發(fā)電廠電氣主接線設計

1、發(fā)電廠電氣主接線設計設計者 王健班級 10電 42指導教師 賈傳勝 朱呈祥 鄒寬勝 馬兆興 李洪美(11233866052013年 11月目錄第一章 電氣主接線設計1.1 對原始資料的分析···························4 1.2 主接線方案的擬定·····

2、·····················4 1.3 發(fā)電機及變壓器選擇························5 1.4 年運行費用的計算&

3、#183;··························5 1.5 電氣主接線圖·····················&

4、#183;·········6 第二章 短路電流計算2.1 概述·····································&

5、#183;·6 2.2 系統(tǒng)電氣設備電抗標幺值計算·················7 2.3 短路電流計算··························

6、·····7 第三章 電氣設備的選擇3.1 斷路器的選擇·······························9 3.2 電抗器選擇········&#

7、183;·······················12 3.3 隔離開關(guān)的選擇························

8、····13 3.4 電流互感器的選擇··························14 3.5 電壓互感器選擇···············&

9、#183;············16 3.6導體的選擇·······························17 第四章 廠用電4.1廠用電接線原則·

10、···························18 4.2廠用電接線·····················&

11、#183;··········19 附錄一 ······································

12、·20附錄二 ·······································21第一章 電氣主接線設計1.1對原始資料的分析設計電廠為中型凝汽式電廠, 其容量為 2×100+

13、2×300=800MW,占電力系統(tǒng)總?cè)萘?800/(3500+800×100%=18.6%,超過了電 力系統(tǒng)的檢修備用 8%15%和事故備用容量 10%的限額,說明該 廠在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位至關(guān)重要, 但是其年利用小時 數(shù)為 5000h ,小于電力系統(tǒng)電機組的平均最大負荷利用小時數(shù) (2006年我國電力系統(tǒng)發(fā)電機組年最大負荷利用小時數(shù)為 5221h 。該廠為凝汽式電廠,在電力系統(tǒng)中將主要承擔腰荷,從 而不必著重考慮其可靠性。從負荷特點及電壓等級可知, 10.5kV 電壓上的地方負荷容量 不大,共有 6回電纜饋線,與 100MW 發(fā)電機的機端電壓相等,采 用直饋線為宜

14、。 300MW 發(fā)電機的機端電壓為 20kV , 擬采用單元接 線形式, 不設發(fā)電機出口斷路器, 有利于節(jié)省投資及簡化配電裝 置布置; 110kV 電壓級出線回路數(shù)為 5回,為保證檢修出線斷路 器不致對該回路停電,擬采取雙母線帶旁路母線接線形式為宜; 220kV 與 系 統(tǒng) 有 4回 路 線 , 送 出 本 廠 最 大 可 能 的 電 力 為 800-200-25-800×8%=511MW,擬采用雙母線分段接線形式。 1.2主接線方案的擬定在對原始資料分析的基礎(chǔ)上, 結(jié)合對電氣接線的可靠性、 靈活 性及經(jīng)濟性等基本要求,綜合考慮。在滿足技術(shù),積極政策的前 提下,力爭使其技術(shù)先進,供電

15、安全可靠、經(jīng)濟合理的主接線方 案。發(fā)電、供電可靠性是發(fā)電廠生產(chǎn)的首要問題,主接線的設計,首 先應保證其滿發(fā),滿供,不積壓發(fā)電能力。同時盡可能減少傳輸 能量過程中的損失, 以保證供電的連續(xù)性, 因而根據(jù)對原始資料 的分析,現(xiàn)將主接線方案擬訂如下:(1 10.5kV 電壓級:鑒于出線回路多,且發(fā)電機單機容量為 100MW ,遠大于有關(guān)設計規(guī)程對選用單母線分段接線每段上不宜 超過 12MW 的規(guī)定,應確定為雙母線接線形式, 2臺 100MW 機組 分別接在母線上, 剩余功率通過主變壓器送往高一級電壓 110kV 。 由于兩臺 100MW 機組均接于 10.5kV 母線上,有較大短路電流, 為選擇輕型

16、電器,應在各條電纜饋線上裝設出線電抗器。(2 110kV 電壓級:出線回數(shù)大于 4回,為保證檢修出線斷路 器不致對該回路停電, 采取雙母線帶旁路母線接線形式, 以保證 其供電的可靠性和靈活性。(3 220kV 電壓級:出線 4回,考慮現(xiàn)在斷路器免維護減小投 資,采用雙母線分段接線。通過兩臺三繞組變壓器聯(lián)系 10.5kV 及 110kV 電壓,以提高可靠性。 2臺 300MW 機組與變壓器組成單 元接線,直接將功率送往 220kV 電力系統(tǒng)。1.3發(fā)電機及變壓器選擇(1發(fā)電機的選擇:通過查著資料,兩臺 100MW 發(fā)電機選用 QFQ-100-2型,兩臺 300MW 發(fā)電機選用 QFSN-300-

17、2型。具體參 數(shù)如下表: , 三繞組變壓器選擇 SFPS7-180000/220/110/10。 具體參數(shù)如下表: 1.4 年運行費用的計算(1雙繞組變壓器 P 0=180KW Q 0=2520Kvar P K =828KW Q K =47160KvarS=527MVA SN =360MVAt max =4500h/a T=5000h/aK=0.02 n=2 =0.32元 /(kW ·h A 1=n( P 0+K Q 0 T+ t max /n( P K +K Q K (S/ SN ² =10844166(kW ·h (2三繞組變壓器 P 0=178KW Q 0=

18、1260Kvar P 1k =650KW P 2k =650KW P 3k =650KW Q 1k =27000Kvar Q 2k =-1800Kvar Q 3k =14400Kvar max 1t =5000h/a max 2t =4500h/a max 3t =5000h/a T=5000h/a n=2 K=0.02 A 2=n( P 0+K Q 0 T+1/n( P 1k +K Q 1k t 1max +( P 2k +K Q 2k t 2max +( P 3k +K Q 3k t 3max =8733500(kW ·h C=( A 1+ A 2 =626.5萬1.5電氣主接線

19、圖見附錄一第二章 短路電流計算2.1 概述電力系統(tǒng)中, 常見的短路故障有三相對稱短路、 兩相短路和 單相接地短路。其中三相短路電流的計算是為了選擇和校驗 QF 、 QS 、母線等電氣設備,兩相短路電流用于整定繼電保護裝置。短路發(fā)生后, 短路電流的值是變化的, 變化的情況決定于系 統(tǒng)電源容量的大小、 短路點離電源的遠近以及系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機是否 帶有電壓自動調(diào)整裝置等因素。 按短路電流的變化情況, 通常把 電力系統(tǒng)分為無限容量系統(tǒng)和有限容量系統(tǒng)。無限容量系統(tǒng)短路電流的計算,采用短路回路總阻抗法計 算; 有限容量系統(tǒng)短路電流的計算采用運算曲線法, 這中間要用 到網(wǎng)絡的等效變換。本次設計中,短路電流的計算

20、就涉及到這兩個方面的內(nèi)容。2.2 系統(tǒng)電氣設備電抗標幺值計算系統(tǒng)基準值 B S =100MVA ,基準電壓 B U = . av n U (1發(fā)電機電抗標幺值的計算100MVA 發(fā)電機電抗標幺值X *G1=0.124×100×0.85/100=0.105 300MVA發(fā)電機電抗標幺值X *G2=0.143×100×0.85/300=0.422 (2變壓器電抗標幺值的計算 雙繞組變壓器電抗標幺值 X *T1=0.131×100/360=0.036 (3三繞組變壓器電抗標幺值U K1%=1/2×UK(1-2%+U K(3-1%-UK(2-

21、3%=15 U K2%=1/2×UK(1-2% +U K(2-3%-UK(3-1%=-1.0 U K3%=1/2×UK(3-1%+U K(2-3%-UK(1-2%=8.0 X *T2.1=0.15×100/180=0.083 X *T2.2=(-0.01×100/180=-0.006 X *T2.3=0.08×100/180=0.044(4系統(tǒng)歸算到 220kV 側(cè)的電抗標幺值:0.021X s =* 2.3短路電流計算 2.3.1系統(tǒng)的簡化圖 2.3.2 220KV母線短路 等值電路圖如下:220kv 簡化后:0.0140.116220kv

22、短路電流標幺值:I *1=1/O.014+1/0.116=80.48 短路電流:I 1=I *1×100/( 3×220=21.1KA 短路沖擊電流:I sh1=1.9 2I 1=56.7KA 2.3.3 110KV母線短路 等值電路圖如下: 簡化后:0.036/20.041/20.105/20.083/20.044/2110kv 短路電流標幺值:I *2=1/0.029=36.2短路電流:I 2=I *2×100/( 3×110=11.1KA 短路沖擊電流:I sh2=1.9 2I 2=29.8KA 2.3.4 10.5KV母線短路 等值電路圖如下:1

23、0.5kv 簡化后:0.0770.053 10.5kv 短路電流標幺值:I *3=1/0.053+1/0.077=33.4 短路電流:I 3=I *3×100/( 3×10.5=183.6KA 短路沖擊電流:I sh3=1.9 2I 3=494.1KA第三章 電氣設備的選擇3.1斷路器的選擇斷路器的選擇, 除滿足各項技術(shù)條件和環(huán)境條件外, 還應考慮 到要便于安裝調(diào)試和運行維護,并經(jīng)技術(shù)方面都比較后才能確 定。根據(jù)目前我國斷路器的生產(chǎn)情況,電壓等級在 10kV220kV的電網(wǎng)一般選用少油斷路器,而當少油斷路器不能滿足要求時, 可以選用 SF 6斷路器。斷路器選擇的具體技術(shù)條件

24、如下:1額定電壓校驗: max N U U 2額定電流選擇: max N I I 3開斷電流: Nbr w I I (短路電流有效值4動穩(wěn)定: es sh i i (短路沖擊電流 5熱穩(wěn)定: k r Q Q 隔離開關(guān)的選擇校驗條件與斷路器相同,并可以適當降低要求。 3.1.1 220KV側(cè)斷路器選擇 (1雙繞組變壓器出口最大電流: I 1max =1.05×360000/( 3×220=992A (2三繞組變壓器 220KV 側(cè)最大電流: I 2max =1.05×180000/( 3×220=496A 母線上流過的最大電流 max I =2I1max

25、= 1984A短路電流:'' I =21.1KA短路沖擊電流:I sh1=56.7KA為了檢測與校驗方便,可均選擇 SFM-220型號的斷路器。 額定電壓:U N U NS =220kV 額定電流:I N =2000A I max =1984A額定斷開電流 : INbr =40kA ' ' I =21.1kA 額定閉合電流:I Ncl =100kA I sh1=56.7kA動穩(wěn)定校驗:I es =INcl =100kA I sh1=56.7kA 熱穩(wěn)定校驗:I t ²×t=4800(kA²·S t k = tpr2+ta

26、+tin =2.35s經(jīng)查資料得到:I tk =18.4KA , Itk/2=17.45kA 則 Q k =12kt (' ' I ²+10×I tk ²+Itk/2² =749.8(kA²·S 因此 I t ²×t> Q k 所以所選斷路器的熱穩(wěn)定滿足需求。 此斷路器滿足系統(tǒng)需求。3.1.3 110KV側(cè)斷路器選擇 (1母線的最大電流:I max =300000/(0.8×110× 3= 1968 A (2三繞組變壓器 110KV 側(cè)最大電流: I max =1.05&#

27、215;180000/( 3×110=992A短路電流:I 2=11.1 KA短路沖擊電流:I sh2=29.8 KA為了檢測與校驗方便,可均選擇 LW6-110型號的斷路器。 3.1.4 110kV斷路器校驗額定電壓:U N U MS =110kV 額定電流:I N =2000A I max =1968A 額定斷開電流 : INbr =31.5kA I 2=11.1kA 額定閉合電流:I Ncl =80kA I sh2=29.8kA 動穩(wěn)定校驗:I es =INcl =80kA I sh2=29.8kA 熱穩(wěn)定校驗:I t ²×t=2976.8(kA²

28、·S t k = tpr2+ta +tin =2.065s經(jīng)查資料得到:I tk =19.28 kA Itk/2=18.0kA 則 Q k =630.3(kA²·S 因此, I t ²×t> Qk 所以所選斷路器的熱穩(wěn)定滿足需求。 此斷路器滿足系統(tǒng)需求。 3.1.5 10.5KV側(cè)斷路器選擇(1發(fā)電機出口側(cè)最大電流I max =1.05×100000/( 3×10.5×0.85=6792A(2負載出線的最大電流:I max =42000/( 3×10.5×0.8=2886A(3三繞組變壓器

29、 10.5KV 側(cè)最大電流:I max =1.05×90000/( 3×10.5=5196A短路電流:I 3=183.6 KA短路沖擊電流:I sh3=494.1 KA為了檢測與校驗方便,可均選擇 SN10-10型號的斷路器。 額定電壓:U N U NS =10.5kV 額定電流:I N =8000A I max =6792A 額定斷開電流 : INbr =100kA I 3=183.6kA額定閉合電流:I Ncl =230kA I sh3=494.1kA動穩(wěn)定校驗:I es =INcl =230kA I sh3=494.1kA熱穩(wěn)定校驗:I t ²×t

30、=40000(kA²·St k = tpr2+ta +tin =2.25s經(jīng)查資料得到:I tk =192.45 kA Itk/2=182.8kA則 Q k =69046(kA²·S 因此, I t ²×t Q k所以所選斷路器不滿足需此斷路器滿足系統(tǒng)需求。因此,應在此處接限流電抗器來限制短路電流3.2電抗器選擇發(fā)電機 QFQ-100-2的額定電流為 6470A , 10.5KV 出線采取出線 電抗器,線路最大工作電流值 maxI 一般取發(fā)電機額定電流的 5%8%,照此標準選電抗器 XKK-10-600-4型,額定電流 N I =60

31、0A , N U =10kV , 電抗百分比數(shù) (%L X =4, 基準:d S =100MV·A ,d U =10.5KV ,d I =5.5KA,由此得電抗標么值為:X *L=100%L x dN N d U I U I =0.04×10500600100005500=0.349L X *=L X *+'*L X =0.349+0.031=0.3803*I =1.05/0.380=2.76' ' 3I =3*I ×100/( 3×10.5=15.19 KAI sh3=1.9 2 '' 3I =40.9KA 電抗

32、器校驗:短路時殘壓為 U re%=100%L x NI I ×100%=74% 60%70%額定電壓:U N U NS =10.5kV 額定電流:I N =8000A I max =6792A額定斷開電流 : INbr =100kA I 3=15.19kA 額定閉合電流:I Ncl =230kA I sh3=40.9kA 動穩(wěn)定校驗:I es =INcl =230kA I sh3=40.9kA 熱穩(wěn)定校驗:I t ²×t=40000(kA²·S t k = tpr2+ta +tin =2.25s經(jīng)查資料得到:I tk = 15.19kA Itk

33、/2=15.19 KA 則 Q k =507.6(kA²·S 因此, I t ²×t Q k所以 , 接上限流電抗器后,所選斷路器滿足需此斷路器滿足 系統(tǒng)需求3.3 隔離開關(guān)的選擇因隔離開關(guān)一般裝在斷路器的兩側(cè), 故可根據(jù)斷路器的額定 電流進選擇。因此隔離開關(guān)選擇如下表:表 3-4 隔離開關(guān)參數(shù)表 額定電壓:U N U NS =220kV 額定電流:I N =2500A I max =1984A 動穩(wěn)定校驗:I es =100kA I sh1=56.7kA熱穩(wěn)定校驗:I t ²×t=4800(kA²·SQ k =7

34、49.8(kA²·S 因此, I t ²×t> Qk所以所選隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關(guān)滿足系統(tǒng)需求。3.3.2 110kV隔離開關(guān)的校驗額定電壓:U N U NS =110kV 額定電流:I N =2000A I max =1968A 動穩(wěn)定校驗:I es =104kA I sh2=29.8kA熱穩(wěn)定校驗:I t ²×t=8464(kA²·SQ k =630.3(kA²·S 因此, I t ²×t> Qk所以所選隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關(guān)滿足系

35、統(tǒng)需求。3.3.3 10.5kV 隔離開關(guān)的校驗額定電壓:U N U NS =10.5kV 額定電流:I N =9000A I max =6792A 動穩(wěn)定校驗:I es =300kA I sh3=40.9kA熱穩(wěn)定校驗:I t ²×t=50000(kA²·SQ k =507.6 (kA²·S 因此, I t ²×t> Qk所以所選隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關(guān)滿足系統(tǒng)需求。3.4電流互感器的選擇電流互感器的選擇和配置應按下列條件:1.型式:電流互感器的型式應根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情 況選擇。對于 62

36、0kV屋內(nèi)配電裝置,可采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)和樹脂 澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器。對于 35kV 及以上配電裝置,一般 采用油浸式瓷箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨立式電流互感器。 有條件時, 應盡量采用套管式電流互感器。2.一次回路電壓: NS N U U 3.一次回路電流: max I (一次回路最大工作電流 1N I (原邊 額定電流4.準確等級:要先知道電流互感器二次回路所接測量儀表的類 型及對準確等級的要求,并按準確等級要求高的表計來選擇。 5.二次負荷: 2n S S 式中, 2222(VAN N N Z S I = 2222n S I Z =6.動穩(wěn)定: 1N es Sh i K 式中, es K 是電流互

37、感器動穩(wěn)定倍數(shù),等于電流互感器極限值, 過 電 流 峰 值 es i 與 一 次 繞 組 額 定 電 流 m I 峰 值 之 比 , 即 1es NK =根據(jù)以上規(guī)則選擇的電流互感器如下: 一次回路電壓:U N U NS =220kV一次回路電流:I N =2400A I max =1984A 動穩(wěn)定校驗: IeS =102kA I sh =56.7kA熱穩(wěn)定校驗:I t ²=1600 Q k =749.8(kA²·S 所以所選電流互感器的熱穩(wěn)定滿足需求。 此電力互感器滿足系統(tǒng)需求。 3.4.2 110kV電流互感器校驗 一次回路電壓:U N U NS =110k

38、V一次回路電流:I N =2000A I max =1968A 動穩(wěn)定校驗: IeS =115kA I sh =29.8kA熱穩(wěn)定校驗:I t ²=2025 Q k =630.3(kA²·S所以所選電流互感器的熱穩(wěn)定滿足需求。此電力互感器滿足系統(tǒng)需求。3.4.3 10.5kV電流互感器校驗一次回路電壓:U N U NS =10.5kV一次回路電流:I N =8000A I max =6972A動穩(wěn)定校驗: 2I N K ES =1018.2kA I sh =40.9kA熱穩(wěn)定校驗:(I N K ES ²=160000 Q k =507.6(kA²

39、;·S所以所選電流互感器的熱穩(wěn)定滿足需求。此電力互感器滿足系統(tǒng)需求。3.5電壓互感器選擇電壓互感器配置(1母線 除旁路母線外,一般工作及備用母線都裝有一組電 壓互感器,用于同步、測量儀表和保護裝置。(2線路 35KV及以上輸電線路,當對端有電源時,為了監(jiān)視 線路有無電壓進行同步和裝置重合閘, 裝有一臺單相電壓互感器 (3 發(fā)電機 一般裝 23組電壓互感器。 一組供自動調(diào)節(jié)勵磁 裝置。另一組供測量儀表,同步和保護裝置用,該互感器采用三 相五柱式或三只單相專用互感器, 其開口三角形供發(fā)電機在未并 列之前檢查是否接地之用。 當互感器負荷太大時, 可增設一組不 完全星形連接的互感器,專供測量

40、儀表使用。 50000KW 及以上發(fā) 電機中性點常接有單相電壓互感器,用于 100%定子接地保護。 (4變壓器 變壓器低壓側(cè)有時為了滿足同步或繼電保護的要 求,沒有一組電壓互感器。(5容量和準確級的選擇根據(jù)以上方法和設計的實際情況選擇的電壓互感器如下表 導體截面可以按長期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟密度選擇,除配 電裝置的匯流母線外,對于年負荷利用小時數(shù)大,傳輸容量大, 長度在 20m 以上的導體,其截面一般按經(jīng)濟電流密度選擇。一般來說,母線系統(tǒng)包括截面導體和支撐絕緣兩部分,載 流導體構(gòu)成硬母線和軟母線,軟母線是鋼芯鋁絞線,有單根,雙 分和組合導體等形式, 因其機械強度決定支撐懸掛的絕緣子, 所 以不必

41、校驗其機械強度。 110kV 及以上高壓配電裝置一般采用軟 導線。硬導體截面常用的有矩形 . 槽形和管形。單條矩形導體截面 最大不超過 12502mm , 以減小集膚效應, 使用于大電流時, 可將 24條矩形導體并列使用,矩形導體一般只用于 35kV 及以下 . 電 流在 4000A 及以下的配電裝置中; 槽形導體機械強度好, 載流量 大,集膚效應系數(shù)較小,一般用于 40008000A的配電裝置中; 管形導體集膚效應系數(shù)小 . 機械強度高,用于 8000A 以上的大電 流母線或要求電暈電壓高的 110kV 及以上的配電裝置中。 軟導體 常用的有鋼芯鋁絞線 . 組合導線 . 分裂導線和擴徑導線, 后者多用 于 330kV 及以上配電