论文总字数：15531字

摘 要

本文主要为装机容量为700MW的热电厂的用电安全、防雷与接地设计。热电厂有2台200 MW发电机变压器组，1台300 MW发电机变压器组。热电厂有220 kV和35 kV两个升高压等级，220 kV母线采用双母线接线方式、35kV母线采用单母线接法方式。本次设计中选择适合的避雷器和接地线路。避雷器选择型式后，通过额定电压、灭弧电压、工频放电电压、残压、冲击放电电压的校验后确定合适的避雷器。然后根据接地设计的原则和热电厂的实际情况，计算出该发电站的接地体数目、地线的最小横截面积、和导线的材料。

关键词：用电安全，电气一次系统设计、防雷及接地系统的设计

Abstract: This paper mainly introduces electricity safety, lightning protection and grounding design of the thermal power plant ,whose the installed capacity of 700MW. Thermal power plant has 2 sets of 200MW generator transformer set, 1 sets of 300MW Generator Transformer set. Thermal power plant has 220kV and 35kV two liters of high grade, 220kV bus using double busbar connection, the 35kV bus by single bus connection mode. The design of lightning arrester in suitable and grounding line selection. Lightning arrester selection type arrester, determine the appropriate by checking the rated voltage, the arc voltage, power frequency discharge voltage, residual pressure, impulse voltage after. Then according to the ground and the principles of design of thermal power plant"s actual situation, to calculate the minimum cross-sectional grounding of the power station, the number of ground area, and wire material.

Keywords：Electrical safety,An electrical system design,Electrical a lightning protection design, Earthing system design

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目 录

1 绪 论 4

1.1 电力工业发展现状及前景展望 4

1.2 发电厂的规模 6

1.3 设计的主要工作 6

2 电厂设计的基本理论 7

2.1电气主接线 7

2.2短路电流计算 8

2.3电气主设备的选择 8

2.4防雷设计 8

2.5导线的选择 9

2.6接地设计 9

2.7厂用电及直流电设计 10

3 用电安全 11

4 防雷设计 12

4.1 防雷的基本原理 12

4.2 避雷器的主要类型和原理 13

4.3避雷器的设置 15

4.4 避雷器的选择 15

4.5 避雷器的校验 15

5 接地设计 17

5.1接地设计的目的 17

5.2接地设计的原则 18

5.3接地设计的方法 19

总 结 21

致 谢 23

1 绪 论

1.1 电力工业发展现状及前景展望

电力行业作为国民经济发展中最重要的基础能源产业，它的发展关系到国计民生。它在加速社会的发展和国民经济的增长发挥着首要作用。同时它也推进着现代工农业、科学技术和国防力量的增长。经济发展持续增长，人民扩大了电力需求量，电力系统的规划和设计要求，系统能够满足经济的要求、可靠性、安全性。为人民提供可靠、合格、充足的电能。

我国电力工业发展现状：我国电力工业的发电装机容量、发电量持续增长。从改革开放到上世纪末，我国发电量年均增长率7.9%，发电装机年均增长率为7.8%。发电装机容量超过千瓦，从1987到1995，超过千瓦，2000到3亿千瓦。1995发电容量超出千瓦，2000年到达千瓦。新世纪，我国电力工业走进高速发展期间。三峡电站机组投入生产使用，我国电源装机已到达4亿千瓦，2004年底发电装机总量达到千瓦。水、火、核电分别到达10830、32490、701.4万千瓦。2004年发电量达到千瓦时。从2000到2004年，发电装机容量在年之间净增加了千瓦，2004年在中国新的发电装机容量达到千瓦。

技术升级和电源季候调整受到重视。水电发展不断进步，在2004年的9月，青海黄河上游公伯峡水电站上游第一机器部件投入使用，中国的水电装机超过了1亿千瓦，达到千瓦，占总装机容量的24.6 % 。核电建设也获得了进展，总装机容量达到了千瓦。高参数、大容量的机组所占的比例增长，到2004年底，60万千瓦以上的大型火电机组已投运，装机容量占火电装机容量的10.7%。

随着技术的发展，引进洁净煤发电技术，自主设计制造30万千瓦脱硫装置投入运行或在建，IGCC机组（40等级）的技术引进及开发工作正在进行。在引进发电技术方面，联合循环发电已经取得了成就，大约70 台9F级机组在建或准备中。

电力供应能力不断增长，电力系统的规模也不断扩大，持续加强电网建设。在最近的十年，电网的建设获得快速发展，传输电容也增加了。到2004年底为止，220千伏及其以上达到22.8万公里，达到7.12亿千伏安。随着国家电网公司750千伏示范工程的投入生产，电网最高运行电压等级已经提高到750KV。

自1998年到目前为止施行城乡与改革。农村施行的“两改一同价”成果显著。对提高供电质量有很大帮助，另一方面也使电价水平有了一定的下降，改善了农民的用电状况，为近3000多万无电农村人口解决了用电问题，并且加强了网架结构。促进了城乡发展，提高了生活水平。

我国能源资源分布不均，西电东送以较快的速度发展。遵循经济原则，燃煤电站建设适度，实现西电东送。贵州至广东的500千伏交流电、直流输变电工程已建成投产运行，向广东送电已达1088万千瓦规模。三峡到华东、广东±500千伏直流输变电工程前后投产。蒙西、山西、陕西地区，向北京天津唐山电网输送电能力逐渐增加。2003年交换容量达到了862亿千瓦时。

全国联网迅速发展，到2005年7月为止，除海南外已的开始达成了全国联网和跨区域资源的优化建设。电网区域间的功率交换频繁。电力科学技术水平有较大提高；风电建设规模逐步扩大；地热发电已经开始应用；太阳能，小水电厂取得巨大成就。

我国电力工业发展前景展望：我国是煤炭、水资源丰富，但石油、天然气匮乏的国家，并且这些资源分布不均衡。风能和太阳能等新资源因受技术原因限制而不能合理地用来发电 ，短期内所占比重不可能太高，需要积极发展。电力发展与资源、环境矛盾日益加剧。根据我国现发展近况分析，未来几年，资源消耗量大、人与自然之间的矛盾将变得异常激烈。为了保证国民经济可持续发展只有从最本质上改变经济增长的形式。

我国电力发展的根本宗旨是：在不破坏生态环境的条件下，电网建设得到加强，能源效率能够得到提高，开发水电的力度加大，优先发展煤炭发电，积极推进建设核电的工作，适度发展天然气发电，尝试使用新能源和可再生能源发电，带动装备产业发展，强化体制改革。以此宗旨，我国电力产业发展将具备以下特点：调整结构力度将加大。推进水流域阶梯综合开发作为工作的重点，根据开发现场的实际情况建设中小型水电站，提高水电开发率。加快技术改造，提高煤电技术水平和经济水平。在风力资源丰富的地区，风力发电规模化发展；在偏远地区发展太阳能发电；就地取材发展潮汐发电、地热发电、沼气和生物质能发电。

电力产业发展，人民生活水平不断提高，我国电力消耗强度加大，通过结构调整，高附加值、低能耗的产业将快速发展，其电耗水平也应有较大下降。

1.2 发电厂的规模

（1）装机容量：700MW（2台200MW和1台300MW发电机）

（2）机组年利用小时： 取

（3）负荷曲线如图1-1所示：

典型日负荷曲线（夏季155天 、 冬季210天 ）

图1-1

（4）厂用电率： 10%

2、电力负荷及与电力系统连接情况：

（1）220kV升高电压级 架空线2回，与系统连接线2回，最大输送功率700MW, =0.85。

（2）35kV升高电压级 架空线1回，与系统连接线1回，最大输送功率140MW，=0.85。

（3）发电机出口后备保护时间。

3、气象条件：根据电厂所在地可以知道，年最低温度－13℃；年最高温度39℃；最热平均气温21℃；当地海拔高度800米；西风，风势3～7级。

1.3 设计的主要工作

为了更深入地了解热电厂的设计规程、步骤和要求,在本次设计中选择了热电厂电气部分的设计，设计出比较合理的热电厂。

本次设计为一个独立的系统，设计的内容主要包括：用电安全中的防雷设计和接地设计。

设计中的主要工作：

1、阐述整个发电厂的运行原理，主要的电气线路。

2、根据所在设计团队队友设计的各组成部分，进行发电厂的防雷、接地设计。

3、在防雷设计部分，主要先了解防雷的基本原理、避雷器的设置，然后根据本发电厂的实际情况，选择适合本电厂的避雷器。

4、在接地设计部分，首先了解接地设计的目的、接地设计的原则，然后通过计算，最后设计出适合本电厂的接地线路。

2 电厂设计的基本理论

2.1电气主接线

电气主接线是发电厂、变电所电气部分的主题结构。电气主接线影响着电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择。电气主接线是由变压器、互感器、电抗器、开关电器、线路、母线等按一定顺序连接成的电路。它们的连接形式决定了供电的可靠性、运行灵活性及经济合理。

1、可靠性 电力生产的最主要的要求是供电可靠，停电会致使产品报废、设备损坏、人员伤亡等。因此，主接线接线形式必须确保可靠的电力供应。主接线可靠性研究应注意以下问题：①针对发电厂在电力系统中的地位和作用，可靠性要求适应系统；②发电厂接入电力系统中的方式，容量的大小、电压等级、负荷性质、地理位置和运输距离和其他因素影响着其接入方式的选择；③发电厂的负荷性质和运行方式。生产电能的特点：能够在同一时刻完成发电、变电、输电和用电。④设备是否可靠性对主接线是否可靠性有直接的影响，另外电气设备的质量也有这样的影响。⑤重视国内外长期积累的运行实践经验，选用经过长期实践考验过的主接线形式。

2、灵活性 电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。在正常操作过程中不仅可以安全可靠地供应电能，而且在电力系故障或电气维修和故障时，能快速、简单、灵活地变换运行方式，一定程度上缩短了停电时间，缩小影响。因此，电气主接线满足灵活调度、容易操作、扩建的基础要求。①灵活的可调范围：根据调度的要求，方便灵活地交换机组、变压器或线路，分配电源和负荷，并且能够满足度系统在事故等特殊运行情况下的调度要求。②操作方便：安全维护，方便地停运电力设备，不干扰对用户的正常供电、不影响电力系统的稳定性。尽可能减少操作步骤，方便掌握，误操作不会轻易发生。③扩展建设方便：根据电力系统发展的需要，方便地从初始接线发展到远景接线；

3、经济性 经济性是指：①节省投资：主接线简单清楚，节省隔离开关电器、断路器、避雷针等一次电气设备，限制短路电流，降低投资；选择便宜的电器、轻型电器；如果能满足系统运行的安全和保护的要求，二次控制与保持方式不应太复杂，更加节省设备及电缆的费用；②较少的占地面积：尽可能减少面积。在条件允许的情况下，大容量发电厂和变电站，第一次设计时，分阶段投资、建设，达到经济效益；③减小电能损耗：在发电厂或变电站中，正常运行时，变压器的类型、容量大小和数量应该更加合理的选择，避免增加电能损耗。

2.2短路电流计算

短路指电力系统正常运行情况以外 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生通路的现象。

产生短路的原因：1、年代久远，线路发生老化，外部绝缘受到破坏；2、天气原因外部条件恶化，线路松弛，强风下线路发生碰撞；3、电源产生过电压，绝缘击穿；4、人为原因，乱拉乱接线路；5、安装线路太低，各种运输物品或金属物相撞，造成电路短路。为了防止短路，安装、维修，严格按照规则，根据不同的环境因地制宜地选用合适导线和电缆。其次，加强管理，减少人为因素的影响，定期测量导线的绝缘是否良好。要选用合适的安全保护装置。

短路电流计算为以下工作提供依据：1，设备选型。特别是断路器的灭弧容量和最大开断电流。2，继保装置的选择与整定。确保准确性和灵敏度。3，网络设计。必要时需要增设电抗器。4，结构设计。短路电流大小涉及电动力的影响。

2.3电气主设备的选择

选择电气主设备是设计发电厂和变电站的重要的主要内容之一。

在正常工作情况或是故障情况发生时，为了使导体能够安全、合理、经济地运行，必须正确的选取电气设备。在选择设备的过程中，在安全、可靠的前提下，根据现场的实际情况，另外考虑采用可靠的新技术选，取出合适的电气设备，适当注意成本的节约。

电气设备选择的一般要求：1、正常工作情况下、检修情况下、短路发生情况下和过电压情况下设备都能满足要求，并不影响长期发展；2、根据当地条件检查；3、尽量采用先进的技术和考虑经济成本的合理性；4、与整个工程的建设标准协调一致；5、尽可能减少同一类设备的种类；6选用具有可靠性并鉴定合格的新产品。

2.4防雷设计

在人类历史发展雷电发挥着重要的作用，它促进了人类文明的进步，同时，雷电也给人类带来的危害，只有准确掌握雷电知识，合理使用雷电才能最大程度地发挥雷电的益处。

雷击防护：是指使用有效的、合理的方法，使雷电流的能量尽量的导入到大地，进行疏通。雷击防护是一个综合防护问题，直接雷击和感应雷击的防护共同组成了雷击防护，简单的避雷针和接地并不是雷击防护。任何一方的缺失都是有缺陷、不完整的和存在潜在危险。通常情况下，雷击防护分为外部避雷和内部避雷。外部防雷系统主要是为了保护建筑物免受雷击，避免引起人身安全事故或火灾事故，外部防雷系统由避雷针、引下线和接地系统构成；内部防雷系统主要是为了避免雷电和其它方式的过电压侵入设备中，导致损坏设备，外部防雷无法保障这点，只有对建筑物进出各保护区的电缆、金属管道等安装过电压保护器，进行保护并良好接地才能实现内部避雷。

2.5导线的选择

载流导体通常采用铝合金、铝或铜材料。在某些特定场所宜选用铜导体工作，例如：所处的地理位置特别狭窄且工作电流较大或对严重腐蚀铝的场所，。铜母线只有在工作电流小、短路电动力大或不重要的场合才使用铜母线。

35kV以下，通常选用硬导体。通常工作电流在4000A及以下的，通常采用矩形；工作电流在4000～8000A之间宜采用槽形导体；工作电流在8000A以上宜采用圆管形导体。容量20万千瓦及以上的发电机回路选用封闭母线形式。

35kV级，根据配电装置条件，可选硬导线或软导线。

220kV及以上，通常采用软导体，另外狭窄的地方和进出线比较多的地方，采用铝锰合金管型硬导体。

2.6接地设计

1、降低电气设备绝缘水平：

为了降低作用在电气设备上的电压，降低电气设备的绝缘水平，应该将电力系统中性点接地。

2、确保电力系统安全运行：

输电线路杆塔接地装置的接电阻必须降低到一定值，以确保雷击输电线路杆塔时的塔顶电位与导线的电位差小于绝缘子串的50%冲击放电电压，保证线路的正常运行。如果接地电阻太大，则可能会导致塔顶电位大幅上升，导致绝缘子串闪络电力中断 ^[6]。

另外，在发变电站，避雷线，避雷针和避雷器吸收和泄放雷电能量，这些防雷设备必须通过接地装置将雷电能量泄放到大地。

3、确保人身安全：

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