1200kv火电厂电气部分课程设计设计

0 1200kv1200kv 火电厂电气部分课程设计设计火电厂电气部分课程设计设计 1 目目 录录 一 选题背景 2 1 1 电力工业的发展概况 2 1 2 本次课设的主要问题及应达到的技术要求 2 二 方案论证 3 2 1 对原始资料的分析 3 2 2 主接线方案 3 2 3 比较并确定主接线方案 4 三 过程论述 6 3 1 主变压器选择 6 3 2 短路电流分析分析计算 7 3 2 1 短路电流计算目的及规则 7 3 2 2 短路等值电抗图 8 3 2 3 各短路点短路电流计算 9 3 3 电气设备的选择 11 3 3 1 电气设备选择概述 12 3 3 2 断路器和隔离开关的选择 12 3 3 3 母线 电缆的选择 16 3 3 4 发电机出口处电抗器选择 17 四 总结分析 18 参考文献 19 2 一 选题背景 1 1 电力工业的发展概况 火力发电是现在电力发展的主力军 在现在提出和谐社会 循环经济的环境中 我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响 对不可再生能源的影响 虽然现在在我国已有部分核电机组 但火电仍占领电力的大部分市场 近年电力发展 滞后经济发展 全国上了许多火电厂 但火电技术必须不断提高发展 才能适应和谐 社会的要求 十五 期间我国火电建设项目发展迅猛 2001 年至 2005 年 8 月 经国家环保总 局审批的火电项目达 472 个 装机容量达 344382MW 其中 2004 年审批项目 135 个 装 机容量 107590MW 比上年增长 207 2005 年 1 至 8 月份 审批项目 213 个 装机容量 168546MW 同比增长 420 随着中国电力供应的逐步宽松以及国家对节能降耗的重视 中国开始加大力度调整火力发电行业的结构 由发电 变电 输电 配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统 它的功能 是将自然界的一次能源通过发电动力装置 主要包括锅炉 汽轮机 发电机及电厂辅 助生产系统等 转化成电能 再经输 变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心 由于电源点与负荷中心多数处于不同地区 也无法大量储存 电能生产必须时刻保持 与消费平衡 因此 电能的集中开发与分散使用 以及电能的连续供应与负荷的随机 变化 就制约了电力系统的结构和运行 据此 电力系统要实现其功能 就需在各个 环节和不同层次设置相应的信息与控制系统 以便对电能的生产和输运过程进行测量 调节 控制 保护 通信和调度 确保用户获得安全 经济 优质的电能 电能是一种清洁的二次能源 由于电能不仅便于输送和分配 易于转换为其它的 能源 而且便于控制 管理和调度 易于实现自动化 因此 电能已广泛应用于国民经 济 社会生产和人民生活的各个方面 绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供 电 力工业已成为我国实现现代化的基础 得到迅猛发展 本设计的主要内容包括 通过 原始资料分析和方案比较 确定发电厂的电气主接线 计算短路电流 并根据计算结 果来选择和效验主要电气设备 1 2 本次课设的主要问题及应达到的技术要求 电厂规模 装机 2 台 容量分别为 600MW 发电机出线电压 10 5KV 机组年利用小时数 Tmax 6200h 厂用电率 8 气象条件 年最高温度 40 年最低温度 10 年平均温度 25 3 海拔高度 200M 出线回路 1 110KV 电压等级 60km 架空线 6 回 每回平均输送容量 11MW 110KV 最大负 荷 70MW 最小负荷 60MW cos 0 8 Tmax 5000h 2 220KV 电压等级 150km 架空线 2 回 220KV 与无穷大系统连接 接受该发电 厂的剩余功率 当取基准容量为 100MVA 时 系统归算到 220KV 母线上的电抗值为 0 025 二 方案论证 2 1 对原始资料的分析 本设计为大中型火电厂 其容量为 2 600MW 12000MW 故使用两台额定容量为 600MW 的发电机即可 且年利用小时数 Tmax 6200h 远远大于电力系统发电机组的平 均最大负荷利用小时数 该厂为火电厂 厂用电率 8 在电力系统中将主要承担基荷 因此其可靠性要慎重考虑 从负荷特点及电压等级可以看出 110kv 电压级出线为 6 回 且 Tmax 5000h 因 此其供电要从分考虑其可靠性 所以我们采用双母线接线 并且带旁路母线较好 220kv 电压级出线为两回 所以我们设计的时候既可以用双母线带旁路母线接线 又可 以采用单母线分段带旁路母线接线 所用变量名称 发电机容量 W600 G 厂用电率 8 p K 发电机的额定功率 8 0 GCOS 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 10 的裕度选择 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 2 2 MVA36 714 85 0 08 0 1 6001 1 1 1 1 G PNG N COS S 因此采用三相风冷自然循环双绕组无励磁调压变压器 其中一台型号为 参数为720 10SF 额定电压 110KV 10 5KV 调压范围 110 1 2 5 KV 额定电流3 755 8 784 6 连接方式为 ynd11 另外一台型号为 参数为720 10SF 额定电压 220KV 10 5KV 调压范围 220 1 2 5 KV 额定电流3 755 8 784 6 连接方式为 ynd11 4 2 2 主接线方案 1 基本接线方式 1 初定方案 在了解了基本接线方式 以及根据对所有资料的分析的基础上初步拟定方案 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 确定如下方案 首先我们要从可靠性 灵活性以及经济性多个层面考虑 我们所设计的供电系统 是否符合要求 可靠性要求我们在断路器或母线故障以及母线检修时 尽量减少停运 的回路数和停运时间 并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电 灵活性 要求主接线应满足在调度 检修及扩建时的灵活性 在检修时 可以方便地停运断路 器 母线及其继电保护设备 进行安全检修而不致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 经济性上要求我们要节省投资 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 避雷器等一次设备 以节省二次设备和控制电缆 方案一 600MW 发电机 1 通过三绕组的变压器与 110kv 母线及 220kv 母线相连 110kv 电压级出线为 6 回 因此其供电要从分考虑其可靠性 所以我们采用双母线接线 并且带旁路母线较好 这样一来就避免了断路器检修时 不影响对系统的供电 断路 器或母线故障以及母线检修时 减少停运的回路数和停运时间 保证了可靠的供电 同理 600MW 发电机 2 通过三绕组的变压器与 220kv 母线和 110kv 母线连接 220kv 电压 级出线为 2 回 采用双母线接线 方案二 有方案一 我们很容易想到 110kv 母线采用单母线分段带旁路连接 220kv 母线采用双母线旁路母线连接 方案三 同理 110kv 母线采用单母线分段带旁路 220kv 母线采用单母线分段带 旁路连接 三者均能达到可靠供电的母系 2 3 比较并确定主接线方案 在所实现的目的要求相差不大的情况下 采用最小费用法对拟定的两方案进行经 济比较 两方案中的相同部分不参与比较计算 只对相异部分进行计算 计算内容包 括投资 年运行费用 很容易知道当采用单母线分段带旁路的时候 必须多增加较多 断路器 这在稳定的可靠性 及经济上都是不具有优势的 因此采用方案一 也就是 我最初的设计 5 图 2 1 如图 2 1 所示 600MW 发电机 1 与 110kv 母线连接示意图 110kv 电压级出线为 6 回 且 Tmax 5000h 因此其供电要从分考虑其可靠性 所以我们采用双母线接线 并 且带旁路母线较好 这样一来就避免了断路器检修时 不影响对系统的供电 断路器 或母线故障以及母线检修时 减少停运的回路数和停运时间 保证了可靠的供电 6 图 2 2 如图 2 2 所示 600MW 发电机 2 与 220kv 母线连接示意图 110kv 电压级出线为 2 回 且 Tmax 5000h 因此其供电要从分考虑其可靠性 所以我们采用双母线接线 并 且带旁路母线较好 这样一来就避免了断路器检修时 不影响对系统的供电 断路器 或母线故障以及母线检修时 减少停运的回路数和停运时间 保证了可靠的供电 三 过程论述 3 1 主变压器选择 发电机容量 W600 G 厂用电率 8 p K 发电机的额定功率 8 0 GCOS 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 10 的裕度选择 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 7 2 2 MVA36 714 85 0 08 0 1 6001 1 1 1 1 G PNG N COS S 因此采用三相风冷自然循环双绕组无励磁调压变压器 其中一台型号为 OSSPSL 6000 型三绕组变压器参数为 额定电压 110KV 10 5KV 调压范围 110 1 2 5 KV 额定电流 3 755 8 784 6 连接方式为 ynd11 另外一台型号为 OSSPSL 6000 型三绕组变压器参数为 额定电压 220KV 10 5KV 调压范围 220 1 2 5 KV 额定电流 3 755 8 784 6 连接方式为 ynd11 变压器的连接方式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 型和 型 高 中 低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确 定 三相变压器的一组相绕组或连接成三相组的三相变压器的相同电压的绕组连接成 星型 三角型 曲折型时 对高压绕组分别以字母 Y D 或 Z 表示 对中压或低压绕组 分别以字母 y d 或 z 表示 如果星型连接或曲折型连接的中性点是引出的 则分别以 YN ZN 表示 带有星三角变换绕组的变压器 应在两个变换间已 隔开 我国 110KV 以上电压 变压器的绕组都采用 Y 连接 35KV 以下电压 变压器绕组都采用 连接 3 2 短路电流分析计算 3 2 1 短路电流计算目的及规则 在发电厂电气设计中 短路电流计算是其中的一个重要环节 其计算的目的的主 要有以下几个方面 1 电气主接线的比选 2 选择导体和电器 3 确定中性点接地 方式 4 计算软导线的短路摇摆 5 确定分裂导线间隔棒的间距 6 验算接地装置 的接触电压和跨步电压 7 选择继电保护装置和进行整定计算 1 短路电流计算条件 正常工作时 三项系统对称运行 所有电流的电功势相位角相同 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外 元件的电阻略去不计 不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流 8 元件的技术参数均取额定值 不考虑参数的误差和调整范围 输电线路的电容略去不计 2 一般规定 1 验算导体的电器动稳定 热稳定以及电器开断电流所用的短路电流 应按本工 程设计规划容量计算 并考虑电力系统远景的发展计划 2 选择导体和电器用的短路电流 在电器连接的网络中 应考虑具有反馈作用的 异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响 3 选择导体和电器时 对不带电抗回路的计算短路点 应选择在正常接线方式时 短路电流最大地点 4 导体和电器的动稳定 热稳定和以及电器的开断电流 一般按三相短路计算 3 2 2 短路等值电抗电路 由 2 600MW 火电厂电气主接线图 和设计任务书中给出的相关参数 可画出系统 的等值电抗图如图 3 1 所示 图 3 1 选取基准容量为 Sj 600MVA Uj Uav 1 05Ue Sj 基准容量 Uav 所在线路的品平均电压 以上均采用标幺值计算方法 省去 1 对于 QFSN 600 2 型发电机的电抗 j 89d e S 600 XXX0 14560 11648 S750 Uk 变压器短路电压的百分数 Se 最大容量绕组的额定容量 MVA 9 Sj 基准容量 MVA 3 对于 OSSPSL 6000 220 型三绕组变压器的电抗 j ddd 61 e S 1 U U U 200S x x 中低高中高低 1750 13 1 11 6 18 8 200600 0 0367 j 25ddd e S 1 U U U 200S XX 中低高中高低 1750 13 1 18 8 11 6 200600 0 126 j 37ddd e S 1 XX U U U 200S 中低高低高中 1750 18 8 11 6 13 1 200600 0 108 3 2 3 各短路点短路电流计算 短路点的选择应选择通过导体和电器的短路电流为最大的那些点作为短路计算点 首先 应在两条电压等级的母线上选择两个短路计算点 d1 d2 无线大功率系统 的德主要特征是 内阻抗 X 0 端电压 U C 它所提供的短路电流周期分量的幅值恒定 且不随时间改变 虽然非周期分量依指数率而衰减 但一般情况下只需计及他对冲击 电流的影响 因此 在电力系统短路电流计算中 其主要任务是计算短路电流的周期 分量 而在无限大功率系统的条件下 周期分量的计算就变得简单 如取平均额定电压进行计算 则系统的短电压 U Uav 若选取 Ud Uav 则无限大 功率系统的短电压的标幺值 1 d U U U 短路电流周期分量的标幺值为 1 P U I XX 式中 无限大系统功率系统对短路点的组合电抗 即总电抗 的标幺值 X 短路电流的有名值为 10 d P I I X 则冲击电流为 2 shshP iK I 式中 冲击系数 表示冲击电流对周期分量幅值的倍数 当时间常数 Ta sh K 的值由零编制无限大时 冲击系数值的变化范围为 12Ksh 在以下的计算中 取 Ksh 1 9 1 110KV 母线上短路 d1 点 的计算 图 3 2 11329658 XXXXXXX0 108 0 1260 116480 08762 12310 XXX0 358 1329 XXX0 2425 141312 1 X1 X1 X1 0 358 1 0 24256 91 15141 XXX0 14470 03670 1814 161115 1 X1 X1 X14 62 短路点短路电流的计算 16 1 I14 62 X j S 600 II14 6244KA 3Uav3 115 11 shsh i2 IK244 1 8 112KA 2 220KV 母线上发生短路 d2 时的计算 图 3 3 21329658 111 X XXX XXX 0 108 0 1260 11648 0 17524 222 222210 1 X1 X1 X1 0 17524 1 0 259 706 22 0 103 X 22 11 I9 709 X0 103 j S 600 II9 70914 622KA 3Uav3230 shsh i2 IK2 14 6 1 8 52 6 KA 表 3 2 1 系统短路电流小结 短路点110KV 母线发生短 路 d1 点 220KV 母线发生短路 d2 点 电流周期分量标幺值7 314 62 电流周期分量有名值21 98KA44KA 电流值 12 短路冲击电流55 97KA112KA 3 3 电气设备的选择 3 3 1 电气设备选择概述 由于各种电气设备的具体工作条件并不完全相同 所以 它们的具体选择方法 也不完全相同 但基本要求是相同的 即 要保证电气设备可靠的工作 必须按正常 工作条件选择 并按短路情况校验其热稳定和动稳定 3 3 2 电气设备选择的一般原则及校验内容 a 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 b 应按当地环境条件校核 c 应力求技术先进和经济合理 d 与正个工程的建设标准应协调一致 e 同类设备应尽量减少品种 f 用新的产品均应有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 3 3 2 断路器和隔离开关的选择 1 220KV 侧各个回路的最大工作电流 1 出线回路 KA 120096 3 621 33220 0 8 N N N S I U KA max 1 051 05 3 6213 8026 WN II 220KV 侧短路冲击电流为 21 876KA sh i 短路热稳定时间为 2 3 90 060 064 02 kprina s tttt 短路电流的热效应 选断路器 2 2 222 2 2 2 14 621014 6214 62 4 02859 1212 10tk tk k k kAs III Qt 13 表 3 3 1 LW 220 系列六氟化硫断路器技术数据 额定工作 电压 KV 最高工作 电压 KV 额定电流 A 3 秒热稳定 电流 KA 额定动稳定 电流峰值 KA 固有分闸 时间 S 额定频率 HZ 2202524000401000 0650 动稳定校验 动稳定电流 100KA 220KV 侧短路冲击电流为 21 876KA max i sh i 满足动稳定条件 maxsh ii 热稳定校验 满足热稳定条件 2 2 3 40 k t tQ I 隔离开关 表 3 3 2 GW4 220W 系列隔离开关技术数据 额定工作 电压 KV 额定电流 A 4s 热稳定电 流 KA 额定动稳定电流 峰值 KA 额定频率 HZ 22040005012550 校验和断路器相同的 均满足要求 3 三绕组变压器回路 600 1 57 33 220 0 8 N N N S IKA U max 1 051 05 1 571 65 WN IIKA 220KV 侧短路冲击电流为 21 876KA sh i 短路热稳定时间为 2 3 90 060 064 02 kprina s tttt 短路电流的热效应 选断路器 2 2 222 2 2 2 14 621014 6214 62 4 02859 1212 10tk tk k k kAs III Qt 14 表 3 3 3 LW 220 系列六氟化硫断路器技术数据 额定工作 电压 KV 最高工作 电压 KV 额定电流 KA 3s 热稳定电流 KA 额定动稳定 电流峰值 KA 固有分闸 时间 S 额定频率 HZ 2202522000401000 0650 动稳定校验 动稳定电流 100KA 220KV 侧短路冲击电流为 21 876KA max i sh i 满足动稳定条件 maxsh ii 热稳定校验 满足热稳定条件 2 2 3 40 k t tQ I 隔离开关 表 3 3 4 GW4 220W 系列隔离开关技术数据 额定工作 电压 KV 额定 电流 A 4s 热稳定电 流 KA 额定动稳定电流 峰值 KA 额定频率 HZ 22020005012550 校验和断路器相同的 均满足要求 2 110KV 侧各个回路的最大工作电流 1 出线回路 KA 1200 7 4 33 110 0 8 N N N S I U KA max 1 051 05 7 47 78 wN II 110KV 侧短路冲击电流为 55 97KA sh i 短路热稳定时间为 2 3 90 060 064 02 kprina s tttt 短路电流的热效应 选断路器 2 2 222 2 2 2 21 981021 9821 98 4 021942 1 1212 10tk tk k k kA s III Qt g 15 表 3 3 5 LW6 110 系列六氟化硫断路器技术数据 额定工作 电压 KV 额定电 流 A 3s 热稳定电 流 KA 额定动稳定电 流峰值 KA 固有分闸 时间 S 额定频率 HZ 1103150050125 0 02 50 动稳定校验 动稳定电流 125KA 110KV 侧短路冲击电流为 112KA max i sh i 满足动稳定条件 maxsh ii 热稳定校验 满足热稳定条件 2 2 3 50 k t tQ I 隔离开关 表 3 3 6 GW4 110W 系列隔离开关技术数据 额定工作 电压 KV 额定电流 A 4s 热稳定电 流 KA 额定动稳定电流 峰值 KA 额定频率 HZ 11080005012550 校验和断路器相同的 均满足要求 2 三绕组变压器回路 KA 600 3 149 33 110 0 8 N N N S I U KA max 1 053 306 WN II 110KV 侧短路冲击电流为 55 97KA sh i 短路热稳定时间为 2 3 90 060 064 02 kprina s tttt 短路电流的热效应 选断路器 2 2 222 2 2 2 21 981021 9821 98 4 021942 1 1212 10tk tk k k kA s III Qt g 16 表 3 3 7 LW6 110 系列六氟化硫断路器技术数据 额定工作 电压 KV 额定电 流 A 3s 热稳定电 流 KA 额定动稳定电 流峰值 KA 固有分闸 时间 S 额定频率 HZ 1103150050125 0 0250 动稳定校验 动稳定电流 125KA 110KV 侧短路冲击电流为 55 97KA max i sh i 满足动稳定条件 maxsh ii 热稳定校验 满足热稳定条件 2 2 3 50 k t tQ I 隔离开关可选用和出线回路一样的 3 3 3 母线 电缆的选择 1 220KV 母线的选择 按长期发热允许电流来选择截面 选用三条矩形铝导线 平放允许mmmm10125 电流为 3 725KA 海拔高度 200M 年最高温度 40 年最低温度 10 年平均温度 25 因此取温度修正系数 K 0 81 3 621KA725 3 81 0 KAIal 热稳定校验 正常运行时导体温度 68 725 3 621 3 4070 40 2 2 2 2 max 00 al al I I 查表 C 87 满足短路时发热的最小导体截面为 226 min 3750 5 26587 8 110 6 296 mmmmCKQS fK Kf 为集肤效应系数 C 为热稳定系数 满足热稳定要求 2 110KV 母线的选择 按长期发热允许电流来选择截面 选用两个三条矩形铝导线 平放 mmmm 10125 允许电流为 3 725 2KA 海拔高度 200M 年最高温度 40 年最低温度 10 年平均温度 25 因此取温度修正系数 K 0 81 17 KA4 72725 3 81 0 KAIal 热稳定校验 正常运行时导体温度 69 45 7 4 7 4070 40 2 2 2 2 max 00 al al I I 查表 C 87 满足短路时发热的最小导体截面为 226 min 23750 5 67987 8 1101942 mmmmCKQS fK Kf 为集肤效应系数 C 为热稳定系数 满足热稳定要求 3 3 4 发电机出口处电抗器选择 发电机出线出有 KA 600 32 99 33 10 5 0 8 N d N S I U 选用 ZN5 10 630 型真空断路器 20 nbr KA I 按正常工作电压和最大工作电流初选电抗器的额定电压 10KV 和 4000A 则 UNRINR 电抗百分值 dI X I x100 UI UI