電氣工程及其自動化設(shè)計畢業(yè)論文.doc

貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 第90頁電氣工程及其自動化設(shè)計畢業(yè)論文目 錄第一章 電氣主接線設(shè)計 第一節(jié) 主接線概述第二節(jié) 主接線的基本要求 第三節(jié) 電氣主接線設(shè)計的原則第四節(jié) 方案的提出 第五節(jié) 可靠性計算第二章 廠用電接線及設(shè)計 第一節(jié) 廠用電概述第二節(jié) 廠用負荷分類第三節(jié) 廠用電接線的設(shè)計原則和接線形式第四節(jié) 廠用電設(shè)備的選擇第三章 短路電流計算第一節(jié) 概述第二節(jié) 短路電流計算第四章 電氣設(shè)備選擇 第一節(jié) 概述第二節(jié) 電氣設(shè)備選擇的原理與方式第三節(jié) 高壓斷路器選擇與校驗第四節(jié) 高壓斷路器選擇與校驗第五節(jié) 互感器的選擇第六節(jié) 互感器在主接線中配置原則第五章 配電裝置設(shè)計第一節(jié) 概述第二節(jié) 配電裝置的類型及應(yīng)用第三節(jié) 配電裝置的設(shè)計原則及步驟第四節(jié) 屋內(nèi)配電裝置第五節(jié) 屋外配電裝置第六節(jié) 成套配電裝置第六章 發(fā)電機、變壓器繼電保護第一節(jié) 發(fā)電機的保護第二節(jié) 變壓器的保護第三節(jié) 發(fā)電機變壓器組公用母線保護第七章 微機保護及計算機監(jiān)控系統(tǒng)第一節(jié) 概述第八章 發(fā)電機定子繞組匝間短路保護第一節(jié) 專題小結(jié)參考文獻致謝附錄摘 要本次設(shè)計根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書及有關(guān)的設(shè)計規(guī)程、規(guī)范和標準，對某地區(qū)4300mw大型火力發(fā)電廠的一、二次主系統(tǒng)進行了設(shè)計。發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響著電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，因此，對其電氣主接線的可靠性的要求更高。設(shè)計中，在方案必須滿足供點可靠 ，技術(shù)先進，經(jīng)濟合理的前提下對發(fā)電機主線進行了詳細的技術(shù)機警比較和可靠性論證。同時，對于電力系統(tǒng)的短路電流計算，高壓電氣設(shè)備的選擇，相應(yīng)的繼電保護及其自動裝置等問題也做了相關(guān)的論述。其中匝間短路是發(fā)電機的一種嚴重故障。因此本專題對定子繞組匝間短路保護做了詳細介紹。AbstractThis graduation design task is to design the first main primary system and the secondary main primary system of electrical system of a 4X300MW district fire power plant. It is well known that the electric power plant play the important role in the electrical system. Therefore, there are high demand on the reliability of the main electrical contact in the system.So there for the reliability of the main connection has a very high demand in the electrical system. According to the supply reliability developed technique and reasonable economy. We will discuss and prove the plans of the main connection with its economy and technique. Simultaneously, the questions and the suplly system of the factory short-circuit current calculation, the election of high voltage equipment, protection against and automatic equipment too. Which is a short circuit between the generators of a serious malfunction. Thus the topic of stator coils short circuit protection is discussed in detail. Keywords：generator stator winding inter-turn short circuit protection前 言在高速發(fā)展的現(xiàn)代社會中，電力工業(yè)在國民經(jīng)濟中有著重要作用：它不僅全面地影響國民經(jīng)濟其他部門的發(fā)展，同時也極大的影響人民的物質(zhì)與文化生活水平的提高。一設(shè)計在工程建設(shè)中的作用 設(shè)計工作是工程建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。做好設(shè)計工作對工程建設(shè)的工期、質(zhì)量、投資費用和建成投產(chǎn)后的運行安全可靠性和生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益，起著決定性作用。設(shè)計是工程建設(shè)的靈魂。 設(shè)計的基本任務(wù)是，在工程建設(shè)中貫徹國家的基本建設(shè)方針和技術(shù)經(jīng)濟政策，做出切合實際、安全實用、技術(shù)先進、綜合效益好的設(shè)計，有效的為電力建設(shè)服務(wù)。二設(shè)計工作應(yīng)遵循的主要原則 1遵守國家的法律、法規(guī)，貫徹執(zhí)行國家的經(jīng)濟建設(shè)方針、政策和基本建設(shè)程序，特別應(yīng)貫徹執(zhí)行提高綜合經(jīng)濟效益和促進技術(shù)進步的方針。2要運用系統(tǒng)工程的方法從全局出發(fā)，正確處理中央與地方、工業(yè)與農(nóng)業(yè)、城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)、近期與遠期、技改與新建、生產(chǎn)與生活、安全與經(jīng)濟等方面的關(guān)系。3要根據(jù)國家規(guī)范、標準與有關(guān)規(guī)定，結(jié)合工程的不同性質(zhì)、要求，從實際情況出發(fā)，合理確定設(shè)計標準。4要實行資源的綜合利用，節(jié)約能源、水源，保護環(huán)境，節(jié)約用地等。三設(shè)計的基本程序 設(shè)計要執(zhí)行國家規(guī)定的基本建設(shè)程序。工程進入施工階段后，設(shè)計工作還要配合施工、參加工程管理、試運行和驗收，最后進行總結(jié)，從而完成設(shè)計工作的全過程。編者 2010.05.20第一章 電氣主接線設(shè)計第一節(jié) 主接線概述電氣主接線又稱一次接線，它是發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中傳送電能的通路。主接線是發(fā)電廠、變電所電器部分的主體，其中包括發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、電抗器等主要設(shè)備。他代表了發(fā)電廠電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的中藥組成部分。它直接影響運行的可靠性、靈活性并對電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護、自動裝置和控制方式的擬定都有決定性的關(guān)系。因此主接線的正確、合理設(shè)計，必須綜合處理各個方面的因素，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟論證比較后方可確定。第二節(jié) 主接線的基本要求對電氣主接線的基本要求主要包括：可靠性、靈活性、經(jīng)濟性、擴建的可能性四個方面。 1運行的可靠性 安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求。停電不僅使國民經(jīng)濟造成損失，而且對國民經(jīng)濟各個部門帶來的損失更加嚴重，往往比少發(fā)電能的價值大幾十倍，甚至導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報廢、城市生活混亂等經(jīng)濟損失和政治影響，更是難以估量。因此，主接線的形式必須保證供電可靠。因事故被迫中斷供電的機會越少，影響范圍越小，停電時間越短，主接線的可靠程度就越高，分析和評估主接線可靠性通常應(yīng)從以下幾方面綜合考慮： 1）發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和作用。 2）發(fā)電廠的運行方式及負荷性質(zhì)。 3）發(fā)電廠接入電力系統(tǒng)的方式。4）設(shè)備的可靠程度直接影響著主接線的可靠性。2調(diào)度的靈活性 電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行方式的轉(zhuǎn)換。具體包括以下幾方面： 1）操作的方便性。電氣主接線應(yīng)該在滿足可靠性的條件下，接線簡單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不至在操作過程中出差錯。 2）調(diào)度的靈活性。電氣主接線在正常運行時，要能根據(jù)調(diào)度要求，方便地改變運行方式，并且在發(fā)生事故時，要能盡快地切除故障，使停電時間最短，影響范圍最小，不至過多地影響對用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 3）擴建的方便性。對將來要擴建的發(fā)電廠和變電站，其主接線必須具有擴建的方便性。尤其是火電廠，在設(shè)計主接線時應(yīng)留有發(fā)展擴建的余地。設(shè)計時不僅要考慮最終接線的實現(xiàn)，還要考慮從初期接線過渡到最終接線的可能和分析階段施工的可行方案，使其盡可能地不影響連續(xù)供電或在停電時間最短的情況下，將來可順利完成過渡方案的實施，使改造工作量最少。3運行的經(jīng)濟性 在設(shè)計主接線時 ，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。通常設(shè)計時應(yīng)在滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟合理。經(jīng)濟性主要從以下幾方面考慮： 1）節(jié)省一次投資。 2）占地面積少。 3）電能損耗少。4. 擴建的可能性 根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)展需要，往往對已投產(chǎn)的發(fā)電廠或變電站進行擴建。尤其是火電廠，從發(fā)電機、變壓器一直到饋線回路數(shù)均有可能擴建。所以，在設(shè)計主接線時應(yīng)留有發(fā)揮擴建的余地，適應(yīng)電力負荷增長的需要。第三節(jié) 電氣主接線設(shè)計的原則 電氣主接線設(shè)計的基本原則是以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設(shè)的方針政策、技術(shù)規(guī)定、標準為準繩，結(jié)合工程設(shè)計情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術(shù)要求的前提下，兼顧運行，維護方便，盡可能的地節(jié)省投資，就近取材，力爭設(shè)備元件和設(shè)計的先進性與可靠性，堅持可靠、適用、經(jīng)濟、美觀的原則。第四節(jié) 方案的提出 據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃，本電廠建設(shè)規(guī)模為裝機容量4300MW，采用500KV電壓等級向系統(tǒng)輸送電力。共出線四回，本期工程出線二回至A-S.預(yù)留兩回備用。本次設(shè)計共擬定了兩個方案： 方案一：500KV配電裝置采用一臺半斷路器接線，每臺機組以發(fā)電機-變壓器組的形勢接入500KV配電裝置，各回路線路接入500KV配電裝置的另一側(cè)。四臺機組和四回線路形成四個串的接線，每個串上有三臺斷路器（本期500KV配電裝置建設(shè)兩個全串和兩個不完全串） 方案二：500KV配電裝置采用雙母線三分段接線，每臺機組以發(fā)電機-變壓器組的形式接入500KV配電裝置，各回路線路接入500KV配電裝置的另一側(cè)。四臺機組和四回線路形成四進四出的雙母線三分段接線（本期工程為四進二出），為檢修運行方便，在其中一段母線上用刀閘進行分段。正常運行時，應(yīng)盡量將四進四出共八個元件均分接在各段母線上。供電可靠性是對電氣主接線的基本要求，下面就將各種故障情況下的停電范圍對以上兩個方案進行比較：表1.1 一臺半斷路器接線故障及其停電范圍運行情況故障類別停電回路(回)停電百分比(%)無設(shè)備檢修母線側(cè)斷路器故障112.5母線故障00中間斷路器故障212.5有一臺斷路器檢修母線側(cè)斷路器故障1212.525母線故障01012.5中間斷路器故障225一組母線檢修母線側(cè)斷路器故障225母線故障00中間斷路器故障225圖1.1一臺半斷路器主接線圖表1.2 雙母線三分段接線及其故障停電范圍運行情況故障類別停電回路(回)停電百分比(%)無設(shè)備檢修出線斷路器故障112.5母線故障242550母聯(lián)或分段斷路器故障465075有一臺斷路器檢修出線斷路器故障225母線故障252562.5母聯(lián)或分段斷路器故障475087.5一組母線檢修出線斷路器故障112.5母線故障262575母聯(lián)或分段斷路器故障4850100圖1. 2雙母線三分段接線主接線圖從以上分析可得出如下結(jié)論：(1)一臺半斷路器接線故障范圍最大的停電百分比是25%，發(fā)生在一串的中間斷路器故障時。(2)雙母線三分段接線故障范圍最大的停電百分比是100%，發(fā)生在一段母線檢修期間又發(fā)生母聯(lián)斷路器故障時。(3)二種主接線相比較，可明顯看出，一臺半斷路器接線的可靠性優(yōu)于雙母線三分段接線。1兩個方案的技術(shù)經(jīng)濟比較從上表可以看出，技術(shù)經(jīng)濟的各項指標中，第二方案具有明顯的優(yōu)越性。一臺半斷路器接線方案，每一個發(fā)變組單獨接到500KV母線上，運行較為靈活，系統(tǒng)所需要的備用容量較少，并且該接線在國內(nèi)發(fā)展較為成熟，有一定的運行基礎(chǔ)。故方便適用。 雙母線三分段接線方案，該接線在國內(nèi)陳舊的小型發(fā)電廠較為適用，尤其在220KV以下的電壓等級中，但是其可靠性方面，還存在一些瑕疵。況且設(shè)備技術(shù)水平上，和一臺半斷路器相比有很大差距。 綜上所述，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，一個半斷路器接線明顯優(yōu)于雙母線三分段接線，況且，一臺半斷路器接線逐漸成為未來500KV高電壓等級接線的一種發(fā)展趨勢。因此，本次工程設(shè)計采用一臺半斷路器接線。第五節(jié) 可靠性計算 可靠性是指系統(tǒng)、設(shè)備在規(guī)定的條件下和預(yù)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。隨著系統(tǒng)工程學(xué)的興起，可靠性理論及其應(yīng)用的速度發(fā)展，對大型發(fā)電廠的電器主接線設(shè)計時不能再只憑借設(shè)計和運行人員的經(jīng)驗判斷，做出決策，必須用定量計算的方法、制訂出能夠反映其可靠性性能的指標，來衡量主接線完成功能或喪失功能的判斷依據(jù)，使主接線的設(shè)計與運行建立在更加科學(xué)的基礎(chǔ)上。 一般設(shè)備或系統(tǒng)可分為不可修復(fù)和可修復(fù)兩大類。如果設(shè)備或系統(tǒng)運行一段時間發(fā)生故障，經(jīng)過修理就能恢復(fù)到原來的工作性能，該設(shè)備或系統(tǒng)就稱為可修復(fù)設(shè)備或系統(tǒng)；否則，就稱為不可修復(fù)設(shè)備或系統(tǒng)。電氣主接線是由發(fā)電機、變壓器、開關(guān)電器、母線等設(shè)備組成的系統(tǒng)，大部分元件是可修復(fù)的。所以，主接線屬于可修復(fù)系統(tǒng)。對不可修復(fù)系統(tǒng)的可靠性指標通常采用可靠度。這是指設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)定的時間內(nèi)，沒有發(fā)生這一事件的概率。對可修復(fù)系統(tǒng)，由于它在故障后還可以通過修理，重新投入工作，所以除計及故障的概率外，還要計及故障后修復(fù)的概率和修復(fù)后繼續(xù)工作的概率。因此，稱可修復(fù)系統(tǒng)的可靠性指標為可靠度，即定義為“可修復(fù)系統(tǒng)在長期運行時間中，處于和準備處于工作中的時間所占的比例”。實際上仍是一個時間概率量。利用概率量來反映其可靠性，實際是根據(jù)各種可能性的均值和幾率來對未來的隨機事件進行預(yù)測，不可能用確切的量來表明。主接線的可靠性計算，須基于各設(shè)備元件的可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及采用合理的計算方法。作為設(shè)備可靠性的基礎(chǔ)資料，如設(shè)備的故障率（t）、修復(fù)率（t）、平均工作時間、平均停運時間以及檢修時間和周期等都應(yīng)來自長期運行實踐資料的積累，且應(yīng)符合生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)狀。所謂故障率，定義為單位時間（如一年）內(nèi)設(shè)備發(fā)生故障而停運的次數(shù)。對于可修復(fù)設(shè)備，由于存在著狀態(tài)轉(zhuǎn)移特性，通常把設(shè)備由運行狀態(tài)向停運狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率密度稱為故障率（t）。相反，將設(shè)備從停運狀態(tài)經(jīng)過修理后，轉(zhuǎn)向運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)移密度概率稱為修復(fù)率（t），也就是在單位時間內(nèi)完成修理的瞬時概率。它表示著設(shè)備修復(fù)能力的指標，電氣主接線包含著許多相互連接的設(shè)備元件，其可靠性分析比較復(fù)雜。只為確定主接線方案為目的而進行住接線可靠性計算時，目前廣泛采用表格法。它計算簡便直觀，易于理解且適于發(fā)電廠的任何接線形式。邏輯表格法是以供電連續(xù)性作為系統(tǒng)可靠工作的依據(jù)。其基本思想是針對主接線具體接線，分析因故障或計劃檢修切除某一設(shè)備（回路）時，應(yīng)當將哪些相鄰設(shè)備斷開，即所有可能故障或檢修的設(shè)備（主要是斷路器和母線）由于切除而對主接線的影響。對處于完好的，故障的以及某設(shè)備檢修時與另一設(shè)備故障相重疊等情況一一列舉出來，分別計算其出現(xiàn)的概率，填入典型的表格中，然后根據(jù)全概率公式計算出某設(shè)備在一年內(nèi)平均切除次數(shù)和停運時間的概率，從而表明其主接線的可靠性。 用邏輯表格法計算主接線可靠性，應(yīng)具備以下基本資料：(1)設(shè)備的故障率一般包括斷路器故障（f/a）、母線故障率w、變壓器故障率g、線路故障率lf/a100km(指100km的線路在一年內(nèi)發(fā)生故障的平均次數(shù))等等。雖然在主接線中隔離開關(guān)數(shù)量較多，但均與斷路器配套使用，且其故障比斷路器小一個數(shù)量級，為簡化可靠性計算工作量，常把隔離開關(guān)的故障率分別計入其相鄰的斷路器或母線中，不知影響可靠性計算的準確性。(2)斷路器故障停運時間TQF(h)-指查明和排除一次故障所需的平均時間。(3)斷路器大修周期O（r/a）-指每臺斷路器每年的平均大修次數(shù)，其值隨斷路器類型及電壓等級而異。(4)斷路器大修時間TQro(h)-指每臺斷路器每次大修所需的平均時間。(5)斷路器小修時間TQr(h)-指每臺斷路器每次小修次數(shù)所需的平均時間。(6)斷路器小修周期Q（r/a）-指每臺斷路器每年小修次數(shù)。(7)母線故障停運時間TWf(h)-指母線因故障每次停運的平均時間。(8)母線檢修周期Wr（r/a）-指母線每年平均檢修次數(shù)。(9)母線檢修停運時間TWr(h)-指母線每次檢修平均時間。(10)故障查明時間To(h)-每次查明故障所需的平均時間。(11)隔離開關(guān)分（合）閘時間Tc(h)-指隔離開關(guān)操作一次分或合所需的時間。根據(jù)基礎(chǔ)資料須進行以下輔助參數(shù)計算：(1)某臺斷路器故障率Qi. 同類型斷路器在配電裝置中位置不同，所承擔的任務(wù)和工作狀態(tài)不同，相應(yīng)故障率也不同，應(yīng)給與分別處理。如從母線引出的饋線斷路器的故障率可以用下式計算：式中L線路長度；母線故障影響率，一般取0.002-0.004f/a。對操作頻繁的斷路器需適當予以修正，如一臺半斷路器接線中，每串的中間斷路器及母線中的母聯(lián)斷路器等，可以將上式Q修正為2Q。必要時可調(diào)整的取值。(2)某臺斷路器故障停運系數(shù).指某臺斷路器一年中因故障而停運的時間占全年時間的百分數(shù)，即式中 某斷路器故障停運時間（h）。(3)某臺斷路器計劃檢修停運系數(shù) KQri.指某臺斷路器一年中因大修與小修所花費的時間占全年時間的百分數(shù)，即KQri=oTQro+ QTQr(Q o)/ Q/8760100%.(4)母線故障停運系數(shù)KWf 指母線一年中故障停運時間占全年時間的百分數(shù)，即 KWf=wTwf/8760100%(5)母線計劃檢修停運系數(shù)KWr 指母線一年中檢修時間占全年時間的百分數(shù)，即 KWr= WrTWr/8760100% (6)正常工作系數(shù)Ko 指主接線中所有斷路器與母線一年中處于完好運行狀態(tài)的時間占全年時間的百分數(shù)，即Ko=（1-KQfi-KQri-KWrm）100%式中 n斷路器臺數(shù)。 M母線條數(shù)。在工程近似計算中，上式括號內(nèi)第四、五（或第二項），由于數(shù)值較小可以略去不計。(7)故障時隔離開關(guān)切換操作時間T指斷路器或母線發(fā)生故障時，從查明原因到倒閘操作完畢，使線路恢復(fù)供電所需要的時間。它應(yīng)有兩部分組成，即 T=To+Tc式中 n需要操作的隔離開關(guān)臺數(shù)。(8)一臺斷路器檢修期間，另一元件（斷路器或母線）故障，引起對應(yīng)線路被迫停運的時間Tr1f2.設(shè)元件1檢修時間為T*1,元件2故障時間Tf2.若元件1檢修和元件2故障相重疊，導(dǎo)致對應(yīng)線路被迫停運。此時，可能有兩種情況：第一種情況，Tr1Tf2,如圖所示。對應(yīng)線路的被迫停運，將隨檢修結(jié)果而告終。由于故障的發(fā)生是隨機的，可以認為均勻地分布于Tr1之間，故對應(yīng)線路被迫停運時間取其平均值為：Tr1f2=1/2 Tr1圖1.3 元件1檢修與元件2故障重疊的停運時間直方圖第二種情況，當Tr1Tf2，如圖所示，這也是實際工程上最常見的情況。若元件2故障發(fā)生在（Tr1-Tf2）范圍內(nèi)，則同時停電將等于故障元件2的恢復(fù)時間；若故障發(fā)生在Tr1的末尾部分，則同時停電將隨檢修完畢而結(jié)束，其平均停電時間為1/2 Tf2。那么，故障發(fā)生在（Tr1-Tf2）和Tf2的概率，分別為Tr1-Tf2/ Tr1和Tf2/ Tr1，按互斥事件的概率運算法則，可求得同時停電平均時間為：Tr1f2= Tf2（Tr1-Tf2/ Tr1）+（1/2 Tf2Tf2/ Tr1）= Tf2- Tf2Tf2/2 Tr1圖1.4 元件1檢修與元件2故障重疊的停運時間直方圖式中 Tr1檢修元件的停運時間（TQr或TQro、TWr） Tf2故障元件的停運時間（TQf或TWf）。若Tf2Tr1,則Tr1f2= Tf2。(9)一母線檢修期間，另一元件（斷路器或母線）故障，引起相應(yīng)線路被迫停運的時間TWr1f2,即TWr1f2=1/2TWr(10)一元件檢修，另一元件故障時，引起相應(yīng)元件被迫停運的概率，即r1f2=Kr1f2式中 Kr1檢修元件的停運系數(shù)（KQr1或KWrm） f2故障元件的故障率（q1或w）(11)全部元件正常時，某元件故障引起相應(yīng)元件被迫停運的概率，即切除頻次：rof2=Kof2 用類似方法可分別求得發(fā)電機、變壓器、線路以及檢修與故障重疊等狀態(tài)下輔助參數(shù)的計算公式。可用概率計算求取電氣主接線的以下可靠性指標。(1)各回路故障率。它表明在各種工況下（運行和檢修）出現(xiàn)該回路被切除停運的總概率，其值應(yīng)為出現(xiàn)該回路停運的各種概率之和。如以某出線為例：l=r1f2+ rof2(2)各回路故障停運時間。它表明在各種工況下，各回路被切除停運的總時間，即凡屬影響該回路的停運概率乘以相應(yīng)時間之總和，仍以出線為例：TL=r1f2TQi+rof2TQi式中 TQi為相對應(yīng)的停運時間（Tr1f2、TWrmf2等）。 由于500KV電壓等級高、容量大、可靠性要求較高，因此，需要對兩種方案進行可靠性計算。500KV側(cè)采用SF6斷路器，輸電線長度取L=1500km，設(shè)備原始數(shù)據(jù)： 斷路器故障率： q=0.014f/a. 母 線故障率： w=0.1f/a. 線 路故障率： l=0.01f/a. 斷路器大修周期： q=0.2r/a 斷路器小修周期： p=1r/a 斷路器故障運行時間：Tqf=60h. 斷路器大修時間： Tqr=500h. 斷路器小修時間： Tpr=90h. 故障查明時間： Tg=0.3h. 隔離開關(guān)分合閘時間：Tf=0.1h. 母線故障停運時間： Twf=8h. 母線檢修周期： w=1r/a. 母線檢修停運時間： Twr=6h.1.先求輔助系數(shù)(1)斷路器故障率Qi由 ，對斷路器分別進行計算，其中對母聯(lián)斷路器及一串中的中間斷路器Qi修正為2Qi。表1.3 一臺半斷路器接線中斷路器故障率斷路器編號線路長度L(km)自身故障率Qi(f/a)線路故障率lL(f/a)/100母線影響率(f/a)某臺斷路器故障率Qi(f/a)Q11500.0140.0150.0040.033Q21500.0140.0150.0040.033Q31500.0140.0150.0040.033Q41500.0140.0150.0040.033Q51500.0280.0150.0040.047Q61500.0280.0150.0040.047Q71500.0280.0150.0040.047Q81500.0280.0150.0040.047Q90000.0040.018Q1000.01400.0040.018Q1100.01400.0040.018Q1200.01400.0040.018表1.4 雙母線三分段接線斷路器的故障率斷路器編號線路長度L(km)自身故障率Qi(f/a)線路故障率lL(f/a)/100母線影響率(f/a)某臺斷路器故障率Qi(f/a)Q100.01400.0040.016Q200.01400.0040.016Q300.01400.0040.016Q400.01400.0040.016Q51500.0140.0150.0040.031Q61500.0140.0150.0040.031Q71500.0140.0150.0040.031Q81500.0140.0150.0040.031Q900.02800.0040.032Q1000.02800.0040.032Q1100.02800.0040.032(2)某臺斷路器故障停運系數(shù)1)一臺半斷路器接線=0.03360/8760=0.0002260 ；=0.0002260 ；=0.0002260 ；=0.0002260 ；=0.0003219；=0.0003219 ；=0.0003219 ；=0.0003219 ；=0.0001233 ；=0.0001233 ；=0.0001233 ；=0.0001233 ；2)雙母線三分段接線=0.0001096 ；=0.0001096 ；=0.0001096 ；=0.0001096 ；=0.0002123 ；=0.0002123 ；=0.0002123 ；=0.0002123 ；=0.0002192 ；=0.0002192 ；=0.0002192 ；(3)斷路器計劃檢修停運系數(shù)KQri=oTQro+ QTQr(Q o)/ Q/8760100%.=0.2500+190(1-0.2)/8760=0.0196(4)母線故障停運系數(shù)KWf=wTwf/8760100%.=0.18/8760 =0.0000913(5)母線計劃檢修停運系數(shù)KWr =WrTWr/8760100%=16/8760 =0.0006849(6)正常工作系數(shù)1)一臺半斷路器接線 Ko=（1-KQfi-KQri-KWrm）100%=0.76413 2)雙母線三分段接線Ko=（1-KQfi-KQri-KWrm）100%=0.78245(7)一臺半斷路器檢修期間，另一臺故障停運，引起相對應(yīng)的線路被迫停運時間。分別計算斷路器和母線的故障率1)斷路器故障Tr1f2=Tf2-Tf2/(2Tr1)=60-60/(2500)=56.4(h)2)母線故障Tr1wf=Twf-Twf/(2Tr1)(8)一母線檢修期間，另一元件故障，引起對應(yīng)線路被迫停運時間，分別計算斷路器和母線的故障: 1)斷路器故障Twr1f2=Twr=6=3(h)2)母線故障Twr1wf=Twr=6=3(h)(9)斷路器或其它元件故障，引起對應(yīng)元件被迫停運時間，即對應(yīng)元件經(jīng)切換的恢復(fù)時間：T=To+nTc=0.3+n0.1式中，n視隔離開關(guān)需切換臺數(shù)而定。(10)全部元件正常時，某斷路器或母線故障的停運頻次由式：rof2=Kof2得到。(11)斷路器檢修時，另一斷路器或母線故障的停運頻次由式：r1f2=Kr1f2 得到。兩方案可靠性計算結(jié)果分析與比較（1）各回路每年停運頻次及停運時間。見下表：表1.4 停運頻次及時間表停運元件停運頻次(f/a)停運頻次比值每年停運時間停運時間比值IIIIIIIIIIIIL10.31050.082733.7532.509320.1432117.522L20.31050.080793.8432.509320.1427017.584L30.33480.082084.0792.586400.1433418.043L40.33480.082734.0472.586400.1436718.002T10.31050.067814.5791.739290.1234114.093T20.31050.069434.4721.739290.1242513.998T30.33480.068584.8821.799400.1238114.534T40.33480.067584.9551.799410.1233014.593 元件停運頻次相比：雙母線三分段接線相應(yīng)比一臺半斷路器接線要高3.7534.955倍。元件每年停運時間相比：雙母線三分段接線相應(yīng)比一臺半斷路器接線要高13.98818.043倍。 注： I 為雙母線三分段接線；II為一臺半斷路器接線；(2)不同元件發(fā)生停運頻次。見下表：表1.5 各元件停運頻次表停運元件數(shù)量停運頻次(f/a)III一元件0.602822二元件0.149083四元件0.524987五元件0.0452368全部元件0.0313558由上表分析可知：方案I：一臺半斷路器接線不會發(fā)生四元件及以上同時停運的情況。方案II：雙母線三分段接線在相同條件下，有可能發(fā)生四元件及以上停運的情況。甚至出現(xiàn)全場停電?？偨Y(jié)：通過邏輯表格法度兩方案進行分析與比較，可以明顯得出一臺半斷路器接線可靠性優(yōu)于雙母線三分段接線。故該廠主接線選用一臺半斷路器接線。第二章 廠用電接線及設(shè)計第一節(jié) 概述發(fā)電廠在啟動、運轉(zhuǎn)、停投、檢修過程中，有大量由電動機拖動的機械設(shè)備，用以保證機組的主要設(shè)備（如鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等）和輸煤、碎煤、除灰、除塵及水處理的正常運行。這些電動機以及全廠的運行、操作、試驗、檢修、照明用電等設(shè)備都屬于廠用負荷，總的耗電量，統(tǒng)稱為廠用電。廠用電的可靠性，對電力系統(tǒng)的安全運行非常重要。隨著超臨界參數(shù)大容量機組、雙水內(nèi)冷發(fā)電機冷卻方式、計算機實時控制的采用以及核電廠的出現(xiàn)，對廠用電的可靠性提出了更高的要求。提高廠用電的可靠性，目的是使電廠長期無故障運行，不致因廠用電局部故障而被迫停機。為此必須認真考慮合理廠用供電電源的取得方式，工作電源和接線方式；此外，還應(yīng)配備完善的繼電保護與自動裝置，合理配置廠用機械，并正確選擇電動機類型、容量和臺數(shù)；在運行中須對廠用機械進行正確維護和科學(xué)管理。廠用電的電量，大部分由發(fā)電機本身供給。其耗電量與電廠類型、機械化和自動化程度、燃料種類及其燃燒方式、蒸汽參數(shù)等因素有關(guān)。廠用電耗電量占發(fā)電廠全部發(fā)電量的百分數(shù)，稱為廠用電率。廠用電率是發(fā)電廠運行的主要經(jīng)濟指標之一。一般凝汽式火電廠的廠用電率為5%8%,本次設(shè)計的N-Y火電廠廠用電率為5.7%。熱電廠為8%13%。水電廠為0.5%1.0%。降低廠用電率不僅能降低發(fā)電成本，同時也相應(yīng)地增大了對電力系統(tǒng)的輸送電量。第二節(jié) 廠用負荷分類廠用電負荷，根據(jù)其用電設(shè)備在生產(chǎn)過程中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度，按其重要性可分為四類：(1)I類廠用負荷凡屬于短時(手動切換恢復(fù)供電所需要的時間)停電會造成主輔設(shè)備損壞、危及人身安全、主機停運及影響大量出力的廠用負荷，都屬于I類負荷。如火電廠的給水泵、凝結(jié)水泵、引風(fēng)機、給粉機等。通常它們都有兩套設(shè)備互為備用，分別接到有兩個獨立電源的母線上，當一個電源斷電后，另一個電源就立即自動投入。(2)II類廠用負荷允許短時停電(幾秒鐘至幾分鐘),恢復(fù)供電后，不致造成生產(chǎn)紊亂的廠用負荷，均屬于II類廠用負荷。如火電廠的工業(yè)水泵、疏水泵、輸煤設(shè)備和化學(xué)水處理設(shè)備等，以及水電廠中大部分廠用電動機。一般它們均由兩段母線供電，并采用手動切換。(3)III類廠用負荷較長時間停電，不會直接影響生產(chǎn)，僅造成生產(chǎn)上不方便的廠用負荷，都屬于III類廠用負荷。如試驗室、修配廠、油處理室等。通常它們由一個電源供電，但在大型發(fā)電廠，也采用兩回路供電。N-Y發(fā)電廠就采用這種形式。(4)事故保安負荷在該廠300MW機組中，自動化程度較高，要求在事故停機過程中及停機后的一段時間內(nèi)，仍必須供電，否則可能引起主要設(shè)備損壞、重要的自動控制失靈或危及人身安全的負荷，稱為事故保安負荷。按對電源要求的不同它又可分為：直流保安負荷，如發(fā)電機的直流潤滑油泵、事故氫密封油泵等；交流保安負荷，如盤車電動機、交流潤滑油泵、消防水泵等。為滿足事故保安負荷的供電要求，對大容量機組應(yīng)設(shè)置事故保安電源。通常，由蓄電池組、柴油發(fā)電機組、燃汽輪機組或可靠的外部獨立電源作為事故保安負荷的備用電源。(5)不間斷供電負荷在機組運行期間，以及正常或事故停機過程中，甚至在停機后的一段時間內(nèi)，需要連續(xù)供電并具有恒壓特性的負荷，稱為不間斷供電負荷。如實時控制用的計算機、熱工保護、自動控制和調(diào)節(jié)裝置等。不間斷供電電源一般采用由蓄電池供電的電動發(fā)電機組或配備數(shù)控的靜態(tài)逆變裝置。第三節(jié) 廠用電接線的設(shè)計原則和接線形式1對廠用電的基本要求廠用電接線的設(shè)計應(yīng)按照運行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，積極慎重地采用成熟的新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計達到經(jīng)濟合理、技術(shù)先進，保證機組安全、經(jīng)濟地運行。廠用電接線應(yīng)滿足以下要求：(1)各機組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)是獨立的。該廠為300MW的機組，應(yīng)該做到這一點。在任何運行方式下，一臺機組故障停運或其輔機的電氣故障不應(yīng)影響另一臺機組的運行，并要求受廠用電故障影響而停運的機組應(yīng)能在短期內(nèi)恢復(fù)運行。(2)全廠性公用負荷應(yīng)分散接入不同機組的廠用母線或公用負荷母線。在廠用電接線中，不應(yīng)存在可能導(dǎo)致切斷多于一個單元機組的故障點，更不應(yīng)存在導(dǎo)致全廠停電的可能性，應(yīng)盡量縮小故障影響范圍。(3)充分考慮發(fā)電廠正常、事故、檢修、啟動等運行方式下的供電要求，盡可能地使切換操作簡便，啟動(備用)電源能在短時內(nèi)投入。(4)充分考慮電廠分期建設(shè)和連續(xù)施工過程中廠用電系統(tǒng)的運行方式，特別要注意對公用負荷供電的影響，要便于過渡，盡量減少改變接線和更換設(shè)置。(5)300MW機組應(yīng)設(shè)置足夠容量的交流事故保安電源。當全廠停電時，可以快速啟動和自動投入向保安負荷供電。另外，還要設(shè)計符合電能質(zhì)量指標的交流不間斷電源，以保證不允許間斷供電的熱工保護和計算機等負荷的用電。2廠用電接線的設(shè)計原則廠用電接線的設(shè)計原則與主接線的設(shè)計原則基本相同，主要有：廠用電接線應(yīng)保證對廠用電負荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機安全運行；接線應(yīng)能靈活地適應(yīng)正常、事故、檢修等各種運行方式的需要；廠用電源的對應(yīng)供電性，本機、爐的廠用負荷由本機組供電，這樣，當廠用電系統(tǒng)發(fā)生故障時，只影響一臺發(fā)電機組的運行，縮小故障范圍，接線也簡單；設(shè)計時還應(yīng)適當注意其經(jīng)濟性和發(fā)展的可能性并積極慎重地采用新技術(shù)、新設(shè)備，使廠用電接線具有可行性和先進性；在設(shè)計廠用電接線時，還應(yīng)對廠用電的電壓等級、中性點接地方式、廠用電源及其引接和廠用電接線形式等問題進行分析和論證。3廠用電電壓等級廠用電的電壓等級是根據(jù)發(fā)電機額定電壓、廠用電動機的電壓和廠用電供電網(wǎng)絡(luò)等因素，相互配合，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟綜合比較后確定的。300MW汽輪發(fā)電機組的廠用電壓分為兩級，高壓為6KV，低壓為380V。本廠采用KV作為高壓廠用電壓，其特點如下：KV電動機的功率可制造的較大，以滿足大容量負荷要求；KV廠用電系統(tǒng)與KV廠用電系統(tǒng)相比，不僅節(jié)省有色金屬及費用，而且短路電流亦較?。话l(fā)電機電壓如為KV時，可以省去高壓廠用變壓器，直接由發(fā)電機電壓母線經(jīng)電抗器供廠用電以防止廠用電系統(tǒng)故障直接威脅主系統(tǒng)并限制其短路電流；(1)6KV廠用電系統(tǒng)高壓廠用電電壓采用6KV。每臺機組設(shè)一臺高廠變，高壓廠用工作電源由支接于發(fā)電機出口的無激磁調(diào)壓雙分裂變壓器的兩個低壓分裂繞組供給。高壓廠用工作母線設(shè)A、B兩段，雙套輔機電動機和成套設(shè)置的低壓廠變分解于倆兩段母線上。廠用工作及備用電源分別由高廠變和起動備用變引接。按有關(guān)規(guī)程規(guī)定：本工程設(shè)兩臺高壓廠用起動/備用變，作為高壓廠用電源的備用電源，1#起動/備用變作為1#、2#高廠變的備用，2#起動/備用變作為3#、4#高廠變的備用。本工程高壓廠用電原則接線考慮兩個方案:方案一：由于本工程公用負荷較多、容量較大，全廠公用負荷分別接于6kv公用段OIA、OIB段上，正常運行時兩段公用段分別接于未接電動給水泵的1#、2#機組6kv工作B段，由1#、2#機組6KV工作B段供電，1#、2#機組各帶50%的公用負荷；3#、4#機組廠用電原則接線同1#、2#機組。方案二：設(shè)6KV公用/備用段，正常運行時公用段由起動/備用變帶。方案一的優(yōu)點是可以實現(xiàn)今后廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)的需要，所以本工程推薦采用方案一。每臺機組設(shè)置兩臺1250KVA工作變壓器、兩臺1250KVA除塵變壓器、一臺315KVA照明變壓器，分別接至相應(yīng)的6KV工作段。每臺機組設(shè)置一臺1250KVA備用變壓器、一臺公用變壓器(對1#、2#機組公用變壓器容量為1000KVA；對3#、4#機組公用變壓器容量為800KVA)。兩臺共設(shè)置一臺315KVA檢修變壓器，同時作為照明變的備用變，備用變、公用變和檢修變由6KVA公用段引接。(2)380V廠用電系統(tǒng)本工程380V廠用電采用動力和照明分開的系統(tǒng)，主廠房380V廠用負荷的供電方式按發(fā)電機單元制接線的原則，即本機組380V廠用負荷由接至本機組6KV工作段的低壓廠用變壓器供給。380V廠用電接線原則如下：全廠380V公用負荷由接至6KV公用段的低壓公用變供給。全廠設(shè)置動力中心(PC)和電動機控制中心(MCC),I類電動機和75KW及以上的II、III類電動機宜由動力中心直接供電。容量為75W及以下的II、III類電動機宜由電動機控制中心直接供電。主廠房380/220V廠用電原則接線如圖所示：另外，全廠輸煤系統(tǒng)設(shè)置三臺800KVA輸煤變，對于雙煤場方案為三臺1000KVA變壓器，化水系統(tǒng)設(shè)置兩臺800KVA化水變，凈水站設(shè)置兩臺1000KVA變壓器，通信樓設(shè)置兩臺800KVA變壓器，除灰系統(tǒng)每兩臺機組為一個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)設(shè)置兩臺1000KVA除灰變壓器，在生產(chǎn)行政綜合樓設(shè)置兩臺1000KVA變壓器，灰場設(shè)置一臺315KVA變壓器，這些輔助系統(tǒng)的變壓器分別連接6KV公用段OIA、OIB段。4廠用電系統(tǒng)接地方式(1)6KV廠用電系統(tǒng)接地方式經(jīng)計算本工程高壓廠用電系統(tǒng)的接地電容電流為25A，根據(jù)廠用電規(guī)程規(guī)定，高壓廠用工作變及高壓廠用起動/備用變6KV中性點的接地方式選用經(jīng)低電阻接地方式。(2)380V廠用電系統(tǒng)接地方式全廠380V低壓廠用變采用中性點直接接地方式。主廠房380V保安電源裝置的柴油機組中性點也采用直接接地方式。(3)廠用電負荷統(tǒng)計及高壓廠用變?nèi)萘康倪x擇。(4)廠用電負荷的計算本工程6KV及380V廠用電負荷計算采用“換算系數(shù)法”。換算系數(shù)K值根據(jù)火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定中選取。高壓廠用工作變均按高壓電動機100%計算負荷與低壓廠用電計算負荷之和選擇。對于高壓廠用工作變除本機組的負荷外，還應(yīng)帶50%的公用負荷；經(jīng)計算高壓高廠變的選擇結(jié)果為：1#、2#機組的高廠變?yōu)?0000/2500025000KVA無激磁調(diào)壓雙分裂變壓器；3#、4#機組高廠變?yōu)?1500