發(fā)電廠電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

魏雪景

摘要：本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：變電所主變壓器選擇;變電所電氣主接線設(shè)計(jì);短路電流分析;電氣設(shè)備選擇等。根據(jù)電氣主線設(shè)計(jì)應(yīng)滿足可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的要求;分析短路電流的原因和危害;電氣設(shè)備的選擇采用了按額定電流選擇，按短路電流計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)的方法。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠;電網(wǎng);電氣;設(shè)計(jì)

主變壓器的選擇

在發(fā)電廠和變電站中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。在輸配電系統(tǒng)中，變壓器起到橋梁作用，變壓器是借助電磁感應(yīng)原理，交換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器。

變壓器的容量選擇

變壓器空載運(yùn)行時(shí)需用較大的無功功率，這些無功功率需由供電系統(tǒng)供給，變壓器容量若選的過大，不但增加投資，而且使變壓器長期處于輕載運(yùn)行，出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，使空載的損耗增加，功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加。若容量選的小，會(huì)使變壓器長期過負(fù)載，易損壞設(shè)備。變壓器的最佳負(fù)載率在40%-70%之間，由于變壓器容量裕度小，負(fù)載稍有增長，便需要增容，更換大容量的變壓器，勢必增加投資，且影響供電。選擇變壓器的容量，要以現(xiàn)有的負(fù)荷為依據(jù)，按照5-10年的發(fā)展規(guī)劃來確定。

變電所主接線

電氣主接線是由高壓電器通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強(qiáng)電流、高電壓的網(wǎng)絡(luò)，故又稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)。用規(guī)定的設(shè)備文字和圖形符號(hào)并按工作順序排列，詳細(xì)地表示電氣設(shè)備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。

主接線的基本要求

（1）可靠性

所謂可靠性是指主接線能可靠的工作，以保證對用戶不間斷的供電。衡量可靠性的客觀標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐。經(jīng)過長期運(yùn)行實(shí)踐的考驗(yàn)，對變電所采用的主接線經(jīng)過優(yōu)選，現(xiàn)今采用主接線的類型并不多。主接線的可靠性不僅要考慮—次設(shè)備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護(hù)二次設(shè)備的故障對供電可靠性的影響。同時(shí)，可靠性不是絕對的，而是相對的。一種主接線對某些變電所是可靠的，而對另一些變電所可能是不可靠的。

（2）靈活性

主接線的靈活性有以下幾方面要求;

1）調(diào)度要求。可以靈活的投入和切除變壓器、線路、調(diào)配電源和負(fù)荷，能夠滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式下、檢修方式下以及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)度要求。

2）檢修要求。可以方便的停運(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修，且不致影響對用戶的供電。

3）擴(kuò)建要求。可以容易的從初期過渡到終期接線，使在擴(kuò)建時(shí)，無論一次和二次設(shè)備改建量最小。

（3）經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性主要是投資省、占地面積小、能量損失小。

主接線的原則

1、考慮變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用。

2、考慮近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)劃

3、考慮負(fù)荷的重要性分級(jí)和出線回?cái)?shù)多少對主接線的影響

4、考慮主變臺(tái)數(shù)對主接線的影響

5、考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響

主接線設(shè)計(jì)程序

電氣主接線的設(shè)計(jì)伴隨著變電所的整體設(shè)計(jì)，即按照工程基本建設(shè)程序，歷經(jīng)可行性研究階段、初步設(shè)計(jì)階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階段和施工設(shè)計(jì)階段等四個(gè)階段。在各階段中隨要求、任務(wù)的不同，其深度、廣度也有所差異，但總的設(shè)計(jì)思路、方法和步驟相同。

一、對原始資料進(jìn)行分析，具體內(nèi)容如下：

（1）本工程情況。主要包括：變電所類型;設(shè)計(jì)規(guī)劃容量;變壓器容量及臺(tái)數(shù);運(yùn)行方式。

（2）電力系統(tǒng)情況。電力系統(tǒng)近期及遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃;變電所在電力系統(tǒng)中的位置（地理位置和容量位置）和作用;本期工程和遠(yuǎn)景規(guī)劃與電力系統(tǒng)連接方式以及各級(jí)電壓中性點(diǎn)接地方式等。

（3）負(fù)荷情況。負(fù)荷的性質(zhì)及地理位置、電壓等級(jí)、出線回路數(shù)及輸送容量等。 （4）環(huán)境條件。當(dāng)?shù)氐臍鉁亍穸取⒏脖⑽鄯x、風(fēng)向、水文、地質(zhì)、海拔、地震等因素對主接線中電器的選擇和配電裝置的實(shí)施均有影響。

（5）設(shè)備制造情況。為使所設(shè)計(jì)的主接線具有可行性，必須對各主要電器的性能、制造能力和供貨情況、價(jià)格等資料匯集并分析比較，保證設(shè)計(jì)的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和可行性。

二、擬定主接線方案。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，在原始資料分析的基礎(chǔ)上，可擬定若干個(gè)主接線方案。應(yīng)依據(jù)對主接線的基本要求，從技術(shù)上論證各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留2—3個(gè)技術(shù)上相當(dāng)，又都能滿足任務(wù)書要求的方案，再進(jìn)行可靠性定量分析計(jì)算比較，最后獲得技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)可行的主接線方案。

三、主接線經(jīng)濟(jì)比較。

四、短路電流計(jì)算。

五、電器設(shè)備的選擇。

六、繪制電氣主接線圖及其他必要的圖紙。

七、工程概算。

主接線的設(shè)計(jì)

主接線的基本形式，就是主要電氣設(shè)備常用的幾種形式，分為兩大類：有匯流母線的接線形式、無匯流母線的接線形式。

變電所電氣主接線的基本環(huán)節(jié)是電源、母線和出線。各個(gè)變電所的出線回路數(shù)和電源數(shù)不同，且每路饋線所傳輸?shù)墓β室膊煌Ｔ谶M(jìn)出線較多時(shí)，為便于電能的匯集和分配，采用母線作為中間環(huán)節(jié)，可使接線簡單清晰、運(yùn)行方便，有利于安裝和擴(kuò)建。但有母線后，配電裝置占地面積較大，斷路器等設(shè)備增多。無匯流母線的接線使用開關(guān)電器較少，占地面積小，但只適用于進(jìn)出線回路少、不再擴(kuò)的變電所。

有匯流母線的接線形式主要有：單母線接線和雙母線接線。

單母線接線的特點(diǎn)是整個(gè)配電裝置只有一組母線，每個(gè)電源線和引出線都經(jīng)過開關(guān)電器接到同一組母線上，供電電源是變壓器或高壓進(jìn)線回路。母線既可以保證電源并列工作，又能使任一條出線回路都可以從電源l或2獲得電能。每條引出線回路中部裝有斷路器和隔離開關(guān)，由于斷路器具有開合電路的專用滅弧裝置，可以開斷或閉合負(fù)荷電流和開斷短路電流，故用作接通或切斷電路的控制電器。隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，只用于設(shè)備停運(yùn)后退出工作時(shí)斷開電路，保證與帶電部分隔離，起著隔離電壓的作用。所以，同一回路中在斷路器可能出現(xiàn)電源的一側(cè)或兩側(cè)均應(yīng)配置隔離開關(guān)，以便檢修斷路器時(shí)隔離電源。

短路電流

所謂短路是指不同電位導(dǎo)電部分之間的不正常短接，既有相與相之間導(dǎo)體的金屬性短接或者經(jīng)小阻抗的短接，也有中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)或三相四線制系統(tǒng)中單相或多相接地（或接中性線）。

短路原因

電力系統(tǒng)發(fā)生短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣被損壞。絕緣損壞大多是由于未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備的缺陷，以及設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行不當(dāng)所致，如由于設(shè)備長期運(yùn)行，絕緣自然老化或由于設(shè)備本身絕緣強(qiáng)度不夠而被正常電壓擊穿;設(shè)備絕緣正常而被內(nèi)部人員違反操作規(guī)程和安全規(guī)程，造成誤操作而引發(fā)短路。電力系統(tǒng)的其他某些故障也可能導(dǎo)致短路，如輸電線路斷線和倒桿事故等。此外，飛禽及小動(dòng)物跨接裸導(dǎo)體，老鼠咬壞設(shè)備、導(dǎo)線的絕緣，都可能造成短路。

短路危害

短路電流通過導(dǎo)體時(shí)，使導(dǎo)體受到很大的電動(dòng)力作用、使導(dǎo)體發(fā)生變形，甚至損壞。

短路必將造成局部停電，而且短路點(diǎn)越靠近電源，停電范圍越大、給國民經(jīng)濟(jì)造成的損失也越大。短路引起系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電壓降低，特別是靠近短路點(diǎn)處降低得更多，短路點(diǎn)的電壓為零，結(jié)果可能導(dǎo)致非故障范圍部分或全部用戶的供電破壞。當(dāng)電壓降低到額定值的80%左右時(shí)，電磁開關(guān)有可能斷開，因而中斷供電;當(dāng)電壓下降到30%-40%，并持續(xù)達(dá)1s以上時(shí)，電動(dòng)機(jī)可能停止轉(zhuǎn)動(dòng)，使工廠產(chǎn)品報(bào)廢，甚至造成人身傷亡事故，直到短路故障被切除后，非故障系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電壓才能得以恢復(fù)。

為了保證電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行，減輕短路的影響，應(yīng)設(shè)法消除可能引起短路的一切因素，并且進(jìn)行短路電流計(jì)算，以便正確地選擇具有足夠的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的電氣設(shè)備，以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時(shí)不致?lián)p壞。

電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)

電氣設(shè)備的選擇是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理是選擇電氣設(shè)備的基本要求。電氣設(shè)備選擇的一般原則為：按正常工作條件下選擇額定電流、額定電壓及型號(hào)，按短路情況下校驗(yàn)開關(guān)的開斷能力、短路熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。在供配電系統(tǒng)中盡管各種電器設(shè)備的作用不一樣，但選擇的條件有諸多是相同的。

高壓斷路器的選擇

高壓斷路器是高壓電氣中的重要設(shè)備，是一次電力系統(tǒng)中控制和保護(hù)電路的關(guān)鍵設(shè)備，它在電網(wǎng)中的作用有兩方面，其一是控制作用，即根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求，接通或斷開工作電路;其二是保護(hù)作用，當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，在繼電保護(hù)裝置的作用下，斷路器自動(dòng)斷開故障部分，以保證無故障部分的正常運(yùn)行。

斷路器工作性能好壞直接關(guān)系到供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，為此要求斷路器具有相當(dāng)完善的滅弧裝置和足夠強(qiáng)的滅弧能力。

隔離開關(guān)的選擇

隔離開關(guān)是發(fā)電廠和變電所中常用的開關(guān)電器，用于隔離電源，以保證對其它電器設(shè)備和線路運(yùn)行的安全檢修。隔離開關(guān)的類型較多，按裝接地點(diǎn)不同分為屋內(nèi)式和屋外式;按絕緣支柱數(shù)目分為單柱式、雙柱式和三柱式;此外還有V型隔離開關(guān)。隔離開關(guān)選型時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇。

結(jié)論

在設(shè)計(jì)中，電氣主接線根據(jù)原始資料及實(shí)際工程應(yīng)用，在本變電所的設(shè)計(jì)中還對變壓器選擇、短路電流及設(shè)備選擇進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在主變壓器選擇中首先確定了變壓器的容量、臺(tái)數(shù)、型號(hào)，而后根據(jù)變電所所帶負(fù)荷情況同時(shí)結(jié)合相關(guān)的功率因數(shù)計(jì)算出變壓器的容量。

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