发电厂电气一次系统设计

摘 要

发电厂是电力系统中生产电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施。它通过其变压器将各级电压的电网联系起来，将电能输送出去。

本设计是对一高压侧110kV，2回出线；中压侧35kV，4回出线；低压侧10kV，12回出线的发电厂一次系统进行的初步设计。该发电厂属于小型发电厂，它除承担向系统供应电能的任务外，还提供地区负荷。

本设计首先进行了原始资料的分析。通过分析，了解该发电厂的类型、负荷情况等；然后，再依据发电厂的电压等级、出线数目及其负荷大小，拟定出多种接线方案，再通过初步技术和经济比较，确定一个最优方案；再根据选择主变的原理和所给的该发电厂各电压等级的最大负荷量，确定了主变容量、台数及型号；然后，选择各个短路点，进行短路电流计算，为下面的电气设备选择打下基础；再次，便是根据上述设计成果确定各电气设备，确定配电设备。

最后根据这地区的雷雨情况配置避雷与接地装置及配电装置，完成电气主接线、电气平面布置、防雷与接地图。

关键字：发电厂设计；短路计算；设备选择；防雷保护

A DESIGN OF ELECTRIC MAIN SYSTEM

FOR

POWER STATION

Abstract

Power Stations are producing electricity in the power system, controlling the power flow and adjusting the voltage. It will link all levels of voltage power grid through its transformer and will supply power to the transmission system.

The tentative design is to the first system of the power station which has high-tension side 110kV, four output connections; middle-tension side 35kV, four output connections, low-tension side 10kV, twelve output connections. The power station belongs to one middle-size station. In addition to assume the supply of power to the power system also to content the region loads.

The design has firstly been carried on the analysis of primary source. Passing through the analysis, we can understand the type of this power station, load condition and so on. Secondly, based on the voltage level of power station, load size and the number of outline, we can obtain a wide range of wiring, and then through the preliminary technical comparison, the two options identified. In the light of the principle of choosing main transformer,we can choose the main transformer’s number, capacity and type .Next, selecting each short circuit point and carrying on the calculation of short circuit current, it is the foundation that has been conquered in the selection of the electric installation of next. Then, based on the above results of designed we can determine the electrical equipment, through the economically optimal choosing the best plan and determining the distributed equipments of the power base on the design achievement mentioned above.

According to the situation in this region of the thunderstorm, lightning protection and grounding device are configured. The final completion of the main electrical wiring, the electrical layout, lightning protection and access map are draw.

Keywords: Power station design; Short current calculation; Equipment selection; Lightning Resistant protection; Distribution devic

1 电气主接线选择

1.1概述

电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图。主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。

1.2主接线设计原则

电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。

电气主接线设计的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，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，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、实用、经济、美观的原则。

1.3主接线的接线方式选择

电气主接线是根据电力系统和发电厂具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而本厂各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。

1.3.1单母线接线

单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。

1.3.2单母分段

用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。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重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：

110～220kV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63kV可配电装置的出线回路数为4～8回，6～10kV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。

1.3.3双母接线

它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110～220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。

1.3.4双母线分段接线

双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。

为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。

1.3.5桥形接线

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。

内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除情况。

外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。

1.3.6一台半断路器（3/2）接线

两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。

1.4主接线线方案的比较选择

1.4.1主接线方案

方案一：10kV采用单母线分段接线，35kV采用单母线分段接线；110kV侧采用桥形接线。

图1-1 方案一接线图

10kV、35kV均采用单母线分段接线，经济性、可靠性都比较好，110kV采用内桥接线，适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除情况，所用断路器少，投资少，布置简单，经济性好，可作为备选方案。

方案二：10kV侧采用单母线分段接线；35kV侧采用单母线分段接线；110kV侧采用双母线接线；

图1-2 方案二接线图

10kV、35kV均采用单母线分段接线，经济性、可靠性都比较好，110kV采用双母线接线，它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电，可作为备选方案。

方案三： 10kV侧选用单母线分段接线，35kV侧选用双母线接线，110kV侧选用内桥接线。

图1-3 方案三的接线图

内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。使用断路器少、布置简单、造价低等优点。所以110kV侧和10kV侧可靠性较高，也比较经济。35kV侧选用的双母线接线，它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。但是不够经济，故不选用此方案。

方案四： 10kV侧选用单母线分段接线， 5kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，110kV侧选用内桥接线，

图1-4 方案四的接线图

此方案110kV侧选用内桥接线，10kV侧选用单母线分段接线，可靠性和经济性都较高。35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，可靠性较高，但不够经济。故不选用此方案。

方案五：110kV侧和10kV侧均选用单母线分段接线，35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线

图1-5 方案五的接线图

此方案110kV侧和10kV侧均选用单母线分段接线，可靠性和经济性都较高，35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，可靠性较高，但是不够经济，故不选用此方案。

方案六：10kV采用单母线分段接线，35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，110kv采用双母线接线

图1-6 方案六接线图

35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，110kV采用双母线接线，可靠性很高，但经济性不好，故排除。

1.4.2主接线方案选择

方案一110kV采用内桥形接法，方案二110kV采用双母线接法，从可靠性角度分析，当变压器故障或停运时，方案一的一回出线暂时停电，待操作后可恢复通电，方案二则不会出现出线停电的情况，但可能会使线路过负荷，从可靠性的角度分析，方案二占优势。

而方案二比方案一多了一组母线，两台断路器，6组隔离开关，显然从经济角度上，方案二略逊一筹。

方案一和方案二在可靠性和经济性上都有一定的优势，还需进行进一步的比较。

2主变压器容量、台数及形式的选择

2.1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；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本厂用的变压器，称为厂（用变压器或自用变压器）。本章是对发电厂主变压器的选择。

在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计发电厂的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

选择主变压器的容量，同时要考虑到该发电厂以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

2.2主变压器的选择原则

1)主变容量一般按发电厂建成后5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。

2)根据发电厂所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于发电厂，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证锅炉的最小出力。对于一般发电厂，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。

2.3主变压器容量和台数的确定原则

1、单元接线的主变压器：

单元接线时变压器容量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。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按接单元接线的计算原则计算出的两台机容量之和来确定。

2、具有发电机电压母线接线的主变压器

连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素：

当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。

当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需限制本厂出力时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。

若发电机电压母线上接有2台及以上的主变压器时，其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70%以上。

2.4主变压器型式的选择

选择主变压器，需考虑如下原则：

1）当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂，均应选用三相变压器。

2）当发电厂与系统连接的电压为500kV时，经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台50%容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升到500kV的，宜选用三相变压器。

在发电厂还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。

2.5绕组数的选择

具有三种电压等级的发电厂，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15%以上时，主变压器一般选用三绕组变压器。

变压器绕组的连接方式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要有Y和△，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组多采用Y连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压，变压器绕组多采用△连接。由于35kV采用Y连接方式，与220、110系统的线电压相位角为00，这样当变压变比为220/110/35kV，高、中压为自耦连接时，变压器的第三绕组连接方式就不能采用三角形连接，否则就不能与现有35kV系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕组全星形接线的变压器，全国投运这类变压器约40～50台。

2.6主变压器容量的选择

具有三种电压等级的发电厂，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15%以上时，主变压器一般选用三绕组变压器。

1）当发电机满发，且10kV负荷最小时，

MVA

2)当10kV负荷最小，且T1,T2之一退出运行时，另一台应能输送母线剩余功率的70%以上。

MVA

3) 当10kV母线上负荷最大且G1、G2之一退出时，应满足系统倒送功率。10kv母线的最大负荷为15MW,切除一台发电机的剩余容量为

MW

则没有变压器从系统倒送功率的可能性。

根据以上的计算结果，应选择75000kVA的变压器，但考虑到经济性和变压器的事故过负荷能力，选择SFPSL-63000kVA的变压器，具体参数如下：

表2-1 变压器参数

过负荷倍数k=67.5/63=1.07,允许连续运行的时间3.75h.

3短路电流计算

3.1 概述

在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。

短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。

3.2短路计算的目的及假设

3.2.1短路电流计算的目的

其计算目的是：

1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。

4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

5）接地装置的设计，也需用短路电流。

3.2.2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（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按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，应按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。

3.2.3短路计算基本假设

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）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；

4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；

6）系统短路时是金属性短路。

3.2.4基准值

高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：

基准容量： = 1000MVA

基准电压：（kV） 10.5 37 115

3.3 短路电流计算步骤

1)选择计算短路点

2)画等值网络（次暂态网络）图

a.首先去掉系统中的所有负荷分支，线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗Xd"。

b.选取基准容量Sb和基准电压Ub(一般取后级的平均电压)

c.将各元件电抗换算为同一基准值的标么值

d.给出等值网络图，并将各元件电抗统一编号

3)求计算电抗Xjs

4)由运算曲线查出(各电源供给的短路电流周期分量标幺值运算曲线只作到Xjs=3.5)。

5)计算短路电流周期分量有名值和标幺值。

6)计算短路电流冲击值。

7)计算全电流最大有效值。

8)计算短路容量。

3.4短路电流的计算

3.4.1 各电气设备参数

取基准容量Sb=1000MVA,Ub=Uav.

1)发电机电抗

表3-1选择型号QFQ-50-2的发电机具体参数

d=d0.199=1.99

2)分段电抗器的电抗

10kV母线分段电抗器：50MW机组，

选择NKL-10-2000-10 电抗器，具体参数如下：

表3-2 型号NKL-10-2000-10电抗器具体参数

3) 无穷大系统：

110kV：

4)变压器的电抗

3.4.2短路电流的计算

系统等值电抗图：

图3-1系统等值电抗图

1）110kV短路时，

图3-2 等效变换图

图3-3 系统等效变换图

各电源计算电抗：

，

查表得：t=0s, , ,

t=0.2s, , ,

,

2)35kV短路时，

图3-4 系统等效变换图

变压器的第三绕组的电抗很小，为了计算的方便，可忽略不计，参考发电厂电气部分设计的参考资料，可化简为图3-4所示的等效图。

Y

计算电抗：

，

查表得：t=0s,

,

t=0.2s,

, ,

,

3)10kV发生短路时，

图 3-5 系统等效变换图

各电源计算电抗：

,

查表得：t=0s, ,,，

t=0.2s, ，,

,

S

4电气设备的选择

4.1概述

导体和电器的选择是发电厂设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

电气设备的选择同时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。

电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。

4.1.1一般原则

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的型号一致；

6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

4.1.2技术条件

1）按正常工作条件选择导体和电气

a．电压：

所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高运行电压

即

一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在110kV及以下时为1.15，而实际电网运行的一般不超过1.1。

b.电流

导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q 0下，导体和电器的长期允许电流应不小于该回路的最大持续工作电流

即 ≥

由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的 = 1.05（为电器额定电流）。

c.按当地环境条件校核

当周围环境温度和导体额定环境温度不等时，其长期允许电流 可按下式修正，

基中为温度修正系数;为最高工作温度; 为额定载流量基准下的环境温度（）; 为实际环境温度；对应于所选截面、环境温度为+25时，长期允许载流量（A）

2）按短路情况校验

电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。

A.短路热稳定校验

满足热稳定条件为：

验算热稳定所用的计算时间：

B.短路的动稳定校验

满足动稳定条件为：

4.2断路器的选择

发电厂中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。

4.2.1按开断电流选择

高压断路器的额定开断电流应不小于其触头开始分离瞬间的短路电流即最大持续工作电流即：

4.2.2短路关合电流的选择

在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流 不应小于短路电流最大冲击值。

4.3隔离开关的选择

隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。

隔离开关的配置：

1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；

2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；

3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63kV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；

4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；

5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。

4.4各电压等级的断路器、隔离开关的选择和校验

4.4.1 110kV侧断路器、隔离开关的选择

断路器型号为,

校验：

1)额定开断电流：，∴

2)动稳定：=80kA， ∴，满足动稳定要求

3)热稳定：

t=4s, ，,∵,

,∵∴

∴＜ 满足热稳定要求

隔离开关型号为

校验：

1)额定电流：，∴<

2)动稳定：=80kA， ∴，满足动稳定要求

3)热稳定：=1126.2，=2246.7，

∴＜满足热稳定要求

4.4.2 35kV侧断路器、隔离开关的选择

（1)三绕组变压器出口断路器、隔离开关的选择

断路器型号为,

校验：

1)额定开断电流：，∴ 满足要求

2)动稳定：=63.4kA，，∴，满足动稳定要求

3)热稳定：t=4s, ，,∵,

,∵∴

∴＜ 满足热稳定要求

隔离开关型号为

校验：

1)额定电流：，∴<

2)动稳定：=104kA，，∴,满足动稳定的要求

3)热稳定：=8648,=619.1

∴＜满足热稳定要求

（2）单母线分段断路器、隔离开关的选择

断路器型号为,

动稳定，热稳定校验同上

隔离开关型号为

动稳定，热稳定校验同上

（3）出线断路器、隔离开关的选择

断路器型号为

校验：

1)额定开断电流：，∴

2)动稳定：=45kA，,∴，满足动稳定要求

3)热稳定：t=4s, =1089，

∴=619.1＜ 满足热稳定要求

隔离开关型号为

校验：

1)额定电流：，，∴<

2)动稳定：，∴,满足动稳定的要求

3)热稳定：t=4s, =998.6，

∴=619.1＜ 满足热稳定要求

4.4.3 10KV侧高压开关柜的选择

额定断开容量

表4-1选择GH-1活动式高压开关柜型号

5 经济技术比较

5.1方案一的经济投资计算

5.1.1 开关设备投资

表5-1 开关设备的投资

5.1.2 变压器投资

2*45.15=90.3（万元）

5.1.3 配电装置综合投资

表5-2 配电装置综合投资

5.1.4 10kV母线分段电抗器、出线电抗器投资：

1.66*13=21.58 万元

5.1.5 综合投资及年运行费用计算

主体设备综合投资

万元

综合投资

万元

年运行费用：

(万元)

, ,取0.08元/kWh

SFPSL-63000:

kW, kVar，

kW, kVar

kW, kVar

kW, kVar

T0=8000h, Tmax1=5000h, τ=4000h

变压器年电能损失总值：

=4161300 kWh

年运行费用： (万元)

5.2方案二的经济投资计算

5.2.1 开关设备投资

表5-3 开关设备的投资

5.2.2 变压器投资

2*45.15=90.3（万元）

5.2.3 配电装置综合投资

表5-4 配电装置综合投资

5.2.4 10kV母线分段电抗器、出线电抗器投资：

1.66*13=21.58 万元

5.2.5 综合投资及年运行费用计算

主体设备综合投资

万元

综合投资

万元

年运行费用：

(万元)

, , 取0.08元/kWh

SFPSL-63000:

kW, kVar，

kW, kVar

kW, kVar

kW, kVar

T0=8000h, Tmax1=5000h, τ=4000h

变压器年电能损失总值：

=4161300 kWh

年运行费用： (万元)

5.3 两方案经济比较

由于方案一的综合投资和年运行费用均小于方案二，因此选择方案一为最终方案。

6 其它电气设备的选择

6.1互感器的选择

互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：

1）将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。

2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。

电流互感器的特点：

1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；

2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。

电压互感器的特点：

1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数；

2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。

互感器的配置：

1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；

2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点；

3）对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；

4）6－110kV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；

5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

6.2电流互感器的选择

1)电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流与在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。

2)电流互感器10%误差曲线：是对保护级（BlQ）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流范围内误差限制不超过-10%。电流互感器的10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗Z2f关系曲线。

3) 为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额定容量。

4)按一次回路额定电压和电流选择:

电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右以保证测量仪表的最佳工作，电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：和，为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流。

5)种类和型式的选择:

选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、装入式等）来选择。

6）热稳定检验:

电流互感器热稳定能力常以允许通过一次额定电流的倍数来表示，即：

7）动稳定校验：

电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（）的倍数（动稳定电流倍数）表示其内部动稳定能力，故动稳定可用下式校验：

6.2.1 110KV侧电流互感器的选择

1)一次回路电压：

2)一次回路电流：,电流互感器型号为，其参数如下：

表6-1电流互感器型号为参数如下：

校验：

1)一次回路电流：，∴

2)内部动稳定: ，

∴ ，满足动稳定

热稳定：

∵,, ,∴，

，∴，满足热稳定要求

6.2.2 35KV侧电流互感器的选择

（1）变压器出口电流互感器的选择

1)一次回路电压：

2)一次回路电流：，电流互感器型号为，具体参数如下：

表6-2电流互感器型号为的具体参数如下

校验：

1)一次回路电流：，∴

2)内部动稳定: ,

∴，满足动稳定

3)热稳定：

∵,, ,∴

∴，满足热稳定要求。

（2）35kV侧单母线分段回路电流互感器的选择

1)一次回路电压：

2)一次回路电流：，电流互感器型号为，校验同上。

（3）35kV侧出线电流互感器的选择

1)一次回路电压：

2)一次回路电流：，电流互感器型号为，具体参数如下：

表6-3电流互感器型号为的具体参数如下

校验：

1)一次回路电流：，∴

2)内部动稳定: ,

∴，满足动稳定

3)热稳定：

∵,, ,∴

∴，满足热稳定要求。

6.2.3 10KV侧电流互感器的选择

1)一次回路电压：

2)一次回路电流：,电流互感器型号为，其参数如下：

表6-4电流互感器型号为参数如下：

校验：

1)一次回路电流：，∴

2)内部动稳定: ，

∴ ，满足动稳定

3)热稳定：

∵,, ,∴，

，∴，满足热稳定要求

6.3电压互感器的选择

1）电压互感器的准确级和容量

电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。

由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。

2）按一次回路电压选择

为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.1～0.9）范围内变动。

3）按二次回路电压选择

电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，电压互感器二次侧额定电压可按下表选择。

表6-5电压互感器二次侧额定电压可按下表选择

4）电压互感器及型式的选择

电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在6～35kV屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。110～220kV配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。

6.3.1 110KV电压互感器的选择

选定型号为

1）型式：串联绝缘式电压互感器

表6-6 的技术数据

2）一次电压：

3）二次电压：根据使用情况选用所需二次额定电压

4）准确等级：0.5

6.3.2 35KV电压互感器的选择

选定型号为

1）型式：油浸式电压互感器

表6- 7 的技术数据

2）一次电压：

3）二次电压：根据使用情况选用所需二次额定电压

4）准确等级：0.5

6.3.3 10KV电压互感器的选择

选定型号为

1）型式：树脂浇注式电压互感器

表6-8的技术数据

2）一次电压：

3）二次电压：根据使用情况选用所需二次额定电压

4）准确等级：0.5

6.4导体的选择

母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率，在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。

敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。

6.4.1裸导体的选择条件选择和校验

1）型式：载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机，变压器出线端部，以及对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。

回路正常工作电流在400A及以下时，一般选用矩形导体。在400～8000A时，一般选用槽形导体。

2）配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导体的截面和导体的结构型式。

3）当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对110kV及以下配电装置，电晕对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择导体截面。

4.6.2母线及电缆截面的选择

除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。

1）按导体长期发热允许电流选择，导体能在电路中最大持续工作电流应不大于导体长期发热的允许电流。

2）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数将有一个年计算费用最低的电流密度—经济电流密度（J），导体的经济截面可由下式：

3）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面，还应校验其在短路条件下的热稳定。

≥Smin=

— 热稳定系数

— 稳态短路电流（kA）

— 短路等值时间(s)

6.4.2各电压等级的母线的选择

6.4.2.1 35kV侧母线的选择

1）初步选择型式：矩形铝导体（单条平放）

表6-9 矩形铝导体的技术数据

2）按最大持续工作电流选择导线截面S，

即

其中为该母线布置方式和环境温度为+20度时的导体长期允许载流量，为温度修正系数， =1.05

一次回路电流：

符合要求。

3）热稳定校验：

公式：

式中：：按上述情况选择的导体截面

：根据热稳定决定的导体最小允许截面

：热稳定系数

：稳态短路电路，即为

：短路电流等值时间s

则

满足热稳定校验情况。

其中：

热稳定系数=87

4）动稳定校验：

式中：为母线材料的允许应力，硬铝为

为作用在母线上的最大计算应力，其值与母线的截面形状有关, 铝为500-700。

本设计选的是单条矩形铝母线，则

满足要求

式中： ：短路冲击电流(kA),

：支柱绝缘子间的跨距（m）

：相间距离（m）

：母线截面系数（m3）

：振动系数，

6.4.2.210kv侧母线的选择

1）初步选择型式：矩形铝导体（三条平放）

表6-10 矩形铝导体的技术数据

2）按最大持续工作电流选择导线截面S，

即

其中为该母线布置方式和环境温度为+20度时的导体长期允许载流量，为温度修正系数， =1.05

一次回路电流：

符合要求。

3）热稳定校验：

公式：

式中：：按上述情况选择的导体截面

：根据热稳定决定的导体最小允许截面

：热稳定系数

：稳态短路电路，即为

：短路电流等值时间s

则

满足热稳定校验情况。

其中：

热稳定系数=87

4）动稳定校验：

式中：为母线材料的允许应力，硬铝为

为作用在母线上的最大计算应力，其值与母线的截面形状有关, 铝为500-700。

本设计选的是三条矩形铝母线，

=

=

满足要求

式中： ：短路冲击电流(kA),

：支柱绝缘子间的跨距（m）

：相间距离（m）

：母线截面系数（m3）

：振动系数，

6.4.3各电压等级出线的选择

6.4.3.1 110kV侧出线的选择

1）初步选择型式：钢芯铝绞线

2）按最大持续工作电流选择导线截面S，

即

其中为该母线布置方式和环境温度为+20度时的导体长期允许载流量，为温度修正系数，查表可得=1.05

一次回路电流：

符合要求。

表6-11 温度修正系数

3）热稳定校验：

公式：

式中：：按上述情况选择的导体截面

：根据热稳定决定的导体最小允许截面

：热稳定系数

：稳态短路电路

：短路电流等值时间s

则

满足热稳定校验情况。

其中：

热稳定系数可由下表查出：=87

表6-12稳定系数

6.4.3.2 35kV侧出线的选择

1）

2）根据经济电流密度来选择

经济电流密度J=0.9

选择LGJ-240型的钢芯铝绞线，导体的截面积为240

3）热稳定校验：

公式：

式中：：按上述情况选择的导体截面

：根据热稳定决定的导体最小允许截面

：热稳定系数

：稳态短路电路，即为

：短路电流等值时间s

则

满足热稳定校验情况。

其中：

热稳定系数=87

6.4.3.3 10kV侧电缆的选择

选择油浸绝缘ZL-10/3*240型的电缆。

1）按最大持续工作电流选择导线截面S，

即

其中为该母线布置方式和环境温度为+20度时的导体长期允许载流量，为温度修正系数， =1.04

一次回路电流：

符合要求。

2）热稳定校验：

公式：

式中：：按上述情况选择的导体截面

：根据热稳定决定的导体最小允许截面

：热稳定系数

：稳态短路电路，即为

：短路电流等值时间s

则

满足热稳定校验情况。

其中：

热稳定系数=87

6.5高压熔断器的选择

选择高压熔断器作用为保护电压互感器，所以只需按工作电压和开端能力两项进行选择。

1）工作电压：

2）断流容量：

其中，：短路容量（MVA），：设备额定断流容量（MVA）

由以上技术条件，可选择：

110kV高压熔断器型号为RW6-220：

表6-13 RW6-220高压熔断器型的技术数据

MVA,符合要求。

35kV高压熔断器型号为RW6-35：

表6-12 RW6-35熔断器型的技术数据

MVA符合要求。

10kV高压熔断器型号为RN2-10：

表6-14 RN2-10熔断器型的技术数据

MVA符合要求。

6.6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，发电厂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。

避雷器有两种：

1)阀型避雷器，按其结构的不同，又分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷器；

2)管型避雷器，利用绝缘管内间隙中的电弧所产生的气体把电弧吹灭。用于线路作为防雷保护。

阀型避雷器应按下列条件选择：

1)额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。

2)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%

6.6.1 110kV避雷器的选择及校验：

由 kV，查书选FZ-110，如下表所示：

表6-15 FZ-110的技术数据

检验：

1)灭弧电压：,其中为导线对地相电压，为系数（当导线对地相电压最大时为1）

因为 =1×110/=64.71kV，kV

所以

2)工频放电电压下限：

(内过电压水平：35-63kv取2.67,10kv取3.5,110-154kv取2.33)

因为 =228kV ，2.33=2.33×110/=148kV

所以

3）工频放电电压上限：

（变压器内绝缘一分钟工频实验电压）

满足校验，

则可选此型号。

6.6.2 35kV避雷器的选择及校验：

由kV，查书选FZ-35型，如下表所示：

表6-16 FZ-35的技术数据

检验：

1)灭弧电压：

因为 =1×35/=20.588kV，=41kV

所以

2)工频放电电压下限：

因为 =84kV，=2.67×35/=54 kV

所以

3）工频放电电压上限：

（变压器内绝缘一分钟工频实验电压）

满足校验，

则可选此型号。

6.6.3 10kV避雷器的选择及校验

由kV，查书选FZ-10型，如下表所示：

表6-15 FZ-10的技术数据

检验：

1)灭弧电压：

因为 =10/=5.882kV，=12.7kV

所以

2)工频放电电压下限：

因为 =26kV，=3.5×10/=20.59kV

所以

3）工频放电电压上限：

（变压器内绝缘一分钟工频实验电压）

满足校验，

则可选此型号。

避雷器型号一览表：

表6-16 各电压等级选用避雷器型号

7电气总平面布置及配电装置的选择

7.1概述

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。

配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置。

屋内配电装置的特点：①由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；②维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；③外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；④房屋建筑投资大。

屋外配电装置的特点：①土建工程量和费用较小，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受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；⑥外界气象变化对设备维修和操作有影响。

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基本建设方针和技术经济政策；

2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离；

3）便于检修、巡视和操作；

4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；

5）安装和扩建方便。

配电装置的设计原则：

1）节约用地；

2）运行安全和操作巡视方便；

3）考虑检修和安装条件；

4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行；

5）节约三材，降低造价；

6）安装和扩建方便。

7.2高压配电装置的选择

配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。

下表中所列出各种间隔距离中最基本的最小安全净距，《高压配电装置设计技术规程》中所规定的A值，它表明带电部分至接地部分或相间的最小安全净距。

表7-1屋外配电装置的安全净距（mm）

保持这一距离时，无论正常或过电压的情况下，都不致发生空气绝缘的电击穿。其余的B、C、D值是在A值的基础上，加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而确定的。

本发电厂三个电压等级：即110kV、35kV、10kV根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本厂110kV、35kV采用屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。

表7-2屋内配电装置的安全净距（mm）

注：110J、220J系指中性点直接接地网

1）中型配电装置：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，以便工作售货员能在地面安全地活动，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。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置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地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装抢修方面积累了比较丰富的经验。

2）半高型配电装置，它是将母线及母线隔离开关抬高,将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，优点有：

A.占地面积约在中型布置减少30%；

B.节省了用地，减少高层检修工作量；

C.旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。

3）高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢多，安装检修及运行中条件均较差，一般适用下列情况：

A.配电装置设在高产农田或地少人多的地区；

B.原有配电装置需要扩速，而场地受到限制；

C.场地狭窄或需要大量开挖。

本次所设计的发电厂，其 110kV电压等级为双母线接线，35kV电压等级为单母线分段接线，采用普通中型配电装置。采用普通中型布置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运行维护还是安装检修方面都积累了比较丰富的经验。

8厂用电的接线设计

8.1对厂用的设计的要求

厂用电设计应按照运行，检修和施工的需要，考虑全厂的发展规划，积极慎重的采用经过试验鉴定的新技术和新设备，使设计达到技术先进，经济合理。

8.2厂用电电压

高压电厂一般采用6KV,经济技术比较合理时，也可采用3kV电压。低压厂用电采用380/220V的三相四线制系统。

8.3厂用母线接线方式

高压厂用电系统应采用单母线，低压厂用电系统应采用单母线接线。当公用负荷较多、容量较大、采用集中供电方式合理时，可设公用母线，但应保证重要公用母线负荷的供电可靠性。

8.4厂用工作电源

高压厂用电工作电源一般采用下列接线形式：

1)当有发电机电压母线时，由各段母线，供给接在该母线上的机组的厂用负荷。

2)当发电机与主变压器采用单元接线时，由主变压器低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。

8.5厂用备用或起动电源

高压厂用备用或启动电源一般采用下列接线形式：

1)当无发电机电压母线时，一般由高压母线电源可靠的最低一级电压母线引接或由联络变压器的低压绕组引接并在保证发电厂全停的情况下，能从电力系统中取得足够的电能。

2)当有发电机电压母线时，一般由该母线引接两个备用电源。

3)当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路作为高压厂备用或起动电源。

8.6交流事故保安电源

200MW及以上发电机应设置交流事故保安电源，当厂用工作和备用电源消失时，自动投入，保证交流保安负荷的起动，并对其持续供电。

9防雷及接地系统

9.1 防雷保护

电气设备在运行中承受的过电压，主要有由于系统参数发生变化时电磁能产生振荡引起的内部过电压和来自外部的雷电过电压。

9.1.1直击雷的保护范围

发电厂和变电所的直击雷过电压保护，可以采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊接成网等。下列设施应装设直击雷保护装置：屋外配电装置，包括组合导体和母线廊道。烟囱、冷却塔和输煤系统的高建筑物。油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装卸油台、大型变压器修理间、易燃材料仓库等建筑物。雷电活动特殊强烈地区的主厂房、主控制室和高压屋内配电装置室。无钢筋的砖木结构的主厂房。

9.1.2直击雷的保护措施

1)对主厂房需装设的直击雷保护，应采取如下的措施：

a、加强分流：用扁钢将所有避雷针水平连接起来，并与主厂房柱内钢筋焊接成一体。在适当的地方接引下线，一般应每隔10～20m引一根。引下线的数目尽可能多一些。

b、防止反击：设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点；避雷针接地引下线尽量远离电气设备；为了防止引下线向发电机回路发生反击而可能危及发电机绝缘，应在靠近避雷针引下线的发电机出口处装设一组避雷器。

c、装设集中接地装置：上述接地应与总接地网连接，并在连接处加装集中接地装置，其工频接地电阻应不大于10欧。

2)主控室及其屋内配电装置直击雷的保护措施：

a、若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地。

b、若屋顶为钢筋混凝土结构，应将钢筋焊接成网接地。

c、若结构c、若结构为非导电的屋顶时，采用避雷带保护。该避雷带的网格为9～10m，每隔10～20m设置引下线接地。

3)峡谷地区的发电厂和变电所应采用避雷线保护。

4)建筑物屋顶上的设备金属外壳、电缆外皮和建筑物金属构件，均应接地。

5)上述应装设直击雷保护装置的设施，其接地可采用发电厂、变电所的主接地网，但应该在直击雷的保护装置附近装设集中接地装置。

6)对于六氟化硫全封闭变电所，不需要专门装设避雷针、避雷线，而是利用六氟化硫全封闭的金属筒作为接闪器，并将其接地即可。

9.2避雷针、避雷线的装设原则及其接地装置的要求

1)为防止避雷针落雷而引起的反击事故，独立避雷针与配装置架构之间在空气中的距离不宜小于5m，独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离应大于3m。

2)独立避雷针（线）宜设独立的接地装置。独立避雷针不应设在人经党通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口待的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设卵石或沥青地面。

3)电压110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应有尽有其附近装设集中接地装置；35KV及以下高压配电装置架构或房顶上不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击；在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线。

4)110KV及以上配电装置，可将线路的避雷线引到出线门型架构上，土壤电阻率大于1000Ω.m的地区，应装设集中接地装置。

5)独立避雷针、避雷线与配电装置带电部分的空气距离，以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网间的地中距离，应符合规程的要求。

9.3避雷针的配置

9.3.1避雷针的配置原则

1)独立式避雷针宜装设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻。当有困难时，可将该接地装置与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点沿接地线的长度不得小于15m。

2)独立式避雷针与变配电装置在空气中的间距；独立式避雷针的接地装置与变配电所主接地网在地中距离，且，式中为冲击接地电阻。

9.3.2避雷针位置的确定

首先应根据发电厂设备平面布置图的情况而确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程规范的要求。

1)电压110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000欧米的地区，宜装设独立的避雷针。

2)独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10

3)35KV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。

4)在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在地中距离很难达到不小于15m的要求。

9.3.3本设计的防雷设计及计算

根据以上有关规范，结合本设计发电厂实际，本此设计的防雷保护采用4支避雷针进行保护，其中4支均是h=35m。

单支避雷针保护范围的保护半径可按下式计算：

当时，

当时，

式中：

在被保护高度平面上的保护半径（m）

被保护高度（m）

避雷针高度（m）

避雷针有效高度（m）

高度影响系数（时，；时，）。

本站被保护的最高高度为15m，避雷针高度35m，因此。又因为，所以。

代入公式计算得：

2） 的确定：

为避雷针的高度（m）；为被保护物体的高度（m）；为两避雷针之间的距离。

长：

宽：

对角线：

保护全面积的校验

条件为：

其中：为通过三支避雷针所形成的三角形顶点圆的直径。

<

所以满足条件。综上所述，该布置方案可以保护本站。

9.4接地装置

9.4.1一般规定

1)为保证人身和设备的安全，电气设备宜接地和接零。

2)使各种不同用途和不同电压等级的电气设备接地，应使用一个总的接地装置，其接地电阻应满足其中接地电阻最小的电气设备的要求。

3)设备的人工接地体应尽可能在电气所在地点附近对地电压分布均匀。

4)设计接地装置时，应考虑到一年四季中均能保证接地电阻的要求。

5)在确定发电厂接地装置的型式和布置时，应降低接触电势和跨步电势，使其不超过规定值。

9.4.2降低土壤电阻率的措施

在土壤电阻率（p>500Ω.m）的高电阻率地区，应尽量降低其接地电阻，具体措施有：1)敷设引外接地体；2)深埋式接地体；3)填充电阻率较低的物质；4)敷设水下接地网

9.4.3接地体的设计

工程实用的接地体主要由扁钢、圆钢、角钢或钢管组成，埋入地表0.5—1m。水平接地体多用扁钢，宽度一般为20—40mm，厚度不小于4mm，或者用直径不小于6mm的圆钢。垂直接地体一般用（—）或钢管，长度一般为2.5m。

9.4.4典型接地体的接地电阻计算

1）垂直接地体：

式中：l是接地体长度（m）；d是接地体直径（m）。当采用扁钢时d=b/2，b为扁钢的宽度。当采用角钢时d=0.84b，b是角钢每边宽度。

2）水平接地体：

式中：L是接地体的总长度（m）；h是接地体埋设深度（m）；A是表示因受屏蔽影响是接地体电阻增加的系数，其数值如下表

3) n根钢管或钢棒的总扩散电阻：

式中：R0：单根钢管或钢棒的扩散电阻；n：接地数目；η0：接地体的利用系数

表9-1屏蔽影响系数表

9.4.5本设计的接地设计

本次设计采用先在地下深为h的水平面上敷设方格形状的水平接地体，如图4-1所示：（俯视图）

图9-1接地俯视图

调整水平接地体的间距可以改变水平接地电阻的阻值，然后再在两水平接地体的相交处敷设垂直接地体，如图4-2所示（侧视图）

设水平接地体的间距为4m，则应敷设水平接地根（[] 为取整符号 ），水平接地体埋设深度取h=0.8m,采用宽度为30mm,厚度为4mm的扁钢；垂直接地体采用的角钢，长度为2.5m，

图9-2接地侧视图

本次设计水平接地体埋设深度取h=0.8m,间距为4m，采用宽度为30mm,厚度为4mm的扁钢；垂直接地体采用的角钢，长度为2.5m。

垂直接地体的电阻阻值：

取得

水平接地体的电阻值：

取A=2.14：

总的接地电阻阻值为以上两个电阻的并联：

满足要求。

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设计图纸说明

本次设计共画图纸5张（另附），其中包括电气主接线图、总平面布置图、110kV进出线断面图，35kV出线断面图、避雷针保护范围图等。

致谢

在整个毕业设计的过程中，特别感谢×××老师给与的指导与帮助。从毕业题目的选取到最后论文的完成，曾多次与老师讨论交流，许多问题在老师的教导下都迎刃而解，更重要的是在交流中学到了思考问题的角度和解决问题的方法。

在论文写作的三个月的时间里，我学到了很多平时学不到的知识。专业与非专业知识的综合、理论与实践的结合，不仅仅让我对发电厂、变电所技术的重要性、设计过程与步骤有了深刻的理解，对人生也是一种感悟，为以后走向工作岗位奠定了基础。

本文参考了许多专家、学者的研究成果和大量报刊、杂志的相关资料，在此一并表示感谢。

由于本人学识有限，加之时间仓促，文中不免有错误和待改进之处，真诚欢迎各位师长、同学提出宝贵意见。