2×300MW火电厂电气设计

上海电力学院上海电力学院 本科毕业设计 论文 本科毕业设计 论文 题 目 2 300MW 火电站厂电气设计 院 部 电气工程学院 专业年级 电气工程及其自动化 2012 届 学生姓名 刘奕骞 学号 20111163 指导教师 吴文军 2016 年 6 月 6 日 摘摘 要要 大容量 高参数是提高火电机组经济性最为有效的措施 高效洁净燃煤发 电技术将成为今后世界电力工业的主要发展方向之一 本文以太仓电厂新建 2x300MW 机组电气设计为例 论述了电力系统工程中火力发电厂部分电气设计 一次部分 的过程 在厂用电系统的布置 主变 厂用高变 断路器 隔离 开关等主要电气设备 和主接线的选择充分考虑大容量 高参数等特点 逐一 排除 做到可靠性 经济性 合理性 在各种运行状态下保证系统的正常 稳 定运行 后备保护措施如防雷 继电保护的配置布置全面 尽量减少事故带来 的人身伤害和财产损失 关键词 发电厂 变压器 主接线 短路电流 断路器 隔离开关 Abstract Large capacity and high parameters of thermal power units is to improve the economy of the most effective measures Clean and efficient coal fired power generation technology will become the world s electric power industry one of the main direction of development In this paper the Taicang Power Plant Unit 2x300MW new electrical design for example discusses some of the electricity power plant electrical systems engineering design first part process Electricity system in the plant layout the main change plants with high variable circuit breakers isolating switches and other major electrical equipment and the choice of the main wiring capacity fully taken into account high parameters and other features one by one to exclude so the reliability economy rationality in a variety of running the system under normal stable operation back up protection measures such as lightning protection relay protection overall layout of the configuration to minimize personal injury caused by accidents and damage to property Key words power plant transformer main connection circuit breaker isolating switches 目录 1 概述 1 1 1原始资料 1 1 设计规模 1 1 2 设计要求 1 厂用电系统 2 2 1 负荷统计 2 2 1 1 厂用负荷计算的计算原则 2 2 1 2 厂用负荷的计算方法 2 2 2 厂用变压器容量选择 2 2 2 1 低压厂用变压器容量计算 3 2 2 2 高压厂用变压器的容量计算 3 2 3 厂用电压等级确定 7 2 4 备用电源的引接 7 2 5 事故保安电源 8 2 6 厂用电接线的选择 8 2 6 1 高压厂用电接线 9 2 6 2 低压厂用电接线 9 2 7 电动机自启动校验 9 3 主变压器选择 10 3 1 主变压器容量和台数的确定 10 3 2 主变压器型式的选择 11 4 主接线的选择 12 4 1 主变高压侧接线 220KV 侧 12 4 2 发电机 变压器接线 18KV 侧 13 5 短路电流计算 14 5 1 概述 14 5 2 基本假设条件 14 5 3 电路元件参数的计算 15 5 3 1 基准值计算 15 5 3 2 短路计算 16 6 电气设备选择 21 6 1 母线 21 6 1 1 发电机出口 18KV 21 6 1 2 220KV 侧 21 6 2 QF QS 的选择 24 6 2 1 高压断路器选择原则 24 6 2 2 隔离开关选择原则 24 6 2 3 220KV 侧 QF QS 的选择 25 6 2 4 6KV 侧 开关柜的选择 26 6 3 互感器的选择 27 6 3 1 互感器的分类和作用 27 6 3 2 电流互感器的选择 27 6 3 3 电压互感器的选择 28 6 4 防雷设备的选择 30 6 4 1 直击雷的保护 30 6 4 2 侵入波的保护 31 7 配电装置 32 7 1 配电装置的基本要求 32 7 2 配电装置的设计原则 32 7 3 配电装置设计的步骤 33 7 4 配电装置的选用 33 8 继电保护的配置 34 8 1 变压器保护 34 8 1 1 变压器的故障分类 34 8 1 2 变压器的保护配置 35 8 2 220kV 线路保护 35 8 2 1 220kV 线路保护配置原则 35 8 3 母线保护 35 8 3 1 母线的故障类别 36 8 3 2 母线故障的保护方式 36 致 谢 37 参 考 文 献 38 附图 39 附图 1 主接线图 39 附图 2 厂用电接线图 39 1 1 概述 1 1原始资料 1 设计规模 本期工程建设规模为 2X300MW 燃煤机组 经 220KV 变压器接入系统 发电机参 数 QFS 300 2 上海电机厂 300MW 18KV cos 0 85 Xd 16 7 2 设备资料 见负荷清单 1 2 设计要求 1 确定发电厂厂用变压器容量和厂用电接线的最佳方案 进行电动机自启 动校验 2 主变压器容量的选择 确定发电厂电气主接线的最佳方案 3 短路电流计算 4 高压电气设备选择 包括 断路器 隔离开关 高压熔断器 电压互感 器 电流互感器 母线等 5 电气设备布置及其屋外配电装置选择 6 确定发电厂避雷针 避雷器 继电器保护及其自动装置的配置 7 完成至少两张图纸 其中必包括主接线图 2 厂用电系统 2 1 负荷统计 2 1 1 厂用负荷计算的计算原则 连续运行的负荷应予以计算 计算机组运行负荷时 不经常而连续运行的负荷应予计算 不经常而短时及不经常而断续运行的负荷不予计算 但由电抗器供电 的应全部计算 由同一厂用电源供电的互为备用的负荷只计算运行的部分 但对于分 裂变压器而言 应分别计算高低压绕组的负荷 互为备用的而由不同厂用电源供电的负荷 应全部计算 分裂电抗器中应分别计算每一臂中通过的负荷 2 1 2 厂用负荷的计算方法 换算系数就是将负荷运行状况和相互间的关系 用一两个系数归纳起来 使其 与负荷的容量组合后 能比较正确地反映电厂的实际运行工况 换算系数通常用 K 表示 故又称为 K 值法 换算系数法的计算公式如下 2 1 c SKP 式中 计算负荷 KVA c S 换算系数 见表 2 1 K 电动机的计算功率 kw P 表 2 1 换算系数表 机组容量 机组容量 KWKW 125000125000 200000200000 给水泵及循环水泵 11 凝结水泵 0 81 其它高压电动机 0 80 85 其它低压电动机 0 80 7 2 2 厂用变压器容量选择 3 2 2 1 低压厂用变压器容量计算 将接于一段母线上的各种负荷 按照上述计算方法一一计算后相加 便是该母 线的计算容量 并可按此负荷选择变压器 低压厂用变压器容量计算公式 2 2 td K SS 式中 变压器温度修正系数 一般取 1 t K S 低压厂用工作变压器容量 KVA 低压厂用计算负荷之和 d S 对低压厂用负荷整理 低压厂用变压器选择结果填入表 2 2 表 2 2 低压厂用变压器容量选择 额定电压额定电压 KVKV 厂用变压器厂用变压器型号型号容量容量 KVAKVA 数量数量 高压高压低压低压 联结联结 组别组别 绝缘等绝缘等 级级 公用变 SCR916001260 4Dyn11F 脱硫变 SCR96000260 4Dyn11F 电除尘变 SCR91600260 4Dyn11F 工作变 SCR92000260 4Dyn11F 照明变 SCR9630160 4Dyn11F 检修变 SCR9400160 4Dyn11F 循环水变 SCR91400260 4Dyn11F 水处理变 SCR92000160 4Dyn11F 保安变 SCR9800260 4Dyn11F 送煤变 SCR91600560 4Dyn11F 2 2 2 高压厂用变压器的容量计算 300KW 机组高压厂用电系统短路电流很大 可采用低压为分裂绕组的分裂变压 器 这种分裂变压器由于两个低压绕组间的分裂电抗很大 在短路时不仅可以有效 的阻止另一绕组的电动反馈电流的流入 与双绕组变压器相比减少了短路电流的水 平 同时也可能极大地减少故障组母线电压的影响 使在另一段母线上运行的高压 负荷能较正常的运行 高压厂用变压器的容量按高压电动机计算负荷的 1 1 倍与低压厂用计算负荷之 和选择 计算公式 分裂绕组 4 2 3 1 1 1 cH SSS 高压绕组 2 4 TNc SSS 式 中 厂用变压器分裂绕组计算负荷 KVA c S 厂用变压器低压绕组高压电动机负荷 KVA H S 厂用变压器低压绕组的低压厂用计算负荷 KVA 1 S 厂用变压器高压绕组额定容量 KVA TN S 厂用变压器两个分裂绕组间互为备用的重复计算负荷 KVA S 对高压厂用负荷进行整理 高压厂用变压器负荷统计结果如图 2 7 图 2 7 高压厂用变压器负荷统计 6KV1A 段6KV1B 段序 号 负荷 名称 容量 KW KV A 换算 系数 联 结 数 量 工 作 数 量 运 行 方 式 计算负 荷 KVA 联 结 数 量 负荷小 记 KVA 联 结 数 量 负荷小 记 KVA A B 段 重复负 荷 电动机 电动机 1 循环 水泵 14001212 经 常 连 续 280011400114000 2 电动 给水 泵 5200121 经 常 连 续 520015200000 3 凝结 水泵 1000121 经 常 连 续 200011000110001000 4 引风 16000 8522 经 272011360113600 5 机常 连 续 5 送风 机 7100 8522 经 常 连 续 12071603 51603 50 6 一次 风机 11200 8522 经 常 连 续 1904195219520 7 磨煤 机 4000 8554 经 常 连 续 1700310202680340 8 炉水 循环 泵 2000 8532 经 常 连 续 51023401170170 9 汽动 前置 泵 2200 8522 经 常 连 续 374118711870 10C12A B 皮 带机 4000 8511 经 常 连 续 3401340000 11 开式 冷却 水升 压泵 电动 机 2200 8521 经 常 连 续 37411871187187 6 12 闭式 冷却 水升 压泵 电动 机 3150 8521 经 常 连 续 535 51267 751267 75267 75 13 输送 风机 空压 机 2000 8522 经 常 连 续 340117011700 电动机合计 KVA 1613027 25126977 251964 75 变压器 变压器 1 公用 变 16000 8511136000113600 2 电除 尘变 16000 8522272011360113600 3 工作 变 20000 8522340011700117000 4 照明 变 6300 8511535 51535 5000 5 检修 变 4000 3111201120000 6 水处 理变 20000 8511170011700000 7 预留 脱硫 负荷 60001211200016000160006000 变压器合计 KVA 611415 5 4104206000 合计 KVA 2225745 475 1 6 18094 475 8161 22 5 总计 KVA 35679 23 选择变压器容量 KVA 40000 2 20000 20MW 7 2 3 厂用电压等级确定 目前国内高压厂用电电压等级为 3 6 10Kv 电压等级 在 300MW 机组中 电 压等级选用 3KV 或者 6KV 电压等级 又因为 6KV 电压等级有电动机的功率可制造得 较大 满足大容量负荷要求等优点 与 3KV 厂用电系统相比 不仅节省有色金属及 费用 而且短路电流也较小 故在本次设计中高压厂用电压选用 6KV 电压等级 而 低压厂用电压则采用 400V 经以上负荷统计及综合考虑 选定的厂用高压变压器的数据如表 2 3 所示 表 2 3 厂用高压变压器数据 设备型号设备型号 台台 数数 相数相数 调压方调压方 式式 冷却方式冷却方式 电压等级电压等级 KVKV 阻抗电阻抗电 压压 容量容量 MVAMVA 连接组连接组 别别 SFF7 40000 18 23 无载油浸风冷 18 6 315 06 40 2 20 D d0 d0 2 4 备用电源的引接 为给发电机组正常启动时提供电源 必须提供一启动电源 为保证高压厂用电 系统的运行安全 设置厂用备用电源也是非常必要的 在设计中 一般将上述两种 功能的电源合二为一 统称为 启动 备用电源 由于启动 备用电源所具备的功能 要求该电源应从与厂用电源相对独立的系 统引接 所引接的系统应由两个以上的电源 并有足够的容量 为保障电压质量 当启动 备用变压器的阻抗大于 10 5 或所接电力系统的电压波动超过 5 时 还应 考虑采用有载调压设施 设计中考虑到一台高压用启动 备用变压器检修时 不影响任一台机组的启停 300MW 机组每一台启动 备用电源都由两台较小容量的启动 备用变压器组成 启动 备用变压器容量与一台高压厂用变压器的容量相同 采用明备用接线 引接电源 来自系统电压 220KV 侧 选定的厂用高压变压器的数据如表 2 3 所示 表 2 4 高压厂用启动 备用变压器数据 设备型号设备型号台数台数相数相数 调压方调压方 式式 冷却方冷却方 式式 电压等电压等 级级 KVKV 阻抗电阻抗电 压压 容量容量 MVAMVA 连接组别连接组别 SFPSZ1 40000 220 23 有载 油浸风 冷 230 6 321 75 40 2 2 5 Yn d11 d11 8 2 5 事故保安电源 对 300MW 及以上的大容量机组 当厂用工作电源和备用电源消失时 为确保在事 故状态下能安全停机 事故消除后能及时供电 应设置事故保安电源 以保证事故保 安负荷连续供电 事故保安电源必须是一种独立而且十分可靠的电源 采用快速自 动程序的柴油发电机组 蓄电池以及逆变器或逆变机组将直流变为交流作为交流事 故保安电源 事故保安电源接线方式及设备选型 为了保证在全厂事故停电时能安全可靠地停机 停炉 避免主设备遭受损坏 在 每台机组 380 220V 厂用电系统中设置一套事故保安电源装置 采用一台快速启动 地柴油发电机组作为交流保安电源 每台机 组设两台 380 220V 保安段 正常运行时分别 由两台 380 220V 工作段供电 当事故失去电 源后 柴油发电机组快速自启动并自动投带两 段保安负荷 中性点接地方式采用经高阻接 地的接地方式 柴油发电机组选用额定功率 1800KW 额 定电压 400 230V 额定频率 50HZ 的电启动应 急型柴油发电机组 图 2 8 为柴油发电机接 线示意图 图 2 8 柴油发电机接线图 2 6 厂用电接线的选择 厂用电设计应按照运行 检修和施工的要求 考虑全厂发展规划 妥善解决分 期建设引起的问题 积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备 是设计达到经济 合理 技术先进 保证机组安全 经济和满发地运行 厂用电接线应满足下列要求 1 各机组的厂用电系统式独立的 一台机组的故障停运或其辅机的电气故 障 不应影响到另一台机组的正常运行 并能在短时间内恢复本机组的运行 2 充分考虑机组启动和停运过程中的供电要求 一般均应配备可靠的启动 备用 电源 3 充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式 特别 是注意对公用负荷供电的影响 4 200MW 及以上机组应设置足够容量的交流保安电源 还要设置电能质量 9 指标合格的交流不间断供电装置 2 6 1 高压厂用电接线 高压厂用电系统初步接线形式如下 每台机组设 1 台分裂绕组厂用高压变压器 其工作电源从发电机封闭母线上支接取得 2 台机组设 1 台分裂绕组高压公用 启 动 备用变压器 其工作电源由厂内 220kV 升压站母线提供 每台机组设 2 段高压工作母线 为单母线接线形式 由 1 台厂用高压变压器的 2 个分裂绕组进 行供电 每台机组的机炉辅机分别接在 2 段高压工作母线上 发电厂中有些负荷不以机组为单元 而是为全厂服务的公用系统 对于这类负 荷的供电 要避免仅依靠某个电源或某一台机组 以防止因某个电源或某一台机组 停运时而使公用负荷不能运行 从而造成全厂停运事故 设计中公用负荷段分为两 段 将互为备用的负荷接于不同的机组上 两个公用段互为备用 2 6 2 低压厂用电接线 低压厂用负荷的接线方式有有种 一是传统的中央盘 车间盘接线方式 二是 PC 低压动力中心 MCC 低压电动机控制中心 接线方式 由于每一套 PC MCC 的电源由互为备用的两台变压器供电 母线之间采用分段断路器以便在某电源故障 后合闸以保证供电 PC MCC 接线方式可靠性高于设计中中央盘 车间盘接线方式 故设计中采用 PC MCC 方式 高压厂用电系统初步接线形式如下 低压厂用电系统采用单母线分段 每台机 组厂房低压系统成对设置汽机段 锅炉段 电除尘段 保安段 脱硫段 2 台机组 设置公用段 检修段 出灰段 综合泵房段 输煤段 除灰段 反渗透段 每台机 组设置 1 台检修变 出灰变 脱硫公用变 灰库变厂前区 照明变 循环水变卸 煤码头动力变 GIS 变 采用 PC MCC 供电方式 容量为 75 kW 以下的电动机及 200 kW 以下的静止负荷由 MCC 供电 75kW 及以上的低压电动机和 200 kW 及以上的 静止负荷由 PC 供电 2 7 电动机自启动校验 已知发电厂厂用电系统电压为 6KV 和 0 38KV 两级电压 厂用高压备用变压器 为分裂绕组变压器 其高压绕组额定容量为 40000KV A 低压绕组额定容量为 20000 KV A 以高压绕组电抗为基准的半穿越电抗标幺值为 15 06 厂用高压变 电源侧母线电压标幺值 1 1 有载调压 0 U 10 参加自启动电动机总容量为 12027 25KW 则根据公式 2 5 11 2 cos H N KP S S 式中 电动机启动电流倍数 1 K 参加自启动电动机总容量 1 P 电动机的效率和功率因数乘积 一般取 0 8 cos 分裂绕组额定容量 2N S 可求得厂用高压母线的合成负荷标幺值为 5 12027 25 0 8 3 76 20000 H S 由公式 2 6 2 1 1 1 1 100 NK t N SU x S 式中 高压绕组额定容量 1N S 可求得厂用高压变压器电抗标幺值为 由公式 1 15 0620000 1 10 083 10040000 t x 2 7 0 1 1 1 tH U U x S 可求得高压母线标幺值为 0 65 0 7 厂用 1 1 1 0 839 1 0 083 3 76 U 高压母线电压校验满足电动机自启动要求的厂用母线最低值 可见该电动机可以顺 利实现自启动 3 主变压器选择 3 1 主变压器容量和台数的确定 发电机与主变压器为单元连接时 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扣除本机组的 厂用负荷后 留有 10 的裕度 2 按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷 根据公式 11 cos P S 得到 1 号 2 号主变容量为 考虑裕度 12 300 0 8540313SSMVA 122 S S S 1 10 344 24MVA 3 2 主变压器型式的选择 1 相数的选择 当发电厂与系统连接的电压为 220KV 时 宜经技术经济比较后 确定选用三相 变压器或单相变压器组 对于单机容量为 300MW 并直接升压到 220KV 的 选用三相 变压器 2 绕组数量的选择 电力变压器按每相的绕组数分为双绕组 三绕组或更多绕组等形式 按电磁结 构分为普通双绕组 三绕组 自耦式及低压绕组分裂式等形式 机组容量为 200MW 以上的发电厂其升压变压器一般不采用三绕组变压器 设计中主变压器 2 侧只有 2 个电压等级 且以 220KV 升高电压级与系统连接 所以采用双绕组变压器即可 3 绕组连接方式的选择 变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致 否则 不能并列运行 电力系统采用的绕组连接方式只有 Y 和 两种 因此 变压器三相绕组的连接方式 应根据具体工程来确定 在发电厂和变电站中 一般要考虑系统或机组的同步并列 要求 限制 3 次谐波对电源的影响等因素 根据以上变压器绕组连接方式的原则 运行 设计中 对于 220KV 的电压等级变压器绕组采用 连接 N Y 11 d 4 调压方式 为了保证发电厂或变电站的供电质量 电压必须维持在允许范围内 通过变压 器的分接开关切换 改变变压器高压侧绕组匝数 从而改变其变比 实现电压调整 发电厂主变压器中很少采用有载调压 因为可以通过调节发电机励磁来实现调 节电压 设计中对于 220KV 电压等级的变压器采用无激磁调压 经过以上的讨论 符合本次设计的 2 300MW 机组主变压器基本要求的是由西 安变生产的 2 台 SFP7 360000 220 三相一体主变压器 采用 连接组别无激 N Y 11 d 磁调压方式 阻抗值为 14 3 12 4 主接线的选择 主接线的基本要求 1 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务 从以下几方面确定可靠性 发电厂和变电站在电力系统的的地位和作用 担负的负荷性质 设备制造水 平 实践运行经验 2 灵活性 电气主接线应能适应各种运行状态 并能灵活的进行运行方式 的转换 适应各种运行方式 正常 检修 事故及处理 特殊 投切设备 增减负 荷等 的变化 具体衡量要求 操作的方便性 调度的方便性 扩建的 方便性 3 经济性 在满足可靠性与灵活性的前提下做到经济合理 投资省 占地面积少 电能损耗小 4 1 主变高压侧接线 220KV 侧 方案一 采用双母线带旁路接线方式 当出线回路数较多 输送和穿越功率较大 设备故障或检修时不影响用户的正 常用电 首先 它满足了供电的可靠性 可以不停电检修 其次可以满足调度灵活 性和扩建方便 此外双母接线时 故障检修容易误操作 接线图如图 3 1 图 3 1 双母带旁路接线 13 方案二 采用双母线不带旁路 与方案一双母带旁路接线方式相同 供电可靠 运行调度较灵活 扩建也方便 但不便于检修 设计中 由于电厂检修时需要做到不停电检修 而且本次设计中也不选用模块 式全封闭开关 所以需要加装旁路母线 故选用采用双母线带旁路接线方式 接线 图如 3 2 图 3 2 双母线接线 4 2 发电机 变压器接线 18KV 侧 单元接线是所有无主接线基本形式中最简单的一种 发电机 双绕组变压器单 元接线 是大型机组广泛采用的接线形式 对于 200MW 以上机组 采用了单元接线 以后 发电机于变压器之间无需加装断路器 所以发电机出口采用分相封闭母线 这种接线方式简单 开关设备少 操作简单 以及因不设发电机电压母线 而在发 电机和变压器之间采用封闭母线 使得短路的几率和短路电流相对于具有发电机电 压级母线时 有所减小 接线形式如图 3 3 所示 14 图 3 3 单元接线 5 短路电流计算 5 1 概述 电力系统在运行中 相与相之间或相与地 或中性线 之间发生非正常连接 即短路 时流过的电流 其值可远远大于额定电流 并 取决于短 路点距电源 的电气距离 例如 在发电机端发生短路时 流过发电机的短路电流最大瞬时值可 达额定电流的 10 15 倍 大容量电力系统中 短路电流可达数万安 这会对电力 系统的正常运行造成严重影响和后果 三相系统中发生的短路有 4 种基本类型 三相短路 两相短路 单相对地短 路和两相对地短路 其中 除三相短路时 三相回路依旧对称 因而又称对称短路 外 其余三类均属不对称短路 在中性点接地的电力网络中 以一相对地的短路故 障最多 约占全部故障的 90 在中性点非直接接地的电力网络中 短路故障主 要是各种相间短路 发生短路时 电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状 态 一般需 3 5 秒 在短路后约半个周波 0 01 秒 时将出现短路电流的最大瞬 时值 称为冲击电流 它会产生很大的电动力 其大小可用来校验电工设备在发生 短路时机械应力的动稳定性 短路电流的分析 计算是电力系统分析的重要内容之 一 它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备 整定继电保护 分析事故提 供了有效手段 供电网络中发生短路时 很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而 遭到损坏 同时使网络内的电压大大降低 因而破坏了网络内用电设备的正常工作 为了消除或减轻短路的后果 就需要计算短路电流 以正确地选择电器设备 设计继 电保护和选用限制短路电流的元件 5 2 基本假设条件 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 系统中的同步和异步电机均为理想电机 不考虑电机的磁饱和 磁滞 涡流及导体肌肤效应等影响 转子结构完全对称 定子三相绕组空间位置相差 120 电气角度 15 4 电力系统中各元件的磁路不饱和 即带磁芯的电气设备电抗值不随电流 大小发生变化 5 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行 其中 50 负荷接在高压母线 上 50 负荷接在系统侧 6 同步电机都具有自动调整励磁装置 包括强行励磁 7 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 8 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 9 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外 元件的电阻 都略去不计 10 元件的计算参数均取其额定值 不考虑参数的误差和调整范围 11 输电线路的电容略去不计 12 用概率统计法制定短路电流运算曲线 5 3 电路元件参数的计算 5 3 1 基准值计算 高压短路电流 通常取基准容量 基准电压一般取用各级的1000 j SMVA j U 平均电压 即 5 1 1 05 jN UU 式中 额定电压 N U 当基准容量 MVA 与基准电压 KV 选定后 基准电流 KA 与基准电抗 j S j U j I 便已决定 j X 5 2 3 j j j S I U 5 3 2 3 jj j j j UU X SI 常用基准值 1000MVA 如表 5 1 所示 j S 表 5 1 常用电压等级对应基准值表 基准电压基准电压 KVKV jU 6 310 518115230525 16 基准电流基准电流 KAKA jI 91 6553 215 022 511 1 基准电抗基准电抗 jX 0 040 113 2413 252 9275 6 5 3 2 短路计算 已知参数如下 发电机 QFS 300 2 300MW 18KV 16 7 N P N U d X 主变压器 230KV 14 3 N U K U 厂高变 18 6 3KV 半穿越电抗 15 06 分裂系数 3 622 1 2 S U f K 线路 100 公里线路值 20 已知单位长度的值 0 4 100 2 l X 0 0 4 Xkm 无穷大系统 已知MVA 则 5000 K S 1000 0 2 5000 j S K S X S 2 等值电路图如图 图 5 1 各短路点 图 5 2 等值电抗图 3 各元件基本参数 基准值取 1000 j SMVA 1 05 jN UU 17 发电机 12 1000 0 1670 473 300 0 85 j d N S XXX S 主变压器 56 14 3 1000 0 397 100100360 j K N S U XX S 厂高变 1 2 1 2 15 06 7 9 3 622 1 1 4 4 S S f U U K 高压绕组 1 2 34 7 93 6221000 1 1 0 187 1004100440 fj S N KS U XX S 低压绕组 1 2 3344 1 6 82 2100 j S f N S U XXXXK S 线路 72 20 0 378 230 1000 l j X X X 系统 已知MVA 5000 K S 1000 0 2 5000 j S K S X S 4 计算过程 k1 处短路 图 5 3 处短 1 k 117 0 3780 20 578 s XXX 1215 11 0 4730 397 0 435 22 XXX 18 系统侧短路电流标幺值 11 11 1 73 0 578 S I X 有名值 1 73 2 514 34 SSj IIIKA 运算电抗 1212 300 0 85 0 4350 1535 1000 N C j S XX S 查运行曲线得发电机 0S 和 4S 的短路电流标幺值为 7 08 GO I 4 2 5 G I 有名值分别为 00 1000 7 0817 77 3230 GGj IIIKA 44 1000 2 56 276 3230 GGj IIIKA 冲击电流 取较大侧 0 22 1 8 17 7745 235 impimpG iKIKA 故短路电流为 4 34 17 7722 11IKA 最大有效值为 22 12 1 22 1112 1 8 1 33 39 impimp IIKKA k2 处短路 图 5 4 处短路 2 k 其中 217 0 578 s XXX 2226 0 87XXX 521 31521 22 1 24 XX XXX X 522 32522 21 1 865 XX XXX X 19 31 11 0 81 1 24 S I X 0 81 32 125 89 SSj IIIKA 运算电抗 121 300 0 85 0 4730 167 1000 N C j S XX S 3232 300 0 85 1 8650 658 1000 N C j S XX S 查运行曲线得发电机 0S 短路电流标幺值为 0 6 52 G I 0 1 59 G I 有名值为 00 1000 6 52 1 59 260 13 3 18 GGj IIIKA 冲击电流 取较大侧 0 22 1 9 260 13699 impimpG iKIKA 故短路电流为 25 89260 13286 02IKA 最大有效值为 22 12 1 286 0212 1 9 1 462 96 impimp IIKKA k3 处短路 图 5 5 处短路 3 k 由于 6KV 厂用电系统的短路电流计算应计及电动机的反馈电流 即它由厂用电 源和电动机两部分供给 并按相角相同取算术和进行计算 由公式 5 4 j B xB I I XX 5 5 3 10 3cos e D Dd D e DDD P IK U 20 式中 基准电流 KA j I 系统电抗标幺值 x X f x x S X S 厂用变压器或电抗器的电抗标幺值 B X 厂用电源短路电流周期分量的起始有效值 B I 电动机平均反馈电流倍数 一般 12 5 万 KW 及以上机组取 d D K 5 5 6 0 计及反馈的电动机额定功率之和 KW e D P 电动机额定电压 KV e D U 电动机平均效率和功率因数乘积 一般取 0 8 cos DD 电动机反馈电流周期分量的起始有效值 KA D I 可得 1000 91 64 336 3 j j j S IKA U 38917 2x xj SI UMVA 1000 0 112 8917 2 j x x S X S 0 1876 827 007 B X 则 91 64 12 87 0 1127 007 j B xB I IKA XX 而 5 8 d D K 6 e D UKV cos0 8 DD 12027 e D PKW 则 3 108 39 3cos e D Dd D e DDD P IKKA U 12 878 3921 26 BD IIIKA 冲击电流 2 1 1 2 1 85 12 87 1 1 1 7 8 39 55 86ch Bch D impBD iKIKIKA 故短路电流为 21 26IIKA 最大有效值为 22 12 1 21 2612 1 8 1 27 23 impimp IIKKA 21 将上述结果进行整理 如表 5 2 所示 表 5 2 个点短路电流统计表 6 电气设备选择 6 1 母线 载流导体一般使用铝或铝合金材料 纯铝的成型导体一般为矩形 槽型和管型 铝合金导体有铝锰合金和铝镁合金两种 形状均为管型 铝锰合金载流量大 但强 度较差 而铝镁合金载流量小 但机械强度大 其缺点是焊接困难 因此使用手受 限制 铜导体只有在持续工作电流大 且出线位置特别狭窄或污秽对铝有严重腐蚀 的场所 硬导体截面通常有矩形 槽型和管型 矩形导体一般只用于 35KV 及以下 电 流在 4000A 及以下的配电装置中 槽型导体机械强度好 载流量大 肌肤效应系数 较小 一般用于 4000 8000A 的配电装置中 管型导体肌肤效应系数小 机械强度 高 用于 8000A 以上的大电流母线或要求电晕放电电压高的 110KV 及以上的配电装 置中 G I 数数 值值 KA KA 短路点短路点 S I 0 S4 S I imp i imp I 1 k 4 3417 776 27622 1145 23533 39 2 k 25 89260 13135 68286 02699462 96 B I D I 3 k 12 878 39 21 2655 8627 23 22 软导体常用的有钢芯铝绞线 组合导线 分裂导线和扩径导体 后者多用于 330KV 及以上配电装置 6 1 1 发电机出口 18KV 选用型号为 QLFM 18 18000 Z 全连式离相金属封闭 强迫风冷 外径直径 170cm 相间距 3m 额定电压 18KV 电流 18KA 6 1 2 220KV 侧 主变高压侧 220KV 1 按经济电流密度选择 导体所在回路中最大持续工作电流 max 360 1 31 31 175 33230 N N S IKA U 假定最大负荷利用小时 查阅经济电流密度图 发电厂电气部分 max 5000T P201 的图 6 17 经济电流密度 由公式 2 0 98 JA mm 6 1 max J I S J 得出导体的经济截面为 查阅 电力工程电气设计手册 P335 选取 J S 2 1199mm 截面为 1491的铝锰金管型导体 型号为 2 mm100 90 2 计算条件 气象条件 最大风速 内过电压风速 最高气温 max 25 Vm s max 15 Vm s 最低气温 40oC 30oC 三相短路电流峰值 45 235 imp iKA 结构尺寸 跨距 l 12m 支持金具长 0 5m 计算跨距 相间 距离 a 3m GW6 220 型隔离开关静触头加金具重 15Kg 按两跨梁进行计算 导体型号及技术特性 导体选用铝锰金管型导体 导体材料的温度线100 90 膨胀系数 弹性模数 惯 性距 导体密度 导体截面 自重 4 169Jcm 3 2 73 g cm 2 1491Smm 导体截面系数 1 4 08 qkg m 3 33 8 Wcm 3 最大弯矩和弯曲应力的计算 正常状态时母线所受的最大弯矩和应力的计算 max M max 23 正常状态时母线所受的最大弯矩由母线自重产生的垂直弯矩 集中负荷 即引 下线 产生的垂直弯矩及最大风速产生的水平弯矩组成 其计算公式如下 母线自重产生的垂直弯矩为 cz M 由 设计手册 表 8 19 查得均布荷载最大弯矩系数为 0 125 则弯矩为 22 1 0 1259 80 125 4 08 11 59 8660 98 CZfs MqlNm 集中荷载产生的垂直弯矩为 cj M 由表 8 20 查得集中荷载最大弯矩系数为 0 188 则弯矩为 0 1889 80 188 15 11 5 9 8317 8 cjfs MPlNm 最大风速产生的水平弯矩 取风速不均匀系数 取空气动力 sf M1 v a 系数 最大风速为 则风压为 1 2 v K max 25 Vm s Kg m 22 max 1 25 1 1 2 0 14 69 1616 vvv V fa K D 22 0 1259 80 125 4 69 11 59 8759 8 sfv fs Mf lNm 正常状态时母线所承受的最大弯矩及应力为 22 max 1239 075 czcjsf MMMMNm 2 max max 1239 075 1001003669 41 4 M N cm W 此值小于材料的允许应力 8820 满足要求 2 N cm 4 短路状态时母线所受的最大弯矩和应力的计算 d M d 短路状态时母线所受的最大弯矩由母线自重产生的垂直弯矩 集中负荷 即引 下线 产生的垂直弯矩 短路电动力及对应于内过电压情况下的风速所产生的最大 弯矩组成 短路电动力产生的水平弯矩及短路电动力为 sd M d f 2 2 45 235 1 761 760 586 96 300 imp d i fkg m a 22 0 1259 80 125 6 96 11 59 81128 sddjs Mf lNm 24 在内过电压情况下的风速产生的水平弯矩及风压 sf M v f 22 1 15 1 1 2 0 11 69 1616 vvv v fd k Dkg m 22 0 1259 80 125 1 69 11 59 8273 8 sfv js Mf lNm 短路状态时母线所承受的最大弯矩及应力为 22 1709 7 dsdsfczcj MMMMMNm 2 1709 7 1001005058 3 33 8 d d M N cm W 此值小于材料的允许应力 8820 满足要求 2 N cm 汇流母线 220KV 1 按导体长期发热允许电流选择 由公式 6 2 0 al al K 得出温度修正系数 由公式 7040 0 816 7025 K 6 3 max al IIK 得出 查阅 设计手册 应选用截面为 1491的 max 1630 1997 5 0 816 al IIKA 2 mm 铝锰金管型导体 2 经对最大弯矩和弯曲应力的计算 截面为 1491的铝锰金管型导体满 2 mm 足要求 最大弯矩和弯曲应力的计算 6 1 2 已有详述 故不做校验 6 2 QF QS 的选择 6 2 1 高压断路器选择原则 高压断路器主要功能 正常运行时 用来倒换运行方式 把设备或线路接入电路 或退出运行 起着控制作用 当设备或线路故障时 能快速切除故障回路 保证无故障 部分正常运行 能起保护作用 按照断路器采用的灭弧介质可分为油断路器 多油 少油 压缩空气断路器 25 断路器 真空断路器等 其中断路器具有灭弧能力强 开断容量大 熄弧 6 SF 6 SF 特性好的特点 因而在超高压输电网中普遍使用 现在的发展趋势 我国新建 220KV 断路器基本都使用断路器 且本次设计根据主接线也需要选用断路器 6 SF 6 SF 6 2 2 隔离开关选择原则 隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器 它需与断路器配套使用 但隔 离开关无灭弧装置 不能用来接通和切断负荷电流和短路电流 由于隔离开关不用 来接通和切除短路电流 故无需进行开断电流和短路关合电流的校验 隔离开关主要用途 1 隔离电压 在检修电气设备时 用来将被检修设备与电源电压隔离 保证 检修安全 2 倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时 常用来配合断 路器协同操作来完成 3 分合小电流 分合避雷器 电压互感器和空载母线 分合励磁电流不超过 2A 的空载变压器 关合电容电流不超过 5A 的空载线路 6 2 3 220KV 侧 QF QS 的选择 1 QF 220 NNS UUKV max 360 1 31 31 18 33230 N N N S IIKA U 按额定开断电流进行选择 初选 SFMT 220KV 型的六氟化硫断路器 Nbr II 表 6 1SFMT 220KV 型断路器基本参数 型号型号额定电压额定电压 KVKV 额定电流额定电流 A A 额定开断额定开断 电流电流 KA KA 额定关合额定关合 电流 峰电流 峰 值 值 KAKA 3s3s 热稳定热稳定 电流电流 KAKA 额定动稳额定动稳 定电流定电流 峰值 峰值 KAKA SFMT 22022025004010040100 26 额定开断额定开断 时间 时间 s s 额定闭合额定闭合 时间 时间 s s 重合闸无重合闸无 电流间隙电流间隙 时间 时间 s s 重合闸金重合闸金 属短接时属短接时 间 间 s s 最高工作最高工作 电压电压 kVkV 额定频率额定频率 HzHz SFSF6 6气体额气体额 定压力定压力 20 20 MpaMpa 0 060 10 30 04252500 5 QS 按额定开断电流进行选220 NNS UUKV max 1 18 N IIKA Nbr II 择 初选 GW4 220KV型号的隔离开关 表 6 2GW4 220KV 型隔离开关基本参数 型号型号额定电压 额定电压 kVkV 额定电流 额定电流 A A 动稳定电流峰值动稳定电流峰值 kAkA 4s4s 热稳定电热稳定电 流 流 kAkA GW4 220220200010040 222222 2 4 10 17 7710 6 8536 276 274 93 1212 k k Kttk t QIIIKA S A 将初选的断路器和隔离开关列于下表 6 3 表 6 3 隔离开关和断路器与计算参数对照表 计算值计算值SFMT 220KVSFMT 220KV型断路器型断路器GW4 220KVGW4 220KV型隔离开关型隔离开关 220 NS UKV 220 N UKV 220 N UKV max 1 18IKA 2500 N IA 2000 N IA 17 77IKA 额定开断电流40 Nbr IKA 45 235 im