山西大学工程学院
毕业设计（论文）
题 目河津电厂2X350MW火力发电厂电气设计 系 别 电力系 专 业 电气自动化 班 级 姓 名 指导教师
下达日期 2010 年 1 月 16 日
设计时间自 2010 年 2 月 16 日 至2010年 6 月 20 日
精选文档
可修改可编辑
毕业设计（论文）任务书
一、设计题目：1、题目名称 河津电厂2X350MW火力发电厂电气一次系统设计 2、题目来源 现场 二、目的和意义 本设计充分应用和巩固所学专业知识，如发电厂电气部分、电力系统分析等，进行实际运算，加深学生对在校期间所学知识的理解和掌握，提高学生分析计算的能力，训练学生的综合运用能力和创造能力，使学生在行将毕业参加工程实际工作之前得到电气设计工程师的初步训练，为今后的工作打下坚实的基础。 三、原始资料 1、该厂为新建电厂，属凝汽式火力发电厂 2、发电机出口电压23KV，经开压至220KV送入系统 3、厂用电率4.6% 4、220KV出线四回分别是赵家庄两回临晋一回，备用一回 5、总规划容量（1300---1400MW）二期拟扩建2台300—350MW机组 6、发电机参数415MVA、23KV、10417A、cosφ=0.85、xd=17.4% 四、设计说明书应包括的内容 1、电气主接线的设计原则 2、电气主接线的设计 3、主变压器的选择 4、短路电流的计算 5、电气设备的配置和选择 6、配电装置的设计 7、保护装置的配置 8、防雷与接地的设计 精选文档
可修改可编辑
五、设计应完成的图纸 1、设计说明书； 2、河津电厂２Ｘ３５０ＭＷ首期电气主接线图； 3、规划容量电气主接线图。 六、主要参考资料 电气工程电气设计手册 专业课程教材 七、进度要求 1、实习阶段 第 周（ 月 日）至第 周（ 月 日）共 周 2、设计阶段 第 周（ 月 日）至第 周（ 月 日）共 周 3、答辩日期 第 周（ 年 月 日） 八、其它要求 精选文档
可修改可编辑
河津电厂2×350MW火力发电厂电气设计
摘 要
电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其它能源形式。当今，火力发电在我国乃至全世界范围，其装机容量占总装机容量的70％左右，发电量占总发电量的80％左右。由此可见，电能在我国这个发展中国家的国民经济中担任着主力军的作用。设计中将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，并与河津火力发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计安全的前提下，还要兼顾可靠性、经济性和灵活性，通过计算论证该火电厂实际设计的合理性与经济性。在计算和论证的过程中，结合电气工程手册规范，采用CAD软件绘制了大量电气图，进一步完善了设计。
关键词：主接线设计；短路电流；配电装置；电气设备选择；继电保护
精选文档
可修改可编辑
Subsystem Design On Electricity Of Hejin Coal-Fired
Power Plants In 2×350MW
Abstract
Electricity is the most important energy of economic development which can be conveniently and efficiently converted into other forms of energy. Today,not only in China but also in the world ,the thermoelectricity capacity accounts to about 70% and the power about 80%.So, electricity plays an important role in our country which is a developing country.In this design, I will mainly discuss main electric connection design, short circuit account, electric equipment choice, electric equipment layout, lightning strike defending design, electrical machine, transformer and generatrix protective relaying detailedly in theory and comparing with the power plant of He jin, while ensuring the reliability of the design, under the premise we should also take into account economic and flexibility demonstrated by calculating the effective thermal power plant design and reasonable economy.During my counting and demonstrating,in order to consummate my design, I will protract a great lot of electric engineering-pictures by Auto-CAD following the new criterion of electric engineering-enchiridion.
Keywords：main electric； connection design ；short current； electric equipment choice；electric equipment layout；protective relaying
精选文档
可修改可编辑
目录
前
言…………...…………….....................................…............................................1 第1章 绪论…………………...…………….....................................….................2 第1节国内外研究现状………………………...…………….......................................2 1.1.1电力系统的国内外发展现状………………………...……………................2
1.1.2火电厂设计研究的国内外发展概况………………………...…………….2 第2节 原始资料及分析…………………...…………….......................................2 1.2.1原始资料…………………...…………….......................................2 1.2.2原始资料分析…………………...…………….......................................2 第2章 电气主接线方案的选择与确定.…………….............................................3 第1节 概述…………………...……………......................................3 2.1.1 主接线的设计原则…………………...……………......................................3 2.1.2 主接线的要求…………………...……………................................3 2.1.3 电气主接线的设计程序……………................................................4
精选文档
可修改可编辑
第2节 主接线的基本接线形式………................................5 2.2.1 可选方案的确定………............................................................5 2.2.2 可选方案的分析………...................................................................6 2.2.3 单元接线（发电机与母线间的接线）………..........................................9 第3节 最优方案的确定……….........................................................................10 2.3.1 方案的比较……….................................................................10 2.3.2 两种方案的确定………..................................................................12 第3章 主变压器选择……….......................................................................13 第1节 概述………......................................................................13 第2节 主变压器的选择………......................................................13 3.2.1 变压器相数的选择……….................................................13 3.2.2 变压器绕组数与结构的选择………........................................13 3.2.3 变压器绕组接线组别的选择……….........................................13 3.2.4 变压器调压方式的选择……….................................................13 3.2.5 变压器冷却方式的选择………....................................................13 第4章 厂用电接线及设计………...........................................15
精选文档
可修改可编辑
第1节 概述……….........................................................................................15 4.1.1 厂用电概述……….......................................................................15 4.1.2 厂用电率………........................................................................15 4.1.3 厂用电负荷分类………............................................................15 第2节 厂用电接线的设计原则和接线形式………......................................15 4.2.1 对厂用电接线的要求……….....................................................15 4.2.2 厂用电接线的设计原则……….....................................................16 4.2.3 厂用电的电压等级……….........................................................1
6
4.2.4 厂用电源及其引接……….............................................................16 4.2.5厂用电接线形式……….....................................................................17 第3节 厂用变压器的选择………..........................................................18 第4节 厂用电动机选择和自启动校验………..................................................18 4.4.1 厂用电动机的选择………............................................................18 4.4.2 自启动校验………........................................................................19
精选文档
可修改可编辑
第5章 短路电流的计算………...........................................................................22 第1节 概述………............................................................................22 第2节 参数计算……….......................................................................22 5.2.1 等值电路图………...............................................................22 5.2.2 各元件参数计算………..........................................................22 第3节 短路电流计算………...........................................................................22 5.3.1 各点短路计算……….................................................................22 5.3.2 短路电流计算结果表……….........................................................2
6
第6章 电气设备的选择……….............................................................27 第1节 概述………................................................................27 第2节 母线的选择………......................................................27 6.2.1 机端封闭母线的选择……….........................................................2
7
6.2.2 汇流母线的选择………....................................................................27
精选文档
可修改可编辑
第3节 断路器的选择……….............................................................28 6.3.1 断路器的功能………....................................................................28 6.3.2 断路器的种类………....................................................................28 6.3.3 断路器的选择………...................................................................28 第4节 隔离开关的选择……….................................................................29 6.4.1 隔离开关的主要用途………..........................................................29 6.4.2 隔离开关的种类………...............................................................29 6.4.3 隔离开关的选择………..........................................................29 第5节 电流互感器的选择………............................................................29 6.5.1电流互感器的作用………........................................................29 6.5.2电流互感器的种类………...........................................................29 6.5.3电流互感器的选择原则……….......................................................30 6.5.4电流互感器的选择………............................................................30 第6节 电压互感器的选择
精选文档
可修改可编辑
……….....................................................................31 6.6.1电压互感器及其分类………........................................................31 6.6.2电压互感器的选择………...........................................................31 第7章 配电装置的选择………........................................................33 第1节 概述……….......................................................................33 第2节 屋内配电装置……….............................................................................33 第3节 屋外配电装置………...............................................................................33 第 4节 两种配电装置的比
较…………………………………………………..34 第5节 配电装置的选
择………………………...…………….............................34 第8章 保护装置的配置………………………...…………….............................35 第1节 概
述………………………...…………….................................................35
第2节 发电机的保护及整定计
算………………………...…………….............35 8.2.1 发电机的纵差动保
护………………………...……………........................36 8.2.2 发电机的纵差动保护的整定原则与计算………………………...………36 第3节 母线的保
护………………………...…………….....................................37
8.3.1 装设母线保护的几种情
况………………………...……………................37
精选文档
可修改可编辑
8.3.2 目前国内110KV及其以上母线保护装置的原理有以下几种……….…37 第9章 防雷与接地的设计………………………...…………….........................39 第1节 概述………………………...…………….................................................39 9.1.1 雷害来源………………………...……………........................................39 9.1.2 避雷针作用………………………...…………….....................................39 9.1.3 避雷针的保护范围………………………...…………….........................39 第2节 避雷器的选择原则………………………...……………........................40 9.2.1 型式………………………...……………..................................................40 9.2.3 灭弧电压………………………...……………......................................40 9.2.4 工频放电电压………………………...……………....................................40 9.2.5 冲击放电电压和残压………………………...……………......................40 第3节 避雷器的选择………………………...…………….................................40 9.3.1接地的定义…………...……………..............................................................40 9.3.2接地的分类…………...……………..............................................................41 9.3.3发电厂防雷接地
精选文档
可修改可编辑
…………...……………......................................................41 结
论………………………...…………..................................................................42 参考文
献………………………...……………......................................................43 附
录………………………...…………….................................................................. 附录一 主接线
图………………………...……………............................................ 附录二 配电装置图………………………...……………........................................ 中文原
文………………………...……………......................................................44 英文译
文………………………...……………......................................................47指导教师评语
表……...……………......................................................................51
精选文档
可修改可编辑
前言
本设计充分应用和巩固所学专业知识，如发电厂电气部分、电力系统分析等，进行实际运算，加深我们对在校期间所学知识的理解和掌握，提高我们分析计算的能力，训练我们的综合运用能力和创造能力，使我们在行将毕业参加工程实际工作之前得到电气设计工程师的初步训练，为今后的工作打下坚实的基础。
发电厂时电力系统的重要组成环节，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。本设计主要讲河津电厂电气设计，主要完成电气主接线设计、短路电流的计算、电气设备的选择和配电装置的选择的等内容。
2009.6.8
精选文档
可修改可编辑
第1章 绪论
第1节 国内外研究现状
1.1.1 电力系统的国内外发展概况
新中国成立以后，特别是改革开放以来，我国电力工业得到了迅速发展。在党中央、国务院的正确领导下，广大电力职工奋发图强，辛勤耕耘，中国的电力工业取得了令人瞩目的成就。1987年，全国电力装机容量迈上1亿千瓦台阶；1995年突破2亿千瓦；到2000年底，全国电力装机容量已达3.19亿千瓦。从1949年到改革开放前的1978年，我国电力装机由185万千瓦增加到5712万千瓦，增长了29.9倍；年发电量由43亿千瓦时增加到2566亿千瓦时，增长了58.7倍。而从1978年到二十世纪末，我国电力装机和年发电量又分别增长了4.58和4.33倍。目前，我国的电力装机容量和年发电量均居世界第2位；我国的电力工业也已从大电网、大机组、超高压、高自动化阶段，进入了优化资源配置、实施全国联网的新阶段[3]。
我国是发展中国家，我国的电力工业长期以来依靠多家办电的政策，吸引了投资，促进了我国电力工业的发展；并通过引进、消化和吸收和技术创新，极大地提高了电力的技术水平和装备水平；通过十年的坚持不懈的达标、创一流工作，大大提高了电力企业的管理水平，很多电力企业，尤其是一些发电厂的管理水平可以与发达国家的电厂的管理一比高低。但是，我国人均用电水平还很低，面临着继续快速发展的巨大压力。
自从加入了ＷＴＯ以后，国家电力公司已经确定了“建成控股型、经营型、集团化、现代化、国际一流的电力公司”的战略目标，并已在2000年跻身世界500强，2001年在世界500强中位居77位。中国加入WTO对电力工业来说，是机遇与挑战并存，机遇大于挑战。
1.1.2 火电厂设计研究的国内外发展概况
在我国乃至全世界范围，火电厂的装机容量占总装机容量的70％左右，发电量占总发电量的80％左右。截止目前为止，我国火力发电厂单机容量以30万千瓦和60万千瓦机组为主，浙江省温州市玉环县的华能玉环电厂正在投建4台100万千瓦发电机组，首台机组预计今年投产发电。其100万千瓦超超临界火力发电机组主蒸汽压力为25兆帕，主蒸汽和再热蒸汽温度均为600度，这不仅在我国是最高参数，在世界上也处于最前沿水平。此前，上海电气与西门子合作制造的上海外高桥2台90万千瓦火力机组是我国第一个超临界百万级项目，首台机组已于2006年开始发电。
第2节 原始资料及分析
1.2.1原始资料 见任务书 1.2.2节原始资料分析
该厂为新建电厂，属凝汽式火力发电厂，发电机出口电压23KV，经开压至220KV送入系统。220KV出线四回分别是赵家庄两回临晋一回，备用一回。总规划容量（1300---1400MW）二期拟扩建2台300—350MW机组。本设计充分地应用和巩固所学专业知识，如发电厂电气部分、电力系统分析、继电保护及自动装置和高电压技术等，进行实际运算，以提高分析问题和解决实际问题的能力，为今后的工作打下坚定的基础。
精选文档
可修改可编辑
第2章 电气主接线选择
第1节 概述
电气主接线时发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的要环节。 本章以电气主接线的设计为中心，从工程的观点出发，介绍对主接线的基本要求、典型接线形式以及主要设备的作用、配置原则等。综合阐述了发电厂电气接线的特点和主接线的原则、步骤等。 2.1.1 主接线的设计原则
(1)发电厂在电力系统中的地位和作用
这是主要因素，很大程度上决定了发电厂的主接线形式。如发电厂是系统的大型主力电厂，还是属于地区或企业的中小型电厂；是带基本负荷的电厂，还是只负责腰荷或调峰的电厂。各类发电厂在系统中的地位和作用不同，对于主接线的可靠性，选择性和灵活性的要求也不同。本设计发电厂为新建电厂，首期建成后分别供给临晋、赵家庄，且总规划容量为1300-1400MW，属于地区性的重要发电厂。
(2)电厂的分期和最终建设规模
发电厂的机组容量，应该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，且以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。本设计发电厂分为两期建设，最终建设规模为1300-1400MW。
总之，我们设计的电气主接线基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方针，政策，技术规定，标准为准绳，结合工程实际情况，以保证宫殿可靠，调度灵活，满足各项技术要求的前提下，兼顾运行，维护方便，尽可能地节约投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠，先进，适用，经济，美观的原则。 2.1.2主接线的要求
(1)可靠性：
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求，电气主接线必须保证供电可靠。
电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂是可靠的，而对另一些发电厂则不一定能满足可靠性要求。在分析电气主接线可靠性时，要考虑发电厂在系统中的地位和作用，用户的负荷类型和性质，设备运行制造水平及运行经验等。
通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几方面考虑： ①发电厂或变电所在电力系统中的地位和作用 ②发电厂接入电力系统的方式 ③运行方式和负荷性质
④设备的可靠程度直接影响着主接线的可靠性 ⑤长期实践运行经验的积累提高可靠性是主要条件 (2)灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转变。灵活性包括以下几个方面：
①操作的方便性。电气主接线应该在满足可靠性的条件下，结构简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便运行人员掌握，不致再操作过程中出错。
②调度的方便性。电气主接线在正常运行时，要根据调度要求，方便地改变运行方式，
精选文档
可修改可编辑
并且在发生事故时，要尽快的切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多的影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。
精选文档
可修改可编辑
③扩建的方便性。对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有扩建的方便性。尤其是火电厂和变电站，在设计主接线时要留有发展扩建的余地。设计时不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，将来可顺利完成过渡方案的实施，使改造工作量最少。
(3)经济性
在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性要从以下几方面考虑：
①节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关电器数量，选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。
②占地面积小。主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积小，同时应注意节约搬迁费用，安装费用和外汇费用。对大容量发电厂或变电站，在可能和允许条件下，应采取一次设计，分期投资，投建，尽快发挥经济效益。
③电能损耗小。在发电厂或变电站中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理的选择变压器的型式，容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。 2.1.3 电气主接线的设计程序
电气主接线的设计伴随着发电厂或变电站的整体设计进行，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段，初步设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。在各阶段中随要求，任务的不同，其深度，广度也有所差异，但总的设计思路，方法和步骤基本相同。
设计步骤和内容如下：
(1)工程情况，对发电厂类型，设计规划容量，单机容量和台数，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等的分析。
发电厂容量的确定与国家经济发展规划，电力负荷增长速度，系统规模和电网结构以及备用容量等因素有关。发电厂装机容量标志着发电厂的规模和在电力系统中的地位和作用。在设计时，对发展的电力系统可优先选用较为大型的机组。但是最大单机容量不宜大于系统总容量的10％，以保证在该机检修或故障情况下系统的供电可靠性。
发电厂运行方式及利用小时数直接影响着主接线设计。承担基荷为主的发电厂，设备利用率高，一般年利用小时数在5000小时以上；承担腰荷的发电厂，设备利用小时数在3000－5000小时；承担峰荷的发电厂，设备利用小时数在3000小时以下。不同的发电厂其工作特性不同。对于核电厂或300MW及以上的火电厂以及径流式水电厂等应优先担任基荷，相应主接线应保证可靠性。对于水电厂，其具有灵活的机动性，故其主接线应保证调度灵活。
(2)电力系统情况，及对电力系统近期及远景发展规划，发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等的分析。
发电厂的总容量与电力系统容量之比如果大于15％时，则就可认为该厂在系统中处于重要地位，应选择可靠性较高的接线方式。以防一旦全厂停电影响系统供电的可靠性。
主变压器和发电机中性点接地方式与电压等级，单相接地短路电流，过电压水平，保护配置等有关，其直接影响电网的绝缘水平，系统供电的可靠性和连续性，主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。我国规定：一般35千伏及以下电压系统采用中性点非直接接地方式（中性点不接地或经消弧线圈接地）;110千伏及以上的高压系统采用中性点直接接地方式。发电机中性点都采用非直接接地方式，目前广泛采用经消弧线圈接地方式或经中性点接地变压器接地。
精选文档
可修改可编辑
(3)负荷情况，及对负荷的性质及其地理位置，输电电压等级，出现回路数及输送容量等分析。在设计中，对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中期负荷预测，对电力负荷预测的准确性直接关系着发电厂或变电站电气主接线设计成果的质量。发电厂承担的负荷应仅可能的让全部机组安全满发，并按系统提出的运行方式，在机组间经济合理的分配负荷，减少母线上的电流流动，让发电机运转稳定和满足电能质量要求。
第2节 主接线的基本接线形式
电气主接线是发电厂﹑变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体如发电厂﹑变电所本身运行的可靠性﹑灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择﹑配电装置配置﹑继电保护和控制方式的拟订有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。 2.2.1 可选方案的确定
据原始资料可知：220kV出线为四回，主变进线两回，厂用高压起动∕备用变两回，进出线共计八回。
按手册：对主接线的基本要求为：安全性、可靠性﹑灵活性﹑经济性。 根据该电厂的具体情况以及手册要求，对各种基本接线的具体分析如下： (1)单母线接线
依手册可知，单母线适用于220kV配电装置的出线回路数不超过2回，而该电厂的出线数为4回，所以单母线接线不可选。
(2)单母线分段接线
根据手册，单母分段接线适用于出线回路数为3～4回，但可靠性不高，所以该接线也不可选。
(3)双母线接线
依手册，该接线适用于220kV配电装置的出线回路数为5回以上时；或220kV配电装置在系统中居重要地位，出线数为4回及以上时，所以双母接线可选。
(4)双母线分段接线（包括双母三分段和双母四分段）
按手册，双母分段接线适用于220kV配电装置的出线回路数为10～14回时，所以该接线可选。
(5)双母线带旁路母线接线 依据手册可知：220kV线路输送功率较多﹑送电距离较远﹑停电影响较大，并且220kV少油断路器平均每台每年检修时间约需5天及7天，停电时间较长，一般需设置旁路母线或旁路隔离开关。而且220kV出线为5回及以上时，一般装设专用旁路断路器。所以双母线带旁路母线接线可选，并且设置专用旁路断路器。
(6)一台半断路器接线 查手册得：在特殊情况下，个别大型电厂和枢纽变电所未接入500kV系统而接入220kV系统，致使其220kV配电装置在系统中的地位特别重要而采用了超高压配电装置应用的一台半断路器接线可选。
(7)桥形接线
按照手册，桥形接线适用于较小容量的发电厂，而该发电厂为大容量的电厂，所以桥形接线不可选。
精选文档
可修改可编辑
(8)3～5角形接线
根据手册可知：多角形接线适用于最终进出线为3～5回的110kV及以上配电装置，所以多角形接线不可选。 2.2.2 可选方案的分析
综合以上分析可知：符合原始资料和规程规定的方案有： 方案ⅰ：双母线接线（如2—1）
(1)该方案的优点： 1)供电可靠； 2)调度灵活； 3)扩建方便； 4)便于实验。 (2)缺点：
1)增加一组母线和一回路就需要增加一组母线隔离开关，增加投资；
错误!链接无效。 2-1双母线接线
2)当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作； 3)出线断路器检修时，该回路须停止供电。
方案ⅱ：双母线三分段（如图2—2） 方案ⅲ：双母线四分段（如图2—3）
(1)两种方案的优点：
1) 具有很高的可靠性和灵活性；
2) 当母线故障时，不须短时切换较多电源和负荷。
精选文档
可修改可编辑
错误!链接无效。
图2-2双母线三分段接线
错误!链接无效。
图2-3双母线四分段接线
(2)缺点：
1)增加分段断路器和母联断路器的数量，配电装置投资较大； 2)检修出线断路器时，仍然会使该回路停止供电。 方案ⅳ：双母线带旁路接线（如图1—4）
(1)该方案的优点：
精选文档
可修改可编辑
错误!链接无效。
图2-4双母线带旁路接线
1)检修出线断路器时，该回路可以不停电； 2)运行操作方便，不影响双母线正常运行。 (2)缺点：
1)多装一台断路器，增加了投资和配电装置的占地面积；
2)旁路断路器的继电保护为适应各出线的要求，其整定较复杂。 方案ⅴ：一台半断路器接线（如图2—5）
(1)该方案的优点：
1)即使母线发生故障，只断开与此母线相连的所有断路器，任何回路均不停电，具有较高的供电可靠性；
2)正常运行时，两组母线和全部断路器都闭合，形成多环行供电，运行调度灵活可靠； 3)隔离开关不作为操作电器，只承担隔离电压的任务，减少误操作，对任何断路器检修可不停电，操作检修方便。 (2)缺点： 1)造价高；
2)为解决继电保护校验问题，保护必须双重化；
3)在8个回路以上时，一次设备的投资超过双母线四分段带旁路母线接线的投资，建设标准提高太多。
精选文档
可修改可编辑
错误!链接无效。
图2—5 一台半接线
通过分析﹑筛选﹑组合，在满足规程要求的前提下，保留两种可能的接线方案，即双母线三分段接线和双母线带旁路母线接线，在下一节中做进一步的可靠性和经济性比较。 2.2.3 单元接线（发电机与母线间的接线）
单元接线是无母线中最简单的形式，它有三种常用形式：发电机－双绕组变压器单元接线，发电机－三绕组变压器单元接线，发电机－变压器－线路单元接线。
(1)发电机－双绕组变压器单元接线是大型机组广泛采用的接线形式。发电机出口不装断路器，为调试发电机方便可装设隔离开关，对200MW以上机组，发电机出口采用分相封闭母线，为了减少开断点，也可不装断路器，但应留有可拆点，以便机组调试。该种接线避免了额定电流或短路电流过大，从而造成在选择断路器时受到价格和制造条件的限制。但其也有缺陷：
1）当主变压器或厂总变压器发生故障时，除了跳主变压器高压出口断路器外，还需调发电机磁场开关。而大型发电机时间常数较大，从而即使磁场开关跳开后，在一段时间内通过发电机－变压器组的故障电流仍很大；如果磁场开关拒跳，后果会更严重。
2）发电机定子绕组本身故障时，如果变压器高压侧断路器失灵拒跳，就只能通过失灵保护出口启动母差保护或发远方跳闸信号使线路对侧断路器跳闸；如果由于通道原因远方跳闸信号失效，就只能由对侧后备保护来切除故障，从而造成切除时间大大延长，导致发电机，变压器严重损坏。
精选文档
可修改可编辑
3）发电机故障跳闸时，会失去厂用工作电源，如果此时备用电源切换不成功，厂用电就面临中断危险。
(2)发电机－三绕组变压器单元接线：为了在发电机停止工作时，仍能保持和中压电网的联系，在变压器的三侧均应装断路器。
(3)发电机－变压器－线路单元接线：用于一机，一变，一线的厂或站。
单元接线简单，开关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压母线，而在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对于具有发电机电压母线时有所减小。此外单元接线还有扩大单元接线：1）发电机－双绕组变压器扩大单元接线：当发电机单机容量不大，且在系统备用容量允许时，为了减少变压器台数和高压侧断路器数目，并节省配电装置占地面积，将两台变压器与一台变压器相连接构成扩大单元接线。2）发电机－分裂绕组变压器扩大单元接线：通常单机容量仅为系统容量的1％－2％或更小，而电厂的升高电压等级又较高时采用此种接线。
本设计中发电机容量为350MW，发电机出口短路电流很大，考虑到其他条件，故采用发电机－双绕组变压器单元接线，且采用分相封闭母线。
第3节 最优方案的确定
2.3.1方案的比较
(1)各种电气设备的配置
根据规程规定，各种设备的配置要求如下： 1)隔离开关的配置
中小型发电机出口一般应装设隔离开关，容量为220MW及以上大机组与双绕组变压器为单元接线时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。由于该机组为350MW，且与双绕组变压器的连接为单元接线，所以，发电机出口不装设隔离开关。
2)电压互感器的配置
6～220kV电压等级的每组主要母线的三相上应装设电压互感器。发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。
3)电流互感器的配置
凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其台数应满足测量仪表、保护和自动装置要求。一台半断路器接线中，线路——线路串可装设四组电流互感器，在满足保护和测量要求的条件下也可以装设三组电流互感器。
(2)两种方案的经济比较
①查资料可得，方案中所采用的元件价格如下： 断路器 38.82万元／台 隔离开关 12.05万元／组
电压互感器 2.9万元／台（单相式） 电流互感器 11.27万元／台（单相式） 按上述规程配置完设备后，依据公式：
OOO（1+
） 100OO——主体设备投资，包括变压器、开关设备、配电装置及明显的增修桥梁、公路
和拆迁等费用。
——不明显的附加费用比例系数，如基础加工、电缆沟道开挖费用等。对220kV取70。
精选文档
可修改可编辑
O——综合总投资，主要包括变压器综合投资，配电装置综合投资以及不可预见的附加投资等。
②具体计算过程如下： 方案Ⅰ：（双母线接线） 主体设备投资为：
OO1=7×38.82＋18×12.05＋3×18×2.9＋3×48×11.27
=271.74＋216.9＋156.6＋1622.88 =2268.12（万元）
总投资为：
70O1=OO（1+）=2268.12（1＋）=3855.804（万元）
100100方案Ⅱ：（双母线带旁路母线） 主体设备投资为：
OO2=8×38.82＋20×12.05＋3×21×2.9＋3×52×11.27
=310.56＋241＋182.7＋1758.12
=2492.38（万元）
总投资为：
70O2=OO（1＋）=2492.38×（1＋）=4237.046（万元）
100100
两种方案的计算结果比较如表1-7：
表1-7 两种方案的经济比较 方案 方案Ⅰ双母线接线 设备 断路器单价（万元／台） 隔离开关单价（万元／组） 电压互感器单价（万元／台）（单相式） 电流互感器单价（万元／台）（单相式） 断路器台数（台） 隔离开关台数（台） 电压互感器（台） 电流互感器（台） 精选文档
方案Ⅱ双母线带旁路母线接线 38.82 12.05 2.9 38.82 12.05 2.9 11.27 7 18 18 48 11.27 8 20 21 52 可修改可编辑
主体设备投资OO（万元） 总投资O（万元） 2268.12 3855.804 2492.38 4237.046
通过比较可以看出，双母线接线的综合投资低于双母线带旁路母线接线的综合投资，即O1＜O2，所以双母线接线经济性比较好。 2.3.2 两种方案的确定（见表1-8）
表1-8两种方案的综合比较 方案 项目 方案Ⅰ（双母接线） （1）通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断（2）一组母线故障后，能迅速恢复供电（3）检修任一回路母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所述的一条电路和与此隔离开沟相连的该组母线，其他母线可正常运行，但操作步骤必须正确（4）在（3）的操作中，操作顺序较繁，容易发生误操作 （1）各个电源和回路负荷可以任意分配到某一组母线上，灵活适应运行方式和潮流变化的需要（2）通过倒闸操作可以组成各种不同的运行方式 方案Ⅱ（双母接线带旁路） 可 靠 性 （1）具有方案一的所有特点：一组母线故障或检修时，可以不间断供电（2）出线断路器经过长期运行后检修或故障时，旁路母线将使回路不致停电（3）增加了两台旁路断路器，分别接在两个母线上，接线较复杂 灵 活 性 （1）在有专用的旁路断路器时，无论是检修母线还是出线断路器都比较灵活方便
综合可靠性和经济性，最终确定主接线采用双母带旁路接线。（见附图1）
精选文档
可修改可编辑
第3章 主变压器选择
第1节 概述
在发电厂中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。主变压器的容量，台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划，输送功率大小，馈线回路数，电压等级等因素，进行综合分析和合理选择。依据《电力工程电气设计手册》可知：发电机与变压器单元接线时，主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择：
(1)电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10％的裕度。 (2)按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的常用负荷。
根据原始资料可知：该电厂的单机 为415MW，发电机与变压器系用单元接线。设该电厂厂用电率为4.6％。则：
S=415×（1-4.6％）×（1+10％）=435MVA 第2节 主变的选择 3.2.1 变压器相数的选择
容量为300Mw及以下机组单元连接的主变压器和330Kv及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单项变压器组相对投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。但是，由于变压器的制造条件和运输条件的限制，特别是大型变压器，需要考虑其运输可能性。若受到限制时，则可选用单相变压器组，所以本设计采用三相变压器。 3.2.2 变压器绕组数与结构的选择
规程中：机组容量为200MW以上的发电机采用发电机-双绕组变压器单元接线接入系统。故本设计采用双绕组变压器。 3.2.3 变压器绕组接线组别的选择
变压器三相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方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。
在发电厂中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，根据以上变压器绕组连接方式的原则，本设计中主变压器组别一般都选用YN,d11常规接线。
3.2.4 变压器调压方式的选择
为了保证发电厂的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。其结构较复杂，价格较贵，只在以下情况下予以选用：
1)接于出力变化大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压维持在一定水平时;
2)接于时而为送端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。
而本设计发电厂为地区性电厂，负荷变化不大，潮流方向固定，一直处于送端，固采用较便宜的无激磁调压。 3.2.5 变压器冷却方式的选择
电力变压器的冷却随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、
精选文档
可修改可编辑
强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。
精选文档
可修改可编辑
通常依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动机风扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却，适用于中、小型变压器；大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。
本设计变压器额度容量为420000KVA，容量较大，固采用强迫油循环风冷却。 依据以上分析结果，查《电力工程电气设备手册》，选用型号为SFPT-420000/220的变压器，其技术参数如表1-9。
表1-9主变压器参数 型号 额定容量（KVA） 额定电压（KV） 阻抗电压（％） SFPT-420000/220 420000 高压242+2×2.5% 14% 低压23
精选文档
可修改可编辑
第4章 厂用电接线及设计
第1节 概述
4.1.1 厂用电概述
发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，用以保证机组的主要设备（如锅炉、汽轮机或水轮机、发电机等）和输煤、碎煤、除灰、及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。
厂用电的可靠性，对电力系统得安全运行非常重要。提高厂用电可靠性的目的，是使电厂长期无故障运行，不致因厂用电局部故障而被迫停机。 4.1.2 厂用电率
厂用电的电量,大都由发电厂本身供给.其耗电量与电厂类型、机械化和自动化程度、燃料种类及燃烧方式、蒸汽参数等因素有关。厂用电量占发电厂全部发电量的百分之数，称为厂用电率。厂用电率是发电厂运行的主要经济指标之一。一般凝汽式火电厂的厂用电率5﹪～8﹪，热电厂为8﹪～13﹪，水电厂为0.5﹪～1.0﹪。本设计中厂用电率为4.6%。
Scosav厂用电率:Kp=c×100﹪，
PN 其中: Sc——厂用变压器额度容量（MVA）
PN——发电机额定有功功率（MW）
4.1.3 厂用电负荷分类
厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，按其重要性可分为以下几类：
(1)Ⅰ类厂用负荷。凡是属于短时停电，可能波及人身和设备的安全，使生产停顿或发电量大幅度下降的厂用负荷，都属于Ⅰ类负荷。如火电厂的给水泵、凝结水泵、循环水泵、引风机、送风机等等。通常它们都设有两套设备互为备用，分别接到有两个独立电源的母线上，工作电源故障后，备用电源自动投入。
(2)Ⅱ类厂用负荷。允许短时停电（几秒至几分钟），恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷，均属于Ⅱ类厂用负荷。如火电厂的工业水泵、疏水泵、灰浆泵、输煤设备和化学水处理设备等。一般它们均应由两段母线供电，并采用手动切换。
(3)Ⅲ类厂用负荷。较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上的不方便的厂用负荷。如实验室、修配厂、油处理室的负荷。通常它们由一个电源供电，但在大型发电厂也常采用两路电源供电。
(4)事故保安负荷。在200MW及以上机组的大容量电厂中,自动化程度较高,要求在事故停机过程中及停机后一段时间内,仍必须保证供电,否则可能引起主要设备损坏、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷。按对电源要求的不同它又可分为：①直流保安负荷②交流保安负荷。
(5)不间断供电负荷。在机组运行期间，以及正常或事故停机过程中，甚至在停机后的一段时间内，需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷，称为不间断供电负荷。一般采用由蓄电池供电所的电动发电机组或配电数控的静态逆变装置。
第2节 厂用电接线的设计原则和接线形式
精选文档
可修改可编辑
4.2.1 对厂用电接线的要求
厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。
厂用电接线应满足下述要求：
(1)各机组的厂用电系统应是独立的。在任何运行方式下，一台机组故障停运或其铺机 的电气故障不应影响另一台机组的运行，并要求受厂用电故障影响而停运的机组应能在短期内恢复运行。
(2) 全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。在厂用电接线中，不应存在可能导致切断多于一个单元机组的故障点，更不应存在导致全厂停电的可能性，应尽量缩小故障影响范围。
(3)充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能的使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。
(4)充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。
(5)200MW及其以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电时，可以快速启动和自动投入向保安负荷供电。另外，还要设计符合电能质量指标的交流不间断电源，以保证不允许间断供电的热工保护和计算机等负荷的用电。 4.2.2 厂用电接线的设计原则
厂用电接线的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有：
(1)厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运行运转; (2)接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；
(3)厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷有本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单；
(4)设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；
(5)在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接触方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。 4.2.3 厂用电的电压等级
厂用电的电压等级是根据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络等因素，相互配合，经过技术经济综合比较后确定的。
为了简化厂用电接线，且使运行维护方便，厂用电电压等级不宜过多。在发电厂和变电站中，低压厂用电常采用400V或380V，高压厂用电电压有3、6、10 kv等。为了正确选择高压厂用电的电压等级，需进行技术经济论证。
按发电机容量、电压等级确定高压厂用电电压等级
(1)容量在60Mw及以下，发电机电压为10.5kv，可采用3kv作为厂用高压电压； (2)当容量在100-300M时，宜选用6kv作为厂用高压电压；
(3)当容量在300Mw以上时，若技术经济合理，可采用两种高压厂用电电压，即3Kv和10KV两级电压。
本设计中发电机容量为350MW，考虑到其他因素，设计中采用高压厂用电电压为6kv，低压厂用电电压为380V。 4.2.4 厂用电源及其引接
(1)工作电源
精选文档
可修改可编辑
发电厂的厂用工作电源，是保证正常运行的基本电源。通常，工作电源应不少于两个。 厂用高压工作电源从发电机电压回路的引接方式与主接线形式有密切关系。当发电机和主变压器为单元接线时，则厂用工作电源从主变压器的低压侧引接。
厂用分支上一般都应装设高压断路器。该断路器应按发电机机端断路进行选择，其开断电流可能比发电机出口处断路器的还要大，对大容量机组可能选不到合适的断路器，可加装电抗器或选低压分裂绕组变压器，以限制断路电流。对于200Mw及其以上的机组，厂用分支都采用分相封闭母线，故障率较小，可不装断路器和隔离开关，但应有可拆连接点，以供检修和调试用，这时，在变压器低压侧务必装设断路器。
低压厂用工作电源，由高压厂用母线通过低压厂用变压器引接。若高压厂用电设有10KV和3KV两个电压等级，则400V工作电源一般从10KV厂用母线引接。
本设计中采用厂用工作电源从主变压器低压侧引接，并且采用分相封闭母线。 (2)备用电源和启动电源
我国目前对200Mw以上大型发电机组，为了确保机组安全和厂用电的可靠性才设置厂用启动电源，且以启动电源兼作事故备用电源，统称启动（备用）电源。
备用电源的引接应保证其独立性，并且具有足够的供电容量，以下是最常用的引接方式：
1)从发电机电压母线的不同分段上，通过厂用备用变压器（或电抗器）引接。
2)从发电机联络变压器的低压绕组引接，但应保证在机组全停情况下，能够获得足够的电源容量。
3)从与电力系统联系紧密、供电可靠的最低一级电压母线引接。这样，有可能采用变比较大的厂用高压变压器，增大高压配电装置的投资而致经济性较差，但可靠性较高。
4)当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路，经过变压器取得独立的备用电源或启动电源。
考虑以上原则，本设计中启动（备用）电源从变压器侧高压母线上通过厂用电备用电源变压器引接。
(3)事故保安电源
对300Mw及其以上的大容量机组，当厂用工作电源河备用电源都消失时，为确保在严重事故状态下能安全停机，事故消除后又能及时恢复供电，应设置事故保安电源，以保证事故保安负荷，如润滑油泵、密封油泵、热工仪表及自动装置、盘车装置、定轴油泵、事故照明和计算机等设施的连续供电。
事故保安电源必须是一种独立而又十分可靠的电源，通常采用快速自动程序启动的柴油发电机组、蓄电池组以及逆变器降直流变为交流作为交流事故保安电源。对300Mw及以上机组还应由附近110kv及以上的变电站或发电厂引入独立可靠专用线路，作为事故备用保安电源。
本设计采用快速自动程序启动的柴油发电机组来作为事故保安电源。 4.2.5 厂用电接线形式
厂用电接线方式合理与否，对机、炉、电德辅机 以及整个发电厂的运行可靠性有很大影响。厂用电接线应保证厂用供电的连续性，使发电机能安全满发，并满足运行安全可靠、灵活方便等要求。
发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线形式，并多以成套配电装置接收和分配电能。
火电厂的厂用电负荷容量较大，分布面较广，尤以锅炉的辅助机械设备耗电量大，如吸风机、送风机、排粉机、磨煤机、给粉机、电动给水泵等大型设备，其用电量约占厂用电量的
精选文档
可修改可编辑
60%以上。为了保证厂用电系统的供电可靠性和经济性，高压厂用母线均采取按锅炉分段的原则，即将高压厂用母线按锅炉台数分成若干独立段，凡属同一台锅炉的厂用负荷均接在同一段母线上，与锅炉同组的汽轮机的厂用负荷一般也接在该段母线上，而该段母线由其对应得发电机组供电。全厂公用负荷，应根据负荷功率及可靠性的要求，分别接到各段母线上，各段母线上的负荷应尽可能均匀分配。当公用负荷大时，可设公用母线段。对于400t/h及以上的大型锅炉，每台锅炉设两段高压厂用母线。
低压厂用母线一般也按锅炉分段，常用电源则由相应的高压厂用母线供电。
厂用电各级电压均采用单母线分段（按锅炉分段）接线形式，具体用下列特点： ①若某一段母线发生故障，只能影响其对应的一台锅炉的运行，使事故影响范围局限在一机一炉；②厂用电系统发生短路时，短路电流较小，有利于电气设备的选择；③将同一机炉的厂用电负荷接在同一段母线上，便于运行管理合安排检修。
故本设计中，厂用电高压、低压、备用母线均采用单母线分段（按锅炉分段）接线形式。
第3节 厂用变压器的选择
厂用变压器的选择主要考虑厂用高压工作变压器和启动备用变压器的选择，其选择内容包括变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗。
(1)额定电压
厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定，变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。
本设计中厂用工作电源从主变压器低压侧引接，故一次侧电压为23kv，二次侧电压为6 kv；厂用备用电源从主变压器高压侧母线上引接，故一次侧为220 kv，二次侧电压为6 kv。
(2)工作变压器的台数和型式
1)工作变压器的台数和型式主要与厂用高压母线的段数有关，而母线的段数又与厂用高压母线的电压等级有关，而母线的段数又与厂用高压母线的电压等级有关。当只有6KV一种电压等级时，一般分两段；当10KV与3KV电压等级同时存在时，则分四段。当只有6KV一种电压等级时，厂用高压工作变压器可选用1台全容量的分裂绕组变压器，两个分裂支路分别供两段母线；或选用2台50％容量的 双绕组变压器，分别供两段母线。如出现10KV和3KV两种电压等级时，厂用高压工作变压器可选用2台50％容量的三绕组变压器，分别供四段母线。
本设计中高压厂用电6KV母线分为两段，故厂用高压工作变压器选用1台全容量的分裂绕组变压器；而因厂用备用变压器连接的公用亦分为两段，故也采用分裂绕组变压器。
2)厂用变压器的容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率。因此，对厂用高压工作变压器的容量应按厂用电高压工作变压器的容量应按厂用高压计算负荷110％与厂用电低压计算负荷之和进行选择；而厂用低压工作变压器的容量应留又10％左右的裕度。
厂用高压备用变压器容量。厂用高压备用变压器或启动变压器应与最大一台厂用高压工作变压器的容量相同；厂用低压备用变压器的容量应与最大一台厂用低压工作变压器容量相同。
(3)变压器的阻抗
变压器的阻抗是厂用工作变压器的一项重要指标。厂用工作变压器的阻抗要求比一般动力变压器的阻抗大，这是因为要限制变压器低压测的短路容量，否则将影响到开关设备的选择，一般要求阻抗应大于10％；但是，阻抗过大又将影响厂用电动机的自启动。厂用工作变压器如果选用分裂绕组变压器，则能在一定程度上缓解上述矛盾，因为分裂绕组变压器在正常工作是具有较小阻抗，而分裂绕组出口短路时具有较大的阻抗。
精选文档
可修改可编辑
(4)变压器的容量
由上一节厂用电率公式: Kp=得厂用电容量为: Sc=
Sccosav×100﹪， PN0.46350=201.25（MVA）
cos100%0.8有功功率为: Pc=Sccosav=201.25×0.8=161（MW）
KpPN=
得厂用变压器容量为:
Sn=Sc×（1+10%）=201.25×1.1=221.375（MVA）
第4节 厂用电动机选择和自启动校验
厂用机械设备所使用的拖动电动机，简称厂用电动机。在发电厂中有大量的厂用机械设备及相应的厂用电动机，是厂用电的主要负荷。 4.4.1 厂用电动机的选择
(1)厂用电动机的类型及特点
发电厂中各种厂用机械设备所使用的厂用电动机有异步电动机、同步电动机和直流电动机三类。其中使用最多的是异步电动机，特别是鼠笼式异步电动机。三类电动机的特点和适用范围叙述如下。
1)异步电动机结构简单，运行可靠，操作维护方便，过载能力强，且价格便宜，但启动电流大，调速困难。
在发电厂中广泛使用的鼠笼式异步电动机有三种结构形式，即单鼠笼式、和深槽式双鼠笼式。后两种具有启动转矩大、启动电流较小等较好的启动性能。
绕线式异步电动机最大特点是可以均匀地无极调速，如采用转子电路内引入感应电动势的串级调速；也可以在转子电路串接电阻进行调整，即借助调节电阻使其在一定范围内改变转速、启动转矩和启动电流。
2)同步电动机启动、控制均较麻烦，启动转矩不大，在厂用电系统中，只在大功率低转速的机械上有时采用，例如循环水泵等设备。
直流电动机用于对调速性能和启动性能要求较高的厂用机械，如给粉机就采用并激直流电动机拖动。此外，直流电动机还用于事故保安负荷中的汽轮机直流备用润滑油泵等。单直流电动机制造工艺复杂、成本高、维护量大、工作可靠性也较差。
3)直流电动机可在大范围内均匀而平滑地调速，而且启动转矩较大，不依赖厂用交流电源。
(2)厂用电动机的选择
1)型式选择。厂用电动机一般都采用交流电动机。只有要求在很大范围内调节转速及当厂用交流电源消失后仍要求工作的设备才选择直流电动机。只有对反复、重载启动或需要小范围内调速的机械，如吊车、抓斗机等才选用线绕式电动机或同步电动机。对200MW以上机组的大容量辅助机，为了提高运行的经济性可采用双速电动机。
2)容量选择。选择拖动厂用机械的电动机时，其电压应与供电网络电压一致，电机的转速应符合被拖动设备的要求，电动机容量必须满足在额定电压和额定转速下大于满载工作的机械设备轴功率，并留有适当的储备，即 ：PN>PS(KW)
式中：PN——电动机额定容量，KW；
精选文档
可修改可编辑
PS——被拖动机械设备轴功率，KW。
4.4.2 自启动校验
厂用电系统中运行的电动机，当突然断开电源或常用电压降低时，电动机转速就会下降，甚至停止运行，这一转速下降的过程称为惰性。若电动机失去电压以后，不与电源断开，在很短时间内，厂用电压又自动恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰性尚未结束，又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机自启动。若参与自启动的电动机数量多、容量大时，启动电流过大，可能会使厂用母线及厂用电网电压下降，甚至引起电动机过热，将危及电动机的安全以及厂用电网络的稳定运行，因此必须进行电动机自启动校验。自启动可分为三类：失压自启动、空载自启动、带负荷自启动。
厂用工作电源一般仅考虑失压自启动，而厂用备用电源或启动电源则需考虑失压自启动、空载自启动及带负荷自启动等三种方式。
电动机自启动校验可分为电压校验和容量校验。而电压校验又分为两种情况；一是单台电动机自启动或成组电动机自启动母线电压校验；二是电动机经厂用高压变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验。
在本设计中原始资料所给出的厂用电负荷不详，故仅做成组电动机自启动时高压母线电压校验，并假设成组电动机在电压消失或下降后全部处于制动状态，当恢复供电后同时启动，并忽略外电路所有元件的电阻，由于电动机此时的转差率为1，其等值电阻也可忽略。以该变压器容量为基准值，各元件参数均用标幺值表示，再由于
U*0=I×（x*1+x*m） （4-1） 如图4-1所示，为厂用电动机自启动接线及等值电路。
电源母线U*0T厂用高压变压器厂用高压母线GX*tU*1I*X*mMMM电动机图 4-1厂用电动机自启动接线及等值电路
由此可得：
I*=
U*0 （4-2）
X*1X*m精选文档
可修改可编辑
式中： I* — 参加自启动电动机的启动电流标幺值总和；
U*0—电源母线电压标幺值，一般采用经电抗器供厂用电时取1，采用无激磁调压变压器时取1.05，采用有载调压变压器时取1.1；
x*1— 厂用变压器或电抗器的电抗标幺值； x*m—参加自启动电动机的等值电抗标幺值。
电动机自启动开始瞬间，厂用高压母线U*1上的电压为
U*1=I*x*m （4-3）
将式（4-1）代入上式得
UxU*1=*0*m （4-4）
x*1x*m1 对于一台静止的电动机，在启动瞬间的电抗有x*m=关系，式中K为该电动机的
K起动电流倍数。如果所有自启动的电动机取以平均的启动电流倍数Kav ,则全部电动机经折算后的等值电抗标幺值可写为
S1t （4-5） x*m=
KavSm式中 ： St —厂用变压器的额定容量，KV•A ；
Sm— 全部电动机总容量，KV•A； Kav — 电动机自启动点流平均倍数，对备用电源一般当快速切换时取5（当
备用电源自动切换得总时间大于0.8秒位慢速切换，小于0.8秒为快速切换）.
将式（4-4）代入式（4-3），即得厂用电动机在起动开始瞬间厂用高压母线电压为
UxU*0U*0U*1=*0*m= SmPx*1x*mm11x*1Kav1x*tKavStStcosU*0 = （4-6）
1x*tS*mKavPm； *m式中 ： S*m—为自启动时电动机的容量标幺值，S=
StcosPm—参加自启动的电动机功率，KW； cos—电动机的效率和功率因数乘积，一般取0.8。
由上一节得：Pm=201.25×0.8=161（MW），St=220（MVA）
而取：Kav=2.5 ，cos=0.8
KavPm2.5161则: S*m===2.287
Stcos0.8220SU%而: X*t=1.1×t×2N=0.104
S1N100U*01.05则: U*1===0.8482＞0.7
1X*tS*m10.1042.287由式（4-6）计算出厂用母线的电压值（标幺值）不低于自启动要求的厂用母线最低
精选文档
可修改可编辑
电压值（0.8482＞0.7），能保证电动机顺利启动。
精选文档
可修改可编辑
第5章 短路电流的计算
第1节 概述
(1)短路电流计算的目的
1)电气主接线比较，2)选择导体和电器，3)确定中性点接地方式，4)计算软导体的短路摇摆，5)确定分裂导线间隔棒的间距，6)验算接地装置的接地电压和跨步电压，7)选择继电保护装置和进行整定计算。 (2)短路电流计算的方法：
1)有名制计算
采用有名制进行电力系统计算时，系统中所有元件参数和运行参数都要用量纲（单位）。它是一种采用有量纲参数进行计算的制式。但它需要在电力系统中选取一个电压级作为归算得基本级，再将不同电压级的元件参数和运行参数规算到基本级。基本级的选择原则上是任意的，但通常选用最高电压级或问题所需研究的电压级。
2) 标幺值计算
采用标么值进行电力系统计算时，要选取基准值，所有元件参数和运行参数都要转化为标么值才能计算，依据转化的方法不同，分为两种：基本级基准法和各电压级基准法。
第2节 参数计算
5.2.1 等值电路图
该电厂的等值电路图，如5-1所示：
f1XT1(1)f2XG1(1)
XT2(1)XG2(1)
EG1EG2
图3-1图5-1等值电路图
在图中，选取f1点（发电厂高压侧母线）和f2点（发电机端）两个短路点。 5.2.2 各元件参数计算
取SB1000MVA，UB=UAV
参数归算：发电机XG11=XG21 =0.174×1000×0.85/350=0.423 变压器XT11=XT21=0.143×1000/420=0.34
精选文档
可修改可编辑
第3节 短路电流计算
5.3.1 各点短路计算
一、f1点发生短路时的短路电流计算： (1)当f1点发生三相短路时： 原等值电路化简，如图5-2所示：
EX
图5-2简化电路图
f1
图3-2X=（XT11+XG11）∥（XT21+XG21）=（0.423+0.34）/2=0.3815
=1/0.3815=2.62，
=1/X1）t=0时，I有名 =2.62×1000/（3×230）=6.577KA I短路冲击电流：ish=2×1.8×6.577=16.74KA
2）又：XJS =（0.3815×700）/1000=0.267，查运算曲线： ①t=Tk=1.06S时，Itk=2.551，
Itk有名 =2.551×700/（3×230）=4.48KA
②t=Tk/2=0.53S时，
Itk/2=2.693
Itk/2有名=2.693×700/（3×230）=4.73KA
(2)当f1点发生单相短路：
XG11=XG21=XG12=XG22=XG10=XG20=0.423
XG11=XT11=XT21=XT12=XT22=XT10=XT20=0.34
原电路正序、负序、零序网络，如图5-3所示：
精选文档
可修改可编辑
f1XT1(1)XG1(1)EG1f1XT1(0) 其中：Xf1XT2(1)XG2(1)EG2f1XT1(2)XG1(2)XT2(2)XG2(2)X图3-35-3原电路正序、负序、零序网络
If有名 =3.2×1000/（3×230）=8.08KA
=X2=0.3815，X0=0.34/2=0.17
11）t=0时， If =3×1/（0.17+2×0.3815）=3.22 短路冲击电流：ish=√2×1.8×8.08=20.565KA 2）又：XJS =0.933×700/1000=0.6531 ①t=Tk=1.06S时，Itk =1.452，
Itk有名=1.452×700/（3×230）=2.55KA
②t=Tk/2=0.53S时，Itk/2=1.381
Itk/2有名=1.381×700/（3×230）=2.43KA
二、f2点发生短路时的短路电流计算： 1、当f2发生三相短路时：
原电路等值电路化简,如图5-4所示：
EG1XG1f2X图3-4精选文档
1EG2
可修改可编辑
5-4 简化电路图
=XT2 +XG1 +XT1 =2×0.34+0.423=1.103 1若令X=XG1∥X1=1.103×0.423/（1.103+0.423）=0.306
=1/0.306=3.27 1）t=0时， IX有名=3.27×1000/（3×23）=82.1KA I短路冲击电流为：ish=2×1.9×82.1=220.57KA
2）又：Xjs1=0.423×350/1000=0.148 Xjs2=1.103×350/1000=0.386
Xjs1=0.148时，Itk/21 =3.829，Itk1 =3.280 Xjs2=0.386时，Itk/22 =2.093，Itk2 =2.081
①t=Tk=1.06S时，Itk/2=3.829+2.093=5.922，
Itk/2有名=5.922×350/（3×23）=52KA
②t=Tk/2=0.53S时，Itk =3.280+2.081=5.361，
Itk有名=5.361×350/（3×23）=47KA
2、当f2发生单相短路时，
则正序、负序、零序网络，如图5-5所示：
XT1(1)XG1(1)f2XT2(1)XG2(1)XT1(2)XG1(2)f2f2XT2(2)XG2(2)EG1XT1(0)EG2XT2(0)Xf2
图5-5 正序、负序、零序网络
图 3-5
=2×0.423×1.103/（1.103+0.423）+0.423×0.15=0.675 =3/0.675=4.44 1）t=0时，I有名=4.44×1000/（3×23）=111.49KA I精选文档
所以X可修改可编辑
短路冲击电流为：ish=2×1.9×111.49=299.54KA 2）又：XJS=1.035×350/1000=0.362 ①t=Tk=1.06S时，Itk=2.149，
Itk有名=2.149×350/（3×23）=18.9KA
②t=Tk/2=0.53S时，Itk/2 =2.175，
Itk/2有名=2.175×350/（3×23）=19KA
5.3.2 短路电流计算结果表（见表2-1）
表2-1短路电流计算结果 三相短路 t=Tk t=Tk/2 ish t=0 16.74KA 8.08KA 52KA 47KA 短路点 t=0 82.1KA 单相短路 t=Tk t=Tk/2 2.55KA 2.43KA ish 20.565KA 299.54KA f1点 f2点 6.577KA 4.48KA 4.73KA 220.57KA 111.49KA 18.9KA 19KA
精选文档
可修改可编辑
第6章 电气设备选择
第1节 概述
电气设备选择的一般原则：１，在满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。２，在按当地环境条件校核。３，应力求技术先进和经济合理。４，与整个工程的建设标准应协调一致。５，选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。
正确地选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全，经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全，可靠的前提下，积极向稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。尽管各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的 。电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
第2节 母线的选择
6.2.1 机端封闭母线的选择
(1)机端封闭母线
目前，我国２０－６０万机组的母线，已广泛采用全连式分相封闭母线。母线由铝管做成，每相母线各封装在单独的外壳内，外壳两端用短路板连接起来。再２００ＭＷ及以上发电机引出线回路中采用分相封闭母线的目的是：
1)减少接地故障，避免相间短路。 2)消除钢构发热。
3)减少相间短路电动力。
4)母线封闭后，便有可能采用微正压条件运行方式，防止绝缘子结露，提高运行安全可靠性，并为母线采用通风冷却方式创造了条件。
5)封闭母线由工厂成套生产，质量较有保证，运行维护工作量小，施工安装简便，而且不需要设置网栏，简化了结构，也简化了对土建结构的要求。
(2)机端封闭母线的选择 发电机出口最大工作电流：
350Imax=1.05IN=1.05=10.85(kA)
30.8523则查《电气工程手册》，表13-1-7 选择 IN=12000A， A=950mm,
S=1300mm, H≈730mm的封闭母线。 6.2.2 汇流母线的选择
(1)汇流母线
汇流母线选用管形导体，管形导体是空芯导体，集肤效应系数小，且有利于提高电晕的起始电压。户外配电装置使用管形导体，具有占地面积小，架构简明，不知清晰等优点。但导体与设备端子连接较复杂，用于户外时易产生微风振动。
按手册，对年负荷利用小时数大（通常指Tmax﹥5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体，其截面一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，可按长期允许电流来选择。
(2)管形导体选择、
查《电气工程手册》表13-1-5，选截面尺寸为D=280mm d=250mm t=15mm的圆管形
精选文档
可修改可编辑
导体。其参数如下；
精选文档
可修改可编辑
kf=1.12 ， Jx=9618.6cm
34, Jy=10936.1cm
4, W
x=678cm
3,
Wy=781cm, Ial=13120A , m=31.79kg/m , S=11730mm 1)查《发电厂电气部分》附表3，得温度修正系数k=1,则
Ial=13120×1=13120﹥Imax=10850A 2)热稳定校验：
正常运行时的导体温度：
2Ial查《发电厂电气部分》表6-9，得C=91； ∴满足热稳定要求。 3)动稳定校验：
=0+（al－0）
Imax22108502o=25+（70－25）×=56（C） 21312022Smin=QkKf／C=36821061.12／91=706（mm）＜11730mm
查《发电厂电气部分》表3-5，得Nf=3.56，设L=10m
NfEJ3.56710610936.1108f1=2==17(HZ)
m102L31.79计算结果表明，固有频率f1在30～160HZ范围以外，不考虑动态应力系数
10fph=1.73107205652=183（N）
42183102MfphL106（Pa）phal=7106Pa 则母线相间应力ph====2.3
W10W10781106∴动稳定满足要求。
第3节 断路器的选择
6.3.1 断路器的功能
断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或电路故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，能起保护作用。 6.3.2 断路器的种类
按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：多油式短路器，少油式断路器，压缩空气高压断路器,6.3.3 断路器的选择
(1)变压器出口最大持续工作电流：
Imax=1.05×420000/（3×220）=1157.3A
由UN≧UNS，IN≧Imax，
查《设备手册》可选择：LW—220高压六氟化硫短路器。 (2)短路计算时间：
由短路电流计算知：I =8080A
由表知短路器额定开断时间T=0.06S﹤0.1S，则：
SF短路器，真空断路器等。
6精选文档
可修改可编辑
Iit =I=8.080KA﹤INbr=40KA
又：ish=20.565KA﹤INcl=100KA
取Tpr=1S，Tbr =Ta +Tin =0.02+0.04=0.06 所以Tk=Tpr+Tbr=1.06S
(3)由上章计算可知,短路电流值为:
I= 111.49KA Itk/2= 52KA Itk= 47KA
(4)周期分量热效应为：
22Qk =(I″²+10Itk2+Itk)/2
=(111.492+10522+472)×1.06/12=3682
It2t=402×3=4800>QK,满足。
(5)动稳定校验：
Ies=100KA﹥Ish=299.54×23/230=29.954KA，满足。
第4节 隔离开关的选择
6.4.1 隔离开关的主要用途
隔离开关也是发电厂中常用的电器，它须与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和断路电流。隔离开关的主要用途是：1，隔离电压；2，倒闸操作；3，分合小电流。 6.4.2 隔离开关的种类
隔离开关的种类较多，按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目又可分为单柱式，双柱式和三柱式。它对配电装置的布置和占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。 6.4.3 隔离开关的选择
与断路器选择相似，查《电器设备手册》表5-2-15,试选隔离开关：CW6—220（P.W）型隔离开关
其中IN=2KA﹥Imax=1157.32A
热稳定校验：It2t=402×3=4800>QK=3682,满足
动稳定校验：Ies=100KA﹥Ish=299.54×23/230=29.954KA,满足
查《手册》母联短路器与隔离开关选择，母联短路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的最大持续工作电流，可知母联短路器与隔离开关型号同上。
出线短路器与隔离开关选择，型号同上。
第5节 电流互感器的选择
6.5.1 电流互感器的作用
1、将一次回路的大电流变为二次回路标准的小电流（5A或1A），是测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、造价便宜和便于室内安装。
2、使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。
6.5.2 电流互感器的种类
在选择互感器时，根据安装地点可分为屋内和屋外电流互感器，根据安装方式可分为
精选文档
可修改可编辑
穿墙式、支柱式、装入式等电流互感器。
精选文档
可修改可编辑
6.5.3 电流互感器的选择原则
(1)种类和型式的选择。选择电流互感器时，应根据安装地
点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支柱式、装入式等）选择其型式。选用母线电流互感器时应注意校核窗口尺寸。
当一次电流较小（在400A及以下）时，宜优先采用一次绕组多匝式，以提高准确度；当采用弱电控制系统或配电装置（例如超高压配电装置）距离控制室较远时，为能较小电缆截面，提高二次负荷能力及准确级，二次额定电流应尽量采用1A。而强电系统用5A。
(2)一次回路额定电压和电流的选择。一次回路额定电压Un和电流In应满足
为确保所供仪表的准确度，电流互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。
(3)准确级和额定容量的选择。为了保证测量仪表的准确
度，电流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、变压器、厂用馈线、出线等回路）中的电流互感器的准确级不应低于0.5级；对于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流互感器应为0.5—1级；对供只需估计电参数仪表的电流互感器可用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流互感器的准确级。
互感器按选定准确级所规定的额定容量S2n应大于或等于二 次侧所接负荷
(4)热稳定和动稳定校验
1)只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流I1n的倍数Kt来表示，热稳定校验式为
2)动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的内部定动力校验，以及不同相的电流相互作用产生的外部电动力校验。显然，多匝式一次绕组主要经受内部电动力；单匝式一次绕组不存在内部电动力，则定动力稳定性为外部电动力决定。 6.5.4 电流互感器的选择
(1)发电机出口：
1）一次回路额定电压和电流的选择
Imax =1.05×350/（3×23×0.850）=10.85KA
由IN=15000≧Imax，UNS =20≧UN 可选择LMZB3-20型电流互感器。 2）二次侧额定电流的选择
=5A N2
3）准确级的选择
装于发动机回路中的电能表和计费的电能表一般采用0.5-1级表，相应的互感器准确级不低于0.5级，故应选0.5级。
(2)母线侧：
1）一次回路额定电压和电流的选择
Imax=1.05×420000/（3×220）=1157.37A
由UNS=220KV≧UN， IN=1200≧1157.32A
精选文档
可修改可编辑
可选择LCWD3-220型电流互感器 2）二次侧额定电流的选择
IN2=5A
3）准确级的选择
装于发动机回路中的电能表和计费的电能表一般采用0.5-1级表，相应的互感器准确级不低于0.5级，故应选0.5级。
4）热稳定校验：
Kt2I12N=12002×352QK，不满足。
5）动稳定校验：
Ies=2.5×35×2×1200=148470A
≧IM=299.54×23/230=29954A，满足。
6）热稳定不满足重选LB9—220W,
由：Ies=100×1200≧IM=29954A,
Kt2I12N=12002×402×3≧QK
知热稳定与动稳定满足，而变压器出口与母线侧电流相同，故母线侧电流互感器选择LB9—220W；变压器出口选择LB—220W型电流互感器。
第6节 电压互感器
6.6.1 电压互感器及其分类
目前，电力系统广泛应用的电力互感器主要有电磁式和电容分压式两种。 (1)电磁式电压互感器
电磁式电压互感器的工作原理与变压器相同，其特点是：
1）容量很小，类似一台小容量变压器，其结构上要求有较高的安全系数 2）二次仪表和继电器电压线圈的阻抗大，互感器在近似空载状态下运行 (2)电容式电压互感器
电容互感器实际上是一个电容分压器，其结构简单、成本低，且电压越高经济性越显著；同时分压电容还可兼作载波通信的耦欧和电容，因此，广泛应用于110-500kv的中性点直接接地系统中。 6.6.2 电压互感器的选择
(1)种类和形式选择
在6-35kv屋内装置中，一般采用有浸式或浇注式电压互感器；110-220通常采用窜级式电压互感器；当容量和准确级满足要求时，通常多在出线上采用电容式电压互感器。
在500kv配电装置中，配置有双套主保护，并考虑后备保护、自动装置和测量的要求，电压互感器应具有三个二次绕组。三相式电压互感器投资省，20kv以下才有三相式产品。
三相式电压互感器，当二次侧负荷不对称时，特别是在单相接地时，三相磁路不对称，将产生较大误差。
(2)一次额定电压和二次额定电压的选择
电压互感器二次侧绕组额定电压通常是供额定电压为100v的仪表和继电器的电压绕组使用。显然，单个单项式电压互感器的二次绕组电压为100v，而其余可获得的相间电压的接线方式，二次侧绕组电压为100/3v；电影互感器开口三角形的辅助绕组电压用于35kv及以下中性点不接地系统的电压为100/3v，而用于110kv及其以上的中性点接地系统为100v.
精选文档
可修改可编辑
(3)容量和准确级的选择
根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分配在各相上，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。
综合，查《电气工程设计手册》,电压互感器选择如下： 母线侧为：TYD220/3-0.01
出线侧C相为：TYD220/3-0.0075，AB相为：DWF220/3-0.005
精选文档
可修改可编辑
第7章 配电装置的选择
第1节 概述
配电装置是发电厂的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关电器，保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成，用来接收和分配电能的装置。
发电厂的配电装置型式选择，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，检修黄河安装要求，通过技术经济比较予以确定。在确定配电装置型式时必须满足下列四点要求：1，节约用地；2，运行安全和操作巡视方便；3，便于检修和安装；4，节约三材，降低造价。
配电装置按电器装设点不同科可分为屋内式和屋外式配电装置。
第2节 屋内配电装置
屋内配电装置选择的结构，除与电气主接线形式，电压等级，母线容量，断路器形式，出线回路数，出线方式及有无电抗器等有密切关外，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采用，运行和检修经验的不断丰富，配电装置的结构和型式将会不断的发展。
220Kv的屋内配电装置，按其布置型式，一般可以分为三层，二层式是将所有电器依其轻重分别布置在各层中，它具有安全，可靠性高，占地面积少等优点，但其结构复杂，施工时间长，造价较高，，检修和运行不大方便。二层式是将断路器和电抗器布置在底层。与三层式相比，它的造价较低，运行和检修较方便，但占地面积有所增加。三层和二层式均用于出线有电抗器的情况。
第3节 屋外配电装置
屋外配电装置根据电器和母线布置的高度可分为中型，半高型和高型。
中型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的高度，以便于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的水平面。
普通中型配电装置，国内采用较多，已有丰富的经验，施工，检修和运行都比较方便，抗震能力较好，造价比较低。缺点是占地面积较大。此种型式一般用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高的地区采用。
中型分相硬管母线配合剪刀式（伸缩式）隔离开关方案，不只清晰，美观，可省去大量构架，较普通中型配电装置方案节约用地1/3左右，但支柱式绝缘子防污，抗震能力较差，在污秽严重或地震烈度较高的地区，不宜采用。
中型配电装置广泛采用与110-500KV电压级。
高型和半高型配电装置的母线和电气分别装在几个不同高度水平面上，并重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置得，称为高型配电装置。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。由于高型与半高型配电装置可大量节省占地面积，因此，高型和半高型布置较广泛采用。
高型配电装置的最大优点是占地面积少，一般比普通中型节约1/2左右。但耗用钢材
精选文档
可修改可编辑
较多，检修运行不及中型方便。一般在下列情况宜采用高型：1，配电装置设在高产农田或地少人多的地区；2，由于地形条件的限制，场地狭窄或需要大量开挖，回填土石方的地方；3，原有配电装置需要改建或扩建，而场地受到限制。在地震烈度较高的地区不宜采用高型。
精选文档
可修改可编辑
半高型布置节约占地面积不如高型显著，但运行，施工条件稍有改善，多用钢材比高型稍。
屋外配电装置的结构除与主接线、电压等级、容量、重要性以及母线构架、断路器和隔离开关的类型都有密切关系，和屋内配电装置一样，必须注意合理布置，并保证电气安全净距，同时还应考虑带电检修的可能性。
屋外配电装置的型式除与主接线有关外，还与场地位置、面积，地质、地形条件及总体布置有关，并受到设备材料的供应、施工、运行和检修要求等因素的影响和限制，故应通过技术经济比较来选择最佳方案。
第4节 两种配电装置的比较
(1)屋内配电装置的特点是：
①由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小； ②维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响； ③外界污秽空气对电器影响较小，可减少维护工作量； ④房屋建筑投资较大。 (2)屋外配电装置的优点是：
①土建工作量和费用较小，建设周期短； ②扩建比较方便；
③相邻设备之间距离较大，便于带电作业； ④占地面积大；
⑤受外界环境影响、设备运行条件较差，须加强绝缘； ⑥不良气候对设备维修和操作有影响。
第5节 配电装置的选择
该发电厂的电压等级为220KV，进出线共有八回，采用双母带旁路接线，而且为地区性大型电厂，电厂总规模为1300-1400MW。所以，该电厂应选择普通中型的屋外配电装置。
在确定所采用的配电装置型式以后，通常用配电图来分析配电装置的布置方案和统计所用的主要设备。所谓“配电图”，是把进出线（进线指发电机、变压器，出线指线路）、断路器、互感器、避雷器、等合理分配与各层间隔中，并示出导体和电器在各间隔和小室中的轮廓，但不要求按比例尺寸绘制。
在进行配置是应注意以下几点：
(1)同一回的电器和导体应布置在一个间隔内，以保证检修安全和限制故障范围； (2)将电源布置在每段母线的中部，使母线截面通过较小的电流； (3)重的设备布置在下层，以减轻楼板的荷重并便于安装； (4)充分利用间隔的位置； (5)布置对称，便于操作； (6)容易扩建。
精选文档
可修改可编辑
第8章 保护装置的配置
第1节 概述
电力系统是电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电力设备按照一定的技术与经济要求有机组成的一个联合系统。其中，一次设备要通过二次设备对其进行监视、测量、控制、和保护。
继电保护装置：当电力系统中的电力元件(如发电机、变压器、电压互感器、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。
继电保护的基本原理和构成方式：继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。一般继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件组成，其组成方框图见图8.1。
逻辑 执行 测量 判断 输出 比较 相应输入量 跳闸或信号 元件 元件 元件 图8.1 继电保护装置的组成方框图 继电保护的基本任务：(1)当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)；(2)反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。 继电保护的基本要求：继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：(1)可靠性是指保护该动体时应可靠动作，不该动作时应可靠不动作；(2)选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障；(3)灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现；(4)精选文档
可修改可编辑
速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。这四
精选文档
可修改可编辑
“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。 具体继电保护措施和装置详细说明如下。 第2节 发电机的保护 发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性作用，同时发电机本身也是十分重要的电气设备，因此，应针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。发电机的故障类型主要有定子绕组相间短路、定子一相绕组内的匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点或两点接地、转子励磁回路励磁电流消失等。发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由于外不对称短路或不对称负荷(如单相负荷，非全相运行等)而引起的发电机负序过电流；由于突然甩负荷而引起的绕组过电压；由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。 8.2.1 发电机纵差动保护 该保护是发电机内部相间短路的主保护，根据起动电流的不同有两种选取原则，与其相对应的接线方式也有一些差别。因为该保护可以无延时的切除保护范围内的各种故障，同时又不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较高，所以纵差动保护毫无例外的用作容量在1MW以上发电机的主保护。 带断线监视的发电机纵差动保护接线图见图8.2。 图7.1 带断线监视的发电机纵差动保护图8.2 带断线监视的发电机纵差动保护接线图 8.2.2 纵差动保护的整定计算原则及计算 1 纵差动保护动作电流的定
（1） 躲过外部短路时的最大不平衡电流
oper.krelunb.max10%relaperstkmax式中 10％－——电流互感器的误差； rel－——可靠系数，取1.3；
aper－——非周期分量影响系数，采用BCH–2型继电器时，取1； st－——同型系数，取0.5；
k.max－——外部短路故障时由发电机供给的最大短路电流；
n
精选文档
可修改可编辑
－——电流互感器的变比； 查《发电厂电气部分》为22000
5k.max由短路电流计算取(4.484.73)=4.605 KA
2operk=0.1×1.3×1×0.5×4.605×103×5／22000=0.068A
(2)为避免短路电流互感器二次回路断线时误动作，保护的动作电流应大于发电机的额定电流，即
operrel
式中 rel－——可靠系数，取1.3；
－——发电机额定电流，为10417A; oper1.3×10417=13542.1A
2 灵敏度校验
按单机运行时发电机出口的两相短路来校验，差动保护的灵敏度即
sen(2)(2)k.minoper2
式中k/min－——发电机出口两相路时流经保护的最小两相短路电流
∵Ik取（52+47）／2=49.5KA ∴Ikmin=0.866满足要求。 (2)(3)I(3)k=0.86649.5=42.867KA
13542.13∴Ksen=42.86710=3.1772 第3节 母线的保护 发电厂母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。 8.3.1 装设母线保护的几种情况 （1）3～10KV分段母线及其并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护，下列情况应当装设母线保护：需要快速有选择性地切除一段或一组母线上的故障，以保障发电厂及其电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时；当线路的断路器不允许切除线路的电抗器前的线路发生短路性故障时。 （2）35～66KV电力网当中，主要变电所的35～66KV双母线或分段单母线，需快速而有选择地切除一段或者一组母线故障，以保证系统规定运行和可靠供电时，应当装设母线保护。 （3）110KV母线中，下列情况应装设母线保护：110KV双母线装设专用母线保护；110KV单母线、重要发电厂或110KV以上重要变电所的110KV单母线，需要快切除母线上的故障时，应装设母线保护。精选文档
可修改可编辑
（4）220～500KV母线，对双母线接线，应装设能快速有选择性切除故障的母线保护。 8.3.2 目前国内110KV及其以上母线保护装置的原理有以下几种:
（1）完全电流保护。由母线内部或外部故障时流入母线电流之差或和电流作为判据，采用速饱和变流器防止区外故障一次电流中的直流分量导致TA饱和引起的母线差动误动。
（2）母联电流相位比较式母线保护。比较母线差动电流和流过母联断路器的电流相位不同作为判据。
（3）电流差动利用带比率制动特性的电流继电器构成，解决了TA饱和引起的母差保护在区外故障时的误动问题。
（4）中阻抗快速母差保护。以电流瞬时值测定和比较为基础，其差动和启动元件在TA饱和之前动作，动作的速度快，有利于系统的稳定。
（5）以电压工频的变化量幅值和低电压元件作为启动元件，差流元件保持的母差保护。
微机型母线保护一般均具有低电压或复合电压闭锁，启动断路器失灵保护、母线充电保护及其TV断线闭锁装置等功能。
精选文档
可修改可编辑
第9章 防雷与接地的设计
第1节 概述
9.1.1 雷害来源
雷击是一种自然现象，它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力。几个世纪来，人类通过对雷击破坏性的研究、探索，对雷电的危害采取了一定的预防措施，有效地降低了雷害。雷害主要来源有直击雷、感应雷和雷电浪涌。 9.1.2 避雷针作用
防止雷电对设备的造成过电压，从被保护物体上方引导雷电通过，并安全埋入大地，防止雷电直击，减小在其保护范围内的电器设备（架空输电线路及通电设备）和建筑物遭受直击雷的概率
9.1.3 避雷针的保护范围
单支避雷针的保护范围如9.1所示。在高度为hX的水平面上，其保护半径rX可按下式计算:
h当hX时，rX(hhX)p (9.1)
2当hXh时，rX(1.5h2hX)p (9.2) 2式中：h为避雷针高度（m）；hX为被保护物体的高度（m）；p为高度影响系数（h30m5.5时，p＝1；30h120m时，p）
h ha h hx rX 精选文档
可修改可编辑
图9.1 单支避雷针的保护范围 取h为120m； hX为80m；所以保护范围的计算如下： 5.5rX(hhX)p=（120–80）×=20.08m 120 当变压器高压侧有雷电波入侵时，通过绕组间的静电和电磁耦合，在其低压侧也将出线过电压。三绕组变压器在正常运行时，可能只存在只有高、中压绕组工作，低压绕组开路的情况，此时，在高压或中压侧有雷电波作用时，由于低压绕组对地电容较小，开路的低压绕组上的静电感应分量可达很高的数值，将危及绝缘。考虑到静电感应分量将使低压绕组三相的电位同时升高，故为了限制这种过电压，只要在任一相低压绕组直接出口处对地加装一个避雷器即可。中压绕组虽也有开路的可能，但其绝缘水平较高，一般不装。 第2节 避雷器的选择原则
阀式避雷器应按下列条件选择： 9.2.1 型式
选择避雷器型号时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，按表9.1选择：
9.1 避雷器型号及应用范围
型号 FS FZ 型式 配电用普通阀型 电站用普通阀型 应用范围 10kV以下配电系统、电缆终端盒 3~220kV发电厂、发电厂配电装置 1、330kV及需要限制操作的220kV以及FCZ 电站用磁吹阀型 以下配电 2、 某些变压器中性点 FCD 旋转电机用磁吹阀型 用于旋转电机、屋内
9.2.2 额定电压
避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。 9.2.3 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）。 9.2.4 工频放电电压
在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般大于最大运行相电压的3.5倍。在中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍。 9.2.5 避雷器的选择
根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间；220kV线路侧一般不装设避雷器。这里选用FZ－220J 保护发电厂，变压器处选用FZ-121J。
精选文档
可修改可编辑
第3节接地网的初步设计
9.3.1接地的定义
接地就是将需要接地的部分与大地相连。接地装置由没入地中的金属接地电极和引下线构成。接地装置的作用主要是减小接地电阻，以降低雷电流或短路电流通过时其上的电位升高。
9.3.2 接地的分类
（1）工作接地
这是根据电力系统正常运行的需要而进行的接地，其作用是稳定电网的对地电位，以降低电气设备的绝缘水平，并且有利于实现电网的继电保护等。工作接地的接地电阻值一般要求不大于0.5Ω。
（2）保护接地
为了保证人身安全，将高压电气设备的金属外壳接地，称为保护接地。这样可以保证接地金属外壳经常固定为地电位，一旦设备绝缘损坏而使外壳带电时不致有危险的电位升高造成人员触电伤亡。保护接地一般要求接地电阻值不超过4Ω。
对于1kv以下的低压电气设备，一般应将其金属外壳 电源线的零线上，称为“接零保护”，这样，当设备绝缘损坏时，单相短路电流较大，易使熔断器等保护动作，不致使外壳长期带电以保证人身安全。
（3）防雷接地
这是为了将雷电流安全导入地中而进行的接地，如将避雷针、避雷器接地。雷电流与工频接地电流相比主要由两点不同，一是雷电流的幅值大，二是雷电流的等值频率高。雷电流的幅值大， 地中电流密度δ也大，因而提高了土壤中的电场强度E，尤其是提高了接地体附近土壤中的电场强度。若地中电场强度超过土壤击穿场强时会发生局部火花放电，使土壤电导增大，结果是使接地装置的冲击接地电阻效益工频接地电阻，这种现象称为火花效应。雷电流的等值频率高，会使接地极本身呈现明显的电感作用，阻碍电流向接地体远方流通。对于长度较大的接地体 影响更为显著，结果使接地体的全部长度得不到充分利用。冲击接地电阻值大于工频接地电阻的现象称为电感效益。 9.3.3 发电厂防雷接地
发电厂需要有良好的接地装置以满足工作接地、保护接地和防雷接地的要求。一般做法是根据保护接地和防雷接地的要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器与地网的连接点增加垂直接地体以满足垂直接地的要求。
接地网常用mm扁钢或直径mm的圆钢水平敷设，排列成长孔形或方孔形，如图所示。做成网孔形的目的是使地面电位分布尽可能均匀，以减小接触电位差和跨步电位差。接地电网的四角做成圆弧形，其目的是降低地网外的最大跨步电位差。接地网埋入地下的深度不小于0.6m，其面积大体与发电厂的面积相同。两水平接地带的间距根据接触电位差和跨步电位差的要求要进行调整，一般约3~10m。
精选文档
可修改可编辑
结 论
本设计课题从实际出发，严格遵从现场设计要求，从最基本的电气主接线，到选择设备和故障分析必需的短路电流计算，再到电气设备和配电装置的选择，对发电厂的电气一次部分的大部分内容进行了分析与研究。
设计中对主接线的选择、短路电流的计算、电气设备及配电装置的选择等所学知识进行了复习和回顾，加深了对上述内容的掌握；并且对一些过去没有学习掌握的知识进行了系统学习，如：设备故障率的计算、设备经济性分析等；而且由于作图的需要，还在设计过程中初步练习了AUTO CAD，Visa等绘图工具。
同时，由于所学知识和所能查到的参考资料的限制，本设计虽然大体设计完成，但其中仍有部分内容没有完全设计完成，如：厂用三绕组变压器（一次侧为发电机端电压：23kv,其余低压绕组分别供给两段6kv的厂用母线，由于缺少资料，而且厂用变多为厂家直接定做，故没有选出），再有电压互感器的选择（由于没有所需具体表计的规格和技术资料，故没有详细写出选择整定过程），总之，设计还有许多不足之处，但它也同时提醒我们，在处理实际问题时，书本知识与实践的现实差距，在以后的学习中，应该做到理论与实际相联系，避免知识与实践脱节，为以后的深入研究打好基础。
精选文档
可修改可编辑
参考文献
[1]熊信银，朱永利，范锡普著. 发电厂电气部分（第三版）. 北京：中国电力出版社，2004. [2]卓乐友著. 电力工程电气设计200例. 北京：中国电力出版社，2004.
[3]电力工业部西北电力设计院著.电力工程电气设备手册(上册). 北京：中国电力出版社，1998. [4]电力工业部西北电力设计院著.电力工程电气设备手册(下册). 北京：中国电力出版社，1998. [5]水利电力部西北电力设计院著.电力工程电气设计手册·电气一次部分. 北京：中国电力出版社，1996.
[6]范锡普主编. 发电厂电气部分（第二版）. 北京：水利电力出版社，1995. [7]陈珩编.电力系统稳态分析(第三版). 北京：中国电力出版社，2007. [8]李光琦编.电力系统暂态分析(第三版). 北京：中国电力出版社，2007.
[9]Ata Elahi.Network Communications Technology. 北京：科学出版社，2002.
[10]Prabha Kundur.Power System Control Stability, McGraw- Hill,,Inc.,New York,1994
精选文档
可修改可编辑
中文原文
变压器
1. 介绍
要从远端发电厂送出电能，必须应用高压输电。因为最终的负荷，在一些点高电压必须降低。变压器能使电力系统各个部分运行在电压不同的等级。本文我们讨论的原则和电力变压器的应用。
2. 双绕组变压器
变压器的最简单形式包括两个磁通相互耦合的固定线圈。两个线圈之所以相互耦合，是因为它们连接着共同的磁通。
在电力应用中，使用层式铁芯变压器(本文中提到的)。变压器是高效率的，因为它没有旋转损失，因此在电压等级转换的过程中，能量损失比较少。典型的效率范围在92到99%，上限值适用于大功率变压器。
从交流电源流入电流的一侧被称为变压器的一次侧绕组或者是原边。它在铁圈中建立了磁通φ，它的幅值和方向都会发生周期性的变化。磁通连接的第二个绕组被称为变压器的二次侧绕组或者是副边。磁通是变化的；因此依据楞次定律，电磁感应在二次侧产生了电压。变压器在原边接收电能的同时也在向副边所带的负荷输送电能。这就是变压器的作用。
3. 变压器的工作原理
当二次侧电路开路是，即使原边被施以正弦电压Vp，也是没有能量转移的。外加电压在一次侧绕组中产生一个小电流Iθ。这个空载电流有两项功能：（1）在铁芯中产生电磁通，该磁通在零和φm之间做正弦变化，φm是铁芯磁通的最大值；（2）它的一个分量说明了铁芯中的涡流和磁滞损耗。这两种相关的损耗被称为铁芯损耗。
变压器空载电流Iθ一般大约只有满载电流的2%—5%。因为在空载时，原边绕组中的铁芯相当于一个很大的电抗，空载电流的相位大约将滞后于原边电压相位90º。显然可见电流分量Im= I0sinθ0，被称做励磁电流，它在相位上滞后于原边电压VP 90º。就是这个分量在铁芯中建立了磁通；因此磁通φ与Im同相。
第二个分量Ie=I0sinθ0，与原边电压同相。这个电流分量向铁芯提供用于损耗的电流。两个相量的分量和代表空载电流，即
I0 = Im+ Ie
应注意的是空载电流是畸变和非正弦形的。这种情况是非线性铁芯材料造成的。
如果假定变压器中没有其他的电能损耗一次侧的感应电动势Ep和二次侧的感应电压Es
可以表示出来。因为一次侧绕组中的磁通会通过二次绕组，依据法拉第电磁感应定律，二精选文档
可修改可编辑
次侧绕组中将产生一个电动势
精选文档
可修改可编辑
E，即E=NΔφ/Δt。相同的磁通会通过原边自身，产生一个电动势Ep。正如前文中讨论到的，所产生的电压必定滞后于磁通90º，因此，它于施加的电压有180º的相位差。因为没有电流流过二次侧绕组，Es=Vs。一次侧空载电流很小，仅为满载电流的百分之几。因此原边电压很小，并且Vp的值近乎等于Ep。原边的电压和它产生的磁通波形是正弦形的；因此产生电动势Ep和Es的值是做正弦变化的。产生电压的平均值如下
给定时间内磁通变化量Eavg = turns×
给定时间即是法拉第定律在瞬时时间里的应用。它遵循
2mEavg = N = 4fNφm
1/(2f)其中N是指线圈的匝数。从交流电原理可知，有效值是一个正弦波，其值为平均电压的1.11倍；因此
E = 4.44fNφm
因为一次侧绕组和二次侧绕组的磁通相等，所以绕组中每匝的电压也相同。因此
Ep = 4.44fNpφm
并且
Es = 4.44fNsφm
其中Np和Es是一次侧绕组和二次侧绕组的匝数。一次侧和二次侧电压增长的比率称做变比。用字母a来表示这个比率，如下式
EpNpa = =
EsNs假设变压器输出电能等于其输入电能——这个假设适用于高效率的变压器。实际上我们是考虑一台理想状态下的变压器；这意味着它没有任何损耗。因此
Pm = Pout
或者
VpIp × primary PF = VsIs × secondary PF
这里PF代表功率因素。在上面公式中一次侧和二次侧的功率因素是相等的；因此
VpIp = VsIs
从上式我们可以得知
VpIpEp = ≌ ≌ a VsIsEs它表明端电压比等于匝数比，换句话说，一次侧和二次侧电流比与匝数比成反比。匝数比可以衡量二次侧电压相对于一次恻电压是升高或者是降低。为了计算电压，我们需要更多数据。 终端电压的比率变化有些根据负载和它的功率因素。实际上, 变比从标识牌数据获得, 列出在满载情况下原边和副边电压。 当副边电压Vs相对于原边电压减小时，这个变压器就叫做降压变压器。如果这个电压是升高的，它就是一个升压变压器。在一个降压变压器中传输变比a远大于1(a>1.0)，同样的，一个升压变压器的变比小于1(a<1.0)。当a=1时，变压器的二次侧电压就等于起一次侧电压。这是一种特殊类型的变压器，可被应用于当一次侧和二次侧需要相互绝缘以维持相同的电压等级的状况下。因此，我们把这种类型的变压器称为绝缘型变压器。
显然，铁芯中的电磁通形成了连接原边和副边的回路。在第四部分我们会了解到当变压器带负荷运行时一次侧绕组电流是如何随着二次侧负荷电流变化而变化的。
精选文档
可修改可编辑
VpIpEp = ≌ ≌ a中VsIsEs我们可知Vp = aVs并且Ip = Is/a。根据Vs和Is，可得Vp和Ip的比例是
a2VsVpaVs = =
IsIpIs/a但是Vs / Is 负荷阻抗ZL，因此我们可以这样表示
Zm (primary) = a2ZL
这个等式表明二次侧连接的阻抗折算到电源侧，其值为原来的a2倍。我们把这种折算方式称为负载阻抗向一次侧的折算。这个公式应用于变压器的阻抗匹配。
从电源侧来看变压器，其阻抗可认为等于Vp / Ip。从等式
4. 有载情况下的变压器
一次侧电压和二次侧电压有着相同的极性，一般习惯上用点记号表示。如果点号同在线圈的上端，就意味着它们的极性相同。因此当二次侧连接着一个负载时，在瞬间就有一个负荷电流沿着这个方向产生。换句话说，极性的标注可以表明当电流流过两侧的线圈时，线圈中的磁动势会增加。
因为二次侧电压的大小取决于铁芯磁通大小φ0，所以很显然当正常情况下负载电势Es没有变化时，二次侧电压也不会有明显的变化。当变压器带负荷运行时，将有电流Is流过二次侧，因为Es产生的感应电动势相当于一个电压源。二次侧电流产生的磁动势NsIs会产生一个励磁。这个磁通的方向在任何一个时刻都和主磁通反向。当然，这是楞次定律的体现。因此，NsIs所产生的磁动势会使主磁通φ0减小。这意味着一次侧线圈中的磁通减少，因而它的电压Ep将会增大。感应电压的减小将使外施电压和感应电动势之间的差值更大，它将使初级线圈中流过更大的电流。初级线圈中的电流Ip的增大，意味着前面所说明的两个条件都满足：（1）输出功率将随着输出功率的增加而增加（2）初级线圈中的磁动势将增加，以此来抵消二次侧中的磁动势减小磁通的趋势。
总的来说，变压器为了保持磁通是常数，对磁通变化的响应是瞬时的。更重要的是，在空载和满载时，主磁通φ0的降落是很少的（一般在）1至3%。其需要的条件是E降落很多来使电流Ip增加。在一次侧，电流Ip’在一次侧流过以平衡Is产生的影响。它的磁动势NpIp’只停留在一次侧。因为铁芯的磁通φ0保持不变，变压器空载时空载电流I0必定会为其提供能量。故一次侧电流Ip是电流Ip’与I0’的和。
因为空载电流相对较小，那么一次侧的安匝数与二次侧的安匝数相等的假设是成立的。因为在这种状况下铁芯的磁通是恒定的。因此我们仍旧可以认定空载电流I0相对于满载电流是极其小的。当一个电流流过二次侧绕组，它的磁动势（NsIs）将产生一个磁通，于空载电流I0产生的磁通φ0不同，它只停留在二次侧绕组中。因为这个磁通不流过一次侧绕组，所以它不是一个公共磁通。 另外，流过一次侧绕组的负载电流只在一次侧绕组中产生磁通，这个磁通被称为一次侧的漏磁。二次侧漏磁将使电压增大以保持两侧电压的平衡。一次侧漏磁也一样。因此，这两个增大的电压具有电压降的性质，总称为漏电抗电压降。另外，两侧绕组同样具有阻抗，这也将产生一个电阻压降。把这些附加的电压降也考虑在内，这样一个实际的变压器的等值电路图就完成了。由于分支励磁体现在电流里，为了分析我们可以将它忽略。这就符我们前面计算中可以忽略空载电流的假设。这证明了它对我们分析变压器时所产生的影响微乎其微。因为电压降与负载电流成比例关系，这就意味着空载情况下一次侧和二次侧绕组的电压降都为零。
精选文档
可修改可编辑
英语译文
TRANSFORMER
1. INTRODUCTION
The high-voltage transmission was need for the case electrical power is to be provided at considerable distance from a generating station. At some point this high voltage must be reduced, because ultimately is must supply a load. The transformer makes it possible for various parts of a power system to operate at different voltage levels. In this paper we discuss power transformer principles and applications.
2. TOW-WINDING TRANSFORMERS
A transformer in its simplest form consists of two stationary coils coupled by a mutual magnetic flux. The coils are said to be mutually coupled because they link a common flux.
In power applications, laminated steel core transformers (to which this paper is restricted) are used. Transformers are efficient because the rotational losses normally associated with rotating machine are absent, so relatively little power is lost when transforming power from one voltage level to another. Typical efficiencies are in the range 92 to 99%, the higher values applying to the larger power transformers.
The current flowing in the coil connected to the ac source is called the primary winding or simply the primary. It sets up the flux φ in the core, which varies periodically both in magnitude and direction. The flux links the second coil, called the secondary winding or simply secondary. The flux is changing; therefore, it induces a voltage in the secondary by electromagnetic induction in accordance with Lenz’s law. Thus the primary receives its power from the source while the secondary supplies this power to the load. This action is known as transformer action.
3. TRANSFORMER PRINCIPLES
When a sinusoidal voltage Vp is applied to the primary with the secondary open-circuited, there will be no energy transfer. The impressed voltage causes a small current Iθ to flow in the primary winding. This no-load current has two
精选文档
可修改可编辑
functions: (1) it produces the magnetic flux in the core, which varies sinusoidally between zero and
精选文档
可修改可编辑
φm, where φm is the maximum value of the core flux; and (2) it provides a component to account for the hysteresis and eddy current losses in the core. There combined losses are normally referred to as the core losses.
The no-load current Iθ is usually few percent of the rated full-load current of the transformer (about 2 to 5%). Since at no-load the primary winding acts as a large reactance due to the iron core, the no-load current will lag the primary voltage by nearly 90º. It is readily seen that the current component Im= I0sinθ0, called the magnetizing current, is 90º in phase behind the primary voltage VP. It is this component that sets up the flux in the core; φ is therefore in phase with Im.
The second component, Ie=I0sinθ0, is in phase with the primary voltage. It is the current component that supplies the core losses. The phasor sum of these two components represents the no-load current, or
I0 = Im+ Ie
It should be noted that the no-load current is distortes and nonsinusoidal. This is the result of the nonlinear behavior of the core material.
If it is assumed that there are no other losses in the transformer, the induced voltage In the primary, Ep and that in the secondary, Es can be shown. Since the magnetic flux set up by the primary winding，there will be an induced EMF E in the secondary winding in accordance with Faraday’s law, namely, E=NΔφ/Δt. This same flux also links the primary itself, inducing in it an EMF, Ep. As discussed earlier, the induced voltage must lag the flux by 90º, therefore, they are 180º out of phase with the applied voltage. Since no current flows in the secondary winding, Es=Vs. The no-load primary current I0 is small, a few percent of full-load current. Thus the voltage in the primary is small and Vp is nearly equal to Ep. The primary voltage and the resulting flux are sinusoidal; thus the induced quantities Ep and Es vary as a sine function. The average value of the induced voltage given by change in flux in a given timeEavg = turns× given timewhich is Faraday’s law applied to a finite time interval. It follows that 2mEavg = N = 4fNφm 1/(2f)which N is the number of turns on the winding. Form ac circuit theory, the effective or root-mean-square (rms) voltage for a sine wave is 1.11 times the average voltage; thus E = 4.44fNφm Since the same flux links with the primary and secondary windings, the voltage per turn in each winding is the same. Hence
Ep = 4.44fNpφm
and
Es = 4.44fNsφm
精选文档
可修改可编辑
where Ep and Es are the number of turn on the primary and secondary windings, respectively. The ratio of primary to secondary induced voltage is called the transformation ratio. Denoting this ratio by a, it is seen that
EpNpa = =
EsNsAssume that the output power of a transformer equals its input power, not a bad sumption in practice considering the high efficiencies. What we really are saying is that we are dealing with an ideal transformer; that is, it has no losses. Thus
Pm = Pout
or
VpIp × primary PF = VsIs × secondary PF
where PF is the power factor. For the above-stated assumption it means that the power factor on primary and secondary sides are equal; therefore
VpIp = VsIs
from which is obtained VpIpEp = ≌ ≌ a VsIsEsIt shows that as an approximation the terminal voltage ratio equals the turns ratio. The primary and secondary current, on the other hand, are inversely related to the turns ratio. The turns ratio gives a measure of how much the secondary voltage is raised or lowered in relation to the primary voltage. To calculate the voltage regulation, we need more information. The ratio of the terminal voltage varies somewhat depending on the load and its power factor. In practice, the transformation ratio is obtained from the nameplate data, which list the primary and secondary voltage under full-load condition. When the secondary voltage Vs is reduced compared to the primary voltage, the transformation is said to be a step-down transformer: conversely, if this voltage is raised, it is called a step-up transformer. In a step-down transformer the transformation ratio a is greater than unity (a>1.0), while for a step-up transformer it is smaller than unity (a<1.0). In the event that a=1, the transformer secondary voltage equals the primary voltage. This is a special type of transformer used in instances where electrical isolation is required between the primary and secondary circuit while maintaining the same voltage level. Therefore, this transformer is generally knows as an isolation transformer. As is apparent, it is the magnetic flux in the core that forms the connecting link between primary and secondary circuit. In section 4 it is shown how the primary winding current adjusts itself to the secondary load current when the transformer supplies a load.
Looking into the transformer terminals from the source, an impedance is seen
VpIpEpwhich by definition equals Vp / Ip. From = ≌ ≌ a , we have Vp = aVs and
VsIsEsIp = Is/a.In terms of Vs and Is the ratio of Vp to Ip is
精选文档
可修改可编辑
a2VsVpaVs = =
IsIpIs/aBut Vs / Is is the load impedance ZL thus we can say that
Zm (primary) = a2ZL
This equation tells us that when an impedance is connected to the secondary side, it appears from the source as an impedance having a magnitude that is a2 times its actual value. We say that the load impedance is reflected or referred to the primary. It is this property of transformers that is used in impedance-matching applications.
4. TRANSFORMERS UNDER LOAD
The primary and secondary voltages shown have similar polarities, as indicated by the “dot-making” convention. The dots near the upper ends of the windings have the same meaning as in circuit theory; the marked terminals have the same polarity. Thus when a load is connected to the secondary, the instantaneous load current is in the direction shown. In other words, the polarity markings signify that when positive current enters both windings at the marked terminals, the MMFs of the two windings add.
Since the secondary voltage depends on the core flux φ0, it must be clear that the flux should not change appreciably if Es is to remain essentially constant under normal loading conditions. With the load connected, a current Is will flow in the secondary circuit, because the induced EMF Es will act as a voltage source. The secondary current produces an MMF NsIs that creates a flux. This flux has such a direction that at any instant in time it opposes the main flux that created it in the first place. Of course, this is Lenz’s law in action. Thus the MMF represented by NsIs tends to reduce the core flux φ0. This means that the flux linking the primary winding reduces and consequently the primary induced voltage Ep, This reduction in induced voltage causes a greater difference between the impressed voltage and the counter induced EMF, thereby allowing more current to flow in the primary. The fact that primary current Ip increases means that the two conditions stated earlier are fulfilled: (1) the power input increases to match the power output, and (2) the primary MMF increases to offset the tendency of the secondary MMF to reduce the flux.
In general, it will be found that the transformer reacts almost instantaneously to keep the resultant core flux essentially constant. Moreover, the core flux φ0 drops very slightly between n o load and full load (about 1 to 3%), a necessary condition if Ep is to fall sufficiently to allow an increase in Ip.
On the primary side, Ip’ is the current that flows in the primary to balance the demagnetizing effect of Is. Its MMF NpIp’ sets up a flux linking the primary only. Since the core flux φ0 remains constant. I0 must be the same current that energizes the transformer at no load. The primary current Ip is therefore the sum of the current Ip’ and I0.
精选文档
可修改可编辑
Because the no-load current is relatively small, it is correct to assume that the primary ampere-turns equal the secondary ampere-turns, since it is under this condition that the core flux is essentially constant. Thus we will assume that I0 is negligible, as it is only a small component of the full-load current.
When a current flows in the secondary winding, the resulting MMF (NsIs) creates a separate flux, apart from the flux φ0 produced by I0, which links the secondary winding only. This flux does no link with the primary winding and is therefore not a mutual flux.
In addition, the load current that flows through the primary winding creates a flux that links with the primary winding only; it is called the primary leakage flux. The secondary- leakage flux gives rise to an induced voltage that is not counter balanced by an equivalent induced voltage in the primary. Similarly, the voltage induced in the primary is not counterbalanced in the secondary winding. Consequently, these two induced voltages behave like voltage drops, generally called leakage reactance voltage drops. Furthermore, each winding has some resistance, which produces a resistive voltage drop. When taken into account, these additional voltage drops would complete the equivalent circuit diagram of a practical transformer. Note that the magnetizing branch is shown in this circuit, which for our purposes will be disregarded. This follows our earlier assumption that the no-load current is assumed negligible in our calculations. This is further justified in that it is rarely necessary to predict transformer performance to such accuracies. Since the voltage drops are all directly proportional to the load current, it means that at no-load conditions there will be no voltage drops in either winding.
精选文档
可修改可编辑
指导
教师精选文档
评语表
可修改可编辑
评 语： 是否具备答辩资格 指导教师签名： 年 月 日
. .
精选文档
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容