發(fā)電廠課程設計

1、目 錄摘要2第一章 電氣主接線31.1系統(tǒng)與負荷資料分析31.2接線主方案的選擇41.3主變壓器的選擇與計算51.4廠用電接線方式的選擇6第二章 短路電流的計算92.1短路電流的計算9第三章 電氣設備的選擇133.1高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇133.2電壓互感器的選擇143.3電流互感器的選擇143.4電氣設備選擇結(jié)果表15第四章 配電裝置174.1配電裝置的選擇17第五章 安全保護裝置185.1避雷器的選擇185.2 繼電保護的配備19心得體會20參考文獻21摘要本設計是針對2×300MW總裝機容量為600MW的凝汽式區(qū)域性火電廠進行電氣一次部分及其廠用電高壓部分的設計，它主要包括

2、了五大部分，分別為電氣主接線的選擇、短路電流的計算、電氣設備的選擇、配電裝置的選擇、安全保護裝置。其中詳細描述了短路電流的計算和電氣設備的選擇，從不同的短路情況進行分析和計算，對不同的短路參數(shù)來進行不同種類設備的選擇，列出各設備選擇結(jié)果表，并對設計進行了理論分析。關(guān)鍵詞: 主接線,發(fā)電機,變壓器,短路電流,安全保護第一章 電氣主接線1.1系統(tǒng)與負荷資料分析1. 工程情況由原始資料可知，本設計根據(jù)電力系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃，擬在該地區(qū)新建一座裝機容量為1200MW的凝汽式火力發(fā)電廠，發(fā)電廠安裝5臺300MW機組，總?cè)萘空枷嗦?lián)電力系統(tǒng)總?cè)萘康?.125%,沒有超過電力系統(tǒng)檢修備用容量8%-15%和事故備用

3、容量10%的要求，這說明了該火電廠在未來電力系統(tǒng)中的不占主導作用和地位，主要是負責地區(qū)供電，而且年利用小時數(shù)為6000>5000,又為火電廠，在電力系統(tǒng)中將主要承擔基荷，因此該電廠的電氣主接線要求有較高的可靠性。該發(fā)電機端額定電壓為20KV，電廠建成后以6KV電壓供+給本廠負荷，廠用電為8%。以220KV電壓等級供給系統(tǒng)，架空線8回，屬于I級負荷，最大輸送200MW，Tmax4000h/a并以110KV電壓等級供給負荷，架空線8回，也屬于I級負荷，最大輸送180MW，Tmax4000h/a。并且本設計需要做到的技術(shù)指標要求保證供電安全、可靠、經(jīng)濟，且功率因數(shù)達到0.85。2. 電力系統(tǒng)情

4、況該發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的作用與地位為地區(qū)電廠，地區(qū)電廠靠近城鎮(zhèn)。電力系統(tǒng)總裝機容量為16000 MW，短路容量為10000MVA。該發(fā)電廠聯(lián)入系統(tǒng)的電壓等級為220KV。3. 負荷分析該發(fā)電廠有兩個電壓等級，其負荷分析分別如下 ：220KV電壓等級：有架空線8回，備用兩回，即十回出線，負荷類型為一級負荷，最大輸送200 MW，最大負荷小時數(shù)為4000 h/a，功率因數(shù)為0.85。110KV電壓等級：有架空線8回，即8回出線，負荷類型為一級負荷，最大輸送180 MW，最大負荷小時數(shù)為4000 h/a，功率因數(shù)為0.85。由于兩個電壓等級所聯(lián)負荷均為一級負荷，且最大負荷小時數(shù)為4000 h/a，故

5、對主接線的可靠性要求很高。4. 設備情況原始資料中給出了兩臺發(fā)電機的容量，這里對單臺300 MW發(fā)電機設備的型號進行選擇。根據(jù)原始資料中給出了發(fā)電機的容量，課選擇出發(fā)電機的型號，選擇結(jié)果如下表：發(fā)電機型 號額 定電 壓(KV)額定功率(MW)功率因數(shù)次暫態(tài)電抗G-1G-2QFSN-300-2203000.90.0621.2接線主方案的選擇1. 110KV電壓等級：出線為8回架空線路，I級負荷，最大輸送180MW，為實現(xiàn)不停電檢修出線斷路器，可采用單母線分段帶旁路或雙母線帶旁路接線形式。由于兩臺發(fā)電機組單機容量均為600MW，而110KV側(cè)的最大負荷為180MW，其全年平均負荷為720×

6、;4300÷8760=353.43MW。若接一臺600MW機組，其容量遠大于最大負荷720MW以及年平均負荷353.43MW，若當聯(lián)絡變壓器出現(xiàn)故障時，會造成發(fā)電機大量積壓容量，可能引起發(fā)電機出現(xiàn)甩負荷現(xiàn)象，并且在選擇主變壓器時有一定困難，所以在110KV側(cè)不接發(fā)電機，而通過兩臺聯(lián)絡變壓器從220KV側(cè)引接來給110KV側(cè)負荷供電。而且，最大輸送200MW，同型號的發(fā)電機一般接在同一電壓等級，因此為使聯(lián)絡變?nèi)萘烤箍赡苄?，對?10KV電壓等級，擬采用不接發(fā)電機組的方式。2. 220KV電壓等級：出線為12回架空線路，承擔一級負荷，為使其檢修出線斷路器時不停電，可采用雙母線或雙母分段接

7、線形式，以保證供電的可靠性和靈活性。兩臺發(fā)電機的出口電壓均為220KV、單機容量均為600MW，其額定電流和短路電流都很大，發(fā)電機出口斷路器制造困難，價格昂貴，并且600MW及以上機組對供電可靠性要求級高，擬采用分相封閉母線直接與主變壓器連接，并構(gòu)成單元接線接至220KV母線上，可減少出口斷路器和隔離開關(guān)，大大限制短路電流，提高可靠性與經(jīng)濟性，也減少事故的發(fā)生。綜上所述，選擇主接線方案：發(fā)電機出口采用分相封閉母線；110KV電壓等級采用雙母線帶接線形式。220KV電壓等級采用雙母線帶接線形式。兩臺發(fā)電機與分別與兩臺變壓器接成發(fā)電機-變壓器單元接線形式接至220KV電壓母線上；220KV電壓母線

8、和110KV電壓母線之間設有兩臺聯(lián)絡變壓器；通過這兩臺聯(lián)絡變壓器由220KV電壓母線給110KV側(cè)負荷供電。1.3主變壓器的選擇與計算變壓器的選擇包括容量、臺數(shù)、型式和結(jié)構(gòu)的選擇。1. 單元接線的主變壓器容量的確定原則單元接線時主變壓器應按發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度來確定。兩臺主變壓器的容量為600-600×6%=564MW，600MW發(fā)電機的功率因素為0.9，所以這兩臺變壓器的容量為564×(1+0.1) /0.9=689.3MVA。2. 連接兩種升高電壓母線的聯(lián)絡變壓器的確定原則聯(lián)絡變壓器容量應能滿足兩種電壓網(wǎng)絡在各種運行方式下，網(wǎng)絡間的有

9、功功率和無功功率交換，一般不應小于接在兩種電壓母線上最大一臺機組的容量，以保證最大一臺機組故障或檢修時，通過聯(lián)絡變壓器來滿足本側(cè)負荷的要求；同時，也可在線路檢修或故障時，通過聯(lián)絡變壓器將剩余容量送入另一系統(tǒng)。這里選擇兩臺三繞組變壓器3. 變壓器臺數(shù)的確定原則發(fā)電廠或變電所主變壓器的臺數(shù)與電壓等級、接線形式、傳輸容量以及和系統(tǒng)的聯(lián)系有密切關(guān)系。通常與系統(tǒng)具有強聯(lián)系的大、中型發(fā)電廠和重要變電所，在一種電壓等級下，主變壓器應不少于2臺；而對弱聯(lián)系的中、小型發(fā)電廠和低壓側(cè)電壓為6-10KV的變電所或與系統(tǒng)只是備用性質(zhì)時，可只裝一臺主變壓器；對地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，可設3臺主變壓器

10、。4. 主變壓器型式和結(jié)構(gòu)的確定原則選擇主變壓器型式時，應從相數(shù)、繞組數(shù)、繞組接線組別、冷卻方式、調(diào)壓方式等方面考慮，通常只考慮相數(shù)和繞組數(shù)以及繞組接線組別。在330KV及以下電力系統(tǒng)，一般都應選用三相變壓器。因為單相變壓器組相對來講投資大、占地多、運行損耗也較大，同時配電裝置結(jié)構(gòu)復雜，增加了維修工作量。對于大型三相變壓器，當受到制造條件和運輸條件的限制時，則宜選用兩臺小容量的三相變壓器來取代一臺大容量三相變壓器，或者選用單相變壓器。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有星型“Y”和三角形“D”兩種。變壓器三相繞組的連接方式應根據(jù)具體工程來確定。我國規(guī)定，110KV及以上電壓等級，變壓器三繞組都采用“

11、YN”連接；35KV采用“Y”連接，其中性點通過消弧線圈接地；35KV以下高壓電壓，變壓器三繞組都采用“D”連接。另外，廠用備用電源可由聯(lián)絡變壓器從110KV和220KV的母線上所取得，同時也可以在某臺發(fā)電機檢修時造成母線上功率供應不足時，也可以起到功率傳送的作用，查表可得SFPF7-150000/220變壓器符合該要求。具體參數(shù)如下： 變壓器型號額定電壓(KV)短 路阻 抗%額定容量(MVA)聯(lián)結(jié)組高壓中/低壓主變壓器SSPL90000/220242±2×2.5%10.513.750900YN，d11聯(lián)絡變壓器SFPSL0-240000/220242121±4&

12、#215;2.5%/15.75高中2.58高低41.0中低6.07100/100/50YN,a0,d11廠用變壓器SFF1031500/20206.3/6.31531.5/2×20D,d12，d12廠備用SFF7-31500/15.7515.75±2×2.5%6.3全穿越9.5 半穿越16.631.5/2×20YN，y111.4廠用電接線方式的選擇廠用電接線除應滿足正常運行安全、可靠、靈活、經(jīng)濟和檢修、維護方便等一般要求外，尚應滿足：1. 充分考慮發(fā)電廠正常、事故、檢修、啟動等運行方式下的供電要求，盡可能地使切換操作簡便，啟動（備用）電源能在短時內(nèi)投入。

13、2. 盡量縮小廠用電系統(tǒng)的故障影響范圍，并應盡量避免引起全廠停電事故。對于200MW及以上的大型機組，廠用電應是獨立的，以保證一臺機組故障停運或其輔助機械的電氣故障，不應影響到另一臺機組的正常運行。3. 便于分期擴建或連續(xù)施工，不致中斷廠用電的供應。對公用廠用負荷的供電，須結(jié)合遠景規(guī)模統(tǒng)籌安排，盡量便于過渡且少改變接線和更換設備。4. 對200MW及以上的大型機組應設置足夠容量的交流事故保安電源。5. 積極慎重地采用經(jīng)過試驗鑒定的新技術(shù)和新設備，使廠用電系統(tǒng)達到先進性、經(jīng)濟合理，保證機組安全滿發(fā)地運行。廠用電接線形式的擬定如下：廠用電壓共分兩級，高壓為6kV，低壓為380/220kV，廠用高壓

14、設全廠6kV公用廠用母線。系統(tǒng)主接線圖如下：第二章 短路電流的計算短路計算在設計發(fā)電廠主接線的過程中有著重要作用，它為電氣設備的選型、動穩(wěn)定校正和熱穩(wěn)定校正提供依據(jù)。當短路發(fā)生時，對發(fā)電廠供電的可靠性可能會產(chǎn)生很大影響，嚴重時，可能導致電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定，甚至造成系統(tǒng)解列。2.1短路電流的計算1. 首先畫出短路電流計算接線圖及其等值電路，分別為圖1，圖2所示：圖1 短路電流計算圖圖2 短路電流等值電路2. 取基準容量為SB=100MVA，基準電壓UB取用平均電壓，即UB=Uav。根據(jù)所選擇的聯(lián)絡變壓器的相關(guān)參數(shù)，可計算出其各繞組的等值電抗標幺值：X1=(X1-2+X1-3-X2-3)/2=(0.

15、0607+0.0258-0.0410)/2=0.0228X2=(X1-2+X2-3-X1-3)/2=(0.0607+0.0410-0.0258)/2=0.0380X3=(X2-3+X1-3-X1-2)/2=(0.0410+0.0258-0.0607)/2=0.0031，各元件的等值電抗標幺值見圖2。計算各發(fā)電機的額定容量：SG1=SG2=200/0.85MVA=235MVA3. 短路電流計算由于三相短路故障最為嚴重，故只計算三相短路情況。(1) 短路點d1d1短路時等值電路圖如圖3圖3短路點的額定電壓為220KV，取基準電壓為230KV?；鶞孰娏鱅B=SB/UB=100/(×230)

16、KA=0.25(KA)再算系統(tǒng)電抗及系統(tǒng)的短路容量：X10=（X1+X3）/(X2+X4)=0.058X11=（X5+X6）/(X7+X8)=0.03042臺發(fā)電機組對短路點d1的轉(zhuǎn)移電抗為：Xk=X10/X11=0.0199Sk=SB/Xk=100MVA/0.0199=5025.13MVASc=10000MVA-5025.13MVA=4974.87MVA可求得系統(tǒng)電抗為：X9=SB/SC=100/4974.87=0.0201發(fā)電機G1，G2對短路點的計算電抗為Xjs10=0.058×235×2/100=0.2726其分支額定電流為IN=SN/UB=235×2/(

17、×230)KA=1.18(KA)系統(tǒng)C對短路點的計算電抗為 Xjs9=0.0201其分支額定電流為IN=SN/UB=100/(×230)KA=0.25(KA)系統(tǒng)C對短路點所產(chǎn)生的短路電流不衰減，其電流標幺值為計算電抗的倒數(shù)。各發(fā)電機組對短路點所產(chǎn)生的短路電流標幺值，可根據(jù)所求得的計算電抗，查發(fā)電機曲線數(shù)字表得到。沖擊電流最大值的計算公式為ish=1.9Ipt，有效值的計算公式為ish=1.56Ipt。（2）短路點d2 d2短路時的等值電路如圖4所示：短路點的額定電壓為110KV，故去基準電壓為115KV。其基準電流為：IB=SB/UB=100/(×115)KA=

18、0.50(KA)X12=（X1+X3）/(X2+X4)/ /（X7+X8）=0.030X13=X5+X6=0.0608Xk=X12/X13=0.020Sk=SB/Xk=100MVA/0.020=5000MVASc=10000MVA-5000MVA=5000MVA可求得系統(tǒng)電抗為：X9=SB/SC=100/5000=0.020發(fā)電機G1，G2對短路點的計算電抗為Xjs12=0.03×235×2/100=0.141其分支額定電流為IN=SN/UB=235×2/(×115)KA=2.36(KA)系統(tǒng)C對短路點的計算電抗為 Xjs14=0.020其分支額定電流為

19、IN=SN/UB=100/(×115)KA=0.50(KA)因此系統(tǒng)C對短路點所產(chǎn)生的短路電流不衰減，其電流標幺值為計算電抗的倒數(shù)。各發(fā)電機組對短路點所產(chǎn)生的短路電流標幺值，可根據(jù)所求得的計算電抗，查發(fā)電機曲線數(shù)字表得到。沖擊電流最大值的計算公式為ish=1.9Ipt，有效值的計算公式為ish=1.56Ipt。圖4第三章 電氣設備的選擇3.1高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇1. 斷路器的種類和形式的選擇因為110KV側(cè)有8回出線，220KV側(cè)有12回出線，所以接入110KV,220KV側(cè)的高壓斷路器應選擇SF6斷路器。2. 額定電壓的選擇110KV側(cè): =1.1×110KV=12

20、1KV220KV側(cè): =1.1×220KV=242KV3. 額定電流的選擇110KV側(cè): =1.05×200×1000/×110×0.85=1.373KA220KV側(cè): =1.05×200×1000/×220×0.9=0.686KA4. 開斷電流的選擇高壓斷路器的額定開斷電流不應小于實際開斷瞬間的短路電流周期分量,為了簡化計算可應用此暫態(tài)電流I"進行選擇,即I"。110KV側(cè): I"=37.214KA220KV側(cè): I"=17.007KA5. 短路關(guān)合電流的選擇為了

21、保證斷路器在關(guān)合短路時的安全，斷路器的額定關(guān)合電流不應小于短路電流最大沖擊值，即。110KV側(cè): =1.9×37.214=96.116KA220KV側(cè): =1.9×17.007=45.698KA 6. 熱穩(wěn)定校驗2t取(短路切除時間)=4s。110KV側(cè): I"=37.214KA I2 =31.627KA I4=30.961KA周期分量熱效應= (I"2+10I22+I42)×/12=3207.176 (KA)2·st>1s不計非周期分量 = 220KV側(cè): I"=17.007KA I2 =15.288KA I4=15

22、.244KA周期分量熱效應= (I"2+10I22+I42)×/12=714.712 (KA)2·st>1s不計非周期分量 =3.2電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇和配置應按下列條件：1. 型式：620KV屋內(nèi)互感器的型式應根據(jù)使用條件可以采用樹脂膠主絕緣結(jié)構(gòu)的電壓互感器；35KV110KV配電裝置一般采用油浸式結(jié)構(gòu)的電壓互感器；220KV級以上的配電裝置，當容量和準確等級滿足要求，一般采用電容式電壓互器。在需要檢查和監(jiān)視一次回路單項接地時，應選用三項五柱式電壓互感器或具有第三繞組的單項電壓互感器。2. 準確等級：電壓互感器影子哪一準確等級下工作，需根據(jù)接入

23、的測量儀表，繼電器和自動裝置等設備對準確等級的要求確定，規(guī)定如下：用于發(fā)電機、變壓器、調(diào)相機、廠用饋線、出線等回路中的電度表，共所有計算的電度表，其準確等級要求為0.5級。供監(jiān)視估算電能的電度表，功率表和電壓繼電器等，其準確等級，要求一般為級。用于估計被測量數(shù)值的標記，如電壓表等，其準確等級要求較低，要求一般為級即可。在電壓互感器二次回路，同一回路接有幾種不同型式和用途的表計時，應按要求準確等級高的儀表，確定為電壓互感器工作的最高準確度等級。3.3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：電流互感器的型時應根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。對于620KV屋內(nèi)配電裝置，可采用

24、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：3. 一次回路電流：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5. 熱穩(wěn)定：電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s允許通過的熱穩(wěn)定電流或一次額定電流的倍數(shù)來表示，熱穩(wěn)定校驗式為：或 ()2 3.4電氣設備選擇結(jié)果表表3.1 110 KV側(cè)的斷路器選擇110KV側(cè)計算值項目LW11110UNs110KVUN110KVImax1297AIN16003150AI"

25、;37.214KAINbr40/31.5KAIsh96.116KAINcl100/80KAQk3207.176(KA)2·sIt2t402 ×3=4800(KA)2·sIsh56.554KAIes100/80KA表3.2 220 KV側(cè)的斷路器選擇220KV側(cè)計算值項目LW6220UNs220KVUN220KVImax648.5AIN3150AI"17.007KAINbr50KAIsh45.698KAINcl125KAQk714.712(KA)2·sIt2t7500(KA)2·sIsh26.531KAies125KA表4.3 110

26、KV側(cè)的隔離開關(guān)選擇110KV側(cè)計算值項目GW4110DUNs110KVUN110KVImax1297A IN2.0KAQk3207.176(KA)2·sIt2t6400(KA)2·sIsh56.554KAies100KA表3.4 220 KV側(cè)的隔離開關(guān)選擇220KV側(cè)計算值項目GW6220DUNs220KVUN220KVImax648.5AIN1.0KAQk714.712(KA)2·sIt2t1764(KA)2·sIsh26.531KAies50KA表3.5 各部分電壓互感器的選擇項目型號一次/KV二次/V剩余電壓繞組/VImaxA110KVJCC1

27、M-110110/30.5100/30.51001297A220KVJCC5-220220/30.5100/30.5100648.5A主變壓器側(cè)JDZ8-3535100100/發(fā)電機出口端JDZ6-2020100100/表3.6 各部分電流互感器的選擇項目 型號額定電流比/A短時熱穩(wěn)電流/KA額定動穩(wěn)電流/KA滿匝額定輸出/VA準確 級110KVLCWB6-1102×300/5 31.5 80 500.2220KVLCWB7-2202×600/12×21 2×55 40 0.2主變壓器LZZB7-35800/5 31.5 80 50 0.2發(fā)電機出口LD

28、ZJ1-101500/5 80 163 40 0.2第四章 配電裝置4.1配電裝置的選擇火力發(fā)電廠及變電所的培植形式的選擇，應考慮所在地區(qū)的地理情況及環(huán)境條件，因地制宜，節(jié)約用地，并結(jié)合運行、檢修和安裝要求，通過技術(shù)經(jīng)濟比較予以確定。配電裝置應滿足以下四點要求： 節(jié)約用地，運行安全和操作巡邏方便，便于檢修和安裝，節(jié)約材料，降低造價 。本設計的地理環(huán)境較好，沒有地震，雷暴日也很少，且沒有明顯的環(huán)境污染，所以綜合所有條件和技術(shù)，選用屋外式中型配電裝置。第五章 安全保護裝置在電力系統(tǒng)中，一定的保護裝置是必要的，主要是防雷保護和繼電保護。5.1避雷器的選擇避雷器應按下列條件選擇：（1）型式：選擇避雷器型式時，應考慮被保護電器的絕緣水平和使用特點。（2）額定電壓：避雷器的額定電壓應與系統(tǒng)額定電壓一致。（3）滅弧電壓：按照使用情況，校驗避雷器安裝地點可能出現(xiàn)的最大導線對地電壓，是否等于或小于避雷器的最大容許電壓（滅弧電壓）。(4)工頻放電電壓Ugf：在中性點絕緣或經(jīng)阻抗接地的電網(wǎng)中，工頻放電電壓一般大于最大運行相電壓的3.5倍。在中性點直接接地的電網(wǎng)中，工頻放電電壓應大于最大運行相電壓的3倍。工頻放電電壓應大于滅弧電壓的1.8倍。(5)沖擊放電電壓和殘壓：一般國產(chǎn)閥式避雷器的保護特性與各種電器的具有均可配合，故此項校驗從略。根據(jù)避雷器配置原則，配電裝置的每組母線上，一般