4×300MW火力发电厂电气部分初步设计

4某300MW火力发电厂电气部分初步设计摘要随着我国经济发展，对电的需求也越来越大。电作为我国经济发展最重要的一种能源，主要是可以方便、高效地转换成其它能源形式。电力工业作为一种先进的生产力，是国民经济发展中最重要的基础能源产业。而火力发电是电力工业发展中的主力军，截止2006年底，火电发电量达到48405万千瓦，越占总容量77.82%。由此可见，火力电能在我国这个发展中国家的国民经济中的重要性。

该设计主要从理论上在电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择、配电装置的布局、防雷设计、发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，并与火力发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济性和灵活性，通过计算论证火电厂实际设计的合理性与经济性。采用软件绘制了大量电气图和查阅相关书籍，进一步完善了设计。

近几年随着我国工业的高速发展，我国电力工业超常规发展，每年装机容量超过6000万千瓦，30万千瓦、60万千瓦亚临界火电机组成为我国电网的主力机组，百万千瓦的超超临界火电机组已经在建。目前，我国30万千瓦、60万千瓦的火力发电机组，70万千瓦的水力发电机组，在国际招标中标成功率大于90%以上。这几年电力工业之所以能飞速发展，其重要原因是，为中国电力市场提供的火力发电设备主要立足于国内生产。这一观点得到国内各发电公司以及电厂老总们的认同。今天电气制造企业的国内用户率已达到75%以上。

火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，

对不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。

目前，我国的电力工业已经进入“大电网”、“大机组”、“超高压，交直流输电”、“电网调度自动化”、“状态检修”等新技术发展新阶段，一些世界水平的先进技术，已在我国电力系统得到了广泛的应用。

随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长，电力工业的发展仍不能满足整个社会发展的需要。另外，由于我国人口众多，因此在按人口平均用电方面，仍只处于中等水平，尚不能及全世界平均人口用电量的一半。2022年人均用电量2596kW·h，人均占用发电装机容量仅为0.6kW； 我国第二产业用电比重为76.49%，第三产业为9.78%，生活用电比重为11%。由此可见，我国人均用电水平远低于发达国家，与完成其工业化进程国家的电力指标相比，我国经济发展正处于工业化进程的中后期，我国用电远低于国际水平。

我国近些年电力需求持续上升，2003年增速达到15%左右，大大超过GDP的增长幅度。由于需求的高速增长，全国2002年有12个省、市、区，2003年有21个省、市、区先后出现缺电局面，对经济发展和人民生活带来了一定影响，电力供应不足已成为国民经济发展的制约瓶颈。

时至今日电力供应仍然十分紧张，据最新统计，1月到4月份全国社会用电量同比增长了16.1%，其中4个省增长30%以上，发电厂、变电站和输电线路几乎都在满负荷极限运行，发生大面积停电事故的概率加大。由于电力系统的备用容量不足，一些发电机组处于满负荷运行，给电网运行的安全带来一定的隐患。

正是基于以上所有的考虑，在能源中心建设一批骨干发电厂,改“输煤为输电”是非常必要的，它将缓解该地区乃至整个电网的供需不平衡。而且借着“振兴东北老工业基地”的东风，我国的国民经济水平一定会达到一个新的高度。

本次的设计题目是：4某300MW发电厂电气部分初步设计（励磁系统），主要是进行电气主接线设计，通过方案比较确定主接线方案，选择发电机和主变压器； 厂用电设计，选择厂用变压器； 通过短路电流计算，进行主要电气设备选择及校验，然后是励磁系统设计，发电机主保护设计以及配电装置设计； 通过此次设计，使学生对自己所学专业知识在临近毕业前进行一次检验和巩固，同时利用自己所掌握的知识初步的设计出一个符合实际的能够安全运行的电厂。

通过本次设计，对大中型发电厂有一个全方位的了解和认识，将所学的理论知识与实际相结合，在巩固自己的所学的专业知识的同时，也使自己更能胜任今后的工作。

（2）机组年利用小时数取=6500h/a。

（3）环境条件：发电厂所在最高温度+40℃，年平均温度+8℃，气象条件一般无特殊要求（台风、地震、海拔等）。

（4）厂用电率：10%2电力负荷及电力系统的连接情况： （1）220KV电压级，架空线路4回与系统相连。

（2）其中线路长度分别是2某200KM； 2某150KM。

（3）当取基准容量为100MVA时，系统归算到200KV母线上电抗为0.267。

1.3设计原则和基本要求1．发电厂电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路、断路器等其它电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输电和配电的任务。电气主接线的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置安装，关系到电力系统的安全、稳定和经济运行。

2．电气主接线设计的原则依据（1）发电厂在电力系统中的地位和作用：电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂类型。大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入330-500KV超高压系统，地区电厂靠近城镇，一般接入110-220KV系统； 企业自备电厂则以对本企业供电供热为主，中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。

（2）发电厂的分期和最终建设规模：发电厂的机组容量，应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的8～10%为宜。一个厂房内的机组，其台数以不超过6台、容量等级以不超过两种为宜。

（3）负荷的大小和重要性：①一级负荷必须有两个独立电源供电且当任何一个电源失去后，保证全部一级负荷不间断供电； ②二级负荷一般有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，保证全部或大部分二级负荷供电； ③三级负荷只需一个电源供电。

（4）系统备用容量大小：系统中需要有一定的发电机装机备用容量。运行备用容量不宜少于8～10%，以适应负荷突增、机组检修和故障停运三种情况。系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。设计主接线时，应充分考虑这个因素。

（5）发电厂电气主接线方案的选择，主要决定发电厂的类型、工作特性、发电厂的容量、发电机和主变压器的台数和容量。

（6）发电厂建设规模应根据电力系统5-10年发展规划进行设计。 3．主接线应该满足可靠性，灵活性，经济性三项要求。

1、可靠性供电可靠性是指电力生产和分配的要求。主接线应满足这个要求： （1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间。并且对一次负荷全部或大部分二次负荷供电。

（3）尽量避免发电厂，变电所全部停运的可能性。

（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性特殊要求2、灵活性主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活性： (1)调度时应可以灵活的接入和切除发电机，变压器和线路。调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。

（2）检修时可以方便的停运断路器，母线及其继电保护设备。进行安全检修。

（3）扩建时，可以容易的从初期接线过渡到最终接线。

3、经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。 （1）投资省a.主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器，避雷器等一次设备； b.要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆； c.要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器； d.如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端可采用简易电器。

（2）占地面积小主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。

（3）电能损失少经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失，此外在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。

2.电气主接线设计2.1电气主接线分析单元接线其是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种，此种接线方法设备更多。

1)本设计中机组容量为300MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器。这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。

2）单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线优点：在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不带电，通常两侧的开关处于合闸状态，检修时两两互为热备用； 检修QF时，可不停电； 可靠性高，运行操作方便。

缺点：增加了一台旁路断路器的投资。

3）单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线优点：可以减少设备，节省投资； 同样可靠性高，运行操作方便； 4）双母线接线优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。

缺点：由于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。

5）双母线带旁路母线的接线优点：增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。

缺点：多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作。 表2-1方案比较表方案一方案二可靠性双母三分段接线，母线检修或故障时，只有1/3的电源和负荷短时停电，检修任一回路的短路器时，只有该回路停电，可靠性较高。

一组母线检修时，所有回路均不中断供电，检修任一回路的母线侧隔离开关时，只中断该回路的供电，检修任一回路电路器时，可用母联断路器代替工作，可靠性较高。

灵活性能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，灵活地调配电源和负荷，满足系统在正常、事故检修及特殊运行方式下的要求扩建方便。

也能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，有很强的灵活性，扩建方便。

经济性占地面积大，断路器和配电装置的投资很大。多用于进出线回数较多的配电装置。

占地面积和双母三分段相比少了一些，设备比双母三分段少，所以投资较少。

结论：两个方案的灵活性、可靠性相差不大，这时就要对两个方案的经济性做出比较，从占地面积和投资比较，方案二的占地面积较小，投资较少。方案二明显比方案一的经济性好，所以选择方案二。

2.5.1容量和台数的确定1、发电厂主变压器容量的确定本电厂发电机变压器采用单元接线，变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。

⑶对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设三台主变压器。

根据以上确定条件可以选择火力发电厂主变压器，此外，带负荷调压变压器，可以在不停电的情况下调节分接头，调整电压值，并且在以下情况下比普通变压器合理： ⑴具有可送工作特点； ⑵功率潮流变化较大； ⑶发电机常在低功率因数下运行。

除此之外，一般宜选用普通分接头变压器。当综合考虑继电保护、通讯干扰和系统发展因素进行分析比较后，如果技术经济合理时，可选用全星形连接的变压器，否则仍应选用普通星角连接组别的变压器。

参照《电力工程电气设计手册》可知，发电机变压器单元接线时,变压器容量应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： 所以采用发电机—变压器单元接线，每台发电机配一台变压器。

2.5.2型式的选择1.相数容量为300MW及以下机组单元接线的主变压器和330kV及以下电力系统中，一般都选用三相变压器。

2.绕组和结构由于机组只有一种220kV升高电压与系统连接，所以采用双绕组变压器。

绕组连接方式必须和系统相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式大多采用Y型和D型。对于220kV高压侧，采用YN连接，发电机出口采用D连接。

3.变压器型号的确定已知:=300MW,.1﹟、2﹟、3#，4#双绕组变压器（220KV）:=1.1(1-)/ =1.1某300(1-10﹪)/0.85=349.47（MVA）查得其主变压器型号为：SFP-360000/220表2-3变压器参数表型号额定容量KVA额定电压（KV）高压/低压空载电流（%）空载损耗（KW）负载损耗（KW）

阻抗电压（﹪）SFP-360000/220360000242/180.2819086014.33.短路电流计算3.1短路电流计算的目的为了保证电力系统的安全可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，不仅要考虑系统在正常状态下的运行情况，还应考虑系统发生故障时的运行情况及故障产生的后果等。电力系统短路是各种系统故障中出现最多，情况最为严重的一种。所谓短路，就是指电力系统中一切不正常的相与相或相与地（指中性点直接接地系统）在电气上被短接。短路电流计算的目的是： （1）电气设备选择和校验。

（2）确定中性点接地方式。

（3）选择继电保护装置和进行整定计算。

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。其计算的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。

（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。

3.2短路计算原则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均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响； 转子结构完全对称； 定子三相绕组空间位置相差电气角度； （4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变化； （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）用概率统计法指定短路电流运算曲线。

3.3短路电流计算的一般规定（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，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，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短路电流为最大的地点。

（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，则应按严重情况计算。

高压短路电流计算一般只计各元件的电抗，采用标幺值计算。 3.4短路点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,选择两个短路点作为短路计算的短路点,这两个短路点位置为:(1)d—1在220KV母线上.(2)d—2在1#发电机的出口.3.5短路电流计算图3-1短路电流等值电路图1．电力设备参数计算(1)1#、2#、3#、4#号发电机电抗标么值计算:已知:Sb=100MVA、PG=300MW=0.3=(2)1#发电机提供的短路电流查表得： 图3-2短路电流简化图查表得： （3）K1点的短路电流查表得： 4.电气设备的选择及校验4.1电气设备选择的原则4.1.1导体和电器的选择设计原则导体和电器的选择设计，必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。

1.应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要； 2.应按当地环境条件校核； 3.应力求技术先进和经济合理； 4.选择导体时应尽量减少品种； 5.扩建工程应尽量使新老电器型号一致； 6.选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

4.1.2导体和电器选择和校验原则在选择导体和电器时，一般按下表所列各项进行选择和校验。

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保持正常运行。

1长期工作条件①电压选用的电器在允许最高工作电压Uma某不低于该回路的最高运行电即≥（4-1）②电流选用的电器额定电流In不得低于所在回路在各种可能方式下的持续工作电流。

≥（4-2）2短路稳定条件①校验的一般原则1)电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动稳定校验。校验的短路电流一般取三相时的短路电流，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回路中的的单相、两相接地短路较三相严重时，则按严重情况校验。

2)用熔断器保护的电器可不校验热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。有熔断器的电压互感器，可不验算动、热稳定。

短路的热稳定条件： It²t≥I∞²tdz（4-3）It---t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值(kA)t---设备允许通过的热稳定电流时间()校验短路热稳定所用的计算时间tdz按下式计算：tdz=tz+0.05短路的动稳定条件： ≥（4-4）-----短路冲击电流峰值（kA）-----电器允许极限通过电流峰值（kA）4.2断路器的选择与校验4.2.1断路器选择的技术条件断路器的选择除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。电压110-500KV的电网，当少油断路器技术条件不能满足要求时，可选用六氟化硫或空气断路器； 大容量机组采用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。

断路器的功能，正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备接入电路或退出运行，起着控制作用； 故障时，快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起到保护作用。其最大特点是断开电路中的负荷电流与短路电流。

（1）电压：（电网工作电压）≤（2）电流：（最大持续工作电流）≤（3）开断电流（或开断容量）：≤（或≤）------断路器实际开断时间T秒的短路电流周期分量------断路器额定开断电流------断路器T秒

的开断容量------断路器额定开断容量断路器的实际开断时间T，为继电主保护动作时间与短路器固有分闸时间之和。

（4）动稳定：≤------三相短路电流冲击值------断路器极限通过电流峰值。

（5）热稳定：≤------稳态三相短路电流------短路电流发热等值时间（又称假想时间）------断路器T秒热稳定电流4.2.2220KV侧断路器选择与校验查设备手册，选断路器的型号LW-220 计算数据 断路器所选型号LW-220220KV992A9.58KA25.74KA27625.74KA

220KA1600A40KA100KA=4800100KA校验合格4.3隔离开关的选择与校验4.3.1隔离开关选择的技术条件检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电压隔离，以确保检修安全。倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时常用隔离开关配合断路器，协同操作完成。分合小电流，具有一定的分合电感电容电流的能力。

技术条件如下： （1）电压：（电网工作电压）≤（2）电流：（最大持续工作电流）≤（3）动稳定：≤------三相短路电流冲击值； ------断路器极限通过电流峰值。

（4）热稳定：≤------稳态三相短路电流------短路电流发热等值时间（又称假想时间）------断路器T秒热稳定电流4.3.2220KV隔离开关选择与校验220KV侧： 查设备手册，选择隔离开关GW4-220DW 计算数据 隔离开关所选型号GW4-220KW 220KV992A27625.74KA

220KA1250A=1984.580KA校验合格4.4电压互感器的选择与校验4.4.1.电压互感器选择的技术条件1.电压互感器的选择（1）电压互感器的配置原则： 应满足测量、保护、同期和自动装置的要求； 保证在运行方式改变时，保护装置不失压、同期点两侧都能方便地取压。

（2）线路：当需要监视和检测线路断路器外侧有无电压，供同期和自动重合闸使用，该侧装一台单相电压互感器。

（3）主变压器：根据继电保护装置、自动装置和测量仪表的要求，在一相或三相上装设。

2.型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择： （1）6—20KV屋内配电装置，一般采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。

（2）35－110KV的配电装置，一般釆用油浸绝缘结构的电压互感器。 （3）220KV以上，一般釆用电容式电压互感器和六氟化硫断路器。 3.电压互感器的技术条件（1）将一次回路的大电压变为二次回路的标准的低电压（100kv）； （2）使二次设备与高压部分隔离，且二次侧接地，以保证安全。

4.4.2电压互感器的选择（1）一次回路电压的选择： 为了确保电压互感器安全和在规定的准确等级下运行，电压互感器一次绕组所接的电网电压UNS应在（0.8—1.2）UN1范围内变化，即应满足： 0.8UN1〈UNS〈1.2UN1（2）二次回路电压的选择： 电压互感器的二次侧的额定电压应满足保护和测量使用准确仪表的要求。

（3）种类和型号的选择： 电压互感器的种类和型号应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：在6KV—35KV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式； 110KV—220KV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器； 当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式互感器。

（4）容量和准确级的选择： 首先根据仪表和继电器接线要求方式，并尽可能将负荷分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的

准确级和容量选择互感器的准确级和额定容量。有关电压互感器准确级的选择原则可参照电流互感器的选择。电压互感器的额定二次容量不应小于电压互感器的二次负荷，即：SN2S2。

为了保证测量仪表的准确度，电压互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。装于重要回路（如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等回路）中的电压互感器的准确级不应低于0.5级； 对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级； 对供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表的电压互感器应为0.5—1级； 供只需估计电参数仪表的电压互感器可用3级。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电压互感器的准确级。

4.4.3220KV侧电压互感器的选择220KV侧TYD220/-0.00518KV侧电压互感器的选择18KV侧JD6-354.5电流互感器的选择与校验4.5.1电流互感器选择的技术条件1.电流互感器的作用： （1）将一次回路的大电流变为二次回路的标准的小电流（5A或1A）； （2）使二次设备与高压部分隔离，且二次侧接地，以保证安全。

2.电流互感器的配置原则： （1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。

（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，发电机和变压器的中性点、出口。

（3）对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。： 3.参数选择： 电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距离控制室较远时，亦可考虑用1A。

（1）一次额定电流的选择： 当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表有最佳工作，并在过负荷时，使仪表有适当的指示。电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般情况下，可按变压器额定电流的1/3进行选择。当保护和测量仪表共用一组电流互感器时，只能选用相同的一次电流。一次侧额定电流:I1n≥Ig.ma某I1n为电流互感器原边额定电流，Ig.ma为电流互感器安装处一次回路最大工作电流。

（2）一次侧额定电压： Un≥UgUg为电流互感器安装处一次回路的工作电压，Un为电流互感器额定电压。

（3）准确等级的选择： 电流互感器准确等级的确定与电压互感器相同。需先知电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及以准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表计来选择。

（4）热稳定校验:电流互感器热稳定能力常以1允许通过一次额定电流I1n来校验 (I1nKt)²≥I²tdz（4-8）Kt--CT的1热稳定倍数（5）动稳定校验： 内部动稳定可用下式校验： I1nKdw≥ich（4-9）I1n---电流互感器的一次绕组额定电流（A）Ich---短路冲击电4流的瞬时值（KA）Kdw---CT的1动稳定倍数4.5.2220KV出线侧电流互感器的选择220KV侧： 查设备手册，选择电流互感器型号为LWC-220 计算数据 电流互感器所选型号LWC-220 220KV992A27625.74KA

220KA4300=1200A=360060KA校验合格4.5.318KV侧电流互感器的选择查设备手册，选择电流互感器型号为LMZ1-20 计算数据 电流互感器所选型号LMZ1-20 18KV11.89KA21548.33224.5KA 220KA------------校验合格4.6避雷器的选择避雷器是一种保护电器，用来保护配电变压器，电

站和变电所等电器设备的绝缘免受大气过电压或某些操作过电压的危害。大气过电压由雷击或静电感应产生； 操作过电压一般是由于电力系统的运行情况发生突变而产生电磁振荡所致。

4.6.1避雷器选择的技术条件避雷器主要是用来保护配电变压器，另外还保护电站及变电所等电器设备，使其避免受过电压的危害的一种重要的保护装置。避雷器一般分有三种：有阀型避雷器、管型避雷器、氧化锌避雷器，在选择避雷器时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，由于本设计重有大机组，处于安全考虑，故用氧化锌避雷器。

（1）避雷器的持续运行电压------金属氧化物避雷器的持续运行电压有效值(KA)------系统最高相电压有效值(KV)（2）避雷器的额定电压考虑安装点工频过电压的幅值和持续时间，并结合避雷器的初始能量来选择其额定电压。

（3）避雷器的最大雷电冲击残压/（4-10）BIL------内绝缘全波额定雷电冲击耐压(KV)------雷电冲击绝缘配合系数。

灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大的导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）； 在中性点非直接接地的电网中应不低于设备最高运行线电压。在中性点直接接地的电网中应取设备最高运行线电压的80%。

4.6.2避雷器的选择220KV侧：氧化锌型Y10W1-204/532额定电压（有效值）204KV最大持续运行电压（有效值）159KA操作冲击残压（峰值）452KA雷电冲击残压532KA陡坡冲击（1u）10KA残压594KA18KV侧： 普通阀式避雷器FZ-20额定电压(有效值)20KA灭弧电压有效值25KA工频放电电压有效值不小于5KA不大于61KA冲击放电电压峰值（15/20u）85KV8/20u雷电冲击波残压峰值81.5KV5.继电保护的配置方案

5.1300MW发电机双绕组变压器组的保护配置本厂发电机容量为300MW，结合发电机的容量，针对发电机的故障类型及其不正常运行状态，配置发电机继电保护。按照规程的规定，设计本厂发电机继电保护。

电力变压器是电力系统中经常使用的重要电气设备，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件。因此，必须根据变压器容量和重要程序装设性能，动作可靠的保护。

变压器故障可分为油箱内部和油箱外部故障，油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路。油箱内部故障对变压器来说是非常危险的，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁心，而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果。变压器油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。

现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但实际运行中仍有可能发生各种类型故障和异常运行。为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量的大小、电压变压器保护的配置原则。

300MW发电机双绕组变压器组应配置以下保护。

变压器是电力系统中十分重要的供电设备。它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍有可能发生各种类型故障和异常运行，同时大容量的变压器又是十分重的设备，因此，为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量大小、电压等因素装设必要的、动作可靠的继电保护装置。

变压器的故障类型主要有：1、油箱内故障：包括绕组的相间短路、接地短路、匠间短路以及铁心的烧损等，这些故障将产生电弧，烧坏绕组绝缘及铁心，引起绝缘材料及变压器油的强烈气化，甚至造成油箱的爆炸。2、油箱外的故障：主要是套管和引出线上发生相间短路、接地短路等。

变压器的不正常运行状态主要有：1、由于变压器外部相间短路引起的过电流和中性点过电压； 2、由于负荷超过额定容量而引起的过负荷。3、由于漏油等原因而引起的油面降低。

根据以上故障类型和不正常运行状态，应装设下列保护装置： 1、瓦斯保护：反应变压器油箱内部故障和油面降低的保护，容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号； 当产生大量的瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。

2、纵联差动保护：反应变压器绕组和引出线的相间短路的保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路能起保护作用。且容量为6300KVA及以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器、10000KVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器、以及2000KVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器应装设纵联差动保护。

3、复合电压闭锁过电流保护：反应外部相间短路引起的变压器过电流的保护。宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。保护动作后，应带时限动作于跳闸。

4、零序过电流保护：外部接地短路时的保护，110KV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为其他元件的后备保护。

5、过负荷保护：对于400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。保护接于一相电流上，延时作用于信号。

6、瓦斯保护当在变压器内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部，。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障时的这一特点，可以构成反应于上述气体而动作的保护装置，称为瓦斯保护。

7、瓦斯保护的整定一般瓦斯气体容积整定范围为250-300cm3，变压器容量在10000KVA以上时，一般正常整定值为250cm3，气体容积整定值是利用调节重锤的位置来改变的。

8、重瓦斯保护油流速度重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0.6-1.5m/，在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。根据运行经验，管中的油流速度整定为0.6-1m/J时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中的流速为准约为0.4-0.5m/。因此，为发防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定范围为1m/。

5.2发电机的保护发电机的安全运行对电力系统和本火电厂供电系统的稳定运行起着决定性的作用。因此，在发电机上必须装设比较完善的继电保护装置。根据有关规程，应对下列故障及异常运行方式设置继电保护装置： 1定子绕组相间短路； 2定子绕组匝间短路； 3定子绕组接地短路； 4外部短路引起的过电流； 5对称过负荷； 6励磁回路一点或两点接地故障。

5.3短路保护（1）升压变压器瓦斯保护（2）高压厂用变压器瓦斯保护（3）发电机差动保护（4）发电机变压器组差动保护（5）高压厂用变压器差动保护（6）升压变压器差动保护（7）阻抗保护（8）发电机匝间保护（9）升压变压器高压侧零序保护（10）高压厂用变压器过电流保护5.4发电机接地保护（1）定子一点接地保护（2）励磁回路一点接地保护（3）励磁回路二点接地保护5.5异常运行保护（1）对称过负荷保护（2）不对称过负荷保护（3）励磁回路过负荷保护（4）失磁保护（5）过电压保护（6）逆功率保护（7）过激磁保护（8）非全相运行保护（9）断路器失灵保护（10）电流回路断线保护（11）电压回路断线保护（12）升压变压器温度保护（13）升压变压器冷却系统故障保护（14）升压变压器油面降低保护（15）高压厂用高压器温度保护（16）高压厂用变压器冷却系统故障保护（17）高压厂用变压器油面降低保护5.6母线保护母线的特点与故障发电厂和变电所的母线是电力系统中最重要的电气设备之一，是系统中汇集电源分配负荷的枢纽点。一旦母线上发生故障，尤其是系统中重要发电厂或变电所的母线上发生故障，后果是严重的，它可能使电力系统失去稳定，大面积用户停电及使电气设备遭到严重破坏。当未装设专用的母线保护时，如果母线故障，只能依靠相邻元件保护的后备作用切除故障，这将延长故障切除时间，并且往往会扩大停电范围，对高压电网安全运行不利。

运行经验证明，大多数母线故障是单相接地故障，而相间故障的机率很小。引起母线故障的原因有：母线绝缘子或断路器套管闪络，母线切换操作时引起断路器和隔离开关支持绝缘子损坏以及运行人员误操作等。

根据系统稳定要求，以及保证发电厂安全运行和对重要用户可靠供电，通常对重要发电厂母线设专用母线保护。专用母线保护可根据不同原理构成，如电流保护，电流电压保护，距离保护和差动保护等。

5.7线路保护我国220KV电压等级电网均属于中性点直接接地电网，应装设防御单相及多相短路与接地的保护，对于短线路的主保护应双重化，其后备保护应采取近后备方式。

从继电保护观点来看，中性点直接接地电网的特点及对保护的影响主要有以下几点:（1）中性点直接接地的高压电网最显著的特点是单相接地时有较大的零序电流，因此要求快速切除故障，以减少对设备及通信线路的危险影响。

（2）由于短路，操作或负载突变，可能引起系统振荡，产生电气量的对称的脉动变化，因此要求装设振荡闭锁装置，以区别短路和单纯的振荡，或者使保护继电器不反应或躲过振荡影响。

（3）当送电线采用单相自动重合闸或按相检修时，将出现短时或长期非全相运行，产生稳定的负序和零序分量，使反应稳态负序电压或电流的常规振荡闭锁起动方式失效，要求采用更完善的如突变量原理构成的振荡闭锁装置。

（4）对超高压送电线路，当输送功率较大时，负荷阻抗可能接近短路阻抗，因此要求保护具有区分短路和负荷状态的能力。

（5）短路暂态过程延时同要求保护快速动作产生矛盾，同时电流互感器，电压互感器本身的暂态过程也影响保护的动作时间。

5.8220KV线路必需装设的保护（1）多段式接地短路保护对中长线路一般可装设经方向元件控制多段式零序电流保护。

（2）多段式相间短路保护单侧电源的送电端，一般装设三相式多段电流保护或电流、电压保护。

（3）相电流速断保护相电流速断保护简单可靠，对使用三相重合闸的线路，只要相电流速断保护在正常运行方式下出口短路时可以动作，都宜装设使用。

5.9220KV线路接地保护中性点直接接地电网的线路接地保护,如不设纵联保护,则基本上只有零序电流保护与接地距离保护两种,零序电流保护简单可靠，广泛应用于几乎各电压等级的直接接地电网中，作为基本保护方式，在较高电压等级电网中，如方向性的接地距离保护可以改善接地保护的性能时,可装设接地距离保护,并辅之以阶段零序电流保护。

5.10220KV线路相间距离保护距离保护是根据故障点离保护装置处的距离来确定其动作的，较少受运行方式的影响,在220KV电网中得到广泛应用。

现在宜采用“四统一”设计的距离保护,“四统一”设计的相间距离保护采用三段式,由第Ⅰ，Ⅱ段切换，第Ⅱ段独立的六个方向距离元件组成,可防止失压误动作,整体保护用电流式起动元件。起动元件动作后,能实现Ⅰ、Ⅱ段的振荡闭锁控制。当系统振荡时,如Ⅱ段距离元件或按正常负荷电流整定的辅助相电流元件动作,而起动元件并未动作,可立即对Ⅰ、Ⅱ段的跳闸回路实现闭锁,直到换荡平息后解除。

保护装置设有电压回路断线闭锁，当任一距离元件因内部不正常或因过负荷而在正常运行情况下误动作时，也可以延时起动该闭锁回路，装置设有可供选用的重合闸后加速回路，瞬时加速Ⅱ段或第Ⅲ段； 恢复原有Ⅰ、Ⅱ段； Ⅲ段带可以躲振荡的短延时。

6.部分保护整定计算6.1发电机的整定计算发电机的安全运行对电力系统和本火电厂供电系统的稳定运行起着决定性的作用。因此，在发电机上必须装设比较完善的继电保护装置。根据有关规程，应对下列故障及异

常运行方式设置继电保护装置： 1定子绕组相间短路； 2定子绕组匝间短路； 3定子绕组接地短路； 4外部短路引起的过电流； 5对称过负荷； 6励磁回路一点或两点接地故障。

因为四台发电机型号一样，故只需对一台进行保护整定。

6.1.1纵差保护的整定a.动作电流Idz应按躲过外部短路时流过保护装置的最大不平衡电流Ibp来整定。

即Idz＝KkIbp.j=Kkkfzqkt某fiId.zd=1.3某1某0.5某0.1某5635=1.3某662.45＝366.275A。

Kk可靠系数，采用1.3； Ibp.j计算不平衡电流； kfzq非周期分量影响的系数，取＝1； kt某电流互感器的同型系数，取kt某＝0.5； Id.zd发电机外部三相短路时,流过保护最大周期性短路电流，Id.zd＝5635A。

b.为避免保护在电流互感器二次回路断线时误动作，保护动作电流应该大于发电机最大负荷电流:Idz＝KkINf＝1.3某11320＝14716AKk可靠系数，取Kk＝1.3； INf发电机的额定电流。

取躲过最大不平衡电流作保护的动作电流，故Idz＝366.275A,则差动继电器动作电流为Idz.j＝0.763A。

nl电流互感器的变比； kj某接线系数，取kj某＝1c.灵敏度： klm==13.32>2满足灵敏度要求。

Id.min最小短路电流，即在单机运行情况下，发电机出口两相短路电流； d.差动回路断线监视器的动作电流应大于正常运行时的最大不平衡电流Ibp，可按照一下经验公式整定： Idz.j＝0.2某

Inf/nl==4.717A.6.1.2过负荷保护整定校验过负荷保护是动作于信号的

保护，考虑到过负荷对称性，该保护只有一相中装设，并与过电流保护共用一组互感器，保护由电流继电器及时间继电器组成。

电流继电器动作值按照下式计算： Idz.j=29.132AKk可靠系数，取=1.05Kh返回系数，取=0.85INf发电机额定电流nl电流互干器变比过负荷保护动作时限比过电流保护长，一般为9～10。

总结为期一个多月的结束了，在这一个多月里通过不断的学习和研究已经使自己对所要设计的发电厂有了较深入的了解。这次设计实际上是一次检验自己三年所学的机会，在本次设计中我尽可能的让理论和实际有机的结合起来。让自己在实践中去深入的理解理论知识，可以说这也是我们毕业设计的原因。

在设计过程中，通过对电力系统的分析可以得知：随着经济发展水平和工业化增长的迅速，人民的生活水平提高，对电力的需求猛增，而现在电力事业的发展速度滞后于经济发展，这将出现很大的电力缺额； 加上电厂为华中电网和河南电网的主力火电厂。由此可见，对电厂的扩建具有十分重要的意义。

在设计过程中，首先要确定主接线，然后进行了高压设备选择，根据力求可靠、经济、以及符合电力设备发展现状的要求，结合电厂的现状，先后对高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、220KV母线和支撑绝缘子进行选择和校验，使之符合国家规程的规定，运行可靠，经济合理。结合上面的计算和分析，对电厂又进行了配电装置，设计。

本次设计既是对所学的一次检验，也是一次巩固，在设计中我明白了理论知识和实践结合重要性，只有将理论运用到实践中这才能更好的掌握所学知识，才能为今后的工作打下一个良好的基础，在设计中我觉得自己

的知识储备还是不够丰富，今后应该不断的学习新的知识，为中国的电力事业贡献自己的一份力量。

另外，在本次设计中我得到了我的指导老师某某老师的大力支持和帮助，同时还要同学们的无私帮助，在这里向大家表示衷心的感谢。由于自己的专业水平有限，难免会出现各种错误，这里敬请各位老师、同学和专业技术人士批评指正。

通过这次设计，进一步领会电力工业建设中的政策观念和经济技术观念，以及对工程技术中的技术和经济问题，能够进行比较全面的综合分析。使我对电力系统有了一个整体和具体的了解。

设计人：艾正涛于2022年6月15日