4×300MW發(fā)電廠電氣設(shè)計 概述+第一章

第一章緒論陽泉第二發(fā)電廠位于山西省陽泉市所轄的平定縣境內(nèi)，距平定縣城南約4公里的冠莊東村，是山西電網(wǎng)中一個大型骨干電廠。根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展規(guī)范，擬建設(shè)4X300MW發(fā)電廠，除滿足當(dāng)?shù)厥褂猛?，多余電力送往其它地區(qū)電網(wǎng)。建設(shè)規(guī)模為1200MW，安裝四臺300MW國產(chǎn)燃煤汽輪發(fā)電機組，型號為QFSN—300—2水氫氫汽輪發(fā)電機，一次建成，并預(yù)留2X300MW的擴建余地。4臺300MW汽輪機組均采用機-變壓器組單元接線接入220KV用線，220KV配電裝置出線八回，主變進線四回，廠用高壓啟動/備用變壓器2回。本廠東北方向10km，正西方向130km，西南方向150km，西北方向10km分別有一座220kV變電站，可供接入系統(tǒng)。除西南方向為電網(wǎng)中一個重要的聯(lián)絡(luò)站外，其它變電站均只向當(dāng)?shù)刎摵晒╇?。并予考慮未來幾年向東南方向另一電網(wǎng)送電。本設(shè)計遵循《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》SDJ-84等有關(guān)部分設(shè)計技術(shù)規(guī)程、規(guī)定和規(guī)范。設(shè)計力爭反映先進化、現(xiàn)代化電廠水平，使陽泉第二發(fā)電廠設(shè)計與山西經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng)。整個電氣部分設(shè)計力爭體現(xiàn)下列特點：全廠各部分技術(shù)方案統(tǒng)一組織，相互協(xié)調(diào)。電氣設(shè)計采用新技術(shù)，新設(shè)備，做到全廠整體供電、規(guī)劃合理，便于生產(chǎn)管理、運行和檢修。電氣設(shè)備布置采用整潔、清晰的方案，即保持運行維護安全的指標，有要強調(diào)布置美感。電氣系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型上要優(yōu)化、優(yōu)選，克服常見、多發(fā)問題。根據(jù)我國國情講究實效、適用，在技術(shù)水平上具有一定的先進性，體現(xiàn)機組整體運行和時代水平。嚴格控制占地，做好電氣方案的優(yōu)化設(shè)計和電氣設(shè)備的比價擇優(yōu)工作，講究技術(shù)經(jīng)濟指標。第二章電氣主接線選擇電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計的首要任務(wù)，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線方案的確定與電力系統(tǒng)及發(fā)電廠、變電所運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性密切相關(guān)，并對電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置等的擬定有較大影響。本次陽泉第二發(fā)電廠容量除滿足當(dāng)?shù)厥褂猛?，多余電力送往其他地區(qū)電網(wǎng)。4臺300MW汽輪發(fā)電機組均采用發(fā)電機一變壓器組單元接線接入220KV用線，且220KV出線還包括4回備用出線，故出現(xiàn)回路按8回設(shè)置，電廠的4臺主變壓器接入220KV母線，進線為4回，兩臺啟動/備用變也從220KV母線引線，則整個母線出線回路數(shù)為12回。第一節(jié)主變壓器的選擇主變壓器臺數(shù)的選擇根據(jù)電力系統(tǒng)5-10年發(fā)展規(guī)劃、輸送功率大小、饋線回路數(shù)、電壓等級以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，從而確定主變壓器臺數(shù)為1臺。主變壓器繞組數(shù)的確定對于機組容量為200MW以上的發(fā)電廠，其升壓變壓器一般不采用三繞組變壓器。由于三繞組變壓器不如雙繞組變壓器靈活，且三繞組變壓器中壓側(cè)在制造原因上一般不希望出現(xiàn)分接頭，只制造死接頭，從而對高、中壓側(cè)調(diào)壓及負荷分配不利，故主變壓器選擇雙繞組變壓器。主變壓器容量的選擇主變壓器與發(fā)電機采用單元接線，其容量的確定方法為：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。S=-300x(1-5%)x(1+10%)=368.82(MVA)0.85主變壓器等級的選擇變壓器一次側(cè)接電源，相當(dāng)于用電設(shè)備，二次側(cè)向負荷供電相當(dāng)于發(fā)電機。因此，變壓器一次側(cè)額定電壓等于線路電壓(用電設(shè)備額定電壓)，對于直接和發(fā)電機相連的變壓器一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機額定電壓。變壓器二次側(cè)看作發(fā)電機，其額定電壓應(yīng)為線路額定電壓的105%?？紤]到變壓器的額定電壓是按空載條件定義的，而在帶負荷運行時，其內(nèi)部損耗存在電壓損耗，約為5%，為在帶負荷運行時，使線路始端電壓能為線路額定電壓的105%，變壓器二次側(cè)額定電壓定為較線路額定電壓高10%。因此，變壓器低壓側(cè)為20KV，高壓側(cè)為220X(1+10%)=242KV。變壓器所選型號如下：變壓器型號額定容量(KVA)額定電壓(KV)空載電流(%)阻抗電壓(%)空載損耗(KW)負載損耗(KW)連接組標號高壓低壓SFP7-370000/20370000242+2X2.5%200.3812~14221790YNd11五.發(fā)電機一主變壓器接線4臺300MW機組分別與主變壓器組成單元接線，對200MW以上機組，發(fā)電機出口采用分相封閉母線，為減少斷開點，亦可不裝隔離開關(guān)，但應(yīng)留有可拆點以利于機組調(diào)試。為提高供電可靠性，4臺發(fā)電機組分別接于各母線上。各個電源和各回路負荷可以任意分配到某一組母線上，能適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要，靈活性高。并且向雙母線左右任何方向擴建，均不會影響兩組母線的電源和負荷自由組合分配，在施工中也不會造成原有回路停電，擴建方便。但適用于110?220kV配電裝置出線回路為5回及以上，且母線上電源較多、輸送和穿越功率較大、母線故障后要求迅速恢復(fù)供電、母線或母線設(shè)備檢修時不允許影響對用戶的供電、系統(tǒng)運行調(diào)度對接線的靈活性有一定要求的電網(wǎng)。第二節(jié)電氣主接線的選擇陽泉二電廠是山西電力主力電廠之一，電廠位于負荷中心，裝機容量大，在電網(wǎng)中處于十分重要的地位。電網(wǎng)對電廠電氣主接線的安全可靠性及運行靈活性都有較高的要求。電氣主接線與電廠的可靠性、高壓配電裝置的占地面積、設(shè)備投資費用及運行方式等多種因素有關(guān)。根據(jù)陽泉第二發(fā)電廠在系統(tǒng)中的作用和地位、系統(tǒng)運行方式及系統(tǒng)專業(yè)對該廠接入系統(tǒng)的論證。一般總?cè)萘繛?000MW及以上、單機容量為200MW及以上為大型電廠。

因此根據(jù)電壓等級、出現(xiàn)回路數(shù)、機組容量決定在初步設(shè)計中，對電氣主接線提出了雙母雙分段母線接線及一個半斷路器接線兩種方案。一.初選接線方案雙母線雙分段接線當(dāng)雙母線接線配電裝置的進、出線回路數(shù)多時，為增加可靠性和運行上的靈活性，可在雙母線的兩條母線上加分段斷路器，形成雙母線雙分段接線。雙母線雙分段接線克服了雙母線雙母線雙分段接線圖存在全?？赡苄缘娜秉c，縮小了故障停電范圍，提高了接線的可靠性。特別是雙雙母線雙分段接線圖母線雙分段接線，比雙母線單分段接線只多了一臺分段斷路器和一臺母線電壓互感器和避雷器，占地面積相同，但可靠性提高明顯。在任何雙重故障情況下不致造成配電裝置全停。該接線在系統(tǒng)運行中也非常靈活，可通過分段斷路器和母聯(lián)斷路器將系統(tǒng)分割成幾個互不連接的部分，達到限制短路電流、控制潮流、縮小故障停電范圍等目的。雙母線雙分段接線比雙母線接線增加了兩臺斷路器，投資有所增加。但雙母靠性和靈活性。2.一臺半斷路器接線這種接線方案在發(fā)生各種單一故障甚至母線故障時，任何回路都不會停電，并保持原來的運行方式。甚至于兩組母線同時故WL1WL2WL3WL4WL5嘰6WL7WL84APPAT1G13QS-lUtFlU111PPA:J：gJQF18J靠性和靈活性。2.一臺半斷路器接線這種接線方案在發(fā)生各種單一故障甚至母線故障時，任何回路都不會停電，并保持原來的運行方式。甚至于兩組母線同時故WL1WL2WL3WL4WL5嘰6WL7WL84APPAT1G13QS-lUtFlU111PPA:J：gJQF18J：W2W1臺半斷路器接線圖二.主接線方案的比較從技術(shù)上論證兩方案優(yōu)缺點，進行經(jīng)濟計算比較和可靠性定量分析計算比較。最后獲得最優(yōu)的技術(shù)合理、經(jīng)濟可行的主接線方案。比較如下：1.可靠性計算比較可靠性是指系統(tǒng)、設(shè)備在規(guī)定的條件下和預(yù)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。可以用邏輯表格法計算主接線可靠性，邏輯表格法是以供電連續(xù)性作為系統(tǒng)可靠工作的判據(jù)。其基本思想是針對主接線具體接線，分析因故障或計劃檢修切除某一設(shè)備（回路）時，應(yīng)當(dāng)將那些相鄰設(shè)備斷開，即所有可能故障或檢修的設(shè)備（主要是斷路器和母線）由于切除而對主接線的影響。對處于完好的、故障的以及某設(shè)備檢修時與另一設(shè)備故障相重疊等情況一一列舉出來，分別計算其出現(xiàn)的概率，填入典型的表格中，然后根據(jù)全概率公式計算出某設(shè)備在一年內(nèi)平均切除次數(shù)和停運時間的概率，從而表明其主接線的可靠性。對于接線方案的可靠性計算采用邏輯表格法，應(yīng)具備以下資料：設(shè)備的故障率一包括斷路器故障率人Q（f/a）、母線故障率七、變壓器故障率人T、發(fā)電機故障率人G、線路故障率人乙［F/（a-100km）］（指100km的線路在一年內(nèi)發(fā)生的平均次數(shù)）等等。雖然在主接線中的隔離開關(guān)數(shù)量很多，但均與斷路器配套使用，且其故障率比斷路器小一個數(shù)量級，為簡化可靠性計算工作量，常把隔離開關(guān)的故障率分別計入其相鄰的斷路器中，不致影響可靠性計算的準確性。斷路器故障停運時間Tf）一指查明和排除一次故障所需的時間。斷路器大修周期R0（尸/a）一指每臺斷路器每年的平均大修次數(shù)，其值隨斷路器類型及電壓等級而異。斷路器大修時間TQr0(h)一指每臺斷路器每次大修所需的平均時間。斷路器小修時間TQr(h)一指每臺斷路器每次小修所需的平均時間。斷路器小修周期七(r/a)一指每臺斷路器每年小修次數(shù)。母線故障停運時間T町(h)一指母線因故障每次停運的平均時間。母線檢修周期r〃(r/a)一指母線每年平均檢修次數(shù)。母線檢修停運時間TWr(h)一指母線每次檢修平均時間。故障查明時間T0(h)—每次查明故障所需平均時間。11隔離開關(guān)分(合)時間TC(h)一指隔離開關(guān)操作一次(分或合)所需的平均時間。已知條件：①220kV采用SF6斷路器，輸電線路長度取乙東北=10km，乙正西=130km，乙西南=150km，乙西北=10km，設(shè)備原始數(shù)據(jù)為：斷路器故障率XQ=0.014f/a，母線故障率人W=0.1f/a，線路故障率人￡=0.01f/a，斷路器大修周期R0=0.2f/a、斷路器小修周期Rq=1r/a、斷路器故障停運時間T方=60h、斷路器大修時間TQr0=500h、斷路器小修時間TQr=90h、故障查明時間T0=0.3h、隔離開關(guān)分合閘時間TC=0.1h、母線故障停運時間Twf=8h、母線檢修周期rwr=1r/a、母線檢修停運時間Tw=6ho②雙母雙分段接線正常運行方式時，T號2接母線W1T2L3L4接母線W2.T3L5L6接母線W3T4L7L8接母線1, 2, 3, 4 23.5.6 34,7,8W4.QF13,QF14,QF戚QF16全部投入，以不固定接線方式連接運行。1.先求其輔助系數(shù)⑴斷路器故障率人Q,，有XQf+.l嘉+人，對斷路器分別計算。其中對母聯(lián)斷路器及一串的中間斷路器的XQ修正為2人Q值，計算結(jié)果示故障表。表1-1雙母雙分段接線斷路器故障率表斷路器線路長自身故線路影母線某斷路QF0100.01400.0020.016

QF0200.01400.0020.016QF0300.01400.0020.016QF0400.01400.0020.016QF05100.0140.0010.0020.017QF06100.0140.0010.0020.017QF071500.0140.0150.0020.031QF081500.0140.0150.0020.031QF091300.0140.0130.0020.029QF101300.0140.0130.0020.029QF11100.0140.0010.0020.017QF12100.0140.0010.0020.017QF1300.02800.0040.032QF1400.02800.0040.032QF1500.02800.0040.032QF1600.02800.0040.032表1-2一臺半斷路器接線斷路器故障率表斷路器線路長自身故線路影母線影某斷路QF100.01400.0040.018QF2100.0280.0010.0040.033QF3100.0140.0010.0040.019QF4100.0140.0010.0040.019QF5100.0280.0010.0040.033QF600.01400.0040.018QF71300.0140.0130.0040.031QF81300.0280.0130.0040.045QF900.01400.0040.018QF1000.01400.0040.018QF111300.0280.0130.0040.045QF121300.0140.0130.0040.031QF1300.01400.0040.018QF141500.0280.0150.0040.047QF151500.0140.0150.0040.033QF161500.0140.0150.0040.033QF171500.0280.0150.0040.047QF1800.01400.0040.018QF19100.0140.0010.0040.019QF20100.0280.0010.0040.033QF2100.01400.0040.018QF2200.01400.0040.018QF23100.0280.0010.0040.033

QF24100.0140.0010.0040.019斷路器故障停運系數(shù)，由公式K浙=W匝分別對不同的方案求得。Qfi8760①雙母線接線KQ5Kq7KQf9:KQf13°.016X60=0.000109687690.017x60KQ5Kq7KQf9:KQf13°.016X60=0.000109687690.017x60=0.000116487600.031X60=0.000212387600.029X60=0.000198687600.032X60=0.00021928760KQf1=KQf2=Kq3=Kq4=0.0001096KQf5=Kq6=J=KQf12=0.0001164KQf=KQf=0.0002123KQf9=KQf10=0.0001986KQf13=KQf14=KQf15=KQf16=0.0002192KQf1=8760=0.0001233=KQf6=KQf9=虬Qf10=KQf13=KQf18=KQf21=KQf22:KQf3=0.019x60=0.0001301KQ3=Kq4=K8760KQf7=0.031x608760=0.0002123KQ7=Kf=0K…=0.033x60=0.000226②一臺半斷路器接線8760x0.0001233KQf1Qf19=KQf24=0.0001301KQf2=KQf5=KQf15=KQf16=KQf23=KQf20=0.000226K=0.045X60=0.0003082Qf8 8760K=0.047X60=0.0003219Qf14 8760氣8=KQf11=0.0003082KQf14=KQf17=0.0003219⑶斷路器計劃檢修停運系數(shù)KQr日0TQr0+^QTQr 0.2X500+1X90X1一 ^^= =0.019687608760⑷母線故障停運系數(shù)K=*wTf=0.1x8=0.0000913Wf 8760 8760⑸母線計劃檢修停運系數(shù)K=*/伊=^6=0.0006849心 8760 8760⑹正常工作系數(shù)①雙母線雙分段母線：K。=1-月KQfi_?膈=0.6838。1 1②一臺斷路器接線：K0=1-尹Kq.=0.52961⑺一臺斷路器檢修期間，另一臺故障停運，引起對應(yīng)線路被迫停運時間，分別計算斷路器和母線故障。T2 602①斷路器故障：Tnf2=Tf2-2"2=60-2x =56.4(h)r1822822x500=7.936(h)②母線故障：TfTwf-2Tr1⑻一母線檢修期間，另一元件故障，引起對應(yīng)線路被迫停運時間，分別計算斷路器和母線故障1=—x61=—x6=3(h) ②母線故2①斷路器故障：Tw1f2=2Twr1 1'早:Twnwf=2Twr=2X6=3(h)引起對應(yīng)元件被迫停運時間，即對應(yīng)元件經(jīng)斷路器或其它元件故障引起對應(yīng)元件被迫停運時間，即對應(yīng)元件經(jīng)切換的恢復(fù)時間，由下式計算。T=T0+nTc=0.3+nx0.1 式中，n視隔離開關(guān)需切換臺數(shù)而定。切換的恢復(fù)時間，由下式計算。全部元件正常時，某斷路器或母線故障的停運頻次由式可得。人=K人、r0f20f2人斷路器檢修時，另一斷路器或母線故障的停運頻次由式"r1f2=Kr1"f2可得。以上輔助參數(shù)經(jīng)計算后，其結(jié)果分析列入表中，根據(jù)全概率定理即可求得：各元件的停運概率；各元件每年停運的時間；同時切除兩元件的概率；同時停運頻次等可靠性指標。2.兩方案可靠性計算結(jié)果分析(1)各回路每年停運頻次及停運時間由表1-3可見：元件的停運頻次，雙母雙分段接線相應(yīng)比一臺半斷路器接線要高0.6649~3.9363倍；元件每年停運時間要高3.9863~13.1108倍。

表1-3各回路每年停運頻次及停運時間對比表停運元停運頻次（f/a）停運每年停運時間停運IIII/IIIIII/L10.200.053.7561.130.119.94L20.200.063.1611.130.166.99L30.230.082.8501.960.238.30L40.230.082.7111.960.1910.3L50.230.082.7031.840.1511.5L60.230.082.5911.840.218.47L70.200.210.9601.130.234.90L80.200.310.6641.130.283.98T10.200.053.9361.080.0813.1T20.200.063.0111.080.138.16T30.230.073.1861.080.137.91T40.200.210.9661.070.195.57（2）不同元件發(fā)生停運的頻次由表1-4可見：一臺半斷路器接線不會發(fā)生五元件及以上同時停運、而雙母雙分段接線在相同條件下，可能發(fā)生五元件以上同時停運。表1-4不同元件數(shù)量發(fā)生停運頻次對比表停運元停運頻次（f/a）1雙母雙分段接線II一臺半斷路器接線件數(shù)量元件0.5982073二元件0.032130.3593696三元件0.60022四元件0.00027396五元件0.01449六元件0.11151九元件0.00008通過邏輯表格法對兩方案分析計算，明顯得出一臺半斷路器的可靠性優(yōu)于雙母雙分段接線。II、經(jīng)濟計算比較采用最小費用法，對兩方案進行經(jīng)濟性計算比較。斷路器：14500元/個隔離開關(guān)：29000元/個第一方案雙母線雙分段接線：斷路器：16個隔離開關(guān)：44個斷路器費用：14500X16=232000元隔離開關(guān)費用：29000X44=1276000所有電器折算到施工年的總投資為01=232000+1276000=150.8萬元，折算年運行費U運行費U=248.6484萬元（U—220)56