發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計.pdf

發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計 學(xué)院： 水利水電學(xué)院 班級： 電力081 姓名： 李夢林 學(xué)號： 3080651015 指導(dǎo)老師：姚李孝 - 1 - 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計任務(wù)書發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計任務(wù)書 一 課程設(shè)計目的和要求 1 目的 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計是在學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)電廠電氣部分后的一次綜合訓(xùn)練，通過這 次訓(xùn)練不僅使學(xué)生鞏固了本課程及其他課程的有關(guān)內(nèi)容，而且增強學(xué)生工程觀念，培養(yǎng) 他們的電氣設(shè)計能力。 2 要求 1）熟悉國家能源開發(fā)策略和有關(guān)的技術(shù)規(guī)程，規(guī)定，樹立供電必須安全，可靠，經(jīng)濟 的觀念； 2）掌握發(fā)電廠初步設(shè)計的基本方法和主要內(nèi)容； 3）熟悉發(fā)電廠初步設(shè)計的基本計算； 4）學(xué)習(xí)工程設(shè)計說明書的撰寫。 二 原始資料 1 發(fā)電廠情況 （1）類型：火電廠 （2）發(fā)電廠容量與臺數(shù)3200+1300MW，發(fā)電機電壓15.75kv，cos=0.85 （3）發(fā)電廠年利用小時數(shù)Tmax=5300h； （4）發(fā)電廠所在地最高溫度40 攝氏度，年平均溫度20 攝氏度，氣象條件一般，所在地海 拔高度低于1000m。 2 電力負荷情況 1)發(fā)電機電壓負荷：最大40MW，最小30MW，cos=0.85，Tmax=6000h。 2)220kv 電壓負荷：最大100MW，最小50MW，cos=0.85，Tmax=5000h。 3)其余功率送入500kv 系統(tǒng)，系統(tǒng)容量10000MVA。歸算到500kv 母線阻抗為0.03，其中Sj=100MVA。 4）自用電8%。 5）供電線路數(shù)目。 （1）發(fā)電機電壓，架空線路10 回，每回輸送容量5MW，cos=0.85 （2）220kv 架空線路6 回，每回輸送容量80MW，cos=0.8 （3）500kv 架空線路2 回，與系統(tǒng)連接。 三 設(shè)計成果 1 課程設(shè)計說明書 1 份。 2 發(fā)電廠電氣主接線圖 1 張。 3 課程設(shè)計計算書 1 份。 - 2 - 目錄 目錄 課程設(shè)計任務(wù)書1 原始資料分析3 主接線方案設(shè)計4 短路電流計算6 主要電氣設(shè)備選擇10 參看文獻12 附錄： 電氣主接線圖 短路計算 電氣設(shè)備校驗 - 3 - 原始資料分析 原始資料分析 該電廠為大中型電廠，其容量為3200+1300=900MW。占電力系統(tǒng)容量 ()85 . 0 90010000 85 . 0 900 + =9.57%,超過電力系統(tǒng)的檢修備用容量815%，沒有達到事故備用容量10%的限 額。說明該電廠在帶那里系統(tǒng)中的作用比較重要，而且年利用小時數(shù)5300h5000h，大于電力系統(tǒng)發(fā) 電機組的平均最大利用小時數(shù)，該電廠為火電廠，在電力系統(tǒng)中將主要承擔基荷，從而該電廠的電氣 主接線可靠性要求比較高。 從負荷特點及電壓等級可知，發(fā)電機出口15.75kv電壓等級負荷不大，共有10回出線，應(yīng)采用直 饋線；220kv電壓等級共有6回出線，承擔了一部分的負荷，為保證檢修出線短路器不至于造成回路停 電，應(yīng)采用雙母線；對于500kv，雖然只有2回出線，然而送出容量900-40-100-9008%=688MW，可 見對于500kv的接線要求很高。 方案設(shè)計原則 方案設(shè)計原則 主接線是發(fā)電廠電氣設(shè)計的首要部分， 它是由高壓電器設(shè)備通過連接線組成的匯集和分配電能的 電氣主回路，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠本身運行的可靠 性、靈活性和經(jīng)濟性密切相關(guān)，并且對電氣設(shè)備的選擇、配電裝置、繼電保護和控制方式的選定有較 大影響。因此，發(fā)電廠的主接線應(yīng)根據(jù)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)的地位和作用，首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的可靠 運行和經(jīng)濟調(diào)度的要求。 根據(jù)規(guī)劃容量、本期建設(shè)規(guī)模、輸送電壓等級、進出線回路數(shù)、供電負荷的重要性、保證供需平 衡、電力系統(tǒng)線路容量、電氣設(shè)備性能和周圍環(huán)境及自動化規(guī)劃與要求等條件確定。應(yīng)滿足可靠性、 靈活性和經(jīng)濟性的要求。 1）單元接線 其是無母線接線中最簡單的形式，也是所有主接線基本形式中最簡單的一種，此種接線方法設(shè)備 更多。本設(shè)計中機組容量為 900MW，所以發(fā)電機出口采用封閉母線，為了減少斷開點，可不裝斷路 器。這種單元接線，避免了由于額定電流或短路電流過大，使得選擇斷路器時，受到制造條件或價格 甚高等原因造成的困難。 2）單母線分段帶專用旁路斷路器的旁路母線接線 優(yōu)點：在正常工作時，旁路斷路器以及各出線回路上的旁路隔離開關(guān)，都是斷開的，旁路母線不 帶電，通常兩側(cè)的開關(guān)處于合閘狀態(tài)，檢修時兩兩互為熱備用；檢修 QF 時，可不停電；可靠性高， 運行操作方便。 缺點：增加了一臺旁路斷路器的投資。 3）單母分段線分段斷路器兼作旁路斷路器的接線 優(yōu)點：可以減少設(shè)備，節(jié)省投資；同樣可靠性高，運行操作方便； 4）雙母線接線 - 4 - 優(yōu)點：供電可靠，調(diào)度方式比較靈活，擴建方便，便于試驗。 缺點：由于 220KV 電壓等級容量大，停電影響范圍廣，雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較 復(fù)雜，對運行人員要求高。 5）雙母線帶旁路母線的接線 優(yōu)點：增加供電可靠性，運行操作方便，避免檢修斷路器時造成停電，不影響雙母線的正常運行。 缺點：多裝了一臺斷路器，增加投資和占地面積，容易造成誤操作。 主接線方案選擇 主接線方案選擇 一 根據(jù)電壓等級從而確定母線接線形式的選擇 發(fā)電機電壓 15.75kv 側(cè)：10 回饋線傳輸容量為 5MW 負荷，可采用雙母線接線、雙母分段接線形式； 考慮其本廠性質(zhì)，以及年利用小時數(shù) 6000h 非常高，擬采用雙母分段接線形式。 220KV 側(cè)：6 回出線回路傳輸容量為 80MW 負荷，可采用雙母線分段接線、雙母帶旁母接線等形式； 考慮其可靠性要求高，年利用小時數(shù)為 5000h，擬采用雙母分段接線形式。 500KV 側(cè)： 2 出線回路與系統(tǒng)聯(lián)系送出本廠最大電力 90050480-9008%=738MW， 故該廠 500KV 級對可靠性要求非常高，擬采用一臺半接線形式。 二 變壓器的選擇 1.220KV 級母線所帶負載容量為 100MW,僅需要一臺額定容量為 200MW 發(fā)電機滿足要求，但此 電壓級 Tmax=5000h，考慮其可靠性比較高，應(yīng)連接多臺發(fā)電機共同供電，互為備用，使其在任意一臺 發(fā)電機檢修或故障時，仍可保證 70%以上負荷不斷電。 各發(fā)電機與其主變壓器采用發(fā)電機-雙繞組變壓器組成的單元接線（接線簡單、開關(guān)設(shè)備少、操 作簡單） ，因是大型機組在發(fā)電機出口不裝斷路器，但為調(diào)試發(fā)電機方便可裝隔離開關(guān)；又因不設(shè)發(fā) 電機電壓級母線，而在發(fā)電價和變壓器之間采用封閉母線，使在發(fā)電機和變壓器低壓側(cè)短路的幾率和 短路電流減小。 因不受運輸條件限制，220KV 母線所連主變壓器均選用三相變壓器。 3.500KV 級母線與系統(tǒng)聯(lián)系， 可靠性要求較高； 當本廠內(nèi)部因最大一臺機組 （或同時有另一機組） 檢修或故障且無法滿足正常負荷需求時，系統(tǒng)可通過 500KV 母線倒送容量已滿足本廠基本運行及所 連多數(shù)負荷不斷電。 又因其接線為一臺半接線形式，使其可靠系數(shù)大為提高，故對 500KV 母線上所接發(fā)電機容量和 臺數(shù)要求不大。但考慮變壓器變比過大時，變壓器的損耗越大，且不易選得合適的斷路器、繼電保護 裝置等二次設(shè)備，使投資加大。故擬定在 500KV 母線上可連接 300MW 發(fā)電機，且數(shù)量不能超過一 個。 300MW 發(fā)電機與其主變壓器采用發(fā)電機-雙繞組變壓器組成的單元接線且直接連接到 500KV 級 母線上，同 220KV 電壓級一樣，省略發(fā)電機與主變壓器低壓側(cè)間的斷路器等，使操作簡單，投資減 少。 對電機容量為 300MW、并直接升壓到 500KV 的，宜采用三相變壓器。 三 變壓器容量選擇 1）主變壓器的選擇主變壓器的選擇 單元接線中的主變壓器容量 SN 應(yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后，預(yù)留 5的裕度 選擇，為 - 5 - G PNG N COS S = )-1 (05. 1 ()1 . 2 NG 發(fā)電機容量 N S 通過主變的容量 廠用電:4% G COS 發(fā)電機的額定功率:0.85 2）聯(lián)絡(luò)變壓器的選擇聯(lián)絡(luò)變壓器的選擇 連續(xù)兩種升高電壓母線的聯(lián)絡(luò)變?nèi)萘康拇_定原則： （1）聯(lián)絡(luò)變?nèi)萘繎?yīng)能滿足兩種電壓網(wǎng)絡(luò)在各種不同運行方式下，網(wǎng)絡(luò)間的有功功率和無功功率交 換。 （2）聯(lián)絡(luò)變壓器的臺數(shù)根據(jù)規(guī)定一般只設(shè)置一臺，最多不超過兩臺，因本廠容量較大，考慮其可 靠性，安裝兩臺聯(lián)絡(luò)變壓器（其中一臺為冷備用） 。 （3）聯(lián)絡(luò)變壓器的容量一般不應(yīng)小于接在兩種電壓母線上的最大一臺機組容量，以保證最大一臺 機組故障或檢修時，通過聯(lián)絡(luò)變壓器來滿足本側(cè)負荷的要求；同時在線路檢修或故障時，可通過聯(lián)絡(luò) 變壓器將剩余容量送入另一系統(tǒng)。 根據(jù)本設(shè)計電廠有三個電壓等級，聯(lián)絡(luò)變壓器宜選用三繞組變壓器，其低壓繞組可接高壓廠用起/ 備用變壓器或無功補償裝置。 根據(jù)以上分析，現(xiàn)擬定主接線的初步方案，并依據(jù)對主接線的基本要求，從技術(shù)上進行論證各方 的優(yōu)、缺點，淘汰了一些較差的方案，保留了兩個技術(shù)上相對較好的方案。 方案一： - 6 - 方案二： 3）兩個方案的經(jīng)濟性比較 方案一和方案二相比，不同之處是在500kv與220kv之間的聯(lián)系不同，方案一采用三繞組變壓器連 接220kv和500kv，而方案二采用三繞組變壓分別接到220kv和500kv母線。通過比較，我們可以發(fā)現(xiàn)兩 者的花費相差不是很大。 對于方案一來說，運行方式更加靈活，而且220kv和500kv之間可以相互備用。當500kv電源無故 障時短路器斷開，當發(fā)生故障，可以通過220kv母線供應(yīng)，保證供電的可開性。 綜上所述，確定方案一。 短路電流計算 電力系統(tǒng)運行有三種狀態(tài)：正常運行狀態(tài)、非正常運行狀態(tài)和短路故障。在供電系統(tǒng)的設(shè)計和運 行中，還要考慮到可能發(fā)生的故障以及不正常運行情況。對供電系統(tǒng)危害最大的是短路故障。短路 電流將引起電動力效應(yīng)和發(fā)熱效應(yīng)以及電壓的降低等。因此，短路電流計算是電氣主接線的方案比 較、電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體的選擇、節(jié)地計算以及繼電保護選擇和整定的基礎(chǔ)。 短路就是指不同電位導(dǎo)電部分之間的不正常短接。如電力系統(tǒng)中，相與相之間的火中性點直接節(jié) - 7 - 地系統(tǒng)中的相與地之間的短接都是短路。為了保證電力系統(tǒng)的安全、可靠運行，在電力系統(tǒng)設(shè)計和 運行分析中，一定要考慮系統(tǒng)等不正常工作狀態(tài)。 短路計算的基本假定和計算方法 1基本假定 （1）正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行。 （2）所有電源的電動勢相位角相同。 （3）系統(tǒng)中的電機均為理想電機，不考慮電磁飽和、磁滯、渦流及導(dǎo)體肌膚效應(yīng)等影響；轉(zhuǎn)子結(jié) 構(gòu)完全對稱； （4）短路發(fā)生在短路電流為最大的瞬間； （5）不考慮短路電的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流。 2短路電流計算的方法 對應(yīng)系統(tǒng)最大運行方式下， 按無限大容量系統(tǒng)， 進行相關(guān)的短路點的三項短路電流計算， 求得 I、 ish值。 I - 三相短路電流； ish - 三相短路沖擊電流。 無限大容量電力系統(tǒng)是指容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)， 當用戶供電系統(tǒng)發(fā)生 短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓基本不變，可將該電力系統(tǒng)視為無限大容量電力系統(tǒng)。 但是，在實際電力系統(tǒng)中，他的容量和阻抗都有一定的數(shù)值，一次，當用戶供電系統(tǒng)發(fā)生短路時， 電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓相應(yīng)的有所變動。但一般的供電系統(tǒng)，由于它是在小容量線路上 發(fā)生短路，電力系統(tǒng)母線電壓基本不變，因此，電力系統(tǒng)可視為無限大容量電力系統(tǒng)。由于無限大 容量電力系統(tǒng)的三相短路電流是對稱的，所以變化規(guī)律只需考慮一相的。 本次短路計算中，選取了兩個短路計算點，15.75KV 母線，220KV 母線和 500kv 母線上各一個，短 路類型定為對系統(tǒng)影響最為嚴重的三相短路。短路電流計算的結(jié)果如表所示，詳細計算過程見附錄 I 等值電抗圖如下圖所示： 短路電流計算結(jié)果 0時短路電流 周期 0.06時短路電流周 期 0.1時短路電流周 期 0.2時短路電流周 期 0.4時短路電流周 期 短 路 點 編 號 短路 點平 均 電壓 Uj 基準 電流 Ij 電源 名稱 計算電 抗 Xjs 周 期 分 量 I 非 周 期 分 量 If z 短 路 容 量 Sd 周期 分量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 周期 分量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 周期 分量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 周期 分量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 短路沖 擊電流 全電 流 G1G2 G3 0.4 2. 66 3. 76 2302.472.184702.371.51 451. 5 2.190.654162.040.12 387. 6 3.06 1.17 G4 0.63 1. 61 2. 28 1401.541.362581.490.95 283. 1 1.430.41 271. 7 1.380.08 262. 2 1.86 0.71 系統(tǒng)0.14 7. 72 10 .9 2 6776.445.5710965.343.42 10144.881.42 927. 2 4.040.24 767. 6 8.89 3.4 D1 500 0.11 合計 11 .9 9 16 .9 6 104 7 10.4 5 9.1118249.25.88 17488.52.4816154.760.44141713.81 4.74 G1/G 2/G3 0. 25 4. 53 6. 41 9003.983.515153.722.38 16103.290.9514152.90.17124711.82 4.52 G4 0. 27 4. 18 5. 91 4203.713.314393.492.23 15113.110.9013372.770.1611915.47 2.09 D2 22 0 0.25 系統(tǒng)0.19 6. 02 8. 51 29 97 5.124.5119354.694.15 20174.021.1717293.430.21147539.37 15.0 5 - 1 - 合計0.71 14 .7 3 20 .8 3 43 17 12.8 1 11.3 1 488911.98.76 5138 10.4 2 3.0244819.1 0.54391356.66 21.6 6 短路電流計算結(jié)果 0時短路電流周期 0.06時短路電 流周期 0.1時短路電流周 期 0.2時短路電流周 期 0.4時短路電流周期 短 路 點 編 號 短路 點平 均 電壓 Uj 基準 電流 Ij 電源 名稱 計算 電抗 Xjs 周 期 分 量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 周期 分量 I 非 周 期 分 量 If z 短 路 容 量 Sd 周期 分量 I 非周 期分 量 Ifz 短路 容量 Sd 周期分 量 I 非 周 期 分 量 If z 短路 容量 Sd 周期分 量 I 非周 期分 量 Ifz 短路容 量 Sd 短路 沖擊 電流 全電 流 G1/G 2/G3 0.14 7.7 2 1 0 . 2 961 .1 6.44 5. 67 4 0 9 4 5.843.7437144.88 1. 42 31044.040.242569 39.5 5 15.1 2 G4 1.13 8 9 12 65975 8 7 7 7 55 32 855.44540683 2. 41 5278820.495215 24.5 9 9.4 系統(tǒng)1.76 5 8 82 1169 6 5. 7 5 31 80 563.58227655 1. 59 3498560.343562 48.1 3 18.4 D3 15.7 5 3.67 合計3.03 102 .52 31.7 2 1863 2 20.8 4 18 .3 7 12 73 4 19.9 4 12.7 6 1139 6 18.68 5. 4 1188 0 17.84 1.0 7 11 34 6 112. 27 42.9 2 電氣設(shè)備選擇的一般條件 1) 按正常工作條件選擇 額定電壓： 所選電氣設(shè)備和電纜的最高允許工作電壓， 不得低于裝設(shè)回路的最高運行電壓 UNUmax 額定電流：所選電氣設(shè)備的額定電流 IN，或載流導(dǎo)體的長期允許電流 Iy，不得低于裝設(shè)回路的最 大持續(xù)工作電流 I max 。計算回路的最大持續(xù)工作電流 I max 時，應(yīng)考慮回路在各種運行方式下的 持續(xù)工作電流，選用最大者。 2) 按短路狀態(tài)校驗 熱穩(wěn)定校驗： 當短路電流通過被選擇的電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時，其熱效應(yīng)不應(yīng)超過允許值，It2.t Qk，tk=tin+ta，校 驗電氣設(shè)備及電纜（15.75KV 廠用饋線電纜除外）熱穩(wěn)定時，短路持續(xù)時間一般采用后備保護動 作時間加斷路器全分閘時間。 動穩(wěn)定校驗： iesish，用熔斷器保護的電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，可不校驗熱穩(wěn)定；電纜不用校驗動穩(wěn)定； 3) 短路校驗時短路電流的計算條件： 所用短路電流其容量應(yīng)按具體工程的設(shè)計規(guī)劃容量計算，并應(yīng)考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃；計算電 路應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應(yīng)按僅在切換過程中可能并列的接線方式；短路 的種類一般按三相短路校驗；對于發(fā)電機出口的兩相短路或中性點直接接地系統(tǒng)、自耦變壓器等回路 中的單相、兩相接地短路較三相短路更嚴重時，應(yīng)按嚴重情況校驗。 斷路器選擇的具體技術(shù)條件如下： 額定電壓校驗：UNUMAX 額定電流校驗：INIMAX 開斷電流：INbrI 動穩(wěn)定：iesish 熱穩(wěn)定：It2t Qk 根據(jù)電氣工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南-電力系統(tǒng)分冊和中華人民共和國國家標準油浸式電力變壓 器技術(shù)參數(shù)和要求 500kV 級 GB/T 1627419