中型發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計

1、。電氣主接線設(shè)計1.1 對原始資料的分析設(shè)計電廠為中型凝汽式電廠， 其容量為 2×100+2×300=800MW, 占電力系統(tǒng)總?cè)萘?800/ （3500+800）× 100%=18.6%，超過了電力系統(tǒng)的檢修備用 8%15%和事故備用容量 10%的限額，說明該廠在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位至關(guān)重要， 但是其年利用小時數(shù)為 5000h，小于電力系統(tǒng)電機組的平均最大負荷利用小時數(shù)（ 2006 年我國電力系統(tǒng)發(fā)電機組年最大負荷利用小時數(shù)為5221h）。該廠為凝汽式電廠，在電力系統(tǒng)中將主要承擔腰荷，從而不必著重考慮其可靠性。從負荷特點及電壓等級可知， 10.5kV 電壓

2、上的地方負荷容量不大，共有 6 回電纜饋線，與 100MW發(fā)電機的機端電壓相等，采用直饋線為宜。 300MW發(fā)電機的機端電壓為 20kV，擬采用單元接線形式，不設(shè)發(fā)電機出口斷路器， 有利于節(jié)省投資及簡化配電裝置布置； 110kV 電壓級出線回路數(shù)為 5 回，為保證檢修出線斷路器不致對該回路停電，擬采取雙母線帶旁路母線接線形式為宜； 220kV 與系 統(tǒng)有 4 回路線 ，送出本 廠最大可能 的電力為800-200-25-800 ×8%=511MW，擬采用雙母線分段接線形式。1.2 主接線方案的擬定在對原始資料分析的基礎(chǔ)上， 結(jié)合對電氣接線的可靠性、 靈活性及經(jīng)濟性等基本要求，綜合考慮。

3、在滿足技術(shù)，積極政策的前提下，力爭使其技術(shù)先進，供電安全可靠、經(jīng)濟合理的主接線方案。發(fā)電、供電可靠性是發(fā)電廠生產(chǎn)的首要問題，主接線的設(shè)計，首先應(yīng)保證其滿發(fā)，滿供，不積壓發(fā)電能力。同時盡可能減少傳輸能量過程中的損失， 以保證供電的連續(xù)性， 因而根據(jù)對原始資料的分析，現(xiàn)將主接線方案擬訂如下：（ 1）10.5kV 電壓級：鑒于出線回路多，且發(fā)電機單機容量為100MW，遠大于有關(guān)設(shè)計規(guī)程對選用單母線分段接線每段上不宜超過 12MW的規(guī)定，應(yīng)確定為雙母線接線形式， 2 臺 100MW機組分別接在母線上，剩余功率通過主變壓器送往高一級電壓 110kV。由于兩臺 100MW機組均接于 10.5kV 母線上，

4、有較大短路電流，。2。為選擇輕型電器，應(yīng)在各條電纜饋線上裝設(shè)出線電抗器。（ 2）110kV 電壓級：出線回數(shù)大于 4 回，為保證檢修出線斷路器不致對該回路停電， 采取雙母線帶旁路母線接線形式， 以保證其供電的可靠性和靈活性。（ 3）220kV 電壓級：出線 4 回，考慮現(xiàn)在斷路器免維護減小投資，采用雙母線分段接線。通過兩臺三繞組變壓器聯(lián)系 10.5kV 及 110kV 電壓，以提高可靠性。 2 臺 300MW機組與變壓器組成單元接線，直接將功率送往 220kV 電力系統(tǒng)。1.3 發(fā)電機及變壓器選擇（ 1）發(fā)電機的選擇：通過查著資料，兩臺100MW發(fā)電機選用QFQ-100-2 型，兩臺 300M

5、W發(fā)電機選用 QFSN-300-2型。具體參數(shù)如下表：表 1-1 發(fā)電機參數(shù)型號額定功率額定電壓功率因數(shù)電抗（標/MW/kV幺值） Xd”發(fā)電機QFQ-100-210010.50.850.124G1,G2發(fā)電機QFSN-300-2300200.850.143G3， G4，（ 2）變壓器選擇： 220kV雙繞組變壓器選擇 SFP7-360000/220，三繞組變壓器選擇 SFPS7-180000/220/110/10 。具體參數(shù)如下表：表 1-2 變壓器參數(shù)型號額 定 容連接組損耗空 載阻 抗量空載短路電流電 壓(%)雙 繞 組SFP7-360000/220360MVAYnd11180KW828

6、KW0.7%13.1變壓器三 繞 組SFP7-180000/220/110/10180MVAYnynd11178KW650KW0.7%14.0變壓器23.07.01.4 年運行費用的計算（1）雙繞組變壓器P0=180KWQ0=2520KvarPK=828KW QK=47160Kvar S=527MVA S N=360MVA。3。 max=4500h/aT=5000h/aK=0.02n=2 =0.32 元 / （kW·h）A1=n（ P0+KQ0） T+ max/n( PK+KQK)(S/ SN) 2= 10844166（kW·h）(2) 三繞組變壓器P0=178KW Q0=

7、1260KvarP1k =650KWP2k=650KWP3k=650KW Q1k=27000Kvar Q2k=-1800Kvar Q3k=14400Kvart1 m ax =5000h/at2 max =4500h/atT=5000h/an=2K=0.02 A2=n（ P0+KQ0 ） T+1/n( P1k+KQ1k) Q2k) 2max+( P3k+KQ3k) 3max=8733500（kW·h）C= （ A1+A2） =626.5 萬1.5 電氣主接線圖見附錄一短路電流計算2.1 概述3 max =5000h/a 1max+( P2k+K電力系統(tǒng)中， 常見的短路故障有三相對稱短路

8、、 兩相短路和單相接地短路。其中三相短路電流的計算是為了選擇和校驗 QF、QS、母線等電氣設(shè)備，兩相短路電流用于整定繼電保護裝置。短路發(fā)生后， 短路電流的值是變化的， 變化的情況決定于系統(tǒng)電源容量的大小、 短路點離電源的遠近以及系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機是否帶有電壓自動調(diào)整裝置等因素。 按短路電流的變化情況， 通常把電力系統(tǒng)分為無限容量系統(tǒng)和有限容量系統(tǒng)。無限容量系統(tǒng)短路電流的計算，采用短路回路總阻抗法計算；有限容量系統(tǒng)短路電流的計算采用運算曲線法， 這中間要用到網(wǎng)絡(luò)的等效變換。本次設(shè)計中，短路電流的計算就涉及到這兩個方面的內(nèi)容。2.2 系統(tǒng)電氣設(shè)備電抗標幺值計算。4。系統(tǒng)基準值 SB 100MVA，基準電

9、壓 U B = U av.n （1）發(fā)電機電抗標幺值的計算100MVA發(fā)電機電抗標幺值X*G10.124 ×100×0.85/100=0.105300MVA發(fā)電機電抗標幺值X*G20.143 ×100×0.85/300=0.422（ 2）變壓器電抗標幺值的計算雙繞組變壓器電抗標幺值X*T1 0.131 ×100/360 0.036(3) 三繞組變壓器電抗標幺值UK1%1/2 ×UK(1-2) %UK(3-1) %-UK(2-3) %=15 UK2%1/2 ×UK(1-2) % UK(2-3) %-UK(3-1) %=-1.0

10、 UK3%1/2 ×UK(3-1) %UK(2-3) %-UK(1-2) %=8.0 X*T2.1 0.15 ×100/180 0.083X*T2.2 (-0.01)×100/180-0.006X*T2.3 0.08 ×100/180 0.044(4) 系統(tǒng)歸算到 220kV側(cè)的電抗標幺值： X s 0.0212.3 短路電流計算2.3.1 系統(tǒng)的簡化圖MMMM2.3.2 220KV 母線短路。5。等值電路圖如下：220kv0.036/20.041/20.083/20.044/20.105/2ACAC0.021AC簡化后：AC0.014220kv0.11

11、6AC短路電流標幺值： I *1 1/O.014+1/0.116=80.48短路電流： I 1 I *1 ×100/( 3× 220)=21.1KA短路沖擊電流： I sh1 1.9 2I 1=56.7KA2.3.3 110KV 母線短路等值電路圖如下：0.044/20.036/20.041/20.083/20.105/2ACAC0.021AC-0.006/2110kv簡化后：110kv0.029AC短路電流標幺值： I *2 1/0.029=36.2。6。短路電流： I 2I *2 ×100/( 3×110)=11.1KA短路沖擊電流： I sh21.

12、9 2I 2=29.8KA2.3.4 10.5KV 母線短路等值電路圖如下：10.5kv0.036/20.041/20.083/20.044/20.105/2ACAC0.021AC簡化后：AC0.07710.5kv0.053AC短路電流標幺值： I *3 1/0.053+1/0.077=33.4短路電流： I 3I *3 ×100/( 3×10.5)=183.6KA短路沖擊電流： I sh31.9 2I 3=494.1KA第三章電氣設(shè)備的選擇3.1 斷路器的選擇斷路器的選擇， 除滿足各項技術(shù)條件和環(huán)境條件外， 還應(yīng)考慮到要便于安裝調(diào)試和運行維護，并經(jīng)技術(shù)方面都比較后才能確定

13、。根據(jù)目前我國斷路器的生產(chǎn)情況，電壓等級在 10kV220kV 的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，而當少油斷路器不能滿足要求時，可以選用 SF6 斷路器。斷路器選擇的具體技術(shù)條件如下：1）額定電壓校驗：U NU max。7。2）額定電流選擇：I NI max3）開斷電流：I NbrI w （短路電流有效值）4）動穩(wěn)定：iesish （短路沖擊電流）5）熱穩(wěn)定：QrQ k隔離開關(guān)的選擇校驗條件與斷路器相同，并可以適當降低要求。3.1.1 220KV 側(cè)斷路器選擇（1）雙繞組變壓器出口最大電流：I 1max1.05 ×360000/( 3×220)=992A(2) 三繞組變壓器 220

14、KV側(cè)最大電流：I 2max1.05 ×180000/( 3×220)=496A母線上流過的最大電流Im ax =2I = 1984A1max短路電流： I '' 21.1KA短路沖擊電流： I sh156.7KA為了檢測與校驗方便，可均選擇SFM-220型號的斷路器。表 3-1 SFM-220 型號斷路器參數(shù)表型號額定 電額定 電額定開額 定閉熱穩(wěn)定合閘時固有分壓流斷電流合電流電流 3S間閘時間SFM-220 220KV2000A40kA100kA40kA0.10.253.1.2 220kV斷路器校驗額定電壓： UNUNS=220kV 額定電流： I N=

15、2000AI max=1984A 額定斷開電流 : I Nbr=40kA I ' ' =21.1kA額定閉合電流： I Ncl =100kAI sh1=56.7kA動穩(wěn)定校驗： I es=I Ncl =100kAI sh1 =56.7kA熱穩(wěn)定校驗： I t 2×t=4800(kA 2·S)t k= t pr2 +t a+t in =2.35s經(jīng)查資料得到： I tk =18.4KA， Itk/2 =17.45kA。8。則 Qk= t k ( I '' 2+10×I tk 2+I tk/2 2) =749.8(kA 2·S

16、)因此 I t 2× t> Qk12所以所選斷路器的熱穩(wěn)定滿足需求。此斷路器滿足系統(tǒng)需求。3.1.3 110KV 側(cè)斷路器選擇（1）母線的最大電流：I max300000/(0.8 ×110× 3)= 1968 A(2) 三繞組變壓器 110KV側(cè)最大電流：I max1.05 ×180000/( 3×110)=992A短路電流： I 211.1 KA短路沖擊電流： I sh229.8 KA為了檢測與校驗方便，可均選擇LW6-110型號的斷路器。表 3-2 LW6-110 型號斷路器參數(shù)表型號額定電額定電額定開額定閉熱穩(wěn)定合閘時固有分壓流斷

17、電流合電流電流 3S間閘時間LW6-110110KV2000A31.5kA80kA31.5kA0.040.0253.1.4 110kV斷路器校驗額定電壓：UN UMS=110kV 額定電流：I N=2000A I max=1968A 額定斷開電流 : I Nbr=31.5kAI 2 =11.1kA額定閉合電流： I Ncl =80kAI sh2=29.8kA動穩(wěn)定校驗： I es=I Ncl =80kAI sh2=29.8kA熱穩(wěn)定校驗： I t 2× t=2976.8(kA 2·S)t k= t pr2 +t a+t in =2.065s經(jīng)查資料得到： I tk =19.

18、28 kA I tk/2 =18.0kA 則 Qk=630.3(kA 2·S) 因此， I t 2×t> Q k 所以所選斷路器的熱穩(wěn)定滿足需求。此斷路器滿足系統(tǒng)需求。3.1.5 10.5KV側(cè)斷路器選擇（1）發(fā)電機出口側(cè)最大電流。9。I max1.05 ×100000/( 3×10.5 ×0.85)=6792A（2）負載出線的最大電流：I max42000/( 3×10.5 ×0.8)=2886A(3 三繞組變壓器10.5KV 側(cè)最大電流：I max1.05 ×90000/( 3×10.5)=51

19、96A 短路電流： I 3183.6 KA短路沖擊電流： I sh3494.1 KA為了檢測與校驗方便，可均選擇SN10-10 型號的斷路器。表 3-3 SN10-10 型號斷路器參數(shù)表型號額定電額定電額定開額定閉熱穩(wěn)定合閘固有分壓流斷電流合電流電流時間閘時間4SSN10-1010.5KV8000A100kA230kA100kA0.10.153.1.6 10.5kV斷路器校驗額定電壓： UNUNS=10.5kV 額定電流： I N=8000AI max=6792A 額定斷開電流 : I Nbr=100kAI 3=183.6kA額定閉合電流： I Ncl =230kAI sh3=494.1kA動

20、穩(wěn)定校驗： I es=I Ncl =230kAI sh3 =494.1kA熱穩(wěn)定校驗： I t 2× t=40000(kA 2·S)t k= t pr2 +t a+t in =2.25s經(jīng)查資料得到： I tk =192.45 kA I tk/2 =182.8kA 則 Qk=69046(kA2·S) 因此， I t 2×t Qk所以所選斷路器不滿足需此斷路器滿足系統(tǒng)需求。因此，應(yīng)在此處接限流電抗器來限制短路電流 3.2 電抗器選擇發(fā)電機 QFQ-100-2的額定電流為 6470A，10.5KV出線采取出線電抗器，線路最大工作電流值 I max 一般取發(fā)電

21、機額定電流的5 8，照此標準選電抗器XKK-10-600-4型，額定電流I N 600A，U N 10kV，電抗百分比數(shù) X L (%) 4，基準：Sd =100MV·A ,。10。U d =10.5KV ,I d =5.5KA, 由此得電抗標么值為：xL % I dU N550010000X*L =0.04 ×600=0.349100I NU d10500X * L = X * L X *' L =0.349 0.031=0.380 I * 3 =1.05/0.380=2.76I 3''= I * 3 ×100/( 3×10.5

22、)=15.19 KAI sh3=1.9 2I 3'' =40.9KA電抗器校驗：xL % I×100%=74% 60%70%短路時殘壓為 U %=100 INre額定電壓： UNUNS=10.5kV額定電流： I N=8000AI max=6792A額定斷開電流 : INbr=100kAI 3=15.19kA額定閉合電流： I Ncl =230kAI sh3=40.9kA動穩(wěn)定校驗： I es=I Ncl =230kAI sh3 =40.9kA熱穩(wěn)定校驗： I t 2× t=40000(kA 2·S)t k= t pr2 +t a+t in =2.

23、25s經(jīng)查資料得到： I tk = 15.19kA Itk/2=15.19 KA則 Q=507.6(kA 2·S)因此， It2×t Qkk所以 , 接上限流電抗器后，所選斷路器滿足需此斷路器滿足系統(tǒng)需求3.3 隔離開關(guān)的選擇因隔離開關(guān)一般裝在斷路器的兩側(cè)， 故可根據(jù)斷路器的額定電流進選擇。因此隔離開關(guān)選擇如下表：表 3-4隔離開關(guān)參數(shù)表型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流。11。（Kv）（kA）（ KA）（kA）GW6-220220250010040（3s）GW4-110110200010446（4s）GN10-10T109000300100（5s）3.3.1 220

24、kV隔離開關(guān)的校驗額定電壓： UNUNS=220kV額定電流： I N=2500AI max=1984A動穩(wěn)定校驗： I es =100kA I sh1=56.7kA熱穩(wěn)定校驗： I t 2× t=4800(kA 2· S)Q=749.8(kA 2· S)因此， It2×t> Qkk所以所選隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關(guān)滿足系統(tǒng)需求。3.3.2 110kV隔離開關(guān)的校驗額定電壓： UNUNS=110kV額定電流： I N=2000AI max=1968A動穩(wěn)定校驗： I es =104kA I sh2=29.8kA 熱穩(wěn)定校驗： I t 2&

25、#215; t=8464(kA 2· S) Qk=630.3(kA 2· S) 因此， I t 2×t> Q k所以所選隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關(guān)滿足系統(tǒng)需求。3.3.3 10.5kV 隔離開關(guān)的校驗=6792A額定電壓： UU =10.5kV 額定電流： I =9000AINNSNmax動穩(wěn)定校驗： I es =300kA I sh3=40.9kA熱穩(wěn)定校驗： I t 2× t=50000(kA 2·S)Q=507.6 (kA 2·S)因此， It2×t> Qkk所以所選隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔

26、離開關(guān)滿足系統(tǒng)需求。3.4 電流互感器的選擇電流互感器的選擇和配置應(yīng)按下列條件：1型式：電流互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。對于 620kV 屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)和樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器。對于 35kV 及以上配電裝置，一般采用油浸式瓷箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨立式電流互感器。 有條件時，應(yīng)盡量采用套管式電流互感器。12。2一次回路電壓：UNS UN3一次回路電流：I max （一次回路最大工作電流）I 1N （原邊額定電流）4準確等級：要先知道電流互感器二次回路所接測量儀表的類型及對準確等級的要求，并按準確等級要求高的表計來選擇。5二次負荷：S2Sn2S22式中， S2N

27、 I 2 NZ2 N (VA)I 2n Z 26動穩(wěn)定：i Sh2 I 1N K es式中， K es 是電流互感器動穩(wěn)定倍數(shù)，等于電流互感器極限值，過 電 流 峰 值 i es與 一 次 繞 組額 定 電 流 I m峰值之比，即K es i es2I1N根據(jù)以上規(guī)則選擇的電流互感器如下：表 3-5 電流互感器參數(shù)表型號額定電流（ A）1s 熱穩(wěn)定電流動穩(wěn)定電流LCWB-220(W)2×1200/540 KA102 KALCWB6-110B2×1000/545 KA115 KALBJ-108000/550 倍90 倍3.4.1 220kV 電流互感器校驗一次回路電壓： UN

28、UNS=220kV一次回路電流： I N=2400AI max=1984A動穩(wěn)定校驗： I eS=102kA I sh=56.7kA熱穩(wěn)定校驗： I2=1600Q=749.8(kA 2·S)tk所以所選電流互感器的熱穩(wěn)定滿足需求。此電力互感器滿足系統(tǒng)需求。3.4.2 110kV 電流互感器校驗一次回路電壓： UU =110kVNNS=1968A一次回路電流： I =2000AINmax動穩(wěn)定校驗： I eS =115kAI sh=29.8kA熱穩(wěn)定校驗： I t 2=2025Qk=630.3(kA 2·S)所以所選電流互感器的熱穩(wěn)定滿足需求。13。此電力互感器滿足系統(tǒng)需求。

29、3.4.3 10.5kV電流互感器校驗一次回路電壓： UNUNS=10.5kV一次回路電流： I N=8000AI max=6972A動穩(wěn)定校驗： 2I NKES=1018.2kAI sh=40.9kA熱穩(wěn)定校驗：（I NKES）2=160000Qk=507.6(kA 2·S)所以所選電流互感器的熱穩(wěn)定滿足需求。此電力互感器滿足系統(tǒng)需求。3.5 電壓互感器選擇電壓互感器配置（ 1）母線 除旁路母線外，一般工作及備用母線都裝有一組電壓互感器，用于同步、測量儀表和保護裝置。（ 2）線路 35KV 及以上輸電線路，當對端有電源時，為了監(jiān)視線路有無電壓進行同步和裝置重合閘， 裝有一臺單相電壓

30、互感器（ 3）發(fā)電機 一般裝 23 組電壓互感器。 一組供自動調(diào)節(jié)勵磁裝置。另一組供測量儀表，同步和保護裝置用，該互感器采用三相五柱式或三只單相專用互感器， 其開口三角形供發(fā)電機在未并列之前檢查是否接地之用。 當互感器負荷太大時， 可增設(shè)一組不完全星形連接的互感器，專供測量儀表使用。 50000KW及以上發(fā)電機中性點常接有單相電壓互感器，用于 100%定子接地保護。（ 4）變壓器 變壓器低壓側(cè)有時為了滿足同步或繼電保護的要求，沒有一組電壓互感器。（ 5）容量和準確級的選擇根據(jù)以上方法和設(shè)計的實際情況選擇的電壓互感器如下表表 3-6電壓互感器參數(shù)表型號額定電壓（ kV）二次繞組額定容量（ V&#

31、183;A） 最大容量一次二次三次0.513（V·A）JDZJ1-1010/ 0.1/ 30.1 350802003003JCC2-110110/0.1/ 30.150010002000 3JCC2-220220/0.1/ 30.150010002000 3。14。3.6 導體的選擇導體截面可以按長期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟密度選擇，除配電裝置的匯流母線外，對于年負荷利用小時數(shù)大，傳輸容量大，長度在 20m以上的導體，其截面一般按經(jīng)濟電流密度選擇。一般來說，母線系統(tǒng)包括截面導體和支撐絕緣兩部分，載流導體構(gòu)成硬母線和軟母線，軟母線是鋼芯鋁絞線，有單根，雙分和組合導體等形式， 因其機械強度決定

32、支撐懸掛的絕緣子，所以不必校驗其機械強度。110kV 及以上高壓配電裝置一般采用軟導線。硬導體截面常用的有矩形 . 槽形和管形。單條矩形導體截面最大不超過 1250 mm2 ，以減小集膚效應(yīng)， 使用于大電流時， 可將 24 條矩形導體并列使用，矩形導體一般只用于 35kV 及以下 . 電流在 4000A及以下的配電裝置中； 槽形導體機械強度好， 載流量大，集膚效應(yīng)系數(shù)較小，一般用于 40008000的配電裝置中；管形導體集膚效應(yīng)系數(shù)小 . 機械強度高，用于 8000A 以上的大電流母線或要求電暈電壓高的 110kV 及以上的配電裝置中。 軟導體常用的有鋼芯鋁絞線 . 組合導線 . 分裂導線和擴

33、徑導線， 后者多用于 330kV 及以上配電裝置。根據(jù)以上規(guī)則選出導線如下表：表 3-7 導體參數(shù)表分類導 體 截導體尺寸（ mm）集膚效應(yīng)導體載流導體截面面hb系數(shù) K f量（ A）（mm2）220KV雙槽形75351.01222801040110KV雙槽形75351.0122280104010.5KV管型(D)350(d)3301.0214150102003.6.1 220kV導體的校驗環(huán)境因素：海拔小于 1000 米，環(huán)境溫度 25，母線運行溫度 80，經(jīng)查表得出 C=83 ，ph=70000000Pa=1 ，L 1=1 ，W=bh2/6 。熱穩(wěn)定校驗：Smin=1/C(QKKf )=331.9 mm2<1040 mm2符合要求。動穩(wěn)定校驗：。15。f =1.73 ×L2× 107=1.73× 0.5× 29.8 2 × 1.35 ×i shbmaxa110=103.7 (N/m)Lmax= 10 alW =12.65mf ph所以，當絕緣子之間的跨距 L 取值小于 Lmax ， 取 8m時，動穩(wěn)定符合要求。3.6.2 110kV導體的校驗熱穩(wěn)定校驗：Smin=1/C(Q