线或母线

隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期停电。接线图如下图 1.4所示。

[1]

图 1.4单母线分段接线

低压厂用采用 380/220V 的三相四线制系统。厂用工作电源从主变压器的低压侧引接，

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2 负荷计算及变压器选择

2.1厂用负荷计算

厂用电接线应保证厂用电的连续供应，使发电厂能安全满发，除满足正常运行安全、

可靠、灵活、经济、先进等一般要求外，尚应满足如下要求。

1、接线方式和电源容量，应充分考虑厂用设备在正常、事故、检修、启动、停运

等方式下的供电要求，并尽可能地使切换操作简单，使启动（备用）电源能迅速投入。

2、尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，避免引起全场停电事故。

3、对200MW及以上大型机组，应设置足够通量的交流事故保安电源及电能质量指标

合格的交流不间断供电装置。

4、充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别注意对

公用厂用负荷的影响。要方便过渡，减少改变接线和更换设备。

计算变压器的容量时，不但要统计变压器连接分段母线上实际所接电动机的台数和

容量，还要考虑它们是经常工作的还是备用的，是连续运行的还是断续运行的。为了计

及这些不同的情况，选出既能满足负荷要求又不致容量过大的变压器，所以又提出按使

用时间对负荷运行方式进行分类。经常负荷是指每天都要使用的电动机；不经常负荷是

指只在检修、事故或机炉起停期间使用的负荷；连续负荷是指每次连续运转 2 小时以

上的负荷；短时负荷是指每次仅运转 10~120min 的负荷；断续负荷是指反复周期性地

工作，其每一周期不超过 10min 的负荷。

[5]

变压器母线分段上负荷计算原则如下：

1）经常连续运行的负荷应全部计入。如吸风机、送风机、电动给水泵、循环水泵、

凝结水泵、真空泵等电动机。

2）连续而不经常运行的负荷应计入。如充电机、事故备用油泵、备用电动给水泵

等电动机。

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接的负荷因素外，还应考虑：自启动时的电压降；低压侧短路容量；再有一定的备用裕

度。

[5]

2.2 主变台数、容量和型式的确定

接于发电机电压母线与升高电压母线之间的主变压器容量S按下条件选择：

N

S≈[∑P(1-K)/cosΦ-P/cosΦ]/n （1-1）

NNGpGmin

在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。

主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递

容量基本原始资料外，还应根据电力系统 5~10 年发展规划、输送功率大小、馈线回路

数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。如果变压器

容器选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，

设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者

会满足不了变电所的需要，这在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于

每千瓦变电设备的投资。为此，在选择变电所主变压器时，应符合一些要求。

2.2.1 主变压器台数的确定

对于单元接线的主变压器，因为它有两台发电机与系统联系紧密，故选用二台主变压器。

2.2.2 主变压器容量的确定

主变压器容量的确定要求：1主变压器容量一般按变电所建成后 5~10 年的规划负荷选

择，并适当考虑到远期 10~20 年的负荷发展。2根据变电所带负荷的性质和电网结构来

确定主变压器容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，有余变

压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般

性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的70~80%。

SSn

N

0.7 ~ 0.8 /1

max

(MVA)

S max —变电所最大负荷，MVA，n—变电所主变压器台数由于变电所最大负荷为 130MVA，

因此主变压器容量为：

S （0.7～0.8）×130∕（2-1）=（91～104）(MVA)

N

在满足可靠性的前提下，结合经济性，选择容量为 120MVA 的主变压器。。

2.2.3 主变压器型式的选择

变压器的选择包括相数的选择、绕组数的选择、绕组联结租好的选择、调压方式和

中心点接地方式的选择。

1）相数的选择

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当不受运输条件限制时，在 330kV 及以下的发电厂均应选用三相变压器。当发电厂

与系统连接的电压为 220kV 时，经过技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半

容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为 600MW、并直接升压到 220kV 的，

宜选用三相变压器。容量为 600MW 机组单元接线的主变压器和 500KV 电力系统中的主

变压器应综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，可采用单相组成三相变压器。采

用单相变压器时，由于备用相一次性投资大，利用率不高，故应综合考虑系统要求、设

备质量及按变压器故障率引起的停电损失费用等因素，确定是否装设备用相。若确需装

设，可按地区或同一电厂 3~4 组的单相变压器，合设一台备用考虑。所以选用三相变

压器。

[1]

2）绕组数

绕组的形式主要有双绕组和三绕组。发电厂以两种升高电压等级向用户供电或与系统连

接时，可采用两台双绕组变压器或三绕组变压器。规程上规定，机组容量为 200M以上

的发电机采用发电机双绕组变压器单元接入系统，而两种升高电压级之间加装联络

变压器更为合理，故应采取双绕组变压器[1]。

3）绕组联接组号

在发电厂和和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源

的影响等因素，主变压器联接组号一般选用 YNd11 常规接线[1]。

4）调压方式

为了保证发电厂或变电所的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器的分接

开关切换，改变变压器高压绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两

种：一种是不带电切换，称为无激磁调压，调压范围通常在 ±2×2.5%以内。另一种是

带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%。但由于有载调压变压器结构复杂，价

格昂贵，只有在以下范围选用：

a、接于出力大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压

维持在一定水平时。

b、接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，

要求母线电压恒定时[1]。

通常，发电厂主变压器很少采用有载调压，因为可以通过调节励磁来实现调节电

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压，因此本设计只采用无载调压的变压器。

5）中性点的接线方式

电网的中性点接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。规程上规定；110kV-500kV

侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地；主变压器 6-63kV 采用中性点不接地。所

以主变压器的 220、6kV 侧的中性点均采用直接接地方式。

变压器的容量：

S

N

≥

1.1

P K

N N

1−

cosϕ

N

（2-1）

式中： S N 为变压器的计算容量（kVA）； PN 为发电机的额定功率（kW）； K P为发

电机的厂用电率，一般取 8%； cosϕ N 为发电机的功率因数，一般取 0.85。

得：

型号

额定容量 kVA 1200000

容量比（%） 100∕100∕50

空载电流（%） 0.8

损耗(kw)

额定电压(KV)

联接组标号

阻抗电压％

高－中 高－低 中－低

12.6 22.0 7.6

高压 中压 低压

220±8×1.25% 121 11

空载 短路

144 480

YN，yn0，d11

SFPSZ7-120000/220

S

N

≥

1.1

600 10 (1

3

714353kVA

− 0.08 )

0.85

（2-2）

所以选择 SFPSZ7-120000/220变压器，具体参数见表 2-1：

表 2-1 SFPSZ7-120000/220参数

2.3 厂用变台数、容量和型式的确定

2.3.1 工作变压器的台数和型式的确定

工作变压器的台数和型式主要与高压厂用母线的段数有关，而母线的段数又与高压

厂用母线的电压等级有关。当只有 6KV 或 10KV 一种电压等级时，一般分 2 段；对于

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200MW 以上机组可分 4 段。当只有 6KV 或 10kV 一种电压等级时，高压厂用工作变压

器可选用 1 台全容量的低压分裂绕组变压器，两个分裂支路分别供 2 段母线；或选用

2台 50%容量的双绕组变压器，分别供 2 段母线。对于 200MW 以上机组，高压厂用工

作变压器可选用 2 台低压分裂绕组变压器，分别供 4 段母线。因此，此发电厂高压厂

用电按 2 台工作分裂绕组变压器和 1 台备用变压器设置。

2.3.2 厂用变压器的容量的确定

厂用变压器的容量必须满足厂用电机械从电源获得足够的功率。因此，对高压厂用

工作变压器的容量按高压厂用计算负荷的 110%与低压厂用计算负荷之和进行选择；而

低压厂用工作变压器的容量应留有 10%左右的裕度。

1）高压厂用工作变压器的容量。当为双绕组变压器时按下试选择容量

SS S

T H L

≥ 1.1

式中： S1N 为厂用变压器高压绕组额定容量（kVA）； S 2 N 为厂用变压器分裂

绕组额定容量（kVA）； S C 为厂用变压器分裂绕组计算负（kVA）; S r 为分裂绕组

两分支重复计算负荷（kVA）。

2）高压厂用备用变压器容量。高压厂用备用变压器或启动变压器应与最大一台低

压厂用工作变压器容量相同。低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用变压器

容量相同。

3）低压厂用工作变压器容量。可按下式选择变压器容量

K≥ S （2-7）

θSL

式中：S 为低压厂用变压器容量（kVA）； Kθ 为变压器温度修正系数，一般对装于屋

外或由屋外进风小间内的变压器，可取 K θ =1，但宜将小间进出风温度控制在 10℃

以内，对由主厂房进风小间内的变压器，当温度变化较大时，随地区而异，应当考虑温

度进修正。厂用变压器容量的选择，除了考虑所接负荷的因素外还应该考虑:电动机自

启动时的电压降;变压器低压侧短路容量;留有一定的裕度。

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2×600MW火电厂电气主接线与设备布置设计

3最大持续工作电流及短路计算

尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全

相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条

件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定[4]。

3.1 各回路最大持续工作电流

电气设备的额定电流 I N 应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作

电流

I 。根据公式（3-1）可以计算出各回路最大持续工作电流。

I

=1.05

S

max

3

U

n

（3-1）

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其中：Smax 为所统计各电压侧负荷容量，Un 为各电压级额定电压。

3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果

3.2.1 短路电流计算的目的

在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一方案是否要采用限制短路

电流的措施，均需进行短路电流的计算；在选择电气设备时，为了保证电气设备在正常

运行和故障状况下都能安全可靠的工作，同时要节约资金，这就需要按短路情况进行安

全校验；在选择屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对于地的安

全距离；接地装置的设计也需要用短路电流；在选择继电保护和整定计算时需要短路电

流。

3.2.2 电气设备基本假定

短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：

1）正常工作时，三相系统对称运行。

2）所有电源的电动势相位角相同

3）系统中的同步和异步电机为理想电机，不考虑电机饱和、磁滞、涡流及导体集

肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间相差 120°电气角。

4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小变

化。

5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中 50%负荷接在高压母线上，50

负荷接在系统侧。

6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。

7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去

不计。

10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。

11）输电线路的电容略去不计。

12）用概率统计法制定短路电流运算曲线[5]。

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2×600MW火电厂电气主接

线与设备布置方案设计

4主要电气设备选择

电气选择的一般原则为：

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）应按当地环境条件校验；

3）应力求技术先进和经济合理；

4）与整个工程的建设标准应协调一致；

5）同类设备应尽量减少品种。选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生电

压、过电流的情况下保持正常运行[4]。

各种高压电器的一般技术条件如下表 4-1 所示。

表 4-1各种高压电器的一般技术条件

序 额定电 机械负 绝缘

号 水平

额定 额定开 短路稳定性

电器名称

电压 断电流

流（A） 荷（N）

热稳定 动稳定

（kV） （kA）

1 √ √ √ √ √ √ √

2 √ √ √ √ √ √

3 √ √ √

4 √ √ √ √ √ √

5 √ √ √ √ √ √

6 √ √ √

7 √ √ √

高压断路器

隔离开关

电压互感器

电流互感器

限流电抗器

避雷器

绝缘子

4.1高压断路器的选择说明

考虑到可靠性、经济性，方便运行维护和实现变电所设备的无油化目标，故在 220kV

侧和 110kV 侧采用六氟化硫断路器、10kV 侧采用真空断路器。断路器规范的选择按照

《电力工程设计手册（1 册）》第 259 页的表 4-6 确定。

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1）额定电压：

2×600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计

断路器的额定电压，应不小于所在电网的额定电压，即

UU

gn

（电网工作电压）≤（4-1）

2）额定电流：

断路器的额定电流应不小于回路的持续工作电流，即

II

gmaxn

（最大持续电流）≤

3）开断电流：

II SS

dtkddtkd

≤（或≤）

（4-2）

（4-3）

其中：为断路器实际开断时间 t秒的短路电流周期分量

I

dt

S

dt

为断路器 t秒的开断容量

I

kd

为断路器的额定开断电流

S

kd

为断路器的额定开断容量

4）动稳定：

所谓动稳定校验系指在冲击电流作用下，断路器的载流部分多产生的电动力是否能

导致断路器的损坏。为防止这种破坏，断路器极限电流必须大于三相短路时通过断路器

的冲击电流，即

（4-4）

ii

chmax

≤

式中：为断路器极限通过电流峰值

i

max

i

ch

为三相短路电流冲击值

5）热稳定：所谓热稳定校验系指稳态短路电流在假想时间内通过断路器时，其各

部分的发热量不会超过规定的最大允许温度，即

ItIt

∝2dzt2

≤

（4-5）

式中：∝为稳态三相短路电流

I

t

dz

为短路电流发热等值时间

I

t

为断路器 t秒热稳定电流

6）按构造型式选择：

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在相同技术参数的条件下，有各种型式的短路器，如多油断路器、少油断路器、空

气断路器、SF6 断路器等。要根据配电装置的工作条件和要求，选择机型。

4.2电流互感器的配置和选择

4.2.1电流互感器的配置

1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器；在发电机和变压器的中性点、发电

机双绕组变压器单元的发电机出口、桥形接线的跨条上等，也应装设电流互感器。其数

量应满足测量仪表、继电保护和自动装置要求。

2）测量仪表、继电保护和自动装置一般均由单独的电流互感器供电或接于不同的

二次绕组，因为其准确度级要求不同，同时为了防止仪表开路时引起保护的不正确动作。

3）110kV及以上大接地短路电流系统的各个回路，一般应按三相配置；35kV及以下

小接地短路电流系统的各个回路，据具体的要求按两相和三相配置。

4）保护用电流互感器的配置应尽量消除保护装置的不保护区。例如，若有两组电

流互感器或同一组互感器有几个二次绕组，应使他们之间的部分处于交叉保护范围之

中。

5）为了防止支持式电流互感器的套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在

线路断路器的出侧或变压器断路器的变压器侧。

6）为减轻发电机内部故障时对发电机的危害，用于自动励磁装置的电流互感器应

布置在定子绕组的出线侧。这样，当发电机内部故障使其出口短路器跳闸后，便没

有故

障电流（来自系统）流经互感器，自励电流不致增加，发电机电势不致过大，从而

减小故障电流，若互感器布置在中性点侧，则不能达到上述目的。为了便于发现和分

[4]

析发电机并入系统前的内部故障，用于机房测量仪表的电流互感器宜装于发电机中性点

侧。

选择电流互感器时，首先要根据装设地点、用途等具体条件确定互感器的结构类型、

准确等级、额定电流比;其次要根据互感器的额定容量和二次负荷，计算二次回路连

K

L

接导线的截面积；最后校验其动稳定和热稳定。6-20kV屋内配电装置和高压开关柜一般

用 LA、LDZ、LFZ型；发电机回路和 2000A.

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2×600MW火电厂电气主接线与设备布置方案设计

的独立式电流互感器，常采用 LCW 系列，在有条件时，如回路中有变压器套管、穿墙

套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资和占地。选择母线式低电流互感器时，

应校核其窗口允许穿过的母线尺寸。当继电保护有特殊要求时，应采用专用的电流互感

器。

4.2.2技术条件

1）一次回路电压： （4-19

2）一次回路电流：

U U

g n

≤

I I

g⋅ max 1n

≤

）

（4-20

）

3）准确等级：需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要

求确定。

4）二次负荷： :≤，电压互感器的额定容量，常用额定负荷阻抗

S S S S Z

2 2 n n n

的形

式给出，并用欧姆表示。则由外接阻抗表示。

S Z

2 2

（4-21）

Z r r

212

≈

∑

r

3

(Ω)

其中：为接入电路的仪表串联线圈总电阻（Ω），为连接导线的电阻（Ω）

∑

r r

13

r

2

为接触电阻，一般取 0.1Ω。

4.2.3动稳定校验

1）内部动稳定： （4-22）

i I K

ch1n dw

≤ 2

式中：为电流互感器动稳定倍数，它等于电流互感器极限通过电流峰值与一

K i

dwdw

次绕组额定电流峰值之比，即

I

1n

i

dw

（4-23）

K

dw

2

I

1n

2）外部动稳定校验：

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It I K

∞ 2dz 1n t 2

≤ ( )（4-24）

式中：为电流互感器的 1秒钟热稳定倍数。

K

t

4.6电压互感器的配置和选择说明

4.6.1 互感器的配置

1）母线：一般各段工作母线及备用母线上个装一组电压互感器，必要时旁路母线

也装一组电压互感器；桥形接线中的两端各装一组电压互感器。用于供电给母线、主变

压器和出现的测量仪表、保护、同步设备、绝缘监察装置（6-35kV 系统）等。

2）6-220kV 母线在三相上装设：其中，6-20kV 母线的电压互感器，一般为电磁型

三相五柱式；35-220kV 母线的电压互感器，一般由三台单相三绕组电压互感器构

成，35kV 为电磁式，110-220kV 为电容式或电磁式（为避免铁磁谐振，以电容式为主）。

3）主变压器回路：主变压器回路中，一般低压侧装一组电压互感器，供发电厂与

系统在低压侧同步用，并供电给主变压器的测量仪表和保护。当发电厂与系统在高压侧

同步，或利用 6-10kV 备用母线同步时，这组互感器可不装设。

4）线路：当对端有电源时，在出线侧上装设一组电压互感器，供监视线路有无电

压、进行同步和设置重合闸用。其中，35-220kV 线路在一相上装设；330-500kV 线路

在三相上装设。电压互感器及型式的选择：电压互感器的种类和型式应根据安装地点和

使用条件进行选择，在 6～35kV 屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。

110～220kV配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。220kV 及以上配电装置，当

容量和准确

级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。

4.6.2 技术条件

1）一次电压：

2）二次电压：按使用情况确定。

3）准确等级：需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求定。

4）二次负荷：S 2 : S 2≤ S n（4-2）

4.6.3 各主要电气设备选择结果一表

（4-2）

UU UU

1 : 1.1 n 1： 0.9 n

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表 4-2各主要电气设备选择结果一览表

项目

220kV（母线） 21kV(发电机出口)

LW10B-252-2500A/40kA

GW17-252,GW16-252,GW7

-252

高压断路器

隔离开关

（封闭）母线

电流互感器

电压互感器

绝缘子和穿墙套

LFREΦ200/184 QLFM-24/23000

LVQB-220WLMZ-6

2

TYD-220 JDX6-21

15片 ZSW-220/16K 9片 XWP2-100

管

主变压器

SFP7-750000/220

表 1-9 主变压器选择

型号

额定容量 kVA 1200000

容量比（%） 100∕100∕50

空载电流（%）

损耗(kw)

额定电压(kV)

联接组标号

阻抗电压％

高－中 高－低 中－低

12.6 22.0 7.6

表 1-10 变压器选择

型号 连接组

额定容 空载电 阻抗电

量（kVA） 流（%） 压(%)

高压 低压 空载 短路

SC10-160

∕10

160 10 0.4 DYn11 0.48 1.86 1.0 4

额定电压(kV) 损耗（kW）

高压 中压 低压

220±8×1.25% 121 11

空载 短路

144 480

YN，yn0，d11

SFPSZ7-120000/220

0.8

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表 1-11 断路器选择

电压等级

型号

额定电压（kV）

额定电流（A）

额定开断电流（kA）

额定关合电流（kA） 80 100 125 50

动稳定电流（kA） 80 100 125 50

额定短时耐受电流（kA） 31.5(4S) 40(4S) 50(3S) 20(4S)

全开断时间（S） ≤0.06

220kV 110kV

LW-220/1250 LW35-126/3150

220 126 12 10

1250 3150 4000 630

31.5 31.5 50 20

0.03 0.065 0.05

10kV 进线 10kV 出线

ZN41A－12

∕4000

ZN28－10∕

630

电压等级 型号 准确级

220kV 0.5 35 65 50

110kV 0.5 45 115 50

10kV 进线 1000∕5 30∕40

10kV 出线 200∕5 120(倍数) 210（倍数）

电压等级 设备型号 最大容量

LCLWD3

—220

LCLWB6

—110

LZZBJ9—

10

LFZD2—

10

表 1-12 电流互感器选择

额定电流 额定动稳定电 额定输出

1S 热稳定电流

比（A） 流（KA） （VA）

（KA）

600∕5

1000∕5

0.5 80 130

0.5

—

表 1-11 电压互感器选择

二次绕 准确 额定容

额定变比（KV）

组 级 量

0.5 200

3P 100

3P 100

0.5 100

3P 100

3P 100

0.2 40

0.5 100

1 200

6P 100

220kV 2000

TYD220∕

3

—0.01H

TYD110∕

2

110kV 2000

—

0.015H

220 0.1 0.1

: : : 0.1

3 3 3

测量

保护

剩余

测量

3

110 0.1 0.1

: : : 0.1

3 3 3

保护

剩余

二 次

10kV 600

JDZX11—

10B

10 0.1 0.1

: :

3 3 3

绕 组

剩 余

绕 组

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4.8 电气总平面布置及配电装置的选择

4.8.1 配电装置应满足的基本要求

1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策；

2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，

保证具有足够的安全距离；

3）便于检修、巡视和操作；

4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；

5）安装和扩建方便。

4.8.2 配电装置的设计原则

1）节约用地，降低造价；

2）运行安全和操作巡视方便；

3）考虑检修和安装条件；

4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行；

5）安装和扩建方便。

4.8.3高压配电装置的选择配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检

修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，

在各种间距中，最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小

安全净距，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空

气间隙击穿根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、中高型和

[4]

高型等。

综上所述：本次所设计的发电厂为 220kV 电压等级均采用中型布置，具有造价低、

抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运

行维护还是安装检修，方面都积累了比较丰富的经验。若采用半高型配电装置，虽占地

面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、

灵活性及经济性，所以，本次设计的发电厂，采用普通中型屋外配电装置是最合适的。

根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV 及以上多为屋外配电装置，35kV 及

以多采用屋内配电装置，故本所 220kV 采用屋外配电装置，6kV 采用屋内配电装置。

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第二篇设计计算书

1、短路计算目的

在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中一个重要环节，计算的目的

主要如下:

1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线的方案，或确定某一接线是否需采用

限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

2) 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障清况下都能安全、可靠地

运行，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

3)在设计屋外高压配电装置时需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距

离。

4)在选择继电保护方式和进行整定计算时需以各种短路时的短路电流为依据。

2、短路电流计算书

本设计主要计算 220kV 母线和发电机出口的短路电流，短路点分别为 k1 和 k2，

对这两个短路点进行三相短路电流计算。短路电流计算时，忽略线路、变电压和发电机

电阻以及负荷的影响，电力系统短路计算示意图见图 1.1。

图1.1 电力系统短路计算示意图

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2×600MW火电厂电气主接线与设备布置方案设计

的等值电抗 d' 0.205、容量GN 667MW ,取B 100MVA , Bav，

X S SU U

E

* 1,注明：下列电抗下标“*”均省去。

发电机：

100

U S

K B

%

100

S

N

X X

S

B

G1 G2

X

d''

S

0.025 0.031

N

667

变压器：

X X

1

T1 T2

4

0.0187

1

0

0

1

0

0

7

5

0

化简后的等值电路：

图 1.2

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图 1.3为化简后的等值电路图：

图 1.3化简后的等值电路图

短路电流周期分量有效值:

系统供给的短路电流不衰减，其周期分量标准值、有效值：

1 1

53.48

I

*s

0.0187

X

1

有效值:

100

53.48 13.447kA

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查运算曲线得：0S时，发电机 G供给短路电流周期分量有效值的标幺值为

I

*( 0)

3.24

归算至短路点处电压等级等值发电机 G的额定电流为：

2

S

GN

3.334kA

I

NG

667

3

U

av

3

231

所以，短路点三相短路电流的周期分量有效值为

k

1

2×600MW火电厂电气主接线与设备布置方案设计

I I I I

'' *(0) NG S

3.24 3.334 13.447 24.25kA

冲击电流为：

iI

sh ''

1.8 2 1.8 2 24.25 61.782kA

1.3 600MW发电机出口的短路电流

把图 1.2图化简得到图 1.4等值电抗:

X X X

7 3 5

0.0187 0.031 0.0497

下图 1.4为化简后的等值电路图：

图 1.4化简后的等值电路图

把图 1.4中的、和做星-三角变换得到图 1.5

X X X

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X

X X X X X

1 2 1 7 2

8

X

0.0187 0.0444

0.0187

7

X

0.0187

0.0187

7

0.0497

X

9

X X X X X

1 2 2 7 1

0.0187

X

7

0.0497

X

0.0497

0.0187 0.118

1

0.0187

下图 1.5为变换后的等效电路:

图 1.5变换后的等效电路

发电机和对短路点的计算电抗分别为：

G G k

122

X X

4js

S

GN1

0.031 0.207

667

4

S

B

100

S

GN2

667

X X

9 js 9

S

B

0.118

100

0.787

查运算曲线得：0S时，发电机和供给短路电流周期分量有效值的标幺值为

G G

12

I

*( 0)1

5.23

I

*( 0) 2

1.32

归算至短路点处电压等级等值发电机和的额定电流为：

G G

12

S

GN1

18.338kA

667

I I

NG1 NG2

3

U

av

3

21

系统供给的短路电流不衰减，其周期分量标幺值、有效值：

标幺值：

I

1

s

*

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1

0

22.523

.

0

4

4

4

有效值:

I

100

S

S

B

3

U

22.523 61.921kA

I

*S

av

3

21

所以，短路点三相短路电流的周期分量有效值为

k

2

I II I I I

'' *(0)1 NG1 *(0) 2 NG2 S

5.23 18.338 1.3218.338

62.921 182.003kA

冲击电流为：

iI

sh ''

1.8 2 1.8 2 182.033 464.19kA

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2×600MW火电厂电气主接线与设备布置方案设计

2主要电气设备选择计算书

2.1 高压断路器的选择计算

220kV 电压回路的最大持续工作电流：

1.05

S

N

1.05 600

1653A

10

3

3

U

N

3

220

I

g⋅max

项目 计算数据 合格与否

断路器选择六氟化硫 LW10B-252-2500A/40kA。

选择校验结果见表 2-1。

断路器

（LW10B-252）

表 2-1

220kV断

路器校

验表

额定电压 √

UU

N N

220kV 252kV

I

1653A

I I

( )

d⋅ t

24.25kA

''

I

n

2500A

I

kd

40kA

ii

maxsh

100kA 61.782kA

2

It

th

40 ×4

额定电流 √

开断电流 √

动稳定 √

I t

∞eq

24.25 ×4

2

2

热稳定 √

2

2.2高压隔离开关的选择计算

隔离开关选择 GW17-252-3150A/40kA、GW16-252-3150A/40kA和GW7-220-3150A/40kA。

选择校验结果见表 2-2。

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2×600MW火电厂电气主接线与设备布置方案设计

表 2-2 220kV隔离开关校验表

项目计算数据 合格与否

隔离开关

（GW17-252、GW16-252

GW7-220）

额定电压 220kV 252kV

UU

N N

额定电流 1653A

I

开断电流

I I

( )

d⋅ t

24.25kA

''

I

n

3150A

√

√

√

动稳定 61.782kA 100kA

ii

shmax

热稳定 24.25 ×4

I t

2

∞eq

2

I t

th

40 ×4

2

√

√

2

2.3母线的选择计算

2.3.1 220kV母线的选择

有上面得 24.25kA , 3306A，由于≥ 5000h ,查经济

I I T

''max

电流密度表

J 0 .9

,

得

则

S

j

I

3306

3673mm

2

J

0.9

按以上结果选择铝镁系合金管母线（LDREΦ200/184）,他的集肤系 =1.11，热稳

k

f

70−

0.816

定系数，

C

87

K

θ

40

70−

25

热稳定校验：

K IA I

θ y

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S

min

24250

0.2 111.8mm 120mm

97

2 2

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所以，满足要求。

短路状态时母线所受的最大弯矩，由导体自重、集中荷载、短路电动力及对应

M

d

于过电压情况下的风速所产生的最大弯矩组成。

短路电动力产生的水平弯矩及短路电动力（相间距离=3m，震动系数=0.58）：

M f aβ

sdd

i

sh

61.782

2

β

0.58 12.92kg/m

300

a

1.76

9.8 0.125 0.125 12.9211.5 9.8

f

d

1.76

M fl

sd d fs22