2x100MW火电厂电气一次部分设计及发变组保护设计毕业设计论文

毕业设计说明书 2x100MW火电厂电气一次部分设计及发变组保护设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 摘 要 本设计内容为2×100MW火力发电厂电气部分初步设计，包括设计说明书和设计图纸两大部分。设计说明书部分主要编写了火电厂电气主接线 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 确定和厂用电设计；发电机、主变压器的选择以及电气设备配置；短路电流的计算；高压电气设备的选择与校验；微机保护的配置与整定计算；防雷保护的规划设计。设计图纸分别是：（1）2×100MW火力发电厂电气主接线（2）发电机变压器保护配置图（3）发电机变压器差动保护控制回路图。 关键词：发电厂；变压器；电力系统；继电保护；电气设备 Abstract The content of article is the first steps of 2×100 MW power plant engineering electrical part design. Including design specifications and design drawings of two parts. Prepared some of the major design specifications of electrical power plants and the main connection scheme for the power plant design; Generators, main transformers and electrical equipment configuration choices; Short-circuit current calculation; High-voltage electrical equipment selection and validation; Configuration and microprocessor-based protection setting calculation; Planning and design of lightning protection. Design drawings are: (1) 2x100MW power plant electrical main connection; (2) generator and transformer protection configuration diagram; (3) The generator and transformer differential protection control circuit diagram. Keywords: Power plant;Transformer; Protection; Electrical equipment. 目 录 第一章 绪论 1 1.1 电力工业的发展概况 1 1.2 原始资料 1 1.3 本次设计的目的和意义 2 1.4 本次设计的内容 2 第二章电气主接线设计 3 2.1 主接线概述 3 2.2 对原始资料的分析 3 2.3 拟定可行的主接线方案 4 2.3.1 主接线的几种基本形式 4 2.3.2 主接线 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 的拟定 6 2.4 变压器选择 9 2.4.1 变压器的型号 9 2.4.2 主变压器的选择 10 2.4.3 高压厂用变压器的选择 12 2.4.4 启动备用变压器的选择 12 2.5 电气主接线具体接线设计 14 2.5.1 发电机变压器接线 14 2.5.2 厂用电源的引出接线 14 2.5.3 220KV配电装置的连接 15 2.5.4 启动备用变压器和厂用电母线的连接 16 2.5.6 发电机组主接线中的设备配置 18 第三章 短路计算 21 3.1 短路电流计算的目的和假定条件 21 3.1.1 短路计算的目的 21 3.1.2 短路计算的假定条件 21 3.1.3 短路计算方法 21 3.2 系统等效电路 22 3.2.1 基准值计算 22 3.2.2 各元件标幺值的计算 22 3.2.3 基准电流的计算 23 3.3 短路点短路电流计算 24 3.3.1 220KV母线（K1点）短路 24 3.3.2 发电机端（K2点）短路 26 3.3.3 6KV母线（K3点）短路 29 3.3.4 启动备用变压器高压侧（k4点）短路 32 3.3.5 短路计算结果 34 第四章 电气设备的选择 35 4.1   电气设备选择概述 35 4.2  电气设备选择的一般原则 35 4.3 高压电气设备一般配置 35 4.3.1 断路器的配置 35 4.3.2 隔离开关的配置 35 4.3.3 接地刀闸或接地器的配置 35 4.3.4 电压互感器的配置 36 4.3.5 电流互感器的配置 36 4.3.6 避雷器的配置 36 4.3.7 母线的配置 37 4.4  电气设备选择 39 4.4.1 断路器和隔离开关的选择 39 4.4.2 电流互感器的选择 44 4.4.3 电压感器的选择 47 4.6.4 接地开关的选择 49 4.4.5 高压开关柜的选择 49 4.4.6 导体的选择与校验 50 第五章 防雷设计 53 5.1 雷电过电压的形成与危害 53 5.2 电气设备的防雷保护 53 5.2.1 发电厂和变电所的防雷保护 53 5.2.2 架空输电线路的防雷保护 53 5.2.3 直配旋转电机的防雷保护 53 5.2.4 配电网的防雷保护 54 5.3 避雷针的配置原则 54 5.4 避雷针位置的确定 54 5.5 避雷器的选择和配置 54 第六章 主发变组保护配置 59 6.1 差动保护 59 6.1.1 变压器纵差保护 60 6.1.2 发电机纵差保护配置整定 62 6.2 发变组的其他保护 63 6.2.1 发电机定子匝间保护 63 6.2.2 相间短路后备保护 63 6.2.3 对称过负荷保护 64 6.2.4 不对称过负荷（负序电流保护） 64 6.2.5 220KV阻抗保护 64 6.2.6 断路器失灵保护 64 6.2.7 高压厂变复合电压过流 65 6.2.8 高压启动备用变压器分支过流 65 6.2.9 高压启动备用变压器分支后加速保护 65 6.2.10 发电机定子接地保护 66 6.2.11 主变压器高压侧单相接地保护 66 6.2.12 高压启动备用变压器零序保护 66 6.2.13 发电机励磁回路保护 67 6.2.14 发电机过激磁保护 67 6.2.15 发电机过电压保护 67 6.2.16 发电机失磁保护 67 6.2.17 发电机逆功率保护 68 6.2.18 发电机频率异常保护 68 6.2.19 机组启停机保护 68 6.2.20 热工保护 68 6.2.21 失磁联跳保护 68 6.2.22 紧急跳闸保护 68 6.2.23 主变压器本体保护 69 第七章 结束语 70 参考文献 71 外文原文和译文 72 外文原文 72 译文: 82 致 谢 89 第一章 绪论 1.1 电力工业的发展概况 到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。我国的电力系统从20世纪50年代开始迅速发展。到1991年底，电力系统装机容量为14600万千瓦，年发电量为6750亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路以220 千伏、330千伏和500千伏为网络骨干，形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千瓦的省电力系统，大区之间的联网工作也已开始。此外，1989年，台湾省建立了装机容量为1659万千瓦的电力系统。 目前我国人均拥有装机容量和人均占有发电量较低，技术经济指标平均水平不高，火电厂的污染物排放量高，电网相对薄弱，供电可靠性偏低。为了提高效率和保护环境，及时关闭低效率、煤耗高、污染严重的小火电机组，以大带小，装设烟气脱硫及降低氮氧化物设施，开展洁净煤燃烧技术的研究及应用。主要的发展方针有： 1、积极发展水电，水能资源是可再生的、清洁的能源；在电力系统中，有一定比重的水电装机容量对系统调峰和安全经济运行极为有利；水电站的发电成本低，水库可以综合利用。 2、优化发展火电，我国有丰富的煤炭、石油和天然气，火电厂的厂址不受限制，建设周期短，能较快发挥效益。 3、适当发展核电。 4、重点发展电网，促进全国联网 5、因地制宜发展新能源发电，做好农村电气化建设，在边远农村和沿海岛屿，因地制宜建设小水电、风力发电、潮汐发电、地热发电和太阳能发电等。 1.2 原始资料 （1）课题名称：2×100MW火电厂电气一次部分及发变组保护设计 （2）毕业设计的主要内容 设计一个2×100MW发电厂电气一次部分，发电机出线电压级10.5kV，220kV电压级，架空出线4回，每回出线输送容量为30MVA。 系统阻抗值在最大运行方式下（Sj=100MVA），与220kV系统的联系阻抗为0.025。系统可视为无穷大容量系统。电厂的起动备用电源由110kV系统引入。 (3)设计实现的主要功能 该电厂可向电网供给220kV电压等级的电能，其单机容量为100MW，本期设计2台。 (4)主要技术指标 发电机型号为： QFS-100-2 Pe=100MW Ue=10.5kV Ie=6150A CosФ=0.85 Xd”=0.18 电动机计算负荷之和约为14000KVA；低压厂用计算负荷之和约为5000KVA。 1.3 本次设计的目的和意义 建火电厂就是将不容易、不方便被人们利用的能量（煤炭），通过火电厂转化为易被人们利用的电能。在这个过程中，提高了能量的利用率，节约能源，对人类的可持续发展有重要的意义。电能有许多的优点：首先，它可以简便的转换成另一种能量。其次，电能经过高压输电线路可以输送很远的距离，供给远方用电。总之，电能的优点很多，对我国的国民经济有重要的影响。 在这次设计中，通过电厂的设计，把我们以前所学的《电路》、《电力系统分析》、《电力系统继电保护》、《电机学》、《高电压》等各科进行一个综合，这在我们加深理论理解的同时，又增加了实际运用的操作，使理论与实际较好的结合。本次设计是大学四年知识的 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ，这为我们以后继续学习或进入工作岗位，打下一个坚实的基础。 1.4 本次设计的内容 本次设计的主要内容包括:电气一次部分的分析和设备的选择，二次部分的配置以及其间的各种图。 说明书共分为两部分:电气一次部分的总体分析，短路计算和各种电气设备的选择和电气二次部分。 第二章电气主接线设计 2.1 主接线概述 电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。所以，由文献[1]可知；它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面： 可靠性：在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠程度。可靠性的具体要求在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求；在检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。 经济性：要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备；要节省继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少；经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。 2.2 对原始资料的分析 从原始资料和文献[4]可以知道，本电厂属于地区性火力发电厂，建成后总容量为200MW，建成后与周边的几个电厂形成区域电网。该电厂的发电容量除了本厂厂用电后剩余的电力向系统供电。因此，本电厂在系统有重要作用。电厂是否安全、可靠运行直接影响该地区的经济效益，可见该电厂的重要性。 2.3 拟定可行的主接线方案 2.3.1 主接线的几种基本形式 1） 单母线接线 只有一组母线的接线如图2-1所示是一个典型的单母线接线图。这种接线的特点是电源和供电线路都联在同一母线上。为了便于投入或切除任何一条进、出引线每条引线上都装有可以切除负荷电流和故障电流的断路器。 单母线接线的主要优点是：接线简单、清晰、采用设备少，投资省，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。单母线接线一般只适用于一台发电机或一台变压器的以下三种情况： （1）6～10KV配电装置的出线回数不超过5回； （2）35～63KV配电装置的出线回数不超过3回； （3）110～220KV配电装置的出线回数不超过3回。 单母线接线最严重的缺陷是母线停运（母线检修、故障，线路故障后线路保护或断路器拒运）将使全部支路停运，即停电范围为该母线段的100%，且停电时间很长，若为母线自身损坏须待母线修复之后方能恢复各支路运行。 图2-1 图2-2 隔离开关作为操作电器，所以断路器和隔离开关在正常运行操作时，必须严格遵守操作顺序；隔离开关“先合后断”或在等电位状态下进行操作。 2） 单母线分段接线 单母线接线的缺点可以通过将母线分段的办法来克服。如图2-2所示。当母线的中间装设一个断路器后，即把母线分为两段，这样对重要的用户可以由分别接于两段母线上的两条线路供电。 由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点，所以这种接线目前仍被广泛应用。单母线分段接线适用范围： （1）6～10KV配电装置的出线回数为6回及以上时； （2）35～63KV配电装置的出线回数为4～8回时； （3）110～220KV配电装置的出线回数为3～4回时。 单母线分段有其如下优点：用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同的段引出两条回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 但是单母线分段接线也有较显著的缺点，就是当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电；当出线为双回路时，架空线路出现交叉跨越；扩建时须向两个方向均衡扩建。显然对于大容量发电厂来说，这都是不允许的。因此，还要改进。 3） 双母线接线 双母线接线是根据单母线接线的缺点提出来的，如图2-3所示。双母线接线，其中一组为工作母线，以组为备用母线，并通过母联断路器并联运行，在进行倒闸操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电位下操作或先通后断。它可以有两种运行方式，一种是固定连接分段运行方式。即一些电源与出线固定连接在一组母线上，母联断路器合上，相当于单母线分段运行。另一种工作方式相当于单母线运行方式。很显然双母线分段的可靠性高于前两种接线方式，只是母线保护较复杂。然而它比单母线分段接线的投资更大。 如检修工作母线是其操作步骤是：先合上母线断路器两侧的隔离开关，再合母线断路器，向备用线充电，这是两组母线等电位。为保证不中断供电，应先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关。完成母线转换后，在断开母联断路器及其两侧的隔离开关，即可对原工作母线进行检修。 双母线接线的适用范围： （1）6～10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时； （2）35～63KV配电装置的出线回数超过8回火连接电源较多、负荷较大时； （3）110～220KV配电装置的出线回数为5回以上时，或110～220KV配电装置，在系统中居重要地位，出线回数在4回以上时。 双母线接线的优点有： a供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。 b调度灵活。各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。 c 扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线单位电源和符合均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以至界限不同的母线断路时不回如单母线分段那样导致出线交叉跨越。 d 便于实验。当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。 双母线接线也有其缺点： a 增加一组母线和使每回路就须加一组母线隔离开关。 b 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。为了避免隔离开关误操作，需要隔离关和断路器之间装设连锁装置。 4） 变压器-线路单元接线 发电机和变压器直接连接成一个单元，组成发电机-变压器组，称为单元接线。单元接线的特点是几个元件直接单独连接，其间没有任何横的联系（如母线等），这样不仅减少了电器的数目，简化了配 图2-3 双母线接线 电装置的结构和降低了造价，同时也大大减少了故障的可能性。 （1）发电机-双绕组变压器组成的单元接线。在图2-4（a）和（b）中，发电机和变压器成为一个单元组，电能经升压后直接进入高压电网。这种接线由于发电机和变压器都不能单独运行，因此，二者的容量应当相等。单元接线的基本缺点是原件之一损坏或检修时，整个单元将被迫停止工作。这种接线形式适用于大型的发电厂。 （2）发电机-变压器-线路单元接线。如图2-4（c）所示，这种接线不需在发电厂或变电所中建造高压配电装置，从而大大减小了占地面积与造价，并简化了运行。但这种接线的采用却具有相同的局限性，线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时，线路停运。 图2-4单元接线 2.3.2 主接线设计方案的拟定 待设计电厂为中型火力发电厂，其总装机容量为375MW，最大单机容量为100MW。此电厂既有中型容量的规模，又为火电厂，在电力系统中主要承担负荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。从负荷特点及电压等级上可知，它具有10.5kV、110kV、220kV三级电压，一级电压负荷，且发电机出线电压级（10.5kV）不向周围地区直接提供负荷，220kV电压级出线4回，每回出线输送的容量为30MVA。 220KV电压级出线4回，根据各种基本接线的适用范围和特点，220kV级可采用单母线分段接线、双母线接线或双母线带旁母接线。发电机出口电压，既无直配负荷，又无特殊要求，拟采用单元接线形式 根据以上分析，提出以下三种可比接线方案。 方案Ⅰ：单母线分段接线 如图2-5所示，发电机与双绕组变压器组成单元接线，发电机的电压经过主变压器升高后送入220KV系统。两段220KV母线由分段断路器相连，每段母线上出线2回。在每个发电机-变压器组的主变压器低压侧引出厂用工作电源。 方案Ⅱ：采用双母线接线形式 与方案Ⅰ相同的是，发电机与双绕组变压器也构成单元接线形式，厂用高压电源从每台发电机的出口引出。在此方案中不同的是，220KV电压级配电装置采用了双母线接线，4回出线接在母线上，如图2-6所示。 方案Ⅲ：双母线带旁路母线接线 在此方案中，220KV配电装置采用了双母线带旁路母线的接线方式，其他装置的接线方式与前面两种方案的接线相同,如图2-7所示。 图2-5 方案Ⅰ单母线分段接线 图2-6 方案Ⅱ双母线接线 图2-7 方案Ⅲ双母线带旁路母线接线 对几种方案进行综合比较，如表2-1所示。 表2-1 电气主接线方案比较 方案 项目 方案Ⅰ 方案Ⅱ 方案Ⅲ 可靠性 a.简单清晰，设备少，设备本身故障率小； b.220KV母线检修将导致一半容量停运。 a.接线清晰，可靠性高； b.开关设备较少，操作简单。 a.接线很复杂，操作也很复杂； b.可靠性高，无论检修母线或设备故障、检修，都不致全厂停运。 灵活性 a.运行方式相对简单，调度灵活性差；b.各种电压级接线都便于扩建和发展。 a.通过倒闸操作看形成不同运行方式，调度灵活性好；b.便于扩建和发展。 a.有多种运行方式（双母、单母、固定接线），从而运行调度灵活，但保护装置复杂；b.便于扩建。 经济性 a.设备相对少，投资小； b.占地面积相对小。 a.设备较少，投资少； b.占地面积较少； c.采用单元接线，避免了选择大容量的出口断路器。 a.投资高，设备数量多； b.占地面积多。 通过定性分析，可以很明显地看出，方案Ⅲ的供电可靠性虽然较高，但是较之其余两种方案，方案Ⅲ的接线最为复杂，操作最复杂，同时所用的设备也最多，建设投资最大。方案Ⅱ较之方案Ⅰ有供电可靠、调度灵活、便于扩建等优点。另外由于有了SF6断路器等高性能的电气设备，可以不设置旁路母线。经过论证比较，在技术上（可靠性、灵活性）和经济上方案Ⅱ明显合理。所以综合分析，决定选第Ⅱ方案为最终设计方案。 2.4 变压器选择 2.4.1 变压器的型号 变压器的型号是由字母和数字两个部分组成的，一般可表示如下： 其中：1为变压器的产品型号，由多个字母组成； 2为设计序号； 3为额定容量，kV·A； 4为高压绕组电压等级，kV。 电力变压器的产品型号代表符号如表2-2所示。 表2-2 变压器型号代表符号 序号 分类 类别 代表符号 1 相数 单相 三相 D S 2 绕组外绝缘介质 变压器油 空气 成型固体 G C 3 冷却方式 油浸自冷式 空气自冷式 风冷式 水冷式 — — F W 4 油循环方式 自然循环 强迫油导向循环 强迫油循环 — D P 5 绕组数 双绕组 三绕组 — S 6 调压方式 无励磁调压 有励磁调压 — Z 7 绕组导线材料 铜 铝 — L 8 绕组耦合方式 自耦 分裂 O F 注：a.符号“—”表示为不表示； b.自耦变压器用作升压时，符号O列在型号之后；用作降压时，符号O列在型号之前。 2.4.2 主变压器的选择 1.容量选择 发电机与变压器单元接线时，主变压器的容量可按以下条件中的较大者选择： （1）按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，并留有10%的裕度； （2）按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。 设计任务中已知条件为： （1）发电机参数：PN=100MW, Cos =0.85； （2）高压电动机计算负荷之和约为14000KVA，低压厂用计算负荷之和约为5000KVA。 因此，发电机的额定容量为 SN = = = 117.65MVA 本机组的厂用计算负荷之和为 S30 = 14000kVA+5000kVA = 19000kVA = 19MVA 根据容量选择的原则，主变压器的容量应满足 ST·N ≥ (SN- S30) 1.1 = (117.65-19) 1.1MVA = 1 48.5MVA 因此，选取容量为150MVA的主变压器。 2.主变压器型式的选择 主变压器型式的选择主要包括有：相数、绕组数、电压组合、容量组合、绕组结构、冷却方式、调压方式、连接组别、全绝缘还是半绝缘等，以下分别介绍。 （1）相数选择 变压器有三相变压器和单相变压器。在330KV及以下的发电厂和变电所，一般选用三相变压器。单相变压器组是由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高。只有受变压器的制造和运输条件限制时，才考虑用单相变压器组。对于500KV发电厂和变电所，应根据技术经济论证来确定选用三相变压器还是单相变压器组。 在本设计中，电压等级是220KV，因此选用三相变压器。 （2）绕组数的选择 发电厂的最大机组容量为100MW及以下时，若以两种升高电压向用户供电或与电力系统连接时，一般采用三绕组变压器，其第三绕组接发电机。但是各绕组通过的功率应该达到该变压器容量的15%，否则不如采用两台双绕组变压器经济合理。 发电厂的容量为100MW及以上的机组时，一般采用发电机-双绕组变压器单元接线形式接入系统。采用扩大单元接线的变压器，适宜采用低压分裂绕组的变压器，可以大大限制短路电流。 根据以上选择原则，并结合主接线采用发电机-变压器单元接线形式，选用双绕组变压器。 （3）绕组联结方式 变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种，高压绕组为星形联结时，用符号Y表示，如果将中性点引出则用YN表示，对于中、低压绕组则用y及yn表示；高压绕组为三角形联结时，用符号D表示，低压绕组用d表示。三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响，而若采用全星形的变压器用于中性点不直接接地系统中时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变，使电压波的峰值增大，危急变压器的绝缘，并对继电保护整定的准确性和灵敏性有影响。我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点都需要选择YN的联结方式，对于110KV变压器的35KV侧也采用yn的联结方式，以便接入消弧线圈，而6～10KV侧采用d形。 因此，变压器高压侧采用YN，低压侧采用d形联结方式。 （4）调压方式选择 变压器的调压方式分带负荷切换的有载（有励磁）调压方式和不带负荷切换的无载（无励磁）调压方式两种。在能满足电压正常波动情况下一般采用无载调压方式。对于接于出力变化大的发电厂的主变压器，要求变压器的二次电压维持在一定的水平，应该采用有载调压方式。 由此，在设计中采用无载调压方式，发电机可以通过发电机的励磁调压来调压。 （5）变压器各侧电压的选择 根据设计任务中的电压要求，主变压器两侧的电压分别为：高压侧220KV，低压侧10.5KV。 根据上述变压器容量和型式的选择原则，我们选择主变压器为SFP7-120000220，即三相油浸风冷强迫油导循环式双绕组无励磁调压电力变压器，额定容量为120000KV·A，额定电压为242±2×2.5%10.5KV。主变压器的主要技术数据，如表2-3所示。 2.4.3 高压厂用变压器的选择 高压厂用变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。因此，对高压厂用工作变压器的容量应按高压厂用电计算负荷的110%与低压厂用电计算负荷之和进行选择，即 ST≥1.1SH+SL 式中，SH — 厂用电高压计算负荷之和（KV·A）； SL — 厂用电低压计算负荷之和（KV·A）。 由设计任务中的已知数据：高压电动机计算负荷之和约为14000KVA；低压厂用计算负荷之和约为5000KVA，可得： 1.1SH+SL = 1.1×14000+5000 = 20900KV·A = 20.9MV·A 因此，高压厂用变压器的容量选为25MV·A。厂用变压器的型式的选择方法与主变压器的选择方法类似。选用的高压厂用变压器的数量2台，型号为SF9-2000015，即三相油浸风冷无励磁调压变压器，其主要技术数据，如表2-4所示。 2.4.4 启动备用变压器的选择 厂用高压启动备用变压器的容量应于最大一台厂用工作变压器的容量相同。选用的启动备用变压器型号为SFZ8-20000110，即三相油浸风冷有载调压电力变压器，其主要技术数据如表2-4所示。 表2-3 主变压器的主要技术数据 型号 SFP7-120000220 额定容量 120000 额定电压（KV） 242 2 2.5%10.5 额定电流（A） 3856275 额定功率（Hz） 50 相数 3 联结组别 YN，d11 油面温升（℃） 55 阻抗电压 13.25 短路损耗 438.43 空载电流I0（%） 0.27 空载损耗 P0（KW） 129.36 冷却方式 油浸风冷强迫导向循环 器身吊重（t） 98.15 上节油箱吊重（t） 10.8 油重（t） 总重（t） 154.3 表2-4 高压厂用变压器和启动备用变压器的主要技术数据 变压器 指标 高压厂用变压器 启动备用变压器 型号 SF9-2000015 SFZ8-20000110 额定容量（kV·A） 20000 20000 额定电压（kV） 10.5±2×2.5%6.3 110±8×1.25%6.3 额定电流（A） 836.81833 1501833 额定频率（Hz） 50 50 相数 3 3 连接组别 D，d0 YN,d11 阻抗电压Uk（%） 12.8 12.8 短路损耗△Pk(kW) 104 107.25 空载电流I0（%） 0.5 0.59 空载损耗△P0(kW) 20 22.5 冷却方式 ONA ONAN 2.5 电气主接线具体接线设计 2.5.1 发电机变压器接线 发电机与变压器的接线如图1-8所示，发电机连接在双绕组变压器低压（10.5KV）绕组上构成发电机-双绕组变压器单元接线。发电机的出口不设置母线，将发电机电压升高后直接送入220KV系统。由于发电机和变压器不可能单独运行，而且在发电机与变压器低压绕组之间100MW汽轮发电机的工作电流较大，要求断开的短路电流也相当大，要生产这种发电机断路器的技术复杂，价格昂贵，故在100MW发电机的出口不设置断路器，而在发电机变压器组的高压侧设有断路器，当发电机、主变压器故障时，通过断开主变压器高压侧断路器和发电机的励磁回路来切除故障电流，但为了调试发电机方便，在发电机出口装设有一组隔离开关。 2.5.2 厂用电源的引出接线 高压厂用工作电源应由发电机电压回路引出，并尽量满足炉、机、电的对应性要求，即发电机供给各自炉、机和主变压器的厂用负荷。 如图2-9所示，每台100MW发电机从各自发电机-变压器组的主变压器低压侧接引一台高压工作厂用变压器作为厂用电系统的工作电源，在厂用变压器的高压侧设有断路器和隔离开关。这种简单明了，所用设备少，运行操作及维护工作等都很方便。 图2-8 发电机-变压器组接线 图2-9 高压厂用电源的引出接线 设置厂用分支断路器的主要用途有二：其一，在继电保护中增加短路电流鉴定闭锁回路，使断路器仅当厂用分支回路高厂变低压侧发生短路故障时保护动作，切除高厂变，同时自投高备变，整个机组的正常运行可不受影响，充分利用了断路器的开断能力，最大程度地缩小了厂用分支回路故障的事故范围；其二，作为负荷开关在正常工作、启动停机过程中，关合和切断负荷电流，增强了机组运行的灵活性。 2.5.3 220KV配电装置的连接 200KV配电装置采用双母线接线形式，每回线路经一台断路器和两组隔离开关分别接到两母线上。双母线接线在两组母线之间装设有一台联络断路器，简称母联。如图2-10所示，它具有工作母线Ⅰ和备用母线Ⅱ（工作母线和联络母线可以任意选定），其运行特点如下：检修工作母线时，可利用母联QFm把工作母线的全部回路倒换到备用母线上，再把工作母线退出进行检修，并不发生停电。以L1和L2为例，设隔离开关QS01和QS02以合上。操作如下：第一步，合上QFm，检查备用母线是否完好。如果合上QFm后立即跳闸，表明备用母线存在故障，不能进行倒闸操作，需要查明故障，加以排查。如果能够合上，表明备用母线完好。第二步，合上QS2、QS4，拉开QS1，QS5（其余回路均按同样步骤进行操作）。最后断开QFm、QS01、QS02，恢复QFm的原来状态。此时，工作母线已不带电，即可退出进行检修。应当注意，上述操作次序不能颠倒，否则将造成带负荷拉闸的误操作。采用这一接线方式的优点是： 1、检修任一母线时，不影响机组和出线的运行。 2、运行调度灵活，通过倒闸操作可以形成不同的运行方式。 3、线路短路器检修，可临时用母联断路器代替断开该回路，故不影响对其它用户的供电。 图2-10 220KV配电装置接线 4、在特殊需要时，可以用母联与系统进行同期或解列操作。当个别回路需要独立工作或进行试验时，可将该回路单独接到备用母线上运行。 5、双母线接线简单，开关设备少，操作简单。 2.5.4 启动备用变压器和厂用电母线的连接 1.启动备用电源 发电厂一般均设置有备用电源。备用电源的作用是当厂用工作电源故障或检修退出运行时代替工作电源的工作。备用电源的引接应保证其独立性，避免与厂用工作电源由同一电源处引出，引接点电源数量应该有两个以上，并有足够的供点容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电的情况下仍能从系统取得厂用电源。 启动电源一般是指电厂机组首次启动或工作电源完全消失的情况下，为了保证机组快速启动， 向必要的辅助设备供电的电源。在正常工作情况下，这些辅助设备由工作电源供电，只有当工作电源消失后才自动切换到启动电源供电，因此，启动电源实质上在兼作备用电源，称作启动备用电源。 备用电源的备用方式有明备用和暗备用两种方式。本设计中采用明备用方式。火电厂采用明备用方式时，高、低压备用电源（变压器）的数量与发电厂装机台数、单机容量、主接线形式和控制方式等因素有关，一般的配置原则如表2-5所示。按照配置原则，本设计应配置一台启动备用变压器。 表2-5 发电厂备用厂用变压器台数配置原则 电厂类型 高压厂用备用电源（变压器） 低压厂用备用电源（变压器） 一般电厂 5台及以下设1台 7台及以下设1台 6台及以上设2台 8台及以上设2台 单元控制的100MW～125MW 4台及以下设1台 7台及以下设1台 5台及以上设2台 8台及以上设2台 200MW 每2台机组设1台 每2台机组设1台 ≥300MW 每1台机组设1台 2.厂用电接线 （1）对厂用电接线的基本要求 对厂用电接线的基本要求是运行安全、可靠，保证连续供电，运行、检修、操作和发展要方便灵活，技术先进、设备新颖，并且经济合理。 （2）厂用电的电压等级确定 火力发电厂采用3KV、6KV和10KV作为高压厂用电压；采用380220V作为低压厂用电压。在满足技术要求的前提下，优先采用较低的电压，以获得较高的经济效益；大容量的电动机采用较低电压时往往并不经济。 为了简化厂用电接线，且是运行维护方便，厂用电电压等级不宜过多。高压厂用电压等级根据电厂类型、发电机组额定容量和额定电压等因素分析比较后确定。火力发电厂的厂用电供电电压等级一般情况如下： 1） 低压厂用电采用380220V电压级。 2） 高压厂用电压为：a.发电机组容量在60MW及以下，发电机电压为10.5KV时，可采用3KV；b.电机组容量在60MW及以上，发电机电压为6.3KV时，可采用6KV；c.发电机组容量在100MW～300MW时，宜采用6KV；d.发电机组容量在600MW及以上时，经技术经济比较，可采用6KV一级，也可采用3KV和10KV两级电压。 根据以上的配置原则，我们采用一个高压启动备用电源，厂用电高压采用6KV电压。 3.启动备用变压器和厂用电母线的连接 为了节省电缆和因为电缆试验、检修时而失去备用的范围，采用部分放射和部分串联的方式，如图2-11所示。启动备用电源的二次侧引出两个分支，每个分支作为一台机组备用电源。在备用电源的总出口装设隔离开关，以便电源故障或检修时，各母线段可以相互备用。 2.5.5 发电机和变压器的中性点接地方式 电力系统的中性点接地方式有中性点直接接地（或称为大电流接地系统）和中性点不接地方式（或称为小电流接地系统）或经消弧线圈以及高阻接地方式。根据我国电力系统的实际情况，110KV及以上电力系统为降低绝缘水平和消费而采用中性点直接接地方式，而63KV及以下电力系统采用中性点不接地方式或经消弧线圈以及高阻接地方式。所以，电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点接地方式。主变压器按照220KV系统要求，采用直接接地方式。考虑到机组检修和系统对主变压器中性点接地切换操作的需要，在主变压器的中性点上设有隔离开关。为了防止变压器中性点不接地时中性点侧的绕组可能产生过电压，因此在220KV侧中性点隔离开关前装有避雷器和放电间隙，如图2-12所示。 图2-11 备用电源与厂用母线段的连接方式 图2-12 主变中性点设备示意图 发电机中性点接地为小电流接地方式。因为发电机定子绕组发生单相接地故障时，接地点流过的电流是发电机自身和主变压器及与其连接的厂用分支的对地电容电流，当接地电容电流超过允许值时，将烧坏定子铁心，进而可能损坏定子 绕组绝缘，导致匝间或相间短路，故发电机的中性点采用经消弧线圈的接地方式，以保护发电机免遭损坏。 2.5.6 发电机组主接线中的设备配置 1.隔离开关的配置 （1）100MW发电机出口没有隔离开关，没有断路器；双绕组变压器的高压侧装有断路器和隔离开关； （2）接在主变压器中性点上的避雷器没有装设隔离开关； （3）接在发电机有引出线上的避雷器和电压互感器合用一组隔离开关； （4）断路器的两侧均装有隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源； （5）在变压器的中性点设有隔离开关，变压器中性点通过隔离开关接地。 2.接地开关的配置 （1）为保证电器和母线的检修安全，220KV母线装有一组接地开关。母线的接地开关装设在母线电压互感器的隔离开关上； （2）220KV配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧均配置接地开关。双母线接线中，两组母线隔离开关的断路器共用一组接地开关； （3）主变压器进线隔离开关的主变压器侧装设一组接地开关。 3.电压互感器的配置 电压互感器的配置和数量与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点两侧都能够提取到电压。 （1）6KV至220KV电压等级的每组主母线的三相上装有电压互感器； （2）出线侧的一组上装有电压互感器，用来监视和检测线路侧有无电压； （3）发电机出口装有三组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要； 4.电流互感器的配置 电流互感器的配置与断路器有关，凡装有断路器的地点均装有电流互感器。有些没有设置断路器的地方也装有电流互感器，例如，发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口均装有电流互感器，供测量、保护和控制装置需要。对于直接接地系统，一般按三相配置电流互感器；对于非直接接地系统，按两相也有按三相配置电流互感器。 5.避雷器的配置 （1）配电装置的每组母线上，均装有一组避雷器； （2）直接接地系统，变压器中性点均装有一组避雷器； （3）发电机-变压器单元接线的发电机引出线上装有一组避雷器； （4）220KV每组母线上均装有一组避雷器。 第三章 短路计算 3.1 短路电流计算的目的和假定条件 3.1.1 短路计算的目的 电力系统短路电流计算的主要目的是： （1）选择导体和电器设备； （2）选择继电保护装置和整定计算。 3.1.2 短路计算的假定条件 短路电流计算中，采用以下假设条件和原则： （1）正常工作时，三相系统对称运行； （2）所有电源的电动势相位角相同； （3）系统中的同步电动机和异步电动机均为理想电动机，不考虑电动机磁饱和、磁滞、涡流及导体的集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子绕组三相结构完全相同，空间角为120°。 （4）电力系统中各元件的磁路不饱和； （5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上； （6）短路发生在短路电流为最大值的瞬间； （7）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器间的激磁电流； （8）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻均略去不计； （9）元件的参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围； （10）输电线路的电容略去不计。 3.1.3 短路计算方法 对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的三相短路电流计算，求得I 、ish、Ish、Sd值。 I --- 三相短路电流； ish --- 三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定性； Ish --- 三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的热稳定性； Sd --- 三相短路容量，用来校验断路器和判断容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。 3.2 系统等效电路 3.2.1 基准值计算 由于高压短路电流计算一般只计及各元件（发电机、变压器、电抗器、线路等）的电抗，采用标幺值计算，为了计算方便，取基准容量Sb=100MVA,基准电压Ub取用各级的平均电压，即 Ub =Uav = 1.05UN （3.1） 式中 Uav --- 平均电压； Ub --- 额定电压。 当基准容量Sb（MVA）与基准电压Ub（KV）选定后，基准电流Ib（KA）与基准电抗Xb（ ）便已确定。 基准电流 Ib = （3.2） 基准电抗 Xb = = （3.3） 3.2.2 各元件标幺值的计算 系统接线图如图3-1所示，由于发电厂里没有起动电源，需要从附近110KV系统引入起动备用电源，设引入架空线架空线长度为20km。取基准容量Sb=100MVA，基准电压Ub =Uav，于是可以得到各元件的电抗标幺值如下： 系统电抗 X =0.025（已知） 主变压器 T1，T2 X = X = = =0.088 发电机G1，G2 X = X = = =0.122 厂用变压器T3，T4 X = X = = =0.64 启动备用变压器T5 X = = =0.64 110KV侧架空线L 图3-1 系统接线图 由此得到系统的等效电路如图3-2所示，在等效电路中选取了4个点作为短路计算点，分别为220KV母线、发电机出口（10.5KV侧）、6.3KV厂用母线和起动备用变压器高压侧（110KV侧）。 图3-2 等效电路 3.2.3 基准电流的计算 各短路点处的基准电流分别为： 3.3 短路点短路电流计算 3.3.1 220KV母线（K1点）短路 当K1点短路时，由图3-2可以看出，系统的等效电路对K1具有对称性，发电机组G1、G2机端电位相等，可以将其短接，G1和G2可以合并组成发电机组G1G2。再进行Y △变换，等效电路的化简过程如图3-3所示。 转换中各电抗标幺值计算如下： （1）各等效发电机对短路点的转移电抗分别为 220KV系统（无穷大系统） 110KV系统（看作无穷大系统） 发电机G1、G2 （2）发电机G1、G2的计算电抗 查汽轮发电机计算曲线数字表得，汽轮发电机G1、G2， ，在0s，2s，4s时刻向K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为 , , (a) (b) (d) 图2-3 2 (c) (d) 图3-4 220KV母线短路时等效电抗化简图 （3）短路电流 220KV系统向K1点提供的短路电流为 KA 110KV系统向K1点提供的短路电流为 KA 则流入K1点总的短路电流为 KA KA KA 短路点在发电厂高压侧母线，根据规程规定，取冲击系数Ksh=1.85，于是可以得到 冲击电流 ish= = KA 短路电流最大有效值 KA 短路容量 MVA （4）短路电流热效应 Q4= KA2·s 3.3.2 发电机端（K2点）短路 此时，系统的等效电路化简过程如图3-4所示, 转换中各电抗标幺值计算如下： = = = = = W= （1）各等效发电机对短路点的转移电抗分别为 220KV系统（无穷大系统） 110KV系统（看作无穷大系统） 发电机G1 发电机G2 （2）计算电抗 发电机G1 发电机G2 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 图3-4 发电机端短路时等效电抗化简图 查汽轮发电机计算曲线得： 发电机G1， ，在0s，2s，4s时刻向K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为 , , 。 发电机G2， ，在0s，2s，4s时刻向K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为 , , （3）短路电流 220KV系统向K2点提供的短路电流为 KA 110KV系统向K2点提供的短路电流为 KA 则流入K2点总的短路电流为 KA EMBED Equation.3 KA EMBED Equation.3 KA 因为短路点在发电机端（10.5kV侧），根据规程规定取冲击系数Ksh=1.9，于是可得 冲击电流 ish= = KA 短路电流最大有效值 KA 短路容量 MVA （4）短路电流热效应 Q4= KA2·s 3.3.3 6KV母线（K3点）短路 此时，等效电路的化简过程如图3-5所示。 其中各电抗的标幺值计算如下： (a) (b) (c) (d) 图3-5 6KV母线短路时的等效电抗化简图 （1）各等效发电机对短路点的转移电抗分别为 220KV系统（无穷大系统） 110KV系统（看作无穷大系统） 发电机G1、G2 （2）发电机G1、G2的计算电抗 查汽轮发电机计算曲线数字表得，汽轮发电机G1、G2， ，在0s，2s，4s时刻向K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为 , , （3）短路电流 220KV系统向K3点提供的短路电流为 KA 110KV系统向K3点提供的短路电流为 KA 则流入K3点总的短路电流为 KA KA KA 短路点在厂用变高压侧母线，根据规程规定，取冲击系数Ksh=1.8，于是可以得到 冲击电流 ish= = KA 短路电流最大有效值 KA 短路容量 MVA （4）短路电流热效应 Q4= KA2·s 3.3.4 启动备用变压器高压侧（k4点）短路 此时等效电路的化简过程如图3-6所示。其中各电抗的标幺值计算如下： （1）各等效发电机对短路点的转移电抗分别为 220KV系统（无穷大系统） 110KV系统（看作无穷大系统） 发电机G1、G2 （2）发电机G1、G2的计算电抗 （3）短路电流 因为 =5.5＞3，可以不考虑短路电流周期分量的衰减，因此有 IG”=I2=I4= KA 220KV系统向K3点提供的短路电流为 KA 110KV系统向K1点提供的短路电流为 KA (a) (b) (c) (d) 图3-6 启备变高压侧短路时的等效电抗化简图 则流入K3点总的短路电流为 KA I2=I4=I”=8.873KA 短路点在启动备用变压器高压侧（110KV）母线，根据规程规定，取冲击系数Ksh=1.8，于是可以得到 冲击电流 ish= = KA 短路电流最大有效值 KA 短路容量 MVA （4）短路电流热效应 Q4= 2t=8.8732 4=314.921KA2·s 3.3.5 短路计算结果 根据以上的计算，得到短路电流计算结果如表3-1所示。 表3-1 短路电流计算结果 短路点 编号 短路点 位置 短路点平均电压Uav (kV) 三相短路电流 周期分量 热效应 Q4 (kA2·s) 短路 容量 St” (MVA) I” (kA) I2 (kA) I4 (kA) ish (kA) Ish (kA) K1 220kV 母线 230 12.66 11.881 11.91 33.169 19.796 572.358 5043.386 K2 发电机 出口 10.5 73.17 52.197 52.24 196.88 118.44 11790.924 1749.05 K3 6.3kV 母线 6.3 39.47 39.713 39.73 100.48 59.60 6304.076 430.715 K4 启备变 高压侧 115 8.873 8.87 8.87 22.63 13.39 314.921 1767.38 第四章 电气设备的选择 4.1   电气设备选择概述 　　由于各种电气设备的具体工作条件并不完全相同，所以，它们的具体选择方法也不完全相同，但基本要求是相同的。即要保证电气设备可靠的工作，必须按正常工作条件选择，并按短路情况校验其热稳定和动稳定。 4.2  电气设备选择的一般原则 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。 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）、 与正个工程的建设标准应协调一致。 5）、 同类设备应尽量减少品种。 6）、 用新的产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 4.3 高压电气设备一般配置 4.3.1 断路器的配置 容量为100~300MW的发电机与双绕组变压器为单元接线时，在发电机与变压器之间不应装设断路器，负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。 4.3.2 隔离开关的配置 1)、容量为 100MW及以上大机组于双绕组变压器为单元连接时，发电机出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点； 2)、接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组避雷器开关； 3)、断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源； 4)、中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地； 4.3.3 接地刀闸或接地器的配置 1) 、为保证电器和母线的检修安全，35KV 及以上每段母线根据长度宜装设1~2组接地刀闸或接地线。 2) 、63KV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀闸，双母线接线两组母线隔离开关的断路器侧可共用一组接地刀闸。 3) 、63KV及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧宜装设一组接地刀闸。 4.3.4 电压互感器的配置 1)、电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动 装置的要求，电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能取得电压。 2)、6~220KV电压等级的每组主母线的三相上装设电压互感器。 3)、当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器 4)、当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套 管上的电压抽取装置。 5)、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，当采 用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。 4.3.5 电流互感器的配置 1)、凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。 2)、在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口。 3)、对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，以具体要求按两相或三相配置。 4.3.6 避雷器的配置 1)、配电装置的每组母线上,应该装设避雷器，当进出线都装设避雷器时除外。 2)、220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。 3)、下列情况的变压器中性点应装设避雷器 （1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘并且装有隔离开关时。（2）不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。 4)、单元接线的发电机出线宜装设一组避雷器。 5)、110-220KV 线路侧一般不装设避雷器。 4.3.7 母线的配置 根据目前电气技术的革新和配置趋势，参照《国家电网220kV变电站典型设计实施方案编制和推广应用手册》全封闭组合电器宜用于110KV及以上电网。35kV及以下电网均选用高压开关柜。所以本次设计中220KV电压等级的电气配置均选用GIS，10KV及厂用电电压等级的电气配置均选用高压开关柜。 1)、GIS简介 我国生产的封闭电器为六氟化硫全封闭组合电器（简称GIS）.它将断路器、隔离开关、负荷开关、电流互感器、避雷器、母线、出线套管、电缆连接装置、间隔汇控柜等按接线要求组合在一起，构成高压配电装置。除汇控柜外，其余的元件均组合在接地的金属壳内，用环氧树脂等绝缘材料浇注的绝缘子支持导体，并充 气体作为绝缘和断路器的灭弧介质。 2) GIS与常规敞开式电器相比，其组成的配电装置具有占地面积小、运行可靠、检修周期长、不受外界环境影响等优点。适用于城市电网、严重污秽区和缩小占地后有明显经济价值的变电所。根据目前电气技术的革新和配置趋势，全封闭组合电器宜用于110KV及以上电网。所以本次设计中110KV和220KV电压等级的电气配置均选用GIS。本次设计初选西安高压开关厂与三菱合作生产的SF6封闭式组合电器。、高压开关柜的配置 表4-3 ZF2-220GIS技术数据 序号 元件及项目名称 单位 数据 1 成套 装置 额定电压 kV 110 220 最高工作电压 kV 126 252 2 断 路 器 型式 单压式（压气式） 额定电流 A 2000，2500，3150 2000，2500，3150，4000 额定开断电流 kA 31.5，40，50 31.5，40，50，63 额定关合电流（峰值） kA 80，100，125 80，100，125，160 额定热稳定电流（3s） kA 31.5，40，50 31.5，40，50，63 额定动稳定电流（峰值） kA 80，100，125 80，100，125，160 额定全开断时间 Hz 23 35 SF6气体压力 Pa 49×104 操动机构形式 起动 气动或液压 3 隔 离 开 关 型式 直接插入式 额定电流 A 2000，2500，3150 2000，2500，3150，4000 额定热稳定电流 kA 31.5，40，50 31.5，40，50，63 额定SF6气体压力 Pa 39．2×104 操动机构形式 手动、电动、弹簧、气动 4 接地 开关 型式 直接插入式 额定热稳定电流 kA 31.5，40，50 31.5，40，50，63 操动机构形式 手动、电动、弹簧、气动 5 电流 互感器 型式 套管式（环形式） 额定一次电流 A 630,800,1000,1250,1600,2500,3150,4000 额定二次电流 A 15 6 电压 互感器 型式 电磁式或电容式 额定一次电流 kV 110√3 220√3 额定二次电流 V 100√3 7 避 雷 器 型式 氧化锌 额定电压 kV 96 192 额定放电电流 kA 10 10 8 母 线 外壳型式 三相或单相 额定电流 A 2000,2500,3150,4000 额定热稳定电流 kA 31.5,40,50 高压开关柜的额定电压有3、6、10、35KV等多种，额定电流可达3150A，开断电流可达50KV；接线方式从单母线发展到单母线带旁路母线和双母线；结构形式从金属铠装式发展到间隔式，从固定式发展到移开式；柜柜内断路器从少油式发展到SF 断路器和真空断路器等，适用范围广泛。 本次设计主要是6KV侧高压开关柜的选择，查《电力工程电气设备手册》可知道，选择GFC-15型手车式高压开关柜，其适用于3~10KV三相交流50HZ系统中，作为发电厂、变电站中控制发电机、变压器、受电、馈电已经厂用电的主要用柜，亦适用于各工矿企业作为大型高压电动机的启动和保护之用。其参数如表4-4， 表4-4高压开关柜技术参数 额定电压（KV） 额定电流-（A） 操作方式 母线系统 外形尺寸（宽*深*高）（mm） 断流容量（KVMVA） 3、6、10 600、1000、1250、2000、3000 直流电磁弹簧操动机构 单母线 700 1250 2000 10300 10500 10750 一次线路方案编号 03 一次线路方案 主要电气设备 SN10-10C 型断路器 1 LZJC-10型电流互感器 3 CD10-I型操动机构 1 4.4  电气设备选择 4.4.1 断路器和隔离开关的选择 4.4.1.1 断路器的选择 断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV~220KV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF6断路器。 断路器选择的具体技术条件如下： 1）额定电压校验： 2） 4-1 3）开断电流（或开断容量）： ≥I〞 4-2 4）动稳定： ＜ 4-3 ＜ 4-4 5）热稳定： ＜Q承受 4-5 隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求。 （一）220KV侧高压断路器的选择 由于在选择220kv配置时使用了ZF2-220GIS(六氟化硫全封闭组合电器),它将断路器、隔离开关、负荷开关、电流互感器、避雷器、母线、出线套管、电缆连接装置、间隔汇控柜等按接线要求组合在一起，构成高压配电装置，故只需对断路器进行校验。 高压侧电流 EMBED Equation.3 1.05 ×30000 ×220=82.67(A) 1 计算数据表： 表4-5 220kV高压断路器计算数据表 U(kV) (A) I〞(kA) (kA) 220 82.6685 1.8314 4.6701 ②采用GIS断路器断路器参数如表4-6， ③开断电流校验: ＝50(kA)≥I〞＝1.8314(kA) 开断电流校验合格。 ④动稳定校验： Ig.max＝82.6685(A)＜Ie＝3150(A) ich＝4.6701 (kA)＜idw＝125(kA) 动稳定校验合格。 ⑤热稳定校验： 热稳定校验：It2t> Qk It2t=502 ×3=7500[（KA）2S] 电弧持续时间取0.04S，热稳定时间为：tk =0.15+0.02+0.04=0.21<1 S 因此需要计入短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S =TI” =0.05×1.83142 =0.1677[（KA）2S] =0.21×(1.83142+10×1.83142 +1.83142 )12=0.41086[（KA）2S] = + =0.1677+0.41086=0.5786[（KA）2S] 所以It2t> Qk 满足热稳定校验 因此，所选断路器满足要求. 表4-6 GIS断路器技术参数 1 成套 装置 额定电压 kV 110 220 最高工作电压 kV 126 252 2 断 路 器 型式 单压式（压气式） 额定电流 A 2000，2500，3150 2000，2500，3150，4000 额定开断电流 kA 31.5，40，50 31.5，40，50，63 额定关合电流（峰值） kA 80，100，125 80，100，125，160 额定热稳定电流（3s） kA 31.5，40，50 31.5，40，50，63 额定动稳定电流（峰值） kA 80，100，125 80，100，125，160 额定全开断时间 Hz 23 35 SF6气体压力 Pa 49×104 操动机构形式 起动 气动或液压 4.4.1.2 隔离开关的选择 （一）220KV 隔离开关的选择 隔离开关选择的具体技术条件如下： 1） 额定电压： 2） 3）动稳定： ＜ ＜ 4）热稳定： 由于在选择220kv配置时使用了ZF2-220GIS(六氟化硫全封闭组合电器),它将断路器、隔离开关、负荷开关、电流互感器、避雷器、母线、出线套管、电缆连接装置、间隔汇控柜等按接线要求组合在一起，构成高压配电装置，故只需对隔离开关进行校验。 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 1.05 ×30000 ×220=82.67(A) (计算数据表表4-7 220kV隔离开关计算数据表 U(kV) (A) I〞(kA) (kA) 220 82.6685 1.8314 4.6701 (采用GIS隔离开关技术参数如表4-8所示， 表4-8 GIS隔离开关技术参数 隔 离 开 关 型式 直接插入式 额定电流 A 2000，2500，3150 2000，2500，3150，4000 额定热稳定电流 kA 31.5，40，50 31.5，40，50，63 额定SF6气体压力 Pa 39．2×104 操动机构形式 手动、电动、弹簧、气动 ③开断电流校验: ＝50(kA)≥I〞＝1.8314(kA) 开断电流校验合格。 ④动稳定校验： Ig.max＝82.6685(A)＜Ie＝1000(A) ich＝4.6701 (kA)＜idw＝21(kA) 动稳定校验合格。 ⑤热稳定校验： 热稳定校验：It2t> Qk It2t=502 ×3=7500[（KA）2S] 电弧持续时间取0.04S，热稳定时间为：tk =0.15+0.02+0.04=0.21<1 S 因此需要计入短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S =TI” =0.05×1.83142 =0.1677[（KA）2S] =0.21×(1.83142+10×1.83142 +1.83142 )12=0.41086[（KA）2S] = + =0.1677+0.41086=0.5786[（KA）2S] 所以It2t> Qk 满足热稳定校验 因此，所选隔离开关满足要求。 （二）110kV侧隔离开关选择 流过隔离开关的最大持续工作电流 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 1.05 ×30000 ×220=82.67(A) (计算数据表： 表4-9 110kV隔离开关计算数据表 U(kV) (A) I〞(kA) (kA) 110 82.6685 1.8314 4.6701 (选择隔离开关的技术参数如表4-10所示， 表4-10隔离开关技术参数 型号 额定电压（KV） 额定电流（A） 动稳定电峰值 (kA) 热稳定电流4S)(kA) GW5-110ⅠKW 110 630 100 20 ③开断电流校验: ＝50(kA)≥I〞＝1.8314(kA) 开断电流校验合格。 ④动稳定校验： Ig.max＝82.6685(A)＜Ie＝1000(A) ich＝4.6701 (kA)＜idw＝21(kA) 动稳定校验合格。 ⑤热稳定校验： 热稳定校验：It2t> Qk It2t=502 ×3=7500[（KA）2S] 电弧持续时间取0.04S，热稳定时间为：tk =0.15+0.02+0.04=0.21<1S 因此需要计入短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S =TI” =0.05×1.83142 =0.1677[（KA）2S] =0.21×(1.83142+10×1.83142 +1.83142 )12=0.41086[（KA）2S] = + =0.1677+0.41086=0.5786[（KA）2S] 所以It2t> Qk 满足热稳定校验 因此，所选隔离开关满足要求。 4.4.2 电流互感器的选择 电流互感器的选择和配置应按下列条件： 1．型式：电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6~20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。 2．一次回路电压： 3．一次回路电流： 4．准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。 5．二次负荷： 式中， 6．动稳定： 式中， 是电流互感器动稳定倍数，等于电流互感器极限值，过电流峰值 与一次绕组额定电流 峰值之比，即 7、热稳定： （一）、主变220KV侧CT的选择 在选择电流互感器过程中，为其主变侧出口处配置了两台电流互感器，故需选型如下： 1．一次回路电压： 2．一次回路电流： 故初选 户外独立式电流互感器，其参数如表4-11 3．动稳定校验： 满足动稳定要求。 表4-11 电流互感器技术参数 额定电流比 准确级次 1S热稳定倍数 动稳定倍数 0.5 4．热稳定校验： 满足热稳定要求。 综上所述，所选 满足要求。 （2）、220KV出线回路CT的选择 1．一次回路电压： 2．一次回路电流： 表4-12 电流互感器技术参数 额定电流比 准确级次 1S热稳定倍数 动稳定倍数 25005A 0.5 3．动稳定校验： 满足动稳定要求。 4．热稳定校验： 满足热稳定要求。 综上所述，电流互感器满足要求。 （3） 、220KV母联CT,同出线电流互感器，校验合格。 （二）启动备用变110KV侧CT的选择 1．一次回路电压： 根据以上，同样选择 户外独立式电流互感器，其参数如下表4-13： 表4-13 电流互感器技术参数 额定电流比 准确级次 1S热稳定倍数 动稳定倍数 0.5 3．动稳定校验： 满足要求； 4．热稳定校验： 满足热稳定性要求。 综上所述，所选的电流互感器 满足动热稳定性要求。 （三）10.5KV侧电流互感器的选择 1．一次回路电压： 2．一次回路电流： 由此可得，初选LMZJ1-10.5型电流互感器，其参数如表4-14 表4-14 电流互感器技术参数 额定电流比 准确级次 次级组合 二次负荷 1200~15005 0.5 0.5D DD 1.2（0.5级) 1.6(D级) 3．动稳定校验： 满足要求； 4．热稳定校验： 满足热稳定性要求。 综上所述，所选的电流互感器满足动热稳定性要求。 4.4.3 电压感器的选择 电压互感器的选择和配置应按下列条件： 1．型式：6~20KV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV~110KV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器220KV级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求：一般采用电容式电压互感器。 在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。 2. 一次电压 ： 3. 二次电压：按表4-15所示选用所需二次额定电压UN 4．准确等级：电压互感器应在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下： 用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，所有计算的电度表，其准确等级要求为0.5级。 供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为１级。 用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为3级即可。 在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。 4-15 电压互感器技术参数 绕组 主二次绕组 附加二次绕组 高压侧接入 接于线电压上 接于相电压上 用于中性点直接接地系统 用于中性点不接地或经消弧线圈接地 二次额定电压 100 100 5．二次负荷 ： （一）、220kv侧母线PT的选择 1．型式：电容式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用。（因为U≥110KV） 2．电压：额定一次电压： =220KV = KV 3．准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级，其参数如表4-16： 表4-16 电压互感器技术参数 电压 互感器 型式 电磁式或电容式 额定一次电流 kV 额定二次电流 V （二）、220KV出线回路PT的选择 1．型式：采用串联绝缘油浸式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用，并兼作电力线载耦合电容器用。 2．电压：额定一次电压： =220KV = KV 3．准确等级：用于估计电压数值和周期，其准确等级为3级。 查《电力工程电气设备手册（一次部分）》，选定PT的型号为：TYD-220，其参数如表4-17： 表4-17 电压互感器技术参数 型 号 额定电压（KV） 最大容量（V·A） 一次绕组 二次绕组 辅助绕组 TYD-220 0.1 1200 （三）、6KV母线PT的选择 1．型式：采用串联绝缘油浸式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用，并兼作电力线载耦合电容器用。 2．电压：额定一次电压： =6KV = KV 3．准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级，查《电力工程电气设备手册》，选择PT的型号：JDX-6，其参数如表4-18： 表4-18 电压互感器技术参数 型 号 额定电压（KV） 最大容量（V·A） 一次绕组 二次绕组 辅助绕组 JDX-6 6 0.13 1000 (四） 发电机的PT的选择 按配置原则，发电机用的PT一般要装2~3组，结合实际情况，本设计装3组，第一组采用单相，双绕组油浸式的电压互感器型号为：JDZJ-10，准确等级为0.5级；第二组采用一个单相，三绕组油浸式电压互感器，型号为：JDZ-10，准确等级为0.5级；第三组同样采用一个单相，三绕组油浸式电压互感器，型号为：JDZ-10，准确等级为0.5级。 4.6.4 接地开关的选择 接地开关用于检修电器设备时，将10~~500kv电气线路进行接地，以确保人身安全。该产品一般由接地刀闸、静触头、支柱绝缘和底座组成，单相或三相连动操作。接地开关分为户内型和户外型，户内型接地开关额定电压为10kv，户外型接地开关额定电压为110kv~~500kv。 4.4.5 高压开关柜的选择 1.05 ×400002 ×6.3=1924.5(A) 其中SN10-10C型断路器参数如表4-19 表4-19 断路器技术参数 型号 额定电压KV 额定电流（A） 动稳定电流峰值(kA) 2S热稳定电流(kA) SN10-10C 10 2000 130 43.3 ③动稳定校验： Ig.max＝1924.5(A)＜Ie＝2000(A) ich＝109.7 (kA)＜idw＝130(kA) 动稳定校验合格。 ④热稳定校验： 热稳定校验：It2t> Qk It2t=43.32 ×2=3749.78[（KA）2S] 电弧持续时间取0.04S，热稳定时间为：tk =0.15+0.02+0.04=0.21<1 S 因此需要计入短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S =TI” =0.05×1.83142 =0.1677[（KA）2S] =0.21×(1.83142+10×1.83142 +1.83142 )12=0.41086[（KA）2S] = + =0.1677+0.41086=0.5786[（KA）2S] 所以It2t> Qk 满足热稳定校验,因此，所选高压开关柜满足要求。 4.4.6 导体的选择与校验 概述：裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择和校验： 1）工作电流 2）经济电流密度，如下表4-20所示： 3）电晕（对110KV级以上电压的母线） 4）动稳定性和机械强度 5）热稳定性 同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。 导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20M以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。 表4-20 经济电流密度参数表 导体材料 最大负荷利用小时数 3000以下 3000~5000 5000以上 铝裸导体 1.65 1.15 0.9 铜裸导体 3.0 2.25 1.75 35KV以下 铝芯电缆 1.92 1.73 1.54 铜芯电缆 2.5 2.25 2.0 一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根，双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。110KV及以上高压配电装置一般采用软导线。 （一）、220KV出线 1） 按最大持续工作电流选择： EMBED Equation.3 1.05 ×30000 ×220=82.67(A) 查设备手册选LGJ-30015型钢芯铝绞线，其标称截面为30015 ，外径23.01mm，载流量495A。 温度修正系数 ＞82.67A 2）热稳定校验： 正常运行时导体温度： 查表得，C=87，而 ，则满足短路时发热的最小导体截面为： ＜300符合要求。 3）电晕校验： ，满足要求。 （二）、 变压器220KV侧的引接线 1）按经济电流密度J选择截面 选择LHBGJ-400型钢芯铝绞线，标称面积为铝400mm2,允许载流量为590A,外径为 25.9mm 。 温度修正系数 ＞413.33A 2）热稳定校验： 正常运行时导体温度： 查表得，C=91，而 ，则满足短路时发热的最小导体截面为： ＜400符合要求。 3）电晕校验： ，满足要求。 （三）、 变压器110KV侧的引接线 1）按经济电流密度J选择截面： 选择LGJ-800型钢芯铝合金绞线，标称面积为铝800mm2,允许载流量为1330A,外径为 36.9mm 。 温度修正系数 ＞826.661A 2）热稳定校验。正常运行时导体温度 查表得，C=93，而 ，满足短路时发热的最小导体截面为： ＜800符合要求。 3）电晕校验 满足要求。 第五章 防雷设计 在电力系统中除了内部过电压影响系统的供电可靠性,还有大气过电压,就是所说的雷击过电压。雷击过电压会使电气设备发生损坏，造成停电事故。为保证电力系统的正常安全可靠运行，必须做好电力系统的大气过电压保护。 5.1 雷电过电压的形成与危害 1．直击雷 雷电直接对电气设备或建筑物进行放电，称为直接雷击或直击雷。直击雷过电压又引起数万安的强大雷电流通过被击物体而入地，产生破坏性很大的热效应和机械效应，击坏设备，引起火灾，甚至造成人身伤亡。 2．感应雷 雷电落在电气设备附近或雷动在电气设备上方移动时，通过无暇感应或电磁感应在电气设备上呈现出数万乃至数千万伏的感应过电压，称作感应雷或间接雷击。 3．入侵雷 当输电线路上遭受直接雷或感应雷产生的雷电波侵入发电厂或变电所，产生过电压击坏电气设备，称为雷电波入侵或入侵雷，由于雷电波侵入造成的雷害事故占全部雷害事故的一半以上，因此需采取特别措施。 5.2 电气设备的防雷保护 因为电气设备的结构和工作性质的不同，所采取的措施也不同。 5.2.1 发电厂和变电所的防雷保护 发电厂和变电所电气设备对直击雷的防护主要采用避雷针；对入侵雷的防护采用进线保护和避雷保护的综合措施，即用进线保护限制雷电流的幅值和陡度，用避雷器限制雷电过电压的同值。 5.2.2 架空输电线路的防雷保护 电线路采用装设避雷线的方法防止线路遭受直击雷引起跳闸次数，可采用系统中性点经消弧线圈接地工作方式，为避免雷击跳闸造成供电中断，可采用自动重合闸装置。 5.2.3 直配旋转电机的防雷保护 完善进线保护的同时，还应采用性能良好的阀型避雷器或金属氧化物避雷器，来保护电机的主绝缘，同时还应考虑装设电容器和中性点避避雷器，以保护匝间绝缘和中性点绝缘。 5.2.4 配电网的防雷保护 除了对配电变压器高低压侧以及柱上断路器必须装设避雷器或放电间隙保护外，对配电线路本身主要应适当提高其绝缘水平，应广泛采用重合闸，以减少断线和停电事故。 发电厂是电力系统的心脏，万一发生损坏设备的事故，往往会带来严重的后果，造成重大的损失。设计中重点对发电机、变压器组、线路的防雷保护进行配置。 5.3 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。 5.4 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1000n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10Ω。 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址中距离很难达到不小于15m的要求。 5.5 避雷器的选择和配置 阀式避雷器应按下列条件选择： 1、型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使 用特点，按下表5-1选择： 型号含义：F——阀型避雷器；S——配电所用 Z——发电厂、变电所用；C——磁吹；D——旋转电机用；J——中性点直接接地 2．额定电压 ： 避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。 表5-1 避雷器型式选择 型号 型式 应用范围 FS 配电用普通阀型 10KV以下配电系统、电缆终端盒 FZ 电站用普通阀型 3~220KV发电厂、变电所配电装置 FCZ 电站用磁吹阀型 330KV及需要限制操作的220KV以及以下配电 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 3．校验项目： （1）灭弧电压： —接地系数。对于非直接接地，20KV及以下 =1.1，35KV及以上 =1.0；对直接接地 =0.8。 —最高工作允许电压，为电网额定电压的1.15倍。 工频放电电压下限值： EMBED Equation.3 —内部过电压允许计算倍数，对非直接接地63KV及以下 =4；110KV及以下 =3.5；对直接接地110～220KV， =3。 —设备最高运行相电压（KV）。 上限值： （1） 避雷器的残压： 指波形为820 的一定幅值的冲击电流通过避雷器时，在阀片上产生的电压峰值。我国标准规定：220KV及以下避雷器冲击电流幅值为5KA。 —避雷器的保护比，FZ型 =2.3～2.35，FCZ型 =1.86～2。 （2） 避雷器冲击放电电压上限值： 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；110、35kv线路侧一般不装设避雷器。 （一）6KV侧避雷器的选择和校验 （1）型式选择 根据设计规定选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。 （2）额定电压的选择： 因此选 FZ-6避雷器，其参数如下表5-2： 表5-2 避雷器参数 型号 额定电压（kv） 灭弧电压有效值（kv） 工频放电电压有效值（KV） 冲击放电电峰值（1.520 ）不大于（KV） 冲击残压不大于（KV） 不小于 不大于 FZ-6 6 7.6 16 19 30 27 3）灭弧电压校验： 最高工作允许电压： 直接接地： KV，满足要求。 4）工频放电电压校验： 下限值： KV 上限值： KV＜19KV 上、下限值均满足要求。 5）残压校验： KV，满足要求。 6）冲击放电电压校验： KV＜30KV，满足要求。 所以，所选FZ-6 型避雷器满足要求。 (二)、220KV侧避雷器的选择和校验 （1）型式选择 根据设计规定选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。 （2）额定电压的选择： 因此选 YIOW-220避雷器，其参数如下表4-3： 3）灭弧电压校验： 最高工作允许电压： 直接接地： KV，满足要求。 4）工频放电电压校验： 下限值： KV 上限值： KV＜580KV 上、下限值均满足要求。 表5-3 避雷器参数 型号 额定电压（kv） 灭弧电压有效值（kv） 工频放电电压有效值（KV） 冲击放电电峰值（1.520 ）不大于（KV） 冲击残压不大于（KV） 不小于 不大于 FCZ-220 220 252 503 580 710 740 5）残压校验： KV＜740KV，满足要求。 6）冲击放电电压校验： KV＜710KV，满足要求。 所以，所选FCZ-220 型避雷器满足要求。 （三）、110KV侧避雷器的选择和校验 （1）型式选择 根据设计规定选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。 （2）额定电压的选择： 因此选FCZ-110避雷器，其参数如下表5-4： （3）灭弧电压校验： 最高工作允许电压： KV 直接接地： KV，满足要求。 （4）工频放电电压校验： 下限值： KV 上限值： KV＜290KV 上、下限值均满足要求。 （5）残压校验： KV＜365KV满足要求。 （6）冲击放电电压校验： KV＜345KV，满足要求。 所以，所选FCZ-110型避雷器满足要求。 表5-4 避雷器参数 型号 额定电压（kv） 灭弧电压有效值（kv） 工频放电电压有效值（KV） 冲击放电电峰值（1.520 ）不大于（KV） 冲击残压不大于（KV） 不小于 不大于 FCZ-110 220 126 255 290 345 365 （四）10.5KV侧避雷器的选择 （1）型式选择 根据设计规定选用FZ系列普通阀式避雷器。 （2）额定电压的选择： ,因此选Y5W-8-10.5避雷器，其参数如下表5-5： 表5-5 避雷器参数 型号 额定电压（kv） 灭弧电压有效值（kv） 工频放电电压有效值（KV） 冲击放电电峰值（1.520 ）不大于（KV） 冲击残压不大于（KV） 不小于 不大于 Y5W-8-10.5 10 25 51 61 85 90(10KV) 第六章 主发变组保护配置 发变组保护为许继电气公司生产的WBH-820系列微机发—变组成套保护，发变组及高厂变保护共设三面柜，其中A、B柜配置两套完全相同的完整的发变组主、后备保护，C柜配置非电量保护、主变高压侧断路器操作箱及电压切换箱。操作箱满足断路器三相联动。该系列保护装置可直接与电厂综合自动化系统联接，多个装置通过串行口连接或以太网连接组网，可实现与继电保护工程师站和DCS系统的双网通信，同时还支持多个装置共享一个打印机既网络打印功能，有专门的串口与外接PC机做调试用。 每套电气量保护的跳闸出口具有两付触点，同时分别动作于220kV断路器的两个跳闸线圈并分别启动两套失灵保护；非电量保护的跳闸出口也同时分别动作于220kV断路器的两个跳闸线圈。 非电量保护说明：WBH-820系列保护装置实现了电气量保护与非电量保护的彻底分离，由专门的WBH-824装置来完成非电量保护。不需要延时跳闸的非电量通过压板直接去跳闸，需要延时跳闸的非电量通过CPU延时后，由CPU发出跳闸信号。非电量保护动作后，装置自动打印动作信息且可通过通信将信息传至监控系统。 WBH-825A保护配置 WBH-825A1+WFB-805A2装置共同构成一体化模式，该模式集成了一台发电机变压器组的全部电气量保护。其中WFB-805A1装置完成一台发电机、一台主变压器、一台励磁变（机）、一台高厂变的全部电气量保护逻辑运算、出口等功能。WFB-805A2集中了一台发电机、一台主变压器、一台励磁变（机）、一台高厂变的全部模拟量输入。 6.1 差动保护 发电机—变压器组及高压启动备用变压器装设差动保护作为主保护，共装设有以下差动保护装置： 1、发电机差动保护：保护发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障。差动保护继电器采用比率制动原理构成，发电机差动保护瞬时动作于全停I（II）。 2、主变压器差动保护：保护主变压器绕组及其引出线的相间短路故障。保护采用二次谐波电流制动原理三侧差动判剧，保护瞬时动作于全停I（II）。 3、厂用变压器差动保护：保护厂用变压器绕组及其引出线的相间短路故障。保护采用二次谐波电流制动原理，保护瞬时动作于全停I（II）。变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。按避越励磁涌流的方法不同，变压器差动继电器可按不同工作原理来实现，本文中采用带短路线匝的BCH-2型继电器用作变压器的差动保护。本设计只对双绕组变压器T1的纵差保护进行计算： 6.1.1 变压器纵差保护 变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。按避越励磁涌流的方法不同，变压器差动继电器可按不同工作原理来实现，本文中采用带短路线匝的BCH-2型继电器用作变压器的差动保护。本设计只对双绕组变压器T1的纵差保护进行计算：[3][7] 1．额定参数的计算（如下表）， 表6-1 变压器额定参数 名 称 变 压 器 各 侧 数 值 额定电压（KV） 220 10.5 额定电流（A） 电压互感器接线方式 D Y 互感器变比 70005 差动保护臂中的电流（A） 由计算结果可知，10.5KV侧差动臂中的电流为最大，故选10.5KV侧为计算的基本侧。 2．计算短路电流 220KV侧短路的时候发电机提供的短路电流归算到基本侧的短路电流：220KV侧的总电抗为: 220KV侧对 点的短路电流标幺值： 则归算到10.5KV侧的短路电流为： 发电机的电抗： ， 则10.5KV侧对 点的短路电流： KA， 低压侧短路时穿越过变压器的短路电流： ＜47.941KA。 所以取最大短路电流： 3．基本侧动作电流计算值确定 （1）按躲过外部短路条件 EMBED Equation.DSMT4 （2）按躲过励磁涌流 = EMBED Equation.DSMT4 =1.3×6468.91=8409.583A （3）按CT二次断线条件 = EMBED Equation.DSMT4 =1.3×6468.91=8409.583A 选取一次动作电流为：12464.66A。 4．确定基本侧差动线圈匝数 二次计算动作电流 ： 工作线圈计算匝数： 匝 选用差动线圈整定值为 匝、平衡线圈整定值为匝 继电器实际动作电流： 一次动作电流为： A 5．确定110kV侧平衡线圈及工作线圈匝数 ＝6×(4.853.58)－5 ＝3.128 匝 按四舍五入原则取非基本侧的平衡线圈匝数为＝3 匝 非基本侧工作线圈为 匝 6．计算 ＝ ＜0.05 所以不必重算动作电流。 7．校验灵敏度 ＞2满足要求。 6.1.2 发电机纵差保护配置整定 发电机是电力系统的核心，要保证发电机的安全、可靠运行，就必须装设完善的继电保护装置。电压在3KV及以上，容量在600MW及以下的发电机，对下列故障及异常运行方式应装设相应的保护装置： 1．纵联差动保护；2．过电流保护；3．横联差动保护；4．单相接地保护；5．低电压保护；6．过电压保护；7．失磁保护；8．转子回路接地保护等等。 本设计中只对纵联差动保护做简单计算，且采用比率制动纵差保护。这种纵差保护有三个定值要整定计算：①最小动作电流应大于发电机正常运行时的最大不平衡电流，②制动的拐点通常取 ，③ 制动系数 ，按外部短路电流最大值下不误动的原则整定。[3][7] 本设计中发电机的功率100MW，功率因数0.85。 则发电机额定电流 计算如下： 1．对于G1发电机，短路电流 。 （1）最小动作电流的整定： 取 则 继电器的动作电流档有：0.5A，1.0A，1.5A等。 取 ＞0.41A （2）制动特性的拐点纵坐标0.5A与横坐标6729.3651400=4.807A的交点为拐点。 （3）制动系数的选择。制动系数按最大外部故障电流情况下可靠制动来选择。 外部故障时流过制动回路的电流为： 外部故障时流过差动回路的电流为： 则计算制动系数为： （4）制动线圈的接法。两个制动线圈分别接于两差动臂中。 （5）灵敏度检验。按发电机独立运行是两相短路时校验。 KA，通过差动回路的电流为： 62.769KA1400=44.835A 同时此电流流过制动线圈的一半，即： 可计算对应 时的动作电流为： 则： ＞2，满足要求。 6.2 发变组的其他保护 6.2.1 发电机定子匝间保护 保护发电机定子绕组同相分支或同相不同分支间的匝间短路故障，发电机定子匝间保护由纵向基波零序电压及故障分量负序方向原理构成，为提高灵敏度设三次谐波阻波回路，为区分发电机内部或外部故障分量设负序方向继电器，同时为防止因PT断线而误动，设相应闭锁回路且能发信号，保护动作于全停I(II)。 6.2.2 相间短路后备保护 作为发电机—变压器组及高压启动备用变压器主保护的远、近后备保护的相间短路故障保护，装设以下保护装置： （待定） 6.2.3 对称过负荷保护 保护由定时限和反时限两部分组成，定时限部分的动作电流按长期允许负荷电流下能够可靠返回的条件整定，带时限动作于信号或减出力。反时限部分动作特性按发电机定子绕组的过负荷能力（k）值整定，作用于解列灭磁或程序跳闸。 6.2.4 不对称过负荷（负序电流保护） 保护由定时限和反时限两部分组成，定时限部分的动作电流按躲过长期允许负序电流和最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流整定，带时限动作于信号或减出力。反时限部分动作特性按发电机承受负序电流能力（A值）整定，作用于解列灭磁或程序跳闸。保护能反应电流变化时发电机的热积累过程。保护装置能防止因CT二次侧断线产生虚假负序电流而误动。 6.2.5 220KV阻抗保护 保护采用偏移阻抗继电器，大方向指向变压器，设二段延时，t1动作220KV母线解列，t2动作于全停Ⅰ（II）。 为防止发电机变压器组阻抗保护电压断线误动，采取了以下措施： 1、装设电压断线闭锁装置。 2、装设电流增量元件或负序电流增量元件作为启动元件。 6.2.6 断路器失灵保护 1、220KV断路器启动失灵保护 当保护装置出口动作发出跳闸脉冲而断路器拒动时，以较短的时限断开相邻元件断路器的保护装置。失灵保护启动回路由保护出口接点、断路器合闸位置和零序电流或负序电流判据构成，当三个条件同时成立，经第一时限通过压板去解除集中失灵保护的复合电压闭锁回路。同时再采用“相电流” 、“零序或负序电流”动作，配合“断路器合闸位置”两个条件组成的与逻辑经第二时限通过压板去启动220KV集中失灵保护并发出“启动断路器失灵保护”中央信号。 2、高压启动备用变压器高压侧断路器失灵保护 当保护装置出口动作发出跳闸脉冲而断路器拒动时，以较短的时限断开相邻元件断路器的保护装置。失灵保护启动回路由“保护出口接点”“断路器合闸位置”和“相电流或负序电流”判据构成，当三个条件同时成立，经第一时限通过压板去解除集中失灵保护的复合电压闭锁回路。“断路器合闸位置”和“相电流或负序电流”经第二时限通过压板去启动220KV集中失灵保护并发出“启动断路器失灵保护”中央信号。 6.2.7 高压厂变复合电压过流 高压厂变复合电压过流保护作为高压厂变主保护的后备保护。保护由高压厂变低压侧各绕组的复合电压（低电压和负序电压）和高压侧过电流共同构成，保护设两段延时，t1动作于跳A、B分支；t2动作于解列灭磁。 1、高压厂变A分支过流 保护延时动作于跳A分支，闭锁快切 2、高压厂变B分支过流 保护延时动作于跳B分支，闭锁快切 3、启动备用变压器复合电压过流 高备变复合电压过流保护作为启动备用变保护的后备保护。保护由高备变低压侧各绕组的复合电压(低电压和负序电压)和高压侧过电流共同构成，保护延时动作于跳各侧开关。 6.2.8 高压启动备用变压器分支过流 当快切装置启动备用分支投入故障母线时,实现加速切除备用分支.实现方式为:当保护装置接收到快切装置状态接点(具有压板投退功能),同时备用分支过流,闭锁延时,实现后加速： 1、Ⅰ段A分支过流 保护延时动作于跳Ⅰ段A分支 2、Ⅰ段B分支过流 保护延时动作于跳Ⅰ段B分支 3、Ⅱ段A分支过流 保护延时动作于跳Ⅱ段A分支 4、Ⅱ段B分支过流 保护延时动作于跳Ⅱ段B分支 6.2.9 高压启动备用变压器分支后加速保护 在厂用电切换过程中，为避免备用电源投入时发生故障或故障存在时投入备用电源造成事故扩大，必须在切换后加速切除故障。后加速保护在机组正常运行时应处于退出状态，当厂用电快切装置手动起动或自动起动时，保护将自动投入，切换完毕后自动退出。后加速保护退出时，延时速断和过流保护继续有效。 6.2.10 发电机定子接地保护 保护发电机定子绕组的单相接地故障，保护由反应发电机机端和中性点的三次谐波电压及发电机中性点零序电压的定子接地判据构成高灵敏度的定子接地保护。 保护功能： 1、保护范围为定子绕组的100％； 2、作用于跳闸的零序电压取自发电机中性点，具有PT断线闭锁功能； 3、三次谐波式能通过参数监视功能提供整定依据，三次谐波电压保护出口可用压板投入跳闸或发信号； 4、保护动作于全停I（II）； 5、压板投“信号”位置，则保护动作发“定子接地”信号。 6.2.11 主变压器高压侧单相接地保护 保护主变压器高压绕组单相接地故障，同时也作为线路保护的后备保护。由于变压器采用分级绝缘，多台变压器中，部分变压器中性点直接接地，部分变压器中性点经间隙接地，为防止过电压，保护方式采用以下方案： 1、 零序电流保护 用于中性点直接接地运行。保护接于主变压器中性点引出线的电流互感器上，保护由两段组成，零序保护Ⅰ段的动作电流及延时与相邻元件单相接地保护的Ⅰ段配合，t1动作于220KV母线解列，t2动作于解列灭磁。零序保护Ⅱ段的动作电流及延时与相邻元件单相接地保护的后备段配合，t3动作于220KV母线解列，t4动作于解列灭磁。 2、零序电流、电压保护 用于中性点经放电间隙接地运行。保护反应零序电压及间隙放电电流，保护的零序电压取自220KV母线电压互感器的开口三角形绕组，间隙放电电流取自中性点间隙下引接线上的电流互感器。保护动作于解列灭磁。 6.2.12 高压启动备用变压器零序保护 保护变压器高压绕组单相接地故障的保护装置。 1、零序电流保护： 用于中性点直接接地运行。保护接于变压器中性点引出线的电流互感器上，保护由两段组成，零序保护Ⅰ段的动作电流及延时与相邻元件单相接地保护的Ⅰ段配合，保护带方向，可投退，一段方向指向本侧母线，第一时限跳开220KV母联断路器，第二时限跳开变压器各侧断路器（出口I或II）。零序保护Ⅱ段的动作电流及延时与相邻元件单相接地保护的后备段配合，保护带方向，可投退，二段方向指向本侧母线，第一时限跳开220KV母联断路器，第二时限跳开变压器各侧断路器（出口I或II）。零序电压闭锁可整定可投退。 2、零序电流、电压保护： 用于中性点经放电间隙接地运行。保护反应零序电压及间隙放电电流，保护的零序电压取自220KV母线电压互感器的开口三角形绕组，间隙放电电流取自中性点间隙下引接线上的电流互感器。保护动作于跳开变压器各侧开关（出口I或II）。 6.2.13 发电机励磁回路保护 1、保护发电机励磁回路的过负荷保护：励磁回路装设定时限励磁绕组过负荷保护，保护装置带时限动作于信号或动作于降低励磁电流。 2、保护发电机转子回路一点、两点接地故障的保护： 转子一点接地保护：保护由乒乓式原理构成的转子一点接地判据构成,带时限动作于信号。 转子两点接地保护：设转子一点接地闭锁，带时限动作于全停I（II）。 6.2.14 发电机过激磁保护 保护发电机过激磁，即当频率降低和电压升高时，引起铁芯的工作磁通密度过高而过热使绝缘老化的保护装置。 主要功能：保护装置设有定时限和反时限两个部分，和发电机过激磁特性近似匹配，定时限发信号，反时限动作于解列灭磁。 6.2.15 发电机过电压保护 保护发电机在起动或并网过程中发生电压升高而损坏发电机绝缘的事故。 主要功能：发电机过电压保护为一段定时限，保护动作于解列灭磁。 6.2.16 发电机失磁保护 保护发电机在发生失磁或部分失磁时，防止危及发电机安全及电力系统稳定运行的保护装置。 发电机失磁保护由发电机定子阻抗判据、转子低电压判据及系统母线低电压判据共同组成，具备PT断线闭锁功能，PT断线发信号。具体配置如下： 1、足定子阻抗静稳判据，转子低电压判椐，但母线电压不低于允许值，经t0发信号，t1动作于切换厂用电，t2动作于解列灭磁。 2、满足定子阻抗静稳判剧或转子低电压判据，母线电压低于允许值，经t3动作于解列灭磁。 6.2.17 发电机逆功率保护 保护发电机在并列运行时，从电力系统吸收有功功率变为电动机运行而损坏机组的保护装置。 1、 程序逆功率： 当非短路性故障的保护动作时，首先作用于关闭主汽门，造成发电机逆功率，逆功率保护动作经延时 t1发信号，经延时 t2，其触点串接主汽门辅助接点（主汽门断开后该触点接通）动作于解列灭磁。 2、 后备逆功率： 后备逆功率保护动作经长延时动作于全停I（II）。 6.2.18 发电机频率异常保护 保护汽轮机，为防止发电机在频率偏低或偏高时，使汽轮机的叶片及其拉筋发生断裂故障的保护装置。保护动作于信号。在发电机停机过程和停机期间自动闭锁频率异常保护。 6.2.19 机组启停机保护 保护发电机在启、停机过程中发生相间和接地故障时，防止某些保护装置受频率变化影响而拒动的保护装置。保护动作于解列灭磁。 6.2.20 热工保护 对于汽机轴振大、轴瓦温度高、汽机超速、轴向位移等热工故障，由热工提供接点启动保护总出口动作于全停III。 6.2.21 失磁联跳保护 在发电机运行中，当励磁调节器动作于跳开灭磁开关时，灭磁开关应连锁启动保护总出口动作于全停III。 6.2.22 紧急跳闸保护 当按下操作员站上的紧急跳闸按扭后，应连锁启动保护总出口动作于全停III。 6.2.23 主变压器本体保护 1、主变压器重瓦斯动作于“全停III”出口，也应能切换到“信号”； 2、主变压器轻瓦斯只动作于“信号”； 3、主变压器的温度测量装置，能自动起、停冷却系统；当温度过高时应发出信号。 4、主变压器冷却器全停当油温达到规定值，经延时动作于解列灭磁。当油温未达到规定值，经长延时动作于解列灭磁。 5、主变压器压力释放，保护动作于全停III，但也应能切换到“信号”。 第七章 结束语 本次对“2×100MW火电厂电气一次部分及主变保护”的设计，我主要做了以下几个方面工作： 1）发电厂电气主接线的设计（完成主接线；主变及厂变的选择：包括容量计算、台数和型号的选择；绘出主接线图）； 2）短路电流计算； 3）主要电气设备选择； 4）主系统保护整定配置，防雷保护规划设计。 其中，发电厂的电气主接线应满足供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和扩建的可能性等基本要求。在设计主接线时，须因地制宜得综合分析该厂的容量、装机台数、负荷性质以及在次同中的地位等条件，依据国家有关政策及技术规范，正确确定主接线形式，合理选择变压器。在设计过程中，应对原始资料进行详尽分析，关注电力市场化改革的进程，对草拟的主接线方案进行比较是，始终围绕着可靠性和经济性之间的协调，使主接线最终方案保证供电可靠、技术先进，同时又尽可能满足经济性的原则。短路电流计算，一般需要计算短路电流基频交流分量的初始值，本设计中采用的是计算曲线法，其反映短路电流周期分量同计算电抗和时间的函数关系的一组曲线，可以利用计算曲线查出短路瞬间和短路后任意时刻该电源向短路点提供的短路电流周期分量的数值。电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所必须满足的基本条件，即按正常工作条件（最高工作电压和最大持续工作电流）选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。为了使发电厂运行安全可靠，我们还对其进行了保护配置，主要是满足发电厂的安全可靠的运行。 通过本次毕业设计我把大学四年的所学专业知识进行了实际运用，从中收获了不少东西，这对我以后的学习和工作带了极大的帮助。本设计能顺利的完成也归功于导师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得一一体现。在此向电信系的全体老师表示感谢。 毕业设计的完成这标志着大学的生活也许将要以此作为一个结束了，但大学结束了，我们的精神不能结束，我们追求我们事业的雄心壮志永远也不能结束。大学给了我一个追求辉煌的梦想。而我就在这个梦想下努力地朝着她飞翔！ 参考文献 [1] 熊信银. 发电厂电气部分[M]. 中国电力出版社，2004 [2] 丁德劭. 怎样对新技术标准电气一次接线图[M]. 中国水利水电出版社，2001 [3] 卓乐友. 电气工程设计手册电气二次部分[M]. 中国电力出版社，1989 [4] 孟祥萍. 电力系统分析[M]. 高等教育出版社，2004 [5] 弋东方. 电力工程电气设备手册电气一次部[M]. 中国电力出版社，2002 [6] 曹绳敏. 电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M]. 东南大学出版社 [7] 刘吉来，黄瑞梅. 高电压技术[M]. 中国水利水电出版社，2004 [8] 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High-voltage Engineering[M]. Fundementals New York，Pergamon press, 1984 [20] Network communications Fechonlogy Ata Elahi[M]. 科学出版社，2002 外文原文和译文 外文原文： The Transformer on load﹠Introduction to DC Machines The Transformer on load It shown that a primary input voltage can be transformed to any desired open-circuit secondary voltage by a suitable choice of turn’s ratio. is available for circulating a load current impedance. For the moment, a lagging power factor will be considered. The secondary current and the resulting ampere-turns will change the flux, tending to demagnetize the core, reduce and with it . Because the primary leakage impedance drop is so low, a small alteration to will cause an appreciable increase of primary current from to a new value of equal to . The extra primary current and ampere-turns nearly cancel the whole of the secondary ampere-turns. This being so, the mutual flux suffers only a slight modification and requires practically the same net ampere-turns as on no load. The total primary ampere-turns are increased by an amount necessary to neutralize the same amount of secondary ampere-turns. In the vector equation, ; alternatively, . At full load, the current is only about 5% of the full-load current and so is nearly equal to . Because in mind that , the input kVA which is approximately is also approximately equal to the output kVA, . The physical current the primary leakage flux to which it is proportional. The total flux linking the primary, is shown unchanged because the total back e.m.f., （ ）is still equal and opposite to . However, there a redistribution of flux and the mutual component due to the increase of with . Although the change is small, the secondary demand could not be met without a mutual flux and e.m.f. alteration to permit primary current to change. The net flux linking the secondary winding further reduced by the establishment of secondary leakage flux due to , and this opposes . Although and are indicated separately, they combine to one resultant in the core which will be downwards at the instant shown. Thus the secondary terminal voltage is reduced to which can be considered in two components, i.e. or vectorially . As for the primary, is responsible for a substantially constant secondary leakage inductance . It will be noticed that the primary leakage flux is responsible for part of the change in the secondary terminal voltage due to its effects on the mutual flux. The two leakage fluxes are closely related; , for example, by its demagnetizing action on the primary side which led to the establishment of primary leakage flux. If a low enough leading power factor is considered, the total secondary flux and the mutual flux are increased causing the secondary terminal voltage to rise with load. is unchanged in magnitude from the no load condition since, neglecting resistance, it still with there is still an increase of primary current. Two more points should be made about the figures. Firstly, a unity turns ratio assumed for convenience so that . Secondly, the physical picture is drawn for a different instant of time from the vector diagrams which show , if the as usual, to be the zero time reference. There are instants in the cycle when primary leakage flux is zero, when the secondary leakage flux is zero, and when primary and secondary leakage flux is zero, and when primary and secondary leakage fluxes are in the same sense. The equivalent circuit already derived for the transformer with the secondary terminals open, can easily be extended to cover the loaded secondary by the addition of the secondary resistance and leakage reactance. Practically all transformers ’s ratio different from unity although such an arrangement is sometimes employed for the purposes of electrically isolating one circuit from another operating at the same voltage. To explain the case where the reaction of the secondary will be viewed from the primary winding. The reaction is experienced only in terms of the magnetizing force due to the secondary ampere-turns. There is no way of detecting from the primary side whether is large and small or vice versa, it is the product of current and turns which causes the reaction. Consequently, a secondary winding can be replaced by any number of different equivalent windings and load circuits which will give rise to an identical reaction on the primary .It is clearly convenient to change the secondary winding to an equivalent winding ampere turns must be unchanged must be equal to .i.e. . For impedance, since any secondary voltage becomes , and secondary current becomes , then any secondary impedance, including load impedance, must become . Consequently, and . If the primary turns are taken as reference turns, the process is called referring to the primary side. There are a few checks which can be made to see if the procedure outlined is valid. For example, the copper loss in the referred secondary winding must be the same as in the original secondary otherwise the primary would fact reduce to . Similarly the stored magnetic energy in the leakage field which is proportional to will be found to check as . The referred secondary . The argument is sound, though at first it may fact, if the actual secondary winding was removed physically from the core and replaced by the equivalent winding and load circuit designed to give the parameters , , and , measurements from the primary terminals would be unable to detect any difference in secondary ampere-turns, demand or copper loss, under normal power frequency operation. There is no point in choosing any basis other than equal turns on primary and referred secondary, but it is sometimes convenient to refer the primary to the secondary winding. In this case, if all the subscript 1’s are interchanged for the subscript 2’s, the necessary referring constants are easily found; e.g. , ; similarly and . The equivalent circuit for the general case where except that added to allow for iron loss and an ideal lossless transformation included before the secondary terminals to return to .All calculations of internal voltage and power losses are made before this ideal transformation is applied. The behavior of a transformer as detected at both sets of terminals is the same as the behavior detected at the corresponding terminals of this circuit when the appropriate parameters are inserted. The slightly different representation showing the coils and side by side with a core in between is only used for convenience. On the transformer itself, the coils are, of course, wound round the same core. Very little error is introduced if the magnetizing branch is transferred to the primary terminals, but a few anomalies will arise. For example, the current shown flowing through the primary impedance is no longer the whole of the primary current. The error is quite small since is usually such a small fraction of . Slightly different answers may be obtained to a particular problem depending on whether or not allowance is made for this error. With this simplified circuit, the primary and referred secondary impedances can be added to give: And It should be pointed out that the equivalent circuit as derived at power frequencies; capacitance effects must be taken into account whenever the rate of change of voltage would give rise to appreciable capacitance currents, . They are important at for power frequencies .An alternative , treating the transformer as a three-or four-terminal network, gives rise to a representation which is just as accurate and transfer properties. The circuit on this basis would the phenomena within the device like the effects of saturation, so for an understanding of internal behavior. There are two ways of looking at the equivalent circuit: viewed from the primary as a sink but the referred load impedance connected across ,or Viewed from the secondary as a source of constant voltage with internal drops due to and . The magnetizing branch is sometimes omitted in this representation and so the circuit reduces to a generator producing a constant voltage (actually equal to ) and internal impedance (actually equal to ). In either case, the parameters could be referred to the secondary winding and this may save calculation time. The resistances and reactances can be obtained from two simple light load tests. Introduction to DC Machines DC machines are characterized by their versatility. By means of various combination of shunt, series, and separately excited field windings they can be designed to display a wide variety of volt-ampere or speed-torque characteristics for both dynamic and steady state operation. Because of the ease with which they can be controlled, systems of DC machines are often used in applications requiring a wide range of motor speeds or precise control of motor output. The essential features of a DC machine are shown schematically. The stator created by the field winding is symmetrical about the centerline of the field poles. This axis is called the field axis or direct axis. As we know, the AC voltage generated in each rotating armature coil is converted to DC in the external armature terminals by means of a rotating commutator and stationary brushes to which the armature leads are connected. The commutator-brush combination forms a mechanical rectifier, resulting in a DC armature voltage as well as an armature m.m.f. wave which is fixed in space. The brushes are located so that commutation occurs when the coil sides are in the neutral zone, midway between the field poles. The axis of the armature m.m.f. wave then in 90 electrical degrees from the axis of the field poles, i.e., in the quadrature axis. In the schematic representation the brushes are shown in quadrature axis because this is the position of the coils to which they are connected. The armature m.m.f. wave then is along the brush axis as shown.. (The geometrical position of the brushes in an actual machine is approximately 90 electrical degrees from their position in the schematic diagram because of the shape of the end connections to the commutator.) The magnetic torque and the speed voltage appearing at the brushes are independent of the spatial waveform of the flux distribution; for convenience we shall continue to assume a sinusoidal flux-density wave in the air gap. The torque can then be found from the magnetic field viewpoint. The torque can be expressed in terms of the interaction of the direct-axis air-gap flux per pole and the space-fundamental component of the armature m.m.f. wave . With the brushes in the quadrature axis, the angle between these fields is 90 electrical degrees, and its sine equals unity. For a P pole machine In which the minus sign dropped because the positive direction of the torque can be determined from physical reasoning. The space fundamental of the saw tooth armature m.m.f. wave is 8 times its peak. Substitution in above equation then gives Where =current in external armature circuit; =total number of conductors in armature winding; =number of parallel paths through winding; And Is a constant fixed by the design of the winding. The rectified voltage generated in the armature discussed before for an elementary single-coil armature. The effect of distributing the winding in several slots is shown in figure, in which each of the rectified sine waves is the voltage generated in one of the coils, commutation taking place at the moment when the coil sides are in the neutral zone. The generated voltage as observed from the brushes is the sum of the rectified voltages of all the coils in series between brushes and is shown by the rippling line labeled in figure. With a dozen or so commutator segments per pole, the ripple becomes very small and the average generated voltage observed from the brushes equals the sum of the average values of the rectified coil voltages. The rectified voltage between brushes, known also as the speed voltage, is Where is the design constant. The rectified voltage of a distributed winding SI units: This equation simply says that the instantaneous electric power associated with the speed voltage equals the instantaneous mechanical power associated with the magnetic torque, the direction of power flow being determined by whether the machine is acting as a motor or generator. The direct-axis air-gap flux is produced by the combined m.m.f. of the field windings, the flux-m.m.f. characteristic being the magnetization curve for the particular iron geometry of the machine. In the magnetization curve, it is assumed that the armature m.m.f. wave is perpendicular to the field axis. It will be necessary to reexamine this assumption later in this chapter, where the effects of saturation are investigated more thoroughly. Because the armature e.m.f. is proportional to flux times speed, it is usually more convenient to express the magnetization curve in terms of the armature e.m.f. at a constant speed . The voltage for a given flux at any other speed is proportional to the speed,i.e. Figure shows the magnetization curve with only one field winding excited. This curve can easily be obtained by test methods, no knowledge of any design details being required. Over a fairly wide range of excitation the reluctance of the iron is negligible compared with that of the air gap. In this region the flux is linearly proportional to the total m.m.f. of the field windings, the constant of proportionality being the direct-axis air-gap permeance. The outstanding advantages of DC machines arise from the wide variety of operating characteristics which can be obtained by selection of the method of excitation of the field windings. The field windings may be separately excited from an external DC source, or they may be self-excited; i.e., the machine may supply its own excitation. The method of excitation profoundly influences not only the steady-state characteristics, but also the dynamic behavior of the machine in control systems. The connection diagram of a separately excited generator is given. The required field current is a very small fraction of the rated armature current. A small amount of power in the field circuit may control a relatively large amount of power in the armature circuit; i.e., the generator is a power amplifier. Separately excited generators are often used in feedback control systems when control of the armature voltage over a wide range is required. The field windings of self-excited generators may be supplied in three different ways. The field may be connected in series with the armature, resulting in a shunt generator, or the field may be in two sections, one of which is connected in series and the other in shunt with the armature, resulting in a compound generator. With self-excited generators residual magnetism must be present in the machine iron to get the self-excitation process started. In the typical steady-state volt-ampere characteristics, constant-speed prime movers being assumed. The relation between the steady-state generated e.m.f. and the terminal voltage is Where the armature is current output and is the armature circuit resistance. In a generator, is large than ; and the electromagnetic torque T is a counter torque opposing rotation. The terminal voltage of a separately excited generator decreases slightly with increase in the load current, principally because of the voltage drop in the armature resistance. The field current of a series generator is the same as the load current, so that the air-gap flux and used. The voltage of shunt generators drops off somewhat with load. Compound generators are normally connected so that the m.m.f. of the series winding aids that of the shunt winding. The advantage is that through the action of the series winding the flux per pole can increase with load, resulting in a voltage output which is nearly constant. Usually, shunt winding contains many turns of comparatively be controlled over reasonable limits by means of rheostats in the shunt field. Any of the methods of excitation used for generators can also be used for motors. In the typical steady-state speed-torque characteristics, it is assumed that the motor terminals are supplied from a constant-voltage source. In a motor the relation between the e.m.f. generated in the armature and the terminal voltage is Where is now the armature current input. The generated e.m.f. is now smaller than the terminal voltage , the armature current is in the opposite direction to that in a motor, and the electromagnetic torque is in the direction to sustain rotation of the armature. In shunt and separately excited motors the field flux is nearly constant. Consequently, increased torque must be accompanied by a very nearly proportional increase in armature current and counter e.m.f. to allow this increased current through the small armature resistance. Since counter e.m.f. is determined by flux and speed, the speed must drop slightly. Like the squirrel-cage induction motor, the shunt motor is substantially a constant-speed motor speed from no load to full load. Starting torque and maximum torque are limited by the armature current that can be commutated successfully. An outstanding advantage of the shunt motor is ease of speed control. With a rheostat in the shunt-field circuit, the field current and flux per pole can be varied at will, and variation of flux causes the inverse variation of speed to maintain counter e.m.f. approximately equal to the impressed terminal voltage. A maximum speed range of about 4 or 5 to 1 can be obtained by this method, the limitation again being commutating conditions. By variation of the impressed armature voltage, very wide speed ranges can be obtained. In the series motor, increase in load is accompanied by increase in the armature current and m.m.f. and the stator field flux (provided the iron is not completely saturated). Because flux increases with load, speed must drop in order to maintain the balance between impressed voltage and counter e.m.f.; moreover, the increase in armature current caused by increased torque is smaller than in the shunt motor because of the increased flux. The series motor is therefore a varying-speed motor with a markedly drooping speed-load characteristic. For applications requiring flux with increased armature current.In the compound motor the series field may be connected either cumulatively, so that its.m.m.f.adds to that of the shunt field, or differentially, so that it opposes. The differential connection is very rarely used. A cumulatively compounded motor those of a shunt and a series motor, the drop of speed with load depending on the relative number of ampere-turns in the shunt and series fields. It does not . The application advantages of DC machines lie in the variety of performance characteristics offered by the possibilities of shunt, series, and compound excitation. Some of these characteristics touched upon briefly in this article. Still greater possibilities exist if additional sets of brushes are added so that other voltages can be obtained from the commutator. Thus the versatility of DC machine systems and their adaptability to control, both manual and automatic, are their outstanding features. 译文: 负载运行的变压器及直流电机导论 负载运行的变压器 通过选择合适的匝数比，一次侧输入电压 可任意转换成所希望的二次侧开路电压 。 可用于产生负载电流，该电流的幅值和功率因数将由而次侧电路的阻抗决定。现在，我们要讨论一种滞后功率因数。二次侧电流及其总安匝 将影响磁通，有一种对铁芯产生去磁、减小 和 的趋向。因为一次侧漏阻抗压降如此之小，所以 的微小变化都将导致一次侧电流增加很大，从 增大至一个新值 。增加的一次侧电流和磁势近似平衡了全部二次侧磁势。这样的话，互感磁通只经历很小的变化，并且实际上只需要与空载时相同的净磁势 。一次侧总磁势增加了 ，它是平衡同量的二次侧磁势所必需的。在向量方程中， ，上式也可变换成 。满载时，电流 只约占满载电流的5%，因而 近似等于 。记住 ，近似等于 的输入容量也就近似等于输出容量 。 一次侧电流已增大，随之与之成正比的一次侧漏磁通也增大。交链一次绕组的总磁通 没有变化，这是因为总反电动势 仍然与 相等且反向。然而此时却存在磁通的重新分配，由于 随 的增加而增加，互感磁通分量已经减小。尽管变化很小，但是如果没有互感磁通和电动势的变化来允许一次侧电流变化，那么二次侧的需求就无法满足。交链二次绕组的净磁通 由于 产生的二次侧漏磁通（其与 反相）的建立而被进一步削弱。尽管图中 和 是分开表示的,但它们在铁芯中是一个合成量，该合成量在图示中的瞬时是向下的。这样，二次侧端电压降至 ，它可被看成两个分量，即 ，或者向量形式 。与一次侧漏磁通一样， 的作用也用一个大体为常数的漏电感 来表征。要注意的是，由于它对互感磁通的作用，一次侧漏磁通对于二次侧端电压的变化产生部分影响。这两种漏磁通，紧密相关；例如， 对 的去磁作用引起了一次侧的变化，从而导致了一次侧漏磁通的产生。 如果我们讨论一个足够低的超前功率因数，二次侧总磁通和互感磁通都会增加，从而使得二次侧端电压随负载增加而升高。在空载情形下，如果忽略电阻， 幅值大小不变，因为它仍提供一个等于 的反总电动势。尽管现在 是一次侧和二次侧磁势的共同作用产生的，但它实际上与 相同。互感磁通必须仍随负载变化而变化以改变 ，从而产生更大的一次侧电流。此时 的幅值已经增大，但由于 与 是向量合成，因此一次侧电流仍然是增大的。 从上述图中，还应得出两点：首先，为方便起见已假设匝数比为1，这样可使 。其次，如果横轴像通常取的话，那么向量图是以 EMBED Equation.3 为零时间参数的，图中各物理量时间方向并不是该瞬时的。在周期性交变中，有一次侧漏磁通为零的瞬时，也有二次侧漏磁通为零的瞬时，还有它们处于同一方向的瞬时。 已经推出的变压器二次侧绕组端开路的等效电路，通过加上二次侧电阻和漏抗便可很容易扩展成二次侧负载时的等效电路。 实际中所有的变压器的匝数比都不等于1，尽管有时使其为1也是为了使一个电路与另一个在相同电压下运行的电路实现电气隔离。为了分析 时的情况，二次侧的反应得从一次侧来看，这种反应只有通过由二次侧的磁势产生磁场力来反应。我们从一次侧无法判断是 大， 小，还是 小， 大，正是电流和匝数的乘积在产生作用。因此，二次侧绕组可用任意个在一次侧产生相同匝数 的等效绕组是方便的。 当 变换成 ，由于电动势与匝数成正比，所以 ，与 相等。 对于电流，由于对一次侧作用的安匝数必须保持不变，因此 ，即 。 对于阻抗，由于二次侧电压 变成 ，电流 变为 ，因此阻抗值，包括负载阻抗必然变为 。因此， ， 。 如果将一次侧匝数作为参考匝数，那么这种过程称为往一次侧的折算。 我们可以用一些方法来验证上述折算过程是否正确。 例如，折算后的二次绕组的铜耗必须与原二次绕组铜耗相等，否则一次侧提供给其损耗的功率就变了。 必须等于 ，而 事实上确实简化成了 。类似地，与 成比例的漏磁场的磁场储能 ，求出后验证与 成正比。折算后的二次侧 。 尽管看起来似乎不可理解，事实上这种论点是可靠的。实际上，如果我们将实际的二次绕组当真从铁芯上移开，并用一个参数设计成 ， ， ， 的等效绕组和负载电路替换，在正常电网频率运行时，从一次侧两端无法判断二次侧的磁势、所需容量及铜耗与前有何差别。 在选择折算基准时，无非是将一次侧与折算后的二次侧匝数设为相等，除此之外再没有什么更要紧的了。但有时将一次侧折算到二次侧倒是方便的，在这种情况下，如果所有下标“1”的量都变换成了下标“2”的量，那么很容易得到必需的折算系数，例如。值得注意的是，对于一台实际的变压器， ， ；同样地 ， 。 的通常情形时的等效电路，它除了为了考虑铁耗而引入了 ，且为了将 折算回 而在二次侧两端引入了一理想的无损耗转换外，其他方面是一样的。在运用这种理想转换之前，内部电压和功率损耗已进行了计算。当在电路中选择了适当的参数时，在一、二次侧两端测得的变压器运行情况与在该电路相应端所测得的请况是完全一致的。将 线圈和 线圈并排放置在一个铁芯的两边，这一点与实际情况之间的差别仅仅是为了方便。当然，就变压器本身来说，两线圈是绕在同一铁芯柱上的。 如果将激磁支路移至一次绕组端口，引起的误差很小，但一些不合理的现象又会发生。例如，流过一次侧阻抗的电流不再是整个一次侧电流。由于 通常只是 的很小一部分，所有误差相当小。对一个具体问题可否允许有细微差别的回答取决于是否允许这种误差的存在。对于这种简化电路，一次侧和折算后二次侧阻抗可相加，得 和 需要指出的是，在此得到的等效电路仅仅适用于电网频率下的正常运行；一旦电压变化率产生相当大的电容电流 时必须考虑电容效应。这对于高电压和频率超过100Hz的情形是很重要的。其次，即使是对于电网频率也并非唯一可行的等效电路。另一种形式是将变压器看成一个三端或四端网络，这样便产生一个准确的表达，它对于那些把所有装置看成是具有某种传递性能的电路元件的工程师来说是方便的。以此为分析基础的电路会拥有一个既产生电压大小的变化，也产生相位移的匝比，其阻抗也会与绕组的阻抗不同。这种电路无法解释变压器内类似饱和效应等现象。 等效电路有两个入端口形式： 1) 从一次侧看为一个U形电路，其折合后的负载阻抗的端电压为 ； 2) 从二次侧看为一其值为 ，且伴有由 和 引起内压降的恒压源。在这种电路中有时可省略激磁支路，这样电路简化为一台产生恒值电压 （实际上等于 ）并带有阻抗 （实际上等于 ）的发电机。 在上述两种情况下，参数都可折算到二次绕组，这样可减小计算时间。 其电阻和电抗值可通过两种简单的轻载试验获得。 直流电机导论 直流电机以其多功用性而形成了鲜明的特征。通过并励、串励和特励绕组的各种不同组合，直流电机可设计成在动态和稳态运行时呈现出宽广范围变化的伏-安或速度-转矩特性。由于直流电机易于控制，因此该系统用于要求电动机转速变化范围宽或能精确控制电机输出的场合。 定子上有凸极，由一个或一个以上励磁线圈励磁。励磁绕组产生的气隙通以磁极中心线为轴线对称分布，这条轴线称为磁场轴线或直轴。 我们知道，每个旋转的电枢绕组中产生的交流电压，经由一与电枢连接的旋转的换向器和静止的电刷，在电枢绕组出线端转换成直流电压。换向器一电刷的组合构成机械整流器，它产生一直流电枢电压和一在空间固定的电枢磁势波形。电刷的放置应使换向线圈也处于磁极中性区，即两磁极之间。这样，电枢磁势波形的轴线与磁极轴线相差90°电角度，即位于交轴上。在示意图中，电刷位于交轴上，因为此处正是与其相连的线圈的位置。这样，如图所示电枢磁势波的轴线也是沿着电刷轴线的。（在实际电机中，电刷的几何位置大约偏移图例中所示位置90°电角度，这是因为元件的末端形状构成图示结果与换向器相连。电刷上的电磁转矩和速度电压与磁通分布的空间波形无关；为了方便起见，我们假设气隙中仍然是正弦磁密波，这样便可以从磁场分析着手求得转矩。 转矩可以用直轴每极气隙磁通 和电枢磁势波的空间基波分量 相互作用的结果来表示。电刷处于交轴时，磁场间的角度为90°电角度，其正弦值等于1，则对于一台P极电机 式中由于转矩的正方向可以根据物理概念的推断确定，因此负号已经去掉。电枢磁势锯齿波的空间基波 是峰值的8 。上式变换后有 式中 =电枢外部电路中的电流； =电枢绕组中的总导体数； =通过绕组的并联支路数； 且 其为一个由绕组设计而确定的常数。 简单的单个线圈的电枢中的整流电压前面已经讨论过了。将绕组分散在几个槽中的效果可用图形表示，图中每一条整流的正弦波形是一个线圈产生的电压，换向线圈边处于磁中性区。从电刷端观察到的电压是电刷间所有串联线圈中整流电压的总和，在图中由标以 的波线表示。当每极有十几个换向器片，波线的波动变得非常小，从电刷端观察到的平均电压等于线圈整流电压平均值之和。电刷间的整流电压 即速度电压，为 式中 为设计常数。分布绕组的整流电压与集中线圈有着相同的平均值，其差别只是分布绕组的波形脉动大大减小。 将上述几式中的所有变量用SI单位制表达，有 这个等式简单地说明与速度电压有关的瞬时功率等于与磁场转矩有关的瞬时机械功率，能量的流向取决于这台电机是电动机还是发电机。 直轴气隙通由励磁绕组的合成磁势 产生，其磁通-磁势曲线就是电机的具体铁磁材料的几何尺寸决定的磁化曲线。在磁化曲线中，因为电枢磁势波的轴线与磁场轴线垂直，因此假定电枢磁势对直轴磁通不产生作用。这种假设有必要在后述部分加以验证，届时饱和效应会深入研究。因为电枢电势与磁通成正比，所以通常用恒定转速 下的电枢电势 来表示磁化曲线更为方便。任意转速 时，任一给定磁通下的电压 与转速成正比，即 图中表示只有一个励磁绕组的磁化曲线，这条曲线可以很容易通过实验方法得到，不需要任何设计步骤的知识。 在一个相当宽的励磁范围内，铁磁材料部分的磁阻与气隙磁阻相比可以忽略不计，在此范围内磁通与励磁绕组总磁势呈线性比例，比例常数便是直轴气隙磁导率。 直流电机的突出优点是通过选择磁场绕组不同的励磁方法，可以获得变化范围很大的运行特性。励磁绕组可以由外部直流电源单独激磁，或者也可自励，即电机提供自身的励磁。励磁防哪个法不仅极大地影响控制系统中电机的静态特性，而且影响其动态运行。 他励发电机的连接图已经给出，所需励磁电流是额定电枢电流的很小一部分。励磁电路中很小数量的功率可以控制电枢电路中相对很大数量的功率，也就是说发电机是一种功率放大器。当需要在很大范围内控制电枢电压时，他励发电机常常用于反馈控制系统中。自励发电机的励磁绕组可以有三种不同的供电方式。励磁绕组可以与电枢串联起来，这便形成了串励发电机；励磁绕组可以与电枢并联在一起，这便形成了并励发电机；或者励磁绕组分成两部分，其中一部分与电枢串联，另一部分与电枢并联，这便形成复励发电机。为了引起自励过程，在自励发电机中必须存在剩磁。 在典型的静态伏-安特性中，假定原动机恒速运行，稳态电势 和端电压 关系为： 式中 为电枢输出电流， 为电枢回路电阻。在发电机中， 比 大，电磁转矩T是一种阻转矩。 他励发电机的端电压随着负载电流的增加稍有降低，这主要是由于电枢电阻上的压降。串励发电机中的励磁电流与负载电流相同，这样，气隙磁通和电压随负载变化很大，因此很少采用串励发电机。并励发电机电压随负载增加会有所下降，但在许多应用场合，这并不防碍使用。复励发电机的连接通常使串励绕组的磁势与并励绕组磁势相加，其优点是通过串励绕组的作用，每极磁通随着负载增加，从而产生一个随负载增加近似为常数的输出电压。通常，并励绕组匝数多，导线细；而绕在外部的串励绕组由于它必须承载电机的整个电枢电流，所以其构成的导线相对较粗。不论是并励还是复励发电机的电压都可借助并励磁场中的变阻器在适度的范围内得到调节。 任何用于发电机的励磁方法都可用于电动机。在电动机典型的静态转速-转矩特性中，假设电动机两端由一个恒压源供电。在电动机电枢中感应的电势与端电压 间的关系为 式中 此时为输入的电枢电流。电势 此时比端电压小，电枢电流与发电机中的方向相反，且电磁转矩与电枢旋转方向相同。 在并励和他励电动机中磁场磁通近似为常数，因此转矩的增加必须要求电枢电流近似成比例增大，同时为允许增大的电流通过小的电枢电阻，要求反电势稍有减少。由于反电势决定于磁通和转速，因此，转速必须稍稍降低。与鼠笼式感应电动机相类似，并励电动机实际上是一种从空载到满载速降仅约为5%的恒速电动机。起动转矩和最大转矩受到能成功换向的电枢电流的限制。 并励电动机的突出优点是易于调速。在并励绕组回路装上变阻器，励磁电流和每极磁通都可任意改变，而磁通的变化导致转速相反的变化以维持反电势大致等于外施端电压。通过这种方法得到最大调速范围为4或5比1，最高转速同样受到换向条件的限制。通过改变外施电枢电压，可以获得很宽的调速范围。 在串励电动机中，电枢电流、电枢电势和定子磁场磁通随负载增加而增加（假设铁芯不完全饱和）。因为磁通随负载增大，所以为了维持外施电压与反电势之间的平衡，速度必须下降，此外，由于磁通增加，所以转矩增大所引起的电枢电流的增大比并励电动机中的要小。因此串励电动机是一种具有明显下降的转速-负载特性的变速电动机。对于要求转矩过载很多的应用场合，由于对应的过载功率随相应的转速下降而维持在一个合理的范围内，因此，这种特性具有特别的优越性。磁通随着电枢电流的增大而增大，同时还带来非常有用的起动特性。 在复励电动机中，串励磁场可以连接成积复励式，使其磁势与并励磁场相加；也可以连接成差复励式，两磁场方向相反。差复励连接很少使用。积复励电动机具有界于并励和串励电动机之间的速度-负载特性，转速随负载的降低取决于并励磁场和串励磁场的相对安匝数。这种电动机没有像串励电动机那样轻载高转速的缺点，但它在相当的程度上保持着串励方式的优点。 直流电机的应用优势在于可接成并励、串励和复励等各种励磁方式，因而可提供 多种性能各异的运行特性。其中有一些特性在本文中已大致提及。如果增加附加的电刷组以至于从换向器上另外可得到一些电压，那么还会存在更多的运用场合，因此直流电机系统的多用性，及其不论对人工还是自动控制的适应性，是它们的显著特性。 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（本人签名）： 年 月 日 学位论文出版授权书 本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。 论文密级： □公开 □保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ) 作者签名：_______ 导师签名：_______ _______年_____月_____日 _______年_____月_____日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。   作者签名: 二〇一〇年九月二十日   毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）   作者签名: 二〇一〇年九月二十日 致 谢 时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。 首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。 首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。 其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。 另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。 最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。 四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。 回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。 学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。 最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。 PAGE 2 _1234568157.unknown _1234568220.unknown _1234568256.unknown _1369487687.unknown _1369488104.unknown _1369488131.unknown _1369488143.unknown _1369487761.unknown _1369487785.unknown _1369487757.unknown _1369487726.unknown _1234568272.unknown _1234568280.unknown _1234568288.unknown _1234568296.unknown _1234568300.unknown _1234568302.unknown _1234568304.unknown _1234568305.unknown _1234568303.unknown _1234568301.unknown _1234568298.unknown _1234568299.unknown _1234568297.unknown _1234568292.unknown _1234568294.unknown _1234568295.unknown _1234568293.unknown _1234568290.unknown _1234568291.unknown _1234568289.unknown _1234568284.unknown _1234568286.unknown _1234568287.unknown _1234568285.unknown _1234568282.unknown _1234568283.unknown _1234568281.unknown _1234568276.unknown _1234568278.unknown _1234568279.unknown _1234568277.unknown _1234568274.unknown _1234568275.unknown _1234568273.unknown _1234568264.unknown _1234568268.unknown _1234568270.unknown _1234568271.unknown _1234568269.unknown _1234568266.unknown _1234568267.unknown _1234568265.unknown _1234568260.unknown _1234568262.unknown _1234568263.unknown _1234568261.unknown _1234568258.unknown _1234568259.unknown _1234568257.unknown _1234568236.unknown _1234568248.unknown _1234568252.unknown _1234568254.unknown _1234568255.unknown _1234568253.unknown _1234568250.unknown _1234568251.unknown _1234568249.unknown _1234568242.unknown _1234568244.unknown _1234568246.unknown _1234568247.unknown _1234568245.unknown _1234568243.unknown _1234568240.unknown _1234568241.unknown _1234568238.unknown _1234568239.unknown _1234568237.unknown _1234568228.unknown _1234568232.unknown _1234568234.unknown _1234568235.unknown _1234568233.unknown _1234568230.unknown _1234568231.unknown _1234568229.unknown _1234568224.unknown _1234568226.unknown _1234568227.unknown _1234568225.unknown _1234568222.unknown _1234568223.unknown _1234568221.unknown _1234568188.unknown _1234568204.unknown _1234568212.unknown _1234568216.unknown _1234568218.unknown _1234568219.unknown _1234568217.unknown _1234568214.unknown _1234568215.unknown _1234568213.unknown _1234568208.unknown _1234568210.unknown _1234568211.unknown _1234568209.unknown _1234568206.unknown _1234568207.unknown _1234568205.unknown _1234568196.unknown _1234568200.unknown _1234568202.unknown _1234568203.unknown _1234568201.unknown _1234568198.unknown _1234568199.unknown _1234568197.unknown _1234568192.unknown _1234568194.unknown _1234568195.unknown _1234568193.unknown _1234568190.unknown _1234568191.unknown _1234568189.unknown _1234568171.unknown _1234568180.unknown _1234568184.unknown _1234568186.unknown _1234568187.unknown _1234568185.unknown _1234568182.unknown _1234568183.unknown _1234568181.unknown _1234568176.unknown _1234568178.unknown _1234568179.unknown _1234568177.unknown _1234568174.unknown _1234568175.unknown _1234568172.unknown _1234568163.unknown _1234568167.unknown _1234568169.unknown _1234568170.unknown _1234568168.unknown _1234568165.unknown _1234568166.unknown _1234568164.unknown _1234568159.unknown _1234568161.unknown _1234568162.unknown _1234568160.unknown _1234568158.unknown _1234567971.unknown _1234568035.unknown _1234568067.unknown _1234568099.unknown _1234568115.unknown _1234568131.unknown _1234568139.unknown _1234568147.unknown _1234568151.unknown _1234568153.unknown _1234568155.unknown _1234568156.unknown _1234568154.unknown _1234568152.unknown _1234568149.unknown _1234568150.unknown _1234568148.unknown _1234568143.unknown _1234568145.unknown _1234568146.unknown _1234568144.unknown _1234568141.unknown _1234568142.unknown _1234568140.unknown _1234568135.unknown _1234568137.unknown _1234568138.unknown _1234568136.unknown _1234568133.unknown _1234568134.unknown _1234568132.unknown 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