1.绪论1.1课题的背景和发展情况1.1.1背景电力工业是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，正常运行，发出来的电能顺利输送到电网的非常重要的环节。

因此，电厂设备和元器件选择和保护设计方案的确定，对于电厂的安全稳定运行有重要的意义。

对发电厂电气部分及元件保护设计进行科学的设计很有必要[2]。

1.1.2发电厂在国外的发展情况当前国际上全球围的电力体制逐步打破垄断、非管制化，引入竞争机制，形成有限电力市场己成为必然趋势。

最大限度的在电力系统中引入竞争，己被大多数国家所接受。

在这种情势下，电力系统优化设计以及火电厂电气部分设计己成为许多国家的一项主要研究课题。

整个电力工业可以划分为发电、输电、配电和供电四大领域。

发电部分属于理论兼实践研究领域。

对整个电力系统起着至关重要的作用，火电厂电气部分设计是关系到整个电力系统运行可靠性的最关键一步。

对于火电机组运行优化，从国外的发展趋势看，其优化计算机模块程序的应用起到了真正指导运行，降低能耗的目的。

美国、德国等先进国家在机组运行优化管理方面的工作己有近十年的经验。

例如，德国斯蒂亚克电力公司的机组运行优化管理系统，通过系统优化及控制，可对各个薄弱环节及整个过程经济性的影响做出评价。

目前我国电力市场的改革趋向是“厂网分开，竞价上网”，即将电网经营企业拥有的发电厂与电网分开，建立规的、具有独立法人地位的发电实体，市场也只对发电侧开放。

发电的电力市场的主体是各独立发电企业与电网经营企业，电网经营企业负责组织各发电公司的竞争，政府负责对电力市场进行监督管理。

与英国、澳大利亚等目的电力市场不同，中国电力市场继续保持着输、配一体的模式，保留供电营业区，每个供电营业区只有一个指定的供电向终端用户供电。

同时，根据“省为实体”的方针，我国的电力市场以省级电力市场为主，各省电力公司是其省电力市场竞争的组织者。

电力工业经过长期的改革和发展，目前从技术、人员、观念等方面对于火力发电厂电气设计创造了有利的条件。

但是，技术方面并为达到差强人意的要求[3]。

1.2设计任务1.2.1设计目的（1）培养学生综合运用所学理论和技能解决实际问题的能力；（2）学习专业工程设计的方法，进行设计技能、设计方法的初步训练，进行科学研究方法的初步训练，发挥学生的创造性，培养学生的思维能力和分析能力。

1.2.2技术指标某南方山区建设一座装机容量为5×50 MW的水电站，附近30 km处某国防厂及邻近小镇用电负荷为25 MW，其余功率经200 km的220 kV线路送入系统。

站空气清洁，最高日平均气温32℃，最低0℃，海拔1700m，非地震区，6、7、8月有雷雨，由于山势陡峭，建设场地十分狭窄。

厂区最大负荷同时系数0.85，最小负荷系数0.7，60%Ⅰ类负荷，20%Ⅱ类负荷,T max=4500h。

1.2.3工作要求（1）电站电气一次接线的设计。

主接线部分包括互感器的配置，保护通讯设备配置和防雷设备的配置；厂用电接线设计至380/220V母线；绘制电气主接线图。

（2）电气设备的选择与配电装置的设计。

电气设备选择：正常工作电流与短路电流计算；发电机、变压器、开关电器、互感器、限流电器、导体的定型定量计算选择、防雷设备的配置选择；列出电气设备选择总表。

配电装置：全站配电装置形式、户（或户外）配电装置的布置；绘制总平面布置图与典型间隔断面图（含道路与电缆沟道）。

（3）编写说明书宇计算书。

（4）书面翻译与外文资料1.2.4电力系统接线图图1.1电力系统接线图2主接线的设计主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，变电站电气设计的首要部分。

它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。

它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。

由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。

因此，主接线的设计是一个综合性的问题。

必须在满足国家有关技术经济政策前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。

电气主接线是发电厂电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。

主接线的设计方案与电力系统整体及发电厂本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。

因此必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。

2.1主接线设计依据电气主接线设计的基本原则是结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便、尽可能的接省投资，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

水电厂是电力系统中最灵活的机动能源，启、停方便，多承担系统调峰、调相任务，根据水能利用及库容的状态，可以酌情的担负基荷、腰荷和峰荷。

因此其主接线应该以供电调度灵活为主选择接线形式。

2.2主接线设计特点（1）主接线设水电站一般距离负荷中心较远，在发电机电压侧很少接有大功率的用户，所以采用较高电压送电，故主变压器容量多按机组容量确定。

（2）除径流电站外，其余电站大都担负系统调峰，调频和事故备用，利用小时数一般较低，因此开停机比较频繁。

（3）水电站开机程序比较简单，机组启动迅速，并容易实现自动化。

（4）电站规模确定后，一般不考虑扩建，但对规划设计中明确分期建设的电站则在主接线设计中应予考虑。

（5）水电站厂用负荷较小，一般不从高压侧引接，备用厂用电源可引自地区配电网或保留施工变电所来解决。

（6）水电站多处山区，地形复杂，电气设备布置及进出线走廊均受到一定限制，应尽可能简化接线，避免在水电站设备复杂的变电枢纽（梯级电站除外）并尽量减少电压等级和进出线回路数。

（7）在同一河流上的梯级水电站或地理位置相近的几个水电站，它们之间既有电的联系又有水的联系，设计主接线时应充分考虑这一特点。

主接线设计时，应妥善解决近区负荷的供电问题。

2.3主接线设计的基本要求2.3.1可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先要满足这个要求。

具体要求如下:（1）断路器检修时，不应影响对系统供电。

（2）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供电。

（3）尽量避免发电厂全部停运的可能性。

（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。

2.3.2灵活性主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活性。

（1）电气主接线应该在满足可靠的条件下，接线简单，操作方便，尽可能地减少操作步骤，以降低事故率。

（2）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下地系统调度要求。

（3）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地运行和对用户的供电（4）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线，并且尽可能地不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，可顺利完成过渡方案的实施2.3.3经济性主接线在满足可靠性，灵活性要求的前提下要做到经济合理。

（1）投资省。

①主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器和避雷器等一次设备。

②要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控缆。

③要能限制短路电流，以便于选择廉价的电气设备和轻型电器。

④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。

（2）占地面积小。

主接线的选型和布置方式直接影响到整个配电装置的占地面积，主接线设计要为配电的布置创造条件，应尽量减少占地面积。

（3）电能损失少。

经济合理地选择主变压器的类型、容量、台数和电压等级。

2.4主接线方案的确定2.4.1单母线接线（1）优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。

（2）缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。

单母线可用隔离开关分段。

但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，方能恢复非故障段的供电。

（3）实用围：6-10 kV 配电装置出线回路数不超过5回;35-63 kV 配电装置出线回路数不超过3回；110-220 kV 配电装置的出现回路数不超过两回。

2.4.2单母线分段接线（1）优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不使重要用户停电。

（2）缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需要两个方向均衡扩建。

（3）实用围：6-10 kV 配电装置出线回路数为6回及以上时；35-63 kV 配电装置出线回路数为4-8 回时；110-220 kV 配电装置的出线回路数为3-4回时。

2.4.3双母线接线（1）优点：供电可靠。

通过两组母线隔离开关的倒换操作，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。

调度灵活。

各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

扩建方便。

向左右任意方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。

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。

（2）缺点：增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关。

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，须在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

适用围：当出线回路数或母线上电源较多，输出和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用。

6-10 kV 配电装置，当短路电流过大，出线需要带电抗器时；35-63 kV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多时；110-220 kV 配电装置，出线回路数为5回及其以上时。

2.4.4双母线分段接线当220 kV 出线回路数甚多时，双母线需要分段。

（1）分段原则：当进出线回路数为10-14回时，在一组母线上用断路器分段；当进出线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段；在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器；为了限制220 kV母线短路电流或系统解裂运行的需要，可根据需要将母线分段；变压器-线路单元接线（2）优点：接线最简单，设备最少，不需要高压配电装置（3）缺点：线路故障或检修时，便于变压器停运；变压器故障或检修时线路停运（4）适用围：只有一台变压器和一回线路时，当发电厂不设高压配电装置，直接将电能输送至枢纽变电所。