水电站毕业设计论文

摘 要

本次毕业设计的主要任务是根据原始资料进行一个发电厂主接线的初步设计，并对其一次设备进行选择,进而对继电保护进行规划和对配电装置进行规划。设计主要内容包括：电气主接线设计、短路电流计算、主要电气设备选择、校验及配电装置初步设计和继电保护的规划等。主要的电气设备选择有：主变压器、高压厂用变压器、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器及母线等的选择。

电气主接线是发电厂的主要环节，故本文对数个电气主接线方案进行了技术经济综合比较，确定了一个较佳方案，并根据此方案对全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护的规划等，进行了详细的设计和说明。本设计包括六部分：电气主接线选择，电气设备选择，短路电流计算，配电装置规划，继电保护规划及其整定。

关键词：发电厂； 主接线； 短路电流； 电气设备； 配电装置； 继电保护

I

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

ABSTRACT

This graduation project topic is s according to the first hand information designs a electric power plant, and mainly carries on the design to its equipment. Then design the power distribution equipment and relay protection planning. Designs the main content to include: The electrical host wiring design, the wiring design, the short-circuit current computation, the main electrical equipment choice , the verification and the power distribution equipment preliminary design and relay protection planning and so on. The main choice electrical equipment includes: The main transformer, the high-pressured factory use the transformer, the high-pressured circuit breaker, the isolator, the current transformer ,the voltage transformer, the arrester and the generatrix and so on.

Main electrical scheme is the main part of substation, so this thesis synthetically compares several main electrical schemes from technical and economic aspects and picks up one preferable scheme. According to the chosen scheme, detailed design and instruction are carried out about the electric apparatus selection, distribution equipment arrangement, relay protection, and so forth.This thesis consist of six parts：main electrical scheme select，main choice electrical equipment，short-circuit current calculation，distribution equipment arrangement, relay protection and verification on the selection short dot.

Key words: electric power plant; electrical main wiring; short-circuit current; electrical equipment; the power distribution equipment; relay protection

II

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

目录

1 前言 ........................................................................................................................................ 5

1.1 设计要求 ..................................................................................................................... 5 1.2 设计依据 ..................................................................................................................... 5 2 电气主接线设计 .................................................................................................................... 6

2.1 电气主接线概述 ......................................................................................................... 6 2.2 发电机出口接线形式的选择 ..................................................................................... 6 2.3 220KV侧接线形式的选择 ......................................................................................... 8 3 主变及厂用变的选择 .......................................................................................................... 12

3.1 变压器选择概述 ....................................................................................................... 12 3.2 主变选择 ................................................................................................................... 12 3.3 厂用变选择 ............................................................................................................... 13 4 短路电流计算 ...................................................................................................................... 13

4.1 短路点的选取 ........................................................................................................... 13 4.2 三相对称短路计算 ................................................................................................... 14 4.3 不对称短路计算 ....................................................................................................... 20 5 电气设备的选择 .................................................................................................................. 25

5.1 断路器的选择 ........................................................................................................... 25 5.2 隔离开关的选择 ....................................................................................................... 29 5.3 母线的选择 ............................................................................................................... 32 5.4 电流互感器的选择 ................................................................................................... 37 5.5 电压互感器的选择 ................................................................................................... 42 5.6 绝缘子和穿墙套管的选择 ....................................................................................... 44 5.7 高压熔断器的选择 ................................................................................................... 47 5.8 发电机中性点接地设备的选择 ............................................................................... 47 5.9 避雷器的选择 ........................................................................................................... 48 5.10 厂用电高压侧电气设备的选择 ............................................................................. 50 6 继电保护规划 ...................................................................................................................... 53

6.1 继电保护概述 ........................................................................................................... 53 6.2 变压器纵差保护计算 ............................................................................................... 55

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7 配电装置规划 ...................................................................................................................... 57

7.1 配电装置概述 ........................................................................................................... 57 7.2 配电装置设计 ........................................................................................................... 58 总结 .......................................................................................................................................... 61 致谢 .......................................................................................................................................... 61 参考文献 .................................................................................................................................. 62 附录 ..........................................................................................................................................

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1 前言

1.1 设计要求

通过初步设计，查阅资料，了解及掌握电力行业的发展动向和新技术，重温和巩固已学的理论知识，进行包括电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择和配电装置设计等内容的设计。

1.2 设计依据

（1）电站地理位置及自然环境条件：水电站位于甘肃省兰州市皋兰县境内黄河干流上，为黄河龙—青段规划的第19个梯级，为黄河小三峡“小峡、大峡、乌金峡”最上一级电站，水电站坝址位于小峡峡谷出口处，平均海拔1700米，多年平均气温7.2℃，极端最高气温38.3℃，极端最低气温 -25.4℃，多年平均相对湿度63%。

（2）电站基本参数：装机容量：4X57.5MW；

枯水年枯水期平均出力：80MW； 年利用小时数：4156h；

多年平均年发电量：9.56亿kWh。

（3）电站运行方式：枢纽主要任务是发电，担任的是基荷。兼有灌溉、旅游等效益，电站可进行日调节。

（4）电站接入系统方式：电站以220 kV一级电压接入兰州电网，其正常运行方式为单母分段固定连接；4回220 kV出线中，2回出线送兰州和平变电站(简称峡和双回线)，2回出线送兰州北部开关站(简称峡开双回线)。

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2 电气主接线设计

2.1 电气主接线概述

在发电厂中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能生产、汇集和分配的电气主回路。这个电气主回路被称为电气一次系统，又叫做电气主接线。用规定的设备图形和文字符号，按照各电气设备实际的连接顺序而绘成的能够全面表示电气主接线的电路图，称为电气主接线图。

主接线的确定对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及发电厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接影响。

对电气主接线设计的基本要求是可靠性、灵活性和经济性。 （1）可靠性要求

供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力。电气主接线要能保证在正常运行、检修和事故时，都不能导致一类负荷停电，一般负荷尽量减少停电时间。为此，应考虑设备的备用，并有适当的裕度，此外，选用高质量的设备也能提高可靠性。

（2）灵活性要求

满足调度时的灵活性要求，灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，灵活地调配电源和负荷，满足系统正常运行的需要；满足检修时的灵活性要求，在某一设备需要检修时，应能方便地将其退出运行，并使该设备与带电运行部分有可靠的安全隔离，保证检修人员检修时方便和安全；满足扩建时的灵活性要求，从初期的主接线过渡到最终的主接线，每次过渡都应比较方便，改建的工程不大。

（3）经济性要求

在主接线满足必要的可靠性和灵活性的前提下，应尽量做到经济合理。努力节省投资，高压设备的数量力求较少，不必有多余的设备，减少出线电缆的截面，继电保护和二次回路不过分复杂，以节省二次设备和控制电缆，主变压器的型号、容量、台数的选择要经济合理，尽量少占土地。

2.2 发电机出口接线形式的选择

方案一如图2-1所示。

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图2-1 发电机—双绕组变压器单元接线

优点：接线简单，开关设备少，操作简便，故障可能性小，可靠性高；由于没有发电机电压母线，可减少母线短路检修带来的问题；配电装置结构简单，占地少，投资省。

缺点：单元中任一元件故障或检修都会影响整个单元的工作。本次设计用到4个单元采用了较多的变压器和断路器，不经济。

适用范围：这种接线在大、中、小型机组均可采用，本次设计的单机容量为57.5MW正可适用，在发电机组数目不是太多的情况下可采用。

方案二如图2-2所示。

图2-2 发电机—变压器扩大单元接线

优点：该种接线与单元接线相比，可减少变压器和断路器的台数，以及节省配电装置的占地面积。

缺点：发电机出口短路电流太大，不易选择断路器，主变的容量也太大，可能会受到制造或运输方面的问题，此时需要采用绕组的变压器，而绕组变压器在水电站中很少采用。

适用范围：用于机组数目较多时，单元接线很不经济时才考虑。

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方案一中采用单元接线，投资大了点，多用了两台变压器，但本次设计机组数目较少仅有4台，用单元接线很适合，而方案二采用扩大单元接线，投资小，但用于机组数比较多时，且易受设备选择的困难。

由于本次设计的是中小型水电厂，又没有近区负荷，综合比较，采用方案一较适合。

2.3 220KV侧接线形式的选择

方案一：双母线接线如图2-3所示。

图2-3 双母线接线

优点：运行方式灵活，既可采用将电源和出线均衡地分配在两组母线上，母联断器合闸的双母线同时运行方式；也可以采用任意一组母线工作，另一组母线备用，母联断路器断开的单母线运行方式。检修母线时不中断供电，只需将欲检修母线上所有回路通过倒闸操作均换接至另一组母线。故障时，也只需将接于该母线上的所有回路均换接至另一组母线，便可迅速地全面恢复供电。检修一回路母线隔离开关时，只中断该回路，这时，可将其他回路均换接至另一组母线上，继续运行，然后停电检修该母线隔离开关；如果允许对隔离开关带电检修，则该回路也可不停电。检修任一出线断路器时，可用母联断路器代替其工作。由此可见，该接线大大提高了供电的可靠性，而且扩建方便，向双母线左右任意方向扩建均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工过程中不会造成原有回路停电。

缺点：增加了电气设备的投资，并增加了综合投资和年运行费用。 方案二：单母线分段接线如图2-4所示。

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图2-4 单母线分段接线

优点：用断路器把母线分段后，重要负荷可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。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。而且单母线分段接线接线简单，经济方便，可靠性适中。当220kV配电装置总出线回路数为3～4回时适用。

缺点：单母分段供电没有单母分段兼旁母可靠性高。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，仅能保证一半线路的供电，扩建时需向两个方向均衡扩建。

方案三：单母线分段兼旁母接线如图2-5所示。

图2-5 单母线分段带旁母接线

优点：当检修任一出线断路器时，可不中断该路的供电，即合上旁路断路器两侧隔离开关后再

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合上该断路器，使旁路母线带电，再合上欲检修的出线断路器所在回路的旁路隔离开关，然后断开被检修的断路器及其两侧的隔离开关，对其进行检修，在正常运行情况下，旁路母线不带电，主接线系统可并列运行也可分列运行，运行方式比较灵活，这种接线方式广泛应用于出线回路不多的场合。

缺点：配电装置布置稍复杂，多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资。这种接线除非供电可靠性有特殊需要时才应用。

方案比较：

由于本次设计的水电厂主要任务时发电，担任的是基荷。兼有灌溉，旅游等效益，所以设计时对电气主接线的可靠性要求最高。方案二采用单母线分段接线，不仅增加了分段设备的投资和占地面积，而且某回路断路器检修时该回路停电，不能满足供电可靠性的要求，方案三采用分段单母线带旁母的接线形式，这种接线形式，不仅增加了投资，而且布置方式比较复杂，只有在对供电可靠性有特殊要求的情况下才应用，根据设计要求，四台小容量的发电机，四个回路，不需要这种要求很高的接线形式，而方案一中采用的双母线接线形式，虽然增加了电气设备的投资，但是考虑到它的运行可靠性和灵活性，对出线为四条回路且在系统中占有重要位置的配电装置正好适用。综上所述，本设计的220KV侧的接线形式采用方案一。

经以上分析最终确定发电厂主接线形式如图2-6所示。

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图2-6 发电厂电气主接线

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3 主变及厂用变的选择

3.1 变压器选择概述

（1）台数选择：接于发电机电压母线与升高电压母线之间的主变压器一般说来不少于2台，但对主要向发电机电压供电的地方电厂、系统电源主要作为备用时，可以只装一台，本设计为单元接线，故选择一台主变。

（2）容量选择：发电机与主变压器为单元接线时，主变压器的容量可按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度选择。

（3）型式选择

① 相数的确定：容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。

② 绕组数的确定：只有一种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及只有两种电压的变电所，采用双绕组变压器。

③ 绕组接线组别的确定：变压器的绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求3次谐波对电源等因素。根据以上原则，主变一般是Y，d11常规接线。

④ 调压方式：通常，对于220kV及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用有载调压，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。

⑤ 冷却方式：主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。自然风冷却一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。

3.2 主变选择

主变压器的选择必须先要确定低压侧的电压值，要首先确定发电机的型号，根据发电机的单机容量为57.5MW查《电气工程手册》选择发电机型号为TS854/184-44其参数见表3-1。

表3-1 发电机型号参数表

发电机型号 TS854/184-44

额定容量(MW)

57.5

功率因数cos

0.85

额定电压(KV)

10.5

电抗Xd” 0.193

本设计选用四台相同的变压器，根据变压器容量和发电机的容量的关系式：

SN1.1PN(1KP)/cosGMVA--完整版学习资料分享----

（3-1）

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式中,SN—变压器容量；

PN—发电机的容量；

KP

—厂用电率；cosG—发电机功率因数。

根据上述式子可以计算出SN73.67MVA，据此可以选出变压器的型号为：SFP7—90000/220,其参数见表3-2。

表3-2 主变压器型号参数表

额定电压（kV）

变压器型号

额定容量（kVA）

高压

低压 10.5

YN,d11

12.5

90000

242±2×2.5%

连接组别

阻抗电压（%）

SFP7000020

3.3 厂用变选择

厂用变压器有油浸式和干式两种。环氧浇注干式变压器具有体积小,节省空间；阻燃能力强,无污染；防潮性能好,局部放电量小,安全性好；损耗低；重量轻,安装方便,免维修等优点。另外,干式变压器可装设温度控制和温度显示装置,可以直观显示绕组温度,并可实现远程温度监测。故本设计厂用电变压器形式选用干式。

本设计中厂用变压器按发电机容量的1%来选择即

S1%SN1%57.5 =0.676（MVA）0.85 （3-2）

故选择型号SCB-800/10，其具体参数见表3-3。

表3-3 厂用变压器型号参数表

额定电压（kV）

变压器型号 SCB-800/10

额定容量（kVA）

高压

1000

10.5

低压 0.4

Dynll

5

连接组别

阻抗电压（%）

4 短路电流计算

4.1 短路点的选取

一般选取各线段始末端作为短路计算点，线路的始端最大三相短路电流常用来校验电气设备的

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动热稳定性，并作为上一级继电保护的整定参数之一，线路末端的最小两相短路电流常用来校验相关继电保护的灵敏度。

综合考虑，本设计选取两个短路点来计算，一个是发电机出口处(f1点),一个是母线处（f2点），选取结果如图4-1所示。

图4-1短路点的选取结果图

4.2 三相对称短路计算

1、发电机出口处三相短路计算

取SB1000MVA，UB为各电压等级平均额定电压，求出各元件电抗标幺值。 发电机： XG0.193

U%S10001.39变压器： XTKB0.12510003.9557.50.85 （4-1）

100SN90 (4-2)

系统： XS0.2 (4-3)

经网络化简得出f1点的短路电抗图，如图4-2所示。

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图4-2 f1点的短路电抗图

进一步化简为：

S1X1SXsXTf1XGG1

图4-3 f1点的短路电抗化简图

11 x1=（xGxT)(3.951.39)1.833 (4-4)

（1）计算发电机和系统对f1点的转移电抗。

xGf=x1+xTxTx11.81.39=1.8+1.3915.7 xs0.2 (4-5)

xsf=xs+xTxTxS0.21.39=0.2+1.391.744 x11.8 (4-6)

xG1fxG13.45

(4-7)

（2）计算发电机和系统对f1点的计算电抗，系统作为无限大功率母线不必查运算曲线，故可仅计算发电机的计算电抗。

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xGjs15.7357.5 3.18610000.85 (4-8)57.5 0.2310000.85 (4-9)

xG1js3.45（3）G1,G和S送出的短路电流标幺值为：

Is\"Is,1,2,4Is,0.85Is,0.425110.57xsf1.744

(4-10)

用xx1Gf=x1+xxTTx=1.8+1.391.81.3915.7查运算曲线得： s0.2I\"G0.323 IG,1,2,4IG,0.85IG,0.450.323 用x57.5G1js3.4510000.850.23查运算曲线得：

I\"G13.993 IG1,0.4253.073 IG1,0.853.062 IG1,13.060 IG1,23.049 IG1,43.043 (4-18)

（4）计算各短路电流有名值。 系统送至短路点的电流为：

I\"sI1000s,1,2,4Is,0.85Is,0.4250.57310.531.34(kA) 发电机G1送至短路点的电流为：

I\"G13.99357.5310.50.8514.78(kA) I57.5G1,0.4253.073310.50.8511.37(kA) --完整版学习资料分享----

(4-11) (4-12)

(4-13)

(4-14)

(4-15)

(4-16) (4-17) (4-19)

(4-20) (4-21)

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IG1,0.853.06257.511.33(kA)

310.50.85 (4-22)

IG1,13.06057.511.32(kA)

310.50.85 (4-23)

IG1,23.04957.511.28(kA)

310.50.85 (4-24)I57.5G1,43.043310.50.8511.25(kA)

发电机G（除发电机G1之外的所有发电机总和）送至短路点的电流为：

I\"GIG,1,2,4IG,0.85IG,0.4250.323357.5310.50.853.06(kA) （5）短路点处总的短路电流为：

I\"I\"\"\"fsIG1IG31.3414.783.0649.94(kA) If,0.45Is,0.45IG,0.45IG1,0.4531.3411.373.0645.77(kA) If,0.85Is,0.85IG,0.85IG1,0.8531.3411.333.0645.73(kA) If,1Is,1IG,1IG131.3411.323.0645.72(kA) If,2Is,2IG,2IG1，231.3411.283.0645.68(kA) If,4Is,4IG,4IG1,431.3411.253.0645.65(kA) 2、母线处三相短路计算

经网络化简得出f2点的短路电抗图，如图4-4所示。

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(4-25)

(4-26)

(4-27)

(4-28) (4-29)

(4-30) (4-31) (4-32)

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图4-4 f2点的短路电抗图

x1x2x3x411 xGxT3.951.392.6722 (4-33)

四台发电机连接到同一个母线上则可以合并成一台等值发电机G。 （1）计算等值发电机和系统对f2点的转移电抗。

xGf11 x12.670.6744 (4-34)xsfxs0.2

(4-35)

（2）计算等值发电机和系统对f2点的计算电抗：系统作为无限大功率母线不必查运算曲线，故可仅计算等值发电机的计算电抗：

xGjs0.67

（3）G和S送出的短路电流标幺值为：

457.5 0.180.851000 (4-36)

Is\"Is,1,2,4Is,0.23Is,0.115用xGf115xsf0.2

(4-37)

11x12.670.67查运算曲线得 44\"IG6.127 (4-38)

IG，0.1154.331IG，0.234.100IG，13.700 (4-39)

(4-40)

(4-41)

(4-42)

(4-43)

IG，23.300

（4）计算各短路电流有名值。 系统送至短路点的电流为：

IG，43.081Is\"Is,1,2,4=Is,0.23Is,0.1155100012.55(kA)

3230 (4-44)

G送至短路点的电流为：

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\"IG6.127457.54.16(kA)32300.85 (4-45) 457.52.95(kA)32300.85 (4-46)

IG,0.1154.331IG,0.234.110457.52.79(kA)

32300.85 (4-47)457.52.51(kA)

32300.85 (4-48)457.52.24(kA)

32300.85 (4-49)457.52.05(kA)

32300.85 (4-50)

IG,13.700IG,23.300IG,43.081（5）短路点处总的短路电流为：

\"I\"fIs\"IG12.554.1616.71(kA) (4-51)

(4-52)

(4-53)

If,0.115Is,0.115IG,0.1512.552.9515.5(kA)If,0.23Is,0.23IG,0.2312.552.7915.34(kA)If,1Is,1IG,112.552.5115.06(kA)

(4-54)

(4-55)

(4-56)

If,2Is,2IG,212.552.2414.79(kA)If,4Is,4IG,412.552.0514.60(kA)表4-1 f1点短路电流计算结果

系统S G1 G2 G3 G4 总电流

IkA

31.34 14.78 1.02 1.02 1.02 49.94

If,0.425kA

31.34 11.37 1.02 1.02 1.02 45.77

If,0.85kA If,1kA

31.34 11.33 1.02 1.02 1.02 45.73

31.34 11.32 1.02 1.02 1.02 45.72

If,2kA

31.34 11.28 1.02 1.02 1.02 45.68

If,4kA

31.34 11.25 1.02 1.02 1.02 45.65

表4-2 f2点短路电流计算结果

系统S

IkA

12.55

If,0.115kA If,0.23kA

12.55

12.55

If,1kA

12.55

If,2kA

12.55

If,4kA

12.55

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-----WORD格式--可编辑--专业资料----- G1 1.04 0.74 0.70 0.63 0.56 G2 1.04 0.74 0.70 0.63 0.56 G3 1.04 0.74 0.70 0.63 0.56 G4 1.04 0.74 0.70 0.63 0.56 总电流

16.71

15.50

15.34

15.06

14.79

4.3 不对称短路计算

1、发电机出口处不对称短路计算 （1）正序网络图化简如图4-5所示。

图4-5 f1点的短路正序电抗图

进一步化简为：

图4-6 f1点的短路正序电抗化简图

x1xGxT3.951.395.34 (4-57)

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0.51 0.51 0.51 0.51 14.60

-----WORD格式--可编辑--专业资料-----

x2xGxT3.951.395.34x3xGxT3.951.395.34

(4-58)

(4-59)

11 x4(x1x2x3)5.341.7833 (4-60)

于是正序等值电抗为：

x1xs//x4xT//xG1.78//0.21.39//3.951.12 (4-61) （2）负序网络同正序网络化简过程，并且负序等值电抗与正序等值电抗相同即

x1x21.12 (4-62)

（3）零序网络化简

由于变压器接线形式为：YNd11，发电机中性点经消弧线圈接地，考虑到消弧线圈的电抗值较小，可以忽略不计，于是得零序等值电抗为：x0。 ①f1发生单相短路时，根据正序增广网络的概念可得：

zz2+z0= (4-63)

If1=10

Z1Z (4-)

(4-65)

If=MIf1=0②f1点发生两相短路时，根据正序等效定则的概念可得：

zz2=1.57 (4-66)

If1=11 =0.32Z1Z1.57+1.57 (4-67)If=MIf1=30.32=0.55

(4-68)

有名值为： If=0.55③f1点发生两相短路接地时

100030.24kA

310.5 (4-69)

Z01.572 Z1.57Z2Z01.57 (4-70)

Z--完整版学习资料分享----

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If1=11 =0.32Z1Z1.57+1.57 (4-71)If=MIf1=30.32=0.55

(4-72)

有名值为：

If=0.55

100030.24kA310.5 (4-73)

2、母线处不对称短路计算

（1）正序网络图化简如图4-7所示。

图4-7 f2点的短路正序电抗图

进一步化简为：

图4-8 f2点的短路正序电抗化简图

x14x11=GxT43.951.391.335 x1xs//x10.35//1.3350.174 （2）负序网络同正序网络化简过程，并且负序等值电抗与正序等值电抗相同即

x1x20.174 （3）零序网络化简如图4-9所示。

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(4-74)

(4-75)

(4-76)

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图4-9 f2点的短路零序电抗图

进一步化简为：

图4-10 f2点的短路零序电抗化简图

x214xT0.35 (4-77)

x0xs//x20.35//0.20.09 (4-78)

①f2点发生单相短路时，根据正序增广定则的概念可得：

zz2+z0=0.2 I1f1=Z12.281Z0.1740.2If=MIf1=32.28=6.84 有名值为： I1000f6.84323017.17kA --完整版学习资料分享----

(4-79)

(4-80)

(4-81)

(4-82)

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②f2点发生两相短路时，根据正序等效定则的概念可得：

zz2=0.174 (4-83)

If1=11 =2.87Z1Z0.174+0.174 (4-84)If=MIf1=32.87=4.97

(4-85)

有名值为： If=4.97③f2点发生两相短路接地时

100012.48kA

3230 (4-86)

Z00.1740.092 Z0.06Z2Z00.1740.09 (4-87)

If1=11=4.27Z1Z0.174+0.06 (4-88)

0.1740.09ZIf=MIf1=310.1750.0924.27=3.76

(4-)

有名值为： If=3.7610009.44kA

3230 (4-90)

表4-3 不对称短路计算结果

短路类型 单相短路

两相短路 两相短路接地

f1点（kA）

0 30.24 30.24

f2点（kA）

17.17 12.48 9.44

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5 电气设备的选择

5.1 断路器的选择

高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统故障情况下自动地迅速断开电路，断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置，灭弧能力是断路器的核心性能。其选择的好坏，不但直接影响变电所正常状态下运行，而且也影响在故障条件下是否能可靠地分析。

断路器的选择内容包括：（1）选择型式；（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）校验开断能力；（5）校验动稳定；（6）校验热稳定。

1、母线侧断路器选择

（1）按额定电压选择，断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

UNUNs220kV

(5-1)

（2）按额定电流选择，断路器综合修正后的长期允许电流Ial不得低于所在回路的各种运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IalKINImax式中,K--综合修正系数；

Imax--电气设备所在回路的最大持续工作电流。 当仅计及环境温度修正时K值的计算如下：

(5-2)

K1400.005其中为环境实际温度，本设计中38.30带入上式得

(5-3)

K1.0085 (5-4)

所以， INImax1.05SN901.05246AK3UNK32301.0085

(5-5)

（3）初步选择断路器的型号为：LW2220，其参数见表5-1。

表5-1 母线侧断路器的参数

额定

型号

电压

电流 2500A

断电流 50kA

电流 150kA

电流(3s) 100kA

额定

额定开

动稳定

热稳定

ta（s） tin(s)

0.15

0.03

LW2220

220kV

（4）额定开断电流校验，为保证断路器能可靠地开断短路电流，一般情况下，原则上额定开断电流INbr 不应小于实际开断瞬间的短路全电流有效值Ik，即

INbrIk (5-6)

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2tbrTa而 IkI式中,tbr--开断计算时间，一般取0.2；

''12e

(5-7)

Ta--短路电流非周期分量的衰减时间，一般取0.25s。

所有值代入可以求得： Ik19.76kA由已知参数INbr31.5kA可知满足要求。

22（5）热稳定校验，断路器满足热稳定的条件为：IttQKkA•s

(5-8)

 (5-9)

式中，It--制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流，查表5-1； t--制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间，查表5-1； QK--短路电流通过电器时所产生的热效应，kA•s。

由已知数据计算可得：Itt100330000kA•s2222 (5-10)

又 QKtk''2222I10IIkA•stktk122

(5-11)

其中，tktprtinta； tpr--后备保护动作时间，取3.82s； tin--断路器固有分闸时间，为0.03s； ta--断路器开断时的电弧持续时间，为0.15s。 将前述短路电流计算结果代入可求得：

4tk''2222QKI10ItkItk16.7121014.79214.602669.75kA•s12212由以上计算结果可知热稳定满足。

（6）动稳定校验，断路器满足动稳定的条件为：

(5-12)

iesish(kA)

(5-13)

式中，ies--电器允许通过的动稳定电流幅值，查表5-1；

ish--短路冲击电流幅值，kA。一般高压电路短路时，ish2.55I'';发电机端母线短路时，

ish2.69I''。

ish2.55I''2.5516.7142.6(kA)由已知数据ies150kA可知，动稳定满足要求。 其断路器的选择见表5-2：

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(5-14)

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表5-2 母线侧断路器的选择结果

计算和设备数据

计算数据

项目及条件

电压 电流 额定开断电流 热稳定 动稳定

UN≥UNs（kV） IN≥Imax（A） INbr≥I''（kA） QN≥Qk（kA2s） ies≥ish （kA）

UNs Imax I\" Qk ish

220 248 19.76 267.9 42.6

UN IN INbr

220 2500 31.5 3969 150

LW2-220断路器

QNies

2、发电机出口侧断路器选择

（1）按额定电压选择，断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

UNUNs10.5kV

(5-15)

（2）按额定电流选择，断路器综合修正后的长期允许电流Ial不得低于所在回路的各种运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IalKINImax式中,K--综合修正系数；

(5-16)

Imax--电气设备所在回路的最大持续工作电流。

当仅计及环境温度修正时K值的计算如下：

K1400.005其中为环境实际温度，本设计中38.30带入上式得：

(5-17)

K1.0085 (5-18)

所以， INImax1.05SN57.51.053872AK3UNK310.51.00850.85

(5-19)

（3）初步选择断路器的型号为：SN410G,其参数见表5-3：

表5-3 发电机出口侧断路器的参数

额定

型号

电压

电流 5000A

断电流 105kA

电流 300kA

电流（5s） 120kA

额定

额定开

动稳定

热稳定

ta（s）

0.15

tin(s)

0.65

SN410G

10kV

（4）额定开断电流校验：为保证断路器能可靠地开断短路电流，一般情况下，原则上额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间的短路全电流有效值Ik，即INbrIk

.

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而 IkI式中,tbr--开断计算时间，一般取0.2；

''12e2tbrTa

(5-20)

Ta--短路电流非周期分量的衰减时间，一般取0.25。

所有值代入可以求得： Ik40.7kA由已知参数INbr105kA可知满足要求。 （5）热稳定校验，断路器满足热稳定的条件为：

2It2tQKkA•s

 (5-22)

(5-21)

式中，It--制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流，查表5-3； t--制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间，查表5-3； QK--短路电流通过电器时所产生的热效应，kA•s。

由已知数据计算可得： Itt120572000kA•s2222 (5-23)

又 QK其中,

tk''2222I10IIkA•stktk122

(5-24)

tktprtinta；

tpr--后备保护动作时间，取3.2s；

tin--断路器固有分闸时间，为0.15s； ta--断路器开断时的电弧持续时间，为0.65s。 将前述短路电流计算结果代入可求得：

QK4tk''2222222I10II34.41034.434.44733kA•stktk12212

(5-25)

由以上计算结果可知热稳定满足。

（6）动稳定校验看，断路器满足动稳定的条件为：

iesish(kA)

(5-26)

式中，ies--电器允许通过的动稳定电流幅值，查表5-2；

ish--短路冲击电流幅值，kA。一般高压电路短路时，ish2.55I'';发电机端母线短路时，

ish2.69I''。

ish2.55I''2.6934.492.54(kA)由已知数据ies300kA可知，动稳定满足要求。

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(5-27)

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10KV侧断路器的选择见表5-4。

表5-4 10kV侧断路器的选择结果

计算和设备数据

项目及条件

电压 电流 额定开断电流 热稳定 动稳定

UN≥UNs（kV） IN≥Imax（A） INbr≥I''（kA） QN≥Qk（kA2s）

ies≥ish （kA）

UNs Imax I'' Qk ish

10.5 3905 40.7 1420 92.54

UN IN INbr NQies

10.5 5000 105 720000 300

计算数据

SN4-10G断路器

断路器的全型号表示的含义:S─少油式、D─多油式、Z─真空式、G─改进式、L─SF6式、N─户内式、W─户外式

5.2 隔离开关的选择

隔离开关俗称刀闸，它主要是隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修其结构特点断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保障人身和设备的安全。但是隔离开关没有专门的灭弧装置,因此它不允许带负荷操作。然而可通断一定的小电流。

隔离开关按安装地点，分户内式和户外式两大类。隔离开关没有灭弧装置，故无开断电流技术数据。

隔离开关的选择方法可参照断路器，其内容包括：（1）选择型式；（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）校验动稳定；（5）校验热稳定。

1、220KV侧隔离开关选择

（1）按额定电压选择：隔离开关的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

UNUNs220kV

(5-28)

（2）按额定电流选择：隔离开关综合修正后的长期允许电流Ial不得低于所在回路的各种运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IalKINImax式中，K--综合修正系数；

Imax--电气设备所在回路的最大持续工作电流。

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(5-29)

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当仅计及环境温度修正时K值的计算如下：

K1400.005其中为环境实际温度，本设计中38.30带入上式得：

(5-30)

K1.0085 (5-31)

所以

INImax1.05SN901.05246AK3UNK32301.0085

(5-32)

（3）初步选择隔离开关的型号为：GW7220D，其参数见表5-5。 （4）热稳定校验，隔离开关满足热稳定的条件为:

2It2tQKkA•s

 (5-33)

式中，It--制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流； t--制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间；

QK--短路电流通过电器时所产生的热效应，kA•s。

由已知数据计算可得： Itt1631024kA•s2222 (5-34)

又 QK其中,tk取4s；

tk''2222I10IIkA•stktk122

(5-35)

将前述短路电流计算结果代入可求得：

QK4tk''2222I10II16.7121014.79214.602669.75kA•stktk12212(5-36)

由以上计算结果可知热稳定满足。

（5）动稳定校验，隔离开关满足动稳定的条件为：

iesish(kA)式中，

(5-37)

iesish--电器允许通过的动稳定电流幅值；

--短路冲击电流幅值，kA。一般高压电路短路时，ish2.55I''；发电机端母线短路

时ish2.69I''。

ish2.55I''2.5516.7142.6(kA)由已知数据ies55kA可知，动稳定满足要求。 2、发电机出口侧隔离开关选择

(5-38)

（1）按额定电压选择，隔离开关的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

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UNUNs10.5kV

(5-39)

（2）按额定电流选择，隔离开关综合修正后的长期允许电流Ial不得低于所在回路的各种运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IalKINImax

(5-40)

式中,K--综合修正系数；

Imax--电气设备所在回路的最大持续工作电流。 当仅计及环境温度修正时K值的计算如下：

K1400.005 其中为环境实际温度，本设计中38.30带入上式得：

K1.0085 所以 INImaxK1.05SN3U1.0557.50.853872ANK310.51.0085 （3）初步选择隔离开关的型号为：GN1010T，其参数见表5-5。 （4）热稳定校验，隔离开关满足热稳定的条件为:

I2tQ2tKkA•s 式中，It--制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流； t--制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间； QK--短路电流通过电器时所产生的热效应，kA2•s。

由已知数据计算可得： I222tt80532000kA•s (5-45)又 QtkK12I''210I2I2kA2•stktk2 (5-46)

其中，tk取4s。

将前述短路电流计算结果代入可求得:

Qtk12I''210I2I242Ktktk34.421034.4234.424733212kA•s 由以上计算结果可知热稳定满足。

（5）动稳定校验，隔离开关满足动稳定的条件为:

iesish(kA) 式中,

ies--电器允许通过的动稳定电流幅值，查表5-5；

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(5-41)

(5-42) (5-43)

(5-44)

(5-47)

(5-48)

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ish''--短路冲击电流幅值，kA。一般高压电路短路时，ish2.55I;发电机端母线短路时，

ish2.69I''。

由已知数据ies160kA可知，动稳定满足要求。 3、主变压器中性点隔离开关选择

（1）按额定电压选择，隔离开关的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

UNUNs110kV

(5-49)

（2）按额定电流选择，隔离开关综合修正后的长期允许电流Ial不得低于所在回路的各种运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

11 IalKINImax33 (5-50)

式中，K--综合修正系数；

Imax--电气设备所在回路的最大持续工作电流。 当仅计及环境温度修正时K值的计算如下：

K1400.005其中为环境实际温度，本设计中38.30带入上式得：

(5-51)

K1.0085 (5-52)

所以 IN1.05SN1Imax1901.0582A3K3UNK332301.0085

(5-53)

（3）初步选择隔离开关的型号为：GW7220D，其参数见表5-5。

表5-5 隔离开关选择结果

安装地点 220kV母线 发电机出口 主变中性点

型号 GW7-220(D) GN10-10T GW13-110

额定电压 220kV 10kV 110kA

额定电流 2500A 4000A 630A

热稳定电流 160kV (4s) 80kA (5s) 16kV(4s)

动稳定电流 55kA 160kA 55kA

隔离开关的型号表示的含义：W─户外式、N─户内式、D─带接地刀闸式、G─改进式

5.3 母线的选择

发电厂屋内和屋外配电装置的主母线、变压器等电气设备与配电装置母线之间的连接导线、各种电器之间的连接导线，统称为母线。

母线的选择内容包括：（1）确定母线的材料、截面形状、布置方式；（2）选择母线的截面积；（3）校验母线的动稳定和热稳定；（4）对重要的和大电流的母线，校验其共振频率；（5）对于110KV

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及以上母线，还应校验能否发生电晕。

1、220KV侧母线选择

（1）导线的截面的选择，在各种配电装置中的主母线，一般均按所在回路的最大持续工作电流选择即

IalKINImax (5-54)

Imax=1.0557.54=746A

32200.85 (5-55)

可见电流不大，可选用软母线，即钢芯铝绞线。初选母线型号为：LGJ500，此母线的长期工作允许电流为1025A,计及日照温度及海拔高度可查得温度校正系数K0.79，此时有：

IalKIN0.791025810A746A（2）热稳定校验，导线正常运行时的温度为：

(5-56)

2Imax7462 0(al0)238.3(7038.3)55.2(C)Ial10252 (5-57)

取热稳定系数C95。

满足热稳定的最小截面为： Smin式中，KS--导体的集肤效应系数，一般为1；

Qk--短路电流通过电器时所产生的热效应，kA•s。

又 QkQnQnp式中，

(5-59)

21 QkKSC (5-58)

Qn--周期分量热效应；

Qnp--非周期分量热效应。

又 Qn式中，tktprtinta；

tpr--主保护动作时间，取0.05s；

tk''2222I10IIkA•stktk122

(5-60)

tinta--断路器固有分闸时间，为0.03s； --断路器开断时的电弧持续时间，为0.15s。

将前述短路电流计算结果代入可求得:

QK0.23tk''2222I10II16.7121015.5215.34258.35kA•stktk12212 (5-61)

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2''又 QnpTIkA•s (5-62)

式中，T—非周期分量的等效时间，s。由表5-6查得。

表5-6 非周期分量T的等效时间

短路点 发电机升高电压母线 发电机出口及母线

''T（tk0.1s）

0.08s 0.15s

2T（tk0.1s）

0.1s 0.2s

所以 QnpTI16.710.11.671kA•s (5-63)

2QkQnQnp58.351.67160.02kA•s

 (5-)

导体的最小截面积为： Smin可见满足要求。

（3）按电晕校验导线截面积。

11 QkKS60.0210681.5mm2C95 (5-65)

表5-7 可不进行电晕检验的最小导线型号及外径

电压等级（kV） 软导线型号 管形导线外径（mm）

110 LGJ-70

220 LGJ-500

20 

由于所选导线的型号为LGJ500，所以该导线不需要进行电晕电压的校验。 （4）动稳定校验，软母线无需进行动稳定校验，因此，所选用导线满足。

表5-8 220KV侧汇流母线 选择结果

电压等级

型号

220kV侧

LGJ-500

S（mm2） 500

Ial（A） 1025

S（mm2） 81.5

Ial(A) 810

计算结果

2、发电机出口侧引出线选择

（1）导线的截面的选择，按经济电流密度选择母线的截面，母线最大持续电流为:

Imax=1.05SN1.0557.53906(A)3UN310.50.85

(5-66)

发电机的出口引出线形选择槽型，导体的布置方式为三相水平竖直布置。

表5-9 发电机出口引出线参数

母线类型 槽型母线

截面积 4880mm2

导体载流量 6600A

截面系数 25cm

集肤效应系数

1.103

导体质量 13.25kg/m

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年利用小时数4156h，查得对应的槽型硬导体的经济电流密度J=0.86A/mm2

导线的经济截面积： SJImax3906 4542( mm2)J0.86 (5-67)

选择导线截面4880mm2，具体参数如表5-9所示。 型号为：hbr 8012(mm) f1.103

(5-68)

当38.30C时允许电流为：IalKIN0.14970IN54.8A3906A满足长期允许发热条件。 （2）热稳定校验。 导线正常运行时的温度为:

2Imax39062 0(al0)238.3(7038.3)53(C)Ial54.82 (5-69)

取热稳定系数C94。

满足热稳定的最小截面为： Smin1 QkKSC (5-70)

式中，KS--导体的集肤效应系数，一般为1.103；

Qk--短路电流通过电器时所产生的热效应，kA•s。 又QkQnQnp

式中，Qn--周期分量热效应； Qnp--非周期分量热效应。

又 Qn式中，tktprtinta；

tpr--主保护动作时间，取0.05s； tin--断路器固有分闸时间，为0.15s； ta--断路器开断时的电弧持续时间，为0.65s。 将前述短路电流计算结果代入可求得：

2tk''2222I10IIkA•stktk122

(5-71)

QK0.85tk''2222222I10II34.41034.434.4994kA•stktk12212

(5-72)

2''又 QnpTIkA•s (5-73)

2式中，T—非周期分量的等效时间，s。

所以 QnpTI49.180.29.84kA•s'' (5-74)

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2QkQnQnp9949.841003.8kA•s

 (5-75)

导体的最小截面积为：

Smin满足要求。 （3）动稳定校验。

11QkKS1003.81061.103354mm2C94 (5-76)

根据规定的要求，10.5kV的安全距离以照10kV等级确定，初定相间距离a=0.6m。

为避免导体产生危险的共振，应选择槽型母线导体的固有频率在30-200Hz之外，所以初选跨距L1.2m。

导体的一阶固有频率： f1式中，Nf--频率系数，取3.56； L--绝缘子跨距（m）；

E--材料的弹性模量（Pa），铝为E=71010Pa。

由表5-9可知导体的质量为： m13.225kg/m (5-78)

导体的断面二次矩：

NfL2EI

m (5-77)

bh30.080.1753J7.146106m466 (5-79)

导体的一阶固有频率为：

f1NfL2EJ3.56710107.146105 1520(HZ)160HZ22m1.213.225 (5-80)

查表得1。 短路时母线相间应力：

121fph1.73ish1070.17392.54212469(N/m)a0.6 (5-81)

ph fphL210WfphL2102WY2 （对于水平布置的槽型导体W=2WY

(5-82)

24691.27.1106(Pa)61022510查表5-9可知其截面系数WY25cm (5-83)

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fblb2槽型导体短路时片间应力：b

12WY (5-84)

12 fb0.5ish107h (5-85)

式中,lb--垫片中心线间距离（m）；

fb--时导体片间相互作用力（N/m）；

h --导体高度（m）。 所以

12fb0.5ish107h1 0.592.5421061070.175 0.245104(N/m) (5-86)

允许垫片间临界距离为：

Lcmax12WY(alph)fb

1225106(707.1)106 2.8(m)40.24510 (5-87)

所选衬垫跨距Lc应小于Lcmax，为便于安装，每跨绝缘子中设置一个衬垫，

LcL/21.2/20.6Lcmax，满足要求。

表5-10 发电机出口引出线

计算结果

设备名称

选择结果

型号h*b*r(mm) 槽型175*80*12

2)S(mm4880

Ial(A)6600

Imax (A)3905

Sj( mm2)4542

出口引出线 备注

母线水平布置，相间距离60cm，跨距120cm

5.4 电流互感器的选择

电流互感器包括一次绕组，二次绕组及铁芯，一次绕组匝数很少，二次绕组则匝数很多，一次

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绕组串联接入一次电路，通过一次绕组的电流，只取决于一次回路负载的多少与性质，而与二次侧负载无关，而其二次电流在理想情况下仅取决于一次电流。正常工作时，电流互感器二次侧接近于短路状态。

在所有支路均应按测量及继电保护要求，装设相应的电流互感器。

在发电机、主变压器、大型厂用变压器和110kV及以上大接地电流系统各回路中，一般应三相均装设电流互感器，而对于非主要回路一般仅在A、C两相上安装。

一般采用双铁芯或多铁芯的电流互感器，可分别供给测量和保护使用。有些35kV及以上等级断路器两侧套管内装有电流互感器，就不必另外装设了。

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接导线的截面积；最后校验其动稳定和热稳定。

1、220KV侧电流互感器选择

（1）按额定电压选择，电流互感器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

UNUNs220kV

(5-88)

（2）按额定电流选择，电流互感器综合修正后的长期允许电流Ial不得低于所在回路的各种运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IalKINImax式中，K--综合修正系数；

Imax--电气设备所在回路的最大持续工作电流。 当仅计及环境温度修正时K值的计算如下：

(5-)

K1400.005

(5-90)

其中为环境实际温度，本设计中38.30带入上式得K1.0085 所以

INImax1.05SN901.05246AK3UNK32301.0085

(5-91)

（3）型号的初步确定，35KV及以上配电装置一般用油浸瓷箱的结构的式电流互感器，常用LCW系列，本设计的电压等级为220KV,选择准确级为0.5级，确定型号为LCW-220，其参数见表5-11。

（4）热稳定校验，电流互感器的热稳定能力，常以1s允许通过的热稳定电流It或It对一次额

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定电流IN1的倍数Kt表示，可以按下式进行校验。

22It2Qk或KtIN1QkkA•s

 (5-92)

因为 It=31.5=992.25kA•s222 (5-93)

可

得

：

由前述计算

QK4tk''2222222I10II16.711014.7914.60669.75kA•stktk12212 (5-94)

所以热稳定满足。

（5）动稳定校验，电流互感器的动稳定能力，常以允许通过的动稳定电流ies或ies对一次额定电流最大值的倍数Kes表示，故可以按下式校验。

iesish或2IN1KesishkA (5-95)

(5-96)

''由前述计算结果可知 ish2.55I2.5516.7142.6(kA)又已知

所以动稳定满足。

2、发电机出口侧电流互感器选择

ies80kA (5-97)

（1）按额定电压选择，电流互感器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

UNUNs10.5kV

(5-98)

（2）按额定电流选择，电流互感器综合修正后的长期允许电流Ial不得低于所在回路的各种运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IalKINImax式中，K--综合修正系数；

Imax--电气设备所在回路的最大持续工作电流。 当仅计及环境温度修正时K值的计算如下：

(5-99)

K1400.0050其中为环境实际温度，本设计中38.3带入上式得：

(5-100)

K1.0085 (5-101)

所以

INImax1.05SN57.51.053873AK3UNKcos310.51.00850.85

(5-102)

（3）型号的初步确定，发电机回路一般用LMZ,LBJ,LAJ系列，本设计的电压等级为10KV,

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选择准确级为0.5级，确定型号为LBJ-10，其参数见表4-11。

（4）热稳定校验，电流互感器的热稳定能力，常以1s允许通过的热稳定电流It或It对一次额定电流IN1的倍数Kt表示，可以按下式校验。

22It2Qk或KtIN1QkkA•s

 (5-103)

因为 KtIN1由

前

257.5kA2•s 5034596(5-104)10.530.85

述

计

算

可

得

：

(5-105)

2QK4tk''2222I10II34.421034.4234.424733kA•stktk12212

所以热稳定满足。

（5）动稳定校验，电流互感器的动稳定能力，常以允许通过的动稳定电流ies或ies对一次额定电流最大值的倍数Kes表示，故可以按下式校验。

iesish或2IN1KesishkA

(5-106)

(5-107)

''由前述计算结果可知 ish2.55I2.6934.492.54(kA)又已知

2IN1•Kes2所以动稳定满足。

3、发电机中性点处电流互感器选择

57.5473.3kA(5-108) 10.530.85

（1）按额定电压选择，电流互感器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即：

UNUNs10.5kV (5-109)

（2）按额定电流选择，发电机中性点处的电流互感器的额定电流可按发电机允许的最大不平衡电流选择，很据运行经验此电流一般取发电机额定电流的20%-30%。

IN0.253873968A (5-110)

于是，此处所选的电流互感器同发电机出口处的电流互感器，不同的是电流互感器一次电流的不同，其参数见表5-11，动、热稳定校验同上。

4、主变压器中性点处电流互感器选择

（1）按额定电压选择，电流互感器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

1 UNUNs110kV(5-111)2

（2）按额定电流选择，电流互感器综合修正后的长期允许电流Ial不得低于所在回路的各种运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

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1 IalKINImax(5-112)3

式中，K--综合修正系数；

Imax--电气设备所在回路的最大持续工作电流。 当仅计及环境温度修正时K值的计算如下：

K1400.005

(5-113)

其中为环境实际温度，本设计中38.30带入上式得：

K1.0085 (5-114)

所以 IN1Imax11.05SN1901.0581.3A3K33UNK332301.0085

(5-115)

（3）型号的初步确定，主变压器中性点需要选择两个电流互感器，一个为套管式，一个为式，常用LR和LCW系列，本设计的电压等级为220KV,选择准确级为0.5级，确定式的型号为LCW-110，套管式的型号为LR-110其参数见表5-6。其中只需要对式的电流互感器进行校验。

（4）热稳定校验，电流互感器的热稳定能力，常以1s允许通过的热稳定电流It或It对一次额定电流IN1的倍数Kt表示，可以按下式校验。

22It2Qk或KtIN1QkkA•s

 (5-116)

因为 It=75=5625kA•s222 (5-117)

可

由前述计算得

(5-118)

4tk''2222QKI10ItkItk16.7121014.79214.602669.75kA•s12212所以热稳定满足。

（5）动稳定校验，电流互感器的动稳定能力，常以允许通过的动稳定电流ies或ies对一次额定电流最大值的倍数Kes表示，故可以按下式校验。

iesish或2IN1KesishkA (5-119)

(5-120)

''由前述计算结果可知 ish2.55I2.5516.7142.6(kA)又已知

2IN1•Kes2所以动稳定满足。

电流互感器选择结果见表5-11。

9013543.1kA(5-121) 2303

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表5-11 电流互感器的选择结果

额定

安装地点 220kV侧 发电机出口 发电机中性点 变压器中性点1 变压器中性点2

型号 LCW-220 LBJ-10 LDZJ1-10 LCW-110 LR-110

级次组合

电流比

0.5/D/D/D 0.5/D 0.5 D D

4×300/5 4000/5 1500/5 200/5 200/5

1s热稳定 电流或倍数 31.5KA 50 50 31.5KA 31.5KA

动稳定电流或倍数

80KA 90 90 80KA 80KA

电流互感器的型号的表示和含义：L─电流互感器、A─穿墙式、C─瓷绝缘或瓷箱串级式、D、P─差动保护用、W─户外型或防污型、J─加大容量、B─保护用或防爆型、F─复匝式、M─母线型、Z─浇注绝缘式

5.5 电压互感器的选择

电压互感器（又称PT）是将高电压变成低电压的设备，分为电磁式电压互感器和电容分压式互感器两种。电压互感器的配置原则为工作母线和备用母线都应装一组三绕组电压互感器，母线如分段应在各分段上安装一组三绕组电压互感器，普通电能测量选用0.5级。

3~35kV电压互感器高压侧一般经隔离开关和高压熔断器接入高压电网，低压侧也应装低压熔断器。110kV及以上的电压互感器可直接经由隔离开关接入电网，不装高压熔断器。380kV的电压互感器可经熔断器直接接入电网，而不用隔离开关。

35kV以上无电源时不装，有电源时，可装一台单相双绕组或单相三绕组电压互感器。110kV及以上线路，为了节约投资和占地，载波通信和电压测量可共用耦合电容，故一般选择电容分压式电压互感器。

电压互感器的选择内容包括：根据安装地点和用途，确定电压互感器的结构类型、接线方式和准确级；确定额定电压；计算电压互感器的二次负荷，使其不超过相应准确度的额定容量。

1、220KV侧出线回路电压互感器选择

（1）型号的确定，当对端有电源时，在出线侧上装设一组电压互感器，出线回路一般应装设

电容分压式式电压互感器，利用其绝缘套管末屏抽取电压，则可省去单相电压互感器。根据

UNUNs220kV选择型号为YDR—220，具体参数见表5-12。

(5-122)

表5-12 220KV出线回路电压互感器选择结果

型号 YDR—220 额定变比（kV）

二次额定容量（VA） 0.5级

1级 220 3级 440 1200 最大容量（VA）

22030.10.1 3150 --完整版学习资料分享----

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（2）准确等级的确定：该电压互感器主要是为监视线路有无电压、进行同步和设置重合闸，该电压互感器准确级应为0.5级。

2、220KV侧母线电压互感器选择

（1）型号的确定：一般各段母线及备用母线上各装设一组电压互感器，6—220KV母线在三相上装设，110—220KV母线一般装设电容式电压互感器，一般由三台单相三绕组电压互感器构成，

根据 UNUNs220kV选择电压互感器的型号为JCC-220，其参数如下：

表5-13 220KV母线电压互感器选择结果

二次额定容量（VA）

型号 JCC—220

额定变比（kV） 22030.10.1 3

(5-123)

0.5级 300

1级 500

3级 300

最大容量（VA）

2000

（2）准确等级的确定：该电压互感器主要用于同步、测量仪表和保护装置，故准确级应为0.5级。

3、发电机回路电压互感器选择

（1）发电机回路一般装设2组电压互感器，装设一组三相五柱的电压互感器，供电给发电机的测量仪表，保护及同步设备，其开口三角形接一电压表，供发电机启动而未并列前检查接地之用。

另一组应装设三台单相双绕组的电压互感器，供给自动调整励磁装置。根据

UNUNs10.5kV

(5-124)

可选择出两种电压互感器的型号JSJW-10和JDX-10，其参数见表5-14。

表5-14 发电机回路互感器选择结果

二次额定容量（VA）

型号

额定变比（kV）

0.5级

1级

3级

最大容量（VA）

JSJW—10 JDX—10 100.10.1/3

1030.130.1 3120 100 200 140 400 300 960 500 （2）准确级的确定：根据该电压互感器所在的电压等级以及它们的作用，可以确定它们的准确级为0.5级。

4、发电机中性点处电压互感器选择

（1）型号的确定，对50MW及以上的发电机，中性点常接有一单相电压互感器，用于100%定子接地保护。本设计的发电机的容量为57.5MW，所以发电机中性点出应接一单相电压互感器。

根据

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UNUNs10.5kV

(5-125)

可以确定该电压互感器的型号为JDZJ-10，其参数见表5-15。

表5-15 发电机回路电压互感器选择结果

型号 JDZJ—10

额定变比（kV） 1030.130.1 3二次额定容量（VA） 0.5级 40

1级 60

3级 150

最大容量（VA）

300

（2）准确级的确定，根据该电压互感器所在的电压等级以及它们的作用，可以确定它们的准确级为0.5级。

各处电压互感器选择结果见表5-16。

表5-16 电压互感器的选择结果

安装地点 220kV母线 220kV出线 发电机出口 发电机中性点 发电机励磁

型号 JCC-220 YDR-220 JSJW-10 JDZJ-10 JDZ-10

一次线圈 220/3 220/3 10

二次线圈 0.1/3 0.1/3 0.1

辅助线圈

0.1 0.1 0.1/3

最大容量（VA）

1000 1200 960 300 300

10/3 10

0.1/3

0.1

0.1/3

电压互感器的型号的表示和含义： J、Y─电压互感器、D─单相、S─三相、W─五柱三绕组、R─电容型、G─干式、Z─环氧浇注绝缘、F─测量和保护二次绕组分开。

5.6 绝缘子和穿墙套管的选择

在发电厂的各级电压配电装置中，高压电器的连接、固定和绝缘，是由导电体、绝缘子和金具来实现的。绝缘子必须有足够的绝缘强度、机械强度、耐热。

选择户外式绝缘子可以增长沿面放电距离，并能在雨天阻断水流，以保证绝缘子在恶劣的气候环境中可靠的工作。穿墙套管用于母线从屋内向屋外穿墙时使用，6～35KV为瓷绝缘。

支柱绝缘子应按安装地点和额定电压选择，并进行短路动稳定校验；穿墙套管应按安装地点、额定电压和额定电流选择，并按短路电流进行动、热稳定校验。

1、220KV侧绝缘子选择

支持软母线选用悬式绝缘子, 根据UNUNS220kV，初选绝缘子的型号为XP-70。

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按工作电压要求选择，为了避免污闪事故，所需绝缘子片数应为

n1式中,n1--绝缘子片数；

UmKgL01.62201.1514129

(5-126)

Um--系统最高工作电压；

Kg--绝缘子爬电距离有效系数，XP70取1.0；

--爬电比距，220kV发电厂一级污秽区取1。

2、发电机侧绝缘子选择

支持硬母线选用支柱绝缘子,根据额定电压UNS10.5kV，初选绝缘子的型号为ZL-10/20 参数见表5-17。

根据母线额定电压和装设地点，屋内部分选择ZL-10/20型支柱绝缘子，其抗弯破坏负荷见表4-9，Fd=20000N，高度H185mm；槽型母线平放高度h175mm。

H1Hb'h17518512285mm

(5-127)22

(5-128)

FmaxFphfphL24691.22963N式中，H1--绝缘子底部到导体水平中心线的高度，mm;

' b--导体支持器下片厚度，mm;一般槽型导体b'12mm。

Fmax--三相短路时绝缘子所受的电动力，N。

动稳定校验条件为： Fc0.6Fd式中,Fc--短路时作用在绝缘子帽上的计算作用力，N； 0.6—绝缘子的潜在强度系数。

其中， FcFmaxH1/H2963285/1854574N

(5-130)

(5-129)

0.6Fd0.62000012000N动稳定满足要求。 3、穿墙套管选择

(5-131)

（1）按额定电压选择，穿墙套管的额定电压不小于安装地点电网额定电压

UNUNs10.5kV (5-132)

（2）按额定电流选择，电流互感器综合修正后的长期允许电流Ial不得低于所在回路的各种运行方式下的最大持续工作电流Imax，即IalKINImax

(5-133)

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式中,K--综合修正系数；

Imax--电气设备所在回路的最大持续工作电流。 当仅计及环境温度修正时K值的计算如下：

K1400.005其中为环境实际温度，本设计中38.30带入上式得:

(5-134)

K1.0085 (5-135)

INImax1.05SN57.51.053873AK3UNKcos310.51.00850.85

(5-136)

故可以选择型号为CME-10的穿墙套管，其参数见表5-19。 （3）热稳定校验。

22穿墙套管的热稳定应满足 IttQkkA•s (5-137)

式中，It--允许通过穿墙套管的热稳定电流； t--制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间； Qk--短路电流通过电器时所产生的热效应，kA•s

计算可得：

2kA•sIt2t7025245002 (5-138)

又已知前述计算有

4tk''2222QKI10ItkItk34.421034.4234.424733kA•s12212满足热稳定要求。

（4）动稳定校验，动稳定满足条件为：Fc0.6Fd 式中，Fc--短路时作用在绝缘子帽上的计算作用力，N； 0.6—穿墙套管的潜在强度系数。 其中

(5-139)

Fc1.73107•Lc21.2ish0.17392.5422963N

(5-140)a0.6

式中,Fc--短路时作用在穿墙套管上的计算作用力，N； Lc--绝缘子的计算跨距，LcL1L2L1.2,L1,L2为与绝缘子相邻的跨距，m。 2

(5-141)

又已知 0.6Fd0.63000018000N

动稳定满足要求。

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表5-17 支柱绝缘子的选择结果

设备名称 支柱绝缘子

安装地点 出口母线

类型 屋内

型号 ZL-10/20

高度（mm）

185

机械负荷（kg）

20

表5-18 悬式绝缘子的选择结果

设备名称 悬式绝缘子

安装地点 220kV母线

类型 屋外

型号 XP-100

片数 14

工频湿闪电压幅值(kV)

681.6

表5-19穿墙套管的选择结果

套管长度

设备名称 穿墙套管

安装地点 出口母线

类型

型号

（mm）

屋内 CME-10

488

负荷（KN）

30

直径D(mm)

305

机械破坏

安装处

5.7 高压熔断器的选择

熔断器是用于保护短路和过负荷的最简单的电器，其容量小、保护性差，仅用于35kV及以下电压等级，在发电厂中主要用于电压互感器短路保护。

保护电压互感器的高压熔断器，一般选RN2型，其额定电压应高于或等于所在电网电压的额定电压(但限流式则只能等于电网电压)，额定电流通常均为0.5A，其开断电流IbrI。

高压熔断器应根据额定电压、额定电流、型式种类、开断电流、保护的选择性等进行选择。 根据需要现选择限流式熔断器作为电压互感器的保护用，选择型号RN2-10。

最大开断电流 INbr满足开断能力

作为电压互感器的保护用限流式熔断器不再做稳定性校验。

表5-20 高压熔断器选择结果

型号 RN2-10

额定电压(kV)

10

额定电流(kA)

0.5

断流容量（MVA）

1000

Sbr3UN100054.9(KA)> I''49.94KA (5-142)

310.5R─熔断器，N─户内，W─户外

5.8 发电机中性点接地设备的选择

发电机中性点采用非直接接地方式，包括不接地、经消弧线圈接地和经高阻抗接地。发电机绕组发生单相短路接地故障时，接地点流过的电流是发电机本身及其引出回路连接元件的对地电容电流。当该电流值超过允许值时，将烧坏定子铁心，进而损害定子绕组绝缘，引起匝间或相间短路。

1、发电机中性点接地方式选择 发电机单相接地电容电流计算

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发电机电容 CF

(5-143)UN(10.08UN)

3KdSN式中，Kd——对于有阻尼凸极机取0.0317。

即得： CF30.0317575002.16（ F)10500(10.0810500)0.85

(5-144)

发电机单相接地电容电流 ：ICCFUx106 (5-145)

1064.1(A) 

IC314表5-21 发

可得：

电机接地电流允许值

发电机额定电压（KV） 发电机额定容量（MW） 接地电流允许值（A）

6.3

10.5 50--100 3

13.8—15.7 125--200

2

18--20 300 1

50

4

根据发电机单相接地电容电流的计算结果，选择经消弧线圈接地方式。 2、消弧线圈选择

消弧线圈的补偿容量： QKIC 式中，Q—补偿容量（kVA）； K—系数，过补偿取1.35。

可得： Q1.353.5UN

(5-146)3

10.528.6(kVA)

(5-147)3

考虑一定裕量，选择的消弧线圈的型号为XDJI-75/10。

表5-22 消弧线圈选择结果

型号 XDJI-75/10

系统电压（KV）

10

消弧线圈电压(KV)

6.06

电流 6.25

额定容量 75

5.9 避雷器的选择

避雷器是用于保护电力系统各种电气设备免收线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的损害，是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一。

氧化锌避雷器是当前最先进的过电压保护设备，与传统碳化硅阀式避雷器相比，具有优良的非线性，动作迅速，残压低，通流量大，无续流，结构简单，可靠性高。耐污性强，维护简便等优点，是传统碳化硅阀式避雷器的更新换代产品。

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避雷器的配置原则：

（1）配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器；

（2）220kV及以下主变压器到母线避雷器的电气距离超过允许值时，应在主变压器附近增设一组避雷器；

（3）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且未装设保护间隔时，应装避雷器； （4）单元接线中的发电机出口宜装设一组避雷器；

（5）35～220kV配电装置，在雷季，如线路的隔离开关或断路器可能经常短路进行，同时线路侧又带电，应在靠近隔离开关或断路器处装设一组避雷器。

考虑到ZnO避雷器的非线性伏安特性优于碳化硅避雷器（磁吹避雷器），且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本设计采用ZnO避雷器。

由于金属ZnO避雷器没有串联间隙，正常工频相电压要长期施加在金属氧化物电阻片上,为保证使用寿命,长期施加于避雷器上的运行电压不可超过其允许的持续运行电压。

避雷器的选择应尽量按以下三个方面选择：（1）按额定电压选择：避雷器的额定电压必须大于或等于安装处的电网额定电压。（2）按工作环境温度选择：选择工作环境温度在-40℃至+40℃之间，适用高寒、高温工作环境设备。（3）应首先采用高新技术产品，并有一定可靠运行记录的新产品。选用通流能力强，工频续流小，放电时间短，稳定性高，残压低的避雷器.

1、主变压器中性点避雷器选择

本设计中220kV电压等级系统是中性点直接接地系统，变压器的中性点是直接接地的，变压器中性点保护避雷器采用分级绝缘，选择FZ-110J型避雷器。

2、220kV母线及出线避雷器选择

配电装置的每组母线上，应各装设一组避雷器，线路上220kV的配电装置，在雷季，如线路的隔离开关或断路器可能经常断路运行，同时线路侧又带电，应在靠近隔离开关或断路器处装一组避雷器，考虑选择型号为FCZ—220型避雷器。

3、发电机出口处避雷器的选择

单元接线的发电机一般宜装置一组避雷器，由于发电机绝缘的冲击强度比较弱，采用残压低、保护特性好的无间隙氧化锌避雷器保护。

电压Un10.5kV，选择型号为Y2.5W—12.7/31,其参数如下表：

表5-23 避雷器选择情况列表

设备名称

安装地点 220kV母线及线路

避雷器

主变压器中性点 发电机出线

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型号 FCZ—220J FZ—110J Y2.5W—12.7/31

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5.10 厂用电高压侧电气设备的选择

厂用电是重要的负荷，为保证其可靠性在高压侧安装断路器及隔离开关。根据电气设备选择的一般原则，按正常正常运行情况选择设备，按短路情况校验设备。按照上述一次设备的选择标准，为了统一电气设备的型号，便于检修与维护。

1、断路器的选择 （1）按额定电压选择：

UNUNs10.5kV

(5-148)

（2）按额定电流选择，由前述一次设备选择的叙述计算可得：

INImax1.05SN8001.0545.8AK3UNK310.51.0085

(5-149)

初选厂用电高压断路器时，流过断路器的短路电流为全短路电流，冲击电流为全短路电流的最大值。选择型号与发电机出口相同，断路器为SN4—10G/6000。其额定开断电流，热稳定性以及动稳定性的校验如前面所述，均满足要求。

表5-24 厂用高压侧断路器的选择结果

计算和设备数据

项目及条件

电压 电流 额定开断电流 热稳定 动稳定

UN≥UNs（kV） IN≥Imax（A） INbr≥I''（kA） QN≥Qk（kA2s） ies≥ish （kA）

UNs Imax I'' Qk ish

10.5 3905 40.7 1420 92.54

UN IN INbr

10.5 5000 105 720000 300

计算数据

SN4-10G断路器

QN

ies

2、隔离开关的选择

（1）按额定电压选择：

UNUNs10.5kV

(5-150)

（2）按额定电流选择：由前述一次设备选择的叙述计算可得：

INImax1.05SN8001.0545.8AK3UNK310.51.0085

(5-151)

隔离开关只是做为明显的电气分离点，为减少设备的种类与型号，此处隔离开关选择与发电机出口相同，隔离开关为GN10—10T/6000，其额定开断电流，热稳定性以及动稳定性的校验如前面所述，均满足要求。

表5-25 10kV侧隔离开关参数 --完整版学习资料分享----

-----WORD格式--可编辑--专业资料----- 计算和设备数据

计算数据

项目及条件

电压 电流 热稳定 动稳定

UN≥UNs（kV） IN≥Imax（A） QN≥Qk（kA2s） ies≥ish（kA）

UNs Imax Qk ish

220 3905 1420 92.54

UN IN QN ies

10 4000 32000 160

GN10-10T隔离开关

3、电流互感器的选择

厂用电流互感器的选择包括下列两部分，一个是厂用电保护用电流互感器，一个是厂用电测量与检测用电流互感器。

由于厂用变压器高压侧的电流互感器的特殊性，按照一般的校验条件都不能满足，在选择时测量和保护用的电流互感器分开，测量用的电流互感器只要准确性能满足要求即可，而保护用的电流互感器选择时一次侧的额定电流可以使之满足热稳定和动稳定要求。

（1）测量用电流互感器选择，根据测量的需要，选择准确级为0.5的电流互感器。根据

UNUNS10kVIN

(5-152)

(5-153)

Imax1.05SN8001.0545.8AK3UNK310.51.0085

初选度断路器型号为LAJ―10，

（2）保护用电流互感器选择，根据保护的需要，选择准确级为1级的电流互感器。

根据 UNUN10kVS

(5-154)

(5-155)

I1NIgmax57.73A由此选用LAJ-10屋内型电流互感器，互感器变比为3000/5，由于供给保护，故选用1/5P10,具体参数见表5-26。

（3）热稳定校验，电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定的电流It或一次额定电流的I1N 倍数Kt来表示

因为 It•t5025000kA•s222 (5-156)

QK4tk''2222222I10II34.41034.434.44733kA•stktk12212(5-157)

热稳定满足。

（4）动稳定校验，由前述计算结果可知

'' ish2.55I2.6934.492.54(kA)

(5-158)

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又已知

ies100kA所以动稳定满足条件。

综上所述，厂用电电流互感器选用LAJ-10型。

(5-159)

表5-26 厂用电测量用电流互感器型号参数表

型号 LAJ-10

额定电流比（A）

3000/5

级次组合 0.5/3

表5-27 厂用电保护用电流互感器型号参数表

型号 LAJ-10

额定电流比(A)

3000/5

级次组合 1/3

1S热稳定倍数

50

动稳定倍数

90

1S热稳定倍数

50

动稳定倍数

90

4、电压互感器的选择

根据需要选择一三绕组电压互感器，同发电机出口侧JSJW-10型电压互感器，准确级为0.5级。

表5-28 厂用电电压互感器型号参数表

型号 JSJW—10

额定变比（kV）

100.10.1

3二次额定容量（VA） 0.5级 120

1级 200

3级 480

最大容量（VA）

960

接线方式

Y/Y0/

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6 继电保护规划

6.1 继电保护概述

继电保护装置是电力系统中重要的组成部分，是保证电力系统安全和可靠运行的重要技术措施之一。在现代化的电力系统中，如果没有继电保护装置，就无法维持电力系统的正常运行。

继电保护的任务和作用如下：

（1）当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障元件迅速恢复正常运行。

（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据不正常运行情况的类型和电气元件的维护条件，发出信号，由运行人员进行处理或自动进行调整，允许带有一定的延时。

（3）与电力系统中其他自动装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。

以下介绍几种常见的保护。

（1）三段式电流保护：输电线路通常采用三段式电流保护，即由无时限电流速断保护作为第I段保护，其反应电流增加且不带时限动作，只能保护线路的一部分；带时限电流速断保护作为第II段保护，能快速切除本线路其余部分的短路故障，但不能作为相邻下一段线路的后备保护，并带有一定的延时，满足速动性要求；定时限过电流保护作为第III段保护，作为本线路和下一级线路的后备保护，满足可靠性要求。

（2）零序电流保护：在中性点直接接地的电网中发生接地短路时，将出现很大的零序电流，而在正常运行情况下，它们是不存在的，因此可以利用零序电流来构成接地短路的保护。其与相间电流保护一样，广泛采用三段式零序电流保护。零序I段为无时限电流速断保护，只保护线路的一部分，零序II段带时限零序电流速断保护，一般带有0.5s的延时，可以保护线路全长，并与相邻线路保护相配合，零序III段为零序过电流保护，作为本级线路和相邻线路接地保护的后备保护。零序过电流保护的灵敏度高，受系统运行方式变化及不正常运行状态的影响要小得多。在110kV及以上的高压和超高压系统时，单相接地故障占全部故障的70%～90%，而且其他的故障也往往是由单相接地发展起来的，因此，采用专门的零序保护就具有显著的优越性。

（3）距离保护：就是指反应保护安装处至故障点的距离，并根据这一距离的远近而确定动作时间的一种保护装置，短路点越靠近保护安装处，其测量阻抗就越小，则保护的时限就越短；反之，短路点越远，其测量阻抗就越大，则保护动作时间就越长，这样保证了保护有选择性地切除故障线路。它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性，其保护范围比较稳定。但其采用了复杂的阻

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抗继电器和大量的辅助继电器，再加上各种必要的闭锁装置，因此，接线复杂，可靠性比电流保护低，这也是它的主要缺点。距离保护目前多用于保护电网的相间短路。

（4）纵联差动保护：是基于比较被保护线路始端和末端电流的大小和相位的原理构成的。为此，在线路两端安装了具有相同型号和变比的电流互感器，将线路两端电流互感器二次侧的同名端连接在一起。带辅助导线的纵联差动保护，反应线路两侧的电气量，可以快速、可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路，达到有选择、快速地切除全线路任意点短路的目的，为此，需要将线路的一侧电气量信息传到另一侧去，两侧的电气量同时比较、联合工作。其保护范围为线路两端电流互感器之间的距离，更不需要与相邻元件的保护在动作值和动作时限上相互配合，因此它可以实现全线路瞬时切除故障，但它不能作为相邻线路的后备保护。

（5）母线保护：发电厂和变电站的母线是电力系统的重要组成部分，是汇集和分配电能的枢纽。虽然母线故障几率很低，但母线故障的后果十分严重。其主要有母线电流差动保护、断路器失灵保护等。母线的专用保护应该具有足够的灵敏性和工作可靠性。对于中性点直接接地电网，母线保护采用三相式连接，以反应相间短路和单相接地短路，对于中性点非直接接地电网，母线保护采用两相式接线，只需反应相间短路。

（6）电力变压器的保护 ①变压器的主保护

瓦斯保护：对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。

纵差保护：对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。对于6.3MVA及以上并列运行的电力变压器，应装设差动保护。

②变压器的后备保护

过电流保护：为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。

过负荷保护：对于6.3MVA及以上电力变压器，当数台并列运行或到单台运行，并作为其他负荷的备用电源时，因根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。

经过综合比较，本发电厂继电保护配置如下：

（1）变压器保护装置设置：主保护为重瓦斯保护，纵联差动保护；后备保护为零序过电流保护，复合电压启动的过电流保护；异常运行保护为轻瓦斯保护。

（2）220kV线路保护设置：设置母线保护，以纵联差动保护为主保护，以零序电流保护为辅助后备保护。

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（3）10kV线路保护设置：设置母线保护及三段式电流速断保护，动作间隔t=0.5秒。 本电厂主要整定计算主变的继电保护。

6.2 变压器纵差保护计算

电力变压器的继电保护的配置，原理接线，以及保护的特点前述已有详细介绍，本章主要是对变压器其中一项保护——纵差动保护进行整定计算。

计算各侧一次额定电流，选择保护用电流互感器变比确定差动保护各侧的二次额定电流，计算结果如表6-1所示：

表6-1 变压器两侧参数计算结果

各侧数值

名称

低压

额定电压（KV） 变压器额定一次电流（A） 电流互感器的接线方式 电流互感器一次电流（A） 选用电流互感器变比 电流互感器二次电流（A）

Y 4948 6000/5=1200 4948/1200=4.12

500/5=100 408/100=4.09

10.5

D

高压 220

由以上结果计算可知变压器低压侧额定电流大于高压侧的额定电流，所以选择低压侧作为基本侧，其整定计算过程如下：

1、变压器纵差动保护动作电流的整定

（1）躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，即

式中，

变压器外部短路时差动回路中最大可能的不平衡电流为：

--可靠系数，取1.3；

--变压器外部短路时差动回路中最大可能的不平衡电流。

(6-1)

(6-2)

式中，

--由于采用的电流互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不同，所引起的相对误差；

Yd11接线的三相变压器

(6-3)

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--由变压器带负荷调压所引起的相对误差，一般取0.05； --考虑短路电流非周期分量影响系数，取1.5—2； --电流互感器的同型系数，取值为1； --保护范围外最大短路电流。

由以上计算可得：

又由第三章的短路计算结果可知：

所以可得：

(6-4)

(6-5)

(6-6)

(6-7)

（2）躲过变压器的最大励磁涌流。

即

式中，

--可靠系数，取1.3； --变压器的额定电流；

(6-8)

--励磁涌流的最大倍数（即励磁涌流与变压器的额定电流的比值），取4—8。由于变

压器的励磁涌流很大，实际的纵差动保护通常采用其他措施来减少它的影响，本设计就是采用具有速饱和变流器的差动继电器（BCH2型），可以减少励磁涌流产生的不平衡电流，此时取KU=1。

所以计算可得

(6-9)

（3）躲过电流互感器二次回路断线时的最大负荷电流，即

式中，

--可靠系数，取1.3；

(6-10)

-- 变压器正常运行时的最大负荷电流。在最大负荷不确定时，可取变压器的额定

电流。

计算可得：

（4）取上述整定值大的作为保护动作电流计算值，即

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(6-11)

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（5）纵差保护灵敏系数的校验，纵差保护灵敏系数可按下式校验，即

(6-12)

式中，流；灵敏系数

(6-13)

--为各种运行方式下变压器保护范围内部故障时，流经差动继电器的最小差动电一般不应低于2。

由第三章短路计算结果可知：

所以可得：

(6-14)

(6-15)

由计算结果可知灵敏系数满足要求。

7 配电装置规划

7.1 配电装置概述

配电装置是发电厂的重要组成部分。它是由各种开关电器、保护电器、测量电器、母线和必要的辅助设备根据主接线图中的连接顺序组装而成，用来对电能进行汇集、分配和控制。

配电装置分为屋内配电装置和屋外配电装置。在现场组装的配电装置，又称为装配式。在工厂预先把各种电器安装在柜（屏）中，成套运至安装地点，则称为成套配电装置。此外还有新型的SF6全封闭组合电器构成的配电装置。

屋内配电装置的特点是：由于允许安全净距小，可以分层布置，故占地面积较小；维修、操作、巡视在室内进行，比较方便，且不受气候影响；外界污秽空气不会影响电气设备，维修工作可以减轻；房屋建设投资较大。但35kV及以下电压等级可采用价格较低的户内型设备，减少一些设备投资。

屋外配电装置的特点是：土建工程量和费用较少，建设周期短；扩建方便；相邻设备之间的距离较大，便于带电作业；设备露天运行条件较差，需加强绝缘；占地面积大；天气变化对设备维修

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和操作有较大影响。

成套配电装置的特点是：电器布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；所有电器元件已经在工厂组装成一体，大大减少现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁；运行可靠性高，维护方便；耗用钢材较多，造价较高。

3～35kV高压成套配电装置，广泛应用在大、中型发电厂和变电所中。110～500kV电压等级的SF6全闭合组合电器，应用也逐渐增多。

无论选用哪种形式的配电装置，应满足以下基本要求：

（1）配电装置的设计必须贯彻执行国家有关方针、，因地制宜，充分利用地形，尽量减少土石方工程量，尽可能不占或少占农田。在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料，降低价格。

（2）合理选择设备，布置力求整齐、清晰，保证有足够的安全距离。保证运行可靠。 （3）巡视、操作和检修设备安全方便。配电装置型式的选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。一般情况下，在大、中型发电厂、变电所中，35kV及以下的配电装置宜采用屋内式；110kV及以上多为屋外式。当在污秽地区或市区建110kV屋内和屋外配电装置的造价相近时，宜采用屋内式，在上述地区若技术经济合理时，220kV配电装置也可以采用屋内型。配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修和运输的安全距离等因素而决定的。屋内、外配电装置中各有关部分之间的安全净距可以分为A、B、C、D、E五类。在各类间隔距离中，最基本的是空气中不同相的带电部分之间和带电部分对接地部分之间的空间最小安全净距，即所谓A值。在这一距离下，无论在正常最高工作电压或内、外过电压时，都不致使空气间隙击穿。

7.2 配电装置设计

大、中型发电厂中，35kV及以下的配电装置普遍采用屋内配电装置，成套配电装置也大多放于屋内；110kV及以上多为屋外配电装置。在严重污浊地区，110kV甚至个别220kV也有采用屋内配电装置的。本设计中220KV电压等级采用屋外配电装置设计，而10kV采用屋内配电装置。

屋内配电装置的结构除与电气主接线形式、电压等级、母线容量、断路器型式、出线回路数、出线方式、有无电抗器等有密切关系外，还与施工、检修条件、运行经验和习惯有关。随着新设备和新技术的应用，运行、检修经验的不断丰富，配电装置的结构和形式也在不断地发展、更新。

屋内配电装置按其布置形式的不同，可分为单层、二层和三层。单层式是把所有的设备布置在一层，占地面积较大，通常采用成套开关柜。二层式将线路出线电抗器、断路器等较重电气设备布置在底层，而母线及母线隔离开关等设备布置在上层，占地面积较小，但结构较复杂，造价较高。三层式我国已很少采用。成套配电装置（包括SF6全封闭组合电器）目前也大多放于屋内。

屋外配电装置根据电气设备和母线的布置高度和重叠情况，可分为中型、半高型和高型。中型

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配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要高度，以便工作人员能在地面上安全活动；中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在水平面。

高型和半高型配电装置的母线和电器分别装在几个不同高度的水平面上，并且重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。高型布置时两组母线及两组隔离开关上下重叠布置，节约用地，220kV时可节约50%左右，布置集中，便于巡视操作，但钢耗量大，施工及检修不变，投资同普通中型。

如果仅将母线与断路器，电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。半高型布置时抬高母线，在母线下布置断路器、电流互感器及隔离开关等，布置较集中，节省占地面积，但检修条件较差。钢耗量220kV时较普通中型约大5%，110kV时则比普通中型节约。

由于高型和半高型配电装置可大量节省占地面积，因此，高型半高型布置得到较广泛应用。 屋外配电装置的结构型式与主接线、电压等级、容量、重要性有关，也与母线、断路器和隔离开关的类型密切相关。必须注意合理布置，保证电气安全净距，同时还要考虑带电维修的可能性。

主变压器一般露天布置，尽量靠近主厂房，最好与主厂房的安装场同一高度，以使检修时可以通过敷设的铁轨推进安装场，利用主厂房吊车起吊检修。另外，布置主变压器时，应考虑进、出线方便，周围留有一定的空间，保证良好的通风散热条件，且要符合防火要求。必须充分利用地形条件和自然环境，结合电站形式、枢纽布置的特点，使电气设备布置合理，并尽量减少土建工程量。必须考虑在发电初期尽量避免与施工设施的干扰交叉，必要时还应考虑分期过渡的方案。

屋外高压配电装置的组成： （1）母线及构架

屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。软母线为钢芯铝铰线，扩径软管母线和导线，三相成水平布置。用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的挡距，但挡距较大，导线垂弧较大，因而导线相间及对地距离就要增加，母线及跨越线构架的宽度要增大。硬母线常用的有矩形、管形和组合管形。矩形应用于35kV及以下配电装置中，管形应用于220kV及以上的配电装置中。管形母线一般安装在柱式绝缘子上，母线不会摇摆，相间距离可缩小，与剪刀式隔离开关配合可以节省占地面积；管形母线直径大，表面光滑，可以提高电晕起始电压。但管形母线容易产生微风共振和存在端部放电效应，对基础不均匀下沉比较敏感。

屋外配电装置的构架，可用型钢或钢筋混凝土制成。钢构架机械强度大，抗震能力强，运输方便，但金属消耗量大，需要经常维护。钢筋混凝土环行杆可以在工厂成批生产，并可以分段制造，运输和安装尚比较方便，但不便于固定设备。以钢筋混凝土环行杆和镀锌钢梁组成的构架，兼有二者特点，目前，以在我国220KV及以下的各种配电装置中广泛应用。

（2）电器的布置

按照断路器在配电装置中所占据的位置，可分为单列，双列和三列布置。断路器的排列方式，

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必须根据主接线、场地地形条件、总体布置和出线方向等多种因素合理选择。

（3）电缆沟和通道

为了运输设备和消防的需要，应在主设备近旁铺设行车道路。大中型变电所内一般均应铺设宽3m的环形道。

屋外配电装置内应设置0.8～1m的巡视小道，以便运行人员巡视设备，电缆沟盖板可作为部分巡视小道。

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总结

经过为期两个多月的研究工作，我终于完成了此毕业设计。通过这次的设计过程，使自己把近学习中所学的理论知识与实践情况相结合，提高了我发现问题、分析问题、解决问题的能力。同时也提高了本人设计水平，使自己在实际工作的专业知识更能有效地应用。通过本次设计，增长了见识，丰富了经验，使我对电气工程认识上了一个台阶。再者也使我学会和熟练使用AUTOCAD和WORD软件。

另外在论文的写作过程中，使我获益匪浅，最大的收益就是培养了我脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神。在论文写作过程中，需要的是耐心，还要用心。每当无法实现自己的想法或者运行不下去的时候，我就会出现浮躁的情绪，但是我没有放弃，而是适时地调节自己的心态，最关键是在困难面前，理顺思路，寻找突破点，一步一个脚印的慢慢来实现自己既定的目标。越是不懂的东西才要去学，在学习的过程中你会收获很多，在学习之后你会感觉到很有成就感，这也是我在完成毕业设计之后体会到的，我想这是对意志的磨练，也是对我实际能力的一次提升。

总之，通过这次毕业设计使我学到了许多书本上没有的东西，这对我以后的学习、工作是大有裨益的!

致谢

本次毕业设计是在陈滟涛老师悉心指导下完成的。从论文的选题到论文的完成，无不倾注着陈老师辛勤的汗水和心血。陈老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我受益匪浅，从

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尊敬的指导老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的指导老师致以最衷心的感谢和深深的敬意!同时我在这里还要感谢在这次毕业设计中帮助过我的同学，他们也在毕业设计方面给予了我很多帮助和关心。

最后，向所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友表示由衷的谢意!

参考文献

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[3]陈珩.电力系统稳态分析（第三版）.中国电力出版社.2007. [4]李光琦.电力系统暂态分析（第三版）.中国电力出版社.2007.

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[5]将祥贤.短路电流的计算.北京工业大学出版社.1998.

[6]邹友明.现代供电技术.中国电力出版社.2008.

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[9]刘宝林.电气设备选择·设计应用手册（上册）.中国水利水电出版社.1998. [10]刘宝林.电气设备选择·设计应用手册（下册）.中国水利水电出版社.1998.

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