4215;200MW火力发电厂电气设计毕业论文.doc

XX 大学电力学院毕业设计 1 4 200MW 火力发电厂电气设计毕业论文火力发电厂电气设计毕业论文 第一章第一章 绪绪 论论 本章首先阐述我国电力工业的现状和发展远景 介绍当前电力工业开发的方针 还 简要介绍发电厂和变电所的各种类型和生产过程 以及主要电器作用 同时 还指出本 次设计的目的 第第 1 1 节节 电力系统发展电力系统发展 1 1 1 建设大型矿口电厂 搞好煤 电 运平衡 目前 我国一次能源主要是煤炭 火电仍为主要电源 煤炭产地主要在山西 内蒙 古 河南等省 为了变输煤为输电 把建设大型矿口电厂和港口电厂作为电厂建设的重点 1 1 2 政企分开 省为实体 联合电网 统一调度 集资办电 为了适应社会主义市场经济和社会化大生产的需要 我国在原有电力系统的基础上 已成立了华北 东北 华东 华中 西北等电力集团 遵循社会主义市场经济的准则 形成电力市场 互相调剂 共同发展 1 1 3 因地制宜 多能互补 综合利用 讲究效益 在边远农村和沿海岛屿 因地制宜建设小水电 风力发电 地热发电和太阳能发电 以解决无电 缺电地区的用电问题 重视和做好农村电气化建设 1 1 4 节约能源 降低消耗 减少自身消耗 降低煤耗和水耗 厂用电和线损 发展热电联产 新建电厂应采用 高参数 高效率的大机组 1 15 重视环境保护 积极防止对环境的污染 发展能源应与环境保护相协调 积极贯彻 预防为主 综合治理 的方针 合理布 局 合理利用资源 新建和扩建电力项目 要达到国家或地方制定的污染物排放标准 我国电力工业自动化水平正在逐年提高 20 万 KW 及以上大型机组已采用计算机监 控系统 许多变电所已装设微机综合自动化系统 有些已实现无人值班 电力系统已实 现调度自动化 迄今 我国电力工业已进入了大机组 大电厂 大电力系统 高自动化 的新阶段 XX 大学电力学院毕业设计 2 第第 1 2 节节 发电厂类型发电厂类型 发电厂是把各种天然能源 如煤炭 水能 核能等转换成电能的工厂 电能一般还要 由变电所升压 经高压输电线路送出 再由变电所降压才能供给用户使用 下面简要介 绍发电厂类型 1 2 1 发电厂类型 1 火力发电厂 这是指用煤 包括用油和天然气 为燃料的发电厂 火力发电厂的原动机 大都为 气轮机 也有个别地方采用柴油机和燃气轮机 火力发电厂又可分为 凝汽式火电厂 锅炉产生蒸汽 送到汽轮机 带动发电机发出电能 已作过功 的蒸汽 排入凝汽器中冷却成水 又重新送回锅炉 在凝汽器中 大量的热量被循环水 带走 所以凝汽式火电厂的效率较低 只有 30 40 凝汽式火电厂 通常简称火电厂 热电厂 热电厂与凝汽式火电厂不同之处在于 汽轮机中一部分作过功的蒸汽 从中间段抽出供给热用户 或经热交换将水加热后 再把热水供给用户 这样 可减少 被循环水带走的热量损失 现代热电厂的效率高达 60 70 2 水力发电厂 水力发电厂把水的位能和动能转变成电能 通常简称水电厂或水电站 根据水利枢 纽布置的不同 水电厂又可分为堤坝式 引水式等 3 核电厂 核电厂是利用核裂变能转化为热能 再按火电厂的发电方式 将热能转换为电能 它的原子核反应堆相当于锅炉 4 其它发电方式 利用其它一次能源发电的 尚有风力发电 潮汐发电 地热发电 太阳能发电等 此外 还有直接将热能转换成电能的磁 流体发电等 1 2 2 本厂类型 本厂属于大型凝汽式火力发电厂 利用内蒙古地区丰富的煤炭资源 采用空冷机组 并且装设最先进的除尘设备 做到保护环境的要求 第第 1 3 节节 厂用电气设备简述厂用电气设备简述 XX 大学电力学院毕业设计 3 1 3 1 厂用电设备概括 为满足生产需要 发电厂中安装有各种电气设备 通常把生产和分配电能的设备 如发电机 变压器和断路器等称为一次设备 它们包括 1 生产和转换电能的设备 如发电机将机械能转换成电能 电动机将电能转换 成机械能 变压器将电压升高或降低 以满足输配电需要 这些都是发电厂中最主要的 设备 2 接通或断开电路的开关电器 例如 断路器 隔离开关 熔断器 接触器之 类 它们用语正常或事故时 将电路闭合或断开 3 限制故障电流和防御过电压的电器 例如 限制短路电流的电抗器和防御过 电压的避雷器等 4 接地装置 无论是电力系统中性点的工作接地或是保护人身安全的保护接地 均同埋入地中的接地装置相连 5 载流导体 如裸导体 电缆等 它们按设计的要求 将有关电气设备连接起 来 另外 还有一些设备是对上述一次设备进行测量 控制 监视和保护用的 故称为 二次设备 它们包括 1 仪用互感器 如电压互感器和电流互感器 可将电路中的电压或电流降至较 低值 供给仪表和保护装置使用 2 测量表计 如电压表 电流表 功率因数表等 用于测量电路中的参量值 3 继电保护及自动装置 这些装置能迅速反应不正常情况并进行监控和调节 例如 作用于断路器跳闸 将故障切除 4 直流电源设备 包括直流发电机组 蓄电池等 供给保护和事故照明的直流 用电 本次设计的主要目的和任务是 通过设计树立工程观点 掌握发电厂设计的方法 并在分析 计算和解决实际工程等方面得到训练 为今后从事设计 运行和科研工作 奠定必需的理论基础 1 3 2 本厂厂用电设备介绍 本厂厂用电设备有 高压厂用工作变压器 高压厂用启动 备用变压器 厂用高压电 动机 机 电 炉 事故保安电源 低压厂用工作变压器 XX 大学电力学院毕业设计 4 第二章第二章 电气主接线设计电气主接线设计 第第 2 1 节节主接线的设计原则和要求主接线的设计原则和要求 发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分 它表明了发电机 变压器 线 路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式 从而完成发电 变电 输 配电的任务 它的设计 直接关系着全厂电气设备的选择 配电装置的布置 继电保护 和自动装置的确定 关系着电力系统的安全 稳定 灵活和经济运行 由于电能生产的 特点是 发电 变电 输电和用电是在同一时刻完成的 所以主接线设计的好坏 也影 响到工农业生产和人民生活 因此 主接线的设计是一个综合性的问题 必须在满足国 家有关技术经济政策的前提下 力争使其技术先进 经济合理 安全可靠 设计主接线的基本要求是 1 可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求 电气主接线也必须满足这 个要求 衡量主接线运行可靠性的标志是 断路器检修时 能否不影响供电 线路 断路器或母线检修时 停运出线回路数的多少和停电时间的长短 以及 能否保证对重要用户的供电 发电厂全部停运的可能性 对大机组超高压情况下的电气主接线 应满足可靠性准则的要求 2 灵活性 调度灵活 操作简便 应能灵活地投入某些机组 变压器或线路 调配电源和 负荷 能满足系统在事故 检修及特殊运行方式下的调度要求 检修安全 应能方便地停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修而 不影响电力网的正常运行及对用户的供电 3 经济性 投资省 主接线应简单清晰 控制 保护方式不过于复杂 适当限制断路器电 流 占地面积小 电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件 XX 大学电力学院毕业设计 5 电能损耗少 经济合理地选择主变压器的型式 容量和台数 避免两次变压而 增加电能损失 第第 2 2 节节基本接线的适应范围及本厂的设计基本接线的适应范围及本厂的设计 2 2 1 大 中型发电厂及配电装置的接线要求 大型发电厂 总容量 1000MW 及以上 单机容量 200MW 以上 一般距负荷中心较 远 电能需用较高压输送 故宜采用简单可靠的单元接线方式 直接接入高压或超高压 系统 中型发电厂 总容量 200MW 1000MW 单机容量 50 200MW 和小型发电厂 总容量 200MW 以下 单机 50MW 以下 一般靠近负荷中心 常带有 6 10KV 电压级 的近区负荷 同时升压送往较远用户或与系统连接 发电机电压超过 10KV 时 一般不设 机压 母线而以升高电压直接供电 对于 6 220KV 电压配电装置的接线 一般分为两大类 其一为母线类 包括单母 线 单母线分段 双母线 双母线分段和增设旁路母线的接线 其二为无母线类 包括 单元接线 桥形接线和多角形接线等 对于 330 500KV 超高压配电装置接线 首先要满足可靠性准则的要求 常用的接 线有 3 5 角形接线 一台半断路器接线 双母线多分段接线 变压器 母线接线 环 形母线多分段接线及断路器接线 2 2 2 设计方案的介绍 本厂为 220KV 与 15 75KV 两个电压等级 单机容量为 200MW 故宜采用可靠的单 元接线 直接接入 220KV 系统 对于 220KV 配电装置的接线 我们选择了双母线接线 与单母分段带旁路两种接线方案 目前大型电厂接线都采用双母接线 具有很高的供电 可靠性 调度灵活性 扩建方便 适合目前电力发展需求 两组母线同时工作 并且通 过母联断路器并联运行 电源与负荷平均分配在两组母线上 即称之为固定连接方式运 行 这也是目前生产中最常用的运行方式 它的母线继电保护相对比较简单 单母分段 带旁路接线具有简单清晰 设备少 投资小 运行操作方便 且有利于扩建等优点 但 XX 大学电力学院毕业设计 6 可靠性和灵活性比较差 2 2 3 两种设计方案主接线图如下 第第 2 3 节节主变压器的选择主变压器的选择 2 3 1 200MW 发电机组变压器选择要求 对于 200MW 及以上发电机组 一般与双绕组变压器组成单元接线 主变压器的容量 和台数与发电机容量配套选用 当有两种升高电压之间装联络变压器 其容量按两种电 压网络的交换功率选择 2 3 2 对于中 小型发电厂应按下列原则选择 1 为节约投资及简化布置 主变压器应选用三相式 2 为保证发电机电压出线供电可靠 接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于 两台 在计算通过主变压器的总容量时 至少应考虑 5 年内负荷的发展需要 并要求 在发电机电压母线上的负荷为最小时 能将剩余功率送入电力系统 发电机电压母线上 最大一台发电机停运时 能满足发电机电压的最大负荷用电需要 因系统经济运行而需 限制本厂出力时 亦应满足发电机电压的最大负荷用电 3 在发电厂有两种升高电压的情况下 当机组容量为 125MW 及以下时 从经济上 考虑 一般采用三绕组变压器 但每个绕组的通过功率应达该变压器容量的 15 以上 三绕组变压器一般不超过两台 4 在高 中系统均为中性点直接接地系统的情况下 可考虑采用自耦变压器 当经 常由低 高压侧向中压侧送电或由低压侧向高 中压侧送电时 不宜使用自耦变压器 5 对潮流方向不固定的变压器 经计算采用普通变压器不能满足调压要求是 可采 用有载调压变压器 2 3 3 主变压器的选择 1 方案一 采用单母线分段带旁路接线形式 根据接线方式 本厂选用四台容量相等双绕组变压器 单机容量为 200MW 为了以后 扩建的可能和电压等级的变动 高低压之间采用自耦变压器为系统之间联络变压器 发 XX 大学电力学院毕业设计 9 电机与变压器为单元接线时 主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择 1 按发电机的额定容量和扣除本机组的厂用负荷后留有 10 的裕度 2 按汽轮发电机组的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷 已知 PG 200WM COS 0 85 双绕组变压器的选择 SMAX PG COS 200 0 85 235 39 MVA 因为在大容量发电厂 自耦变压器用来作高低压系统之间联络用的变压器 它的阻 抗小 对改善系统稳定性有一定的作用 可以扩大变压器的制造容量 便利运输和安装 在 220KV 的发电厂应尽可能的选用三相变压器 所以选择的型号为 SFP9 240000 的三相自耦变压器 校验 已知 发电厂出线有两个变电站 发电机机端的最大负荷为 90MW 1 变负荷情况 110MW 95MW 1 回 2 变负荷情况 270MW 225MW 2 回 当一台机组发生故障时 其余机组送出的负荷为 PL 3 200 3 200 6 5 90 471 MW 110 270 MW 满足负荷要求 2 方案二 采用双母线接线形式 因为采用相同的变压器所以与方案一的选择要求一样 双绕组变压器的选择 SMAX PG COS 200 0 85 235 39 MVA 选择的型号为 SFP9 240000 的三相自耦变压器 校验 已知 发电厂出线有两个变电站 发电机机端的最大负荷为 90MW 1 变负荷情况 110MW 95MW 1 回 2 变负荷情况 270MW 225MW 2 回 当一台机组发生故障时 其余机组送出的负荷为 PL 3 200 3 200 6 5 90 471 MW 110 270 MW 满足负荷要求 根据主接线和设计要求 需用四台型号为 SFP9 240000 220 的三相自耦主变压器 表 2 1 变压器参数表 型号变比容量 KVA 短路电压 绕组形式台 数 相 数 SFP9 240000220 15 7524000013 Ynd11四三 XX 大学电力学院毕业设计 10 备注变压器中性点全部接地 第第 2 4 节节主接线设计方案的技术经济比较主接线设计方案的技术经济比较 经济计算是从国民经济整体利益出发 计算电气主接线各个比较方案的费用和效益 为 选择经济上的最优方案提供依据 在经济比较中 一般有投资 包括主要设备及配电装置的投 资 和年运行费用两大项 计算时可只计算各放案中不同部分的投资和年运行费用 本次设计的是 200MW 火电机组 结合本地区的实际环境情况 采用空冷机组发电机 所以 200MW 火电厂发电机的型号选择为 QFSN3 200 2 此型号发电机的参数为 PG 200WM COS 0 85 UN 15 75 KV IN 8625 A Xd 16 5 2 4 1 方案一 1 计算综合投资 Z 220KV 侧采用单母分段带旁路 有 5 回出线 初选 SF6断路器 型号 LW 252W 表 2 2 设备型号及综合投资表 单母线分段带旁路 增 加 或 减 少 一 个 回 路 的 投 资 万元 设 备 型 号 综 合 投 资 万 元 主 变 馈 线 SFP9 240000 108 220KV 配电装置477 4218 5 2 四台 40 4 五回 经济计算 投资 Z0 主变投资 配电装置投资 108 477 4 585 4 万元 固定投资 Z1 Z0 1 70 585 4 1 70 995 16 万元 2 年运行费用计算 U A 10 10 U1 U2 U1 小修维护费 取 0 032 Z U2 折旧费 取 0 031 Z XX 大学电力学院毕业设计 11 电能价格 A 变压器年电能损失总值 KW h U A 10 10 U1 U2 A 10 10 0 032 995 16 0 031 995 16 A 10 10 62 7 万元 2 4 2 方案二 1 计算综合投资 Z 220KV 侧采用双母线接线 有 5 回出线 初选 SF6断路器 型号 LW 252W 表 2 3 设备型号及综合投资表 双母线接线 增 加 或 减 少 一 个 回 路 的 投 资 万元 设 备 型 号 综 合 投 资 万 元 主 变 馈 线 SFP9 240000 108 220KV 配电装置 473216 3 2 四台 40 4 五回 经济计算 投资 Z0 主变投资 配电装置投资 108 473 581 万元 固定投资 Z1 Z0 1 70 581 1 70 987 7 万元 2 年运行费用计算 U A 10 10 U1 U2 U1 小修维护费 取 0 032 Z U2 折旧费 取 0 031 Z 电能价格 A 变压器年电能损失总值 KW h U A 10 10 U1 U2 A 10 10 0 032 987 7 0 031 987 7 A 10 10 62 23 万元 XX 大学电力学院毕业设计 12 结论 在经济性比较中方案 II 比方案 I 占优势 在可靠性中 鉴于目前大型火电厂接线方式 以及目前各种技术的先进 方案 II 为目前大型电厂都采用的双母接线 具有很高的供电 可靠性 调度灵活性 扩建方便 适合目前电力发展需求 两组母线同时工作 并且通 过母联断路器并联运行 电源与负荷平均分配在两组母线上 即称之为固定连接方式运 行 这也是目前生产中最常用的运行方式 所以在可靠性和灵活性上较方案 I 占优势 经 综合分析 决定选择方案 II 作为本次设计的最终方案 第三章第三章 厂用电设计厂用电设计 第第 3 13 1 节节厂用电设计的要求厂用电设计的要求 3 1 1 厂用负荷分类 按其负荷的重要性一般分为以下四类 1 事故保安负荷 在事故停机过程中及停机后的一段时间内 仍应保证供电 否则可能引起主要设备 损坏 重要的自动装置控制失灵或危及人身安全的负荷 称为事故保安负荷 根据对电 源要求不同 又可分下列三种 直流保安负荷 由蓄电池组供电 如发电机组的直流润滑油泵等 直流不停电保安负荷 一般由接于蓄电池组的逆变装置供电 如实时控制用电 子计算机 允许短时停电的交流保安负荷 平时由交流厂用电供电 失去厂用工作电源时 交流保安电源应自动投入 如 200MW 及以上机组的盘车电动机 2 类负荷 短时 手动切换恢复供电所需时间 的停电可能影响人身或设备安全 使生产停顿 或发电量大量下降的负荷 如给水泵 凝结水泵等 对 类负荷 必须保证自起动 并 应由有 2 个独立电源的母线供电 当一个电源失去后 另一个电源应立即自动投入 3 类负荷 允许短时停电 但停电时间过长 有可能损坏设备或影响正常生产的负荷 如工业 水泵 输水泵等 对 类负荷 应由有 2 个独立电源的母线供电 一般采用手动切换 4 类负荷 XX 大学电力学院毕业设计 13 长时间停电不会直接影响生产的负荷 如中央修配厂 实验室等的用电设备 对 类负荷 一般由 1 个电源供电 3 1 2 基本要求 厂用电接线除应满足正常运行的安全 可靠 灵活 经济和检修 维护方便等一般 要求外 尚应满足下列特殊要求 1 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 2 充分考虑发电厂正常 事故 检修 起动等运行方式下的供电要求 切换操作简 单 3 便于分期扩建或连续施工 对公用负荷的供电 要结合远景规模统筹安排 第第 3 23 2 节节厂用电设计原则及本厂厂用电设计厂用电设计原则及本厂厂用电设计 厂用电设计的一般原则 1 对厂用电设计的要求 厂用电设计应按照运行 检修和施工的需要 考虑全厂发展规划 积极慎重的采用 经过实验鉴定的新技术和新设备 使设计达到技术先进 经济合理 2 厂用电电压 对于火电厂当容量在 100MW 到 300MW 时 高压厂用电一般采用 6KV 低压厂用电采用 380 220V 的三相四线制系统 3 厂用母线接线方式 高压厂用电系统应采用单母线 锅炉容量为 130 220T H 时 一般每炉由一段母线 供电 容量为 400T H 及以上时 每炉由两段母线供电 并将两套辅机电动机分接在两段 母线上 两段母线可由同一台厂用变压器供电 容量为 65T H 时 两台锅炉可合用一段 母线 低压厂用电系统应采用单母线接线 当锅炉容量在 220T H 及以下 且接有机炉的 类负荷时 一般按机炉对应分段 并用刀开关将母线分为两个半段 锅炉容量在 400T H 及以上时 每台机炉一般由两段母线供电 当公用负荷较多 容量较大 采用集中供电方式合理时 可设立公用母线 但应保 证重要公用负荷的供电可靠性 4 厂用工作电源 高压厂用工作电源一般采用下列引接方式 当有发电机电压母线时 由各段母线引接 供给接在该段母线上的机组的厂用负 荷 XX 大学电力学院毕业设计 14 当发电机与主变压器采用单元接线时 由主变压器低压侧引接 供给本机组的厂 用负荷 发电机容量为 125MW 及以下时 一般在厂用分支线上装设断路器 若断路器开 断容量不够时 也可采用能满足动稳定要求的负荷开关 隔离开关或连接片等方式 大 容量 200MW 发电机组 厂用分支采用分相封闭 母线 在该分支上不应装设断路器 但应 有可拆连接点 通过分裂绕组厂用高压变压器供 6KV 厂用的 A 段和 B 段 5 厂用备用或起动电源 高压厂用备用或起动电源一般采用下列引接方式 当无发电机电压母线时 一般由高压母线中电源可靠的最低一级电压引接 或由 联络变压器的低压绕组引接 并应保证在发电厂全停的情况下 能从电力系统取得足够 的电源 当有发电机电压母线时 一般由该母线引接 1 个备用电源 当技术经济合理时 可由外部电网引接专用线路作为高压厂用备用或起动电源 6 交流事故保安电源 200MW 及以上发电机组应设置交流事故保安电源 当厂用工作和备用电源消失时 应 自动投入 保证交流保安负荷的起动 并对其持续供电 7 于 200MW 机组 各机组的厂用电系统应是独立的 一台故障的停运或辅机的电 气故障 不应影响到另一台机组的正常运行 并能在短路时间内恢复本机组的运行 本厂厂用电主接线设计说明 本厂为 200MW 发电机组 发电机与主变压器采用单元接线 厂用电由主变压器低压 侧引接 供给本机组的厂用负荷 本厂为四台发电机组 选择四台厂用电主变压器 并 且配备两台高压启动 备用变 1 备用变供 1 2 发电机备用 2 备用变供 3 4 发电 机备用 由 220KV 系统接入厂用 高压厂用电压采用 6KV 低压厂用采用 380 220V 的三 相四线制系统 厂用分支采用分相封闭 母线 在该分支上不应装设断路器 但应有可拆 连接点 通过分裂绕组厂用高压变压器供 6KV 厂用的 A 段和 B 段 200MW 发电机组应装设 交流事故保安电源 厂用电主接线图 见下一页 XX 大学电力学院毕业设计 18 第第 3 33 3 节节厂用变压器的选择厂用变压器的选择 3 3 1 厂用主变的选择 一 负荷计算 1 计算原则 1 连续运行的设备应予计算 2 机组正常运行时不经常而连续运行的设备 如备用励磁机 备用电工给水泵等 也应计算 3 不经常短路时及不经常而断续运行的设备不予计算 但由电抗器供电的应全部计 算 4 由同一电源供电的互为备用的设备只计算运行的部分 5 由不同电源供电的互为备用设备时 应全部计算 但台数较少时 允许扣除其中 一部分 6 对于分裂绕组变压器 其高低压绕组应分别计算 当两个低压绕组接有互为备用 设备时对高压绕组只计算其运行部分 对低压绕组 则一段均予计算 2 计算公式 1 高压厂用工作变压器 分裂绕组 分裂绕组 S2B S2Bj 3 1 同时满足 S2Bj 1 1Sg Sd 高压绕组 SB S2Bj SS 3 2 上式中 SB 厂用变压器高压绕组额定容量 S2B 厂用变压器分裂绕组额定容量 S2Bj 厂用变压器分裂绕组计算负荷 Sg 高压电动机计算负荷之和 Sd 低压厂用计算负荷之和 S2Bj 分裂绕组俩分支计算负荷之和 SS 分裂绕组两分支重复计算负荷 上式中 Sg Sd应用换算系数法计算 计算式为 S K P 3 3 XX 大学电力学院毕业设计 19 上式中 S 计算负荷 K 换算系数 见 发电厂电气部分 表 3 4 P 电动机的计算功率 工程负荷见 4 200MW 空冷机组工程负荷统计表 见表 3 1 3 本厂负荷计算 1 1Sg Sd 1 1 S1 S2 S3 1 1 7450 6094 5 5695 19027 KVA S2Bj 26678 4 KVA 详细负荷见 4 200MW 空冷机组工程负荷统计表 见表 3 1 3 3 2 容量选择 1 选择原则 1 高压厂用工作变压器容量应按高压电动机计算负荷的 110 当低压厂用电计算负荷 之和选择 低压厂用工作变压器的容量留有 10 左右的裕度 2 高压厂用备用变压器 或电抗器 或启动 备用变压器 带有公用负荷时 其容 量还应满足最大一方高压厂用工作变压器的要求 并考虑该起动 备用变压器检修的条件 高压厂用备用变压器或起动 备用变压器自投负荷最大的一段厂用母线时 如不满足所带 的一类电动机自启动的要求 亦采用分批自启动的方式 而不宜增大备用变压器或启动 备用变压器的容量 3 低压厂用备用变压器的容量应当最大一分低压厂用工作变压器容量相同 3 3 3 本厂厂用变压器的选择 发电机与主变压器为扩大单元接线 应采用分裂绕组变压器供厂用 每台发电机出 口处接入厂用变 总共为四台 同时配备两台高压厂用启动 备用变 由负荷统计表可 知 1 厂用变所选型号为 SFF9 40000 15 75 的变压器 2 3 4 厂用变选择 SFF9 31500 15 75 的变压器 高压厂用启动 备用变压器应满足最大一方高压厂用工作变压器 的要求 所以 1 高压厂用启动 备用变所选型号为 SFFZ40000 220 2 高压厂用启动 备 用变所选型号为 SFFZ31500 220 330KV 及以下电压等级的发电厂均选用三相变压器 XX 大学电力学院毕业设计 20 XX 大学电力学院毕业设计 21 XX 大学电力学院毕业设计 22 3 3 4 厂用变及备用变的参数表 表 3 2 厂用变及备用变的参数表 型号变比容量 KVA 半穿 越阻 抗 绕组形式 台 数 相 数 SFF9 40000 25000 25000 15 75 6 3 6 3 40000 25000 25000 17 D do do一三 SFF9 31500 20000 20000 15 75 6 3 6 3 31500 20000 20000 17 D do do三三 SFFZ 40000 25000 25000 220 6 3 6 3 40000 25000 25000 18 5 Yn d11 d11一三 SFFZ 31500 25000 20000 220 6 3 6 3 31500 25000 20000 18 5 Yn d11 d11一三 备注1 2 厂用高压启动 备用变压器中性点直接接地 XX 大学电力学院毕业设计 23 第四章第四章 短路电流计算短路电流计算 第第 4 14 1 节节短路电流计算的目的短路电流计算的目的 1 短路电流计算的目的 在发电厂和变电所的电气设计中 短路电流计算是其中的一个重要环节 其计算的 目的主要有以下几个方面 1 在选择电气主接线时 为了比较各种方式接线方案 或确定某一接线是否需要 采取限制短路电流的措施等 均需进行必要的短路电流计算 2 在选择电气设备时 为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全 可靠地 工作 同时又力求节约资金 这就需要进行全面的短路电流计算 例如 计算某一时刻 的短路电流有效值 用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值 计算短路后 较长时间短路电流有效值 用以校验设备的热稳定 计算短路电流冲击值 用以校验设 备动稳定 3 在设计屋外高压配电装置时 需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全 距离 4 在选择继电保护方式和进行整定计算时 需以各种短路电流为依据 5 接地装置的设计 也需用短路电流 第第 4 24 2 节节 短路电流的一般规定短路电流的一般规定 4 2 1 短路电流计算的一般规定 验算导体和电器时所用短路电流 一般有以下规定 1 计算的基本情况 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行 所有同步电机都具有自动调整励磁装置 包括强行励磁 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 所有电源的电动势相位角相同 应考虑对短路电流值有影响的所有元件 但不考虑短路点的电弧电阻 对异步电 动机的作用 仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑 XX 大学电力学院毕业设计 24 2 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式 应是可能最大短路电流的正常接线方式 即最大 运行方式 而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 3 计算容量 应按本工程设计规划容量计算 并考虑电力系统的远景发展规划 一般考虑本工程 建成后 5 10 年 4 短路种类 一般按三相短路计算 若发电机出口的两相短路 或中性点直接接地系统以及自耦 变压器等回路中的单相 或两相 接地短路较三相短路情况严重时 则应按严重情况的 进行比较 5 短路计算点 在正常接线方式时 通过电器设备的短路电流为最大的地点 称为短路计算点 4 2 2 本厂等值电路图中短路点的选取 根据本厂主接线的特点 厂用变压器和备用变压器等值电抗的不同 以及选择设备的 要求 选择六个短路点作为短路计算的短路点 这六个短路点位置为 1 d 1 在 1 发电机的出口 2 d 2 在 220KV 母线上 3 d 3 在 1 高压启动 备用变压器的低压侧 4 d 4 在 2 高压启动 备用变压器的低压侧 5 d 5 在 1 高压厂用变压器的低压侧 6 d 6 在 2 高压厂用变压器的低压侧 第第 4 34 3 节节 计算步骤计算步骤 在工程设计中 短路电流的计算通常采用实用曲线法 现见其计算步骤简述如下 1 选择计算短路点 2 画等值网络 次暂态网络 图 首先去掉系统中的所有负荷分支 线路电容 各元件的电阻 发电机电抗用次暂态 电抗 Xd 选取基准容量和基准电压 一般取各级的平均电压 XbUb 将各元件电抗换算为同意基准值的标幺电抗 XX 大学电力学院毕业设计 25 绘出等值网络图 并将各元件电抗统一编号 3 化简等值网络 为计算不同短路点的短路电流值 需将等值网络分别化简为以短路 点为中心的辐射形等值网络 并求出各电源与短路点之间的电抗 即转移阻抗 Xnd 4 求计算电抗 Xjs 5 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值 运算曲线只作到 3 5 Xjs 6 计算无限大容量 或 3 的电源供给的短路电流周期分量 Xjs 7 计算短路电流周期分量有名值和短路容量 8 计算短路电流冲击值 9 计算异步电动机供给的短路电流 10 绘制短路电流计算结果表 第第 4 44 4 节节 电力系统设备参数表与短路电流计算表电力系统设备参数表与短路电流计算表 4 4 1 电力系统设备参数表 1 发电机参数表 表 4 1 发电机参数表 参数 系统 设备 额定容量 MW 额定电压 KV 功率因数 cos 次暂态电 抗 标么 值 归算到基 准容量的 等值电抗 标么值 G1 G2 G3 G4 发电机 200 15 75 0 85 0 165 0 0701 2 变压器参数表 XX 大学电力学院毕业设计 26 表 4 2 变压器参数表 归算到基准容量 的等值电抗 标 么值 变压器编号 额定 容量 MVA 绕组 型式 短路 电压 K U 分 裂 系 数 高压侧低压侧 主变压器240三相双 绕组 13 0 0542 1 厂用变40 25 25三相分 裂绕组 173 5 0 0280 398 2 3 4 厂 用变 31 5 20 20三相分 裂绕组 173 5 0 0390 55 1 高压启动 备 用变 40 25 25三相分 裂绕组 18 53 5 0 0310 433 2 高压启动 备 用变 31 5 20 20三相分 裂绕组 18 53 5 0 0390 55 4 4 2 发电厂等值电路图 图 4 1 发电厂等值电路图 4 4 3 本次设计的短路电流计算结果表 见附录 2 XX 大学电力学院毕业设计 27 第五章第五章 电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验 第第 5 15 1 节节电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则 5 1 1 导体和电器的选择设计 同样必须执行国家的有关技术经济政策 并应做到技术 先进 经济合理 安全可靠 运行方便和适当的留有发展余地 以满足电力系统安全经 济运行的需要 1 一般原则 1 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑远景发展的需要 2 应按当地环境条件校核 3 应力求技术先进和经济合理 4 选择导体时应尽量减少品种 5 扩建工程应尽量使新老电器型号一致 6 选用的新产品 均应具有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 2 有关的几项规定 导体和电器应按正常运行情况选择 按短路条件验算其动 热稳定 并按环境条校 核电器的基本使用条件 1 在正常运行条件下 各回路的持续工作电流 应按下表计算 表 5 1 各回路的持续工作电流表 回路名称 计算公式 变压器回路Ig max 1 05In 1 05 US nn 3 馈电回路Ig max 2 COSP Un 3 注 PN UN IN等都为设备本身的额定值 各标量的单位为 I A U KV P KW S KVA 2 验算导体和电器时 所用短路电流的有关规定见节 短路电流 3 验算导体和 110KV 以下电缆短路热稳定时 所用的计算时间 一般采用主保护的 动作时间加相应的断路器全分闸时间 断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电 XX 大学电力学院毕业设计 28 弧燃烧时间 4 短路热稳定时 导体的最高允许温度可参照 发电厂电气部分课程设计参考资料 P106 表 5 2 所列数值 表 5 2 导体的最高允许温度表 导体种类和材料短路时导体允许 工作温度 C0 导体最长允许工 作温度 C0 热稳定系数 C 值 母线 铝 200 70 87 5 验算短路动稳定时 硬导体的最大应力大于表 5 3 所列数值 表 5 3 导体和电器的选择与校验项目表 材料 硬铜 硬铝 钢 最大允许应力 137 106 69 106 157 106 6 环境条件 选择导体和电器时 应按当地环境条件校核 在选择导体和电器时 一般按表 5 4 所列各项进行选择和校验 选择的高压电器 应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保持正常运行 表 5 4 导体和电器设备选择和校验项目表 3 校验的一般规定 1 长期工作条件 正常工作条件短路条件项 目 电 器 额定电压额定电流开断容量动稳定热稳定 断路器 隔离开关 熔断器 电抗器 电流互感器 电压互感器 导线 XX 大学电力学院毕业设计 29 电压 选用的电器在允许最高工作电压 Umax不低于该回路的最高运行电压 Ug 即 Umax Ug 5 1 电流 选用的电器额定电流 In不得低于所在回路在各种可能方式下的持续工作电流 Ig n Ig 5 2 2 短路稳定条件 校验的一般原则 1 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动稳定校验 校验的短路电流一 般取三相短路时的短路电流 若发电机出口的两相短路 或中性点直接接地系统及自耦 变压器等回路中的单相 两相接地短路较三相严重时 则应按严重情况校验 2 用熔断器保护的电器可不校 验热稳定 当熔断器有限流作用时 可不验算动 稳定 用熔断器保护的电压互感器 可不验算动 热稳定 短路的热稳定条件 It t I tdz 5 3 It t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值 kA t 设备允许通过的热稳定电流时间 s 校验短路热稳定所用的计算时间 tdz按下式计算 tdz tb td 5 4 tb 继电保护装置后备保护动作时间 s td 断路器全分闸时间 s 注 验算导体和 110KV 以下电缆适中热稳定时 用的计算时间釆用主保护的动作时间加 相应的断路器全分闸时间 短路的动稳定计算 imax ich 5 5 ich 短路冲击电流峰值 kA imax 电器允许的极限通过电流峰值 kA 第第 5 25 2 节节断路器的选择与校验断路器的选择与校验 5 2 1 断路器型式的选择 除需满足各项技术条件和环境条件外 还应考虑便于安装调试和运行维护 并经技 术经济比较后才能确定 根据当前我国生产制造情况 电压 6 220KV 的电网一般选用 XX 大学电力学院毕业设计 30 少油断路器 电压 110 330KV 的电网 当少油断路器技术条件不能满足要求时 可选 用六氟化硫或空气断路器 大容量机组采用封闭母线时 如果需要装设断路器 宜选用 发电机专用断路器 1 断路器选择的具体技术条件简述如下 1 电压 电网工作电压 5 6 UgUn 2 电流 最大持续工作电流 5 7 Ig max In 由于高压开断电器没有连续过载的能力 在选择其额定电流时 应满足各种可能运 行方式下回路持续工作电流的要求 即取最大持续工作电流 Ig max 3 开断电流 或开断容量 或 5 8 Itd IbrStd Skd 式中 断路器实际开断时间 T 秒的短路电流周期分量 Itd 断路器额定开断电流 Ibr 断路器 T 秒的开断容量 S td 断路器额定开断容量 Skd 断路器的实际开断时间 T 为继电主保护动作时间与短路器固有分闸时间之和 4 动稳定 5 9 ichimax 式中 三相短路电流冲击值 ich 断路器极限通过电流峰值 imax 5 热稳定 5 10 tI dz 2 t It 2 式中 稳态三相短路电流 I 短路电流发热等值时间 又称假想时间 tdz 断路器 T 秒热稳定电流 It 5 2 2 断路器的选择与校验 1 母线侧以及母联断路器的型号都相同 都采用六氧化硫断路器 选用 LW 252W 2000A 40KA 2 校验 额定电压 UUUU nsnnsn KVKV 220 220 额定电流 2 0 661 nnsnns KAKA III I 开断电流 IIIINbrNbr KAKA 40 604 5 开合电流 2 6923 21 100 nclshshncl IKAKA ii iI 动稳定校验 100 23 21 esshshes KAKA iii i 热稳定校验 SKAtIt 4800340 222 XX 大学电力学院毕业设计 31 22 2 5 604 4 2 161085 35 dztIKA tI dz 2 t It 2 满足要求 第第 5 35 3 节节隔离开关的选择与校验隔离开关的选择与校验 5 3 1 隔离开关的选择原则 1 为保证检修安全在断路器的两侧和母线等处 皆应装有手动或电动的接地开关 快速接地开关的作用相当于接地短路器 可就地和远方控制 一般下列情况需要装设快 速接地开关 2 停电回路的最先接地点 用来防止可能出现的带电误合接地造成封闭电器的损坏 利用快速接地开关来短路封闭电器内部的电弧 防止事故扩大 一般为分相操作 投入 时间不小于接地飞弧后 1 秒 3 隔离开关的选择 应根据配电装置的布置特点 和使用要求等因素 进行综合的 技术经济比较然后确定 其选择的技术条件与断路器选择的技术条件 1 2 4 5 相同 选择原则 nxnxnnsn UIIUU 检验项目 1 热稳定 2 动稳定 5 3 2 隔离开关的选择与校验 1 母线附近的隔离开关 均为单接地与不接地两种 架空线出线处为双 接地开关 1 Uns 220KV 2 1 05 Ig max A U S n n 3 661 2203 240 05 1 3 选择 GW4 220D 2000A 100KA 型户外式隔离开关 3 热稳定检验 462 4 8464KA2 stIt2 Qk 1085 35 KA2 s tI dz 2 QktIt2 满足热稳定校验 4 动稳定校验 i桳 104KA 而 23 21KA ish 桳 桳 i桳 桳 满足动稳定校验 XX 大学电力学院毕业设计 32 2 主变压器高压侧的隔离开关选择 单接地型 1 Un 220KV 2 1 05 Ig max A U S n n 3 661 2203 240 05 1 3 所以选择 JW6 252W 型隔离开关 3 热稳定校验 23 72 4 2246 76 KA2 stIt2 Qk 1085 35KA2 s tI dz 2 Qk 满足要求 tIt2 4 动稳定校验 i桳 桳 80KA2 而i桳 23 21KA2 桳 桳 i桳 桳 满足动稳定要求 所有条件满足要求 5 3 3 隔离开关选择表 表 5 5 隔离开关选择表 隔 离 开 关 位置母线附近处主变高压侧 型号GW4 220D JW6 252W A In 20001000 第第 5 45 4 节节高压熔断器的选择与校验高压熔断器的选择与校验 5 4 1 选择的技术条件 1 电压 Ug Un 5 11 限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中 以免因过电压而使 电网中的电器损坏 故应为 Ug Un 2 电流 Igmax If2n If1n 5 12 If2n 熔体的额定电流 If1n 熔断的额定电流 3 根据保护动作选择性的要求校验熔体额定电流 应保证前后两级熔断器之间及熔断器 XX 大学电力学院毕业设计 33 与电源侧继电保护之间 及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性 4 断流容量 ich Ikd 5 13 ich 三相短路冲击电流的有效值 Ikd 熔断器的开断电流 注 保护电压互感器的熔断器 只需按额定电压和断流容量选择 5 4 2 熔断器的选择与校验 1 发电机出口处与电压互感器相连的熔断器的选择与校验 额定电压 Un 15 75kV 1 1Un U1 0 9 Un 表 5 6 熔断器型号表 型号额定电压最大开断容量 开断电流 RN220kV1000MVA 28 87KA 断流容量 I 13 2 kA Ikd Skd Un 1000 20 28 87 kA 33 I Ikd Skd 熔断器断流容量 I 三相短路电流冲击值有效值 Ikd 熔断器开断电流 所有条件满足要求 5 4 3 熔断器的选择表 表 5 7 熔断器的选择表 支路名称型 号 额定电压 KV 开断容量 MVA 开断电流 15 75KV 侧RN2201000 28 87KA 第第 5 55 5 节节电压互感器的选择电压互感器的选择 5 5 1 电压互感器的选择 1 电压互感器的选择 电压互感器的配置原则 应满足测量 保护 同期和自动装置的要求 保证在运行方式改变时 保护装置不失 XX 大学电力学院毕业设计 34 压 同期点两侧都能方便地取压 母线 6 220KV电压级的每相主母线的三相上应装设电压互感器 旁路母线则视各 回路出线外侧装设电压互感器的需要而确定 线路 当需要监视和检测线路断路器外侧有无电压 供同期和自动重合闸使用 该 侧装一台单相电压互感器 主变压器 根据继电保护装置 自动装置和测量仪表的要求 在一相或三相上装设 2 型式 电压互感器的型式应根据使用条件选择 6 20KV屋内配电装置 一般采用油浸绝缘结构 也可采用树脂浇注绝缘结构的电 压互感器 35 110KV的配电装置 一般釆用油浸绝缘结构的电压互感器 220KV以上 一般釆用电容式电压互感器 当需要和监视一次回路单相接地时 应选用三相五柱式电压互感器 或有第三绕组 的单相电压互感器组 电压互感器三个单相电压互感器接线 主二次绕组连接成星形 以供电给测量表计 继电器以及绝缘电压表 对于要求相电压的测量表计 只有在系统 中性点直接接地时才能接入 附加的二次绕组接成开口三角形 构成零序电压滤过器供 电给继电器和接地信号 绝缘检查 继电器 3 一次电压U1 1 1Un U1 0 9Un 5 14 Un为电压互感器额定一次线电压 1 1和0 9是允许的一次电压波动范围 即 10 Un 4 二次电压 电压互感器二次电压 应根据使用情况 按下表选用所需的二次额定电 压 表 5 8 电压互感器二次额定电压选择表 绕 组 主 二 次 绕 组 附 加 二 次 绕 组 高压侧接入方式 接于线 电压上 接于相 电压上 用于中性 点接地 用于中性 点不接地 二次额定电压 V 220220 3 220220 3 5 5 2 电压互感器的选择 220KV 架空线电压互感器 选用 TYD220 0 005