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1、某火力发电厂电气部分设计摘 要火力发电在我国的起步较早，经过近几十年的迅速发展，各项措施已得到了不断的完善，但我们仍然还能够发现一些不足，如有关发电厂电气部分设计的一些不合理性、保护性措施的欠缺等。这些都需要我们通过设计出更加合理的方案来解决这些问题。本文将针对某火力发电厂的设计来对这些问题进行探讨，主要是对电气方面进行研究，期望提出更加合理的方案来完善现有设施。首先将会对火力发电的有关内容做一阐述，并对火力发电的现状做一描述；随后对火力发电厂的电气主接线设计和防雷保护的原理部分进行介绍，最后将给出该火力发电厂的主接线的设计和防雷保护的具体实现。关键词：火力发电；电气主接线；防雷保护 第一章
2、绪论1.2 课题研究的目的和意义火力发电由于起步较早，到目前为止各项措施已取得了不断的完善和发展，其电气部分也得到很大的进展，但仍然存在一些不足期待改进。这就要求我们改善这些不良方面，最大限度的发挥经济效益，并减少事故的发生。火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能产生出电能的工厂。按其功用可分为两类，即凝汽式电厂和热电厂。前者仅向用户供应电能，而热电厂除供给用户电能外，还向热用户供应蒸汽和热水，即所谓的“热电联合生产”。目前采用最广泛的发电形式是利用煤的燃烧来获得电能，而我国煤的储量也是相当丰富的，因此本课题的提出具有很大的现实意义，如何设计好火电厂的电气主接线及各项保护性
3、措施，就显得尤为重要。1.3 课题研究的主要内容1.火力发电厂的发电原理和电气方面的研究通过对火力发电有关文献的参考，明白我国火力发电的现状及未来的发展趋势。研究火力发电的工作过程，了解火力发电系统的组成、工作过程及工作原理。通过阅读有关火力发电厂的主接线图及相关介绍，明确主接线的设计规则和防雷保护的具体实现。2.某火力发电厂电气主接线的设计通过分析某地区火力发电厂的相关资料，设计出一种实用性、经济性和可靠性相结合的电气主接线；在此基础上，正确地选择所用的电气设备，并对主接线的基本构造及特点做一介绍。3. 某火力发电厂防雷保护的设计按照已经设计出的电气主接线图，研究该系统防雷保护的具体实现方法
4、和工作原理。第二章 火力发电厂的电气主接线及防雷保护3.1 电气主接线的概述电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组
5、容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。电气主接线的设计应满足以下几点要求：1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，
6、做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。 简要的描述电气主接线的设计原则如下：电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入330500kV超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110220kV系统，也有接入330kV系统的；企业自备电厂则以对本企业供电供热为主，并与地区110220kV系统相连。发电厂的机组容量应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的810%为宜。一个厂房内的机组，其台数以不超过6台、容量等级以不超过两种为宜。电气主接线的设计是一个综合性问题，应该结合电力
7、系统和发电厂或变电所的具体情况，全面分析有关因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案，具体要求如下：1）以设计任务书为依据；2）以国家经济建设的方针、政策、技术规范和标准为准则；3）合理地确定发电机的运行方式。3.2 电气主接线的基本形式电气主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式。概括的讲可分为两大类：有汇流母线的接线形式和无汇流母线的接线形式。变电所电气主接线的基本环节是电源（变压器）、母线和出线（馈线）。各个变电所的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环
8、节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。但有母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适于进出线回路少，不再扩建和发展的变电所。有汇流母线的接线形式主要有：单母线接线和双母线接线。3.2.1 有汇流母线的主接线一、单母线接线（一）、不分段的单母线接线单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。供电电源是变压器或高压进线回路，母线即可以保证电源并列工作，又能使任一条出线路都可以从电源1或2获得电能。每条回路中都装有断路器和隔离开关，靠近母线侧的隔离开关称作母线隔离开关，靠近线路
9、侧的称为线路隔离开关（在实际变电所中，通常把靠近电源侧的隔离开关称为甲刀闸，把靠近负荷侧的隔离开关称为乙刀闸。断路器具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，用来作为接通或切断电路的控制电器。隔离开关没有灭弧装置，其开合电流能力极低，只能用作设备停运后退出工作时断开电路，保证与带电部分隔离，起着隔离电压的作用。同一回路中在断路器可能出现电源的一侧或两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器时隔离电源。同一回路中串接的隔离开关和断路器，在运行操作时，必须严格遵守下列操作顺序：如对馈线WL2送电时，须先合上隔离开关QS21和QS22，再投入断路器QF2；如欲停止对其供电，须先断开
10、QF2，然后再断开QS21和QS22。为了防止误操作，除严格按照操作规程实行操作票制度外，还应在隔离开关和相应的断路器之间，加装电磁闭锁、机械闭锁。接地开关（又称接地刀闸）QE是在检修电路和设备时合上，取代安全接地线的作用。当电压在110kV及以上时，断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧均应配置接地开关。对35kV及以上的母线，在每段母线上亦应设置12组接地开关或接地器，以保证电器和母线检修时的安全。 图31 不分段的单母线接线1不分段的单母线接线的优缺点优点：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。缺点：灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它
11、所连接的电源；与之相连的所有电力装置在整个检修期间均需停止工作。此外，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的工作。2不分段的单母线接线的适用范围:一般适用于一台主变压器的以下三种情况：（1）610kV配电装置，出线回路数不超过5回。（2）3563kV配电装置，出线回路数不超过3回。（3）110220kV配电装置，出线回路数不超过2回。（二）、分段的单母线接线为了克服一般单母线接线存在的缺点，提高它的供电可靠性和灵活性，把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关。每段母线上均接有电源和出线回路，便成为单母线分段接线。 图32 分段的单母线接线1. 运行方式：1）母线并联运行
12、：QF闭合运行正常运行时：相当于不分段的单母线接线。若电源1停止供电，则电源2通过QFd闭合向段母线供电，不影响对负荷的供电，可靠性高。 若段母线故障时，继电保护装置使QFd自动跳开，段母线被切除；段母线继续供电 。2）母线分裂运行：QF断开运行 正常运行时，相当于两个不分段的单母线接线。若电源1停止供电，段母线失压时，可由自动重合闸装置自动合上QFd，段母线恢复供电。若段母线故障时，不影响段，段母线继续供电 。2分段的单母线接线的优缺点优点：1）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。2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供
13、电和不致使重要用户停电。缺点：1）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内停电。2）分段的单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积。3）扩建时需向两个方向均衡扩建。3分段的单母线接线的适用范围：1）610kV配电装置，出线回路数为6回及以上时；发电机电压配电装置，每段母线上的发电机容量为12MW及以下时；2）3563kV配电装置，出线回路数为48回时；3）110220kV配电装置出线回路数为34回时。（三）、单母线带旁路母线接线1、有专用旁路断路器的单母线带旁路母线接线接线形式如图3-3，在这种接线形式下，旁路母线WBa是通过旁路断路器QFa与主母线WB相连，通过旁
14、路隔离开关QSa与每一出线相连。 图33 有专用旁路断路器的单母线带旁路母线接线正常运行时：旁路断路器QFa和旁路隔离开关QSa均在断开位置，旁路母线WBa不带电。但QFa两侧的隔离开关处于合闸位置。当检修出线断路器1QF时：QSa按等电位原则先并后切1）合旁路断路器QFa向旁路母线WBa充电，检查旁路母线WBa是否完好，使WBa带电。 2）再合该回路旁路隔离开关1QSa，实现旁路与正常工作回路并联运行。3）再断开该回路出线断路器1QF。4）最后分别断开1QF两侧隔离开关1QSL和1QSB。使1QF退出运行，即可对1QF进行检修。此时，线路1仍然保持供电。主母线WB旁路断路器QFa旁路母线WB
15、a旁路隔离开关1QSa对线路1供电。特点： 同一电压等级，各回路经过断路器、隔离开关接至公共母线。把每一回线与旁路母线相连。优点：每一进出线回路的断路器检修，这一回路可不停电。缺点：设备多，操作复杂。适用范围：35kV及以上有重要联络线路或较多重要用户时采用，回路多采用专用旁母，否则采用简易接线。2、单母线分段带旁路母线接线接线形式如下图（图3-4） 图34 单母线分段带旁路母线接线单母线分段的目的：减少母线故障的停电范围。旁路母线的作用：使任意一台出线QF故障或检修时，该回路不停电。单母线接线的适用范围： 610kv出线较多而且对重要负荷供电的装置；35kv及以上有重要联络线路或较多重要用户
16、。3、 分段断路器兼做旁路断路器的接线有了旁路母线，检修与它相连的任意回路的断路器时，该回路便可以不停电，从而提高了供电的可靠性。它广泛地用于出线数较多的110kV及以上的高压配电装置中。而35kV及以下的配电装置一般不设旁路母线，因为负荷小，供电距离短，容易取得备用电源，有可能停电检修断路器，并且断路器的检修、安装或更换均较方便。一般35kV以下配电装置多为屋内型，为节省建筑面积，降低造价都不设旁路母线。只有在向特殊重要的、类用户负荷供电，不允许停电检修断路器时，才设置旁路母线。带有专用旁路断路器的接线，加装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资。供电可靠性有特殊需要或接入旁路母线的线路过多、
17、难于操作时采用。为节约建设投资，可以不采用专用旁路断路器。对于单母线分段接线，常采用以分段断路器兼作旁路断路器的接线。两段母线均可带旁路母线，正常时旁路母线不带电。分段断路器兼做旁路断路器的接线如图3-5所示。它是在分段单母线的基础上，增设旁路母线、隔离开关及各出线的旁路隔离开关构成。 图35 单母线分段断路器兼做旁路断路器接线以此图为例，说明不停电检修任一出线路断路器的倒闸操作步骤。例如检修QF1，第一步检查旁母有无故障，此时分段断路器QFf及隔离开关QS2、QS3在闭合状态，QS1、QS4、QS5均断开，以单母线分段方式运行。当QFf作为旁路断路器运行时，闭合隔离开关QS1，后断开QFf和
18、QS3，,再合上QS4，最后合QFf。如果旁母无故障，QFf不跳闸。第二步合上QSp，断开QF1及两侧的隔离开关。这时，该出线路L1经QSp、旁母、QS4、QFf和QS2仍然联在第一段母线上。该出线路这种接线方式，对于进出线不多，电压为35110kV的变电所较为适用，具有足够的可靠性和灵活性。二、双母线接线1、 一般的双母线接线双母线接线就是将工作线、电源线和出线通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组（一次/二次）母线上，且两组母线都是工作线，而每一回路都可通过母线联络断路器并列运行。与单母线相比，它的优点是供电可靠性大，可以轮流检修母线而不使供电中断，当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路
19、倒换到另一组母线，就可迅速恢复供电，另外还具有调度、扩建、检修方便的优点；其缺点是每一回路都增加了一组隔离开关，使配电装置的构架及占地面积、投资费用都相应增加；同时由于配电装置的复杂，在改变运行方式倒闸操作时容易发生误操作，且不宜实现自动化；尤其当母线故障时，须短时切除较多的电源和线路，这对特别重要的大型发电厂和变电站是不允许的。双母线接线，它有两组母线，一组为工作母线，一组为备用母线。两组母线之间通过母线联络断路器（简称母联断路器）连接。采用两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大为提高，下图为一般双母线接线： 图3 - 6 一般的双母线接线示意图该接线方式可以轮流地检修母线而不影响正常供电，设
20、段母线工作，段母线备用。检修段母线的倒闸操作：1）、依次合上母联隔离开关QSj和QSj； 2）、合上母联断路器QFj，向备用母线充电，检查备用母线是否完好； 3）、断开母联断路器QFj控制回路电源，以防止QFj在以下操作中误跳开； 4）、依次合上所有段母线侧隔离开关； 5）、再依次断开段母线侧的母线隔离开关； 6）、再投入母联断路器QFj控制回路电源； 7）、再断开母联断路器QFj ； 8）、再依次断开母联隔离开关QSj和QSj 此时，段母线转换为工作母线， 段母线转换为备用母线。该种接线方式的特点如下：1）运行方式灵活。2）检修母线时，电源和出线都可以继续工作，不会中断对用户的供电。3）检修
21、任一回路母线隔离开关时，只需断开该回路。4）工作母线故障时，所有回路能迅速恢复工作。5）检修任一线路断路器时，可用母联断路器代替其工作。6）便于扩建。双母线接线可以任意向两侧延伸扩建，不影响母线的电源和负荷分配，扩建施工时不会引起原有回路停电。以上均为双母线接线较单母线接线的优点，但双母线接线也由一些缺点，主要有：1）在倒母线的操作过程中，需使用隔离开关切换所有负荷电流回路，操作过程比较复杂，容易造成误操作。2）工作母线故障时，将造成短时（切换母线时间）全部进出线停电。3）在任一线路断路器检修时，该回路仍需停电或短时停电（用母联断路器代替线路断路器之前）。4）使用的母线隔离开关数量较大，同时也
22、增加了母线的长度，使得配电装置结构复杂，投资和占地面积增大。适用范围：当母线上的出线回路或电源数较多、输送和穿越功率较大、母线或母线设备检修是不允许对用户停电、母线故障时要求迅速恢复供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时一般采用双母线接线。1）610kV配电装置，当短路电流较大、出线需带电抗器时。2）3563kV配电装置，当出线回路数超过8回或连接的电源较多、负荷较大时。3）110220kV配电装置，当出线回路数为5回及以上或该配电装置在系统中居重要地位、出线回路数为4回及以上时。2、 双母线带旁路接线：双母线带旁路接线就是在双母线接线的基础上，增设旁路母线。其特点是具有双母线接线的优点
23、，当线路（主变压器）断路器检修时，仍有继续供电，但旁路的倒换操作比较复杂，增加了误操作的机会，也使保护及自动化系统复杂化，投资费用较大，一般为了节省断路器及设备间隔，当出线达到5个回路以上时，才增设专用的旁路断路器，出线少于5个回路时，则采用母联兼旁路或旁路兼母联的接线方式。 3、 双母线分段带旁路接线：双母线分段带旁路接线就是在双母线带旁路接线的基础上，在母线上增设分段断路器，它具有双母线带旁路的优点，但投资费用较大，占用设备间隔较多，一般采用此种接线的原则为： 1、当设备连接的进出线总数为1216回时，在一组母线上设置分段断路器； 2、当设备连接的进出线总数为17回及以上时，在两组母线上设
24、置分段断器。三、3/2断路器接线和4/3台断路器接线3/2接线又称为一台半断路器接线，即每两条回路共用3台断路器（每条回路一台半断路器），每串的中间一台断路器为联络断路器。3/2(4/3)断路器接线就是在每3（4）个断路器中间送出2（3）回回路，一般只用于500kV（或重要220kV）电网的母线主接线。它的主要优点是： 1、 运行调度灵活，正常时两条母线和全部断路器运行，成多路环状供电； 2、 检修时操作方便，当一组母线停支时，回路不需要切换，任一台断路器检修，各回路仍按原接线方式霆，不需切换； 3、 运行可靠，每一回路由两台断路器供电，母线发生故障时，任何回路都不停电。2/3(4/3)断路器
25、接线的缺点是使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资费用大，保护接线复杂。图3-7为一台半断路器（3/2）接线的基本类型 图3-7 一台半断路器接线在图中，3/2接线方式中2条母线之间3个开关串联，形成一串。在一串中从相邻的2个开关之间引出元件，即3个开关供两个元件，中间开关作为共用，相当于每个元件用1.5个开关，因此也称为一个半开关接线。3.2.2 无汇流母线的主接线无汇流母线的主接线没有母线这一中间环节，使用的开关电器少，配电装置占地面积小，投资较少，没有母线故障和检修问题，但其中部分接线形式只适用于进出线少并且没有扩建和发展可能的发电厂和变电所。一、单元接线发电机-变压器单元接线1）
26、接线形式：如图3-8a、发电机-双绕组变压器单元：G与T之间不装QF，可装QSG；b、发电机-三绕组变压器单元：G与T之间可装QSG，有时可装3QF ；c、发电机-自耦变压器单元：G与T之间可装QSG，有时可装3QF。 图3-8 单元接线2）单元接线的特点优点：1、接线简化，使用的电器最少，操作简便，降低故障的可能性，提高了工作的可靠性；2、配电装置简单，投资少，占地小；3、发电机出口短路电流小；4、继电保护简单。缺点：任一元件故障或检修全停，检修时灵活性差。3） 单元接线的适用范围：1、台数不多的大（b接线除外）中型不带近区负荷的区域发电厂；2、分期投产或装机容量不等的无机端负荷的小型水电站
27、。二、桥形接线桥形接线采用4个回路3台断路器和6个隔离开关，是接线中断路器数量较少、也是投资较省的一种接线方式。根据桥形断路器的位置又可分为内桥和外桥两种接线。由于变压器的可靠性远大于线路，因此中应用较多的为内桥接线。若为了在检修断路器时不影响和变压器的正常运行，有时在桥形外附设一组隔离开关，这就成了长期开环运行的四边形接线。1、内桥接线下图（图3-5）为桥形接线中的一种：内桥接线，这种接线适用于仅有两台变压器和两条出线的装置中。桥连断路器3QF在QS1和QS2的变压器侧，因此称为内桥接线。 图3-9 桥形接线内桥接线该接线方式下的运行方式为：a、线路 WL1 故障或检修：只需先断开 1QF
28、，再断开 1QSL 和 1QSB ，其余三回路可以继续工作，不影响供电。b、变压器 1T 故障或检修：先断开 1QF 和3QF，再断开 QS1 ， 1T 退出运行。如果线路 L1 仍需恢复供电，再合 1QF 和3QF。内桥接线的主要特点：优点：1）接线简单、经济（断路器最少）；2）布置简单占地小，可发展为单母线分段接线； 3）线路投、切灵活，不影响其它电路的工作。缺点：1）变压器投切操作复杂，故障检修影响其它回路；2）桥断路器故障检修全厂分列为两部分；3）出线断路器故障检修该回路停电。 2、外桥接线图3-9为桥形接线中的另一种：外桥接线。这种接线方式下，桥连断路器3QF接在靠近线路侧的接线方式
29、。 图3-10 桥形接线外桥接线该接线方式下的运行方式为： a、线路 WL1 故障或检修： 先断开 1QF 和3QF，再断开 QS1 ， WL1 退出运行。如果变压器 1T 仍需恢复供电，再合 1QF 和3QF。b、变压器 1T 故障或检修： 只需先断开 1QF ，再断开 1QS ，其余三回路可以继续工作，不影响供电。内桥接线的主要特点：优点：1）接线简单、经济（断路器最少）； 2）布置简单占地小，可发展为单母线分段接线； 3）变压器投、切灵活，不影响其它电路的工作。 缺点：1）变压器投切操作复杂，故障检修影响其它回路； 2）桥断路器故障检修全厂分列为两部分； 3）变压器断路器故障检修该变压器
30、停电。三、角形接线角形接线就是将断路器和隔离开关相互连接，且每一台断路器两侧都有隔离开关，由隔离开关之间送出回路。角形接线所用设备少，投资省，运行的灵活性和可靠性较好。正常情况下为双重连接，任何一台断路器检修都不影响送电，由于没有母线，在连接的任一部分故障时，对电网的运行影响都较小。其最主要的缺点是回路数受到限制，因为当环形接线中有一台断路器检修时就要开环运行，此时当其它回路发生故障就要造成两个回路停电，扩大了故障停电范围，且开环运行的时间愈长，这一缺点就愈大。环中的断路器数量越多，开环检修的机会就越大，所一般只采四角（边）形接线和五角形接线，同时为了可靠性，线路和变压器采用对角连接原则。四边
31、形的保护接线比较复杂，一、二次回路倒换操作较多。适用范围：角形接线多用于最终规模比较明确，进、出线数为35回的110kV及以上的配电装置中（例如水电厂和无扩建要求的变电所等）。3.3防雷保护的基本原理3.3.1 防雷保护的现状近年来随着电力系统的发展,微机保护和综合自动化系统在电力系统中得到大量的应用,这对提高电力系统的自动化水平,提高电力系统的运行灵活性起了很大的作用。这与过去传统的保护和控制装置相比，是一次技术上的革命。迄今为止，信息传输与交换仍然以电信设备作为传输的媒体。无论是无线传送的天线，还是有线传送的电缆或光缆，都必须暴露在空气中或埋于地下。因此必然受到电力系统和天空雷电的干扰和侵
32、入，造成通信设备损坏和信息传输中断。一旦有这类意外发生，直接经济损失有的达数十万元甚至上千万元，间接损失更难以估算。以往的通信设备主要使用电子管和机械继电器，即所谓的机电式通信设备。它的工作速度一般在毫秒和微秒级，因此采用一种气体放电管来保护和防止电力系统和天空雷电入侵。气体放电管的结构是采用一种陶瓷管子，两头各做一个金属电极，管子内部充入一种惰性气体，当电压或雷电加到管子两头，管子内气体电离而放电。由于机电式通信设备工作速度在毫秒或微秒级，而气体放电管工作速度为微秒级，加之机电式通信设备工作电压在150V以上，所以采用气体放电管保护机电式通信设备是有效的。但气体放电管由于慢性漏气等原因，具有
33、寿命短、可靠性低等缺陷。并且气体放电管的慢漏及开路失效现象均不能直观反应，只有维修人员到现场将配线架保安单元内的气体放电管拆下，通过专用仪器才能检测，给设备安全带来极大隐患。统计数据表明，平均每年失效率高达2025，因此必须靠维修人员的责任心和高强度劳动，不断检测和观察来更换由气体放电管组成的组件“保安单元”，以保证通信设备得到有效防护。但这不仅大量增加了维护人力，也浪费了财力。过电压保护用半导体管又称固体放电管（相对于气体放电管而言），它完全解决了气体放电管存在的缺陷，其突出的优越性是：1）速度快，工作于纳秒级，与半导体器件和集成电路工作完全匹配；2）高可靠性；3）寿命长，理论寿命可达20年
34、，1993年开始使用的半导体放电管，追踪调研至今无一损坏；4）导电残压降至13V，不会对集成电路造成损坏；5）短路失效模式，容易检测判别。过电压保护用半导体管在我国的研制工作，是由上海大平科技工贸有限公司主持的。该公司在设计过压保护半导体管时，采用了许多国际上先进的技术理论，并有所创新和突破；在生产制造中采用了独有的专利技术。该产品经上海科学技术情报研究所鉴定，达到了国际先进水平。 过电压保护用半导体管的研制成功，使得防雷、过电压保护技术又向前迈开了一大步，不但消除了事故隐患，保障了通信设备的正常运转，还降低了维护工作力度及维护费用，减少了国家的经济损失。3.3.2 防雷保护的基本原理闪电多发
35、生在夏季，是从积雨云中发展起来的自然放电现象。积雨云起电的原因有许多说法，大多数认为是云中的霰粒与冰晶摩擦或霰粒使温度低于0的云滴在它上面碰撞而冻结，并在碰冻时表面飞出碎屑而引起。当冰晶的两头间谍有差异时热的一头氢离子扩散速度比氢氧根离子快而带负电，冷的一端则带正电，一旦冰晶断裂正负电将分居二个小残粒上。另一方面云滴在霰粒表面碰冻时冰壳外表面带正电内表面带负电，当外壳破碎时，破碎的壳屑带正电而霰粒表面带上负电，碎壳因细小受上升力的推动而积于云的上部，霰粒则因较重而聚积于云的底部而形成电位差，当电位差达到几百米几千伏时，便有游泳雷声条条闪电，这就是雷电。云层与云层之间放电，虽然有很大的声响和强烈
36、的闪电，对人们危害不大，只有云层对大地放电才会使建筑物、电气设备或人畜等受到破坏和伤亡，其破坏作用由以下三方面引起：1）直接雷击：是雷云直接对地面物体放电，雷击的时间虽然很短，只有万分之几到百分之几秒，但有很大的电流通过，可达100200千安，使空气温度骤然升到摄氏12万度，产生强烈的冲击波，造成房屋损坏，人畜伤亡。当雷电流通过有电阻或电感物体时，能产生很大的电压降和感应电压，破坏绝缘，产生火花，使设备损坏，甚至引起燃烧、爆炸、使危害进一步扩大。2）感应放电：是附近落雷所引起的电磁作用的结果，可分类静电感应和电磁感应两种：静电感应是由于建筑物上空有雷云时，建筑物会感应出与雷云所带电负荷相反的电
37、荷，雷云向地面开始放电后，在放电通路中的电荷迅速中和，但建筑物顶部的电荷不能立刻流散入地，便形成很高的电位，造成在建筑物内的电线、金属设备、金属管道放电，引起火灾、爆炸和人身事故。电磁感应是当雷电流通过金属体入地时，形成强大的磁场，能使附近的金属导体感应出高电势，在导体回路的缺口引起火花。3)由架空线路引入高电位：架空线路在直接雷击或在附近落雷而感应过电压时，如不设法在路途使大量电荷流散入地，就会沿架空线路引进屋内，造成房屋损坏或电气设备绝缘击穿等现象。近年来的发电厂和变电所的防雷保护主要采取以下措施：1)发电厂和变电所的直击雷保护。装设避雷针是直击雷防护的主要措施，避雷针是保护电气设备、建筑
38、物不受直接雷击的雷电接受器。它将雷吸引到自己的身上，并安全导入地中，从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。装设避雷针时对于35kV变电所必须装有独立的避雷针，并满足不发生反击的要求；对于110kV及以上的变电所，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，可以将避雷针直接装设在配电装置的架构上，因此，雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。2)变电所对入侵波的保护。对入侵波保护的主要措施是在其进线上装设阀型避雷器。阀型避雷器的基本元件为火花间隙和非线性电阻，目前，FS系列阀型避雷器为火花间隙和非线性电阻，其主要用来保护小容量的配电装置SFZ系列阀型避雷器，主要用来保护中等及大容量
39、变电所的电气设备；FCZ1系列磁吹阀型避雷器，主要用来保护变电所的高压电气设备。3)变电所的进线保护。对进线实施防雷保护，其目的就是限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陡度。当线路上出现过电压时，将有行波沿导线向变电所运动，其幅值为线路绝缘的50冲击闪络电压，线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高很多。因此，在近变电所的进线上加装避雷线是防雷的主要措施。如果没架设避雷线，当近变电所的进线上遭受雷击时，流经避雷器的雷电电流幅值可超过5kA，且其陡度也会超过允许值，势必会对线路造成破坏。4)变压器的防护。变压器的基本保护措施是靠近变压器处安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。装设避
40、雷器时，要尽量靠近变压器，并尽量减少连线的长度，以便减少雷电电流在连接线上的压降。同时，避雷器的接线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起，这样，当侵入波使避雷器动作时，作用在高压侧主绝缘上的电压就只剩下避雷器的残压了(不包括接地电阻上的电压压降)，就减少了雷电对变压器破坏的机会。5)变电所的防雷接地。变电所防雷保护满足要求以后，还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网，然后避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷的要求，或者在防雷装置下敷设单独的接地体。此外，从雷电干扰的途径分析大都是雷电活动时,雷电波沿线路侵入变电所,有时,由于雷电幅值较低不足以使线路或母线避雷器动作，或避雷器
41、动作时避雷器动作后的残压通过变压器的电磁感应耦合到低压侧,使低压电源系统产生雷电过电压,或强电源浪涌。因此，弱电系统也需要进行防雷保护。具体保护的方式有：1、完善低压电源系统的防雷保护措施因雷电通过低压电源系统对计算机等弱电系统的危害较大,因而低压电源系统的防雷保护也就特别重要。检查发生低压雷害事故的变电所发现在低压电源系统大都沒有防雷保护措施,而低压电源系统又直接关系着微机保护和综合自动化系统的安全。为防止低压电源系统的雷害事故,在低压电源系统中就需要采取以下措施：1）在厂、所用变压器的低压侧装相应电压等级的氧化锌避雷器进行保护;2）在微机保护和综合自动化装置的电源前边串接隔离变压器进行隔离
42、,并加装对地电容进行雷电波的吸收;3）在微机保护和综合自动化装置的电源前边串接浪涌吸收保护器进行保护。2、改善接地网的冲击电位分布防止地电位干扰1）降低接地网的接地电阻限制地电位升高,特别是在要在构架避雷针、避雷器下增加垂直接地极，的放射状的水平接地以降低其冲击接地电阻,防止雷电流入地时造成的局部地电位升高向二次电缆反击。2）改善冲击地电位分布限制局部电位升高 在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布，对方孔地网的网格大小要从地电位分布均匀考虑,防止局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰。
43、接地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。3.4 本章小结本章首先介绍了电气主接线的设计原则和电气主接线的基本类型，从根本上把握了设计电气主接线时所应当注意的问题，为后面设计火力发电厂的主接线打下了基础。其次，本章还介绍了雷电活动对电力系统的影响，提出了防雷保护的必要性及相关概念，结合我国目前的发电厂和变电所的具体情况，提出了一些防雷保护性措施，这些都将在后序章节的电气主接线设计部分具体加以说明。第三章 火力发电厂的电气主接线设计4.1 电气主接线的设计4.1.1 电气主接线的设计原则电气主接线是发电厂、变电站设计的主体。采用哪一种主接线的形式，与电力系统的原始资料，发电厂、变电站
44、本身运行的可靠性、灵活性和经济性的要求等密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟订都有较大的影响。因此，主接线的设计必须根据电力系统、发电厂或变电站的具体情况，全面分析，正确处理好各方面的关系，通过技术经济比较，合理地选择主接线方案。一、电气主接线设计的一般步骤：1)原始资料分析。根据下达的设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，各电压等级拟订可采用的数个主接线方案。2)对拟订的各方案进行技术、经济比较，选出最好的方案。各主接线方案都应该满足系统和用户对供电可靠性的要求，最后确定何种方案，要通过经济比较，选用年运行费用最小的作为最终方案，当然，还要兼顾到今后的扩容和
45、发展。3)绘制电气主接线图。按工程要求，绘制工程图，图中采用新国标图形符号和文字代号，并将所有设备的型号、主要参数、母线及电缆截面等标注在图上。二、对主接线设计的基本要求主接线应满足可靠性、灵活性、经济性和发展性等四方面的要求。1)可靠性。为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠性的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分地做好调查研究工作显得尤为重要。主接线的可靠性不仅包括开关、母线等一次设备，而且包括相对应的继电保护、自动装置等二次设备在运行中的可靠性，不要孤立地分析一次系
46、统的可靠性。为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，作出切合实际的决定。2)灵活性。电气主接线的设计，应当适应在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运行要求。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，合理调配电源和负荷。在检修时，可以方便地停运断路器、母线及二次设备，并方便地设置安全措施，不影响电网的正常运行和对其他用户的供电。3)经济性。方案的经济性体现在以下三个方面：1、投资省。主接线要力求简单，以节省一次设备的使用数量；继电保护和二次回路在满足技术要求的前提下，简化配置、优化控制电缆的走向，以节省二次设备和控制电缆的长度；采取措施，限制短路电流，得以选用价廉的轻型设备，节省开支。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。3、电能损耗小。经济合理地选择变压器的类型(双绕组、三绕组、自耦变、有载调压等)、容量、数量和电压等级。4)发展性。主接线可以容易地从初期接线方式过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，完成过渡期的改扩建，且对一次和二次部分的改动工作量最少。 主接线设计简要的实现步骤如下：1、搜集、整理、分析原始资料
