发电厂220KV变电站课程设计

1、目录 一、 前言 2 1、设计内容：（原始资料 16） 2 2、设计目的 2 3、任务要求 3 4、设计原则、依据 3 原则： 3 5、设计基本要求 3 二 、 原始资料分析 3 三 、 主接线方案确定 4 1 主接线方案拟定 4 2 方案的比较与最终确定 5 四、厂用电（所用电）的设计 5 五、主变压器的确定 6 六、短路电流的计算 7 七、电气设备的选择 8 八、设计总结 1. 1 附录 A 主接线图另附图 12 附录 B 短路电流的计算 12 附录 C：电气校验 15 前言 1、设计内容：（原始资料 16） 1）待设计的变电站为一发电厂升压站 2）计划安装两台 200MW汽轮发电机机组

2、发电机型号 ： QFSN-200-2 U e=15750V cos =0.85 X g=14.13% Pe=200MW 3）220KV，出线五回，预留备用空间间隔，每条线路最大输送容量200MVA， Tmax=200MW 4）当地最高温度 41.7 ，最热月平均最高温度 32.5 ，最低温度 -18.6 ， 最热月地面下 0.8 米处土壤平均温度 25.3 。 5）厂用电率为 8%，厂用电电压为 6KV，发电机出口电压为 15.75KV。 6）本变电站地处 8 度地震区。 7）在系统最大运行方式下，系统阻抗值为 0.054 。 8）设计电厂为一中型电厂， 其容量为 2200 MW=400M W

3、，最大机组容量 200 MW， 向系统送电。 9）变电站 220KV与系统有 5 回馈线，呈强联系方式。 2、设计目的 发电厂电气部分课程设计是在学习电力系统基础课程后的一次综合性训练， 通过课程设 计的实践达到： 1）巩固“发电厂电气部分” 、“电力系统分析”等课程的理论知识。 2）熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。 3）掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。 4）学习工程设计说明书的撰写。 5）培养学生独立分析问题、解决问题的工作能力和实际工程设计的基本技能。 3、任务要求 1) 分析原始资料 2) 设计主接线 3) 计算短路电流 4) 电气设备选择 4、设

4、计原则、依据 原则： 电气主接线的设计是发电厂或变电站设计的主体。 电气主接线设计的基本原则是以设计 任务书为依据， 以国家经济建设的方针、 政策、技术规定和标准为准绳， 结合工程实际情况， 以保证供电可靠、调度灵活，在满足各项技术要求的前提下， 兼顾运行方便、尽可能节省投 资、就地取材，力争设备原件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、适用、先进、经济、美 观的原则。 依据： (1) 发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用 (2) 发电厂、变电所的分期和最终建设规模 (3) 负荷大小和重要性 (4) 系统备用容量大小 (5) 设计题目的原始资料 5、设计基本要求 设计要满足可靠性、灵活性、经济性

5、的要求 二 、 原始资料分析 设计的变电站为一发电厂升压站，其容量为2200=400( MW)。因为发电机 组的总装机容量为 400MW，所以此发电厂为大中容量发电厂。该厂为火电厂，在 电力系统中将主要承担基荷，从而发电厂升压站务必考虑其可靠性。 200的发电机出口电压为 15.75Kv，既无直接负荷，又无特殊要求，拟采 用单元接线，可节省价格昂贵的发电机出口断路器，又利于配电装置的布置； 220Kv出线五回，呈强联系方式，可见该厂 220Kv 级的接线对可靠性要求应当很 三 、 主接线方案确定 1 主接线方案拟定 ： 根据对原始资料的分析， 现将可能采用的较佳方案列出， 进而一优化组合方 式

6、，组成最佳可比方案。 各种基本接线的的特点和使用范围级各自的优缺点 a）单母线接线特点是整个配电装置只有一组母线， 所有电源和出线都在同 一组母线上。有简单、清晰、设备少、投资少、运行操作且有利于扩建等优点， 但可靠性及灵活性较差。适用于出线较少的配电装置。 b）双母线带旁路接线： 双母线接线可以用母联断路器临时代替出现断路器 工作，但出线数目较多时， 母联断路器经常被占用， 降低了工作的可靠性和灵活 性，为此可以设置旁路母线。 220Kv电压级：出线回路大于 4 回，为使其出线断路器检修时不停电，应采 用单母线分段带旁路接线或双母线带旁路接线， 以保证其供电的可靠性和灵活性。 其进线仅是 2

7、台 200MW的机组按发电机 -变压器单元接线形式接至母线上。 方案I（图 a）为旁路断路器兼做分段断路器的接线； 图a 图b 2 方案的比较与最终确定 ： 在技术（可靠性和灵活性）上方案 II 明显占优势，这主要是由于双母带旁 路接线方式的高可靠性指标，但在经济上不如方案 I. 鉴于大中型发电厂机组应 以可靠性和灵活性为主，所以，综合分析，决定选图 b 所示的方案 II 为设计最 终方案。 四、厂用电（所用电）的设计 ： a）厂用工作电源引接： 一次侧接在发电机出口侧上，二次侧输出为 6kV 电压供厂用电负荷使用。 b）厂用主变压器的选择： 1 ）变压器、副边额定电压应分别与引接点和厂用电系

8、统的额定电压相适应。 2 ）连接组别的选择， 宜使用同一电压级的厂用工作、 备用变压器输出电压的 相位一致。 3 ）变压器的容量必须保证常用机械及设备能从电源获得足够的功率。 确定厂用变压器的容量。 c）确定厂用主变压器的容量 按厂用电率确定厂用电主变压器的容量 厂用电率确定为 Kp=8%， SNG= PNG Kp =200 8% =18.824 MVA cos 0.85 所用电的变压器选型号为 SFF-31500/35.5 ， 型号 容量 （KV A） 高压 （kV） 低压 （kV） 接 连组 损耗（ KW） 空载 电流 阻 抗 电 压 （ 高 中 ） 总 重 （t ） 空载 短路 SFF-

9、31500 /31.5 3150 0 15.75 5% 6.3 D， d11-d 11 27 175 0.45 18 45. 5 五、主变压器的确定 ： a）主变压器的高压侧与 220kV 母线相连。 b）容量单元接线中的主变压器 SN应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。 SN=1.1PNG（1 K P） cost PNG 发电机容量； PNG =200MW SN 通过主变压器的容量。 K P 厂用电率； K P= 8%。 cost -发电机的额定功率； cost =0.85. SN=1.1PNG（1 KP）=1.1* 20（0 1 0.08）=238.12MVA

10、 cost 0.85 又发电机的参数和上述计算及变压器的选择规定， 主变压器选用 2 台 220kV 双绕组的变压器。 型号含义： S 三相 SP 强迫油循环水冷 L 铝芯 由文献【 2】可知 双绕组主变压器： SSPL1-260000/220 额定容 量（MVA） 额定电压 连接 组标 号 损耗（ kW） 阻抗 电压 （%） 空载 电流 （%） 运输 重量 （t） 参考 价格 （万 元） 综合 投资 （万 元） 高 压 低压 空 载 短路 260 220 15.75 Y0d11 232 1464 14 0.963 119 91.7 108.4 六、短路电流的计算 ： a） 计算方法： 对应系

11、统最大运行方式，按无限大容量系统进行相关短路点的电流计算， 求得 I 、ish 、I sh 值。 I 三相短路电流； ish三相短路冲击电流，用来校验电气的动稳定 I sh 三相短路全电流最大值，用来校验电器和载流导体的热稳定。 注： SB 容量（ MW） SB =100 UB 基准电压 UB 1.05Ue 1 等值阻抗图： 220kV母线上发生短路 简化图 发电机 -双绕组变压器发简化图 电机出口短路（ d2） b）短路电流计算表： 15.75220kV系统短路电流计算 短路点 电流值 220kV母线上短路（ d1） 发电机 -双绕组变压器发 电机出口短路（ d2） 次暂态短路电流 8.96

12、kA 99.97kA 短路冲击电流 24.09kA 268.62kA 短路全电流的最大有效 值 14.5kA 161.82kA 七、电气设备的选择 ： 电气设备选择的要求 a）选择的一般要求 （1）、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况的要求，并考虑远景的发展； （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）、同类产品应尽量减少品种； （ 6）、选用的新产品均应具有可靠的试验数据， 并经正式鉴定合格。 在技术条件 上，选择的高压电器能在长期工作条件下和发生过电压、 过电流的情况下保持正 常运行。 b）按正常工作条件选择电器

13、： 1、额定电压和最高工作电压： 所选电器允许最高工作电压 Ua1m 不得低于所接电网的最高运行电压 Usm ，即： Ua1m Usm 一般可按照电器的额定电压 UN不低于装置地点电网额定电压 UNS 的条件选择， 即 UN UNS 2、额定电流： 电器的额定电流 IN 是指在额定周围环境温度下，电器的长期允许电流。 IN 应不 小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 Imax, 即： IN Imax, 3、按当地环境条件校核： 我国目前生产的电器使用的额定环境温度 0 40，如果周围环境温度高于 40（但 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

14、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。 c）按短路情况校验： 1、短路热稳定校验： 短路电流通过电器时， 电器各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。 It 2t Qk 式中： Qk短路电流产生的热效应 It 、t 电器允许通过的热稳定电流和时间 2、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： Ies Ish ies ish 式中 Ies ies 电器允通过的动稳定电流的有效值及其幅值。 Ish ish 短路冲击电流有效值及其幅值。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：

15、 1、用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 2、采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 3、装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。 d）15.75kV 设备选择： 发电机的最大工作电流 I max=1.05N 3U Ncos =1.05 200 1000 3 15.75 0.85 =9056A 名称 型号 主要参数 发电机 发电机型号： QFSN-200-2 Ue=15750V Co =0.85 Xg=14.13% Pe=200M W 发电机侧 GN14-20 UN=20kV 额定电流 10000A 隔离开关 200MW发电 机引出导 线

16、 QLFM-10000/15.75-Z 额定电压 (KV) 15.75 额定电流 (A) 10000 外形尺寸 (mm) 外壳 ? 850 ? 900 导体 ? 400 重量 (kg/m) 140 15.75KV 发电机电 压互感器 JDZJ-15 型电压互感器 接线组别： 1/1/1-12/12 一次额定电压： 15/ KV 二次额定电压： 100/ v 二次辅助线圈电压： 100/3v 0.5 级 （100VA ） 15.75KV 发电机出 口电流互 感器 LRZ-20 型电流互感器 电 压 ： 20KV 变 比 ： 12000/5 Ze2=2.4 1s 热稳定倍数： 40 动稳定倍数：

17、90 e）220kV设备选择 220kV 侧母线上的最大工作电流为 S0 I g.max220=1.05S0 =1.05 200 5 =2756A 3U 03 220 过断路器的最大工作电流为 I max=9056/ （220/15.75 ）=679.2A 220kV侧设备明细表 名称 型号 主要参数 220kV 侧断路器 LW6-220/3150 UN=220（kV） I N=3150A 额定断流量 50kA 极限通过电流 125kA 固有分闸时间 0.03s 合闸时间 0.09s 220 侧高压侧隔离开 关 GW4-220W/100 0-80 UN=220（kV）I N=1000A 极限电

18、流峰值 80kA 热稳定电流（ 4s）23.7kA 220kV侧母线 125 8mm2 双条 竖放 铝母线 允许载流量： 2900A Kf=1.4 220kV的电压互感器 20 TYD-220/ /-0.01H 型电 容 式电压互感器 一次绕组 220/ 3（kV ） 二次绕组 0.1/ 3 （kV） 辅助绕组 0.1（kV ） 准确等级 0.5（ 120VA ） 1级（ 220VA ） 3 级（ 400VA ） 最大容量 1200（ VA ） 220kV的电流互感器 LCWB2-220W 型电流互感器 LCW-220 额定电流比 4*200/5 220kV 串联电抗器 CKSC-225/10

19、-4. 5 K%= 4.5 In （A）=2430 八、设计总结 ： 本次课程设计主要是对 15.75/220kV 发电厂升压站电气部分的一次设备 进行设计。主要包括电气主接线的设计、所用电设计、主变压器的选择、短路电 流计算和电气设备的选择。 在这次课程设计的过程中，自己能够查阅了相关资料，对课程设计的题目、 要求和具体内容深刻的分析， 并完成了此次设计。 通过本次设计， 我能够巩固所 学的基本理论、 专业知识， 并综合运用所学知识来解决实际的工程问题， 学习工 程设计的基本技能和基本方法。 采用的电气主接线具有供电可靠、 调度灵活、 运行检修方便且具有经济性等 特点。选择的电气设备能够提高

20、运行的可靠性， 节约运行成本。 但由于设计时间 较短，且经验不足，许多方面考虑不太全面，有待进一步改进。 总之，此次课程设计， 使我能把在课堂上学习的理论知识应用到实践中， 更 好的发现了自己在学习中的不足之处。在设计中，通过查阅资料，咨询老师，解 决了在设计中所遇到的一些问题。 通过此次课程设计， 我受益匪浅， 学到了很多 东西。 参考文献：姚春球 . 发电厂电气部分 . 中国电力出版社 熊信银 . 发电厂电气部分 . 中国电力出版社 黄纯华 . 发电厂电气部分课程设计参考资料 . 中国电力出版社 附录 A 主接线图另附图 附录 B 短路电流的计算 短路电流计算实际手算采用近似计算，即忽略综

21、合负荷，且认为短路前电源电 动势及至网络各点电压均为 1， a）电抗的计算 选取的基准容量 SB=100MW UB 基准电压 UB 1.05UN 以下各式中 Uk% 变压器短路电压的百分数（ %） S N 最大容量绕组的额定容量（ MVA） 均采用标幺值计算 发电机： X1=X2=XgSB =0.1413 100 =0.06 SN /cos200/ 0.85 变压器 X3= X4 =UB（ %） SB =0.14 100 =0.054 SN 260 厂用变压器 X5=X6=UB（%） SB =0.18 100 =0.571 SN31.5 b）短路计算： 1）220kV 母线上发生短路 （d1点

22、）的计算： 220kV母线上发生短路 简化图 最终简化图) X8=X9=( X1+X3)=(0.06+0.054)=0.114 11 X10=X8=0.114=0.057 22 X11=( X10/X 7) 0.057 0.054 =0.028 0.057 0.054 If =35.71 100 3 230 = 8.96kA 1 If = f X11 1 =35.71 0.028 有名值的表示： 短路冲击电流 ish= 2ksh If= 2 1.9 8.96=24.09kA 短路电流最大有效值 IM= If 1 2(K sh 1) 2 =13.5 1 2 (1.9 1)2 =14.5kA 2)

23、 发电机 - 双绕组变压器发电机出口短路( d2)的计算： 发电机： X1=X2=Xg SB SN /cos 100 =0.1413 200/0.85=0.06 变压器 X3= X4 =UB SB =0.14 200 =0.054 SN260 X8= 1 （X1+X3）= 1 （ 0.06+0.054 ）=0.057 22 X12=（ X8/X 5）= 0.054 0.057 =0.028 0.054 0.057 X12= X11+X2=0.028+0.054=0.082 X13=（X12/X1）= 0.082 0.06 =0.035 0.082 0.06 11 If= =28.57 X 13 0.035 有名值表示 : If=28.57 100 =99.97kA 3 16.5 ish= 2 ksh If= 2 1.9 99.97=268.62kA IM= If 1 2（Ksh 1）2= 99.97 1 （21.91）2 =161.82kA 附录 C：电气校验 ： a）15.75kV侧的隔离开关的校验 （ a） 额定电压为 15.75KV UN UNs满足电压选择条件 （ b）过隔离开关 的最大持续工作电流 PN200 1000 I max=1.05N =1.05 =9056