發(fā)電廠的設(shè)計(jì)

1、發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一110kV降壓變電所，該所位于BY市邊緣，供給城市和近郊工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活用電。電壓等級(jí)：110kV：近期2回，遠(yuǎn)景發(fā)展2回；10kV： 近期13回，遠(yuǎn)景發(fā)展2回。電力系統(tǒng)接線簡(jiǎn)圖、負(fù)荷資料及所址條件見(jiàn)附件。二設(shè)計(jì)任務(wù)1變電所總體分析；2負(fù)荷分析計(jì)算與主變壓器選擇；3電氣主接線設(shè)計(jì)；4短路電流計(jì)算及電氣設(shè)備選擇。三設(shè)計(jì)成品要求1課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1份；2電氣主接線圖1張。四參考資料一變電站概括1.1變電站總體分析BY市變電站位于市邊緣，供給城市和近郊工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活用電，是新建地區(qū)變電所。變電站做為電力系統(tǒng)中起著重要的連接作用，是聯(lián)系發(fā)電廠與負(fù)荷的重要環(huán)節(jié)

2、。本課程設(shè)計(jì)主要是關(guān)于本變電站的一次設(shè)計(jì)，為了是變電站的一次設(shè)計(jì)能夠很好的接入電力系統(tǒng)，使電力系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，下面對(duì)本變電站做初步分析的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。1.變電站類型：110KV地方降壓變電站2.電壓等級(jí)：110/10KV3.線路回?cái)?shù)：110KV：2回，備用2回；10KV：13回，備用2回。4.地理?xiàng)l件：平均海拔100m，地勢(shì)平坦，交通方便，有充足水源，屬輕地震區(qū)。年最高氣溫+42，年最低氣溫-18，年平均溫度+16，最熱月平均最高溫度+32。最大風(fēng)速35m/s，主導(dǎo)風(fēng)向西北，覆冰厚度 。5.負(fù)荷情況：主要是一、二級(jí)負(fù)荷，市內(nèi)負(fù)荷主要為市區(qū)生活用電、棉紡廠、印染廠等工業(yè)用電；郊區(qū)負(fù)荷主要

3、為郊區(qū)變電站及其他工業(yè)用電。6.系統(tǒng)情況：根據(jù)任務(wù)書中電力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖可以看到，本變電站位于兩個(gè)電源中間，有兩個(gè)發(fā)電廠提供電能，進(jìn)而經(jīng)過(guò)該變電站降壓后用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等負(fù)荷用電，需要一定的可靠性。1.2 負(fù)荷分析及主變壓器的選擇負(fù)荷計(jì)算的目的：計(jì)算負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)計(jì)算的基本依據(jù)，計(jì)算負(fù)荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟(jì)合理。如計(jì)算負(fù)荷確定過(guò)大，將使電器和導(dǎo)線選得過(guò)大，造成投資和有色金屬的消耗浪費(fèi)，如計(jì)算負(fù)荷確定過(guò)小又將使電器和導(dǎo)線電纜處子過(guò)早老化甚至燒毀，造成重大損失，由此可見(jiàn)正確確定計(jì)算負(fù)荷重要性。負(fù)荷分析10KV側(cè):近期負(fù)荷：P近=(22112321.51.51.5)MW

4、=17.5MW遠(yuǎn)期負(fù)荷: P遠(yuǎn)=（1.51.534.53.522222）=30MW =17.5MW+30MW=47.5MW綜合最大計(jì)算負(fù)荷計(jì)算公式: Sjs=Kt*(1+%)( Kt:同時(shí)系數(shù)，取85%； %:線損,取5%) Smax近=Kt*(1+%)=Kt*() *(1+%)=0.85*17.755*(1+0.05)=15.85MVASmax遠(yuǎn)=Kt*(1+%)=Kt*（)*（1+%）0.85*33.065*1.05=29.51MVA視在功率:S=Smax近+Smax遠(yuǎn)15.85MVA+29.51MVA=45.36MVA1.3主變壓器的選擇1.相數(shù)的確定330KV以下的電力系統(tǒng)，在不受運(yùn)輸

5、條件限制時(shí)，應(yīng)用三相變壓器。2.繞組數(shù)的確定對(duì)深入引進(jìn)負(fù)荷中心、具有直接從高壓降為低壓供電條件的變電所，為簡(jiǎn)化電壓等級(jí)或減少重復(fù)降壓容量，可采用雙繞組變壓器。3.主變壓器臺(tái)數(shù)的確定在這次變電站設(shè)計(jì)中,可以采用一臺(tái)或兩臺(tái)主變壓器,下面對(duì)單臺(tái)變壓器和兩臺(tái)變壓器進(jìn)行比較：技術(shù)指標(biāo)單臺(tái)變壓器兩臺(tái)變壓器供電安全比滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量電壓損耗略大電壓損耗略小靈活方便性靈活性差靈活性好擴(kuò)建適用性稍差好由前設(shè)計(jì)任務(wù)書可知、正常運(yùn)行時(shí)，變電所負(fù)荷由110kV系統(tǒng)供電，考慮到重要負(fù)荷達(dá)到47.5MW，并考慮到現(xiàn)今社會(huì)用戶需要的供電可靠性的要求更高，應(yīng)采用兩臺(tái)容量相同的變壓器并聯(lián)運(yùn)

6、行。4.變壓器容量和型號(hào)的確定1)選擇條件（按遠(yuǎn)景負(fù)荷選擇）所選擇的n臺(tái)主變壓器的容量nSN ，應(yīng)該大于等于變電所的最大綜合計(jì)算負(fù)荷Smax ，即 nSNSmax 2)校驗(yàn)條件（按遠(yuǎn)景負(fù)荷校驗(yàn)） 裝有兩臺(tái)及以上主變壓器的變電所中，當(dāng)其中一臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余主變壓器的容量一般應(yīng)滿足60%（220kV及以上電壓等級(jí)的變電所應(yīng)滿足70%）的全部最大綜合計(jì)算負(fù)荷，以及滿足全部I類負(fù)荷SI和大部分II類負(fù)荷SII（ 220kV及以上電壓等級(jí)的變電所，在計(jì)及過(guò)負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)滿足全部I類負(fù)荷SI和II類負(fù)荷SII）即 (n-1)SN(0.60.7)Smax和(n-1)SN SI + SII（

7、其中n為變電站設(shè)計(jì)中變壓器的臺(tái)數(shù)，在這次設(shè)計(jì)中，n=2）因此根據(jù)上述式子及負(fù)荷分析可以選擇兩臺(tái)型號(hào)為SFQ720000/110的有載調(diào)壓變壓器，變壓器的技術(shù)參數(shù)如下表所示： 型號(hào)額定電壓(KV)聯(lián)接組接號(hào)損耗(KV)空載電流(%)阻抗電壓(%)高壓低壓空載負(fù)載SFQ720000/110110±2*2.5%11,10.5,6.6,6.3YN,d1127.51040.910.5二主接線的選擇2.1 對(duì)電氣主接線的基本要求 變電所主接線選擇的主要原則有以下幾點(diǎn)：1.供電可靠性：如何保證可靠地（不斷地）向用戶供給符合質(zhì)量的電能是發(fā)電廠和變電站的首要任務(wù)，這是第一個(gè)基本要求。2.靈活性：其含義

8、是電氣主接線能適應(yīng)各種運(yùn)行方式（包括正常、事故和檢修運(yùn)行方式）并能方便地通過(guò)操作實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式的變換而且在基本一回路檢修時(shí)，不影響其他回路繼續(xù)運(yùn)行，靈活性還應(yīng)包括將來(lái)擴(kuò)建的可能性。3.操作方便、安全：主接線還應(yīng)簡(jiǎn)明清晰、運(yùn)行維護(hù)方便、使設(shè)備切換所需的操作步驟少，盡量避免用隔離開(kāi)關(guān)操作電源。4.經(jīng)濟(jì)性：即在滿足可靠性、靈活性、操作方便安全這三個(gè)基本要求的前提下，應(yīng)力求投資節(jié)省、占地面積小、電能損失少、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、電器數(shù)量少、選用輕型電器是節(jié)約投資的重要措施。根據(jù)以上的基本要求對(duì)主接線進(jìn)行選擇。2.2 110kV側(cè)接線的選擇方案(一) 單母線分段接線優(yōu)點(diǎn)：1.母線發(fā)生故障時(shí)，僅故障母線停止供電，

9、非故障母線仍可繼續(xù)工作，縮小母線故障影響范圍。2.對(duì)雙回線路供電的重要用戶，可將雙回路接于不同的母線段上，保證對(duì)重要用戶的供電。缺點(diǎn)：當(dāng)一段母線故障或檢修時(shí)，必須斷開(kāi)在該段上的全部電源和引出線，這樣減少了系統(tǒng)的供電量，并使該回路供電的用戶停電方案（二）: 橋形接線110kV側(cè)以雙回路與系統(tǒng)相連，而變電站最常操作的是切換變壓器，而與系統(tǒng)聯(lián)接的線路不易發(fā)生故障或頻繁切換，因此可采用內(nèi)橋式線，這也有利于以后變電站的擴(kuò)建。優(yōu)點(diǎn)：高壓電器少，布置簡(jiǎn)單，造價(jià)低，經(jīng)適當(dāng)布置可較容易地過(guò)渡成單母線分段或雙母線分接線。缺點(diǎn)：可靠性不是太高，切換操作比較麻煩。方案（三）：雙母線接線優(yōu)點(diǎn)：1.供電可靠，通過(guò)兩組母線

10、隔離開(kāi)關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不至于供電中斷，一組母線故障后能迅速恢復(fù)供電，檢修任一組的母線隔離開(kāi)關(guān)時(shí)只停該回路。2.擴(kuò)建方便，可向雙母線的左右任何一個(gè)方向擴(kuò)建，均不影響兩組母線的電源和負(fù)荷的平均分配，不會(huì)引起原有回路的停電，以致連接不同的母線段，不會(huì)如單母線分段那樣導(dǎo)致交叉跨越。3.便于試驗(yàn)，當(dāng)個(gè)別回路需要時(shí)單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)可將該架路分開(kāi)，單獨(dú)接至一組母線上。缺點(diǎn)：1.增加一組母線和每回路需增加一組母線隔離開(kāi)關(guān)，投資大。2.當(dāng)母線故障或檢修時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)作為倒換操作電器容易誤操作，為了避免隔離開(kāi)關(guān)誤操作需在隔離開(kāi)關(guān)和斷路之間裝設(shè)連鎖裝置。對(duì)于110kV側(cè)來(lái)說(shuō)，因?yàn)樗┙o較多的一類、

11、二類負(fù)荷、因此其要求有較高的可靠性。對(duì)比以上三種方案,從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等多方面因素考慮，最佳設(shè)計(jì)方案為方案（一）。具有一定的可靠性和可擴(kuò)展性，而且比雙母線投資小。2.3 10kV側(cè)接線選擇方案（一）：?jiǎn)文妇€接線優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單清晰、設(shè)備少、投資少、運(yùn)行操作方便、且有利于擴(kuò)建。缺點(diǎn)：可靠性、靈活性差、母線故障時(shí)，各出線必須全部停電。方案（二）：?jiǎn)文妇€分段接線優(yōu)點(diǎn)：1.母線發(fā)生故障時(shí)，僅故障母線停止供電，非故障母線仍可繼續(xù)工作，縮小母線故障影響范圍。2.對(duì)雙回線路供電的重要用戶，可將雙回路接于不同的母線段上，保證對(duì)重要用戶的供電。缺點(diǎn)：當(dāng)一段母線故障或檢修時(shí)，必須斷開(kāi)在該段上的全部電源和引出線，這樣

12、減少了系統(tǒng)的供電量，并使該回路供電的用戶停電。方案（三）：分段斷路器兼作旁路斷路器的單母線分段優(yōu)點(diǎn)：有較大的可靠性和靈活性，且檢修斷路器時(shí)合出線不中斷供電。缺點(diǎn)：投資增大、經(jīng)濟(jì)性能差。對(duì)比以上三種方案：?jiǎn)文妇€接線可靠性低，當(dāng)母線故障時(shí)，各出線須全部停電，不能滿足I、II 類負(fù)荷供電性的要求，故不采納；將 I、II 類負(fù)荷的雙回電源線不同的分段母線上，當(dāng)其中一段母線故障時(shí)，由另一段母線提供電源，從而可保證供電可靠性；雖然分段斷路器兼作旁路斷路器的單母線分段也能滿足要求，但其投資大、經(jīng)濟(jì)性能差，故采用方案（二）單母線分段接線。三短路電流計(jì)算3.1電力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 圖3-1 電力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 注：LGJ15

13、0：0.416/km LGJ185: 0.410/km LGJ240: 0.401/km3.2 各回路阻抗的計(jì)算(取SB=100MVA,VB=Vav)圖3-2 電力系統(tǒng)化簡(jiǎn)圖最大運(yùn)行方式下: 根據(jù)所選變壓器的技術(shù)參數(shù)可以求變壓器的阻抗:3.3 110KV側(cè)短路分析圖形化簡(jiǎn):圖3-3 110KV側(cè)短路線路化簡(jiǎn)圖1. 2. Y3.Y 4.起始次暫態(tài)電流:沖擊電流：計(jì)算電抗：查表得： t=0.2S時(shí)， t =2S及2S后時(shí)， 3.4 10KV側(cè)短路分析 圖3-4 10KV側(cè)短路線路化簡(jiǎn)圖1.2. Y3.4.Y5.起始次暫態(tài)電流:沖擊電流：計(jì)算電抗：當(dāng)計(jì)算電抗3.45時(shí),其短路電流查表得出; 當(dāng)計(jì)算電

14、抗3.45時(shí),則可以近似地認(rèn)為短路周期電流的幅值已不隨時(shí)間而變 即四電氣設(shè)備的配置與選擇4.1 110kV側(cè)斷路器的選擇1.該回路為 110 kV電壓等級(jí)，故可選用六氟化硫斷路器。2.斷路器安裝在戶外，故選戶外式斷路器。3.回路額定電壓Ue110kV的斷路器，且斷路器的額定電流不得小于通過(guò)斷路器的最大持續(xù)電流 Imax=1.05×0.1054（kA）=105.4(A)4.為方便運(yùn)行管理及維護(hù)，選取110kV SF6斷路器為同一型號(hào)產(chǎn)品，選為OFPT(B)-110斷路器，其主要技術(shù)參數(shù)如下：型號(hào)額定電壓kV額定電流A最高工作電壓kV額定開(kāi)斷電流kA動(dòng)穩(wěn)定電流kA4S熱穩(wěn)定電流kA自動(dòng)重

15、合閘無(wú)電流間隔時(shí)間S固有分閘時(shí)間S合閘時(shí)間SOFPT-110110125012631.58031.50.030.125.對(duì)所選的斷路器進(jìn)行校驗(yàn)1）斷流能力校驗(yàn)所選斷路器的額定開(kāi)斷電流 I。= 31.5kA =7.32kA，則斷流能力滿足要求。2）短路關(guān)合電流的校驗(yàn)所選斷路器的額定關(guān)合電流，即動(dòng)穩(wěn)定電流為 80kA，流過(guò)斷路器的沖擊電流為18.63kA，則短路關(guān)合電流滿足要求，因?yàn)槠鋭?dòng)穩(wěn)定的校驗(yàn)參數(shù)與關(guān)合電流參數(shù)一樣，因而動(dòng)穩(wěn)定也滿足要求。3）熱穩(wěn)定校驗(yàn)設(shè)后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 1s，所選斷路器的固有分閘時(shí)間 0.03s，選擇熄弧時(shí)間 t =0.03S。則短路持續(xù)時(shí)間 t =1+0.03+0.03 =

16、1.06s。因?yàn)殡娫礊闊o(wú)限大容量，非周期分量因短路持續(xù)時(shí)間大于1s而忽略不計(jì)，則 短路熱效應(yīng) Qk = I”2t =7.322×1.06=56.79kA2.s允許熱效應(yīng) Ir2t =31.52× 4 = 396Ir2tQk 熱穩(wěn)定滿足要求。以上各參數(shù)經(jīng)校驗(yàn)均滿足要求，故選用OFPT(B)-110斷路器。4）斷路器配用CD5-XG型電磁操作機(jī)構(gòu)6.2 10 kV側(cè)斷路器的選擇1該回路為 10kV 電壓等級(jí)，故可選用真空斷路器。2該斷路器安裝在戶內(nèi)，故選用戶內(nèi)式斷路器。3回路額定電壓為 10kV，因此必須選擇額定電壓 Ue 10 kV的斷路器，且其額定電流不小于流過(guò)斷路器的最大

17、持續(xù)電流 Imax=1.05×1150.7（A）4初選 SN9-10真空斷路器，主要數(shù)據(jù)如下：型號(hào)額定電壓kV額定電流kA額定開(kāi)斷流電kA動(dòng)穩(wěn)定電流kA4S熱穩(wěn)定電流kA固有分閘時(shí)間sSN9-10101.252563250.055對(duì)所選的斷路器進(jìn)行校驗(yàn)1）斷流能力的校驗(yàn)流過(guò)斷路器的短路電流 IK =9.91kA。所選斷路器的額定開(kāi)斷電流 I =25kV IK，即斷路器的斷流能力滿足要求。2）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)所選斷路器的動(dòng)穩(wěn)定電流為63kA， 流過(guò)斷路器的沖擊電流ish = 25.22KA63KA則動(dòng)穩(wěn)定滿足要求。3）熱穩(wěn)定校驗(yàn)設(shè)后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 1s，所選斷路器的固有分閘時(shí)間 0.05s，

18、選擇熄弧時(shí)間 t =0.03s。則短路持續(xù)時(shí)間 t =1+0.05+0.03 =1.08s。則Qk = 9.912×1.08 = 94.01 kA2.s 允許熱效應(yīng) Ir2t = 252 ×4 = 2500 kA2.s 由于短路時(shí)間大于 1 s ,非周期分量可忽略不計(jì)，則Qk =94.01kA2.s，由于 Ir2t QK，所以熱穩(wěn)定滿足要求從以上校驗(yàn)可知該斷路器滿足要求，所以確定選用 SN9-10真空斷路器。6.該斷路器配用 CD10III型操作機(jī)構(gòu)4.2 110kV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)的選擇1為保證電氣設(shè)備和母線檢修安全，選擇隔離開(kāi)關(guān)帶接地刀閘。2該隔離開(kāi)關(guān)安裝在戶外，故選擇戶外式

19、。3該回路額定電壓為 110kV，因此所選的隔離開(kāi)關(guān)額定電壓 Ue 110kV，且隔離開(kāi)關(guān)的額定電流大于流過(guò)斷路器的最大持續(xù)電流 ImaX=1.05×105.4（A）4初選GW4110D型單接地高壓隔離開(kāi)關(guān)其主要技術(shù)參數(shù)如下： 型 號(hào)額定電壓kV額定電流A 最大工作電壓kV接地 刀閘A極限通過(guò)電流kA4S熱穩(wěn)定電流kA有效值峰值GW4-110D110125012620003255105校驗(yàn)所選的隔離開(kāi)關(guān)1）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定電流等于極限通過(guò)電流峰值即idw = 55kA流過(guò)該斷路器的短路沖擊電流ish = 18.54kA.s ，即 idw ish （55KA18.63KA）動(dòng)穩(wěn)定要求滿

20、足。2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)斷路器允許熱效應(yīng) Ir2t = 102×4 =400 kA2.s 短路熱效應(yīng) QK = = 7.322×1.0656.79kA2.s Ir2t QK熱穩(wěn)定滿足要求。經(jīng)以上校驗(yàn)可知，所選隔離開(kāi)關(guān)滿足要求，故確定選用 GW4 110D型高壓隔離開(kāi)關(guān)。4.3 10kV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)的選擇1為保證電氣設(shè)備和母線檢修安全，隔離開(kāi)關(guān)選擇不帶接地刀閘。2隔離開(kāi)關(guān)安裝在戶內(nèi)，故選用戶內(nèi)式。3該回路的額定電壓為10kV所選隔離開(kāi)關(guān)的額定電壓Ue10kV，額定電流大于流過(guò)隔離開(kāi)關(guān)的最大持續(xù)電流Imax = 1.05×1150.7（A） 4初選GN1910型隔離開(kāi)關(guān)，其主

21、要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：型號(hào)額定電壓（KV）額定電流（A）允許熱效應(yīng)（kA2.s）動(dòng)穩(wěn)態(tài)電流（KA）GN19-1010125032001005校驗(yàn)所選的隔離開(kāi)關(guān)1）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)所選隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)穩(wěn)定電流100kA短路沖擊電流ish = 23.79kAidw ish , 動(dòng)穩(wěn)定滿足要求。2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)斷路器允許熱效應(yīng) I2rt = 3200KA2S短路熱效應(yīng) Qk = 94.01KA2S I2rtQk 熱穩(wěn)定滿足要求.從以上校驗(yàn)可知,所選隔離開(kāi)關(guān)滿足要求,故確定選用GN1910型隔離開(kāi)關(guān)。3）該隔離開(kāi)關(guān)配用CS6型手動(dòng)式杠桿操作機(jī)構(gòu)。4.4導(dǎo)線的選擇本設(shè)計(jì)的110kV為屋外配電裝置，故母線采用鋼芯鋁絞線LG

22、J，而10kV采用屋內(nèi)配電裝置，故采用硬母線。 1.110KV母線的選擇與校驗(yàn)（1）按最大工作電流選擇導(dǎo)線截面SImax=1.05×105.4 (A)年最高平均溫度為+32，而導(dǎo)線長(zhǎng)期允許溫度為+80，查表得溫度修正系數(shù)K00.89IYj= Imax/K0=105.4/0.89=118.4(A) 選擇110KV母線型號(hào)為：LGJ150/25，查表得IY=472A。Imax=118.4AKIY=0.89×472=420.08A 滿足要求（2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)：S=150mm2Smin=127.9mm2滿足熱穩(wěn)定要求。2. 10KV母線的選擇與校驗(yàn)由于安裝在室內(nèi)，選用硬母線（1）按最

23、大持續(xù)工作電流選擇母線截面:Imax = 1.05×1150.7（A）IYj= Imax/k0=1150.7/0.89=1292.9(A) 選擇10KV母線型號(hào)為h100×b8（單條矩形），查表得IY=1547A。Imax=1150.7AKIY=0.89×1547=1376.8A 滿足要求（2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)： S=800 mm2Smin=158.97mm2滿足熱穩(wěn)定要求。（3）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)?zāi)妇€采取水平排列平放則W=bh2/6=8×1002/6=13333(mm3) =13.33×10-6 m3相鄰支柱間跨距取 L=1.2m相間母線中心距離取a=0.25mmax=0.173 ish2 ×=0.173×23.792×=4.51×106pa maxy=70×106pa滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。4.5互感器的選擇1.電壓互感器的選擇變電所每組母線