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文檔簡介
1、工業(yè)大學華立學院本科畢業(yè)設計(論文)4×200MW火力發(fā)電廠電氣部分設計系 部 機械電氣學部 專業(yè) 電氣工程與其自動化 2013年 6月摘 要本設計主要4×200MW火力發(fā)電廠電氣部分設計包括電氣主接線設計;發(fā)電機與變壓器的連接形式選擇;發(fā)電廠廠用電設計;主變壓器、啟動/備用變壓器和高壓廠用變壓器容量計算、臺數(shù)和型號的選擇;220kV高壓配電裝置配置原則;短路電流計算和部分高壓電氣設備的選擇與校驗;發(fā)電機與變壓器保護配置,按照設計規(guī)與規(guī)定完成上述設計工作。關(guān)鍵詞:發(fā)電廠;電氣一次部分;短路計算;電氣設備選擇AbstractThis design takes Electric
2、al design of 4 × 200MW power plant, including the main electrical wiring design; choice of generators and transformers connecting form; auxiliary-part design; choice of main transformer, start / back-up transformers and high voltage transformer factory capacity calculation, number and type; con
3、figuration rules of 220kV high-voltage power distribution device; short-circuit current calculation and high-voltage electrical equipment selection and validation; generator and transformer protection configuration, in accordance with design specifications and requirements to complete the design wor
4、k.Keywords: power plant; electrical first part; short-circuit calculation; selection of electrical equipmentsKeywords:power plant; electrical first part; short-circuit calculation; selection of electrical equipments目錄1 緒論11.1概述11.2畢業(yè)設計主要容11.2.1 電力系統(tǒng)情況11.2.2 待設計火力發(fā)電情況21.2.3 設計容22發(fā)電廠電氣主接線52.1概述52.2電氣主
5、接線的確定與驗證52.2.1 電氣主接線的設計原則52.2.1 電氣主接線的初步方案62.3.1 有關(guān)設計原則82.3.2 本廠發(fā)電機與變壓器之間的連接93發(fā)電廠用電設計123.1廠用電設計的要求123.1.1 廠用負荷分類123.1.2 基本要求123.2.2 本廠廠用電主接線設計說明144 短路計算184.1 短路計算的目的184.2 短路計算的一般規(guī)定184.1.1 短路計算的一般規(guī)定184.1.2 系統(tǒng)簡化194.1.3 本廠等值電路圖中短路點的選取225部分電氣設備的選擇與校驗325.1 電氣設備選擇的一般原則325.1.1 選擇電氣一次設備遵循的條件325.1.2 按正常工作條件選
6、擇325.1.3 按短路條件進行校驗345.2 220kv電氣設備選擇與驗算365.2.1 設備與導體選擇所需數(shù)據(jù)365.2.2 設備選擇375.2 8、9號發(fā)電機出口設備選擇415.3 避雷器的選擇416 繼電保護裝置436 程序設計436.1 發(fā)電機繼電保護裝置436.2 電力變壓器的機電保護裝置44結(jié)論47參考文獻48致4944 / 481 緒論1.1概述由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置(主要包括鍋爐、汽輪機、發(fā)電機與電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等)轉(zhuǎn)化成電能,再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)與配電系統(tǒng)將電能供應到各負荷中心。由于電源點與負荷
7、中心多數(shù)處于不同地區(qū),也無法大量儲存,電能生產(chǎn)必須時刻保持與消費平衡。因此,電能的集中開發(fā)與分散使用,以與電能的連續(xù)供應與負荷的隨機變化,就制約了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行。據(jù)此,電力系統(tǒng)要實現(xiàn)其功能,就需在各個環(huán)節(jié)和不同層次設置相應的信息與控制系統(tǒng),以便對電能的生產(chǎn)和輸送過程進行測量、調(diào)節(jié)、控制、保護、通信和調(diào)度,確保用戶獲得安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的電能。電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配,易于轉(zhuǎn)換為其它的能源,而且便于控制、管理和調(diào)度,易于實現(xiàn)自動化。因此,電能已廣泛應用于國民經(jīng)濟、社會生產(chǎn)和人民生活的各個方面。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠提供,電力工業(yè)已成為我國實現(xiàn)現(xiàn)代化的基
8、礎,得到迅猛發(fā)展。目前工業(yè)用電量已占全部用電量的5070%,是電力系統(tǒng)的最大電能用戶,供配電系統(tǒng)的任務就是企業(yè)所需電能的供應和分配。電力系統(tǒng)的出現(xiàn),使高效、無污染、使用方便、易于調(diào)控的電能得到廣泛應用,推動了社會生產(chǎn)各個領域的變化,開創(chuàng)了電力時代,發(fā)生了第二次技術(shù)革命。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準已成為一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的標志之一。1.2畢業(yè)設計主要容1.2.1電力系統(tǒng)情況待設計火電廠所在電力系統(tǒng)詳細情況,見圖1-1:(1)火力發(fā)電廠 汽輪發(fā)電機:3×QFS-300-2。裝機容量900MW,3臺機組。其中: QFS-300-2:300MW,2極。cos=0.83,d=16.7% 變壓器
9、:3×SFPL-360/220,3臺,360MVA,220kV,Uk%=14.6 (2)水力發(fā)電廠 水輪發(fā)電機:TSS1264/160-48,300MW,cos=0.875,d=28% 變壓器:4×SFPL-360/220,4臺,360MVA,220kV,Uk%=14.61.2.2待設計火力發(fā)電情況該電廠機組總?cè)萘繛?×200MW,生產(chǎn)的電力除廠用電外,全部通過4回220kV輸電線路輸送到電力系統(tǒng)中。該廠為大型煤礦區(qū)的坑口發(fā)電廠,所用燃料由煤礦直接供給。廠區(qū)地勢平坦,地質(zhì)條件較好,屬于五級地震區(qū),有公路、鐵路通往礦區(qū),交通方便。廠址附近有河流通過,并有水庫,水源充
10、足。凍土層厚1m,覆冰厚度7mm,最大風速25m/s,年平均溫度5,最高溫度35,最低溫度-35。多年平均降水量400mm,年最大降水量760mm,最小降水量300mm,多年平均蒸發(fā)量為1510mm,積雪深180mm。主導風向全年為東南風,冬季為西北風,夏季為偏南風。1.2.3設計容(1)發(fā)電廠電氣主接線設計 (2)發(fā)電廠廠用電接線設計(3)220kV配電裝置的設計(4)短路電流計算和電氣設備選擇(5)200MW機組繼電保護與自動裝置的規(guī)劃設計基本步驟:(1)主接線的設計 發(fā)電廠的主接線是保證電網(wǎng)的安全可靠、經(jīng)濟運行的關(guān)鍵,是電氣設備布置、選擇、自動化水平和二次回路設計的原則和基礎。電氣主接線
11、的設計原則是:應根據(jù)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)的地位和作用,首先應滿足電力系統(tǒng)的可靠運行和經(jīng)濟調(diào)度的要求。根據(jù)規(guī)劃容量、本期建設規(guī)模、輸送電壓等級、進出線回路數(shù)、供電負荷的重要性、保證供需平衡、電力系統(tǒng)線路容量、電氣設備性能和周圍環(huán)境與自動化規(guī)劃與要求等條件確定。應滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的要求。(2)主變壓器、發(fā)電機-變壓器連接形式的選擇 發(fā)電廠200MW與以上機組為發(fā)電機變壓器組接線時的主變壓器應滿足DL50002000火力發(fā)電廠設計技術(shù)規(guī)程的規(guī)定:“變壓器容量可按發(fā)電機的最續(xù)容量扣除一臺廠用變壓器的計算負荷和變壓器繞組的平均溫度或冷卻水溫度不超過650C的條件進行選擇”。(3)短路電流的計算短路
12、就是指不同電位的導電部分包括導電部分對地之間的低阻性短接。短路電流計算是發(fā)電廠和變電所電氣設計的主要計算項目,它涉與接線方式與設備選擇。工程要求系統(tǒng)調(diào)度或系統(tǒng)設計部門提供接入本電廠和變電所的各級電壓的綜合阻抗值,由電氣專業(yè)負責計算。進行短路計算的目的是為了減低短路的危害和縮小故障的影響圍。三相短路是危害最嚴重的短路形式,因此,三相短路電流是選擇和校驗電器和導體的基本依據(jù)。(4)電氣設備的選擇選擇并校驗斷路器、隔離開關(guān)、電抗器、電流互感器、電壓互感器、母線、電纜、避雷器等,選用設備的型號。正確的選擇電氣設備的目的是為了事導體和電器無論在正常情況或故障情況下,均能安全、經(jīng)濟、合理的運行。在進行設備
13、選擇時,應根據(jù)工程實際情況、在保證安全、可靠的前提下,積極而穩(wěn)妥的采取新技術(shù),并注意節(jié)約投資,選擇合適的電氣設備。(5)主變壓器繼電保護的設計繼電保護是保證系統(tǒng)安全和設備可靠運行的關(guān)鍵裝置之一。當電力系統(tǒng)和設備發(fā)生故障時,繼電保護應準確、可靠快速的切出故障,保證系統(tǒng)和設備的安全發(fā)供電,并能保證其他設備的正常繼續(xù)運行。為防止變壓器發(fā)生各類故障和不正常運行造成的不應有的損失以與保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)運行,變壓器應設置相應的保護。2發(fā)電廠電氣主接線2.1概述電氣主接線也稱為電氣主系統(tǒng)或電氣一次接線,它是由電氣一次設備按電力生產(chǎn)的順序和功能要求連接而成的接受和分配電能的電路,是發(fā)電廠、變電所電氣部分的主
14、體,也是電力系統(tǒng)網(wǎng)路的重要組成部分。其反映了發(fā)電機、變壓器、線路、斷路器和隔離開關(guān)等有關(guān)電氣設備的數(shù)量、各回路中電氣設備的連接關(guān)系與發(fā)電機、變壓器與輸電線路、負荷間與怎樣的方式連接,直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運行的可靠性、靈活性和安全性,直接影響發(fā)電廠、變電所電氣設備選擇,配電裝置的布置,保護與控制方式和檢修的安全與方便性。2.2電氣主接線的確定與驗證2.2.1電氣主接線的設計原則電氣主接線的設計原則是:根據(jù)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)的地位和作用,首先應滿足電力系統(tǒng)的可靠運行和經(jīng)濟調(diào)度的要求。根據(jù)規(guī)劃容量、本期建設規(guī)模、輸送電壓等級、進出線回路數(shù)、供電負荷的重要性、保證供需平衡、電力系統(tǒng)線路容量、電氣設備性能和
15、周圍環(huán)境與自動化規(guī)劃與要求等條件確定。應滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的要求。(1)可靠性 供電可靠性是電力生產(chǎn)和分配的首要要求,電氣主接線也必須滿足這個要求。衡量主接線運行可靠性的標志是: 斷路器檢修時,是否影響供電。 線路、斷路器、母線檢修時,停運出線回路數(shù)的多少和停電時間的長短,以與能否保證對重要用戶的供電。 發(fā)電廠全部停運的可能性。 對大機組超高壓情況下的電氣主接線,應滿足可靠性準則的要求。(2)靈活性 調(diào)度靈活,操作簡便:應能靈活地投入某些機組、變壓器或線路,調(diào)配電源和負荷,能滿足系統(tǒng)在事故、檢修與特殊運行方式下的調(diào)度要求。 檢修安全:應能方便地停運斷路器、母線與其繼電保護設備,進行安全
16、檢修而不影響電力網(wǎng)的正常運行與對用戶的供電。(3)經(jīng)濟性 投資?。褐鹘泳€應簡單清晰,控制、保護方式不過于復雜,適當限制斷路器電流。 占地面積?。弘姎庵鹘泳€設計要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件。 電能損耗少:經(jīng)濟合理地選擇主變壓器的型式、容量和臺數(shù),避免兩次變壓而增加電能損失。2.2.1電氣主接線的初步方案(1) 主接線基本評價1)方案I:雙母線接線接線圖見圖2-1,雙母線接線的主要優(yōu)點如下:供電可靠,表現(xiàn)為:檢修任一母線時,可以利用母聯(lián)把該母線上的全部回路倒換到另一組母線上,不會中斷供電。這是在進、出線帶負荷情況下倒換操作,俗稱“熱倒”,對各回路的母線隔離開關(guān)是“先合后拉”。檢修任一回路的母線隔離開
17、關(guān)時,只需停該回路與與該隔離開關(guān)相連的母線。任一母線故障時,可將所有連與該母線上的線路和電源倒換到正常母線上,使裝置迅速恢復工作。這是在故障母線的進、出線沒有符合的情況下倒換操作,俗稱“冷倒”,對各回路的母線隔離開關(guān)是“先拉后合”,否則故障會轉(zhuǎn)移到正常母線上。運行方式靈活,可以采用兩組母線并列運行方式、兩組母線分裂運行方式、一組母線工作,另一組母線備用的運行方式等。擴建方便,可向母線的任一端擴建。可以完成一些特殊功能。例如,必要時,可利用母聯(lián)斷路器與系統(tǒng)并列或解列;當某個回路需要獨立工作或進行試驗時,可將該回路接到一組母線上進行;當線路需要利用短路方式融冰時,可騰出一組母線作為融冰母線,不致影
18、響其他回路等。缺點:變更運行方式時,都是用各回路母線側(cè)的隔離開關(guān)進行道閘操作,操作步驟較為復雜,容易出現(xiàn)誤操作。檢修任一回路斷路器時,該回路仍需停電或短時停電。任一母線故障時仍會短時停電,且影響圍較大。由于增加了大量母線隔離開關(guān)和母線長度,雙母線的配電裝置結(jié)構(gòu)較單母線而言復雜,占地面積大,投資大。綜上,雙母線接線廣泛用于對可靠性要求較高,出現(xiàn)回路數(shù)較多的6220KV配電裝置中。 圖2-1 方案一雙母線接線圖2-2 方案一雙母線接線2)方案II:雙母線帶旁路母線接線雙母線帶旁路母線接線接線圖見圖2-2,它是在雙母線接線基礎上,增設了一組旁路母線與專用旁路斷路器回路,需要利用旁路母線不停
19、電檢修斷路器的各回路,均需裝設可接至旁路母線的旁路隔離開關(guān)。各回路除通過斷路器與兩組匯流母線連接外,還通過旁路隔離開關(guān)與旁路母線相連接。雙母線帶旁母的接線進一步提高雙母線接線的可靠性,據(jù)我國國情,規(guī)定當220kv出線在4回與以上、110kV出線在6回與以上時候,宜采用有專用旁路斷路器的旁路母線接線。這種接線所用電氣設備數(shù)量較多,配電裝置也較為復雜,占地面積較大,經(jīng)濟性較差,但是被廣泛用于國火力發(fā)電廠。綜上介紹,雖然雙母線具有相當?shù)目煽啃浴㈧`活性,可是考慮到雙母線帶旁路母線的投資較雙母線接線要大許多,多增加多了一條母線的投資成本,以與六臺斷路器。而雙母線接線也能滿足火電廠的運行的要求,而且經(jīng)濟性
20、上前者亦優(yōu),故方案最終確定為方案I,雙母線接線。2.3.1 有關(guān)設計原則(1)技術(shù)經(jīng)濟合理時,容量為200MW與以上的機組可采用發(fā)電機變壓器線路組的單元接線。(2)容量為125MW與以下的發(fā)電機與雙繞組變壓器為單元連接時,在發(fā)電機與變壓器之間不宜裝設斷路器;發(fā)電機與三繞組變壓器或自耦變壓器為單元連接時,在發(fā)電機與變壓器之間宜裝設斷路器和隔離開關(guān),廠用分支線應接在變壓器與該斷路器之間。容量為200MW300MW的發(fā)電機與雙繞組變壓器為單元連接時,在發(fā)電機與變壓器之間不應裝設斷路器、負荷開關(guān)或隔離開關(guān),但應有可拆連接點。技術(shù)經(jīng)濟合理時,容量為600MW機組的發(fā)電機出口可裝設斷路器或負荷開關(guān),此時,
21、主變壓器或高壓廠用工作變壓器應采用有載調(diào)壓方式。當兩臺發(fā)電機與一臺變壓器作擴大單元連接或兩組發(fā)電機雙繞組變壓器組作聯(lián)合單元連接時,在發(fā)電機與變壓器之間應裝設斷路器和隔離開關(guān)。(3)容量為200MW與以上發(fā)電機的引出線、廠用分支線以與電壓互感器與避雷器等回路的引下線應采用全連式分相封閉母線。(4)發(fā)電機變壓器組的高壓側(cè)斷路器不宜接入旁路母線。2.3.2本廠發(fā)電機與變壓器之間的連接2.3.2.1發(fā)電機的選型汽輪發(fā)電機由汽輪機直接耦合傳動。勵磁機是向汽輪發(fā)電機提供勵磁的設備。(1)冷卻方式采用的冷卻方式,定子繞組和轉(zhuǎn)子有空冷、水冷和氫冷等。在轉(zhuǎn)子氫冷系統(tǒng)中,又有軸向通風等多種方式。(2)勵磁方式發(fā)電
22、機容量在100MW以上的普遍采用同軸交流勵磁機經(jīng)靜止半導體整流勵磁方式。(3)選擇型號:QFQS-200-2型號含義:22極;200額定容量;Q氫冷;F發(fā)電機;Q汽輪機;S水冷(4)QFQS-200-2型汽輪發(fā)電機主要參數(shù) 發(fā)電機主要參數(shù)見表2-1:表2-1 QFQS-200-2型汽輪發(fā)電機主要參數(shù)視在功率(MVA)有功功率(MW)電壓(V)電流(A)功率因數(shù)cos2352001575086250.85本次設計題目為4×200MW的火力發(fā)電廠電氣部分的設計。由于容量分別為4×200MW, UN=10.5KV,所以可以選取的發(fā)電機臺數(shù)有四臺??紤]到汽輪機的最續(xù)進汽量工況出力系
23、制造廠為補償制造偏差和汽輪機等老化所留的余度,也即汽輪機不宜在此工況下長期連續(xù)運行,所以,發(fā)電機的最續(xù)出力在功率因數(shù)和氫壓為額定值時與汽輪機的最續(xù)出力配合即可。2.3.2.2變壓器的選型發(fā)電廠200MW與以上機組為發(fā)電機變壓器組接線時的主變壓器應滿足DL50002000火力發(fā)電廠設計技術(shù)規(guī)程的規(guī)定:“變壓器容量可按發(fā)電機的最續(xù)容量扣除一臺廠用變壓器的計算負荷和變壓器繞組的平均溫度或冷卻水溫度不超過650C的條件進行選擇”。根據(jù)接線方式,本廠選用四臺容量相等雙繞組變壓器,單機容量為200MW,為了以后擴建的可能和電壓等級的變動,高低壓之間采用自耦變壓器為系統(tǒng)之間聯(lián)絡變壓器,發(fā)電機與變壓器為單元接
24、線時,主變壓器的容量可按下列條件中的較大者選擇。對于中、小型發(fā)電廠應按下列原則選擇:(1)為節(jié)約投資與簡化布置,主變壓器應選用三相式。(2)為保證發(fā)電機電壓出線供電可靠,接在發(fā)電機電壓母線上的主變壓器一般不少于兩臺。在計算通過主變壓器的總?cè)萘繒r,至少應考慮5年負荷的發(fā)展需要,并要求:在發(fā)電機電壓母線上的負荷為最小時,能將剩余功率送入電力系統(tǒng);發(fā)電機電壓母線上最大一臺發(fā)電機停運時,能滿足發(fā)電機電壓的最大負荷用電需要;因系統(tǒng)經(jīng)濟運行而需限制本廠出力時,亦應滿足發(fā)電機電壓的最大負荷用電。(3)在發(fā)電廠有兩種升高電壓的情況下,當機組容量為125MW與以下時,從經(jīng)濟上考慮,一般采用三繞組變壓器,但每個繞
25、組的通過功率應達該變壓器容量的15%以上。三繞組變壓器一般不超過兩臺。(4)在高、中系統(tǒng)均為中性點直接接地系統(tǒng)的情況下,可考慮采用自耦變壓器。當經(jīng)常由低、高壓側(cè)向中壓側(cè)送電或由低壓側(cè)向高、中壓側(cè)送電時,不宜使用自耦變壓器。(5)對潮流方向不固定的變壓器,經(jīng)計算采用普通變壓器不能滿足調(diào)壓要,可采用有載調(diào)壓變壓器。所以選擇的型號為SFP9-240000的三相自耦變壓器。根據(jù)主接線和設計要求,需用四臺型號為SFP9-240000/220的三相自耦主變壓器。其參數(shù)見表2-2:型號變比容量(KVA)短路電壓%繞組形式臺數(shù)相數(shù)SFP9-240000220/15.7524000013%Ynd11四三備注變壓
26、器中性點全部接地。表2-2根據(jù)所選電氣主接線,本廠采用發(fā)電機-三相自耦變壓器單元接線,發(fā)電機和變壓器容量配套。3發(fā)電廠用電設計3.1廠用電設計的要求3.1.1廠用負荷分類按其負荷的重要性一般分為以下四類:事故保安負荷在事故停機過程中與停機后的一段時間,仍應保證供電,否則可能引起主要設備損壞、重要的自動裝置控制失靈或危與人身安全的負荷,稱為事故保安負荷。根據(jù)對電源要求不同,又可分下列三種: 直流保安負荷。 由蓄電池組供電,如發(fā)電機組的直流潤滑油泵等。 直流不停電保安負荷。 一般由接于蓄電池組的逆變裝置供電,如實時控制用電子計算機。 允許短時停電的交流保安負荷。 平時由交流廠用電供電,失去廠用工作
27、電源時,交流保安電源應自動投入,如200MW與以上機組的盤車電動機。類負荷短時(手動切換恢復供電所需時間)的停電可能影響人身或設備安全,使生產(chǎn)停頓或發(fā)電量大量下降的負荷。如給水泵、凝結(jié)水泵等。對類負荷,必須保證自起動,并應由有2個獨立電源的母線供電,當一個電源失去后,另一個電源應立即自動投入。類負荷允許短時停電,但停電時間過長,有可能損壞設備或影響正常生產(chǎn)的負荷。如工業(yè)水泵、輸水泵等。對類負荷,應由有2個獨立電源的母線供電,一般采用手動切換。類負荷長時間停電不會直接影響生產(chǎn)的負荷。如中央修配廠、實驗室等的用電設備。對類負荷,一般由1個電源供電。3.1.2基本要求(1) 對廠用電設計的要求廠用電
28、設計應按照運行、檢修和施工的需要,考慮全廠發(fā)展規(guī)劃,積極慎重的采用經(jīng)過實驗鑒定的新技術(shù)和新設備,使設計達到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。(2)廠用電電壓對于火電廠當容量在100MW到300MW時,高壓廠用電一般采用6KV,低壓廠用電采用380/220V的三相四線制系統(tǒng)。(3)廠用母線接線方式高壓廠用電系統(tǒng)應采用單母線。鍋爐容量為130 220T/H時,一般每爐由一段母線供電;容量為400T/H與以上時,每爐由兩段母線供電,并將兩套輔機電動機分接在兩段母線上,兩段母線可由同一臺廠用變壓器供電;容量為65T/H時,兩臺鍋爐可合用一段母線。低壓廠用電系統(tǒng)應采用單母線接線。當鍋爐容量在220T/H與以下,且接有
29、機爐的類負荷時,一般按機爐對應分段,并用刀開關(guān)將母線分為兩個半段;鍋爐容量在400T/H與以上時,每臺機爐一般由兩段母線供電。當公用負荷較多、容量較大、采用集中供電方式合理時,可設立公用母線,但應保證重要公用負荷的供電可靠性。(4)廠用工作電源高壓廠用工作電源一般采用下列引接方式: 當有發(fā)電機電壓母線時,由各段母線引接,供給接在該段母線上的機組的廠用負荷。 當發(fā)電機與主變壓器采用單元接線時,由主變壓器低壓側(cè)引接,供給本機組的廠用負荷。發(fā)電機容量為125MW與以下時,一般在廠用分支線上裝設斷路器。若斷路器開斷容量不夠時,也可采用能滿足動穩(wěn)定要求的負荷開關(guān)、隔離開關(guān)或連接片等方式。大容量200MW
30、發(fā)電機組,廠用分支采用分相封閉母線,在該分支上不應裝設斷路器,但應有可拆連接點。通過分裂繞組廠用高壓變壓器供6KV廠用的A段和B段。(5)廠用備用或起動電源高壓廠用備用或起動電源一般采用下列引接方式: 當無發(fā)電機電壓母線時,一般由高壓母線中電源可靠的最低一級電壓引接,或由聯(lián)絡變壓器的低壓繞組引接,并應保證在發(fā)電廠全停的情況下,能從電力系統(tǒng)取得足夠的電源。 當有發(fā)電機電壓母線時,一般由該母線引接1個備用電源。當技術(shù)經(jīng)濟合理時,可由外部電網(wǎng)引接專用線路作為高壓廠用備用或起動電源。(6)交流事故保安電源200MW與以上發(fā)電機組應設置交流事故保安電源,當廠用工作和備用電源消失時,應自動投入,保證交流保
31、安負荷的起動,并對其持續(xù)供電。(7)于200MW機組,各機組的廠用電系統(tǒng)應是獨立的,一臺故障的停運或輔機的電氣故障,不應影響到另一臺機組的正常運行,并能在短路時間恢復本機組的運行。3.2.2本廠廠用電主接線設計說明本廠為200MW發(fā)電機組,發(fā)電機與主變壓器采用單元接線,廠用電由主變壓器低壓側(cè)引接,供給本機組的廠用負荷。本廠為四臺發(fā)電機組,選擇四臺廠用電主變壓器,并且配備兩臺高壓啟動/備用變,8#備用變供8#、9#發(fā)電機備用,9#備用變供10#、11#發(fā)電機備用。由220KV系統(tǒng)接入廠用,高壓廠用電壓采用6KV,低壓廠用采用380/220V的三相四線制系統(tǒng)。廠用分支采用分相封閉母線,在該分支上不
32、應裝設斷路器,但應有可拆連接點。通過分裂繞組廠用高壓變壓器供6KV廠用的A段和B段,200MW發(fā)電機組應裝設交流事故保安電源。G8,G9廠用電主接線圖(見圖3-1),6KV廠用負荷分配與高壓廠用工作變壓器容量選擇統(tǒng)計表(見表3-1)。圖3-1表3-1序號設備名稱額定容量(kW)8#高壓廠用變壓器6kV8A段6kV8B段重復容量(kW)臺數(shù)容量(kW)臺數(shù)容量(kW)1給水泵520015200152002凝結(jié)水泵400140014004003循環(huán)水泵160011600116001600以上合計P17200720020004送風機140011400114005排粉機450290029006碎煤機3
33、55135513557灰渣泵570157015708沖灰泵220122012209磨煤機800216002160010引風機1400/7001140011400以上合計P2(kW)64456445S2=0.85P2 (kVA)5478.255478.2511備勵馬達10001100012化學水變800180013除塵變10001100011000100014低壓廠變10001100011000100015輸煤變6301630163063016生活變12501125017鋼球變5001500150050018備用變125011250以上合計P3(kVA)538051801.1(S1+S2)+S3
34、 (kVA)19326191265330高壓繞組負荷S-Shr33122選擇分裂繞組變壓器(kVA)40000/25000-25000序號設備名稱額定容量(kW)9#高壓廠用變壓器6kV9A段6kV9B段重復容量(kw)臺數(shù)容量(kW)臺數(shù)容量(kW)1給水泵520015200152002凝結(jié)水泵400140014004003循環(huán)水泵160011600116001600以上合計P17200720020004送風機140011400114005排粉機450290029006碎煤機3557灰渣泵570157015708沖灰泵22012209磨煤機800216002160010引風機1400/700
35、11400以上合計P2(kW)46905870S2=0.85P2 (kVA)3986.54989.511備勵馬達100012化學水變800180013除塵變10001100014低壓廠變10001100011000100015輸煤變6301630163063016生活變125017鋼球變50018備用變1250以上合計P3(kVA)1630343016301.1(S1+S2)+S3 (kVA)1393516838.53830高壓繞組負荷S-Shr26943.5選擇分裂繞組變壓器(kVA)40000/25000-250004 短路計算4.1 短路計算的目的在發(fā)電廠和變電所的電氣設計中,短路電流計
36、算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算目的主要有以下幾個方面:(1)在選擇電氣主接線時,為了比較各種方式接線方案,或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等,均需進行必要的短路電流計算。(2)在選擇電氣設備時,為了保證設備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作,同時又力求節(jié)約資金,這就需要進行全面的短路電流計算。例如:計算某一時刻的短路電流有效值,用以校驗開關(guān)設備的開斷能力和確定電抗器的電抗值;計算短路后較長時間短路電流有效值,用以校驗設備的熱穩(wěn)定;計算短路電流沖擊值,用以校驗設備動穩(wěn)定。(3)在設計屋外高壓配電裝置時,需按短路條件校驗軟導線的相間和相對地的安全距離。(4)在選擇繼電保護方式和
37、進行整定計算時,需以各種短路電流為依據(jù)。(5)接地裝置的設計,也需用短路電流。4.2 短路計算的一般規(guī)定4.1.1短路計算的一般規(guī)定(1)驗算導體和電器動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以與電器開斷電流所用的短路電流,應按本工程設計容量計算,并考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃(一般為本期工程建成后510年)。確定短路電流時,硬干可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式,而不應按盡在切換過程中可能并列運行的接線方式。(2)在電氣連接的網(wǎng)絡中,選擇導體和電器用的短路電流,應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。(3)選擇導體和電器時,對不帶電抗器回路的計算短路點,應選擇在正常接線方式時候短路電流為最大的
38、地點。對帶電抗器的610kV出線與廠用分支回路,除其母線與母線隔離開關(guān)之間隔離板前的引線和套管的計算短路硬選擇在電抗器前外,其余導體和電器的計算短路點一般選擇在電抗器后。(4)導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以與電器的開斷電流,一般按三相短路驗算。若發(fā)電機出口的兩相短路,或中性點直接接地系統(tǒng)與自耦變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路嚴重時,應按嚴重情況計算。4.1.2系統(tǒng)簡化待設計火電廠所在系統(tǒng)的系統(tǒng)圖如下圖4-1所示:根據(jù)所給系統(tǒng)各元件參數(shù),計算各元件等值阻抗后得到系統(tǒng)等值阻抗圖,如圖4-2所示。系統(tǒng)參數(shù)計算(?。海?)已建成火電廠參數(shù):PG=300MW,cos=0.83,Xd=16.7
39、%,XG= d0.83100/300=0.462其主變 SFPL-360/220,360MVA,220kV,Uk%=14.6,XT= Uk%Sb/100SN=0.0406X1=(XG+XT)/3=0.0289(2)已建成水電廠參數(shù):TTSS1264/160-48,300MW,cos=0.875,d=28%,XG=0.0817 其主變SFPL-360/220,360MVA,220kV,Uk%=14.6,XT= Uk%Sb/100SN=0.0406X2=(XG+XT)=0.1223(3)線路參數(shù)歸算:L2:X2=0.4×300×100/2302=0.227 L4:X4=0.4&
40、#215;150×100/2302=0.113 L5:X5=0.4×200×100/2302=0.151圖4-2 系統(tǒng)等值電路系統(tǒng)變星型連接,系統(tǒng)化簡后如圖4-3所示,則圖4-3 變Y化簡X6=X2X4/(X2+X4+X5)=0.0522X7=X2X5/(X2+X4+X5)=0.0699X8=X5X4/(X2+X4+X5)=0.0348X9=(X1+X6)/(X3+X7)+X8=0.0918最終化簡如圖4-4所示。圖4-4 電力系統(tǒng)簡化圖電力系統(tǒng)網(wǎng)絡化簡完畢之后,結(jié)合給出的本廠各元件型號,參數(shù)計算列表見表5-1。表4-1各設備元件參數(shù)符號名稱型號參數(shù)Sb=100M
41、VA參數(shù)G8,G9,G10,G11汽輪發(fā)電機QFQS-200-2SN=235MVAUN=15.75kVIN=8625Acos=0.85Xd=16.5%X2=17.42%R=2.288×10-3XN=1.05Ta=80Xd=16.5%*=0.0701X1=0.07413R=9.2373×10-4T9,T11主變壓器SFPL-240000/220SN=240MVAUN=231/15.75kVIN=599.8/8797.72AUK%=13%Rh=0.2117RL=1.6×10-3R=2.584×10-3XN=1.0336Ta=56Xk=0.0542X2=0.0
42、542R=9.679×10-4T2,T3,T4,T5高壓廠用變壓器SFPL-40000/25000-25000UN=15.75/6.3-6.3KvSN=40MVA半穿越電抗Xd1-2=Xd1-2=17%Xd1-2=Xd1-2=0.425T6,T7啟動/備用變壓器SFPL-40000/25000-25000UN=231/6.3-6.3KvSN=40MVA半穿越電抗Xd1-2=Xd1-2=18.5%Xd1-2=Xd1-2=0.46254.1.3本廠等值電路圖中短路點的選取根據(jù)本廠主接線的特點,廠用變壓器和備用變壓器等值電抗的不同,以與選擇設備的要求,選擇六個短路點作為短路計算的短路點,這
43、六個短路點位置見圖5-5:(1)k1在220KV母線上(2)k2在8#發(fā)電機的出口(3)k3在8#高壓廠用變壓器的低壓側(cè)(4)k4在2#高壓啟動/備用變壓器的低壓側(cè)圖4-5發(fā)電廠等值電路圖4.1.3.1 220kV母線(k1點)短路計算:等值電路化簡如圖4-6所示:(1)系統(tǒng)供給短路電流 支路基準電流Ib=100/230=0.251kA;計算電抗Xcalc=0.0918IZ1=I1Z0.01=I1Z0.1=I1Z0.2=I1Z2=I1Z4=0.251/0.0918=2.7342kA (4-1)沖擊電流(Ta=15,t=0.01s)ich1=(Iz0.01+Iz)=7.003kA (4-2)(2
44、)G8,G9供給短路電流支路基準容量Sb=2PN/cos=2*200/0.85=470.59MVA基準電流Ib=470.59/230=1.181kAXcalc=X10Sb/100=0.0625*470.59/100=0.294支路時間常數(shù) Ta=X/R=(0.07413+0.0542)/(9.2373+9.679)/10-4=67.8 (4-3)注:發(fā)電機電抗取負序電抗。以Xcalc=0.294查表的各時刻短路電流周期分量:IZ3=3.608Ib=4.26kAI3Z0.01=3.5867Ib=4.24KaI3Z0.1=3.1389Ib=3.71kAI3Z0.2=2.8312Ib=3.34kAI
45、3Z2=2.3765Ib=2.807kAI3Z4=2.3563Ib=2.783kA沖擊電流(Ta=67.8,t=0.01s)ich=(Iz0.01+Iz)=11.748kAG10/G11與G8/G9對稱,參數(shù)一樣,則:k1點合成短路電流:Iz=11.2142kA;ich=30.499kA4.1.3.2發(fā)電機端短路(k2)系統(tǒng)等值變換如圖4-7所示:Y法等效:Y=1/X13+1/X14+1/X15+1/X1+1/X2=53.48C=X2Y=2.899各支路電抗:X1k=CX1=0.266;X13k=CX13=0.36=X14k=X15kX3k=CX3=0.203計算周期電流與沖擊電流(1)系統(tǒng)所
46、提供短路電流Ub=15.75kV,計算電抗Xcalc=X1k=0.266 Ib= Ib=3.666kAY法等效:Y=1/X13+1/X14+1/X15+1/X1+1/X2=53.48C=X2Y=2.899各支路電抗:X1k=CX1=0.266;X13k=CX13=0.36=X14k=X15kX3k=CX3=0.203計算周期電流與沖擊電流(1)系統(tǒng)所提供短路電流Ub=15.75kV,計算電抗Xcalc=X1k=0.266 Ib= Ib=3.666kA各時刻短路周期分量:IZ1=I1Z0.01=I1Z0.1=I1Z0.2=I1Z2=I1Z4=3.666/0.266=13.78kA沖擊電流(Ta=
47、15,t=0.01)ich=(Iz0.01+Iz)=35.29kA(2)G8所提供短路電流(Ub=15.75kV)計算電抗 Xcalc=0.203*235/100=0.477基準電流 Ib=8.614kA以Xcalc=0.447查表,對應各時刻電流值:IZ=2.21785Ib=19.105kAIZ0.01=2.7937Ib=18.89kAIZ0.1=2.0123Ib=17.334kAIZ0.2=1.88965Ib=16.277kAIZ2=1.927Ib=16.599kAIZ4=2.062Ib=17.76kA沖擊電流(Ta=80.25,t=0.01)ich=(Iz0.01+Iz)=52.696k
48、A(3)G9所提供短路電流(Ub=15.75kV)Xcalc=0.36*235/100=0.846 Ib=8.614kA以Xcalc=0.846查表,各時刻電流值:IZ=1.299227Ib=11.192kAIZ0.01=1.289272Ib=11.106kAIZ0.1=1.221Ib=10.521kAIZ0.2=1.423Ib=12.254kAIZ4=1.472Ib=12.679kA時間常數(shù)Ta=X/R=63.8沖擊電流(Ta=63.8,t=0.01)ich=(Iz0.01+Iz)=30.77kA(4)G10與G11并聯(lián)運行時,所提供短路電流Ub=15.75,Xcalc=0.5X14kSN/
49、100=0.423,Ib=17.23衰減時間常數(shù)對于k2點,G10(或G11)向短路點提供短路電流,串聯(lián)支路的元件為G10(或G11),10(或11)號主變以與8號主變,總參數(shù)為X=0.7413+2×0.0542R=(9.2373+2×9.679)×10-4Ta=X/R=63.8以Xcalc=0.432查表,各時刻短路電流:IZ=0.513Ib=43.299kA, 沖擊電流 ich=118.75kAk2點短路電流總值 IZ=87.376 ich=237.506kA4.1.3.3高壓廠用變壓器6kV8A段(k3)短路等值變換如圖4-8所示:圖4-8 k3點短路等值電
50、路圖ab Y1=1/X5+1/X6+1/X71/X1+1/X3=53.48C1=X3Y1=2.899X12=C1X1=0.0918×2.899=0.266X13=C1G9/G10/G11=0.1201bc Y2=1/X12+1/X4+1/X13+1/X2=28.70C2=X2Y2=0.425×28.70=12.1975則各支路計算電抗:X1k=X12C2=2.76,X2k=0.855,X3k=1.465(1)系統(tǒng)所提供短路電流(Ta=15,t=0.01)計算電抗Xcalc=X1k=2.76,Ub=6.3kVIb=9.164kVIZ1=I1Z0.01=I1Z0.1=I1Z0.
51、2=I1Z2=I1Z4=3.32kAich=(Iz0.01+Iz)=8.504kA(2)G8所提供短路電流(Ta=40,t=0.01)計算電抗 Xcalc=X2kSN/100=0.855×235/100=2.009,Ib=24.54kA以Xcalc=2.009查表,Iz=0.51Ib=10.98kAich=(Iz0.01+Iz)=29.82kA(3)G9,G10,G11所提供短路電流(Ta=40,t=0.01)計算電抗 Xcalc=X3k×3SN/100=10.328>3Ib=64.61kA由于Xcalc>3,故各時刻周期分量相等:IZ1=I1Z0.01=I1Z
52、0.1=I1Z0.2=I1Z2=I1Z4=64.61/10.328=6.256kAich=(Iz0.01+Iz)=17.03kA(4)電動機反饋電流計算:6.3kV8A段連續(xù)運行時電動機總?cè)萘繛?200+6445+1000=14645kW,UNM=6kV,Mcos=0.85,電動機啟動電流平均倍數(shù)Kqm=6電動機反饋電流周期分量起始有效值:IM=Kqm=6×14645/6.3/0.85×10-3=7.895kA反饋電流沖擊值(沖擊系數(shù))Kchk=1.7ich=(1.1KchkIK)=(1.1×1.7×7.895)=20.878kAk3點短路總電流值 Iz
53、=28.451,ich=76.232kA4.1.3.4啟動/備用變壓器6kV段(k4)短路圖4-9 k4點短路等值電路圖G8,G9合并為一條支路,G10,G11合并為一支路,系統(tǒng)化簡如圖5-9所示,Y=1/X1+1/(X2+X3)+1/(X4+X5)+1/(X6+X7)+1/(X8+X0)+1/X10=45.43C=X10Y=0.425×45.43=19.31X1k=X1C=4.17,X2k=C(X3+X4/(X5+X6)=2.823=X3k(1)系統(tǒng) Xcalc=X1k=4.17,Ib=SN/UN=9.164kAIZ1=I1Z0.01=I1Z0.1=I1Z0.2=I1Z2=I1Z4=2.198kA沖擊電流(Ta=15,t=0.01)ich=(Iz0.01+Iz)=5.629kA(2)G8與G9并列運行計算電抗 Xcalc=X2k2SN/100=13.268>3Ib=43.07kAIZ1=I1Z0.01=I1Z0.1=I1Z0.2=I1Z2=I1Z4=3.246kA沖擊電流 ich=(Iz0.01+Iz)=8.
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