1 电厂锅炉发电机出口开关设计总说明
一、设计目的
本设计计算书针对600MW燃煤发电机组出口开关进行全面设计计算，包括额定电流计算、短路电流
计算、开断能力计算和绝缘水平计算。
设计背景：随着大容量发电机组的发展，对发电机出口开关的安全性和可靠性要求不断提高。
应用场景：适用于600MW燃煤发电机组发电机出口开关设计。
预期目标：确保开关设备安全稳定运行，满足额定工况和短路工况下的各项技术要求，开断能力≥
160kA，绝缘水平满足GB/T 11022-2021要求。
二、设计依据
1. GB/T 11022-2021 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求
2. GB/T 50064-2014 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范
3. DL/T 5153-2014 火力发电厂厂用电设计技术规程
4. DL/T 620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
5. GB -1997 高压输变电设备的绝缘配合
6. 发电机出口开关设计任务书（编号：GKKG-2026-001）
7. 发电机出口开关技术协议（编号：XY-GK-2026-001）
三、设计范围
1. 额定电流计算：包括发电机额定电流、开关额定电流选择
2. 短路电流计算：包括三相短路电流周期分量、冲击电流计算
3. 开断能力计算：包括额定短路开断电流、短路开断容量计算
4. 绝缘水平计算：包括雷电冲击耐受电压、操作冲击耐受电压计算
5. 不包括：开关操动机构设计、二次回路设计、保护配置设计
四、技术参数
发电机容量：600MW
发电机额定电压：20kV
发电机功率因数：（滞后）
发电机效率：%
短路电压百分值：Uk% = 15%
系统额定频率：50Hz
最高运行电压：24kV
预期短路电流：160kA
雷电冲击耐受电压：150kV（峰值）
操作冲击耐受电压：95kV（峰值）
工频耐受电压：55kV（有效值）
海拔高度：1000m
五、计算方法
1. 额定电流：基于发电机容量、电压和功率因数计算
2. 短路电流：基于发电机参数和系统阻抗计算
3. 开断能力：基于短路电流和安全系数计算
4. 绝缘水平：基于系统电压等级和过电压保护要求计算
所有计算采用国际标准单位制（SI），计算结果保留2位小数
六、其他说明
1. 设计参数基于600MW机组额定工况
2. 短路电流计算考虑发电机次暂态电抗
3. 开断能力已考虑倍安全系数
4. 绝缘水平已进行海拔修正（1000m以下）
2 电厂锅炉发电机出口开关设计计算表
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位
一、基础参数
1 发电机额定容量 P_n 设计值 600 MW
2 发电机额定电压 U_n 设计值 20 kV
3 发电机功率因数 cosφ 设计值 -
4 发电机效率 η 设计值 %
5
系统额定频率 f 设计值 50 Hz
6
短路电压百分值 U_k% 设计值 15 %
7
最高运行电压 U_max 设计值 24 kV
8 海拔高度 H 设计值 1000 m
9
配合系数 K_c 查表值 -
10
安全系数 K_s 设计值 -
二、额定电流计算
11 发电机视在功率 S_n 计算值 P_n/(η×cosφ) MVA
12 发电机额定电流 I_n 计算值 S_n/(√3×U_n) kA
13 开关额定电流 I_rated 计算值 I_n×K_s kA
14 额定电流判断 Judgment1 判断值 IF(I_rated≥I_n,"满足","不满足") -
三、短路电流计算
15
发电机次暂态电
抗
X_d" 计算值 U_k%/100 pu
16 基准容量 S_b 设计值 100 MVA
17
基准电压 U_b 设计值 20 kV
18
基准电流 I_b 计算值 S_b/(√3×U_b) kA
19 电抗标幺值 X*_d" 计算值 X_d"×S_b/S_n pu
20
短路电流标幺值 I_k* 计算值 1/X*_d" pu
21
短路电流周期分
量
I_k 计算值 I_k*×I_b kA
22 冲击电流系数 K_imp 查表值 -
23 冲击电流幅值 i_imp 计算值 √2×K_imp×I_k kA
24 冲击电流有效值 I_imp 计算值 I_k×√(1+2×(K_imp-1)^2) kA
四、开断能力计算
25
额定短路开断电
流
I_oc 计算值 I_k×K_s kA
26
短路开断容量 S_oc 计算值 √3×U_n×I_oc MVA
27 热稳定电流 I_th 计算值 I_oc kA
28 热稳定时间 t_th 设计值 2 s
29 热稳定校验 I_th²t 计算值 I_th²×t_th kA²·s
30
短路电流热效应 I_k²t 计算值 I_k²×t_th kA²·s
31 热稳定判断 Judgment2 判断值 IF(I_th²t≥I_k²t,"满足","不满足") -
32 开断能力判断 Judgment3 判断值 IF(I_oc≥I_k,"满足","不满足") -
五、绝缘水平计算
33
雷电冲击耐受电
压
BIL 查表值 150 kV
34
操作冲击耐受电
压
SIL 查表值 95 kV
35
工频耐受电压 Power_freq 查表值 55 kV
36
海拔修正系数 K_H 计算值 1/(1-H/10000) -
37 修正后BIL BIL_corr 计算值 BIL×K_H kV
38 修正后SIL SIL_corr 计算值 SIL×K_H kV
39
避雷器残压 U_res 查表值 105 kV
40 绝缘配合校验 BIL_check 计算值 BIL_corr/(U_res×K_c) -
41 绝缘水平判断 Judgment4 判断值
IF(BIL_check≥,"满足","不满足"
)
-
42
操作过电压倍数 K_op 查表值 -
43
操作过电压 U_op 计算值 K_op×U_max/√2 kV
44
操作冲击校验 SIL_check 计算值 SIL_corr/U_op -
45
操作冲击判断 Judgment5 判断值
IF(SIL_check≥,"满足","不满足"
)
-
计算结果 参数说明 规范依据 其他说明
600 发电机额定有功功率 设计任务书
20 发电机额定线电压 设计任务书
发电机额定功率因数（滞后） 设计任务书
发电机效率 设计任务书
50 电力系统额定频率 GB/T 15945-2008
15 发电机短路电压百分值 发电机参数
24
系统最高运行电压 GB/T 11022-2021
1000
安装地点海拔高度 现场勘测
绝缘配合系数 GB/T 50064-2014
设计安全系数 设计规范要求
#VALUE! 发电机额定视在功率 功率计算公式 S=P/(ηcosφ)
#VALUE! 发电机额定线电流 电流计算公式 I=S/(√3U)
#VALUE!
开关额定电流（考虑安全系数
）
设备选型
满足 开关额定电流是否满足要求 GB/T 11022-2021
#VALUE! 发电机次暂态电抗（标幺值） 发电机参数 X_d"≈U_k%
100
短路计算基准容量 计算惯例
20
短路计算基准电压 计算惯例
#VALUE!
短路计算基准电流 基准值计算 I_b=S_b/(√3U_b)
#VALUE! 发电机次暂态电抗标幺值 标幺值计算 X*=X×S_b/S_n
#VALUE!
短路电流标幺值 短路电流计算 I_k*=1/X*
2 电厂锅炉发电机出口开关设计计算表
一、基础参数
二、额定电流计算
三、短路电流计算
#VALUE!
三相短路电流周期分量有效值 短路电流计算 I_k=I_k*×I_b
短路冲击电流系数 电力系统分析
#VALUE!
短路冲击电流幅值 冲击电流计算 i_imp=√2K_impI_k
#VALUE!
短路冲击电流有效值 冲击电流计算
I_imp=I_k√(1+2(K_imp
-1)²)
#VALUE! 开关额定短路开断电流 开断能力计算 I_oc=I_k×K_s
#VALUE! 开关额定短路开断容量 开断容量计算 S_oc=√3U_nI_oc
冲击电流有效
值
开关热稳定电流 设备参数 I_th=I_oc
2 热稳定时间 GB/T 11022-2021
#VALUE! 热稳定校验值 热稳定计算 I_th²t
#VALUE!
短路电流热效应 热效应计算 I_k²t
不满足 热稳定是否满足要求 GB/T 11022-2021
不满足 开断能力是否满足要求 设备选型
150
雷电冲击耐受电压（峰值） GB/T 11022-2021 表4
95
操作冲击耐受电压（峰值） GB/T 11022-2021 表4
55
工频耐受电压（有效值） GB/T 11022-2021 表4
#VALUE!
海拔修正系数 GB/T -1997
#VALUE!
修正后雷电冲击耐受电压 海拔修正
#VALUE!
修正后操作冲击耐受电压 海拔修正
105
避雷器额定残压 避雷器参数
#VALUE! 绝缘配合校验 GB/T 50064-2014
满足 绝缘水平是否满足要求 绝缘配合
操作过电压倍数 DL/T 620-1997
#VALUE! 计算操作过电压 过电压计算 U_op=K_opU_max/√2
四、开断能力计算
五、绝缘水平计算
#VALUE!
操作冲击耐受校验 绝缘配合
满足 操作冲击是否满足要求 绝缘配合
