1200kv火电厂电气部分课程设计说明

1200kv火电厂电气部分课程设计说明1200kv火电厂电气部分课程设计设计

名目

一、选题背景(2)

1.1电力工业的进展概况(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)

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掌握系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调整、掌握、爱护、通信和调度，确保用户获得平安、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安排，易于转换为其它的能源，而且便于掌握、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供应，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛进展。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，并依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℃；

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担当基荷，因此其牢靠性要慎重考虑。

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牢靠性，所以我们采纳双母线接线，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，又可以采纳单母线分段带旁路母线接线。

所用变量名称：

发电机容量W600M=PNG厂用电率8=pK％发电机的额定功率

8

.0=ΦGCOS

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：

MVA36.71485

.0)08.0-1(6001.1)-1(1.1=?=ΦKP=GPNGNCOSS(2.2)

因此采纳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：720-10SF，参数为

额定电压110KV/10.5KV，调压范围：110/3（1-2.5％）KV，额定电流755.8/784.6,连接方式为ynd11。

另外一台型号为：720-10SF，参数为

额定电压220KV/10.5KV，调压范围：220/3（1-2.5％）KV，额定电流755.8/784.6,连接方式为ynd11。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，以及依据对全部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：

首先我们要从牢靠性、敏捷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，牢靠性要求我们在断路器或母线故障以及母线检修时，尽量削减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。敏捷性要求主接线应满意在调度、检修及扩建时的敏捷性。在检修时，可以便利地停运断路器、母线及其继电爱护设备，进行平安检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；扩建时，可以简单地从初期接线过渡到最终接线。经济性上要求我们要节约投资，主接线应力求简洁，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备以节约二次设备和掌握电缆。

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牢靠性，所以我们采纳双母线接线，并且带旁路母线较好。这样一来就避开了断路器检修时，不影响对系统的供电，断路器或母线故障以及母线检修时，削减停运的回路数和停运时间，保证了牢靠的供电。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，采纳双母线接线

方案二：有方案一，我们很简单想到110kv母线采纳单母线分段带旁路连接，220kv母线采纳双母线旁路母线连接。

方案三：同理，110kv母线采纳单母线分段带旁路，220kv母线采纳单母线分段带旁路连接。三者均能达到牢靠供电的母系。

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状况下，采纳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加比较计算，只对相异部分进行计算，计算内容包括投资，年运行费用。很简单知道当采纳单母线分段带旁路的时候，必需多增加较多断路器，这在稳定的牢靠性，及经济上都是不具有优势的，因此采纳方案一，也就是我最初的设计。

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牢靠性，所以我们采纳双母线接线，并且带旁路母线较好。这样一来就避开了断路器检修时，不影响对系统的供电，断路器或母线故障以及母线检修时，削减停运的回路数和停运时间，保证了牢靠的供电。

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牢靠性，所以我们采纳双母线接线，并且带旁路母线较好。这样一来就避开了断路器检修时，不影响对系统的供电，断路器或母线故障以及母线检修时，削减停运的回路数和停运时间，保证了牢靠的供电。

三、过程论述：

3.1主变压器选择：

发电机容量W600M=PNG

厂用电率8=pK％发电机的额定功率

8

.0=ΦGCOS

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：

MVA36.71485

.0)

08.0-1(6001.1)-1(1.1=?=ΦKP=

GPNGNCOSS(2.2)

因此采纳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：110/3（1-2.5％）KV，额定电流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：220/3（1-2.5％）KV，额定电流755.8/784.6,连接方式为ynd11。

变压器的连接方式必需和系统电压相位全都，否则不能并列运行。电力系统采纳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依据详细工程来确定。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。假如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，变压器的绕组都采纳Y连接。35KV以下电压，变压器绕组都采纳△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章：

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、选择继电爱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。全部电流的电功势相位角相同。

电力系统中全部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。

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进展方案。

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=600MVAUj=Uav=1.05Ue

Sj——基准容量；

Uav——所在线路的品平均电压

以上均采纳标幺值计算方法，省去“*”。

1、对于QFSN—600—2型发电机的电抗

j//89d

e

S600

XXX0.14560.11648S750

==?

=?

=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）；Sj——基准容量（MVA）。

3、对于OSSPSL—6000/220型三绕组变压器的电抗

jddd61eS1

=(U%U%U%200Sxx=+-?中低高中凹凸）

=1750

(13.111.6-18.8)202400?+?

=0.0367

j25dddeS1

(U%U%U%200SXX==+-?中低高中凹凸）

=1750

(13.118.8-11.6)202400?+?

=0.126

j37dddeS1

XX(U%U%U%200S==+-?中低凹凸高中）

=

1750(18.811.6-13.1)202400

?+?=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，它所供应的短路电流周期重量的幅值恒定且不随时间转变。虽然非周期重量依指数率而衰减，但一般状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重量。而在无限大功率系统的条件下，周期重量的计算就变得简洁。

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

*1d

U

UU=

=，短路电流周期重量的标幺值为

***

*1

PUIXX∑∑=

=

式中

*

X∑——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

短路电流的出名值为

**

d

PIIX∑==

则冲击电流为2shshPiKI=

式中shK——冲击系数，表示冲击电流对周期重量幅值的倍数。当时间常数Ta

的值由零编制无限大时，冲击系数值的变化范围为：

12Ksh，满意热稳定条件。隔离开关：

表3-3-2GW4—220W系列隔离开关技术数据

（3）三绕组变压器回路

1.57()NIKA=

==max1.051.051.571.65()WNIIKA==?=

220KV侧短路冲击电流为

sh

i=21.876KA

短路热稳定时间为

2

3.90.060.06

4.02k

prin

a

s

t

t

t

t

短路电流的热效应

选断路器：

表3-3-3LW—220系列六氟化硫断路器技术数据

动稳定校验：动稳定电流

max

=100KA，220KV侧短路冲击电流为

sh

i=21.876KA，

max

shii≤满意动稳定条件

热稳定校验：2

2.340ktt

QI=?>，满意热稳定条件。隔离开关：

表3-3-4GW4—220W系列隔离开关技术数据

校验和断路器相同的，均满意要求。2、110KV侧各个回路的最大工作电流（1）出线回路7.4NI=

==（KA）max1.051.057.47.78wNII==?=（KA）

110KV侧短路冲击电流为

sh

i=55.97KA

短路热稳定时间为

22

2

2

2

2

2"2

14.621014.6214.624.0285912

12

10tk

tkk

k

kAs

I

I

I

Qt

短路电流的热效应

选断路器：

表3-3-5LW6—110Ⅰ系列六氟化硫断路器技术数据

动稳定校验：动稳定电流

max

=125KA，110KV侧短路冲击电流为

sh

i=112KA，max

sh

ii≤满意动稳定条件

热稳定校验：2

2.350kt

tQI=?>，满意热稳定条件。隔离开关：

表3-3-6GW4

—110W系列隔离开关技术数据

校验和断路器相同的，均满意要求。（2）三绕组变压器回路

3.149NI=

==（KA）max1.053.306WNII==（KA）

110KV侧短路冲击电流为

sh

i=55.97KA

短路热稳定时间为

2

2

2

2

2

2

2"221.981021.9821.984.021942.112

12

10tk

tkk

k

kAs

I

IIQ

t

短路电流的热效应

选断路器：

表3-3-7LW6—110Ⅰ系列六氟化硫断路器技术数据

动稳定校验：动稳定电流

max

=125KA，110KV侧短路冲击电流为

sh

i=55.97KA，

max

shii≤满意动稳定条件

热稳定校验：2

2.350kttQI=?>，满意热稳定条件。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mmmm10125?矩形铝导线，平放允许电流为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，

3.621KA725.381.0≥?=KAIal

热稳定校验。正常运行时导体温度

68725

.3621.3)4070(40)

(2

2

2

2max

00=-+=-+=al

alIIθθθθ℃查表C=87满意短路时发热的最小导体截面为

2

2

2

2

2

2

2"221.981021.9821.984.021942.112

12

10tk

tkk

k

kAs

I

IIQ

t

226min)(3750)(5.26587/8.1106.296/mmmmCKQSfK≤=??==

Kf为集肤效应系数，C为热稳定系数。满意热稳定要求。

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mmmm10125?矩形铝导线，平放允许电流为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，

KA4.72725.381.0≥??=KAIal

热稳定校验。正常运行时导体温度

6945

.74.7)4070(40)

(2

2

2

2max

00=-+=-+=al

alIIθθθθ℃查表C=87满意短路时发热的最小导体截面为

226min)(23750)(5.67987/8.1101942/mmmmCKQSfK?≤=??==

Kf为集肤效应系数，C为热稳定系数。

满意热稳定要求。

3.3．4发电机出口处电抗器选择

发电机出线出有32.99dSI=

==（KA）选用ZN5-10/630型真空断路器，20nbrKAI=

按正常工作电压和最大工作电流初选电抗器的额定电压UNR=10KV和INR=4000A，则电抗百分值

'

''

*

d

IXI

=∑

x％=100)

('

*?-

∑U