发电厂电气部分课程设计.pdf

发电厂电气部分课程设计 发电厂电气部分课程设计 学院： 水利水电学院 班级： 电力081 姓名： 李梦林 学号： 3080651015 指导老师：姚李孝 - 1 - 发电厂电气部分课程设计任务书发电厂电气部分课程设计任务书 一 课程设计目的和要求 1 目的 发电厂电气部分课程设计是在学生学习发电厂电气部分后的一次综合训练，通过这 次训练不仅使学生巩固了本课程及其他课程的有关内容，而且增强学生工程观念，培养 他们的电气设计能力。 2 要求 1）熟悉国家能源开发策略和有关的技术规程，规定，树立供电必须安全，可靠，经济 的观念； 2）掌握发电厂初步设计的基本方法和主要内容； 3）熟悉发电厂初步设计的基本计算； 4）学习工程设计说明书的撰写。 二 原始资料 1 发电厂情况 （1）类型：火电厂 （2）发电厂容量与台数3200+1300MW，发电机电压15.75kv，cos=0.85 （3）发电厂年利用小时数Tmax=5300h； （4）发电厂所在地最高温度40 摄氏度，年平均温度20 摄氏度，气象条件一般，所在地海 拔高度低于1000m。 2 电力负荷情况 1)发电机电压负荷：最大40MW，最小30MW，cos=0.85，Tmax=6000h。 2)220kv 电压负荷：最大100MW，最小50MW，cos=0.85，Tmax=5000h。 3)其余功率送入500kv 系统，系统容量10000MVA。归算到500kv 母线阻抗为0.03，其中Sj=100MVA。 4）自用电8%。 5）供电线路数目。 （1）发电机电压，架空线路10 回，每回输送容量5MW，cos=0.85 （2）220kv 架空线路6 回，每回输送容量80MW，cos=0.8 （3）500kv 架空线路2 回，与系统连接。 三 设计成果 1 课程设计说明书 1 份。 2 发电厂电气主接线图 1 张。 3 课程设计计算书 1 份。 - 2 - 目录 目录 课程设计任务书1 原始资料分析3 主接线方案设计4 短路电流计算6 主要电气设备选择10 参看文献12 附录： 电气主接线图 短路计算 电气设备校验 - 3 - 原始资料分析 原始资料分析 该电厂为大中型电厂，其容量为3200+1300=900MW。占电力系统容量 ()85 . 0 90010000 85 . 0 900 + =9.57%,超过电力系统的检修备用容量815%，没有达到事故备用容量10%的限 额。说明该电厂在带那里系统中的作用比较重要，而且年利用小时数5300h5000h，大于电力系统发 电机组的平均最大利用小时数，该电厂为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该电厂的电气 主接线可靠性要求比较高。 从负荷特点及电压等级可知，发电机出口15.75kv电压等级负荷不大，共有10回出线，应采用直 馈线；220kv电压等级共有6回出线，承担了一部分的负荷，为保证检修出线短路器不至于造成回路停 电，应采用双母线；对于500kv，虽然只有2回出线，然而送出容量900-40-100-9008%=688MW，可 见对于500kv的接线要求很高。 方案设计原则 方案设计原则 主接线是发电厂电气设计的首要部分， 它是由高压电器设备通过连接线组成的汇集和分配电能的 电气主回路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂本身运行的可靠 性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置、继电保护和控制方式的选定有较 大影响。因此，发电厂的主接线应根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠 运行和经济调度的要求。 根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平 衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、 灵活性和经济性的要求。 1）单元接线 其是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种，此种接线方法设备 更多。本设计中机组容量为 900MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路 器。这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格 甚高等原因造成的困难。 2）单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线 优点：在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不 带电，通常两侧的开关处于合闸状态，检修时两两互为热备用；检修 QF 时，可不停电；可靠性高， 运行操作方便。 缺点：增加了一台旁路断路器的投资。 3）单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线 优点：可以减少设备，节省投资；同样可靠性高，运行操作方便； 4）双母线接线 - 4 - 优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。 缺点：由于 220KV 电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较 复杂，对运行人员要求高。 5）双母线带旁路母线的接线 优点：增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。 缺点：多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作。 主接线方案选择 主接线方案选择 一 根据电压等级从而确定母线接线形式的选择 发电机电压 15.75kv 侧：10 回馈线传输容量为 5MW 负荷，可采用双母线接线、双母分段接线形式； 考虑其本厂性质，以及年利用小时数 6000h 非常高，拟采用双母分段接线形式。 220KV 侧：6 回出线回路传输容量为 80MW 负荷，可采用双母线分段接线、双母带旁母接线等形式； 考虑其可靠性要求高，年利用小时数为 5000h，拟采用双母分段接线形式。 500KV 侧： 2 出线回路与系统联系送出本厂最大电力 90050480-9008%=738MW， 故该厂 500KV 级对可靠性要求非常高，拟采用一台半接线形式。 二 变压器的选择 1.220KV 级母线所带负载容量为 100MW,仅需要一台额定容量为 200MW 发电机满足要求，但此 电压级 Tmax=5000h，考虑其可靠性比较高，应连接多台发电机共同供电，互为备用，使其在任意一台 发电机检修或故障时，仍可保证 70%以上负荷不断电。 各发电机与其主变压器采用发电机-双绕组变压器组成的单元接线（接线简单、开关设备少、操 作简单） ，因是大型机组在发电机出口不装断路器，但为调试发电机方便可装隔离开关；又因不设发 电机电压级母线，而在发电价和变压器之间采用封闭母线，使在发电机和变压器低压侧短路的几率和 短路电流减小。 因不受运输条件限制，220KV 母线所连主变压器均选用三相变压器。 3.500KV 级母线与系统联系， 可靠性要求较高； 当本厂内部因最大一台机组 （或同时有另一机组） 检修或故障且无法满足正常负荷需求时，系统可通过 500KV 母线倒送容量已满足本厂基本运行及所 连多数负荷不断电。 又因其接线为一台半接线形式，使其可靠系数大为提高，故对 500KV 母线上所接发电机容量和 台数要求不大。但考虑变压器变比过大时，变压器的损耗越大，且不易选得合适的断路器、继电保护 装置等二次设备，使投资加大。故拟定在 500KV 母线上可连接 300MW 发电机，且数量不能超过一 个。 300MW 发电机与其主变压器采用发电机-双绕组变压器组成的单元接线且直接连接到 500KV 级 母线上，同 220KV 电压级一样，省略发电机与主变压器低压侧间的断路器等，使操作简单，投资减 少。 对电机容量为 300MW、并直接升压到 500KV 的，宜采用三相变压器。 三 变压器容量选择 1）主变压器的选择主变压器的选择 单元接线中的主变压器容量 SN 应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留 5的裕度 选择，为 - 5 - G PNG N COS S = )-1 (05. 1 ()1 . 2 NG 发电机容量 N S 通过主变的容量 厂用电:4% G COS 发电机的额定功率:0.85 2）联络变压器的选择联络变压器的选择 连续两种升高电压母线的联络变容量的确定原则： （1）联络变容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有功功率和无功功率交 换。 （2）联络变压器的台数根据规定一般只设置一台，最多不超过两台，因本厂容量较大，考虑其可 靠性，安装两台联络变压器（其中一台为冷备用） 。 （3）联络变压器的容量一般不应小于接在两种电压母线上的最大一台机组容量，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；同时在线路检修或故障时，可通过联络 变压器将剩余容量送入另一系统。 根据本设计电厂有三个电压等级，联络变压器宜选用三绕组变压器，其低压绕组可接高压厂用起/ 备用变压器或无功补偿装置。 根据以上分析，现拟定主接线的初步方案，并依据对主接线的基本要求，从技术上进行论证各方 的优、缺点，淘汰了一些较差的方案，保留了两个技术上相对较好的方案。 方案一： - 6 - 方案二： 3）两个方案的经济性比较 方案一和方案二相比，不同之处是在500kv与220kv之间的联系不同，方案一采用三绕组变压器连 接220kv和500kv，而方案二采用三绕组变压分别接到220kv和500kv母线。通过比较，我们可以发现两 者的花费相差不是很大。 对于方案一来说，运行方式更加灵活，而且220kv和500kv之间可以相互备用。当500kv电源无故 障时短路器断开，当发生故障，可以通过220kv母线供应，保证供电的可开性。 综上所述，确定方案一。 短路电流计算 电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在供电系统的设计和运 行中，还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统危害最大的是短路故障。短路 电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。因此，短路电流计算是电气主接线的方案比 较、电气设备及载流导体的选择、节地计算以及继电保护选择和整定的基础。 短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。如电力系统中，相与相之间的火中性点直接节 - 7 - 地系统中的相与地之间的短接都是短路。为了保证电力系统的安全、可靠运行，在电力系统设计和 运行分析中，一定要考虑系统等不正常工作状态。 短路计算的基本假定和计算方法 1基本假定 （1）正常工作时，三相系统对称运行。 （2）所有电源的电动势相位角相同。 （3）系统中的电机均为理想电机，不考虑电磁饱和、磁滞、涡流及导体肌肤效应等影响；转子结 构完全对称； （4）短路发生在短路电流为最大的瞬间； （5）不考虑短路电的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 2短路电流计算的方法 对应系统最大运行方式下， 按无限大容量系统， 进行相关的短路点的三项短路电流计算， 求得 I、 ish值。 I - 三相短路电流； ish - 三相短路冲击电流。 无限大容量电力系统是指容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统， 当用户供电系统发生 短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变，可将该电力系统视为无限大容量电力系统。 但是，在实际电力系统中，他的容量和阻抗都有一定的数值，一次，当用户供电系统发生短路时， 电力系统变电所馈电母线上的电压相应的有所变动。但一般的供电系统，由于它是在小容量线路上 发生短路，电力系统母线电压基本不变，因此，电力系统可视为无限大容量电力系统。由于无限大 容量电力系统的三相短路电流是对称的，所以变化规律只需考虑一相的。 本次短路计算中，选取了两个短路计算点，15.75KV 母线，220KV 母线和 500kv 母线上各一个，短 路类型定为对系统影响最为严重的三相短路。短路电流计算的结果如表所示，详细计算过程见附录 I 等值电抗图如下图所示： 短路电流计算结果 0时短路电流 周期 0.06时短路电流周 期 0.1时短路电流周 期 0.2时短路电流周 期 0.4时短路电流周 期 短 路 点 编 号 短路 点平 均 电压 Uj 基准 电流 Ij 电源 名称 计算电 抗 Xjs 周 期 分 量 I 非 周 期 分 量 If z 短 路 容 量 Sd 周期 分量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 周期 分量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 周期 分量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 周期 分量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 短路冲 击电流 全电 流 G1G2 G3 0.4 2. 66 3. 76 2302.472.184702.371.51 451. 5 2.190.654162.040.12 387. 6 3.06 1.17 G4 0.63 1. 61 2. 28 1401.541.362581.490.95 283. 1 1.430.41 271. 7 1.380.08 262. 2 1.86 0.71 系统0.14 7. 72 10 .9 2 6776.445.5710965.343.42 10144.881.42 927. 2 4.040.24 767. 6 8.89 3.4 D1 500 0.11 合计 11 .9 9 16 .9 6 104 7 10.4 5 9.1118249.25.88 17488.52.4816154.760.44141713.81 4.74 G1/G 2/G3 0. 25 4. 53 6. 41 9003.983.515153.722.38 16103.290.9514152.90.17124711.82 4.52 G4 0. 27 4. 18 5. 91 4203.713.314393.492.23 15113.110.9013372.770.1611915.47 2.09 D2 22 0 0.25 系统0.19 6. 02 8. 51 29 97 5.124.5119354.694.15 20174.021.1717293.430.21147539.37 15.0 5 - 1 - 合计0.71 14 .7 3 20 .8 3 43 17 12.8 1 11.3 1 488911.98.76 5138 10.4 2 3.0244819.1 0.54391356.66 21.6 6 短路电流计算结果 0时短路电流周期 0.06时短路电 流周期 0.1时短路电流周 期 0.2时短路电流周 期 0.4时短路电流周期 短 路 点 编 号 短路 点平 均 电压 Uj 基准 电流 Ij 电源 名称 计算 电抗 Xjs 周 期 分 量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 周期 分量 I 非 周 期 分 量 If z 短 路 容 量 Sd 周期 分量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 周期分 量 I 非 周 期 分 量 If z 短路 容量 Sd 周期分 量 I 非周 期分 量 Ifz 短路容 量 Sd 短路 冲击 电流 全电 流 G1/G 2/G3 0.14 7.7 2 1 0 . 2 961 .1 6.44 5. 67 4 0 9 4 5.843.7437144.88 1. 42 31044.040.242569 39.5 5 15.1 2 G4 1.13 8 9 12 65975 8 7 7 7 55 32 855.44540683 2. 41 5278820.495215 24.5 9 9.4 系统1.76 5 8 82 1169 6 5. 7 5 31 80 563.58227655 1. 59 3498560.343562 48.1 3 18.4 D3 15.7 5 3.67 合计3.03 102 .52 31.7 2 1863 2 20.8 4 18 .3 7 12 73 4 19.9 4 12.7 6 1139 6 18.68 5. 4 1188 0 17.84 1.0 7 11 34 6 112. 27 42.9 2 电气设备选择的一般条件 1) 按正常工作条件选择 额定电压： 所选电气设备和电缆的最高允许工作电压， 不得低于装设回路的最高运行电压 UNUmax 额定电流：所选电气设备的额定电流 IN，或载流导体的长期允许电流 Iy，不得低于装设回路的最 大持续工作电流 I max 。计算回路的最大持续工作电流 I max 时，应考虑回路在各种运行方式下的 持续工作电流，选用最大者。 2) 按短路状态校验 热稳定校验： 当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值，It2.t Qk，tk=tin+ta，校 验电气设备及电缆（15.75KV 厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动 作时间加断路器全分闸时间。 动稳定校验： iesish，用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不用校验动稳定； 3) 短路校验时短路电流的计算条件： 所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电 路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路 的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路 中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。 断路器选择的具体技术条件如下： 额定电压校验：UNUMAX 额定电流校验：INIMAX 开断电流：INbrI 动稳定：iesish 热稳定：It2t Qk 根据电气工程专业毕业设计指南-电力系统分册和中华人民共和国国家标准油浸式电力变压 器技术参数和要求 500kV 级 GB/T 1627419