某火力发电厂的电气一次设计

摘 要

自从第二次工业革命以来，电力能源就作为主要能源为全世界的经济发展做

出了突出贡献。火力发电厂依然是主要的获取能源方式之一，其中电气一次设计

对于实际发电效率具有深远的影响，所以在设计中选择合适的接线模式对于火力

发电具有重要意义。

在火力发电厂中，电气系统最主要的就是电气主接线。 在满足安全性，可靠

性和经济性的前提下 ，本文介绍了火力发电厂的设计思路，设计过程，包括主接

线选择，变压器选择，断路器选择等，以当前火力发电厂电气一次设计工作开展

的情况为基础，深入探究火力发电厂中电气一次设计的技术要点，旨在提高电气

一次设计的科学性与合理性，为提高发电效率提供保障。

关键词 ：火力发电厂；电气一次设计；技术要点；主接线；短路电流

ABSTRACT

Since the Second Industrial Revolution, power energy has made outstanding

contributions to the world's economic development as the main energy source.

Thermal power plant is still one of the main ways to obtain energy. The primary

electrical design has a far-reaching impact on the actual power generation efficiency.

Therefore, it is important to select the appropriate wiring mode in the design for

thermal power generation.

In thermal power plants, the main electrical wiring is the most important part of

the electrical system. According to the requirements of safety, reliability, advanced

technology and economic rationality in accordance with the relevant national

standards, this paper introduces the design idea and design process of thermal power

plants, including the selection of main wiring, transformer and circuit breaker. Based on

the current situation of primary electrical design of thermal power plants, this paper

deeply explores the primary electrical design technology in thermal power plants. The

main points are to improve the scientificity and rationality of primary electrical design

and to provide guarantee for improving power generation efficiency.

Key words : Thermal Power Plant; Primary Electrical Design; Technical Key Points;

Main Wiring; Short Circuit Current;

目 录

绪 论 .................................................................................................................................1

第一章 发电机与主变压器的选择 ..................................................................................2

1.1 选择主变压器 ......................................................................................................2

1.1.1 主变压器的选择 ........................................................................................2

1.1.2 主变压器台数的确定 ...............................................................................2

1.1.3 变压器相数的确定 ...................................................................................2

1.1.4 变压器绕组数的确定 ...............................................................................3

1.1.5 绕组的接线方式的确定 ...........................................................................3

1.1.6 本厂变压器的选择结果 ............................................................................3

1.2 选择发电机 ..........................................................................................................3

1.2.1 概述 ............................................................................................................3

1.2.2 发电机选择结果 ........................................................................................4

第二章 电气一次设计的主接线 .....................................................................................5

2.1 概述 ......................................................................................................................5

2.1.1 主母线的接线方式 ....................................................................................5

2.1.2 电气主接线设备 ........................................................................................5

2.1.3 启动 / 备用电源的接线 ...............................................................................6

2.2 方案拟定 ..............................................................................................................6

2.3 厂用电系统的设计 .............................................................................................7

2.3.1 概述 ............................................................................................................7

2.3.2 厂用电源电压等级 ....................................................................................7

2.3.3 厂用电引接线方式 ....................................................................................7

2.3.4 厂用工作变压器的选择 ............................................................................8

2.3.5 厂用变压器容量的选择 ............................................................................8

2.3.6 厂用备用变压器的选择 ............................................................................8

第三章 短路电流计算 .....................................................................................................9

3.1 概述 ......................................................................................................................9

3.1.1 具体思路 ....................................................................................................9

3.2 短路等值电抗电路及其参数计算 .....................................................................9

3.2.1 电抗计算 ..................................................................................................10

3.3 各短路点短路电流计算 ..................................................................................10

3.3.1 短路点 kl 的计算（ 220Kv 母线侧） .......................................................11

3.3.2 短路点 k2 的计算 ( 发电机端 18KV).........................................................11

3.3.3 短路点 k3 的计算 ...................................................................................12

第四章 电气设备的布置 ...............................................................................................14

4.1 概论 ....................................................................................................................14

4.2 电气设备选择的一般原则及短路校验 ............................................................14

4.2.1 设备选择的一般原则 ..............................................................................14

4.2.2 按短路条件进行校验 ..............................................................................15

4.3 电气设备的整定计算 ........................................................................................16

4.4 断路器的选择 ....................................................................................................16

4.5 电压互感器的选择 ............................................................................................17

4.5.1 220KV 母线侧电压互感器 .......................................................................18

4.5.2 发电机出口侧电压互感器的选择 ..........................................................18

4.6 电流互感器的选择 ............................................................................................19

4.6.1 出线回路及双绕组变压器回路 ..............................................................19

4.6.2. 发电机侧电流互感器的选择 ..................................................................20

第五章 电缆的选择及敷设 ...........................................................................................21

5.1 电缆的选择 ........................................................................................................21

5.1.1. 导体的选型 ..............................................................................................21

5.1.2. 绝缘材料的选型 ......................................................................................22

5.1.3. 结论 ..........................................................................................................23

5.2 电缆的敷设 ........................................................................................................24

结束语 .............................................................................................................................25

致 谢 ...............................................................................................................................26

参考文献 .........................................................................................................................27

1

绪 论

近些年来我国的经济发展越来越快，技术进步也越来越明显。人们日常生活对

电能的供给也有了更多的要求。所以为了能够有效地提高供电质量，不但要寻找

新的电能来源，而且还要想办法提高现有的发电站的发电效率或者供电质量。我

国目前的电能供给方式中，火电站是其中最重要的一种。若是能够想办法将其中

的电气设计模式予以一定的优化。那么就能使得发电站的工作效率得到极 大 的提

高，然 后 经济效 益 也 会增加 ，整 个社会都会受益 。

因此 ， 这里通 过 研 究目前火电方 面 的有 关规范标准 ，还有现在 已 经 投 入使用

的各 个 电站的发电情况，对 如何 优化火电站的电气一次系统进行了探 讨 。

2

第一章 发电机与主变压器的选择

1.1选择主变压器

1.1.1 主变压器的选择

与 600MW 及以下机组 连 接的主变压器，若是不考 虑运输 条件可能 造成 的影响的

话 ，则使用的变压器的 类 型 应该 选择三相变压器； 如 果 连 接到机组的变压器的 功 率

为 1000兆瓦 的 话 ，那么 运输 条件和 制造 条件 都 不能 忽略 ，可以选择，变压器，为三

相的或者 单 相的。 如 果选择了 单 相的， 呢 么在进一步选择其 弯管 的 时候 ，设备的相

位应根据 电厂的 位 置和所 连 接的电力系统和设备的情况来确定。

根据需 要，本设计 采 用 300MW 发电机。机组 连 接 时 ，主变压器按发电机 额 定容

量 扣除 机组厂用 负荷后 ，按 10%裕度 确定。计算以发电机最 大连续输 出容量和机组

厂用 负荷 的 扣除 为基础。电厂主接线 采 用 2 台容量为 36000 kVA 的三相双绕组变压

器。 两 台主变压器和 两 台发电机组 分别连 接。

S=( Pc –Pt ) × （ 1+10% ） /cos

ST1 = ST2= （ 300-300×8% ） ×1.1/0.85=357.18MVA

300MW 的发电机选择最接近 标准 容量为 360MVA 的变压器 即 容量为 360MVA 的三相三绕

组 升 压变压器， 这里 选择的型 号 为 SFP7-360000/220 ，其相 关 的一些技术参数 如 下

1.1.2 主变压器台数的确定

在确定发变电站的变压器的台数的 时候 所考 虑 的 因素 有 很 多， 比如说 电压等级

传输 容量等等。 通 常情况下， 大 中型发电厂和与系统有 强连 接的重要变电所在一 个

电压等级下不 应少 于 两 台主变压器；对于 弱连 接的中 小 型发电厂和 低 压侧电压为

6-10kV 的变电所，或 只 有一台主变压器可以安 装 在变电站和系统 仅 为备用；对于 隔

离 的一次变电站或 大 型工业 专 用变电站，所安 装 主变压器的数量不能 超 过一台。 这

里 考 虑 各种情况设置了三台主变压器。

因 为 此 电厂 拥 有 两 台 装 机 功 率 300兆瓦 的发电机，而且全 部由 发变组 连 接， 故

选用 220kV 电压等级 连 接 两 台主变压器。

1.1.3 变压器相数的确定

在选择变压器的型 号 的 时候 ， 应该 考 虑 到各种参数的影响， 比如说 相数，绕组

数，接线方式等等。其中，相数和绕组数以及绕组接线组 别 是最为重要的三 个 参数

3

如 果所设计电力系统的 额 定电压不 超 过三 百 三 十千伏 的 话 而且 运输 条件不 受 到 任何

限制 的 话 ， 通 常情况下我们 会 选择三相变压器作为主变压器。

1.1.4 变压器绕组数的确定

200MW 及以 上 机组 升 压变压器一般不 采 用三台绕组变压器。 由 于发电机回路 采

用 封闭 母线，供电可靠，而 大 电流 隔离 开 关 发 热问题比较 突出也 比较严 重。 除此 之

外 ，在第三绕组的中压一侧， 因 为 制造上 的某些缘 故 ， 通 常不 会 在 这里 设置 分 接 头

一般 都 是 制造 一 个死 接 头 。 这 种情况不 利 于在中和高中电压侧的电压 调节 以及 负载

分 布。 如此 的 话 ，使用三绕组 比起 双绕组 反倒降低 了 灵 活性。 这里 选择使用双绕组

变压器。

1.1.5 绕组的接线方式的确定

在确定接线方式的 时候 ， 必须 使其和系统电压保 持 一致，不一致的 话 则 无 法 并

联运 行。绕组的 连 接方式有 两 种，第一种是 “Y” 型，第二种是 “D” 型。 如何 选择

连 接方式 应该根据 具体工程情况来确定。在国 内 ，对于 超 过一 百千伏 的电压等级的

变压器。绕组使用的 连 接方式一般为 yn 型 连 接；若是电压 只 有三 十 五 千伏 则使用

“Y” 型接法，在中性点 处 ，使用 消弧 线 圈 来接地，若是电压不足三 十 五 千伏 则使

用 “D” 型接法。

1.1.6本厂变压器的选择结果

本厂主变压器选择参数 如 下：

型 号

容量

（ KVA ）

台数

相数

绕组数

接线方式

SFP7-360000/220

360000

2

三相

双绕组

YN ， d11

1.2选择发电机

1.2.1概述

在火力发电的电气一次设计的发电机选择 上 ，为了保 证 电气一次设计的合理性

与科学性， 应该 重 视 发电机的选择。就电气一次设计的发动机来 说 ，重点要考 虑 发

电机的实际容量， 同时 在选择的过程中 应该 保 证 其容量与 汽轮 机 协调 ，以保 证 二者

能够相互 配 合。

另外 ，要 关注 发电机与 汽轮 机二者之 间 的相容性 问题 ， 根据 发电机与 汽轮 机最

大 容量值使其相互适 应 ，还要保 证 发电机的 冷却 系统 内 进 水温度 可以和 汽轮 机 冷却

水 的 温度 相 同 ，提 升 设备的 运 行质量。 在 额 定的 功 率 因 数与 额 定电压之下选择发

动机， 首先 要确保其 额 定容量与 汽轮 机的 额 定出力能相互 配 合，其次要确保发电机

与 汽轮 机之 间 的最 大连续 容量能够相互 配 合，最 后需 要确定所选择的发电机的 冷却

器的进 水温度必须 与 汽轮 机相 应 工况下的 冷却水温 相 同 。

4

装 机容量 300兆瓦 的发电机， 应该 满足以下要求 :

1、汽轮 发电机组 轴 系的自然 扭转振 动 频 率 应避免 工 频 和双工 频 。

2、 发电机各 部 件的结 构强度应 能 承受额 定 负荷 下的 任何形 式的突然短路 故 障， 额

定电压为 105% 。 汽轮 发电机组 应 能 承受 与 它 们相 连 的高压 输 电线路断路器的 单 相重

合 闸 。

3、 发电机 应 具备相 位超 前 、调峰、 短 期失 步 运 行和短 期外励磁异 步 运 行的能力，

应符 合 DL/T1040 的相 关规 定， 即 现行行业 标准 。

4、励磁 系统的 特 性和参数 应 满足电力系统各种 运 行方式的要求， 应 选择 成熟 的厂

家形 式。

1.2.2发电机选择结果

我选择了型 号 QFS—300—2 ，具体参数 见 下：

型 号 QFS—300—2

额 定 功 率 /MW 300

额 定电压 /kv 18

额 定电流 /kA 11320

功 率 因 数 /cosΦ 0.85

同 步电抗 /xd% 236.35

接线方式 / YY

定 子 开路 时转子时间 常数 /s 8.38

超瞬 变电抗 X"d% 17.1

5

第二章 电气一次设计的主接线

2.1 概述

发电厂电气一次设计中电气主接线 部分 是一 个 重点和 难 点，主要 分 为三 大部

分 ，其一是主母线的接线方式，其二是电气主接线设备的接线，其三是启动 /

备用电源的接线。下 面 我们 分别针 对 这 三 大 方 面 的接线方式进行 分析 。

2.1.1 主母线的接线方式

对于二 百 二 十千伏 的 配 电 装 置来 说 ，可以选择的 连 接方式有来年各种，第一

种是双母线双 截面连 接方式，第二种是双母线 单截面连 接方式。 连 接的 时候遵循

应该遵循 的 连 接原则。对一 个 电力系统来 说 ，若是 存 在 拒 绝 运 行或 失 效的断路器，

那么 应该首先 保 证这个 电力系统的可靠性和 稳 定性。保 证 了可靠性和 稳 定性的前

提下。 通 过回路数和 允许切除 的机组数量等参数来作为依 据 来确定接线方式。 通 常

可以 根据 容量来选择机组的数量， 如 果容量高于 1 万兆瓦 ，则选择机组的数量不

能 低 于四台，在 这 种 时候应 当选择双母线双 分段 的接线方式，若是容量不足 1 万

兆瓦 但是 超 过 5000 兆瓦 的 话 可以选择的机组数量为三台， 这 种情况下 应 当选择，

双母线 单分段 接线的接线方式， 如 果是四台的 话 ，则选择双母线双接线方式。

火力发电厂电气主接线设计 应符 合下 列规 定：

1. 应根据 电力系统性质 、 系统 规划、 容量 、环境 条件和电厂的安全可靠 、运 行 灵 活 、

经济合理及 操 作 维修 方 便 等要求，合理选择方案。

2. 应根据 电厂在系统中所 处 的地 位、规划 容量 、 工程 特 点及所 采 用的设备条件，

做到远 、 近 期 结合， 应 以近 期 为主， 并应 适当 留 有 扩建 的条件。

3. 当电厂 初期建 设机组 2 台及以下，出线回路数 少时 ， 宜简 化电气主接线， 并应

采 取 便 于 扩建改造、减少停 电 损失 的过 渡措施 。

同时 ，在 连 接主母线接线 时 ，还要将经济 因素纳 入考 虑 的 范 围 中， 尽 可能使

用最经济的方式获得更高的经济 收 入， 促 进火力发电厂的发展。

2.1.2 电气主接线设备

在火力发电厂的发电过程中，为了保 证 发电过程的 稳 定性，可以选择 架空 线

路 、 母线引进的方式 完 成 电气主接线的 连 接。 同时 ，在 连 接电气主接线的过程中，

为了能够 避免 恶劣天 气， 如 雷雨天 气等对电气设备的 损 害 ， 需 要将 避 雷 装 置 加装

在设备的入口 位 置。在电气一次设计工作开展的过程中，为了保 证 电气设备 位 置

的 准 确性， 通 常情况下设计人 员 都会 使用 抽屉 式的安 装 方式， 便 于对电气设备 位

置的 调 整 、 状态检 修 等工作的开展，为 后期维修 与 检查 提供 便利 。

2.1.3 启动/备用电源的接线

备用电源启动的接线方式 如 表 1 所 示 。

序

号

配 电 装

置的备用电

接线方式

6

源电压

1

≤ 220k

V

从 配 电 装 置的母线

进行 直 接引接

2

330kV/

500kV

从 330kV 电压或者

500kV 电压的 配 电 装 置

中， 通 过 降 压来进行引

接

表 1 备用电源启动的接线方式

2.2 方案拟定

300MW 发电机 G -1、 G -2 采 用双绕组变压器 连 接 220kV 母线，不但极 大 的优化

了 配 电设备的结 构 ，还在 很大 程 度上 保 证 了其安全性。 220kV 电压电 平 出线为 4 ，

电源 应 充 分 考 虑 其可靠性，使用双母线 连 接。 通 过 这 种方式，可以 避免 断路器 维

护 ，而不影响 后期 出现 故 障 时 的 维 护 和 检 修 工作。将 停 机次数 减少 ， 停 机 时间降

低 ，保 证 了可靠的供电。发电机不与 110kV 母线 连 接， 220kV、110kV、6kV 厂用电接

线变压器与三相三绕组变压器 连 接， 110kV 母线与 两 条母线 连 接。

如 图 所 示 ：

2.3 厂用电系统的设计

2.3.1 概述

辅助 接线的设计原理基本与主接线的设计原则相 同 。 首先 ， 应 保 证 可靠 、连续 的电

源，保 证 电厂主发动机的安全 运 行；然 后 在布线的 时候应该 保 证 足够的 灵 活性，

保 证 在 正 常 运 行或者出现 事 故 或者进行 维 护 的 时候都 不 会 产 生过 大 的影响。 同时

因 为技术是不断进步的，新的设备是不断出现的，还 应该 考 虑 性能更 加 优越的新

技术和新设备等等，使其 成 为可行和 先 进的。