毕业设计论文4215;50MW供热式火力发电厂电气设计部分.doc

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1、沈阳工业大学 450MW供热式火力发电厂电气设计部分The 450MW heating type thermal powerplantelectricity part design 学 院：电气工程学院专业班级 ：电气工程及其自动化022班学 号：24学 生 姓 名： 指 导 教 师： 2006 年6 月 14 日中文摘要电力系统专业的毕业设计是一次比较综合的训练，它是我们将在校期间所学的专业知识进行理论与实践的很好结合，运用理论知识和所学到的专业技能进行工程设计和科学研究，提高分析问题和解决问题的能力。在完成此设计过程中，我们可以学习电力工程设计、技术问题研究的程序和方法，获得搜集资料、查阅

2、文献、调查研究、方案比较、设计制图等多方面训练，并进一步补充新知识和技能。本毕业设计论文是4*50MW供热式火力发电厂电气部分设计。为了保证供电的可靠性和一次性满足远期负荷的要求，按照远期负荷规划进行设计建设，从而保证发电厂能够长期可靠供电。根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及发电厂电气设计手册等书籍的有关内容，设计过程中完成了主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、电气设备选择、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划和防雷保护的规划等主要工作。在此期间，遇到的种种问题均通过反复比较、验算，并请教老师得以解决。毕业设计论文由设计说明书、设计计算书、一套图纸（电气主接线图、总平面布置图、

3、配电装置断面图、防雷保护图）组成。内容较为详细，对今后扩建有一定的参考价值。近年来，电力在世界各国能源和经济发展中的作用日益增长，它已成为现代社会实用最广、需要最快的能源。发电厂的合理设计与建设是一个极其重要的组成部分。本次设计是通过本人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，全面细致的考虑工程设计的可靠性、经济性、灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。通过完成此毕业设计论文，进一步领会我国电力工业建设的政策观念和经济观点，培养对工程技术、经济进行较全面的综合分析能力。由于时间紧张和能力有限，此论文中难免会出现遗漏和错误，希望老师给予指点和更正。 关键词：火力发电厂 电气设计 短路计算 设备选择

4、 配电装置AbstractThe professional graduate in system in electric power design is once more synthesize of training, it is we will during the period of school a profession for learning knowledge proceed theories and practice very good combination, make use of the theories knowledge proceeds with a profess

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6、on, checked the cultural heritage, investigate the research, project comparison and design the various training in etc. in graphics, combine further complement the new information knows with technical ability.This graduate design thesis is a 4*5MW heating type thermal power plant electricity part de

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15、ppear the lapse with mistake, hope the teacher give to point out with make correction.Key word: Thermal power plant Electricity design short circuit calculation The equipments choice electricity equips 目 录中文摘要IIAbstractIII目 录V引言1第一部分 说明书2第一章 发电厂原始资料分析2第二章 主变压器的选择22.1发电厂主变压器的容量和台数的确定：22.1.1 有发电机电压母线接

16、线的主变压器22.1.2、单元接线的主变压器32.2主变压器形式的选择32.2.1数的选择32.2.2绕组数量和方式的选择32.3本厂主变压器的选择3第三章发电厂电气主接线选择53.1 概 述53.2 主接线的设计原则53.2.1主接线的设计依据53.2.2主接线设计的基本要求63.3 本厂电气主接线的选择73.3.1 主接线方案的预定7第四章 短路电流的计算94.1计算短路电流的目的：94.2电力系统短路电流计算94.2.1 基本假定94.2.2 一般规定104.2.3 限流措施104.3短路计算点的选择104.4 短路计算方法114.5网络变换114.6计算步骤124.6.1 计算步骤：1

17、2第五章 电气设备的选择与校验125.1设计原则125.1.1 一般原则125.1.2 技术条件135.2 母线的选择145.2.1 母导体的选择145.3高压断路器的选择175.3.1 参数的选择175.3.2 型式的选择175.3.3 对断路器具体的选择和校验185.4隔离开关的选择195.4.1选择和校验的项目195.4.2 造型说明195.5电流互感器选择215.5.1 参数和型式的选择215.5.2 按一次额定电压和额定电流选择215.5.3 按准确度级及原副边选择215.5.4动稳定和热稳定校验225.6 电压互感器选择235.6.1 电压互感器参数及型式的选择235.6.2 按一

18、次回路电压选择235.6.3 按二次回路电压选择24第六章 高压配电装置的规划设计246.1设计原则与要求246.1.1 总的原则24第七章 继电保护和自动装置的规划设计267.1设计原则与要求267.1.1 总的原则297.2一般规定277.3发电机保护277.3.1 配电原则277.3.2 保护的确定287.4变压器保护287.4.1 配置原则287.4.2 保护的确定287.4.3 变压器一般装设下列继电保护装置297.5发电机变压器组保护297.6母线保护307.6.1专业保护应具有母线的重要程度满足下列要求307.6.2保护的确定307.6.3 10KV发电机机压母线的保护307.6

19、.4 220KV母线保护307.7、线路保护317.7.1 配置原则317.7.2 60KV 线路保护317.8自动装置的设计317.8.1 自动装置的作用317.8.2 自动装置应附和，可靠性、选择性、灵活性、速断性327.8.3 本厂所配置的自动装置327.8.4 50MW以下发电机应装设下列故障及异常运行保护装置327.8.5上述各项保护，根据故障和异常运行的性质，动作于以下出口方式327.9、安全自动装置337.9.1 一般规定337.9.2自动重合闸装置：337.9.3 自动投入装置：337.9.4自动低频减载装置，系统安全自动控制：337.9.5 自动准同步装置。347.9.6 自

20、动调节励磁装置：347.9.7自动灭磁装置：34第八章 防雷保护的规划设计348.1避雷针保护348.1.1避雷针及其保护范围348.2 避雷线的保护范围368.2.1 避雷线的保护范围计算方法及公式368.2.2 避雷线保护基本要求如下：368.3避雷器保护及配置368.3.1避雷器的参数及配置36第二部分 计算书39第一章 变压器的选择391.1主变压器的计算和选择391.11主变压器的计算391.12厂用变及高备变的选择39第二章 短路电流计算412.1短路计算412.2参数计算412.2.1 短路点d1的计算422.2.2 短路点的计算：442.2.3 短路点的计算46第三章 电气设备

21、的选择和计算483.1断路器的选择483.1.1 60KV侧电流互感器的选择483.1.2 10KV侧断路器的选择493.2隔离开关的选择503.2.1 60KV侧隔离开关的选择503.2.2 主变压器低压侧10KV母线隔离开关的选择513.3 流互感器的选择和计算523.3.1 60KV电流互感器的选择533.3.2 10KV侧电流互感器的选择533.4 压互感器的选择和计算543.4.1 60KV电压互感器的选择543.4.2 10KV侧电压互感器的选择543.5导体的选择和计算543.5.1 60KV侧母线的选择543.5.2 10KV侧母线的选择553.6电抗器的选择56第四章 防雷保

22、护计算584.1避雷针的选择和计算584.2避雷器的选择表594.2.1 60KV侧避雷器的选择594.2.2 10KV侧避雷器的选择59总 结60文献参考61致 谢62附 录6363引言据有关资料表明，在能源利用方面，美国的能源利用率为51%，日本约为60%，我国仅为28%30%；而每万美元产值消耗的燃料（标准煤）美国为7.3t，法国为6.9t，日本为3.6t，我国则达到15t。为什么国外能源利用率这样高呢？这是由于发达国家非常重视发展热电联产和热电联产联片供热的方式，广泛建立了热电厂来提高能源的利用率。而目前我国许多地区建立的热电厂因为管理和运行不善等原因，使能源没有得到充分利用，热电厂的

23、经济性低，从而影响了热电厂的发展。所以我国一些汽轮机厂也在不断改进产品性能和生产适应我国国情的新产品，并预计在2000年生产热电机组3000040000MW，这些热电厂建成之后，将给我国带来显著的经济效益，和优越的节能效果。可见我国的这个发展计划，是符合当前世界节能潮流发展方向的。本次设计是根据“电力系统及自动化专业”毕业任务书的要求，综合大学四年所学的专业知识及电力工程电气设计手册、电力工程电气设备手册等书籍的有关内容，在指导教师的帮助下，通过本人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，包括电气主接线的选择、变压器的选择、短路电流的计算、各种设备的选择与校验、高压配电装置的规划设计、防雷保护的

24、规划设计、发电厂继电保护和自动装置的规划设计等。全面细致的考虑工程设计的经济性、系统运行的可靠性、灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。 第一部分 说明书第一章 发电厂原始资料分析待设计发电厂是建于某城市中心，以煤为主，水量充足，最高温度+40，最低温度-35，年平均+5。本厂电压等级为60/10，60KV侧两回出线，10KV侧13回出线，以4台50MW发电机供电 。第二章 主变压器的选择2.1发电厂主变压器的容量和台数的确定：2.1.1 有发电机电压母线接线的主变压器连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器容量，应该按下列条件计算：1、当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线的剩余有

25、功和无功容量送入系统，但不考虑稀有的最小符合情况。2、当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能由系统供给发电机电压的最大负荷。在电厂分期建设过程中，在事故断开最大一台发电机组的情况下，通过变压器向系统取得电能时，可以考虑变压器的允许过负荷和限制非重要负荷。3、根据系统经济运行的要求，而限制本厂输出功率时，能供给发电机电压的最大负荷。4、按上述条件计算时，应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别应注意发电厂初期运行，当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的剩余容量送入系统。5、发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对主要向发电机电压供电的地方电厂，而系统电源仅作为备用，则允

26、许只装设一台主变压器作为发电厂与系统之间的联络。对小型发电厂，接在发电机电压母线上的主变压器宜设置一台。对装设两台变压器的发电厂，当其中一台主变压器退出运行时，另一台变压器应能承担70%的容量。2.1.2、单元接线的主变压器发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量可按下列条件中较大的者选择1、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。2、按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。2.2主变压器形式的选择2.2.1数的选择1、发电厂变压器相数的选择主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。选择主变压器的相数，当不受运输条件限制时，在

27、330KV以下发电厂，应选用三相变压器。2.2.2绕组数量和方式的选择1、发电厂主变压器绕组的数量因为三绕组变压器比同容量双绕组变压器价格高40%50%，运行检修比较困难，台数过多时会造成中压侧短路容量过大，且屋外配电装置布置复杂，故其使用要给予限制。即本厂选择双绕组变压器。2、绕组连接方式变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并行运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。35KV以下电压，变压器绕组都采用连接。2.3本厂主变压器的选择1、主变压器1#、2#容量计算：根据其变比63/10.5 选出变压器为：表2-1 所选主变压器的主

28、要参数型号额定容量（KVA）额 定电 压(KV)连接组标号空 载损 耗(KW)空 载电 流(%)阻 抗 电 压 ( % )SFP7-63000/636300063/10.5YN,D11650.792、单元接线的主变压器容量的计算MW根据其变比63/10.5选出变压器为：表2-2所选单元接线变压器的主要参数型号额定容量（KVA）额 定电 压(KV)连接组标号空 载损 耗(KW)空 载电 流(%)阻 抗 电 压 ( % )SFP7-90000/639000063/10.5YN,D11681.09注：SFE7三相油浸风冷铜线双绕组 3.厂用变及高备变的选择根据下式计算出厂用变容量：表13根据其变比1

29、0.5/3.15 选出厂用变压器为：型号额定容量（KVA）额 定电 压(KV)连接组标号空 载损 耗(KW)空 载电 流(%)阻 抗 电 压 ( % )SC-8000/10800010.5/3.15Dy,n1110.10.68高备变的选取同厂用变容量一致表14 本厂四台发电机的型号及参数：型号额定容量（MW）额 定电 压(KV)电 抗 （秒）转换惯量QFQ-50-25010.50.80.12411.229.3第三章发电厂电气主接线选择3.1 概 述电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送电能的总电

30、路。将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为电气主接线图。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。主接线的确定对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订有较大影响。因此，必须正确的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。3.2 主接线的设计原则3.2.1主接线的设计依据1、发电厂在电力系统中的地位和作用2、发电厂的最终建设规模3、负荷的大小和重要性4、系统备用容量的大小5、系统专业对电气主接线提供的具体资料3.2.2

31、主接线设计的基本要求主接线应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。3.2.2. 1 可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线应满足这个要求。1、研究主接线可靠性应注意的问题（1）应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。主接线可靠性的衡量标准是运行实践，至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法尚不完善，计算结果不够准确，因而目前只作为参考。（2）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。（3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。（4）要考虑所设计发电厂在电力系统中的地位和作用。2、可靠性的具体要

32、求：（1）断路器检修时，不影响对系统的供电；（2）断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间，并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电；（3）尽量避免全部停运的可能性。3.2.2. 2 灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性（1）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的系统调度。（2）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。（3）扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机

33、组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和两次部分的改建工作量最少。3.2.2. 3 经济性主要是指投资省，占地面积小，能量损失小。3.3 本厂电气主接线的选择3.3.1 主接线方案的预定1、本发电厂4*50MW，电压等级为60KV/10.5KV，60KV侧出线为2回；10KV侧负荷侧线路为13回。根据电力工程电气设计手册、原始资料的分析。根据主接线设计必须满足供电可靠性、保证电能质量、满足灵活性和方便性、保证经济性的原则，本发电厂初步拟定两种主接线方案分别为：方案1： 10KV侧采用双母线接线方案，60KV侧采用单母分段接线。方案2、10KV侧采用双母线接线旁路，60KV侧采用双母线带旁路。

34、如图所示：方案一、 图3-1方案二、 图3-2 表3-1 两种方案的比较方案项目 方案一 方案二可靠性1、 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终断。2、 一组母线故障后，能迅速恢复供电。3、 检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。1、 简单清晰，设备少，设备本身故障小。2、 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。3、 当一段母线发生故障，分段短路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。灵活性1、 各个电源和各回路负荷可任意分配到某一组母线上，能灵活的适应于系统各种运行方式调度和潮流变化的需要。2、 接线

35、较复杂，不容易检修3、 扩建方便4、 连接不同的母线段时，易导致出现交叉跨越。1、 不易扩建。2、 连接不同母线段时，可以避免出现交叉跨越。3、 运行相对简单调度灵活性差。4、 避免产生环流。经济性1、 投资高，设备数量多，年费用大。2、 提高了供电可靠性，增大了占地面积。1、 设备相对少、投资小，年费用小。2、 占地面积相对小3、 采用单元接线，从而避免了选择大容量出口断路器，节省了投资。通过定性分析和可靠性及经济计算，在可靠性、经济性上方案一暂有明显的优势。方案一不但可以节省开资，又可避免环流，有很高的可靠性。鉴于小型发电厂以经济性为主，所以，经综合分析，决定选第一方案为设计最终方案。第四

36、章 短路电流的计算4.1计算短路电流的目的：（1）电气主接线比较；（2）计算软导线的短路摇摆；（3）确定中性点接地方式；（4）选择导线和电器；（5）确定分裂导线间隔棒的间距；（6）验算接地装置的接触电压和跨步电压；（7）选择继电保护装置和进行整定计算。本设计中计算短路电流的目的主要是载硫导体和电器的选择和校验。4.2电力系统短路电流计算4.2.1 基本假定短路电流实用计算中，采用的假设条件和原则为：（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）系统中的电机均为理想电机，转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差1200电气角度。（4）电力系统中各元件的磁路不饱和，

37、即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。（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，50%负荷接在系统侧。（6）同步电机都具有自动调励装置（包括强行励磁）。（7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。（9）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，元件的电阻忽略不计。（10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。（11）输电线路的电容忽略不计。 4.2.2 一般规定（1）验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流时，所有的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统远景规

38、划。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式选择，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。对带电抗器的610KV出线与厂用分支线回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接

39、地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。4.2.3 限流措施发电厂可以采取的限流措施：（1） 发电厂，在发电机电压母线分段回路中安装电抗器。（2） 变压器分裂运行。（3） 采用低压侧为分裂绕组的变压器。（4） 出线上装设电抗器。 4.3短路计算点的选择在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。本设计选择三个短路计算点，分别在60KV母线上、10KV母线上和电抗器出口处。系统短路计算电路图如图4-1所示。图4-1 等值电路图 4.4 短路计算方法本设计利用分布系数法进行网络化简，分布系数法，求出转移电抗，计算电抗。应用导体和

40、电器选择设计技术规定所提供的运算曲线求取短路电流。计算时取SB=100MVA基准电压UB=UAV 4.5网络变换如下图4-2所示 图4-21/Y变换 X1=X13X12/（X13+X12+X23）X2=X12X23/（X12+X13+X23）X3=X13X23/（X13+X12+X23）2Y/变换X12=X1+X2+X1X2/X3X13=X1+X3+X1X3/X2X23=X2+X3+X2X3/X14.6计算步骤4.6.1 计算步骤：（1）选择计算短路点。（2）绘出等值网络（次暂态网络图），并将各元件电抗统一编号。（3）化简等值网络：将等值网络化简为以短路点为中心的辐射等值网络，并求出各电源与短

41、路点之间的电抗。（4）求出计算电抗。（5）由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值。（6）计算无限大容量电源供给的短路电流周期分量的标幺值。（7）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。（8）计算短路电流冲击值。（9）计算异步电机供给的短路电流。（10）绘制短路电流计算结果表。第五章 电气设备的选择与校验5.1设计原则总的原则：按照正常工作条件进行选择，按照短路条件进行校验。5.1.1 一般原则 1、应满足正常工作条件下的电压和电流的要求；2、应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求；3、应满足安装地点和使用环境条件要求；4、应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质；5、对电流互感器的选择应

42、计及其负载和准确度级别；6、选用的新产品应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经鉴定的新产品时，应经上级批准。5.1.2 技术条件选择的高压电气设备，应能在长期工作的条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。5.1.2.1 工作条件1、电压选用的电气设备允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压，即 2、电流选用的电气设备额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流，即 由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电气设备没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持

43、续电流的要求。 5.1.2.2 动稳定条件1、校验的一般原则：（1）电压在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验；（2）用熔断器保护的电气设备可不验算热稳定；（3）在工作电压和过电压的作用下，电气设备内、外绝缘应保证必要的可靠性。2、短路的热稳定条件 3、短路的动稳定条件 5.1.2.3 环境条件1、温度：最高温度+40，年平均温度+52、光照：无特殊要求3、风速：25m/s4、冰雪：覆冰厚度10mm 5、湿度：无特殊要求6、污秽：无特殊要求7、海拔：无特殊要求8、地震：五级地震区5.2 母线的选择母导体的选择裸导体一般按下列各项选择和校验：导体材料、类型和敷设方式；导体截面；电晕

44、；热稳定；动稳定；共振频率1、 导体材料、类型和敷设方式：常用导体材料有铜、铝和铝合金。因为铜价格高，因此只用在持续工作电流大且出线位置特别狭窄或污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所。因为铝价廉，一般采用或铝合金材料作为导体材料。常用的硬导体截面有矩形、槽形和管形。矩形导体散热条件较好，便于固定和连接，但集肤效应较大。为避免集肤效应系数过大，单条矩形截面最大不超过1250。当工作电流超过最大截面单条导体允许截流量时，可将24条矩形体并列使用，4条并列一般避免。矩形导体一般只用于35KV及以下，电流在4000A及以下的配电装置中。槽形导体机械强度好，载流量大，集肤效应系数小，用于40008000A的配电装置中。管形导体集肤效应系数小、机械强度高、管内可以通水或通风，因此，可用于8000A以上的大电流母线。此外，圆管表面光滑，电晕放电电压高，可用在110KV及以上的配电装置中。矩形导体三相水平布置，导体竖放散热