火电厂电气一次部分及厂用系统设计.doc

LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 毕业设计 题 目 火电厂电气一次部分及厂用系统设计 学生姓名 左琪刚 学 号 08230220 专业班级 电气工程及其自动化 2 班 指导教师 国玉红 学 院 电气工程与信息工程学院 答辩日期 2012 年 6 月 12 日 兰州理工大学毕业设计 论文 0 目录目录 摘 要 4 ABSTRACT 5 火电厂厂用电系统设计 2 第 1 章 电气主接线的设计 6 1 1 原始资料分析 6 1 2 电气主接线的基本要求 6 1 3 主接线设计主要考虑因素 6 1 4 最佳方案的确定 7 1 5 对所选主接线的说明 8 第 2 章 厂用变压器的选择 8 2 1 选择厂用变压器的原则 8 2 2 厂用负荷的确定 8 2 3 厂用负荷计算 9 2 4 厂用变压器的选择 10 第 3 章 短路电流的计算 11 3 1 计算短路电流的意义 11 3 2 计算短路电流的目的 12 3 3 短路电流计算的一般规定 12 3 4 短路计算基本假设 13 3 5 短路电路计算的步骤 13 3 6 短路电流的计算结果 13 第 4 章 电气设备的选择 14 4 1 电气设备选择的一般原则 14 4 2 发电机出线和母线的选择结果 15 4 3 高压断路器和隔离开关的选择 15 4 4 互感器的选择 17 兰州理工大学毕业设计 论文 1 第 5 章 接地 22 5 1 厂用电系统中性点接地方式 22 5 2 接地装置的选择 22 第 6 章 厂用变压器容量的选择 24 6 1 列出该变压器所供厂用母线段上电动机容量 24 6 2 厂用变压器选择结果 26 第 7 章 短路电流计算 27 7 1 电抗标幺值的计算过程 27 7 2 短路电流的计算 29 7 3 短路电流计算的结果 30 第 8 章 电气设备的选择 31 8 1 母线的选择 31 8 2 断路器和隔离开关的选择 36 8 3 电流互感器的选择 40 8 4 电压互感器的选择 44 8 5 接地保护 45 毕业设计总结 49 参考文献 50 兰州理工大学毕业设计 论文 2 摘摘 要要 发电厂厂用电系统的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目 发电厂厂用电 系统的设计的设计内容多 范围广 不同电压等级 不同类型 不同性质负荷的发电 厂设计时基本原理 方法和规定都大致相同 本设计为 3 125MW 火力发电厂厂用电系统 主要阐述火电厂厂用电设计原理 电 气主接线为发电机和厂高变直接连成一个单元 再经断路器接至 6KV 高压系统 高低 压侧 6KV 和 0 4KV 选择母线形式都为单母线 使电厂电气主接线充分体现出安全性 可靠性 经济性 厂用变压器的选择做到 原 副边额定电压应分别与引接点和厂用 电系统的额定电压相适应 变压器的容量必须保证厂用机械及设备能从电源获得足够 的功率 从而选出厂用变压器 为了计算方便我们采用标幺值进行计算短路电流 为 后面电气设备的选择提供依据 电气设备的选择包括 导线的选择 断路器和隔离开 关的选择 电流 电压互感器的选择 接地选择 发电机采用中性点不接地方式 6KV 系统 中性点经电阻接地 保护动作于信号 380V 系统 中性点经高电阻接地 保护 动作于跳闸 电动机和变压器的金属外壳直接接地 不装设其他的接地设备 关键词 关键词 火电厂厂用电 电气主接线 短路计算 电气设备 接地保护 兰州理工大学毕业设计 论文 3 ABSTRACTABSTRACT The design of the Power System in a power plant is an essential project in the construction of the power industry The design of the Power System in a power plant contains a large content and a wide range of variety While designing a power plant the basic principles methods and requirements are roughly the same despite of different voltage levels types or nature of the load This design is a 3 125MW power system for thermal power plants aiming mainly at illustrating the principle of its designing The main electrical wiring is a unit consists of a generator directly combined by a transformer linked to 6KV high voltage system by a disconnecter The busbar form for both high and low voltage sides is single busbar thus making the main electrical wiring secure reliable and economical The selection of station transformer must meet the demand that the rated voltage of primary side and secondary side matches that of contact and auxiliary power system respectively and the capacity of the transformer ensures that enough power for auxiliary machinery and equipment can be provided by the power source For simplicity we use the unit value to calculate short circuit current and provide the basis for the choice of electrical equipment following up Electrical equipment options include choice of wires circuit breakers and isolation switches current voltage transformer as well as grounding Generator adopted 6KV system without grounding directly on the neutral point but through resistance and is protected on the signal The neutral point of 380V system is grounded through high resistance while protected by the action of trip The metal casing of electric motor and transformer is directly grounded without installing any other grounding equipment Keywords Keywords Power Thermal Power Plant Main Electrical Connection Short circuit calculation Electrical equipment Ground Protection 兰州理工大学毕业设计 论文 4 第 1 章 电气主接线的设计 1 11 1 原始资料分析原始资料分析 设计电厂为火力发电厂 其容量为 3 125MW 机组 发电机出线电压为 13 8KV 不 向周围地方直接提供负荷 220KV 电压级 架空出线 4 回 每回出线输送容量为 30MVA 起动 备用电源从 110kV 母线引入 火电厂各厂用机械的功率差别很大 因此 厂用电一般采用高压和低压两种电压等级供电 低压厂用电压为 380V 其中 380V 供 电机用电 220V 供照明和单相负荷用电 高压厂用电采用 6KV 和 3KV 两种电压中的一 种 发电机三台 125MW 本次设计采用 6KV 6KV 电压质量好 但也有缺点 如电厂有 100 200KW 的电机为降低造价 用 380V 系统 降低了可靠性 且使 380V 系统庞大 1 21 2 电气主接线的基本要求电气主接线的基本要求 电气主接线代表了发电厂的电气主体结构 是火电厂自用电的重要组成部分 直 接影响运行的可靠性 灵活性并对电器选择 配电装置的布置 自动装置和控制方式 的拟订都有决定性的关系 主接线的正确 合理设计 必须综合处理各个方面的因素 经过技术 经济论证后方可确定 因此 主接线必须满足以下基本要求 断路器检修时是否影响供电 设备和线路故障检修时 停电数目的多少和停电时 间的长短 以及能否保证对重要用户的供电 即满足一定的可靠性要求 具有一定的灵活性 主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式 达到调度的目的 而且在各种事故或设备检修时 能尽快地退出设备 切除故障停电 时间最短 影响范围最小 并且在检修时可以保证检修人员的安全 操作应尽可能简单 方便 主接线应简单清晰 操作方便 尽可能使操作步骤简 单 便于运行人员掌握 复杂的接线不仅不便于操作 还往往会造成运行人员的误操 作而发生事故 但接线过于简单 可能又不能满足运行方式的需要 而且也会给运行 造成不便或造成不必要的停电 兰州理工大学毕业设计 论文 5 经济上合理 主接线在保证安全可靠 操作灵活方便的基础上 还应使投资和年 运行费用小 使其尽地发挥经济效益 1 31 3 主接线设计主要考虑因素主接线设计主要考虑因素 在对设计原始资料分析的基础上 结合对电力系统电气主接线的可靠性 经济性 及灵活性等基本要求综合考虑 在满足技术 经济政策的前提下 本次设计力争使其 成为技术先进 发电可靠 经济合理的主接线方案 可靠发电是本设计火电厂应该考 虑的首要问题 兼顾到经济性和火电厂自用电重要性等问题 主接线方案从以下几个 方面考虑 尽量缩小厂用电系统的故障影响范围 避免引起全厂停电事故 万一发生 全厂停电 尽快从系统取得启动电源 本火电厂有无全厂停电的可能性 高压厂用母 线一般按炉分段 即发电机供给各自机 炉的用电 低压厂用变压器由一般由高压厂 用母线段上引接 高低压 厂用母线均采用单母线 双电源供电 即设有备用电源 线路 断路器 主变或母线故障或检修时 对机组的影响 对发电机出力的影响 主 接线是否具有足够的灵活性 能适应各种运行方式的变化 且在检修事故状态下操作 方便 调度灵活 检修安全等 在满足技术要求的前提下 尽可能考虑投资省 易操 作 电能损失小和年运行费用少 1 41 4 最佳方案的确定最佳方案的确定 发电机出口 13 8KV 采用无汇流母线的主接线 即没有母线这一中间环节 这样使 用的开关电器少 配电装置占地面积小 投资较少 没有母线故障和检修问题 因此 本设计 13 8KV 发电机出线采用发电机 双绕组变压器单元接线 如下图 图1 1 兰州理工大学毕业设计 论文 6 图1 2 主接线简图 兰州理工大学毕业设计 论文 7 1 51 5 对所选主接线的说明对所选主接线的说明 如图 1 2 发电机和厂高变直接连成一个单元 再经断路器接至 6KV 高压 系统 发电机出口处不再设母线 使用开关电器少 配电装置占地面积小 投资少 没有母线检修和故障问题 本设计发电机出口采用这样的无汇流单元接线 高低压侧 6KV 和 0 4KV 选择母线形式都为单母线 经备用母线段联络 构成分段的单母线 提高了可靠性和灵活性 第第 2 2 章章 变压器的选择变压器的选择 2 12 1 选择变压器的原则选择变压器的原则 根据 电力工程设计手册 厂用变压器的选择一般性原则 通常发电厂的高压厂 用电不应少于两台 在综合考虑灵活性 可靠性和经济性的基础上确定高压厂用变压 器应以 2 台为宜 并且配一台备用变压器 厂用低压母线接线形式跟厂用高压接线形 式一样都是单母分段 并配一台低压备用变压器 变压器原 副边额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应 联接 组别一致使同一电压等级的厂用工作 备用变压器输出电压相位一致 变压器的容量 必须保证厂用机械及设备能从电源获得足够的功率 2 2 1 主变压器容量 台数的选择主变压器容量 台数的选择 主变压器容量和台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构 它的选择除依据 基础资料外 主要取决于输送功率的大小与系统联系的紧密程度 运行方式及负荷的 增长等因素 并至少考虑 5 年内负荷的发展需要 如果容量选的过大 台数选得过多 则会增加投资 占地面积和损耗 不能充分发挥设备的效益 并增加运行和检修的工 作量 如果容量选的过小 台数选的过少 则可能封锁发电厂剩余功率的传送 或限 兰州理工大学毕业设计 论文 8 制变电所符合的需要 影响系统不同电压等级之间的功率变换及运行的可靠性等 因 此 应合理选择其容量和台数 2 2 2 主变压器形式的选择主变压器形式的选择 1 相数的确定 在 330Kv 及以下发电厂和变电所中 一般都选用三相变压器 因为一台三相式较 同容量的三台单项式投资少 占地小 损耗小 同时配电装置结构简单 运行维护较 方便 在 500KV 及以上的发电厂中 应按其容量 可靠性要求 制造水平 运输条件 负荷 和系统情况等 经技术比较后确定 2 绕组的确定 1 只有一种升高电压向用户供电或系统连接的发电厂 以及只有两种电压的变电 所 采用双绕组变压器 2 有两种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂 以及有三种电压的变电所 可以采用双绕组变压器或三绕组变压器 2 3主变压器容量 台数和型号的计算主变压器容量 台数和型号的计算 2 3 1 主变压器容量的计算主变压器容量的计算 单元接线中的主变压器容量 应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后 N S 预留 10 的裕度选择 为 2 1 G PNG N COS 1 1 1 S 发电机容量 NG 125W G 通过主变的容量 N S 厂用电 8 发电机的额定功率 G COS 85 0 COS G 发电机的额定容量为 200MW 扣除厂用电后经过变压器的容量为 1 1 1 1 1 125 1 0 08 148 82MVA 0 85 NGP N G S COS 兰州理工大学毕业设计 论文 9 2 3 2 主变压器台数的选择主变压器台数的选择 根据原始资料 该厂除了本厂的厂用电外 其余向系统输送功率 所以不设发电 机母系 发电机与变压器采用单元接线 保证了发电机电压出线的供电可靠 本厂主 变压器选用三相式变压器 3 台 2 3 3 主变压器型号的选择主变压器型号的选择 1 主变压器容量的选择 根据设计手册 发电机与变压器为单元连接式 主变 压器的容量为 148 82MVA 2 型式的选择 根据主接线的设计 主变压器选用双绕组变压器 3 相数 因为母线电压等级为 220KV 故选用三相变压器 故选择三相双绕组变压器 型号为 SFPL 150000 220 的主变压器 参数如表 2 1 表 2 1 额定电压 KV 阻抗电压空截电流 X R 型 号 高压侧 低压 侧 Ud Io SFPL 240000 220242 4 2 511130 265 2 42 4 厂用负荷的确定厂用负荷的确定 计算母线段的计算负荷 即全厂电机满负荷运行的各段母线上的最大负荷 设计任务书 给出了高压电动机计算负荷之和约为 14000KVA 低压厂用计算负荷之和约为 5000KVA 2 52 5 厂用负荷计算厂用负荷计算 经常及经常连续运行的电动机全部计入 经常短时及经常断续按 pp N 不经常短时及不经常断续的电机科不计入变压器容量 pp N 5 0 0 p 兰州理工大学毕业设计 论文 10 高压厂用工作变压器容量按高压侧厂用电计算负荷的与低压侧厂用电计 0 0 110 算负荷之和选择 本次设计的双绕组变压器容量 其中 lhC t SSS S 1 1 14000 h S5000 l S 204001 1 lhC SSS 高压启动 备用变压器容量应满足 则单台高压变容量选择 maxt tb S S 20400 sst c 2 62 6 厂用变压器的选择厂用变压器的选择 厂用电高压变压器单台发电机容量 125MW 厂用电高压变压器单台容量 20400 KVA 则单台高压变容量选择 20400 sst c 可选 25000 t s 查 发电厂电气部分 附表 1 2 可选 SF7 25000 35 型号变压器 名称 参数 厂高变 型号 SF7 25000 35 额定容量 KVA 2500 额定电压 KV 高压 35 0 低压 6 3 联结组别 YN D 阻抗电压 8 0 空载电流 0 6 空载损耗 KW 19 兰州理工大学毕业设计 论文 11 负载损耗 KW 77 204001 1 lhC SSS 高压启动 备用变压器容量应满足 maxt tb S S 查 发电厂电气部分 附表 1 2 可选 SF7 25000 110 型号变压器 名称 参数 启动 备用变 型号 SF7 25000 110 额定容量 KVA 25000 额定电压 KV 110 联结组别 YN D 阻抗电压 10 5 空载电流 0 8 空载损耗 KW 26 0 负载损耗 KW 110 7 兰州理工大学毕业设计 论文 12 第第 3 3 章章 短路电流的计算短路电流的计算 3 13 1 计算短路电流的意义计算短路电流的意义 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 在火 电厂厂用电系统的设计中 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等 因此 短路 电流计算是电气设备 载流导体的选择 接地计算的基础 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 火线与中性点直接接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 一定要考虑系统不正常工作状态 3 1 13 1 1 造成短路的原因造成短路的原因 电气设备及载流导体因绝缘老化 或遭受机械损伤 或因雷击 过电压引起的 绝缘损坏 电气设备因设计 安装 维护不良和运行不当或设备本身不合格引发的 短路 运行人员违反安全操作规程而误操作 如运行人员带负荷拉隔离开关 线路或 设备检修后未拆除接地线就加上电压等都回造成短路 根据国外资料显示 每个人都 有违反规程操作的潜意识 3 1 23 1 2 短路后果短路后果 短路故障发生后 由于网络总阻抗大为减小 将在系统中产生几倍甚至几十倍 于正常工作电流的短路电流 强大的短路电流将造成严重的后果 主要有以下几方面 1 强大的短路电流通过电气设备是发热急剧增加 短路持续时间较长时 足以 使设备因过热而损坏甚至烧毁 2 巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力 可能使导体变形 兰州理工大学毕业设计 论文 13 扭曲或损坏 3 短路将引起系统电压的突然大幅度下降 系统中主要负荷异步电动机将因转 矩下降而减速或停转 造成产品报废甚至设备损坏 4 短路将引系统中功率分布的突然变化 可能导致并列运行的发电厂失去同步 破坏系统的稳定性 造成大面积停电 这是短路所导致的最严重后果 5 巨大的短路电流将在周围空气产生很强大电磁厂 尤其是不对称短路时 不 平衡电流所产生的不平衡交变磁场 对周围的通信网络 信号系统 晶闸管触发系统 及自动控制系统产生干扰 3 23 2 计算短路电流的目的计算短路电流的目的 短路故障对电力系统可能造成极其严重的后果 所以一方面应采取措施以限制 短路电流 另一方面要正确选择电气设备 载流导体和互感器等 这一切都离不开对 短路电流故障的分析和短路电流的计算 概括起来 计算短路的主要目的在于 1 为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据 为此 计算 短路冲击电流以校验设备的机械稳定性 计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳 定性 3 为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠 的依据 在实际短路计算中 为了简化计算工作 通常采用一些简化假设 其中主要包 括 1 符合用恒定电抗标识或忽略不计 2 认为系统中个元件参数恒定 在高压网络中不计元件的电阻和导纳 3 系统短路是三相对称的 3 33 3 短路电流计算的一般规定短路电流计算的一般规定 1 验算导体和电器动稳定 热稳定以及电器开断电流所用的短路电流 应按工 程的设计规划容量计算 确定短路电流计算时 应按可能发生最大短路电流的正常接 兰州理工大学毕业设计 论文 14 线方式 而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 2 选择导体和电器用的短路电流 在电气连接的网络中 应考虑具有反馈作用 的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响 3 选择导体和电器时 对不带电抗器回路的计算短路点 应按选择在正常接线 方式时短路电流为最大的地点 4 导体和电器的动稳定 热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算 3 43 4 短路计算基本假设短路计算基本假设 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 电力系统中各元件的磁路不饱和 即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小 发生化 4 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 5 元件的电阻略去 输电线路的电容略去不计 及不计负荷的影响 6 系统短路时是金属性短路 高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗 采用标幺值进行计算 为了计算 方便选取如下基准值 基准容量 SB 100MVA 基准电压 UB KV 230 6 3 3 53 5 短路电路计算的步骤短路电路计算的步骤 1 计算各元件电抗标幺值 同一基准容量下 2 给系统制订等值网络图 3 选择短路点 4 对网络进行化简 不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗 标幺值 并计算短路电流标幺值 有名值 兰州理工大学毕业设计 论文 15 5 计算短路容量 短路电流冲击值 3 63 6 电抗标幺值的计算过程电抗标幺值的计算过程 将电力系统分布图等效成等值电路图如下 用标幺值进行短路电流计算 系统的基准容量为 基准电压MVA SB 100 UU AUB 计算等值网络中的元件的电抗标幺值如下 1 发电机的电抗标幺值 144 0 125 100 18 0 N B T S S X X 2 线路的标幺值 兰州理工大学毕业设计 论文 16 18 0 5 10 100 5 04 0 22 0 U S X B B LX 3 厂高压变压器的标幺值 33 0 2 1 66 0 2 1 16 100 100 5 10 2 1 100 NT BK T S SU X 4 0 4KV 侧的标幺值 25 6 16 1 85 0 1 100 16 1 NT B T S S X 3 6 23 6 2 短路电流的计算 短路电流的计算 220KV 侧 当 k1 点发生三相短路时 化简等值网络 电源对对短路点的转移 电抗为 33 3 268 0 770 0040 144 GTl x xXX 由于无穷大电源供给的短路周期分量电流是不衰减的 即 短路电流周期分量的标幺值 11 0 306 3 268 II x 短路电流周期分量值有名值 100 0 3060 08 3230 3 B b B III s I u A 短路电流冲击电流 2 552 55 0 82 04 ch IK i A 兰州理工大学毕业设计 论文 17 时的全电流最大有效值 SOOT1 1 510 08 1 510 12 ch IKA I 100 0 30630 6 B SSIMVA 6KV 侧 当 d2 点发生三相短路时 化简等值网络 简化为以短路点为中心 的辐 射等值网络 电源对对短路点的转移电抗为 111 0 210 5040 1440 858 GTlxxXX 由于无穷大电源供给的短路周期分量电流是不衰减的 即 短路电流周期分量的标幺值 1 11 1 166 0 858 II x 短路电流周期分量值有名值 100 1 16610 7 36 3 3 B b B III s I u A 短路电流冲击电流 2 552 55 10 727 26 ch IK i A 全电流最大有效值 1 5110 7 1 5116 16 ch IKA I 100 1 166116 6 B SSIMVA 3 3 短路电流计算的结果短路电流计算的结果 回路名称短路点编 号 短路电流起 始值 KA I 短路电流 冲击值ich KA 电流最大有 效值I ch KA 短路容 量 S MV A 兰州理工大学毕业设计 论文 18 高压侧 短路电流最大有效值 Ich 1 51I 短路电流冲击值 ich 2 55I 低压侧 短路电流最大有效值 Ich 1 09I 短路电流冲击值 ich 1 84I 第第 4 4 章章 电气设备的选择电气设备的选择 正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全 经济运行的重要条件 在进行电气设备选择时 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 并注意节省投资 选择合适的电气设备 尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样 具体选择方法也不完全 相同 但对它们的基本要求确是一致的 电气设备要可靠地工作 必须按正常工作条 件进行选择 并按短路状态来校验动 热稳定性 本设计 电气设备的选择包括 导线的选择 断路器和隔离开关的选择 电流 电压互感器的选择 220KVK10 082 040 1230 6 6KVK21 16627 2616 16116 6 兰州理工大学毕业设计 论文 19 4 14 1 电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则 额定电压 所选电器和电缆允许最高工作电压 UN 不得低于回路所接电网的最 高运行电压 UNS 即 Un Uns 额定电流 导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度下 导体和电器 0 的长期允许电流 IN 应不小于该回路的最大持续工作电流 Imax 即 IN Imax 由于变压器在电压降低 5 时 出力保持不变 故其相应回路的 Imax 1 05Ie Ie 为电器额定电流 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动 热稳定校验 一般校验取 三相短路时的短路电流 a 短路热稳定校验 满足热稳定条件为 或 dr QQ 22 kt ItI t Qd 短路电流产生的热效应 Qr 短路时导体和电器允许的热效应 4 秒内允许通过的短时热电流 I 短路计算时间 验算热稳定的短路计算时间为继电保护动作和相应断路器的全开断时间 k t pr t 之和 即 br t k t pr t br t 一般取保护装置的后备保护动作时间 这是为考虑到主保护有死区或拒动 pr t 而是指对断路器的分闸脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起 到各相触头 br t 分离后的电弧完全熄灭为止的时间段 显然 包括两个部分 即 br t br t in t a t 式中 为断路器固有分闸时间 它是由断路器接到分闸命令 分闸电路接 in t 兰州理工大学毕业设计 论文 20 通 起 到灭弧触头刚分离的一段时间 此值可在相应手册中查出 b 短路的动稳定校验 满足动稳定条件为 或 essh ii essh I 式中 短路冲击电流幅值及其有效值 sh i sh I 电气设备允许通过的动稳定幅值及其有效值 es i es I 4 24 2 发电机出线和母线的选择结果发电机出线和母线的选择结果 220KV 侧母线 根据最大长期工作电流 U 1458 856A 选择 LGJ 185 6KV 厂用侧母线 根据最大长期工作电流 AI1540 3 63 16000 05 1 max 选择型号 LGJ 400 4 4 3 3 高压断路器和隔离开关的选择高压断路器和隔离开关的选择 火电厂自用电电气主接线中 高压断路器是重要的电气设备之一 它具有完善 的灭弧性能 正常运行时 用来接通和开断负荷电流 在电气主接线中 还担任改变 主接线的运行方式的任务 故障时 断路器通常继电保护的配合使用 断开短路电流 切除故障线路 保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性 断路器是电力系统最重 兰州理工大学毕业设计 论文 21 要的控制和保护设备 断路器的功能是接通和断开正常工作电流 过负荷电流和故障 电流 本次设计采用真空断路器 真空断路器是利用真空 气体压力在 以下 的高介质强度来实现灭弧的断路器 真空断路器开断能力强 灭 a p 4 10 3 133 弧迅速 触头不易氧化 运行维护简单 灭弧室不需检修 结构简单 体积小 质量 轻 噪声小 寿命长 无火灾和爆炸危险等优点 但制造工艺 材料和密封要求高 开断电流和电压不能做的很高 目前国内只生产 35KV 及以下电压等级的产品 断路器和隔离开关选择的方法 电压和电流选择 N U Ns U N I max I 式中 分别为电气设备和电网的额定电压 kV N U Ns U 分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流 A N I max I 按开断电流选择 设备的额定开断电流 不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量 即 Nbr I pt I Nbr I pt I 当设备的较系统短路电流大很多时 简化计算可用进行选择 Nbr I Nbr I I 为短路电流值 I 短路关合电流的选择 在断路器合闸之前 若线路上已存在短路故障 则在断路器合闸过程中 触头 间在未接触时即有巨大的短路电流通过 预击穿 更易发生触头熔焊和遭受电动力 的损坏 且断路器在关合短路电流时 不可避免地接通后又自动跳闸 此时要求能切 断短路电流 为了保证断路器在关合短路时的安全 断路器额定关合电流 iNcl 不应 小于短路电流最大冲 Ish 击值 即 Ncl i sh i 短路热稳定和动稳定校验 兰州理工大学毕业设计 论文 22 校验式为 2 tkessh I tQ ii 220KV 发电机电压母线侧断路器和隔离开关的选择 设备参数断路器 SW7220 1500隔离开关 GW4 220D计算数据 UN KV 220220 UN KV 10 IN A 20002000 max AI 1698 KAI Nbr 40 KAIk 36 79 sKAtIt 2 2 5 56763 5 43 2 130055512 sKAQK 2 1143 4 5 KAiNcl 110 KAish 44 4 KAies 11085 KAINbr 44 4 6KV 母线侧断路器和隔离开关的选择 设备参数 Zn 10GN2 10 计算数据 UN KV 1010 UN KV 6 IN A 20002000 max AI1539 兰州理工大学毕业设计 论文 23 KAINbr40 KAIk 30 21 sKAtIt 2 2 64004402 130055512 sKAQK 2 1143 4 5 KAiNcl110 KAish37 66 KAies11085 KAINbr37 66 4 44 4 互感器的选择互感器的选择 互感器包括电压互感器和电流互感器 是一次系统和二次系统间的联络元件 用以分别向测量仪表 继电器的电压线圈和电流线圈供电 正确反映电气设备的正常 运行和故障情况 其作用有 1 将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流 使测量仪 表和保护装置标准化 小型化 并使其结构轻巧 价格便宜 便于屏内安装 2 使二次设备与高电压部分隔离 且互感器二次侧均接地 从而保证了设备和 人身的安全 互感器的配置 1 为满足测量和保护装置的需要 在变压器 出线 母线分段及所有断路器回 路中均装设电流互感器 2 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器 如 发电机和变压器的中性 点 3 对直接接地系统 一般按三相配制 对三相直接接地系统 依其要求按两相 或三相配制 4 6 220KV 电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器 5 当需要监视和检测线路有关电压时 出线侧的一相上应装设电压互感器 电流互感器的特点 兰州理工大学毕业设计 论文 24 1 一次绕组串联在电路中 并且匝数很少 故一次绕组中的电流完全取决于被 测量电路的负荷 而与二次电流大小无关 2 电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小 所以正常情况下 电流 互感器在近于短路状态下运行 电流互感器的选择 1 一次回路额定电压和电流的选择 一次回路额定电压和电流应满足 N U 1N I N U Ns U 1N I max I 为确保所供仪表的准确度 电流互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作 电流接近 2 准确级和额定容量的选择 互感器按选定准确级所规定的额定容量应大于或等于二次侧所接负荷 2N S 即 2 22NL IZ 2N S 2 22NL IZ 2L Z a r re r L r e r 式中 分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻 忽略电 a r re r 抗 为接触电阻 一般可取 0 1 为连接导线电阻 e r L r 3 热稳定和动稳定校验 a 只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验 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 t I 1N I t K 校验式为 1 tNk K IQ b 动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验 以及不同 相的电流相互作用产生的外部电动力校验 显然 多匝式一次绕组主要经受内部电动 力 动稳定校验式为 1 2 Nessh i 兰州理工大学毕业设计 论文 25 式中 ish Kes 电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数 有制造厂提供 电流互感器选择结果 220KV 侧电流互感器的选择 由此得 初选 LCWB2 220W 电流互感器 其技术参数如下 表 10 15 型号 额定电压 kV 额定电流 A 1S 热稳定电流 KA 动稳定电流 KA LCWD2 220 220 300 2767 5 具体参数表 10 16 LCWD3 220 设 备 项 目 产品数据计算数据 un ug 220KV220KV egmax II 1100A8591 5A 2 m I t K k Q193600KA 2 1143 45KA 2 m 2 I dw K sh i 1399 86KA44 4KA 6KV 侧电流互感器的选择 由此得 初选电流互感器 其技术参数如下 101 LDZJ 表 10 15 兰州理工大学毕业设计 论文 26 额定输出 VA保护级产品型号额定电流比 A 级次组合 2513 额定 输出 准确 级 额定 短路 时热 电流 额定 动稳 电流 600 800 50 2 10P3972 1000 50 5 355100 101 LDZJ 1500 50 5 10P 1 0 1 0 1 5 1510p15 5497 5 具体参数表 10 16 LDZJ1 10 设 备 项 目 产品数据计算数据 un ug 10KV10KV egmax II 1100A1725A 2 m I t K k Q 10000KA 2 S 823 2KA 2 S m 2 I dw K sh i 1399 86KA37 66KA 电压互感器的特点 1 容量很小 类似于一台小容量变压器 但结构上需要有较高的安全系数 兰州理工大学毕业设计 论文 27 2 二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大 互感器近似于空载状态运 行 即开路状态 电压互感器的选择 1 电压互感器的准确级和容量 电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内 负荷功率 因数为额定值时 电压误差最大值 由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗 导致测量结果的大小和相位有误差 而电压互感器的误差与负荷有关 所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的 容量 通常额定容量是指对应于最高准确级的容量 2 按一次回路电压选择 为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行 电压互感器一次绕组所接 电网电压应在 1 1 0 9 Ue 范围内变动 即应满足 1 1Ue1 U1 0 9Ue1 3 按二次回路电压选择 电压互感器二次绕组额定电压通常是供额定电压为 100V 的仪表和继电器的电压 绕组使用 显然 单个单相式电压互感器的二次绕组电压为 100V 而其余可获得相 间电压的接线方式 二次绕组电压为 100 3 电压互感器开口三角形的辅助绕组电压用于 35KV 及以下中性点不接地系统的电 压为 100 3V 而用于 110KV 及以上的中性点接地系统的为 100V 4 电压互感器及型式的选择 电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择 在 6 35KV 屋 内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器 110 220KV 配电装置中一般采 用半级式电磁式电压互感器 220KV 及以上配电装置 当容量和准确级满足要求时 一般采用电容式电压互感器 5 按容量的选择 互感器的额定二次容量 对应于所要求的准确级 Se2 应不小于互感器的二次 负荷 S2 即 Se2 S2 兰州理工大学毕业设计 论文 28 S2 po 2 Qo 2 Po Qo 仪表的有功功率和无功功率 6 电压互感器的选择结果 电压互感器的配置原则是应满足测量 保护 同期和自动装置的要求 保证在 运行方式改变时 保护装置不失压 同期点两侧都能方便的取压 通常如下配置 3 发电机 一般在出口处装两组 一组 Y 用于自动重合闸 一组供测 量仪表 同期和继电保护使用 220kv 发电机出线电压互感器 拟选型号为 YDR 220 电压互感器 技术数据表 额定工作 电压 KV 二次负荷 连接组 标号 初级绕组次级绕组0 5 级1 0 级3 级 100 1150VA240VA600VA 0 n Y y 型号含义 Y 电压互感器 D 三相 R 油浸式 220 额定电压 选用 0 5 准确级 者与之对应的三相额定容量S VA150Sns 母线 6 220KV 电压级的每组母线的三相上应装设电压互感器 旁母线则视 各回路出线外侧装设电压互感器的需要而定 6KV 电压级的每组母线的三相上应装设电压互感器 拟选型号为 JSJW 6 系列电压互感器 技术数据表 兰州理工大学毕业设计 论文 29 额定工作 电压 KV 二次负荷连接组标号 初级绕组次级绕组0 5 级1 0 级3 级 60 180VA150VA320VA 0 n Y y 型号含义 J 电压互感器 S 三相 J 油浸式 W 五柱三绕组 6 额定电压 选用 0 5 准确级 者与之对应的三相额定容量S VA80Sns 3 发电机 一般在出口处装两组 一组 Y 用于自动重合闸 一组供测 量仪表 同期和继电保护使用 第第 5 5 章章 接地接地 为保护人身及设备在正常和事故情况下的安全 电气设备都应装设接地装置 按用途可分为四种 工作接地 即为运行需要所设的接地 保护接地 为保护人身和设备的安全 将电气设备正常不带电而由于绝缘损坏 有可能带电的金属部分接地 称为保护接地 防雷接地 为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地 防静电接地 为防止静电对易燃油 天然气等危害而设的接地 称为保护接地 接地的一般要求 1 在正常和事故情况下 电气设备外壳要接地 首先应能同与地有可连接的各 种金属结构 管道和设备等自然接地体 2 将各种不同用途和各种不同电压的电气设备接地 应使用一个总的地装置 兰州理工大学毕业设计 论文 30 接地装置的接地电阻 应满足其中接地电阻最小的电气设备的要求 3 电气设备的人工接地体 管子 扁铁和圆钢等 垂直接地体和水平地体两类 应尽可能使在电气设备所在地点附近的对地电压分布均匀 5 15 1 厂用电系统中性点接地方式厂用电系统中性点接地方式 发电机绕组发生单相接地故障时 电流超过允许的对地电容电流时将烧伤定子 铁芯 高压厂用电系统的中性点接地方式 高压厂用电系统中性点接地方式的选择 与单相 接地电容电流 Ic 的大小有关 电厂的高压厂用电系统多采用中性点经电阻接地的方式 选择适当的电阻可以 抑制单相接地故障电压不超过额定电压的 2 66 倍 避免故障扩大 低压厂用电系统中性点接地方式 中性点经高电阻接地方式对火力发电厂的低 压厂用电系统都可以采用 因此我们选择 发电机采用中性点不接地方式 6KV 系统 中性点经电阻接地 保护动作于信号 380V 系统 中性点经高电阻 接地 保护动作于跳闸 采用电动机和变压器的金属外壳直接接地 不装设其他的接地设备 参考 等电位点联结安装 标准图册 02D501 2 对于发电厂厂用电系统的电 动机负荷和变压器的接地通常采用 TT 接地系统 即 采用电动机和变压器的金属外 壳直接接地 不装设其他的接地设备 5 25 2 接地装置的选择接地装置的选择 接地可采用 20mm 4mm 80的扁钢 接地装置接地体的截面 2 mm 兰州理工大学毕业设计 论文 31 第第 7 7 章章 短路电流计算短路电流计算 7 7 1 1 电抗标幺值的计算过程电抗标幺值的计算过程 将电力系统分布图等效成等值电路图如下 用标幺值进行短路电流计算 系统的基准容量为 基准电压MVA SB 100 UU AUB 计算等值网络中的元件的电抗标幺值如下 1 发电机的电抗标幺值 144 0 125 100 18 0 N B T S S X X 2 线路的标幺值 兰州理工大学毕业设计 论文 32 18 0 5 10 100 5 04 0 22 0 U S X B B LX 3 厂高压变压器的标幺值 33 0 2 1 66 0 2 1 16 100 100 5 10 2 1 100 NT BK T S SU X 4 0 4KV 侧的标幺值 25 6 16 1 85 0 1 100 16 1 NT B T S S X 7 27 2 短路电流的计算 短路电流的计算 220KV 侧 当 k1 点发生三相短路时 化简等值网络 电源对对短路点的转移 电抗为 33 3 268 0 770 0040 144 GTl x xXX 由于无穷大电源供给的短路周期分量电流是不衰减的 即 短路电流周期分量的标幺值 11 0 306 3 268 II x 短路电流周期分量值有名值 100 0 3060 08 3230 3 B b B III s I u A 短路电流冲击电流 2 552 55 0 82 04 ch IK i A 兰州理工大学毕业设计 论文 33 时的全电流最大有效值 SOOT1 1 510 08 1 510 12 ch IKA I 100 0 30630 6 B SSIMVA 6KV 侧 当 d2 点发生三相短路时 化简等值网络 简化为以短路点为中心 的辐 射等值网络 电源对对短路点的转移电抗