《发电厂课程设计》word版.docx

目 录摘要2第一章 电气主接线31.1系统与负荷资料分析31.2接线主方案的选择41.3主变压器的选择与计算51.4厂用电接线方式的选择6第二章 短路电流的计算92.1短路电流的计算9第三章 电气设备的选择133.1高压断路器和隔离开关的选择133.2电压互感器的选择143.3电流互感器的选择143.4电气设备选择结果表15第四章 配电装置174.1配电装置的选择17第五章 安全保护装置185.1避雷器的选择185.2 继电保护的配备19心得体会20参考文献21摘要本设计是针对2300MW总装机容量为600MW的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用电高压部分的设计，它主要包括了五大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择、安全保护装置。其中详细描述了短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，列出各设备选择结果表，并对设计进行了理论分析。关键词: 主接线,发电机,变压器,短路电流,安全保护第一章 电气主接线1.1系统与负荷资料分析1. 工程情况由原始资料可知，本设计根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为1200MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装5台300MW机组，总容量占相联电力系统总容量的3.125%,没有超过电力系统检修备用容量8%-15%和事故备用容量10%的要求，这说明了该火电厂在未来电力系统中的不占主导作用和地位，主要是负责地区供电，而且年利用小时数为60005000,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此该电厂的电气主接线要求有较高的可靠性。该发电机端额定电压为20KV，电厂建成后以6KV电压供+给本厂负荷，厂用电为8%。以220KV电压等级供给系统，架空线8回，属于I级负荷，最大输送200MW，Tmax4000h/a并以110KV电压等级供给负荷，架空线8回，也属于I级负荷，最大输送180MW，Tmax4000h/a。并且本设计需要做到的技术指标要求保证供电安全、可靠、经济，且功率因数达到0.85。2. 电力系统情况该发电厂在电力系统中的作用与地位为地区电厂，地区电厂靠近城镇。电力系统总装机容量为16000 MW，短路容量为10000MVA。该发电厂联入系统的电压等级为220KV。3. 负荷分析该发电厂有两个电压等级，其负荷分析分别如下 ：220KV电压等级：有架空线8回，备用两回，即十回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送200 MW，最大负荷小时数为4000 h/a，功率因数为0.85。110KV电压等级：有架空线8回，即8回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送180 MW，最大负荷小时数为4000 h/a，功率因数为0.85。由于两个电压等级所联负荷均为一级负荷，且最大负荷小时数为4000 h/a，故对主接线的可靠性要求很高。4. 设备情况原始资料中给出了两台发电机的容量，这里对单台300 MW发电机设备的型号进行选择。根据原始资料中给出了发电机的容量，课选择出发电机的型号，选择结果如下表：发电机型 号额 定电 压(KV)额定功率(MW)功率因数次暂态电抗G-1G-2QFSN-300-2203000.90.0621.2接线主方案的选择1. 110KV电压等级：出线为8回架空线路，I级负荷，最大输送180MW，为实现不停电检修出线断路器，可采用单母线分段带旁路或双母线带旁路接线形式。由于两台发电机组单机容量均为600MW，而110KV侧的最大负荷为180MW，其全年平均负荷为72043008760=353.43MW。若接一台600MW机组，其容量远大于最大负荷720MW以及年平均负荷353.43MW，若当联络变压器出现故障时，会造成发电机大量积压容量，可能引起发电机出现甩负荷现象，并且在选择主变压器时有一定困难，所以在110KV侧不接发电机，而通过两台联络变压器从220KV侧引接来给110KV侧负荷供电。而且，最大输送200MW，同型号的发电机一般接在同一电压等级，因此为使联络变容量竟可能小，对于110KV电压等级，拟采用不接发电机组的方式。2. 220KV电压等级：出线为12回架空线路，承担一级负荷，为使其检修出线断路器时不停电，可采用双母线或双母分段接线形式，以保证供电的可靠性和灵活性。两台发电机的出口电压均为220KV、单机容量均为600MW，其额定电流和短路电流都很大，发电机出口断路器制造困难，价格昂贵，并且600MW及以上机组对供电可靠性要求级高，拟采用分相封闭母线直接与主变压器连接，并构成单元接线接至220KV母线上，可减少出口断路器和隔离开关，大大限制短路电流，提高可靠性与经济性，也减少事故的发生。综上所述，选择主接线方案：发电机出口采用分相封闭母线；110KV电压等级采用双母线带接线形式。220KV电压等级采用双母线带接线形式。两台发电机与分别与两台变压器接成发电机-变压器单元接线形式接至220KV电压母线上；220KV电压母线和110KV电压母线之间设有两台联络变压器；通过这两台联络变压器由220KV电压母线给110KV侧负荷供电。1.3主变压器的选择与计算变压器的选择包括容量、台数、型式和结构的选择。1. 单元接线的主变压器容量的确定原则单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。两台主变压器的容量为600-6006%=564MW，600MW发电机的功率因素为0.9，所以这两台变压器的容量为564(1+0.1) /0.9=689.3MVA。2. 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下，网络间的有功功率和无功功率交换，一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求；同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。这里选择两台三绕组变压器3. 变压器台数的确定原则发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联系的中、小型发电厂和低压侧电压为6-10KV的变电所或与系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。4. 主变压器型式和结构的确定原则选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。在330KV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，增加了维修工作量。对于大型三相变压器，当受到制造条件和运输条件的限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器来取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。电力系统采用的绕组连接方式只有星型“Y”和三角形“D”两种。变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。我国规定，110KV及以上电压等级，变压器三绕组都采用“YN”连接；35KV采用“Y”连接，其中性点通过消弧线圈接地；35KV以下高压电压，变压器三绕组都采用“D”连接。另外，厂用备用电源可由联络变压器从110KV和220KV的母线上所取得，同时也可以在某台发电机检修时造成母线上功率供应不足时，也可以起到功率传送的作用，查表可得SFPF7-150000/220变压器符合该要求。具体参数如下： 变压器型号额定电压(KV)短 路阻 抗%额定容量(MVA)联结组高压中/低压主变压器SSPL90000/22024222.5%10.513.750900YN，d11联络变压器SFPSL0-240000/22024212142.5%/15.75高中2.58高低41.0中低6.07100/100/50YN,a0,d11厂用变压器SFF1031500/20206.3/6.31531.5/220D,d12，d12厂备用SFF7-31500/15.7515.7522.5%6.3全穿越9.5 半穿越16.631.5/220YN，y111.4厂用电接线方式的选择厂用电接线除应满足正常运行安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足：1. 充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。2. 尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。对于200MW及以上的大型机组，厂用电应是独立的，以保证一台机组故障停运或其辅助机械的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。3. 便于分期扩建或连续施工，不致中断厂用电的供应。对公用厂用负荷的供电，须结合远景规模统筹安排，尽量便于过渡且少改变接线和更换设备。4. 对200MW及以上的大型机组应设置足够容量的交流事故保安电源。5. 积极慎重地采用经过试验鉴定的新技术和新设备，使厂用电系统达到先进性、经济合理，保证机组安全满发地运行。厂用电接线形式的拟定如下：厂用电压共分两级，高压为6kV，低压为380/220kV，厂用高压设全厂6kV公用厂用母线。系统主接线图如下：第二章 短路电流的计算短路计算在设计发电厂主接线的过程中有着重要作用，它为电气设备的选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。当短路发生时，对发电厂供电的可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能导致电力系统失去稳定，甚至造成系统解列。2.1短路电流的计算1. 首先画出短路电流计算接线图及其等值电路，分别为图1，图2所示：图1 短路电流计算图图2 短路电流等值电路2. 取基准容量为SB=100MVA，基准电压UB取用平均电压，即UB=Uav。根据所选择的联络变压器的相关参数，可计算出其各绕组的等值电抗标幺值：X1=(X1-2+X1-3-X2-3)/2=(0.0607+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，各元件的等值电抗标幺值见图2。计算各发电机的额定容量：SG1=SG2=200/0.85MVA=235MVA3. 短路电流计算由于三相短路故障最为严重，故只计算三相短路情况。(1) 短路点d1d1短路时等值电路图如图3图3短路点的额定电压为220KV，取基准电压为230KV。基准电流IB=SB/UB=100/(230)KA=0.25(KA)再算系统电抗及系统的短路容量：X10=（X1+X3）/(X2+X4)=0.058X11=（X5+X6）/(X7+X8)=0.03042台发电机组对短路点d1的转移电抗为：Xk=X10/X11=0.0199Sk=SB/Xk=100MVA/0.0199=5025.13MVASc=10000MVA-5025.13MVA=4974.87MVA可求得系统电抗为：X9=SB/SC=100/4974.87=0.0201发电机G1，G2对短路点的计算电抗为Xjs10=0.0582352/100=0.2726其分支额定电流为IN=SN/UB=2352/(230)KA=1.18(KA)系统C对短路点的计算电抗为 Xjs9=0.0201其分支额定电流为IN=SN/UB=100/(230)KA=0.25(KA)系统C对短路点所产生的短路电流不衰减，其电流标幺值为计算电抗的倒数。各发电机组对短路点所产生的短路电流标幺值，可根据所求得的计算电抗，查发电机曲线数字表得到。冲击电流最大值的计算公式为ish=1.9Ipt，有效值的计算公式为ish=1.56Ipt。（2）短路点d2 d2短路时的等值电路如图4所示：短路点的额定电压为110KV，故去基准电压为115KV。其基准电流为：IB=SB/UB=100/(115)KA=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可求得系统电抗为：X9=SB/SC=100/5000=0.020发电机G1，G2对短路点的计算电抗为Xjs12=0.032352/100=0.141其分支额定电流为IN=SN/UB=2352/(115)KA=2.36(KA)系统C对短路点的计算电抗为 Xjs14=0.020其分支额定电流为IN=SN/UB=100/(115)KA=0.50(KA)因此系统C对短路点所产生的短路电流不衰减，其电流标幺值为计算电抗的倒数。各发电机组对短路点所产生的短路电流标幺值，可根据所求得的计算电抗，查发电机曲线数字表得到。冲击电流最大值的计算公式为ish=1.9Ipt，有效值的计算公式为ish=1.56Ipt。图4第三章 电气设备的选择3.1高压断路器和隔离开关的选择1. 断路器的种类和形式的选择因为110KV侧有8回出线，220KV侧有12回出线，所以接入110KV,220KV侧的高压断路器应选择SF6断路器。2. 额定电压的选择110KV侧: =1.1110KV=121KV220KV侧: =1.1220KV=242KV3. 额定电流的选择110KV侧: =1.052001000/1100.85=1.373KA220KV侧: =1.052001000/2200.9=0.686KA4. 开断电流的选择高压断路器的额定开断电流不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量,为了简化计算可应用此暂态电流I进行选择,即I。110KV侧: I=37.214KA220KV侧: I=17.007KA5. 短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值，即。110KV侧: =1.937.214=96.116KA220KV侧: =1.917.007=45.698KA 6. 热稳定校验2t取(短路切除时间)=4s。110KV侧: I=37.214KA I2 =31.627KA I4=30.961KA周期分量热效应= (I2+10I22+I42)/12=3207.176 (KA)2st1s不计非周期分量 = 220KV侧: I=17.007KA I2 =15.288KA I4=15.244KA周期分量热效应= (I2+10I22+I42)/12=714.712 (KA)2st1s不计非周期分量 =3.2电压互感器的选择电压互感器的选择和配置应按下列条件：1. 型式：620KV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV110KV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220KV级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互器。在需要检查和监视一次回路单项接地时，应选用三项五柱式电压互感器或具有第三绕组的单项电压互感器。2. 准确等级：电压互感器影子哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下：用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，共所有计算的电度表，其准确等级要求为0.5级。供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为级。用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为级即可。在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。3.3电流互感器的选择电流互感器的选择和配置应按下列条件：1. 型式：电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。对于620KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。2. 一次回路电压：3. 一次回路电流：4. 准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选5. 热稳定：电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流或一次额定电流的倍数来表示，热稳定校验式为：或 ()2 3.4电气设备选择结果表表3.1 110 KV侧的断路器选择110KV侧计算值项目LW11110UNs110KVUN110KVImax1297AIN16003150AI37.214KAINbr40/31.5KAIsh96.116KAINcl100/80KAQk3207.176(KA)2sIt2t402 3=4800(KA)2sIsh56.554KAIes100/80KA表3.2 220 KV侧的断路器选择220KV侧计算值项目LW6220UNs220KVUN220KVImax648.5AIN3150AI17.007KAINbr50KAIsh45.698KAINcl125KAQk714.712(KA)2sIt2t7500(KA)2sIsh26.531KAies125KA表4.3 110 KV侧的隔离开关选择110KV侧计算值项目GW4110DUNs110KVUN110KVImax1297A IN2.0KAQk3207.176(KA)2sIt2t6400(KA)2sIsh56.554KAies100KA表3.4 220 KV侧的隔离开关选择220KV侧计算值项目GW6220DUNs220KVUN220KVImax648.5AIN1.0KAQk714.712(KA)2sIt2t1764(KA)2sIsh26.531KAies50KA表3.5 各部分电压互感器的选择项目型号一次/KV二次/V剩余电压绕组/VImaxA110KVJCC1M-110110/30.5100/30.51001297A220KVJCC5-220220/30.5100/30.5100648.5A主变压器侧JDZ8-3535100100/发电机出口端JDZ6-2020100100/表3.6 各部分电流互感器的选择项目 型号额定电流比/A短时热稳电流/KA额定动稳电流/KA满匝额定输出/VA准确 级110KVLCWB6-1102300/5 31.5 80 500.2220KVLCWB7-2202600/1221 255 40 0.2主变压器LZZB7-35800/5 31.5 80 50 0.2发电机出口LDZJ1-101500/5 80 163 40 0.2第四章 配电装置4.1配电装置的选择火力发电厂及变电所的培植形式的选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。配电装置应满足以下四点要求： 节约用地，运行安全和操作巡逻方便，便于检修和安装，节约材料，降低造价 。本设计的地理环境较好，没有地震，雷暴日也很少，且没有明显的环境污染，所以综合所有条件和技术，选用屋外式中型配电装置。第五章 安全保护装置在电力系统中，一定的保护装置是必要的，主要是防雷保护和继电保护。5.1避雷器的选择避雷器应按下列条件选择：（1）型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点。（2）额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。（3）灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）。(4)工频放电电压Ugf：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般大于最大运行相电压的3.5倍。在中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍。(5)冲击放电电压和残压：一般国产阀式避雷器的保护特性与各种电器的具有均可配合，故此项校验从略。根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间；110、35