300mw汽轮发电机组厂用电设计论文

2300MW汽轮发电机组厂用电设计摘要本论文是对发电厂厂用电进行设计，主要运用发电厂电气部分，电力系统分析，电力系统继电保护等专业知识完成。具体设计内容包括厂用电接线设计，负荷分析计算，变压器选择，电动机自启动校验，继电保护设计，防雷设计等。在严格遵循发电厂电气部分的设计原则下，并结合实际情况确定了厂用电母线电压等级为6KV，利用换算系数法进行负荷分析计算，变压器选择低压分裂三绕组变压器，确定了合适的短路点进行短路电流计算，根据防雷保护要求确定避雷器，最后绘制了厂用电接线图。关键词发电厂，变压器，避雷器DESIGNOFPOWERPLANTOF2300MWTURBOGENERATORFACTORYABSTRACTTHEPAPERISDESIGNEDTOWARDSTHEELECTRICITYPOWERPLANT,USINGELECTRICALPOWERPLANTS,POWERSYSTEMANALYSIS,POWERSYSTEMPROTECTIONANDOTHEREXPERTISETOCOMPLETESPECIFICDESIGNELEMENTSINCLUDINGELECTRICITYCABLEPLANTDESIGN,LOADANALYSIS,THECHOICEOFTRANSFORMERS,MOTORSSTARTCHECKING,RELAYPROTECTIONDESIGN,LIGHTINGPROTECTIONDESIGNANDSOONTHEDESIGNFOLLOWSSTRICTLYTOTHEPRINCIPLESOFTHEELECTRICALPOWERPLANTS,COMBINEDWITHTHEACTUALSITUATION,IDENTIFYINGTHEBUSVOLTAGEELECTRICITYPLANTAS6KV,USINGCONVERSIONFACTORMETHODTOCALCULATETHELOAD,CHOOSINGTHELOWVOLTAGESPLITTHREEWINDINGTRANSFORMER,FIXINGTHEAPPROPRIATESHORTCIRCUITPOINTTOCALCULATETHESHORTCIRCUITCURRENT,SELECTINGTHEARRESTERACCORDINGTOTHEREQUIREMENTOFLIGHTINGPROTECTION,FINALLYDRAWINGTHEELECTRICWIRINGDIAGRAMKEYWORDPOWERPLANT,TRANSFORMER,ARRESTER目录前言1第1章厂用电电压等级确定及接线设计211厂用电212厂用电的电压等级确定213厂用电接线设计4131对厂用电接线的要求4132厂用电接线的基本原则4133厂用电接线形式4第2章厂用电负荷计算及变压器的选择721厂用电负荷的分类722厂用电负荷的计算原则1023厂用负荷的计算方法10231换算系数法10232电动机计算功率确定1024厂用变压器的选择14241额定电压14242厂用变压器的容量14第3章厂用电动机的选择和自启动校验1831厂用电动机的选择1832电动机自启动18321电动机自启动分类18322电动机自启动时厂用母线最低电压19323电动机自启动校验20第4章短路计算及电气设备选择2741短路概念及原因2742短路后果2743短路计算27431短路计算基本假设27432短路计算的规定28433短路电路计算的步骤2844电气设备的选择和校验29441电气设备选择的要求和原则29442校验的原则及热稳定条件30443环境条件3045电气设备的选择31451断路器参数的选择31452隔离开关参数的选择31453电压互感器的选择32第5章继电保护总体方案和防雷保护3451主变压器保护规划3452变压器保护3453母线保护3554防雷保护设计36541雷电过电压的形式及危害性36542直击雷和感应雷保护36543雷电波入侵保护36544避雷器的选择37结论38参考文献39致谢40附录41前言厂用电是电厂生产过程中生产设备、附属设备、公用设备及办公照明等过程中的消耗用电。在现代电力市场改革背景下,电厂厂用电设计关系到电厂综合成本控制目标的实现,关系到电厂节能减排目标的实现。在现代社会发展过程中,家庭用电及工业用电量需求的增加,对电厂生产能力及生产成本提出了更高的要求。因此现代电厂技术改造及新建电厂的设计中,必须加快厂用电的设计与施工管理。在现代科技快速发展的今天，居民日常用电及生产用电量日益提高。虽然我国加快了节能减排战略的实施，但是节能技术在家电及工业生产中的应用效果并不理想。针对现代电力能源需求现状，我国加快了电厂的投资与建设。为了满足电力市场竞价上网需求、满足电厂综合成本控制需求，现代电厂对厂用电的关注越来越高,通过厂用电控制，实现电厂综合生产成本控制目标。电厂建设与技改过程中必须加强厂用电接线的设计与管理。针对厂用电需求及电厂结构布局对厂用电接线线路进行设计，满足线路损耗降低、满足辅机用电需求。作为影响电厂厂用电效率的重要因素,厂用电接线设计是减少厂用电线路损耗的关键,通过厂用电线路的科学设计能够有效减少电厂用电的线路损耗,降低电厂综合生产用电消耗,满足现代电力市场改革对电厂生产成本控制的需求。在注重线路设计时，厂用电技改部门还应根据厂用电负荷需求进行变压器的选择，根据电厂变压器运行环境及成本控制需求确定变压器形式，并针对各辅机用电需求以及电厂发展规划确定厂用变压器负荷。通过科学的厂用电接线设计及基本原则的遵循，保障电厂运行中厂用电的需求，促进电厂竞价上网战略目标的实现。第1章厂用电电压等级确定及接线设计11厂用电发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量以电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备（如锅炉、汽轮机或水轮机、发电机等）和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。发电厂在生产电能的过程中，一方面向系统输送电能，另一方面发电厂本身也在消耗电能。厂用电的电量，大都由发电厂本身供给，且为重要负荷。其耗电量的高低与电厂类型、机械化和自动化程度、燃料种类及其燃烧方式、蒸汽参数等因素有关。厂用电系统的可靠性，对发电厂乃至整个电力系统的可靠运行都有直接的影响。任何情况下，厂用电都是最重要的负荷，必须能满足发电厂正常运行、事故处理和检修试验等的需求，尽量缩小厂用电系统发生故障时的影响范围，避免因此造成全厂停电事故。厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。一般凝汽式火电厂厂用电率为58，热电厂为810，水电厂为052。厂用电率是发电厂的一项重要经济指标。降低厂用电率即可降低发电成本，增大对系统的售电量，有着巨大的经济效益。12厂用电的电压等级确定厂用电的电压等级是根据发电机的额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络的等因素，相互配合，经过技术经济综合比较确定的。为了简化厂用电接线，使运行维护方便，厂用电压等级不宜过多。在发电厂中，低压厂用电常采用380V，高压厂用电电压有3、6、10KV等。在满足技术要求的前提下优先采用电压较低的电动机，以获得较高的经济效益；大容量的电动机采用较低电压时往往并不经济，为了正确选择高压厂用电的电压等级，需进行技术经济论证。1按发电机容量、电压确定高压厂用电压等级发电机组容量在60MW及以下，发电机电压为105KV，可采用3KV作为高压厂用电电压；发电机电压为63KV，可采用6KV作为高压厂用电电压。当容量在100300MW时，宜选用6KV作为高压厂用电压。当容量在600MW以上时，经技术经济比较可采用6KV一级电压，也可采用3KV和10KV两级电压作为高压厂用电压。2按厂用电动机容量、厂用电供电网络确定高压厂用电压等级发电厂中拖动各种厂用机械设备的电动机，容量相差悬殊，从数千瓦到数千千瓦，而且和电动机的电压和容量有关。在满足技术要求的前提下，优先采用电压较低的电动机以获得较高的经济效益。这是因为高压电动机，制造容量大、绝缘等级高、磁路较长、尺寸较大、价格高、空载和负载损耗均较大，效率较低。但是，结合厂用电供电网络综合考虑，电压等级较高时，可选择截面较小的电缆或导线，不仅节省有色金属，还能降低供电网络的投资。火力发电厂采用3KV、6KV和10KV作为高压厂用电压，其特点如下。3KV电压供电的特点3KV电动机和6KV电动机约高115，价格约低20；将100KW及以上的电动机接到3KV电压母线上，100KW以下的电动机一般采用380V，可使低压厂用变压器容量和台数减少；由于减少了380V电动机数量，使较大截面的电缆数量减少，从而减少了有色金属消耗量。6KV电压供电的特点6KV电动机的功率可制造的较大，200KW以上的电动机采用6KV电压供电，以满足大容量负荷要求；6KV厂用电系统与3KV厂用电系统相比，不仅节省有色金属和费用，而且短路电路亦较小；发电机电压若为6KV时，可以省去高压厂用变压器，直接由发电机电压母线经电抗器供厂用电，以防止厂用电系统故障直接威胁主系统并限制其短路电流。10KV电压供电的特点10KV电动机的功率可制造得更大一些，以满足大容量负荷，例如2000KW以上大容量电动机的要求；1000KW以上的电动机采用10KV电压供电，比较经济合理；适用于300MW以上大容量发电机组，但不能为单一的高压厂用电压，因为它不能满足全厂所有高压电动机的要求。本设计2X300MW发电厂厂用电设计采用高压为6KV，低压为380/220V作为厂用电压。13厂用电接线设计131对厂用电接线的要求1供电可靠，运行灵活。厂用负荷的供电除了正常情况下有可靠的工作电源外，还应保证异常或事故情况下有可靠的备用电源，并可实现自动切换。另外，由于厂用电系统负荷种类复杂、供电回路多，电压变化频繁，波动大，运行方式的变化多样，要求无论在正常、事故、检修以及机组启停情况下均能灵活地调整运行方式，可靠、不间断地实现厂用负荷的供电。2各机组的厂用电系统应是独立的。3全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。4充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动备用电源能在短时间内投入。5供电电源应尽量与电力系统保持紧密的联系。当机组无法取得正常的工作电源时，应尽量从电力系统取得备用电源，这样可以保证其与电气主接线形成一个整体，一旦机组故障时，以便从系统倒送厂用电。6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，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。132厂用电接线的基本原则1厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；2接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；3厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单；4设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；5在设计厂用电系统接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。133厂用电接线形式发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线，并以成套配电装置接受和分配电能。因火电厂的厂用负荷大多集中在锅炉的辅助机械设备中，因此一般采用“按炉分段”的接线原则，将厂用高压母线按锅炉台数分成若干独立段。厂用电各级电压母线均采用按锅炉分段接线方式，具有下列特点若某一段母线发生故障，只影响其对应的一台锅炉的运行，使事故影响范围局限在一机一炉；厂用电系统发生短路时，短路电流较小，有利于电气设备的选择；将同一机炉的厂用电负荷接在同一段母线上，便于运行管理和安排检修。随着发电机组容量的不断增大，汽轮机辅机的容量也越来越大，如射水泵、凝结水泵等设备都进入了高压厂用负荷的范畴。加之大容量机组都实行机、炉单元集中控制，所以“按锅炉分段”的原则，实际已是“按机组分段”了。300MW汽轮发电机组高压厂用电系统有两种接线方案，如图11所示。图A所示方案1，不设6KV公用负荷母线，将全厂公用负荷（如输煤、除灰、化水等）分别接在各机组A、B段母线上；如图B所示方案2，单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用负荷母线段正常由启动备用变压器供电。A方案1不设公用负荷母线；B方案2设置公用负荷母线；图11高压厂用电系统供电方案如图A所示方案1的优点是公用负荷分接于不同机组变压器上，供电可靠性高、投资省，但也由于公用负荷分接于各机组工作母线上，机组工作母线清扫时，将影响公用负荷的备用。另外，由于公用负荷分接于两台机组的工作母线上，因此，在机组G1发电时，必须也安装好机组G2的6KV厂用配电装置，并由启动/备用变压器供电。如图B所示方案2的优点公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。其缺点由于公用负荷集中，并因启动/备用变压器要用工作变压器作备用（若无第二台启动/备用变压器作备用时），故工作变压器也要考虑在启动/备用变压器检修或故障时带公用负荷母线段运行。因此，启动/备用变压器和工作变压器均较方案1变压器分支的容量大，配电装置也增多，投资较大。综合考虑，本设计采用方案1，不设6KV公用负荷母线。第2章厂用电负荷计算及变压器的选择厂用变压器的选择主要考虑高压厂用工作变压器和启动备用变压器的选择，其选择内容包括变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗、为了正确选择厂用变压器容量，首先应对主要设备的容量、数量及其运行方式有所了解，并予以分类和统计，最后确定厂用变压器的容量。21厂用电负荷的分类厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，其重要性可分为下列几类1类厂用负荷。凡是属于单元机组本身运行所必须的负荷，短时（手动切换恢复供电所需要的时间）停电会造成主辅设备损坏、危及人身安全、主机停运及出力下降的厂用负荷，都属于类负荷。如火电厂的给水泵、凝结水泵、循环水泵，引风机、送风机、给粉机等。通常它们都设有两套设备互为备用，分别接到两个独立电源的母线上，当一个电源断电后，另一个电源就立即自动投入。2类厂用负荷。允许短时停电（几秒至几分钟），恢复送电后，不致造成生产紊乱，但较长时间停电有可能损坏设备或影响机组正常运转的厂用负荷，均属于类厂用负荷。此类负荷一般属于公用性质负荷，不需24H连续运行，而是间断运行。如输煤、除灰、疏水泵、化学水处理等。一般它们均应由两段母线供电，并采用手动切换。3类厂用负荷。较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上不方便的厂用负荷，属于类厂用负荷。如修配车间、试验室、油处理室等负荷。通常一路电源供电。通常它们由一个电源供电，但在大型发电厂也常采用两路电源供电。40类负荷（不停电负荷）。随着发电机组容量的增大及自动化水平的不断提高，有些负荷对电源可靠性的要求越来越高，如机组的计算机控制系统就要求电源的停电时间不得超过5MS，否则就会造成数据遗失或生产设备失控，酿成严重后果。这类负荷由一般的电源自动切换系统已无法满足要求，所以专门采用由不停电电源（UPS供电。50类负荷（直流保安负荷）。发电厂的继电保护和自动装置、信号设备、控制设备以及汽轮机和给水泵的直流润滑油泵等，是由直流系统供电的直流负荷，称为直流保安负荷。这类负荷要求由独立的、稳定的、可靠的蓄电池组或整理装置供电。60类负荷（交流保安负荷）。在200MW及以上机组的大容量电厂中，自动化程度较高，要求在停机过程中及停机后的一段时间内仍必须保证供电，否则可能引起主要设备损坏、自动装置失灵或危机人身安全等严重事故的厂用负荷，称为交流保安负荷。交流不停电保安负荷，如电子计算机、热工保护、自动控制装置；允许短时间停电的交流保安负荷，如盘车电机，交流润滑油泵等。为满足交流保安负荷的供电要求，对大容量机组应设置交流保安电源。平时由交流厂用电供电，一旦失去厂用工作电源和备用电源时，交流保安电源应自动投入。通常，由柴油发电机组、燃轮机组或具有可靠的外部独立电源等作为交流保安电源。火电厂的厂用电负荷包括全厂机、炉、电、燃运等的用电设备，涉及范围广、数量大，且随各厂机炉类型、容量、燃料种类、供水条件等而差异较大。例如高温高压电厂比同容量的中温中压电厂的给水泵容量大；大容量机组的辅助设备比中、小型机组要多且功率大；开式循环冷却方式比闭式循环冷却方式的耗电量要小；各种燃料的发热量不同，需要的风量不同，风机容量也不同，同时除灰设备也不尽一样；若电厂采用汽动给水泵则可大大减小厂用变压器容量等。一般厂用变压器连接在厂用母线段上，而用电设备由母线引接。为了正确选择厂用变压器容量，不但要统计变压器连接的分段母线上实际所接电动机的台数和容量，还要考虑它们是经常工作的还是备用的，是连续运行的还是断续运行的。为了计及这些不同的情况，选出既能满足负荷要求又不致容量过大的变压器，所以又提出按使用时间对负荷运行方式进行分类经常每天都要使用的负荷（电动机）；不经常只在检修、事故或机炉启停期间使用的负荷（电动机）；连续每次连续运转2H以上的负荷；短时每次仅运转10120MIN的负荷；断续每次使用从带负荷到空载或停止，反复周期性地工作，其每一周期不超过10MIN的负荷。上述“经常”和“不经常”主要用来表征该类设备电动机的使用机会。而“连续”、“短时”和“断续”则用来区分该类设备每次使用时间的长短。如表21列出了火电厂主要厂用电负荷。表21列出火电厂主要厂用电负荷及其类别分类名称负荷类别运行方式备注锅炉负荷引风机送风机排粉机磨粉机给煤机给粉机或或或经常、连接用于送粉时为无煤粉仓时为无煤粉仓时为汽轮机负荷射水泵凝结水泵循环水泵给水泵备用水泵经常、连续经常、连续经常、连续经常、连续不经常、连续用汽动给水泵就无给水泵项电气及公共负荷充电机浮充电装置空压机空压气冷却风机通信电源不经常、连续经常、连续经常、短时经常、连续经常、连续事故保安负荷盘车电动机顶轴油泵交流润滑油泵浮充电装置机炉自控电源保安保安保安保安保安不经常、连续不经常、短时不经常、连续经常、连续经常、连续输煤负荷输煤皮带碎煤机电气除尘器经常、连续经常、连续经常、连续出灰负荷灰浆泵碎渣机电气除尘器经常、连续经常、连续经常、连续与工业水泵合用时生活水泵负荷类别为中央循环水泵消防水泵生活水泵或经常、连续不经常、短时经常、短时场外水工负荷冷却塔通风机经常、连续大于300MW机组时，化学水处理室负荷类别为22厂用电负荷的计算原则1经常连续运行的负荷应全部计入。如引风机、送风机、排粉机、循环水泵等用的电动机。2连续而不经常运行的负荷亦应计入。如充电机、备用励磁机、事故备用油泵等用的电动机。3经常而连续的负荷亦应计入。如疏水泵、空气压缩机等用的电动机。4短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算。如行车、电焊等。但在选择变压器时，变压器容量应留有适当的裕度。5由同一台变压器供电的互为备用的设备，只计算同时运行的台数。6对于分裂变压器，其高低压绕组负荷应分别计算。23厂用负荷的计算方法231换算系数法厂用电负荷的计算方法常采用换算系数法，可计算为21KPS22COSLM式中S厂用母线上的计算负荷KVA，P电动机的计算功率KW，K换算系数，可取表22所列的数值，KM同时系数，KL负荷率，效率，功率COS因数。表22换算系数232电动机计算功率确定电动机的计算功率P，应根据负荷的运行方式及特点确定。1对经常、连续运行的设备和连续而不经常运行的设备，即连续运行的电动机机组容量125200给水泵及循环水泵电动机1010凝结水泵电动机0810其它高压电动机及厂用低压变压器08085其它低压电动机0807均应全部计入。按下式计算23NP2对经常短时及经常断续运行的电动机应按下式计算24503对不经常短时及不经常断续运行的设备，一般可不与计算25P这类负荷如行车、电焊机等。在选择变压器容量时由于留有裕度，同时亦考虑到变压器具有较大的过载能力，所以该类负荷可以不予计入。但是，若经电抗器供电时，因电抗器一般为空气自然冷却，过载能力很小，这些设备的负荷应全部计算在内。4对中央修配厂的用电负荷，通常按下式计算265401PP式中全部电动机额定功率总和KW；其中最大5台电动机的额定功率P5之和KW。5煤场机械负荷中，对大型机械应根据机械具体情况具体分析确定。对中小型机械，应按下式计算2736035PP翻斗机2852轮斗机295301PP式中其中最大3台电动机的额定功率之和KW。3P6对照明负荷计算式为IDPK210式中需要系数，一般0810；安装容量KW。DKIP根据表21、22和23负荷运行方式及特点计算如下由公式SPA段负荷电动给水泵、循环水泵、凝结水泵KWP7065312501引风机、送风机、皮带机等等KW83903026242厂用变压器高压绕组容量KPSH514983057068521厂用变压器低压绕组计算负荷W160厂用变压器低压绕组负荷KSL5428058同理可得B段负荷WP281532501KW785032602304PSH9478521K928031511506KL98A段负荷WP7065312501K7530242PSH1468821K350506L7B段负荷WP281532501KW871030263602304KWPSH51872141506KL6358748表236KV厂用负荷及高压变压器容量号厂用高压变压器号厂用高压变压器A段B段A段B段设备名称额定容量KW台数容量KW台数容量KW重复容量KW台数容量KW台数容量KW重复容量（KW）电动给水泵55001550015500循环水泵125011250225001125022500凝结水泵315315131531513151315315引风机224012122401224012240送风机100011000110001100011000一次风机3001300130013002300排粉机68021360213602136021360磨粉机100022000220002200012000凝结水升压泵630163016306301630630630主汽机调速水泵35011碎煤机32011320喷射水泵260126026012601号皮带机300130030013004号皮带机30013003001300除尘变压器（KVA）1250112501125012501125011250机炉变压器（KVA）1600116001160016001160011600化水变压器（KVA）10001100011000公共变压器（KVA）1000110001100011000输煤变压器（KVA）1000110001100011000灰浆泵变压器（KVA）100011000负压风机房变压器（KVA）100011000污水变压器（KVA）3151315131524厂用变压器的选择241额定电压厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接出电压确定,变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致各种变压器的台数和型式工作变压器的台数和型式与厂用高压母线的段数有关，而母线的段数又与厂用高压母线的电压等级有关。当只有6KV或10KV一种电压等级时，一般分2段；200MW以上机组可分4段；当10KV与3KV电压等级同时存在时，则分4段（10KV2段和3KV2段）只有6KV或10KV一种电压等级时，高压厂用工作变压器可选用1台全容量的低压分裂绕组变压器，两个分裂支路分别供2段母线；或选用2台50容量的双绕组变压器，分别供2段母线。当只有6KV或10KV一种电压等级时，一般分2段；对于200MW以上机组可分4段；对于200MW以上机组，高压厂用工作变压器可选用2台低压分裂绕组变压器，分别供四段母线；当出现10KV和3KV两种电压等级时，高压厂用工作变压器可选用2台50容量的三绕组变压器，分别供四段母线。242厂用变压器的容量厂用变压器的容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率。因此，对厂用高压工作变压器的容量应按厂用电高压计算负荷的110与厂用电低压计算负荷之和进行选择；而厂用低压工作变压器的容量应留有10左右的裕度。1厂用高压工作变压器容量当为双绕组变压器时按下式选择容量修配变压器（KVA）8001800水源地电源（KVA）10001100011000照明变压器（KVA）31513151315211LHTSS1式中厂用电高压计算负荷之和；厂用电低压计算负荷之和。HSL当选用分裂绕组变压器时，其各绕组容量应满足高压绕组212RCNS1分裂绕组2132214LHCS1式中厂用变压器高压绕组容量KVA；厂用变压器分裂绕组容量NS1N2KVA；厂用变压器分裂绕组计算负荷KVA；为分裂绕组两支重复计CR算负荷KVA。2厂用高压备用变压器容量厂用高压备用变压器或启动变压器应与最大一台厂用高压工作变压器的容量相同；厂用低压备用变压器的容量应于最大一台厂用低压工作变压器容量相同。3厂用低压工作变压器容量按下式选择厂用低压工作变压器容量215LSK式中S厂用低压工作变压器容量KVA；为变压器温度修正系数，一般对装于屋外或由屋外进风小间内的变压器，可去1，但宜将小间进出风温差控制在10以内，对由住厂进风小间内的变压器，当温度变化较大时，随地区而异，应当考C虑温度进行修正。厂用变压器容量的选择，除了考虑所接负荷的因素外，还应考虑电动机自启动时的电压降；变压器低压侧短路容量；留有一定的备用裕度。4厂用变压器的阻抗变压器的阻抗是厂用工作变压器的一项重要指标。厂用工作变压器的阻抗要求比一般动力变压器的阻抗大，这是因为要限制变压器低压侧的短路容量，否则将影响到开关设备的选择，一般要求阻抗应大于10；但是，阻抗过大又将影响厂用电动机的自启动。厂用工作变压器如果选用分裂绕组变压器，则能在一定程度上环节上诉矛盾，因为分裂绕组变压器在正常工作时具有较小阻抗，而分裂绕组出口短路时则具有较大的阻抗。5变压器选择计算A段KWPSH5149683057068521160L42B段KPSH59487085185021KW928031503106WL79段重复容量负荷KWP315602KPSH5806350318215WL420A段分裂绕组负荷KVA61973851961LHCSSB段分裂绕组负荷KVA24847L重复分裂绕组负荷KVA355011LHCSS高压绕组负荷KVA647083246978R根据计算选择变压器本设计选用三绕组低压分裂变压器，电压比为18/66KV,短路电压为U15,容量比为40/2525MVA。KA段KWPSH5134670857068521K360LB段KWPSH510287850218501784036KL6374段重复容量负荷KWP315602KWPSH5806350318215L420A段分裂绕组负荷KVA51804375161LHCSSB段分裂绕组负荷KVA9028L重复分裂绕组负荷KVA3584511LHCS高压绕组负荷KVA2798804R本设计选用三绕组低压分裂变压器，电压比为18/66KV,短路电压为U15,K容量比为40/2525MVA。第3章厂用电动机的选择和自启动校验31厂用电动机的选择1型式选择厂用电动机一般都采用交流电动机。只有要求在很大范围内调节转速及当厂用交流电源消失后仍要求工作的设备才选择直流电动机。只有对反复、重载启动或需要小范围内调速的机械，如吊车、抓斗机等才选用线绕式电动机或同步电动机。对200MW以上机组的大容量辅机，为了提高运行的经济性可采用双速电动机。厂用电动机的防护型式应与周围环境条件相适应，根据发电厂厂用设备安置地点可分别选用开启式、防护式、封闭式及防爆式等型式。2容量选择选择拖动厂用机械的电动机时，其电压应与供电网络电压相一致，电机的转速应符合被拖动设备的要求，电动机容量必须满足在额定电压和额定转速下大于满载工作的机械设备轴功率，并留有适当的储备。32电动机自启动厂用电系统中运行的电动机，当突然断开电源或厂用电压降低时，电动机转速就会下降，甚至会停止运行，这一转速下降的过程称为惰行。若电动机失去电压以后，不与电源断开，在很短的时间（一般在0515S）内，厂用电压又恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰行尚未结束，又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机的自启动。若参加自启动的电动机数量多、容量大时，启动电流过大，可能会使厂用母线及厂用电网络电压下降，甚至引起电动机过热，将危及电动机的安全以及厂用电网络的稳定运行，因此必须进行电动机自启动校验。若经校验不能自启动时，应采取响应的措施。321电动机自启动分类根据运行状态，自启动分为三类1失压自启动运行中突然出现事故，厂用电压降低，当事故消除、电压恢复时形成的自启动。2空载自启动备用电源处于空载状态时，自动投入失去电源的工作母线的工作母线段时形成的自启动。3带负荷自启动备用电源已带一部分负荷，又自动投入失去电源的工作母线段时形成的自启动。厂用工作电源一般仅考虑失压自启动，而厂用备用电源或启动电源则需考虑失压自启动、空载自启动及带负荷自启动等三种方式。322电动机自启动时厂用母线最低电压为了叙述方便，假设异步电动机的转矩、额定转矩和最大转矩分别用、EM和表示，电压、额定电压和临界电压用、和表示，机械负ENMMAXEUNCR荷转矩表示，均为归算到基准值得标幺值。异步电动机得转矩与电压成正比。一般电动机在额定电压下运行时，EMNU其最大转矩约为额定转矩的2倍，如图31随着电压下降，电动机转矩MAXEEN急剧下降。当电压下降到某一数值时，如下降到70，那么它的最大转矩N相应的变为。若电动机已带有额定负载转矩，则此时剩余转矩变MAXEM1270为负值，电动机受到制动开始惰行，最终可能停止运转。出现惰行的电动压称为临界电压，这时电动机最大化转矩恰好等于机械负载转矩，根据CRUMAXEMMM关系可得2E1AX2ECR式中电动机在额定电压下的最大转矩标幺值；临界电压标幺值。MAXEMCRU图31异步电动机转矩与电压、转速的关系由于异步电动机最大转矩为1824，所以临界电压为064075，MAXEMCRU即电压降低到额定值的6475，电动机就开始惰行。为使厂用电系统稳定运行，规定电动机正常启动时，厂用母线电压的最低允许值为额定电压的80；电动机端电压最低值为额定电压的70。但是，自启动时，有成组电动机的启动，被拖动设备飞轮转矩很大，具有惯性。当电压降低后，电磁转矩立即下降，而机械转速由于惯2GD性造成的时延，在短时内几乎无大变化。为了保证厂用负荷自启动且考虑到机械的因数，规定厂用母线电压在电动机自起动时，应不低于表31所示的数值。表31电动机自启动要求厂用母线最低电压名称类型自启动电压为额定压的百分值（）高温高压电场6570厂用高压母线中压电厂6075由低压母线单独供电电动机自启动60厂用低压母线由低压母线和高压母线串接供电电动机自起动55注对于厂用高压母线失压或空载自启动时取上线值，带负荷自启动时取下限值323电动机自启动校验电动机自启动校验可分为电压校验和容量校验。而电压校验又分为两种情况；一是单台电动机自启动或成组电动机自启动母线电压校验；二是电动机经厂用高压变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验。1电压校验单台电动机自启动或成组电动机自启动母线电压校验。如图32A所示为一组电动机经厂用高压变压器自启动接线及等值电路。假设成组电动机在电压消失或下降后全部处于制动状态，当恢复供电后同时开始启动。如果忽略外电路所有元件的电阻，向高压厂用变压器供电的电源视为无穷大电源，即电源母线电压。以10U变压器容量为基准值，各元件参数用标幺值表示，由图32B可得电压关系。A接线图B等值电路图图32厂用电动机自启动接线及等值电路31MTXUI0式中参加自启动电动机的启动电流标幺值总和；电源母线电压标幺值，I0一般采用经电抗器供厂用电是取1，采用无激磁调压变压器取105，采用有载调压变压器时取11；厂用电变压器或电抗器的电抗标幺值；参加自启动电动机TXMX的等值电抗标幺值。电动机自启动开始瞬间，厂用高压母线上的电压为1U32MXI将31带入32得33MX10对于一台静止得电动机，在启动瞬间的电抗有关系，式中K为该电动1机的启动电流数倍。如果自启动的电动机取一平均启动电流数倍，则全部电动机AVK经折算后的等值电抗标幺值可写为34MTAVMSKX1式中为厂用变压器额定容量KVA；为全部电动机总容量KVA；为TSAVK电动机自启动电流平均倍数，对备用电源一般当快速切换时可取25，慢速切换时可取5。将34带入33，得到厂用电动机在启动开始瞬间厂用高压母线电压为35MTMTSXUXU0011其中36COSTAVPKS式中为参加自启动的电动机功率KW；电动机的效率和功率因数的乘MP积，一般取08。2电动机串联自启动母线电压校验电动机经厂用高压变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验。如图33表示厂用高、低压变压器串联，高、低压电动机同事自启动得等值电路。假设高压母线已带有负荷，自启动过程中继续运行。在这种情况下，对应的厂用高压母线0S0S电压和厂用低压母线电压分别进行校验。1U2U厂用高压母线电压的校验1由图33可知电压关系，得37110TXI式中厂用高压变压器电源侧电压标幺值；厂用高压母线电压标幺值；0U自启动时通过厂用高压变压器得电流以常用高压变压器容量为基准的标幺值；1TI厂用高压变压器电抗标幺值。TX图33厂用高、低压电动机同时自启动的等值电路图电动机自启动时，通过厂用高压厂用变压器得电流为1TI381TI210I其中11TSUKX122TI100TSUKI其中，、分别为负荷支路0、1、2的电动机启动电流倍数。故通过0K12高压厂用变压器的电流101211TTTTSUKSUKI因项所占比重很小，可以忽略，且，将带入电压关系式37中，12TSUK01TI即得10110/TTSUXSKU而COS1P故39HTTTSXUSPKU10101COS式中为厂用高压母线得合成负荷标幺值。HS当厂用高压变压器采用分裂绕组变压器时，高压绕组额定容量为,分裂绕组NS1额定容量为，即N2310NNNHSPKSPK2021201COSCOSNKTUX110式中当厂用高压变压器采用采用分裂绕组变压器时，厂用高压变压器电抗标1TX幺值。厂用低压母线电压校验2U同理，假设低压母线带有负荷,厂用低压变压器容量为，由电压关系可得2S2TS31121TXI又因22USKITTCOS2P代入电压关系式，可得312LRTTSXUSKU21212COS313CS/22TTLPPS1012KUX式中厂用低压变母线的合成负荷标幺值；常用低压变压器电抗标幺值；LS2TX厂用高压母线电压标幺值；厂用电压母线电压标幺值；1U2对已求得常用母线电压及，应分别不低于电动机自动启动要求的厂用母1U线电压最低值。本发电厂厂用电系统为6KV和038KV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40000KVA,低压绕组额定容量为25000KVA，已高压绕组电抗为基准的半穿越电抗标幺值为19，厂用高压变压器电源测母线电压标幺值（有载调压）。厂用低压变压器额定容量为1000KVA，阻10U抗电压为10。厂用高压备用变压器已带负载6200KW，参加自启动电动机总容量为13363KW。厂用低压母线上参加自启动电动机电机容量为500KW。计算电动机自启动校验如下高压厂用母线电压校验。高压厂用母线的合成负荷标幺值可得5932506813COS201NHSPK厂用高压变压器电抗标幺值KTSUX高压厂用母线标幺值由得70657480593101COS1010HTTTSXSPKU满足要求。厂用低压母线电压校验。厂用低压母线的合成负荷标幺值125308/5COS/2TLSPK厂用低压变压器电抗标幺值为101012KTUX低压母线电抗标幺值59012308122LRSX满足要求。厂用高压母线电压校验和常用低压母线电压校验，均满足电动机自启动要求得厂用电母线电压最低值，可见本厂用高压备用变压器可以顺利的实现自投高、低压母线串接自启动。3电动机自起动允许容量校验电动机自启动的电压校验和容量校验其实是一回事，电压校验是把电动机容量当作已知值，求厂用母线电压；而容量校验是把厂用母线电压作为已MS1U1U知值，求允许自起动电动机容量可求得允许自起动电动机容量为MP314TAVTSKX10COS由式（37）可见，厂用变压器的电源电压越高，厂用变压器容量越大和0UTS短路阻抗越小，厂用电动机效率和功率因数越高、自起动电流倍数越1XCOSAVK小，自起动要求的厂用母线电压越低时，允许自起动容量越大；反之，允许1MP自起动容量越小。为了保证重要厂用机械的电动机顺利自起动，通常可采用以下MP措施限制参加自起动电动机的数量。阻转矩为定值的重要设备的电动机不参加自起动。对重要的机械设备，选用具有高起动转矩和允许过载倍数较大的电动机。在不得已的情况下，另行选用较大容量的常用变压器，或在限制短路电流允许的情况下适当减小厂用变压器的阻抗值。本设计中6KV高压厂用变压器的容量为40000KVA，15，085KUCOS095，由表31可见，高温高压火电厂由高压厂用变压器使厂用电动机自起动时要求的厂用母线电压最低值为取065，高压厂用工作变压器一般为无励磁调压变1U压器，电源母线电压标幺值取105，高压厂用工作变压器电抗标幺值取额定值的0U11倍。由于备用电源采用慢速切换，取KAV5。11/1000165TXK10506509508540000/06501655MPT10COSSKXUAVT2409324KW第4章短路计算及电气设备选择41短路概念及原因短路是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接。电力系统运行有三种状态正常运行状态、非正常运行状态和故障状态。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。短路电流计算是电气主接线的比选，电气设备、载流导体的选择、继电保护装置和进行整定计算的基础。电力设备绝缘损坏，引起绝缘损坏的原因有各种形式的过电压（如雷击过电压或操作过电压）引起的绝缘子、绝缘套管表面闪络；绝缘材料恶化等原因引起绝缘介质击穿，此外恶劣的自然条件、鸟兽跨接裸露导体及运行人员的误操作等也会造成短路。42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、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。43短路计算431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。432短路计算的规定1电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；2短路发生在短路电流为最大值的瞬间；3所有电源的电动势相位角相同；4所有接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式；5计算容量应考虑电力系统的远景发展规划；6应按最严重的情况进行校验；7应注意选择短路点。433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；5计算短路容量，短路电流冲击值。系统等值网络图如图41所示图41短路计算变压器T40MVA，15KU发电机UN18KV，发电机次暂态电抗XD025发电机次暂态电抗标幺值XGO25100/30008500708取MVA,10BSAVB变压器电抗标幺值为37545T在网络63KV电压级的基准电流为KAIB16930F点短路时转移阻抗X03750070804458计算电抗为XJ04458100/300085157根据汽轮发电机计算曲线数字表得640I44电气设备的选择和校验441电气设备选择的要求和原则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；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与整个工程的建设标准应协调一致；5同类设备应尽量减少品种；6选用的新产品均应有可靠的试验数据，并经正式验定合格。在特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。电压GMAXU41式中为电器允许最高工作电压，为最高运行电压。MAXUGU电流GEI42式中为电器额定电流，为持续工作电流。EIGI由于变压器短路时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度比较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以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。442校验的原则及热稳定条件1校验的一般原则电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定效验。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回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。用熔断器保护的电器可不验算热稳定；当熔断器有限流作用时，可不演算动稳定；用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。2短路的热稳定条件K2QTI431/102K/T2KTIIQ44式中QK为短路电流产生的热效应电动力稳定效验45CHESI式中为短路冲击电流幅值，为电器允许通过的动稳定电流的幅值CHIESI3下列几种情况下可不效验热稳定或动稳定用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算