1 引言近年，我国电力工业发展迅速，电力供应能力显著增强。

“十五”期间全国发电装机新增近2亿千瓦，创历史最高水平，2006年又新增装机容量1亿千瓦，总容量超过6亿千瓦，今年投产规模仍将保持在7000万千瓦以上，全国电力供应紧的局面已经得到全面缓解。

但是，我国电力工业结构不合理的矛盾仍十分突出，特别是能耗高、污染重的小火电机组比重过高。

因此，电力工业将“上大压小”、加快关停小火电机组放在了“十一五”期间工作的首位[9]。

据测算，火电机组容量的不同，反映在煤耗和污染物排放量上差别很大。

大型高效发电机组每千瓦时供电煤耗为290克--340克，中小机组则达到380克--500克。

5万千瓦机组其供电煤耗约440克/千瓦时，发同样的电量，比大机组多耗煤30--50%。

与此同时，小火电机组排放二氧化硫和烟尘排放量分别占电力行业总排放量的35%和52%。

国家发改委能源局局长小平算了一笔账，“现有的小机组若能够完全由大机组替代，一年可节能9000万吨标准煤，相应减少排放二氧化硫220万吨，少排放二氧化碳2.2亿吨。

目前全国10万千瓦及以下小火电机组占火电装机比重达到29.4％，这些小火电绝大部分是在我国电力供应较为紧的“八五”、“九五”期间建设的，主要分布于经济发达地区和煤炭资源丰富的省份。

加速关停小火电机组，一方面是保证节能降耗指标的完成，另一方面有助于保障大机组的开工率，促进电力产业结构改造升级。

关停小火电机组是从国家大局出发，优化电力工业结构的重要举措，对提高电力工业的整体质量和效益，促进电力工业可持续发展具有十分重要的意义。

发电厂二期工程电气部分设计①装机容量：装机两台，总容量600MW；②机组年利用小时数： Tmax=6000小时③气象条件：发电厂所在地最高气温32℃，年平均气温5．65℃，最大风速25m/s④厂用电率：按6%考虑⑤ 220kV电压等级，架空线路2回与系统相连，系统电抗以100MVA为基准折算到220kV 母线为0.028设计基本要求：①确定发电厂电气主接线的最佳方案（包括主变压器型式、容量的选择）；②确定发电厂厂用电接线的最佳方案；③计算短路电流；④事故保安负荷计算、电气设备的配置方案；⑤电气设备的选择与校验；⑥绘制有关图纸（电气主接线图、配电装置平面图与断面图等）；2 电气主接线2.1 概述主接线设计必须结合电力系统和发电厂的具体情况，全面分析有关因素，正确处理它们之间的关系，最后合理确定主接线的方案[5]。

2.1.1 电气主接线设计的重要性(1)电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。

(2)电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。

2.2 电气主接线的基本形式结合本次设计的实际情况，初步拟定三种接线方案：①单母线接线，其接线形式为图1图1单母线接线②双母线接线，其接线形式为图2图2 双母线接线③带旁路母线的双母线接线，其接线形式为图3图3 双母线带旁路针对以上主接线形式，进行技术经济比较，从而确定本次设计所采用的主接线形式为双母线接线。

2.3 主变压器形式、容量、发电机型号的选择2.3.1 主变的选择100MW及300MW机组的主变选择根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分规定“发电机与主变压器为单元接线时，主变压器的容量按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。

”#1～#2发电机主变压器的容量：原有一期为2*100MW机组，发电机具体参数见表2-1表2-1 #1～#2发电机主变压器参数表二期为扩建工程，装机2*300MW ，具体型号与参数见表2-2 #3～#4发电机主变压器的容量：(1%)(110%)N P P K S COS ϕ-+=%P K ——厂用电率，取6%36585.0%)101%)(61(300=+-⨯=S （MVA ）表2-2 #3～#4发电机主变压器参数2.3.2 发电机组的选择 一期：两台100MW 机组, 具体型号与参数见表2-3表2-3 #1～#2发电机参数冷却方式二期：两台300MW机组，具体型号与参数见表2-4表2-4 #3～#4发电机参数3 高压厂用电接线3.1 概述厂用机械的重要性决定了厂用电的重要程度，应高度保证供电的可靠性和连续性[6]。

①设计厂用电接线方式时，对厂用电的电压等级、厂用电源及其引接等问题进行分析和论证；②当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障围，接线简单。

3.2厂用电压等级及接线形式3.2.1 厂用电压等级按发电机容量确定高压厂用电压等级①火力发电厂为300MW燃煤机组，采用6kV作为厂用高压电压；3.2.2 厂用电接线型式本次设计发电厂厂用电系统接线采用单母线分段接线形式，为了保证厂用电系统的供电可靠性和经济性，高压厂用电母线采用按锅炉分段的原则。

3.3 厂用电源及备用电源引接方式3.3.1 厂用电源引接方式厂用电源的取得方式主要决定于电气主接线的方式。

本次设计采用发电机、变压器单元接线，厂用工作电源从主变压器的低压侧引接。

火力发电厂，投入系统并联运行，发电机电压回路通过厂用高压变压器取得厂用高压工作电源，即使发电机组全部停止运行，仍可从电力系统倒送电能供给厂用电源。

3.3.2 备用电源引接方式本次设计为300MW大型发电机组，为了确保机组安全和厂用电的可靠，设置备用电源，本次设计的备用电源是从220kV母线引接。

3.4 高压厂用变、备用变压器的选择3.4.1 容量、型式的选择根据《火力发电厂设计技术规程》规定：高压厂用备用变压器或启动/备用变压器的容量不应小于最大一台高压厂用工作变压器的容量；①火力发电厂为两台300MW机组，所以设一台高压厂用/备用变压器②根据300MW发电机组厂用负荷表选择厂用变压器和启动备用变压器如下：厂用变压器：型号：SFF10-50000/24kV 额定容量：50000/30000-30000kVA额定电压：24±2×2.5％/6.3-6.3kV 阻抗电压：18.5%备用变压器：型号：SFPFZ10-50000/220kV 额定容量：50000/30000-30000kVA 额定电压：230±8×1.25％/6.3-6.3kV 阻抗电压：20%3.5 厂用电接线图1段厂用26AKV段厂用16BKV段厂用26BKV4 #4机计算负荷4.1 #4发电机保安段负荷统计每个单元机组事故停机时，同时运行的保安负荷额定功率。

22210.52683.10.5*343.2854.7I I I II I P P P =+=+=kW式中：21I I P 保安段上所接“连续”运行的保安负荷之和（kW ） 21I I P =683.1 kW22I I P 保安段上所接“定期”运行的保安负荷之和（kW ） 22I IP =343.2 kW计算负荷C S =2I I K P =0.8*854.7=683.76kVAC P =C S *II COS C υ=683.76*0.86=588kW 式中：C S 计算负荷（kVA ）2I IP 每个单元机组事故停机时，可能同时运行的保安负荷的额定功率之和（kW ）K 计算系数，取0.8C P 计算负荷有功功率（kW ）I I COS C υ 计算负荷的功率因数，取0.86。

柴油发电机容量选择发电机带负荷启动一台最大容量的电动机时短路过负荷能力校验，发电机在热状态下，能承受150%e S ，时间为15Se S ≥[C S +(1.25q K -K)Pdm]/1.5=[683.76+(1.25*6.5-0.8)*37]/1.5=636.52kVA式中：Pdm 最大电动机额定功率 （kW ）q K 最大电动机的启动电流倍数，取0.65发电机连续输出容量应大于最大计算负荷。

e S ≥C S =683.76 kVA比较以上两种情况，容量较大为683.76 kVA ，选择柴油发电机组容量为：e S =894 kVA e P =715kW柴油机输出容量的负荷持续一小时运行状态下输出功率校验：X P ≥C aP /1.1/I I Hg =1.15*588/1.1/0.96=640.3 kW式中：C P 计算负荷的有功功率（kW ） II Hg 发电机的效率，不低于0.96 a 柴油发电机的功率配合系数，取1.15 柴油机首次加载能力校验：X P ≥2.5q K Ped ∑*cos c φ+2Peb ∑=482.5kWPed ∑——初始投入的保安负荷（旋转）额定功率之和（kW ） Ped ∑=66.1KWPeb ∑——初始投入的保安负荷（静止）额定功率之和（kW ） Peb ∑=76KWq K ——启动负荷的电流倍数，取5cos c φ——启动负荷功率因数，取0.4最大电动机启动时母线上的电压水平校验：m U =e S /（e S +1.25KPdmXd ）=894/（894+1.25*5*37*0.25）=93.9%>75%式中：d X 发电机的暂态电抗（标么值），取0.25。

5 短路电流计算5.1 元件电抗标么值计算及等值电路图元件电抗标么值计算：sX 1X 2X 3X 4X 5X 1F 6X 7X 9X 8X 10X 11X 4F 3F 2F图5-1 系统等值电抗图Xs=0.028 S B =100MVA X1=X2=TN B S S Us *100%=120100*10013=0.108 X3=X4=TN B S S Us *100%=400100*10015=0.0375 X5=X6=Xd ＂*NB S S =0.183*85.0100100=0.156X7=X8= Xd ＂*NB S S =0.185*85.0100100=0.052X9=X10=N B S S Us *100%=50100*1005.18=0.370 X11=N B S S Us *100%=50100*10020=0.4005.2 220kV 母线侧d 1点短路：sX 1f X 2f X 3f X 4f X 3003001001001d图5-2 d1点短路等值电抗图转移电抗X S =0.028 无穷大电源、短路电抗标么值为： I *P =X 1=028.01=35.714 系统提供短路电流有名值： I P = I *P *avB U S 3=230*3100=8.965 kA1号发电机： X1f =X1+X5=0.108+0.156=0.264计算电抗：X 1fs =X 1f *BN S S1=0.264*10085.0100=0.311 查曲线，得各时刻短路电流周期分量标么值： 0S: I *1F =3.451 有名值：I 1F =I *1F *AVN U S 31=3.451*230*385.0100=1.019 kA 0.1S: I *1.10F =2.954 有名值：I 1.10F = I *1.10F *AV N U S 31=2.954*230*385.0100=0.872 kA 0.2S ：I *2.10F =2.720 有名值：I 2.10F = I *2.10F *AVN U S 31=2.720*230*385.0100=0.803 kA2S: I ＂*0.12F =2.330 有名值：I 0.12F = I ＂*0.12F *AV N U S 31=2.330*230*385.0100=0.688 kA 4S: I ＂0.14F =2.325 有名值： I 0.14F = I ＂0.14F *AVN U S 31=2.325*230*385.0100=0.687 kA 2号发电机与1号发电机相同冲击电流：I sh =2*K ish * I 1F =2*1.85*1.019=2.666 kA 3号发电机 X3f =X3+X7=0.0895计算电抗：X 3js =X 1f *BN S S3=0.0895*10085.0300=0.316 查曲线，得各时刻短路电流周期分量标么值： 0S: I *3F =3.447 有名值：I 3F = I *3F *AVN U S 33=3.447*230*385.0300=3.054 kA 0.1S I ＂1.30F =2.934 有名值：I 1.30F = I ＂1.30F *AV N U S 33=2.934*230*385.0300=2.599 kA 0.2S I ＂2.30F =2.702 有名值:I 2.30F = I ＂2.30F *AV N U S 33=2.702*230*385.0300=2.394 kA 2S I ＂0.32F =2.320 有名值：I 0.32F = I ＂0.32F *AV N U S 33=2.320*230*385.0300=2.057 kA 4S I ＂0.34F =2.314 有名值：I 0.34F = I ＂0.34F *AVN U S 33=2.314*230*385.0300=2.050 kA 220KV 母线上短路电流：''0I ∑=8.965+3.451*2+3.447*2=22.761 kA冲击电流：I sh =2*K ish *''0I ∑=2*1.85*22.761=59.541 kA 4号发电机与3号发电机相同5.3 发电机出口侧d 2点短路根据图5-2结果：sX 1f X 2f X 4f X 2d 7X 3X图5-3 d2点短路等值电抗图利用Y ∑法，将阻抗标么值全部归算到24kV （发电机出口电压） 化简网络：Y ∑=Xs 1+11Xf +21Xf +31X +41Xf =028.01+264.01+264.01+0375.01+0895.01 =35.714+2*3.788+26.667+11.173=81.130 求各阻抗相对于短路点的转移阻抗X 1S =X S *X 3*Y ∑=0.028*0.0375*81.130=0.085 X 11=X 21=X 1f * X 3*Y ∑=0.264*0.0375*81.130=0.803X 41=X4f * X 3*Y ∑=0.0895*0.0375*810130=0.272化简后，等值电抗图为：41X 7X 21X 11X 1s X 2d图5-4 d2点短路网络化简图X 1S =0.085 无穷大电源，短路电抗标么值为： I *P =11S X =085.01=11.765 有名值：I P =I *P *avB U S 3=11.765*24*3100=28.302 kA 1号发电机X 11=0.803 计算电抗 X 11js = X 11*BN S S1=0.803*10085.0100=0.945 查曲线，得各时刻短路电流周期分量标么值： 0S I ＂1F =1.095 有名值：I 1F = I"1F *AVN U S 31=1.095*24*385.0100=3.099 kA 0.1S I"1.10F =1.035 有名值：I 1.10F = I"1.10F *AV N U S 31=1.035*24*385.0100=2.929 kA 0.2S I"2.10F =1.005 有名值：I 2.10F = I"2.10F *AV N U S 31=1.005*24*385.0100=2.844 kA 2S I"0.12F =1.204 有名值：I 0.12F = I"0.12F *AV N U S 31=1.204*24*385.0100=3.408 kA 4S I"0.14F =1.204 有名值：I 0.14F = I"0.14F *AVN U S 31=1.204*24*385.0100=3.408 kA 冲击电流 I sh =2*K ish * I 1F =2*1.85*3.099=8.107 kA 2号发电机与1号发电机相同 4号发电机X 41=0.272 计算电抗：X 41js = X 41*BN S S4=0.272*10085.0300=0.96 查曲线，得各时刻短路电流周期分量标么值： 0S I"4F =1.087 有名值：I 4F = I"4F *AVN U S 34=1.807*24*385.0300=9.229 kA 0.1S I"1.40F =1.029 有名值：I 1.40F = I"1.40F *AVN U S 34=1.029*24*385.0300=8.736 kA0.2S I"2.40F =1.000 有名值：I 2.40F = I"2.40F *AV N U S 34=1.000*24*385.0300=8.490 kA 2S I ".42F =1.197 有名值：I 0.42F = I ".42F *AV N U S 34=1.197*24*385.0300=10.164 kA 4S I"0.44F =1.197 有名值：I 0.44F = I"0.44F *AVN U S 34==1.197*24*385.0300=10.164 kA 冲击电流 I sh =2*K ish * I 4F =2*1.85*9.229=24.142 kA 3号发电机X 7=0.052 按无穷大电源处理I "3F =71X =052.01=19.231 有名值：I 3F = I "3F *BN S S 3=19.231*10085.0300=67.873 kA 厂用变低压侧短路（3号发电机厂用变）将各阻抗归算到6.3kV 侧，根据图4已将各阻抗归算到24kV 侧：5.4 发电机高压厂用变低压侧d 3点短路41X 7X 21X 11X 1s X 9X 3d图5-5 d3点短路等值电抗图利用Y ∑法，Y ∑=11S X +111X +211X +71X +411X +91X=085.01+803.01+803.01+052.01+272.01+370.01 =11.765+1.245+1.245+19.231+3.677+2.703=39.866 求各阻抗相对于短路点的各阻抗：X 2S =X 1S *X 9*Y ∑=0.085*0.370*39.866=1.254 X 12=X 22=0.803*0.370*39.866=11.845 X 72=X 7*X 9*Y ∑=0.052*0.370*39.866=0.767 X 42=X 41* X 9*Y ∑=0.272*0.370*39.866=4.012 化简后，等值电路图为：72X 22X 12X 2s X 3d 42X图5-6 d3点短路化简等值电抗图系统提供的短路电流： X 2S =1.254 I"*P =21S X =254.11=0.797 有名值： I P = I "*P *AVB U S 3=0.797*3.6*3100=7.308 kA1号发电机X 12 =X 22=11.845 计算电抗 X 12.js = X 12*BN S S 1=13.935>3.45 按无穷大电源计算 I"1F =12.1JS X =935.131=0.072有名值：I 1F = I "1F *AVN U S 31=935.131*3.6*3100=0.658 kA4号发电机X 42=4.012 计算电抗：X 42.js = X 42*B N S S 4=4.012*10085.0300=14.16>3.45 按无穷大电源处理： I "4F =42.1js X =16.141kA 有名值： I 4F = I "4F *AVN U S 34=16.141*3.6*385.0300=2.284 3号发电机X 72=0.767 计算电抗：X 72.js = X 72*BN S S=0.767*10085.0300=2.707 查曲线，得各时刻短路电流周期分量标么值： 0S: I"3F =0.375 有名值：I 3F = I"3F *AVN U S 33=0.375*3.6*385.0300=12.130 kA 0.1S I"1.30F =0.360 有名值：I 1.30F = I"1.30F *AV N U S 33=0.360*3.6*385.0300=11.644 kA 0.2S I"2.30F =0.357 有名值：I 2.30F = I"2.30F *AV N U S 33=0.357*3.6*385.0300=11.547 kA 2.0S I"0.32F =0.376 有名值：I 0.32F = I"0.32F *AVN U S 33=0.376*3.6*385.0300=12.138 kA 4.0S 时的标么值与2.0S 时相同冲击电流 I sh =2*K ish * I 3F =2*1.85*12.130=31.731 kA 电动机反馈电流 总容量取17MVA 计算公式：I t =K tD *I"DI"D =K D d .*I eD *103-= K Dd .ϕCOS J U P D eD D e 3.103-冲击电流计算公式：I ch =2*1.1*K chD * I"DK chD :电动机反馈电流的冲击系数 12.5万以上机组取1.7计算各时刻的短路电流值：0S: I 0=K D 0 *I "D =1* K dD * I eD *103-=1*5.7*8.0*6*37.1=11.656 kA0.1S I 1.0=K D 1.0* I "D =TD1.0-* K dD * I eD =0.20*5.7* I eD =2.331 kA 0.2S I 2.0=K D 2.0* I "D=TD2.0-* K dD * I eD =0.040*5.7 *I eD =0.463 kA2.0S 时 I 0.2=0 4.0S 时 I 0.4=0冲击电流I ch =2*1.1*K chD * I"D=2*1.1*1.7*11.656=30.835 kA5.5 高备变低压侧d 4点短路将各阻抗折算到6.3kV 侧：根据图23f X 2f X 1f X s X 4d 4f X 11X 图5-7 d4点短路等值电抗图化简等值电抗图：Y ∑=51X +11f X +21f X +31f X +41f X +111X =35.71+3.788+3.788+11.173+11.17+2.5=68.136求各点相对于短路点的转移阻抗：X 3S =X S *X 11*Y ∑=0.028*0.4*68.136=0.763 X 13=X1f * X 11*Y ∑=0.264*0.4*68.136=7.195 X 23= X 13=7.195X 33=X3f * X 11*Y =0.0895*0.4*68.136=2.442 X 43= X 33=2.442化简后等值电抗图43X 33X 23X 13X 3s X 4d 图5-8 d4点短路化简等值电抗图系统提供的短路电流： X 3S =0.763 I"P =31S X =763.01=1.311 有名值： I P = I "P *AVB U S 3=1.311*3.6*3100=12.011 kA1号发电机：X 13=7.195 计算电抗：X 13js = X 13*BN S S1=7.195*10085.0100=8.465>3.45 按无穷大电源处理： I"1F =131js X =465.81 有名值：I 1F = I "1F *AVN U S 31=465.81*3.6*385.0100=1.274 kA 2号发电机与1号发电机相同冲击电流：I sh =2 *K ish *I 1F =2*1.85*1.274=3.333 kA 3号发电机：X 33=2.442 计算电抗： X 33.js = X 33*BN S S3=2.442*10085.0300=8.619>3.45 按无穷大电源处理：I "3F =js X 1=619.81 有名值：I 3F = I"3F *AVN U S 33=619.81*3.6*385.0300=3.753 kA 电动机的反馈电流与厂用变低压侧短路时相同。