中型發(fā)電廠電氣主接線設計

設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)總容量800/（3500+800）×100%=%，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。在對原始資料分析的基礎上，結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。在滿足技術，積極政策的前提下，力爭使其技術先進，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，主接線的設計，首先應保證其滿發(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，遠大于有關設計規(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，有較大短路電流，為選擇輕型電器，應在各條電纜饋線上裝設出線電抗器。（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）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300MW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/MW額定電壓/kV功率因數(shù)電抗（標幺值）Xd”發(fā)電機G1,G2QFQ-100-2100發(fā)電機G3，G4，QFSN-300-230020（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)型號額定容量連接組損耗空載電流阻抗電壓(%)空載短路雙繞組變壓器SFP7-360000/220360MVAYnd11180KW828KW0.7%三繞組變壓器SFP7-180000/220/110/10180MVAYnynd11178KW650KW0.7%1.4年運行費用的計算（1）雙繞組變壓器△P0=180KW△Q0=2520Kvar△PK=828KW△QK=47160KvarS=527MVASN=360MVAｔmax=4500h/aT=5000h/an=2α（kW·h）△A1=n（△P0+K△Q0）T+ｔmax/n(△PK+K△QK)(S/SN)2=10844166（kW·h）(2)三繞組變壓器△P0=178KW△Q0=1260Kvar△P1k=650KW△P2k=650KW△P3k=650KW△Q1k=27000Kvar△Q2k=-1800Kvar△Q3k=14400Kvar=5000h/a=4500h/a=5000h/aT=5000h/an=2△A2=n（△P0+K△Q0）T+1/n[(△P1k+K△Q1k)ｔ1max+(△P2k+K△Q2k)ｔ2max+(△P3k+K△Q3k)ｔ3max]=8733500（kW·h）C=α（△A1+△A2）α=萬1.5電氣主接線圖見附錄一短路電流計算2.1概述電力系統(tǒng)中，常見的短路故障有三相對稱短路、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)絡的等效變換。本次設計中，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)電氣設備電抗標幺值計算系統(tǒng)基準值100MVA，基準電壓=（1）發(fā)電機電抗標幺值的計算100MVA發(fā)電機電抗標幺值X*G1＝0.124×100×00=0.105300MVA發(fā)電機電抗標幺值X*G2＝43×100×300=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＝×100/36036(3)三繞組變壓器電抗標幺值UK1%＝1/2×[UK(1-2)%＋UK(3-1)%-UK(2-3)%]=15UK2%＝1/2×[UK(1-2)%＋UK(2-3)%-UK(3-1)%]=-UK3%＝1/2×[UK(3-1)%＋UK(2-3)%-UK(1-2)%]=X*T2.1＝×100/18083X*T2.2＝(-0.01)×100/1806X*T2.3＝×100/18044(4)系統(tǒng)歸算到220kV側的電抗標幺值：2系統(tǒng)的簡化圖2.3.2220KV母線短路等值電路圖如下：簡化后：短路電流標幺值：I*1＝4+1/0.116=短路電流：I1＝I*1×100/(√3×220)=KA短路沖擊電流：Ish1＝√2I1=KA2.3.3110KV母線短路等值電路圖如下：簡化后：短路電流標幺值：I*2＝29=3短路電流：I2＝I*2×100/(√3×110)=1KA短路沖擊電流：Ish2√2I2=KA母線短路等值電路圖如下：簡化后：短路電流標幺值：I*33+1/0.077=短路電流：I3＝I*3×100/(√3×10.5)=1KA短路沖擊電流：Ish3√2I3=KA第三章電氣設備的選擇斷路器的選擇，除滿足各項技術條件和環(huán)境條件外，還應考慮到要便于安裝調(diào)試和運行維護，并經(jīng)技術方面都比較后才能確定。根據(jù)目前我國斷路器的生產(chǎn)情況，電壓等級在10kV~220kV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條件如下：1）額定電壓校驗：2）額定電流選擇：3）開斷電流：（短路電流有效值）4）動穩(wěn)定：（短路沖擊電流）5）熱穩(wěn)定：隔離開關的選擇校驗條件與斷路器相同，并可以適當降低要求。220KV側斷路器選擇（1）雙繞組變壓器出口最大電流：I1max×360000/(√3×220)=992A(2)三繞組變壓器220KV側最大電流：I2max×180000/(√3×220)=496A母線上流過的最大電流=2I1max=1984A短路電流：＝KA短路沖擊電流：Ish1＝KA為了檢測與校驗方便，可均選擇SFM-220型號的斷路器。表3-1SFM-220型號斷路器參數(shù)表型號額定電壓額定電流額定開斷電流額定閉合電流熱穩(wěn)定電流3S合閘時間固有分閘時間SFM-220220KV2000A40kA100kA40kA0.10.253.1.2220kV斷路器校驗額定電壓：UN≥UNS=220kV額定電流：IN=2000A≥Imax=1984A額定斷開電流:INbr=40kA≥=kA額定閉合電流：INcl=100kA≥Ish1=kA動穩(wěn)定校驗：Ies=INcl=100kA≥Ish1=kA熱穩(wěn)定校驗：It2×t=4800(kA2·S)tk=tpr2+ta+tin=2.35s經(jīng)查資料得到：Itk=KA，Itk/2=kA則Qk=(2+10×Itk2+Itk/22(kA2·S)因此It2×t>Qk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。3.1.3110KV側斷路器選擇（1）母線的最大電流：Imax＝300000/(×110×√3)=1968A(2)三繞組變壓器110KV側最大電流：Imax×180000/(√3×110)=992A短路電流：I2＝11.1KA短路沖擊電流：Ish2＝29.8KA為了檢測與校驗方便，可均選擇LW6-110Ⅱ型號的斷路器。表3-2LW6-110Ⅱ型號斷路器參數(shù)表型號額定電壓額定電流額定開斷電流額定閉合電流熱穩(wěn)定電流3S合閘時間固有分閘時間LW6-110Ⅱ110KV2000A80kA110kV斷路器校驗額定電壓：UN≥UMS=110kV額定電流：IN=2000A≥Imax=1968A額定斷開電流:INbr≥I2=1kA額定閉合電流：INcl=80kA≥Ish2=kA動穩(wěn)定校驗：Ies=INcl=80kA≥Ish2=kA熱穩(wěn)定校驗：It2×t=2976.8(kA2·S)tk=tpr2+ta+tin經(jīng)查資料得到：Itk=19.28kAItk/2=kA則Qk=(kA2·S)因此，It2×t>Qk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（1）發(fā)電機出口側最大電流Imax×100000/(√3××5)=6792A（2）負載出線的最大電流：Imax＝42000/(√3××0.8)=2886A(3三繞組變壓器10.5KV側最大電流：Imax×90000/(√3×10.5)=5196A短路電流：I3＝183.6KA短路沖擊電流：Ish3＝494.1KA為了檢測與校驗方便，可均選擇SN10-10型號的斷路器。表3-3SN10-10型號斷路器參數(shù)表型號額定電壓額定電流額定開斷電流額定閉合電流熱穩(wěn)定電流4S合閘時間固有分閘時間SN10-108000A100kA230kA100kA0.15額定電壓：UN≥UNS=10.5kV額定電流：IN=8000A≥Imax=6792A額定斷開電流:INbr=100kA≤I3=1kA額定閉合電流：INcl=230kA≤Ish3=kA動穩(wěn)定校驗：Ies=INcl=230kA≤Ish3=kA熱穩(wěn)定校驗：It2×t=40000(kA2·S)tk=tpr2+ta+tin=2.25s經(jīng)查資料得到：Itk=kAItk/2=kA則Qk=69046(kA2·S)因此，It2×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，應在此處接限流電抗器來限制短路電流電抗器，線路最大工作電流值一般取發(fā)電機額定電流的5％～8％，照此標準選電抗器XKK-10-600-4型，額定電流＝600A，＝10kV，電抗百分比數(shù)＝4，基準：=100MV·A,=10.5KV,=5.5KA,由此得電抗標么值為：X*L＝×=＋=×100/(√3×10.5)=15.19KAIsh3√2電抗器校驗：短路時殘壓為△Ure%=×100%=74%﹥60%～70%額定電壓：UN≥UNS=10.5kV額定電流：IN=8000A≥Imax=6792A額定斷開電流:INbr=100kA≥I3額定閉合電流：INcl=230kA≥Ish3動穩(wěn)定校驗：Ies=INcl=230kA≥Ish3熱穩(wěn)定校驗：It2×t=40000(kA2·S)tk=tpr2+ta+tin經(jīng)查資料得到：Itk=15.19kAItk/2=15.19KA則Qk=507.6(kA2·S)因此，It2×t≥Qk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隔離開關的選擇因隔離開關一般裝在斷路器的兩側，故可根據(jù)斷路器的額定電流進選擇。因此隔離開關選擇如下表：表3-4隔離開關參數(shù)表型號額定電壓（Kv）額定電流（kA）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（kA）GW6-220220250010040（3s）GW4-110110200010446（4s）GN10-10T109000300100（5s）3.3.1220kV隔離開關的校驗額定電壓：UN≥UNS=220kV額定電流：IN=2500A≥Imax=1984A動穩(wěn)定校驗：Ies=100kA≥Ish1=kA熱穩(wěn)定校驗：It2×t=4800(kA2·S)Qk=(kA2·S)因此，It2×t>Qk所以所選隔離開關的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關滿足系統(tǒng)需求。3.3.2110kV隔離開關的校驗額定電壓：UN≥UNS=110kV額定電流：IN=2000A≥Imax=1968A動穩(wěn)定校驗：Ies=104kA≥Ish2=kA熱穩(wěn)定校驗：It2×t=8464(kA2·S)Qk=(kA2·S)因此，It2×t>Qk所以所選隔離開關的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關滿足系統(tǒng)需求。10.5kV隔離開關的校驗額定電壓：UN≥UNS=10.5kV額定電流：IN=9000A≥Imax=6792A動穩(wěn)定校驗：Ies=300kA≥Ish3=kA熱穩(wěn)定校驗：It2×t=50000(kA2·S)Qk=507.6(kA2·S)因此，It2×t>Qk所以所選隔離開關的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關滿足系統(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按下列條件：1．型式：電流互感器的型式應根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。對于6~20kV屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣結構和樹脂澆注絕緣結構的電流互感器。對于35kV及以上配電裝置，一般采用油浸式瓷箱式絕緣結構的獨立式電流互感器。有條件時，應盡量采用套管式電流互感器。2．一次回路電壓：3．一次回路電流：（一次回路最大工作電流）（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：式中，6．動穩(wěn)定：式中，是電流互感器動穩(wěn)定倍數(shù)，等于電流互感器極限值，過電流峰值與一次繞組額定電流峰值之比，即根據(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)2×1200/540KA102KALCWB6-110B2×1000/545KA115KALBJ-108000/550倍90倍3.4.1220kV電流互感器校驗一次回路電壓：UN≥UNS=220kV一次回路電流：IN=2400A≥Imax=1984A動穩(wěn)定校驗：IeS=102kA≥Ish=kA熱穩(wěn)定校驗：It2=1600≥Qk=(kA2·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。3.4.2110kV電流互感器校驗一次回路電壓：UN≥UNS=110kV一次回路電流：IN=2000A≥Imax=1968A動穩(wěn)定校驗：IeS=115kA≥Ish=kA熱穩(wěn)定校驗：It2=2025≥Qk=(kA2·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。3.4一次回路電壓：UN≥UNS=10.5kV一次回路電流：IN=8000A≥Imax=6972A動穩(wěn)定校驗：√2INKES=kA≥Ish=kA熱穩(wěn)定校驗：（INKES）2=160000≥Qk=(kA2·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，裝有一臺單相電壓互感器（3）發(fā)電機一般裝2～3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·A）最大容量（V·A）一次二次三次13JDZJ1-1010/√3√3√35080200300JCC2-110110/√3√350010002000JCC2-220220/√3√3500100020003.6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，以減小集膚效應，使用于大電流時，可將2~4條矩形導體并列使用，矩形導體一般只用于35kV4000A及以下的配電裝置中；槽形導體機械強度好，載流量大，集膚效應系數(shù)較小，一般用于4000~8000Ａ的配電裝置中；管形導體集膚效應系數(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)表分類導體截面導體尺寸（mm）集膚效應系數(shù)Kf導體載流量（A）導體截面（mm2）hb220KV雙槽形753522801040110KV雙槽形753522801040管型(D)350(d)33014150102003.6.1220kV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，δph=70000000Paβ=1，L1=1，W=bh2/6。熱穩(wěn)定校驗：Smin=1/C√(QKKf)=3mm2<1040m