毕业设计-焦作电厂110kV一次系统设计（含电路图）.doc

目录目录 前言 1 1 绪论 2 1 1 国内外研究及发展现状 2 1 2 焦作地理情况 3 1 3 焦作电厂基本情况 3 1 4 本课题的研究任务 4 2 电气主接线设计及变压器选择 6 2 1 电气主接线设计原则 6 2 2 电气主接线设计的基本要求 6 2 3 电气主接线方案的确定 7 2 3 1 对原始资料的分析 8 2 3 2 110kV 电气主接线 8 2 3 3 发电机变压器组电气主接线 10 2 4 变压器的选择 11 2 4 1 主变压器的选择 11 2 4 2 厂用变压器的选择 14 3 短路电流计算 15 3 1 短路电流计算的目的及短路电流计算条件 15 3 2 电抗标幺值的计算 15 3 3 短路电流计算 17 3 3 1 发电机端短路 K1 点 18 3 3 2 110kV 母线短路 K2 点 19 4 电气设备的选择 21 4 1 电气设备选择的一般条件 21 4 2 电气设备选择 24 4 2 1 断路器的选择 24 4 2 2 隔离开关的选择 26 4 2 3 发电机侧负荷开关和隔离开关的选择 28 4 2 4 电流互感器的选择 30 4 2 5 电压互感器的选择 31 4 2 6 发电机电压互感器和电流互感器的选择 32 4 2 7 避雷器的选择 33 4 2 8 110kV 架空输电线的选择 34 4 2 9 110kV 母线的选择 37 4 2 10 发电机出口母线的选择 39 4 2 11 110 kV 母线支柱绝缘子 41 4 2 12 发电机侧母线支柱绝缘子 42 5 配电装置 43 5 1 配电装置的设计原则与设计要求 43 5 1 1 配电装置的设计原则 43 5 1 2 配电装置的设计要求 43 5 2 配电装置的设计 44 结束语 46 致 谢 47 参考文献 48 摘要摘要 本设计主要是针对焦作电厂的 110kV 一次系统 概述了焦作电厂设 计的基本过程和基本方法 第一章概括介绍了国内外电力工业的研究及 发展现状和焦作电厂的基本情况 为后几章提供所需的基本资料 第二 章是电气主接线和电气设备的选择 根据焦作电厂的原始资料拟定了主 接线方 案 确定发电机 主变压器 高压厂用变压器和高备变压器的容量和型 号 发电厂电气主接线是发电厂电气设计的主体 与电厂运行的可靠性 经济性要求等密切相关 对电器选择和布置 继电保护和控制方式等都 有较大的影响 第三章对焦作电厂一次系统做了短路电流计算 为后面 设备的选型提供了依据 第四章是一次系统电器设备的选择 并在正常 工作条件下和短路条件下对其进行校验 第五章是针对配电装置的设计 同时也是对前几章内容的综合概括 随着国民经济和科学技术的发展 发电机单机容量在不断扩大 这 就对电厂的主接线形式和配套设备提出了更高的要求 同时也要求发电 厂做到可靠 经济 合理地运行 满足人们对电能的基本需求 关键词 关键词 一次系统 主接线 短路电流计算 电气设备 配电装置 如需要全套设计请联系如需要全套设计请联系 QQ174320523 QQ174320523 各专各专 业都有业都有 Abstract This design is to aim at making one subsystem of Jiaozuo power station 110 kV mainly Chapter 1 has generalized to introduce research of domestic and international electric power industry and present conditions and basic circumstance of Jiaozuo power station that is basic data needed by several chapters later Chapter 1 is a choice that connects line and the electricity equipments According to the original data of Jiaozuo power station to draft connect line form capacities and model numbers of generators main transformers the transformer the high pressure used by an factories high the capacity transformers used in case Connects the line is body of designs the power plant Credibility and economy standard of power station is closely related it has bigger influence to choice and arrangement of the electric appliances to the way of protection and control etc According to the technique data of chapter 2 do short circuit electric current calculation of subsystem in chapter 3 provides base for the behind equipments The choice of the subsystem in Chapter 4 it s carry on check electric of appliances equipments under the condition of normal hot circuit condition Chapter 5 is aim to the design of the power distribution equipment Also is the summary of before part Along with the development of science and technology single machine capacity of generator is extending continuously it needs higher requests to connect the line form and the kit equipments of the power station also request the power plant to attain the credibility economy reasonable movement also satisfy the people s basic need that is the electric power Keywords the main system forms of main connected lines short circuit calculation electrical equipments the power distribution equipments 1 前言前言 在高速发展的现代社会中 电力工业是国民经济的基础 在国民经 济发展中的作用已为人所共知 它不仅全面地影响国民经济其他部门的 发展 同时也极大地影响着人民的物质和文化生活水平的提高 影响着 整个社会的进步 国民经济的发展和人们生活水平的提高对电能的需求量也大大增加 因此 电能生产与消耗增加的同时 更加要求在自力更生的基础上发展 我国的电力工业 同时 为了减少传输损耗 特别是为了保证电力系统 运行的安全稳定性 应尽可能地做到各大区电力系统发电功率与受电负 荷的平衡 近年来由于电力需求旺盛 为了满足人们生活的基本需要 各地纷 纷上马了新的电厂 在新建的电厂中 多数是火电机组 从目前在建规 模的结构来看 火电比重较大的局面今后很长时期可能不会有所改变 因此 大规模电厂将逐渐兴起 取代容量小 效率低 污染严重的小型 发电厂 本设计的对象是焦作电厂 110kV 一次系统 焦作电厂的设计与建设 过程对我们以后的工作和学习有十分重要的意义和参考价值 2 1 绪论绪论 1 1 国内外研究及发展现状国内外研究及发展现状 在 2005 年全国电力工业快速平稳发展 电力供需形势总体有所缓和 的基础上 2006 年电力建设速度继续加快 新增电源机组容量创历史最 高水平 电网建设取得长足进展 继 2005 年全国电力装机突破 5 亿千瓦 在不到一年的时间内 全国电力装机再上新台阶 突破了 6 亿千瓦 同 时首批国产超超临界百万 kW 机组相继投运 标志着我国电力工业技术装 备水平和制造能力进入新的发展阶段 电网建设方面 1000 千伏交流特 高压试验示范工程和云南至广东 800 千伏特高压直流输电示范工程奠 基仪式已分别举行 标志着交 直流特高压试验示范工程建设已拉开帷 幕 从电力生产情况看 全国发电量达到 28344 亿千瓦时 同比增长 13 5 随着大批电源项目的相继建成投产 电力供需形势进一步缓和 2006 年 全国加快电源结构调整 优化节能环保经济调度 陆续关停凝 汽式燃煤小机组和老小燃油机组 加大科学 精细和对标准管理实施力 度 电力行业节能降耗取得持续进展 2006 年全国供电煤耗为 366g kW 时 比 2005 年降低 4g kW 时 电网输电线路损失率比去年减少 0 13 个 百分点 降为 7 08 电力基建方面 2006 年全国基建新增投运的发电装机 10117 万千 瓦 其中水电 971 万千瓦 火电 9048 万千瓦 风电 92 万千瓦 基建新 增投运的 220 千伏及以上输电线路回路长度 3 51 万公里 基建新增投运 的 220 千伏及以上变电设备容量 15531 万千伏安 2006 年 在党中央 国务院的正确领导下 在共创和谐电力目标的 指引下 通过广大电力职工的共同努力 全国电力工业继续保持快速平 稳发展 为 2007 年国民经济和社会又好又快的发展目标提供了坚实的基 础 现在 电力工业在国际上发展迅速 其发展的特点是采用大容量发 电机组 单机容量 200 1300MW 超高压输电线路 最高已达 1000kV 和巨 3 大的水 火 核电联合电力系统 虽然 我国的电力工业目前已居世界前列 但与发达国家相比仍有 一定的差距 今后还有待奋力追赶 就国民经济建设的情况来看 电力 工业仍未能满足工农业生产和人民生活对用电的需求 有的地区缺电还 比较严重 还将会阻碍国民经济的稳步发展 因此 我国必须加速电力 工业的发展 以推动整个国民经济持续 稳步 快速地发展 1 2 焦作地理情况焦作地理情况 焦作电厂位于河南省焦作市 眦邻郑州市 洛阳市 新乡市等城市 焦作电厂所在地的土质为砂质粘土 其冻土厚度 0 30m 常年主导风向 为西北风 最大风力级数为西北风 8 级 气候情况四季分明 其年最高 气温 37 最热月室内最高气温月平均 30 max C C 1 3 焦作电厂基本情况焦作电厂基本情况 焦作电厂隶属于河南省电力公司 始建于 1905 年 现总装机容量 132 万 kW 职工 3581 人 是华中电网的主力发电厂之一 国家特大型 企业 1992 年以来 该厂连年完成各项经营指标 6 台机组累计完成发 电量 915 亿千瓦时 超计划发电 22 75 亿千瓦时 创产值 97 5327 亿元 为焦作地区乃至河南省及整个华中地区的经济发展做出了卓越的贡献 1 到 6 发电机均采用东方电机厂制造的汽轮发电机 同轴交流励磁机和 稀土钴永磁发电机组 1998 年后经增容改造 发电机额定功率由 200 MW 增为 220MW 同时也更换了幅励磁机 焦作电厂原始资料 1 装机容量 6 台 6X220MW UN 15 75kV cos 0 85 发电机额定运行参数如表 1 1 所示 2 机组每年利用小时为 Tmax 7200h 3 气象条件为年最高温度 37 平均气温 25 条件一般 无特殊要求 4 厂用电率占 6 5 共有 6 回进线 14 回出线 主要为一类 二类负荷供电 4 6 有 110kV 和 220kV 两种电压等级 以承担基荷为主 7 110kV 电压等级系统的短路容量为 4780 32kVA 220kV 电压 等级系统的短路容量为 16651 45kVA 根据焦作电厂的原始资料和系统容量 焦作电厂采用 6 台单机容量 为 220MW 的发电机组 表 1 1 1 2 3 4 5 6 发电机额定运行参数 参数单位型号 QFSN 220 2 额定功率 kVA 220000 视在功率kVA258800 额定电压V15750 额定电流A9487 转子电压V443 转子电流A1845 空载励磁电流A640 空载励磁电压V151 满载励磁电流A1844 8 满载励磁电压V442 4 同步电抗 220 96 暂态电抗 27 29 次暂态电抗 15 63 转速转 分3000 频率Hz50 定子接法 2 Y 相数相3 功率因数0 85 焦作电厂是以煤炭作为燃料的凝汽式火力发电厂 电厂装机容量大 设备年利用率高 主要用于发电 是大型电厂 在电力系统中主要承担 基荷 因此 在电力系统中的地位和作用都较为重要 所生产的电能除 直接供地方企业使用外 以升高电压送往电力系统 六台发电机均采用三绕组变压器分别接成单元接线 单元接线省去 了发电机出口断路器 为了检修调试方便 在发电机与变压器之间装设 了隔离开关和负荷开关 110kV 电压由于较为重要 出线较多 采用了双母带旁路母线接线 220kV 电压等级高 为了保证供电的可靠性 采用双母四分段带旁母接 线 所有三绕组主变压器低压侧作为厂用电备用电源和启动电源 5 1 4 本课题的研究任务本课题的研究任务 1 发电厂 110kV 一次系统设计方案的比较与确定 包括发电机 主变压器的选择 接线方式的设计等 2 短路电流计算 包括确定主接线的运行方式 绘制等值网 计算 各短路点的三相短路电流 3 选择主要电气设备 包括主变压器 厂用变压器 断路器 隔离 开关 互感器 避雷器 绝缘子 导线等的选择及其校验 4 绘制焦作电厂 110kV 一次系统图 6 2 电气主接电气主接线设计及变压器选择线设计及变压器选择 电气主接线是发电厂电气设计的首要部分 也是构成电力系统的主 要环节 本章以电气主接线的设计为中心 从工程的观点出发 介绍对 主接线的设计原则和基本要求 并最终确定焦作电厂的 110kV 电压等级 的电气主接线形式采用双母线带旁路母线接线形式 最后根据发电机的 单机容量 并考虑留有 10 的裕度确定主变压器的型号 2 1 电气主接线设计原则电气主接线设计原则 发电厂电气主接线是发电厂电气设计的主体 它与电力系统 电厂 动能参数 基本原始资料以及电厂运行可靠性 经济性的要求等密切相 关 并对电器选择和布置 继电保护和控制方式等都有较大的影响 电气主接线是由电气设备通过连接线 按其功能要求组成接受和分 配电能的电路 成为传输强电流 高电压的网络 故又称为一次接线或 电气主接线 主接线代表了发电厂电气部分主体结构 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 从而完成发电 变电 输配电的任务 它的设计直接影响电器设备运行的可靠性 灵活 性 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 因此 电气主接线的设计必须结合电力系统和发电厂的具体情况 全面分析有关因素 必须综合处理各个方面的因素 正确处理它们之间 的关系 经过技术 经济论证比较后方可合理地选择接线方案 在进行 论证分析阶段 更应辨证地统一供电可靠性与经济性的关系 方能达到 先进性和可靠性 2 2 电气主接线设计的基本要求电气主接线设计的基本要求 发电厂主接线的基本要求是可靠性 经济性和灵活性 1 可靠性 供电可靠性是电能生产和分配的首要任务 主接线应该 满足这个要求 为了保证供电的可靠性 主接线应考虑到在事故或检修 的情况下 应尽可能减少对用户供电的中断 特别重要的 负荷 还应考虑设置备用供电电源 这样一来 在满足上述可靠性要求 7 的情况下 就必然增加设备和线路 使接线复杂 显而易见 提高可靠 性是以增加投资为代价 由于接线复杂 会导致较复杂的操作 切换程 序 有可能引起事故 反而降低了可靠性 因此 要综合考虑多种因素 来对提高可靠性的措施做出合理选择 2 灵活性 主接线应满足在调度 检修及扩建时的灵活性 调度时 可以灵活地投入和切除发电机 变压器和线路 调配电 源和负荷 满足系统在事故运行方式 检修运行方式以及特殊运行方式 下的系统调度要求 检修时 可以方便地停运断路器 母线及其继电保护设备 而不 至于影响电力网的运行和对用户的供电 扩建时 可以容易地从初期接线过渡到最终接线 在不影响连续 供电或停电时间最短的情况下 投入新机组 变压器或线路 并对一次 和二次部分的改建工作量最少 3 经济性 主接线在满足可靠性 灵活性要求前提下做到经济 合 理和节约 主接线应力求简单 以节省断路器 隔离开关 电流和电压互感 器以及避雷器等一次设备 必要时 要能限制短路电流 以便选择廉价 的电气设备或轻型电器等等 占地面积小 主接线设计要为配电装置布置创造条件 尽量使占 地面积减少 电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件 以便节约 用地和节省架构 导线 绝缘子及安装费用 在运输条件许可的地方 都应采用三相变压器 年运行费用少 年运行费用包括年电能损耗和设备的维修费用等 应经济合理选择主变压器的容量和台数 要避免因二次变压而增加电能 损耗 2 3 电气主接线电气主接线方案的确定方案的确定 主接线的基本形式可概括地分为两大类 有汇流母线的接线形式 无汇流母线的接线形式 有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线 8 接线和双母线接线两大类 无汇流母线的接线形式主要有桥形接线 角 形接线和单元接线 发电厂电气主接线的基本环节是电源 发电机 母线和出线 馈 线 发电厂的出线回路数和电源数不同 且各路馈线所传输的功率也 不一样 在进出线数较多时 为了便于电能的汇集和分配 采用母线作 为中间环节 起到联络作用可使接线简单清晰 运行方便 有利于安装 和扩建 其缺点是 有母线后 配电装置占地面积较大 使用断路器 隔离开关等设备增多 无汇流母线的接线使用开关电器较少 占地面积 小 但只适用于进出线回路少 不再扩建和发展的发电厂 2 3 1 对原始资料的分析 焦作电厂为大型电厂 其单机容量为 220MW 总装机容量为 6 220MW 年利用小时数为 7200h 为火电厂 在电力系统中承担基荷 从而该电厂的设计要着重考虑可靠性 由于该电厂共有 6 回进线 14 回 出线回路 机组容量大 可靠性要求高 所以 110kV 母线采用双母接线 或双母带旁母接线 发电机出口母线采用单元接线 2 3 2 110kV 电气主接线 通过对原始资料进行分析 根据主接线的基本要求 对 110kV 一次 系统的主接线形式拟定以下 两种 双母线接线如图 2 1 所 示 双母线接线具有两组母 线 W1 W2 每一回路经一 台断路器和两组隔离开关分 别与两组母线连接 母线之 间通过母线联络断路器 QF 简称母联 连接 双母线接线的优点 9 1 供电可靠 通过两组母线隔离开关的倒闸操作 可以轮流检修 一组母线而不致使供电中断 一组母线故障后 能迅速恢复供电 检修 任一回路的母线隔离开关只停该回路 2 调度灵活 各个电源和各个负荷可以任意分配到某一组母线上 能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需要 3 扩建方便 向双母线的左右任何方向扩建 均不影响两组母线 的电源和负荷自由组合分配 在施工中不会造成原有回路的停电 双母线接线的缺点 1 每回进出线均要多加一组隔离开关 2 当母线故障或检修 时 隔离开关做倒闸电器 容易误操作 双母线带旁路母线接线 如图 2 2 所示 右图是具有专用旁路断 路器 QF2 的双母线接线示意 图 QS3 QS4 为线路的旁 路隔离开关 在检修任一出 线的断路器时 都可以由旁路断路器 QF2 及相应线路上的旁路隔离开关 代替 而不必中断该回路的连续供电 双母接线有这么多的优点 在考虑经济合理配置的情况下加装旁路 母线则可避免检修断路器时造成短时停电 双母带旁母接线方式运行操作方便 不影响双母线正常运行 缺点 是多装了一台断路器 增加了投资和配电装置的占地面积 且旁路断路 器的继电保护为适应各回路出线的要求 其整定也较复杂 根据以两种接线方式的优缺点 现初步确定发电厂的 110kV 电压等 级的电气主接线形式采用双母线带旁路母线接线形式 110kV 电压等级 采用双母线带旁路母线接线能保证母线在发生故障时 仍有一段母线正 10 常工作 经过实践证明可提高供电的可靠性 并且具有经济性和可靠性 能够提供给重要的负荷七回馈电线路 保障社会生产生活的正常进行 并且两个电压等级采用双母线带旁路母线分段接线形式 虽然在初期投 资上进行较大的投入 但随社会生产的发展 并根据 5 10 年规划的发展 可以进行扩建 2 3 3 发电机变压器组电气主接线 没有汇流母线的接线 其最大的特点是使用断路器数量最少 一般 采用断路器数都等于或少于出线回路数 从而结构简单 投资小 一般 在 6 220kV 电压等级电气主接线中广泛采用 常见有以下几种形式 a 单元接线 b 角形接线 c 桥形接线 其中单元接线常用于发电厂中 单元接线如图 2 3 所示 发电机与变压器直接连接成一个单元 组成发 电机 变压器组 称为单元接线 它具有接线简单 开关设备少 操作简便 以及因不设发电机电压母 线 使得在发电机和变压器低压侧短路时 短路电 流相对于具有母线时 有所减小等特点 如图所示 发电机和三绕组变压器组成的单元接线 扩大单元接线如图 2 4 所示 为了减少变压器台数和高压侧断路器数目 并节省配电装置占地面 积 在系统允许时将两台发电机与一台变压器相连接 组成扩大单元接 线 这种接线简单 使用设备最少 线路故障或检修时 变压器停运 反过来 变压器故障或检修时 线路停电 适用 于只有一台变压器和一回线路时或当发电厂内不 设高压配电装置 直接将电能送至系统枢纽变电 站时的情况 焦作电厂有 110kV 和 220kV 两种电压等级 发电机发出的电能通过在满足本地企业对电能需 求的情况电能按负荷分配直接送往两级电压系统 11 其电能主要以升高电压送往电力系统 发电机容量较大 出线回路数又 多 为了减少故障 为了提高供电的可靠性 通过经济计算比较 可靠 性计算比较 选用桥行接线运行方式增加了投资 从经济性来说是不太 符合实际情况的 根据焦作电厂输送容量大小 电压等级 出线回路数 以及在电力系统中的位置和重要作用 最终确定为发电机 变压器单元 接线运行方式 2 4 变压器的选择变压器的选择 在发电厂中 用来向电力系统或用户输送功率的变压器 称为变压 器 变压器的容量 台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构 它 的确定除依据传递容量基本原始资料外 还应根据电力系统 5 10 年发 展规划 输送功率大小 馈线回路数 电压等级以及接入系统的紧密程 度等因素 进行综合分析和合理选择 变压器容量的选择应遵循以下原则 1 应尽量采用三相变压器 2 容量为 200MW 及其以上的发电机与变压器为单元接线时 按发 电机额定容量扣除本机组厂用负荷 留有 10 的裕度且变压器绕组的温 升在标准环境温度或冷却温度下不超过 55 C 2 4 1 主变压器的选择 发电机单机容量为 220MW 考虑留有 10 的裕度 则焦作电厂选择 主变压器的计算数据如表 2 1 所示 1 2 主变压器的技术参数分别如 表 2 2 表 2 3 所示 表 2 1 焦作电厂选择主变压器的计算数据 发电机 PN MW 功率因数SN MW 厂用电 率 厂用负荷 MW 110 送 出功率 主变压器选 择容量 MW 2200 85258 8613 2227 5240 表 2 2 1 主变压器铭牌参数 型号 SSPS3 240000 220 频率50Hz 额定容量 240000 240000 240000kVA 额定电压24222 5 121 15 75kV 12 冷却方式强迫油导向风冷式 线圈连接组别 Y0 Y0 12 11 相数3 器身约重181 5t 运输重约203 5t 总重约263t 高压 电压电流开关连接 VA 分接开关 位置 NANBNC 2541005461 A2 A3B2 B3C2 C3 2480505592 A3 A4B3 B4C3 C4 2420005733 A4 A5B4 B5C4 C5 23595058643 A5 A6B5 B6C5 C6 2299006035 A6 A7B6 B7C6 C7 中压 电压 V 电流 A 1210001146 低压 电压 V 电流 A 157508800 5080 短路损耗阻抗电压 运行方式 容量 kVA 损耗 kW 240000 kVA 时 高压 中压240000124327 6 高压 低压2400001016 116 56 中压 低压2400008229 25 空载损耗 245 kW 空载电流 0 54 套管型电流互感器技术数据 互感器型号电流比准确 级次 负荷 欧 倍数 10 连接端 LR 220 B 1000 50 52 1K1 1K4 高压 LRD 220 B 1000 5D429 2K1 2K4 LRD 110 B 1200 50 52 4K1 4K5 中压 LRD 110 B 1200 5D428 5K1 5K5 高压中性点 LRD 110 B 600 51 02 3K1 3K2 中压中性点 LR 35 B 1200 50 52 4 6K1 6K5 表 2 3 2 主变压器铭牌参数 型号 SSPSB 240000 220 频率50Hz 额定容量 240000 240000 240000kVA 额定电压 242 121 15 75kV 冷却方式强迫油导向风冷式 13 线圈连接组别 Y0 Y0 12 11 相数3 器身约重179t 总重约272 8t 高压 电压电流开关连接调压范 围 VA 分接开 关位置NANBNC 52541005461 A2 A3B2 B3C2 C3 2 52480505592 A3 A4B3 B4C3 C4 额定2420005733 A4 A5B4 B5C4 C5 2 523595058643 A5 A6B5 B6C5 C6 52299006035 A6 A7B6 B7C6 C7 中压 电压 V 电流 A 1210001145 低压 电压 V 电流 A 电流 A 157508797 5 a y b z c x 短路损耗阻抗电压 运行方式 容量 kVA 损耗 kW 240000 kVA 时 高压 中压2400001004 823 9 高压 低压24000090414 中压 低压240000726 88 67 空载损耗 293 kW 空载电流 0 57 套管型电流互感器技术数据 互感器型号电流比准确 级次 负荷 欧 倍数 10 出现端 标志 连接端 LR 220 B 1200 50 2 A E 高压 LRB 220 B 1000 5429 A D 1K1 1K2 2K1 2K2 3K1 3K2 中性点 LRB 110 B 600 5415 A E7K1 7K2 LR 110 B 1200 5228 A E 中压 LRB 110 B 1200 5421 A E 4K1 4K2 5K1 5K2 6K1 6K2 中性点 LRB 35 B 1200 54 A E8K1 8K2 14 2 4 2 厂用变压器的选择 由于厂用电率为 6 根据 1 2 厂用变压器各自承担的负荷则 1 2 厂用变压器的参数如表 2 4 所示 表 2 4 1 2 高厂变铭牌数据 型号 SFFL3 31500 20 相数3 额定容量 31500 15750 15750kVA 额定电压 15 755 6 3 6 3kV 冷却方式油浸风冷 连接组别 12 12 无吹风时容 量 21000 10500 10500kW 空载损耗35kW 空载电流0 533 器身约重23 6t 总重44 51t 产品代码1ET 710 991 1 高压 电流电压开关连接 VA 开关位置 NANBNC 1653811001 A2 A3B2 B3C2 C3 1575011542 A3 A4B3 B4C4 C5 1496212153 A4 A5B4 B5C5 C6 低压 电压 V 电流 A 63001442 套管型电流互感器技术数据 互感器型号电流比准确等级负荷 VA连接端 LR 35 B 1500 50 550高 压 LRB 35 B 1500 560 1K1 1K2 2K1 2K4 2 K1 2K2 高压 低压 1 低压 2 在 31500 时 10 16 高压 低压 1 在 31500kVA 时 18 85 高压 低压 2 在 31500kVA 时 18 85 阻 抗 电 压 低压 低压 2 在 31500kVA 时 36 3 高压 低压 1 低压 2 在 15750kVA 时 186kW 高压 低压 1 在 15750kVA 时 91kW 高压 低压 2 在 15750kVA 时 85kW 短 路 损 耗 低压 1 低压 2 在 15750kVA 时 160kW 15 3 短路电流计算短路电流计算 在供电系统中 出现次数比较多的严重故障是短路 所谓短路是指 供电系统中一切不正常的相与相或相与地在电气上被短接 本章通过短 路电流计算确定最大短路电流 为后面电气设备的选择提供依据 3 1 短路电流计算的目的短路电流计算的目的及短路电流计算条件及短路电流计算条件 为了保证电力系统安全 可靠地运行 在电力系统设计和分析中 不仅要考虑系统在正常状态下的运行情况 还应该考虑系统发生故障时 的运行情况及故障产生的后果 短路电流直接影响电器的安全 危害主 接线的运行 为了使电气设备能承受短路电流的冲击 提高电能的质量 往往通过短路电流计算选用适当容量的电气设备 短路电流计算条件 容量和接线 按本工程设计最终容量计算 并考虑电力系统远景 发展规划 一般为本工程建成后 5 10 年 其接线应采用可能发生最大 短路电流的正常接线方式 但不考虑在切换中可能短时并列的接线方式 短路种类 一般按三相短路验算 若其它种类短路较三相短路严 重时 则应按照最严重的情况计算 计算短路点 选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计 算点 3 2 电抗标幺值的计算电抗标幺值的计算 采用近似计算法 则 取基准容量 Sb 100MVA 基准电压 Ub 各额定电压平均值 则基准电流 Ib 3 1 b b U S 3 基准电抗 Xb 3 2 b b I U 3 b b S U 2 六台变压器单机容量 ST 240MVA 六台发电机单机容量 16 SG 258 8MVA 1 对于 110kV 系统 系统短路电流 I1 24 kA 系统短路容量 S1 4780 32 MVA 系统电抗标幺值 0 021 1 X 1 S Sb 32 4780 100 2 对于 220kV 系统 系统短路电流 I2 41 8kA 系统短路容量 S2 16651 45MVA 系统电抗标幺值 0 006 2 X 2 S Sb 45 16651 100 3 对于 1 2 3 4 发电机 其次暂态电抗 d X 15 63 电抗标幺值 0 1563 0 0604 G X d X G b S S 8 258 100 4 对于 1 主变压器 1 代表高压 2 代表中压 3 代表低压 27 6 16 56 9 25 21 U 31 U 32 U 27 6 16 56 9 25 17 46 1K U 2 1 323121 UUU 2 1 27 6 9 25 16 56 10 15 2K U 2 1 313221 UUU 2 1 16 56 9 25 27 6 0 895 3K U 2 1 213231 UUU 2 1 0 1746 0 0727 1T X 1 1 100 T bK S SU 240 100 0 1015 0 0423 2T X 1 2 100 T bK S SU 240 100 0 00895 0 0037 3T X 1 3 100 T bK S SU 240 100 5 对于 2 主变压器 1 代表高压 2 代表中压 3 代表低压 23 9 14 8 67 21 U 31 U 32 U 23 9 14 8 67 14 62 1K U 2 1 323121 UUU 2 1 23 9 8 67 14 9 29 2K U 2 1 313221 UUU 2 1 17 14 8 67 23 9 0 62 3k U 2 1 213231 UUU 2 1 0 1462 0 0609 1T X 1 1 100 T bK S SU 240 100 0 0929 0 0387 2T X 1 2 100 T bK S SU 240 100 0 0062 0 0026 3T X 1 3 100 T bK S SU 240 100 6 对于 3 主变压器 其短路电压 14 3K U 14 0 0583 3T X 3K U T b S S 240 100 7 对于 4 主变压器 其短路电压 13 8 4K U 13 8 0 0575 4T X 4K U T b S S 240 100 3 3 短路电流计算短路电流计算 图 3 1 短路电流计算接线图 18 图 3 2 短路电流计算电抗图 Sb 100MVA 3 3 1 发电机端短路 K1 点 图 3 3 发电机端短路计算电抗图 将图 3 3 进行等效变换则如图 3 4 所示 19 图 3 4 化简后的网络 则 4175 19 0515 0 1 5563 16 0604 0 1 1 eq I I 发电机端口基准电流 9 4812 kA 375 15 10 8 258 3 d I 则发电机短路时短路电流 9 4812 16 5563 d III 11 157 0729 kA 系统提供的短路电流 9 4812 19 4175 eq I deq II 184 2175 kA 则 因此 在对母线选型时 以最大短路电流为短路电 1 I eq I eq I 流进行动稳定 热稳定校验 则发电机端口的冲击电流 184 21751 9 sh I pmsh IK 2 494 9187 kA 3 3 2 110kV 母线短路 K2 点 图 3 5 110kV 母线短路电流计算电抗图 20 将图 3 5 进行等效变换则如图 3 6 所示 图 3 6 110kV 母线短路电流计算电抗图等效变换图 110kV 母线上的基准电流 1153 100 d I 0 502 kA 1413 0 1 d I 021 0 11 0 101186 0 1 69 9735 kA 则 69 9735 0 502 2 I dd II 35 1267 kA 110kV 母线短路电流冲击值 35 1267 1 414 1 85 sh I pm II 2 91 8879 kA 短路电流计算结果汇总如表 3 1 所示 表 3 1 短路电流计算结果 短路点短路电流标幺值基准电流 kA 短路电流有名值 kA 冲击电流 kA K119 41759 4812184 2175494 9187 K269 97350 50235 126791 8879 21 4 电气设备的选择电气设备的选择 电气设备选择是电气设计的主要内容之一 本章首先概括电气设备 的一般选择条件和校验条件 然后按照正常工作条件选择主要的电气设 备 并按短路状态进行校验 4 1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 正确地选择电气设备的目的是使电气主接线和配电装置无论在正常 或故障情况下 均能达到安全 经济 合理地运行 在进行设备选择时 应根据工程实际情况 在保证安全 可靠的前提下 积极而稳妥地采用 新技术 并注意节约投资 选择合适的电气设备 电气设备选择的一般要求是 1 满足工作要求 应满足正常运行 检修以及短路和过电压情况下 的工作要求 2 适应环境条件 应按当地环境条件进行校验 3 先进合理 应力求技术先进和经济合理 4 整体协调 应与整个工程的建设标准协调一致 应适当考虑发展 留有一定裕量 电气设备要能安全 可靠地工作 必须按正常工作条件进行选择 并按短路条件来校验其热稳定和动稳定 1 按正常工作条件选择电气设备 按当地环境条件校核 电气设备在制造上分户内 户外两大类 户外设备的工作条件比较 恶劣 故各方面要求比较高 成本也高 户内设备不能用于户外 户外 设备可以用于户内 但不经济 此外 在选择电气设备时 还应根据不 同环境条件考虑防水 放火 防腐 防尘 防爆以及电气设备安装地点 的小环境 如气温 风速 温度 污秽等级 海拔高度 地震烈度和覆 冰厚度等条件进行选择 当污秽等级超过使用规定时 可选用有利于防污的电瓷产品 当经 济上合理时可采用屋内配电装置 22 我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度为 40 如周围环境 温度高于 40 而低于 60 时 其允许电流一般可按每增高 1 额定 电流减少 1 8 进行修正 当环境温度低于 40 时 环境温度每降低 1 额定电流可增加 0 5 但其最大电流不得超过额定电流的 20 额定电压和最高工作电压 电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化 通常高于电网 的额定电压 故所选电气设备的允许最高工作电压不得低于所接电 alm U 网的最高运行电压 即 sm U 4 1 alm U sm U 一般电器允许的最高工作电压 当额定电压在 220kV 及以下时为 1 15 而实际电网的最高运行电压不超过一般不超过 1 1 因 N U sm U Ns U 此在选择电气设备时 一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点 的电网额定电压的条件选择 即 Ns U 4 2 N U Ns U 我国普通电气设备额定电压的标准是按照海拔 1000m 设计的 如果 使用在高海拔地区 应选用高海拔产品 或采取某些必要的措施增强电 气绝缘 方可使用 额定电流和最大长时允许电流 电气设备的额定电流是指在额定周围环境温度下 电气设备的 N I 0 长期允许电流 应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工 N I 作电流 即 max I 4 3 N I max I 由产品生产厂家规定 我国普通电气设备的额定电流所规定的环 0 境温度为 40 如果设备周围最高环境温度与规定值不符时 应对原C 有的额定电流值进行修正 修正方法如下 当环境最高温度低于规定的时 每低 1载流量可提高 0 5 但 0 C 总提高量不得超过 20 当环境最高温度高于 但不超过 60时 长时允许电流按下式 0 C 23 修正 4 4 al I N I oal oal 式中 设备允许最高温度 al C 环境最高温度 取平均月最高温度 o C 修正后的长时允许电流 al I 修正后的长时允许电流应大于或等于回路的长时工作电流 即 al I I 2 按短路情况校验 按正常情况选择的电气设备是否能经受住短路电流电动力和热效应 的考验 还必须进行校验 在选择电气设备时 除按一般条件进行选择外 还应根据它们的特 殊工作条件提出附加要求 短路热稳定校验 短路电流通过电气设备时 电气设备各部件温度 或发热效应 应不超 过允许值 满足热稳定的条件为 4 5 rw I k k rw t I t 式中 额定热稳定电流及作用时间 rw I rw t 最大稳定短路电流及作用时间 k I k t 电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力 亦称动稳定 满 足动稳定的条件为 或者 es i sh i es I sh I 式中 短路冲击电流幅值及其有效值 sh i sh I 通过电气设备的动稳定电流幅值及有效值 es i es I 技术规范规定对下列情况不进行动 热稳定性的校验 用熔断器保护的电气设备 可不校验热稳定 用限流电阻保护的电气设备和导体 可不校验动稳定 24 装电压互感器回路的裸导体和电气设备不校验动 热稳定 3 短路计算时间 校验电器的热稳定和开断能力时 还必须合理地确定短路计算时间 验算热稳定的计算时间为继电保护时间和相应断路器的全开断时间 k t pr t 之和 ab t 即 4 6 k t pr t ab t 而 4 7 ab t in t a t 式中 断路器全开断时间 ab t 后备保护动作时间 pr t 断路器固有分闸时间 in t 断路器开断时电弧持续时间 对少油断路器为 a t 0 04s 0 06s 对和压缩空气断路器约为 0 02s 0 04s 6 SF 开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流 故断路器的开断时 间应为主保护时间和断路器的固有分闸时间之合 br t 1pr t 即 4 8 br t 1pr t in t 对于无延时保护 为保护启动和执行机构执行时间之和 1pr t 4 2 电气设备选择电气设备选择 4 2 1 断路器的选择 高压断路器是主系统的重要设备之一 高压断路器的主要功能是 正常运行时 用它来倒换运行方式 把设备或线路接入电路或退出运行 起控制作用 当设备或线路发生故障时 能快速切除故障回路 保证无 故障部分正常运行 起保护作用 其最大特点是能开断电路中的负荷电 流和短路电流 110kV 高压断路器 一般选用电磁操动机构或液压操动机构 其型 式根据所选断路器的合闸功率而定 在本设计中采用液压操动结构 在 焦作电厂 110kV 一次系统设计中采用 LW6 110 型 SF6断路器 其技术 参数如表 4 1 所示 1 按正常情况进行校验 25 表 4 1 LW6 110 型 SF6断路器的技术参数 型号 参数LW6 110 额定工作电压 kV110 最高工作电压 kV126 额定频率 Hz50 额定电流 A3150 额定开端电流 kA40 50 热稳定电流 峰值 kA125 热稳定电流 3s kA50 分闸时间 ms 30 合闸时间 ms 90 全开断时间 ms 50 金属短接时间 ms60 5 SF 气体额定气压 20 C MP 6 0 a 0 4 0 6 年漏率 1 分闸线圈额定电压 电流220V 110V 1 1A 1 5A 合闸线圈额定电压 电流220V 110V 1 1A 1 5A 对于电压情况 UN 110 kVUNS 110 kV 符合条件 对于电流情况 110kV 母线上的最大长时间持续电流为 1322 7 A max 1 05 3 T N S I U 240 1 05 3 110 则 3150A 1322 7A 符合条件 N I max I 在该地区最热月室内最高气温月平均 30 37 mn C m C 由产品生产厂家规定 我国普通电器的额定电流所规定的环境温度为 0 26 40 由于该发电厂配电装置布置是在室内 并且该地区最热月室