4×200MW火力发电厂电气部分设计毕业设计论文

广东工业大学

本科毕业设计（论文）

4×200MW火力发电厂电气部分设计

系 部 机械电气学部

专 业 电气工程及其自动化

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原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指

导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致

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含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对

本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说

明并表示了谢意。

作 者 签 名： 日 期：

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作者签名： 日 期：

摘 要

本设计主要4×200MW火力发电厂电气部分设计包括电气主接线设计；发电机与变

压器的连接形式选择；发电厂厂用电设计；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变

压器容量计算、台数和型号的选择；220kV高压配电装置配置原则；短路电流计算和部

分高压电气设备的选择与校验；发电机与变压器保护配置，按照设计规范与规定完成上

述设计工作。

关键词

：发电厂；电气一次部分；短路计算；电气设备选择

Abstract

This design takes Electrical design of 4 × 200MW power plant, including the main electrical

wiring design; choice of generators and transformers connecting form; auxiliary-part design;

choice of main transformer, start / back-up transformers and high voltage transformer factory

capacity calculation, number and type; configuration rules of 220kV high-voltage power

distribution device; short-circuit current calculation and high-voltage electrical equipment

lection and validation; generator and transformer protection configuration, in accordance

with design specifications and requirements to complete the design work.

Keywords: power plant; electrical first part; short-circuit calculation; lection of electrical

equipments

Keywords：power plant; electrical first part; short-circuit calculation; lection of

electrical equipments

目 录

1 绪论 ................................................................... 1

1.1概述 .............................................................. 1

1.2毕业设计主要内容 .................................................. 1

1.2.1 电力系统情况 ................................................ 1

1.2.2 待设计火力发电情况 .......................................... 2

1.2.3 设计内容 .................................................... 2

2发电厂电气主接线 ........................................................ 5

2.1概述 .............................................................. 5

2.2电气主接线的确定与验证 ............................................ 5

2.2.1 电气主接线的设计原则 ........................................ 5

2.2.1 电气主接线的初步方案 ........................................ 6

2.3.1 有关设计原则 ................................................ 8

2.3.2 本厂发电机与变压器之间的连接 ................................ 9

3发电厂用电设计 ................................................................................................................... 12

3.1厂用电设计的要求 ................................................. 12

3.1.1 厂用负荷分类 ............................................... 12

3.1.2 基本要求 ................................................... 12

3.2.2 本厂厂用电主接线设计说明 ................................... 14

4 短路计算 .............................................................. 18

4.1 短路计算的目的 ................................................... 18

4.2 短路计算的一般规定 ............................................... 18

4.1.1 短路计算的一般规定 ......................................... 18

4.1.2 系统简化 ................................................... 19

6.1 发电机继电保护装置 ............................................... 43

6.2 电力变压器的机电保护装置 ......................................... 44

结 论 .................................................................. 47

参 考 文 献 ............................................................. 48

致 谢 ................................................................... 49

1 绪论

1.1概述

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。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送过程进行测量、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的发电厂提供，

电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。目前工业用电量已占全部用

电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能

的供应和分配。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到

广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革

命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。

1.2毕业设计主要内容

1.2.1 电力系统情况

待设计火电厂所在电力系统详细情况，见图1-1：

1

6

M

0

K

1

4

0

K

M

80KM

110KM

待设计发电厂

（1）火力发电厂

汽轮发电机：3×QFS-300-2。装机容量900MW，3台机组。其中：

QFS-300-2:300MW，2极。cos=0.83，d=16.7%



X



变压器：3×SFPL-360/220，3台，360MVA，220kV，Uk%=14.6

（2）水力发电厂

水轮发电机：TSS1264/160-48，300MW，cos=0.875，d=28%



X



变压器：4×SFPL-360/220，4台，360MVA，220kV，Uk%=14.6

1.2.2 待设计火力发电情况

该电厂机组总容量为4×200MW，生产的电力除厂用电外，全部通过4回220kV

输电线路输送到电力系统中。该厂为大型煤矿区内的坑口发电厂，所用燃料由煤矿直

接供给。厂区地势平坦，地质条件较好，属于五级地震区，有公路、铁路通往矿区，

交通方便。厂址附近有河流通过，并有水库，水源充足。冻土层厚1m，覆冰厚度7mm，

最大风速25m/s，年平均温度5℃，最高温度35℃，最低温度-35℃。多年平均降水量

400mm，年最大降水量760mm，最小降水量300mm，多年平均蒸发量为1510mm，积雪深

180mm。主导风向全年为东南风，冬季为西北风，夏季为偏南风。

1.2.3 设计内容

（1）发电厂电气主接线设计

（2）发电厂厂用电接线设计

（3）220kV配电装置的设计

2

9

0

K

M

7

0

K

M

（4）短路电流计算和电气设备选择

（5）200MW机组继电保护及自动装置的规划设计

基本步骤：

（1）主接线的设计

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。

电气主接线的设计原则是：应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。

（2）主变压器、发电机-变压器连接形式的选择

发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL5000—

2000《火力发电厂设计技术规程》的规定：“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣

除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过650C的条

件进行选择”。

（3）短路电流的计算

短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。短路电流计

算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式及设备选择。工程要求

系统调度或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的综合阻抗值，由电气专

业负责计算。进行短路计算的目的是为了减低短路的危害和缩小故障的影响范围。三相

短路是危害最严重的短路形式，因此，三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依

据。

（4）电气设备的选择

选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、

避雷器等，选用设备的型号。

正确的选择电气设备的目的是为了事导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均

能安全、经济、合理的运行。在进行设备选择时，应根据工程实际情况、在保证安全、

可靠的前提下，积极而稳妥的采取新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

（5）主变压器继电保护的设计

3

继电保护是保证系统安全和设备可靠运行的关键装置之一。当电力系统和设备发生

故障时，继电保护应准确、可靠快速的切出故障，保证系统和设备的安全发供电，并能

保证其他设备的正常继续运行。

为防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失以及保证电力系统

安全连续运行，变压器应设置相应的保护。

2发电厂电气主接线

2.1概述

电气主接线也称为电气主系统或电气一次接线，它是由电气一次设备按电力

生产的顺序和功能要求连接而成的接受和分配电能的电路，是发电厂、变电所电

气部分的主体，也是电力系统网路的重要组成部分。其反映了发电机、变压器、

线路、断路器和隔离开关等有关电气设备的数量、各回路中电气设备的连接关系

及发电机、变压器与输电线路、负荷间及怎样的方式连接，直接关系到电力系统

运行的可靠性、灵活性和安全性，直接影响发电厂、变电所电气设备选择，配电

装置的布置，保护与控制方式和检修的安全与方便性。

2.2电气主接线的确定与验证

2.2.1 电气主接线的设计原则

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

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。

衡量主接线运行可靠性的标志是：

① 断路器检修时，是否影响供电。

② 线路、断路器、母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，

以及能否保证对重要用户的供电。

③ 发电厂全部停运的可能性。

④ 对大机组超高压情况下的电气主接线，应满足可靠性准则的要求。

（2）灵活性

① 调度灵活，操作简便：应能灵活地投入某些机组、变压器或线路，调配电

源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

② 检修安全：应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检

修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。

（3）经济性

① 投资省：主接线应简单清晰，控制、保护方式不过于复杂，适当限制断路

器电流。

② 占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件。

③ 电能损耗少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数，避免两次变

压而增加电能损失。

2.2.1 电气主接线的初步方案

（1） 主接线基本评价

1）方案I：双母线接线

接线图见图2-1，双母线接线的主要优点如下：

供电可靠，表现为：

检修任一母线时，可以利用母联把该母线上的全部回路倒换到另一组母线上，不会

中断供电。这是在进、出线带负荷情况下倒换操作，俗称“热倒”，对各回路的母线隔

离开关是“先合后拉”。

检修任一回路的母线隔离开关时，只需停该回路及与该隔离开关相连的母线。

任一母线故障时，可将所有连与该母线上的线路和电源倒换到正常母线上，使装置

迅速恢复工作。这是在故障母线的进、出线没有符合的情况下倒换操作，俗称“冷倒”，

对各回路的母线隔离开关是“先拉后合”，否则故障会转移到正常母线上。

运行方式灵活，可以采用两组母线并列运行方式、两组母线分裂运行方式、一组母

线工作，另一组母线备用的运行方式等。

扩建方便，可向母线的任一端扩建。

可以完成一些特殊功能。例如，必要时，可利用母联断路器与系统并列或解列；当

某个回路需要独立工作或进行试验时，可将该回路接到一组母线上进行；当线路需要利

用短路方式融冰时，可腾出一组母线作为融冰母线，不致影响其他回路等。

6

缺点：

①变更运行方式时，都是用各回路母线侧的隔离开关进行道闸操作，操作步骤较为

复杂，容易出现误操作。

②检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电。

③任一母线故障时仍会短时停电，且影响范围较大。

④由于增加了大量母线隔离开关和母线长度，双母线的配电装置结构较单母线而言

复杂，占地面积大，投资大。

综上，双母线接线广泛用于对可靠性要求较高，出现回路数较多的6～220KV配电

装置中。

备用

出线I出线II

出线III

出线IV

220KV母线

#2高

压启动

备用变

#1高

压启动

备用变

#8发电机 #9发电机

#10发电机 #11发电机

#8高厂变 #9高厂变 #10高厂变 #11高厂变

图2-1 方案一双母线接线

7

备用出线I出线III出线IV

220KV

出线II

220KV

1#高

压启

动/备

用变

2#高

压启

动/备

用变

8#发电机

9#发电机

10#发电机

11#发电机

8#高厂变

9#高厂变

10#高厂变

11#高厂变

图2-2 方案一双母线接线

2）方案II：双母线带旁路母线接线

双母线带旁路母线接线接线图见图2-2，它是在双母线接线基础上，增设了一组旁

路母线及专用旁路断路器回路，需要利用旁路母线不停电检修断路器的各回路，均需装

设可接至旁路母线的旁路隔离开关。各回路除通过断路器与两组汇流母线连接外，还通

过旁路隔离开关与旁路母线相连接。双母线带旁母的接线进一步提高双母线接线的可靠

性，据我国国情，规定当220kv出线在4回及以上、110kV出线在6回及以上时候，宜

采用有专用旁路断路器的旁路母线接线。

这种接线所用电气设备数量较多，配电装置也较为复杂，占地面积较大，经济性较

差，但是被广泛用于国内火力发电厂。

综上介绍，虽然双母线具有相当的可靠性、灵活性，可是考虑到双母线带旁路母线

的投资较双母线接线要大许多，多增加多了一条母线的投资成本，以及六台断路器。而

双母线接线也能满足火电厂的运行的要求，而且经济性上前者亦优，故方案最终确定为

方案I，双母线接线。

2.3.1 有关设计原则

（1）技术经济合理时，容量为200MW及以上的机组可采用发电机—变压器—线路组

的单元接线。

8

（2）容量为125MW及以下的发电机与双绕组变压器为单元连接时，在发电机与变压

器之间不宜装设断路器；发电机与三绕组变压器或自耦变压器为单元连接时，在发电机

与变压器之间宜装设断路器和隔离开关，厂用分支线应接在变压器与该断路器之间。容

量为200MW～300MW的发电机与双绕组变压器为单元连接时，在发电机与变压器之间

不应装设断路器、负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。技术经济合理时，容量为

600MW机组的发电机出口可装设断路器或负荷开关，此时，主变压器或高压厂用工作

变压器应采用有载调压方式。当两台发电机与一台变压器作扩大单元连接或两组发电机

双绕组变压器组作联合单元连接时，在发电机与变压器之间应装设断路器和隔离开关。

（3）容量为200MW及以上发电机的引出线、厂用分支线以及电压互感器与避雷器等

回路的引下线应采用全连式分相封闭母线。

（4）发电机变压器组的高压侧断路器不宜接入旁路母线。

2.3.2 本厂发电机与变压器之间的连接

2.3.2.1发电机的选型

汽轮发电机由汽轮机直接耦合传动。励磁机是向汽轮发电机提供励磁的设备。

（1）冷却方式

采用的冷却方式，定子绕组和转子有空冷、水内冷和氢冷等。在转子氢内冷系统中，又

有轴向通风等多种方式。

（2）励磁方式

发电机容量在100MW以上的普遍采用同轴交流励磁机经静止半导体整流励磁方式。

（3）选择型号：QFQS-200-2

型号含义：2——2极；200——额定容量；Q——氢内冷；F——发电机；Q——汽轮机；

S——水内冷

（4）QFQS-200-2型汽轮发电机主要参数

发电机主要参数见表2-1：

表2-1 QFQS-200-2型汽轮发电机主要参数

视在功率（MVA） 有功功率（MW） 电压（V） 电流（A） 功率因数cos

235 200 15750 8625 0.85



本次设计题目为4×200MW的火力发电厂电气部分的设计。由于容量分别为4×

9

200MW， UN=10.5KV，所以可以选取的发电机台数有四台。考虑到汽轮机的最大连续

进汽量工况出力系制造厂为补偿制造偏差和汽轮机等老化所留的余度，也即汽轮机不宜

在此工况下长期连续运行，所以，发电机的最大连续出力在功率因数和氢压为额定值时

与汽轮机的最大连续出力配合即可。

2.3.2.2变压器的选型

发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL5000—

2000《火力发电厂设计技术规程》的规定：“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣

除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过650C的

条件进行选择”。

根据接线方式，本厂选用四台容量相等双绕组变压器，单机容量为200MW，为了

以后扩建的可能和电压等级的变动，高低压之间采用自耦变压器为系统之间联络变压

器，发电机与变压器为单元接线时，主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择。

对于中、小型发电厂应按下列原则选择：

（1）为节约投资及简化布置，主变压器应选用三相式。

（2）为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少

于两台。在计算通过主变压器的总容量时，至少应考虑5年内负荷的发展需要，并要求：

在发电机电压母线上的负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；发电机电压母线上

最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；因系统经济运行而需

限制本厂出力时，亦应满足发电机电压的最大负荷用电。

（3）在发电厂有两种升高电压的情况下，当机组容量为125MW及以下时，从经济

上考虑，一般采用三绕组变压器，但每个绕组的通过功率应达该变压器容量的15%以上。

三绕组变压器一般不超过两台。

（4）在高、中系统均为中性点直接接地系统的情况下，可考虑采用自耦变压器。当

经常由低、高压侧向中压侧送电或由低压侧向高、中压侧送电时，不宜使用自耦变压器。

（5）对潮流方向不固定的变压器，经计算采用普通变压器不能满足调压要求是，可

采用有载调压变压器。

所以选择的型号为SFP9-240000的三相自耦变压器。

根据主接线和设计要求，需用四台型号为SFP9-240000/220的三相自耦主变压器。

其参数见表2-2：

10

型号

SFP9------240000

备注

变比 容量(KVA) 短路电压% 绕组形式 台数 相数

220/15.75 240000 13% Ynd11

四 三

变压器中性点全部接地。

表2-2

根据所选电气主接线，本厂采用发电机-三相自耦变压器单元接线，发电机和变压

器容量配套。

11

3发电厂用电设计

3.1厂用电设计的要求

3.1.1 厂用负荷分类

按其负荷的重要性一般分为以下四类：

事故保安负荷

在事故停机过程中及停机后的一段时间内，仍应保证供电，否则可能引起主要设备

损坏、重要的自动装置控制失灵或危及人身安全的负荷，称为事故保安负荷。根据对电

源要求不同，又可分下列三种：

① 直流保安负荷。 由蓄电池组供电，如发电机组的直流润滑油泵等。

② 直流不停电保安负荷。 一般由接于蓄电池组的逆变装置供电，如实时控制用电

子计算机。

③ 允许短时停电的交流保安负荷。 平时由交流厂用电供电，失去厂用工作电源时，

交流保安电源应自动投入，如200MW及以上机组的盘车电动机。

Ⅰ类负荷

短时（手动切换恢复供电所需时间）的停电可能影响人身或设备安全，使生产停顿

或发电量大量下降的负荷。如给水泵、凝结水泵等。对Ⅰ类负荷，必须保证自起动，并

应由有2个独立电源的母线供电，当一个电源失去后，另一个电源应立即自动投入。

Ⅱ类负荷

允许短时停电，但停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。如工业

水泵、输水泵等。对Ⅱ类负荷，应由有2个独立电源的母线供电，一般采用手动切换。

Ⅲ类负荷

长时间停电不会直接影响生产的负荷。如中央修配厂、实验室等的用电设备。对Ⅲ

类负荷，一般由1个电源供电。

3.1.2 基本要求

（1） 对厂用电设计的要求

厂用电设计应按照运行、检修和施工的需要，考虑全厂发展规划，积极慎重的采用

经过实验鉴定的新技术和新设备，使设计达到技术先进、经济合理。

12

（2）厂用电电压

对于火电厂当容量在100MW到300MW时，高压厂用电一般采用6KV，低压厂用

电采用380/220V的三相四线制系统。

（3）厂用母线接线方式

高压厂用电系统应采用单母线。锅炉容量为130 ~ 220T/H时，一般每炉由一段母线

供电；容量为400T/H及以上时，每炉由两段母线供电，并将两套辅机电动机分接在两

段母线上，两段母线可由同一台厂用变压器供电；容量为65T/H时，两台锅炉可合用一

段母线。

低压厂用电系统应采用单母线接线。当锅炉容量在220T/H及以下，且接有机炉的Ⅰ

类负荷时，一般按机炉对应分段，并用刀开关将母线分为两个半段；锅炉容量在400T/H

及以上时，每台机炉一般由两段母线供电。

当公用负荷较多、容量较大、采用集中供电方式合理时，可设立公用母线，但应保

证重要公用负荷的供电可靠性。

（4）厂用工作电源

高压厂用工作电源一般采用下列引接方式：

① 当有发电机电压母线时，由各段母线引接，供给接在该段母线上的机组的厂用

负荷。

② 当发电机与主变压器采用单元接线时，由主变压器低压侧引接，供给本机组的

厂用负荷。发电机容量为125MW及以下时，一般在厂用分支线上装设断路器。若断路

器开断容量不够时，也可采用能满足动稳定要求的负荷开关、隔离开关或连接片等方式。

大容量200MW发电机组，厂用分支采用分相封闭`母线，在该分支上不应装设断路器，

但应有可拆连接点。通过分裂绕组厂用高压变压器供6KV厂用的A段和B段。

（5）厂用备用或起动电源

高压厂用备用或起动电源一般采用下列引接方式：

① 当无发电机电压母线时，一般由高压母线中电源可靠的最低一级电压引接，或由联

络变压器的低压绕组引接，并应保证在发电厂全停的情况下，能从电力系统取得足够的

电源。

② 当有发电机电压母线时，一般由该母线引接1个备用电源。

③当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路作为高压厂用备用或起动电源。

13

（6）交流事故保安电源

200MW及以上发电机组应设置交流事故保安电源，当厂用工作和备用电源消失时，

应自动投入，保证交流保安负荷的起动，并对其持续供电。

（7）于200MW机组，各机组的厂用电系统应是独立的，一台故障的停运或辅机的电

气故障，不应影响到另一台机组的正常运行，并能在短路时间内恢复本机组的运行。

3.2.2 本厂厂用电主接线设计说明

本厂为200MW发电机组，发电机与主变压器采用单元接线，厂用电由主变压器低

压侧引接，供给本机组的厂用负荷。本厂为四台发电机组，选择四台厂用电主变压器，

并且配备两台高压启动/备用变，8#备用变供8#、9#发电机备用，9#备用变供10#、11#

发电机备用。由220KV系统接入厂用，高压厂用电压采用6KV，低压厂用采用380/220V

的三相四线制系统。厂用分支采用分相封闭母线，在该分支上不应装设断路器，但应有

可拆连接点。通过分裂绕组厂用高压变压器供6KV厂用的A段和B段，200MW发电

机组应装设交流事故保安电源。

G8，G9厂用电主接线图（见图3-1），6KV厂用负荷分配及高压厂用工作变压器容

量选择统计表（见表3-1）。

14

图3-1

15

表3-1

8#高压厂用变压器

额定容量6kV8A段 6kV8B段

序号 设备名称

（kW）

台台

容量（kW） 容量（kW）

数 数

1 给水泵 5200 1 5200 1 5200

2 凝结水泵 400 1 400 1 400 400

3 循环水泵 1600 1 1600 1 1600 1600

以上合计P 7200 7200 2000

1

4 送风机 1400 1 1400 1 1400

5 排粉机 450 2 900 2 900

6 碎煤机 355 1 355 1 355

7 灰渣泵 570 1 570 1 570

8 冲灰泵 220 1 220 1 220

9 磨煤机 800 2 1600 2 1600

10 引风机 1400/700 1 1400 1 1400

以上合计P（kW） 6445 6445

2

S=0.85P （kVA） 5478.25 5478.25

22

11 备励马达 1000 1 1000

12 化学水变 800 1 800

13 除尘变 1000 1 1000 1 1000 1000

14 低压厂变 1000 1 1000 1 1000 1000

15 输煤变 630 1 630 1 630 630

16 生活变 1250 1 1250

17 钢球变 500 1 500 1 500 500

18 备用变 1250 1 1250

以上合计P（kVA） 5380 5180

3

1.1（S+S）+S （kVA） 19326 19126 5330

123

高压绕组负荷∑S-S33122

hr

重复容量

（kW）

16

选择分裂绕组变压器（kVA） 40000/25000-25000

9#高压厂用变压器

序号 设备名称 额定容量（kW） 6kV9A段 6kV9B段

台数 容量（kW） 台数 容量（kW）

5200 1 给水泵 5200 1 5200 1

400 400 2 凝结水泵 400 1 400 1

1600 1600 3 循环水泵 1600 1 1600 1

7200 2000 以上合计P1 7200

1 1400 4 送风机 1400 1 1400

2 900 5 排粉机 450 2 900

6 碎煤机 355

1 570 7 灰渣泵 570 1 570

8 冲灰泵 220 1 220

2 1600 9 磨煤机 800 2 1600

1 1400 10 引风机 1400/700

5870 4690 以上合计P（kW）

4989.5 3986.5 S=0.85P （kVA）

11 备励马达 1000

1 800 12 化学水变 800

1 1000 13 除尘变 1000

1 1000 1000 14 低压厂变 1000 1 1000

1 630 630 15 输煤变 630 1 630

16 生活变 1250

17 钢球变 500

18 备用变 1250

3430 1630 1630 以上合计P（kVA）

16838.5 3830 13935 1.1（S+S）+S （kVA）

26943.5 高压绕组负荷∑S-S

40000/25000-25000 选择分裂绕组变压器（kVA）

重复容量

（kw）

2

22

3

123

hr

17

4 短路计算

4.1 短路计算的目的

在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算目

的主要有以下几个方面：

（1）在选择电气主接线时，为了比较各种方式接线方案，或确定某一接线是否需要

采取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情况下都能安全、可靠地

工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻

的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后

较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设

备动稳定。

（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，需以各种短路电流为依据。

（5）接地装置的设计，也需用短路电流。

4.2 短路计算的一般规定

4.1.1 短路计算的一般规定

（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工

程设计容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。

确定短路电流时，硬干可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按尽在切换

过程中可能并列运行的接线方式。

（2）在电气连接的网络中，选择导体和电器用的短路电流，应考虑具有反馈作用的

异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式

时候短路电流为最大的地点。

对带电抗器的6～10kV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔离板

前的引线和套管的计算短路硬选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点一般选

择在电抗器后。

（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若

发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接

地短路较三相短路严重时，应按严重情况计算。

4.1.2 系统简化

待设计火电厂所在系统的系统图如下图4-1所示：

3*QFS-300-2TSS1264/160-48

P=300MW 30MW

cosΦ=0.83CosΦ=0.875

Xd´´=16.7%Xd´´=28%

SFPL-360/220

360MVA 220kV

Uk%=14.6

220kV

L2 300km

SFPL-360/220

360MVA 220kV

Uk%=14.6

L4 150km

已建成的火电厂

L5 200km

已建成的水电厂

待设计发电厂

根据所给系统各元件参数，计算各元件等值阻抗后得到系统等值阻抗图，如图4-2

所示。系统参数计算（取）：

S100MVA

B

（1）已建成火电厂参数：P=300MW，cosφ=0.83，X’’=16.7%，

Gd

X= 0.83100/300=0.462

Gd

X





其主变 SFPL-360/220，360MVA，220kV，U%=14.6，

k

X= U%S/100S=0.0406

TkbN

X=(X+X)/3=0.0289

∑

1GT

（2）已建成水电厂参数：TTSS1264/160-48，300MW，cosφ=0.875，=28%，

X



d

X=0.0817

G

其主变SFPL-360/220，360MVA，220kV，U%=14.6，

k

19

X= U%S/100S=0.0406

TkbN

X=(X+X)=0.1223

∑

2GT

（3）线路参数归算：

L2：X=0.4×300×100/230=0.227

2

2

L4：X=0.4×150×100/230=0.113

4

2

L5：X=0.4×200×100/230=0.151

5

2

220kV

2

0.227

E1

1

0.0289

3

0.1223

E2

4

0.113

5

0.151

待设计发电厂

图4-2 系统等值电路

系统△变星型连接，系统化简后如图4-3所示，则

E1

1

0.0289

67

0.05220.0699

3

0.1223

E2

8

0.0348

待设计发电厂

20

图4-3 △变Y化简

X=XX/(X+X+X)=0.0522

624245

X=XX/(X+X+X)=0.0699

725245

X=XX/(X+X+X)=0.0348

854245

X=(X+X)//(X+X)+X=0.0918

916378

最终化简如图4-4所示。

S

9

0.0918

T8

T6

T9T10T11

T7

G8

G9

G10

G11

T2

T3

T4

T5

图4-4 电力系统简化图

电力系统网络化简完毕之后，结合给出的本厂各元件型号，参数计算列表见表5-1。

表4-1各设备元件参数

符号 名称 型号 参数 S=100MVA参数

QFQS-200-2 X=17.42%

S=235MVA R=2.288×10

N

U=15.75kV

N

I=8625A

N

cosφ=0.85 1.05Ω

X’’

d

=16.5%

2

-3

Ω

X==

N

15750

38628

b

G8，G9，

汽轮发电机

G10，G11

X’’

d

=16.5%*=0.0701

100

235

T=80

a

X=0.07413

1

R=9.2373×10

-4

21

T9，T11 主变压器

SFPL-240000/220 R

S=240MVA R=1.6×10

NL

U=231/15.75kV R=2.584×10

N

I=599.8/8797.72A X

NN

U%=13%

K

h

=0.2117Ω

-3

Ω

∑

-3

Ω

=1.0336Ω

T=56

a

X=0.0542

k

X=0.0542

2

R=9.679×10

∑

-4

T2，T3， 高压厂用变半穿越电抗

T4，T5 压器

SFPL-40000/25000-25000

U=15.75/6.3-6.3Kv X=X

Nd1-2’d1-2’’=0.425

S=40MVA

N

SFPL-40000/25000-25000

U=231/6.3-6.3Kv X=X

Nd1-2’d1-2’’=0.4625

S=40MVA

N

X=X

d1-2’d1-2’’=17%

T6，T7

启动/备用半穿越电抗

变压器

X=X

d1-2’d1-2’’=18.5%

4.1.3 本厂等值电路图中短路点的选取

根据本厂主接线的特点，厂用变压器和备用变压器等值电抗的不同，以及选择设备

的要求，选择六个短路点作为短路计算的短路点，这六个短路点位置见图5-5：

（1）k1在220KV母线上

（2）k2在8#发电机的出口

（3）k3在8#高压厂用变压器的低压侧

（4）k4在2#高压启动/备用变压器的低压侧

22

System

1

0.0918

k1

2

0.4625

3

0.0542

467

0.05420.05420.4625

5

0.0542

k4k2

k3

121314

0.4250.4250.425

15

0.425

8

0.0701

9

0.0701

1011

0.07010.0701

图4-5发电厂等值电路图

4.1.3.1 220kV母线（k1点）短路计算：

等值电路化简如图4-6所示：

System

1

0.0918

k1

k1

2

0.0542

4

0.0542

6

0.0542

8

0.0542

1

0.0918

3

0.0701

10

0.06215

11

0.06215

5

0.0701

7

0.0701

9

0.0701

SystemG8//G9G10//G11

G9G10G11

（1）系统供给短路电流

23

支路基准电流I==100//230=0.251kA；计算电抗X=0.0918

bcalc

100

3U

3

b

I’’

Z11Z0.011Z0.11Z0.21Z21Z4

=I=I=I=I=I==0.251/0.0918=2.7342kA （4-1）

I

b

X

calc

冲击电流（T=15，t=0.01s）

a



t

i=（I+I’’）=7.003kA （4-2）

T

ch1z0.01z

2

e



a

（2）G8，G9供给短路电流

支路基准容量S=2P/cos=2*200/0.85=470.59MVA

bN



基准电流I==470.59//230=1.181kA

S



b

b

3U

3

b

X=XS/100=0.0625*470.59/100=0.294

calc10b

支路时间常数 T=X/R=（0.07413+0.0542）/（9.2373+9.679）/10=67.8 4-3） （

a

∑∑

-4

注：发电机电抗取负序电抗。

以X=0.294查表的各时刻短路电流周期分量：

calc

I’’

Z3b

=3.608I=4.26kA

I=3.5867I=4.24Ka

3Z0.01b

I=3.1389I=3.71kA

3Z0.1b

I=2.8312I=3.34kA

3Z0.2b

I=2.3765I=2.807kA

3Z2b

I=2.3563I=2.783kA

3Z4b

冲击电流（T=67.8，t=0.01s）

a





t

i=（I+I’’）=11.748kA

chz0.01z

2

T

e

a

G10//G11与G8//G9对称，参数相同，则：

k1点合成短路电流：I’’=11.2142kA；i=30.499kA

zch

4.1.3.2发电机端短路（k2）

系统等值变换如图4-7所示：

24

System

1

0.0918

2

4

6

8

3

0.0542

0.0542

0.0542

0.0542

0.0701

k2

13

3

5

7

9

G8

0.0701

0.0701

0.0701

0.1243

0.0701

G9G10G11

1415

0.12430.1243

G8G9G10G11

∑Y法等效：∑Y=1/X+1/X+1/X+1/X+1/X=53.48

13141512

C=X∑Y=2.899

2

各支路电抗：X=CX=0.266；X=CX=0.36=X=X

1k113k1314k15k

X=CX=0.203

3k3

计算周期电流及冲击电流

（1）系统所提供短路电流U=15.75kV，计算电抗X=X=0.266

bcalc1k

S



I= I==3.666kA

bb

b

3U

b

∑Y法等效：∑Y=1/X+1/X+1/X+1/X+1/X=53.48

13141512

C=X∑Y=2.899

2

各支路电抗：X=CX=0.266；X=CX=0.36=X=X

1k113k1314k15k

X=CX=0.203

3k3

计算周期电流及冲击电流

（1）系统所提供短路电流U=15.75kV，计算电抗X=X=0.266

bcalc1k

S



I= I==3.666kA

bb

b

3U

b

各时刻短路周期分量：

25

k2

2

0.0542

1

0.0918

System

I’’

Z11Z0.011Z0.11Z0.21Z21Z4

=I=I=I=I=I==3.666/0.266=13.78kA

冲击电流（T=15，t=0.01）

a

i=（I+I’’）=35.29kA

chz0.01z

2

e



I

b

X

calc



t

T

a

（2）G8所提供短路电流（U=15.75kV）

b

计算电抗 X=0.203*235/100=0.477

calc

基准电流 I==8.614kA

b

S

b

3U

b

以X=0.447查表，对应各时刻电流值：

calc

I’’

Zb

=2.21785I=19.105kA

I=2.7937I=18.89kA

Z0.01b

I=2.0123I=17.334kA

Z0.1b

I=1.88965I=16.277kA

Z0.2b

I=1.927I=16.599kA

Z2b

I=2.062I=17.76kA

Z4b

冲击电流（T=80.25，t=0.01）

a



t

i=（I+I’’）=52.696kA

chz0.01z

2

e



T

a

（3）G9所提供短路电流（U=15.75kV）

b

X=0.36*235/100=0.846 I=8.614kA

calcb

以X=0.846查表，各时刻电流值：

calc

I’’

Zb

=1.299227I=11.192kA

I=1.289272I=11.106kA

Z0.01b

I=1.221I=10.521kA

Z0.1b

I=1.423I=12.254kA

Z0.2b

I=1.472I=12.679kA

Z4b

时间常数T=∑X/∑R=63.8

a

冲击电流（T=63.8，t=0.01）

a

26

i=（I+I’’）=30.77kA

chz0.01z

2

e





t

T

a

（4）G10与G11并联运行时，所提供短路电流

U=15.75，X=0.5XS/100=0.423，I=17.23

bcalc14kNb

衰减时间常数对于k2点，G10（或G11）向短路点提供短路电流，串联支路的元件为

G10（或G11），10（或11）号主变以及8号主变，总参数为

∑X=0.7413+2×0.0542

∑R=（9.2373+2×9.679）×10

-4

T=∑X/∑R=63.8

a

以X=0.432查表，各时刻短路电流：

calc

I’’=0.513I=43.299kA， 冲击电流 i=118.75kA

Zbch

k2点短路电流总值 I’’=87.376 i=237.506kA

Zch

4.1.3.3高压厂用变压器6kV8A段（k3）短路

等值变换如图4-8所示：

k3

2

0.425

3

0.0542

57

0.12430.1243

6

0.1243

1

0.0918

124

0.2660.0701

13

0.1201

2

0.425

4

0.0701

System

（b）

k3

1k2k3k

2.760.8551.465

k3

G8G9G10G11

（a）

（c）

图4-8 k3点短路等值电路图

a→b ∑Y1=1/X+1/X+1/X1/X+1/X=53.48

56713

27

C=X∑Y=2.899

131

X=CX=0.0918×2.899=0.266

1211

X=CG9//G10//G11=0.1201

131

b→c ∑Y=1/X+1/X+1/X+1/X=28.70

2124132

C=X∑Y=0.425×28.70=12.1975

222

则各支路计算电抗：X=XC=2.76，X=0.855，X=1.465

1k1222k3k

（1）系统所提供短路电流（T=15，t=0.01）

a

计算电抗X=X=2.76，U=6.3kV

calc1kb

I==9.164kV

b

S

b

3U

b

I’’

Z11Z0.011Z0.11Z0.21Z21Z4

=I=I=I=I=I==3.32kA



t

T

a

I

b

X

calc

i=（I+I’’）=8.504kA

chz0.01z

2

e



（2）G8所提供短路电流（T=40，t=0.01）

a

计算电抗 X=XS/100=0.855×235/100=2.009，I=24.54kA

calc2kNb

以X=2.009查表，I’’=0.51I=10.98kA

calczb

i=（I+I’’）=29.82kA

chz0.01z

2

e





t

T

a

（3）G9，G10，G11所提供短路电流（T=40，t=0.01）

a

计算电抗 X=X×3S/100=10.328>3

calc3kN

I=64.61kA

b

由于X>3，故各时刻周期分量相等：

calc

I’’

Z11Z0.011Z0.11Z0.21Z21Z4

=I=I=I=I=I==64.61/10.328=6.256kA



t

T

a

I

b

X

calc

i=（I+I’’）=17.03kA

chz0.01z

2

e



（4）电动机反馈电流计算：6.3kV8A段连续运行时电动机总容量为

7200+6445+1000=14645kW，U=6kV，ηcos=0.85，电动机启动电流平均倍数K=6

NMMqm



28

电动机反馈电流周期分量起始有效值：

I’’=K=6×14645//6.3/0.85×10=7.895kA

Mqm

P

MN

3UMcos

NM



2

-3

反馈电流冲击值（冲击系数）K=1.7

chk

i=（1.1KI’’）=（1.1×1.7×7.895）=20.878kA

chchkK

22

k3点短路总电流值 I’’=28.451，i=76.232kA

zch

4.1.3.4启动/备用变压器6kV段（k4）短路

System

1

0.0918

k4

10

0.425

2

0.0542

4

0.0542

6

0.0542

8

0.0542

k4

3

0.0701

1k

4.17

5

0.0701

7

0.0701

2k3k

2.8232.823

9

0.0701

SystemG8//G9G10//G11

G8G9G10G11

图4-9 k4点短路等值电路图

G8，G9合并为一条支路，G10，G11合并为一支路，系统化简如图5-9所示，

∑Y=1/X+1/（X+X）+1/（X+X）+1/（X+X）+1/（X+X）+1/X=45.43

12345678010

C=X∑Y=0.425×45.43=19.31

10

X=XC=4.17，X=C[(X+X//(X+X)]=2.823=X

1k12k34563k

（1）系统 X=X=4.17，I=S//U=9.164kA

calc1kbNN

3

I’’

Z11Z0.011Z0.11Z0.21Z21Z4

=I=I=I=I=I==2.198kA

冲击电流（T=15，t=0.01）

a

i=（I+I’’）=5.629kA

chz0.01z

2

e



I

b

X

calc



t

T

a

（2）G8与G9并列运行

计算电抗 X=X2S/100=13.268>3

calc2kN



29

I=43.07kA

b

I’’

Z11Z0.011Z0.11Z0.21Z21Z4

=I=I=I=I=I==3.246kA

I

b

X

calc

冲击电流 i=（I+I’’）=8.835kA

chz0.01z

2

e





t

T

a

（3）G10与G11并列运行，结果同上，不计及电动机反馈电流，则k4点短路电流总值

为：I’’=8.69kA，i=23.299kA

zch

短路计算结果见表4-2

30

表4-2 k1～k4点短路计算结果

31

5部分电气设备的选择与校验

5.1 电气设备选择的一般原则

5.1.1 选择电气一次设备遵循的条件

电气设备的选择是变电所电气设计的主要内容之一，正确的选择电气设备的目的

是为了使导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、经济合理的运行。在

进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的

采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

在发电厂和变电所中，采用的电气设备种类很多，其作用和工作条件并不一样，

具体选择的方法也不同，但对他们的基本要求都是相同的。

电气设备的选择的一般要求是：

（1） 满足工作要求。应满足正常运行、检修以及短路过电压情况下的工作要求。

（2） 适应环境条件。应按当地的环境条件进行校验。

（3） 先进合理。应力求技术先进和经济合理。

（4） 整体协调。应与整个工程的建设标准协调一致。

（5） 适应发展。应适当考虑发展，留有一定的裕量。

电气设备能安全、可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，斌干短路条件来校

验其动稳定和热稳定。

5.1.2 按正常工作条件选择

（1）额定电压

电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压。电器可以长期在其额定电压的

110%-115%下安全运行，这一电压成为最高允许工作电压。当U在220KV及以下时

e

其U为1.15，当U为330-500KV是，其U为1.1 U。

NsNeNsNe

另外，电气设备还有一个最高工作电压，即允许长期运行的最高电压，一般不得

超过其额定电压的10%~15%。在选择时，电气设备的额定电压不应低于安装地点的

电网额定电压，即

U≥U（5-1）

NeNs

式中， U－电气设备铭牌上所标示的额定电压（KV）；U －电网额定工作电压

NeNs

32

（KV）。

110KV以下电压等级的电气设备绝缘裕度较大。因此，在非高海拔地区，按所在

电网的额定电压选择电气设备的额定电压即可满足要求。

（2）额定电流

满足此条件的目的在于使电气设备的储蓄温度不超过长期发热的最高允许温度

值。

在额定周围环境条件下，导体和电气设备的额定电压不应小于所在回路的最大工

作电流，即

I≥I（5-2）

Ngmax

式中，I－电气设备铭牌上所标示的额定电流（A）

N

I－回路中的最大工作电流（A）

gmax

在决定I时，应以变压器和线路的负荷作为出发点，同时考虑这些设备的长期工

gmax

作状态，见表5-1。在确定变压器回路的最大长期工作电流时，应考虑到变压器过负荷

运行的可能性；母线分段电抗器的最大长期工作电流应为保证该母线负荷所需的电流；

出线回路的最大长期工作电流处考虑线路正常过负荷电流外，还应考虑事故时由其他回

路转移过来的负荷。

表5-1 各支路最大持续电流

回路名称 最大长期工作电流

变压器回路 1.3~2倍的变压器额定电流

出线回路 1.05倍的最大负荷电流

母联回路 母线上最大一台变压器的I

分段回路 变电所应满足用户的一级负荷和二级负荷

汇流回路 按实际潮流分布计算

gmax

（3） 环境条件

选择电气设备时，还应考虑其安装地点的环境条件，当气温、风速、污秽、海拔高

度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超过一般电气的基本使用条件时，应采取相应的措

施。

①空气温度。标准的电气周围空气温度为40℃。若安装地点日最高温度高于40℃，

但不超过60℃，则因散热条件较差，最大连续工作电流应适当减少，则设备的额定电流

33

应按下式修正：

（5-3）

IKI()/()I

altNealalNeNe



式中，I——电气设备的额定电流经实际的周围环境温度修正后的允许电流（A）

al

K——温度修正系数

t



al

——电气设备的长期发热最高允许温度（℃）



——实际的周围环境温度，取所在地方最热月平均最高温度（℃）



Ne