发电站电气一次部分设计的初步研究文档格式.docx
- 文档编号:17855298
- 上传时间:2022-12-11
- 格式:DOCX
- 页数:26
- 大小:216.63KB
发电站电气一次部分设计的初步研究文档格式.docx
《发电站电气一次部分设计的初步研究文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《发电站电气一次部分设计的初步研究文档格式.docx(26页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2.发电机变压器备用保护的配置
3.母线及其他保护配置
4.电力变压器
5.高压断路器
6.避雷器
7.隔离开关和互感器
六.各种保护设计
1.发电机的保护
2.变压器的保护
3.母线保护
4.防直击雷保护
七.总结
八、参考文献
众所周知,发电厂是电力系统的重要组成部分,也直接影响整个电力系统的安全与运行。
在发电厂中,一次接线和二次接线都是其电气部分的重要组成部分。
发电厂的设计需要考虑诸多复杂的条件因素,本设计是一种简单的整体设计,严格依照设计步骤,即对原始资料分析、主接线方案的拟定与选择、短路电流计算和主要电气选择、绘制电气主接线图、编制工程预算,其中工程预算在本设计中仅作估计处理,不作严格计算,而短路电流的计算是基于变压器,发电机的选择之上且影响到后面电气设备的选择,起着承前启后的作用。
设计工作是工程建设的关键环节,是工程建设的灵魂。
做好设计工作,对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益,起着决定性的作用。
它是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各方面的综合性的应用技术科学。
设计工作的基本任务是,在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策,做出切合实际、安全适用、技术先进、综合经济效益好的设计,有效地为电力建设服务。
因此做好设计工作对工程的建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益,起着决定性的作用。
由于个人所学知识有限,故本论文仅针对发电站电气一次部分进行设计,并不涉及具体的参数计算。
论文包括了五大部分,分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择、保护装置的选择。
电力工业是国民经济的重要部门之一,是一种将煤,石油,天然气,水能,核能,风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业,作为国民经济的其他各部门的快速,稳定发展提供足够的动力,其发展水平是反映国家经济发达程度的重要标志,又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。
电力是工业的先行,电力工业的发展必须优先于其他的工业部门,整个国民经济才能不断前进。
近几年随着我国工业的高速发现,我国电力工业超常规发展,每年装机容量超过6000万千瓦,30万千瓦、60万千瓦亚临界火电机组成为我国电网的主力机组。
目前,我国30万千瓦、60万千瓦的火力发电机组,70万千瓦的水力发电机组,在国际招标中中标成功率大于90%以上。
这几年电力工业之所以能飞速发展,其重要原因是,为中国电力市场提供的火力发电设备主要立足于国内生产。
这一观点得到国内各发电公司以及电厂老总们的认同。
今天电气制造企业的国内用户率已达到75%以上。
随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长,电力工业的发展仍不能瞒足整个社会发展的需要。
另外,由于我国人口众多,因此在按人口平均用电方面,仍只处于中等水平,尚不能及全世界平均人口用电量的一半。
2008年人均用电量2596kW·
h,人均占用发电装机容量仅为0.6kW;
我国第二产业用电比重为76.49%,第三产业为9.78%,生活用电比重为11%。
由此可见,我国人均用电水平远低于发达国家,与完成其工业化进程国家的电力指标相比,我国经济发展正处于工业化进程的中后期,我国用电远低于国际水平。
本课题设计基于使电力系统安全运行以及如何排除其不正常运行故障的知识,能运用电机,发电厂、变电所电气部分,高电压技术,电力系统自动化,电力系统继电保护等专业知识解决实际问题,模拟发电站电气一次部分的设计。
电气主接线的方案:
确定主接线、主变形式、设计经济比较并确定最佳方案、合理的选择各侧的接线方式、确定所用电接线方式。
计算短路电流:
选择计算短路点、计算各点的短路电流、并列出计算结果表。
合理地选择主要的电气设备:
选择220KV、500KV电气的主接线、主变双侧的断路器和刀闸、限流电抗器、避雷针、避雷器、避雷线和各个电压等级主母线上的电压互感器。
配置主要的电气设备:
配置各级电压互感器、配置避雷器和各个支路的电流互感器和屋内屋外配电装置。
合理设计各种保护:
防直击雷保护、主变的继电保护、发电机的继电保护和发电厂出线的线路的保护。
发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠﹑经济运行的关键,是电气设备布置﹑选择﹑自动化水平和二次回路设计的原则和基础。
电气主接线的设计原则是:
应根据发电厂和变电所在电力系统的地位和作用,首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。
根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统的线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。
应满足可靠性、灵活性和经济性的要求[5]。
电气主接线的主要要求为:
(1)可靠性:
衡量可靠性的指标,一般根据主接线的型式及主要设备操作的可能方式,按一定的规律计算出“不允许”事件发生的规律,对几种主接线型式中择优。
(2)灵活性:
投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便、调度灵活。
(3)经济性:
通过优化比选,工程设计应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少。
根据对原始资料的分析,现将各电压级可能采用的较佳方案列出,进而以优化组合方式,组成最佳的方案。
(1)10KV电压级。
由于10KV出线回路多,而且发电机的单机容量为50MW,远大于有关设计规程对选用单母线分段接线不得超过24MW的规定,应确定为双母线分段接线的形式,2台50MW发电机分别接在两段母线上,剩余功率通过主变压器送往高一级电压220KV。
考虑到50MW机组为供热式机组,通常“以热定电”,机组的年负荷最大小时数较低,即10KV电压级与220KV电压级之间按弱联系考虑,只设1台主变压器;
同时,由于10KV电压最大负荷20MW,远远小于2*50MW发电机组装机容量,即使在发电机检修或升压变压器检修的情况下,也可以保证该电压等级负荷的要求。
由于2台50MW机组均接于10KV母线上,有较大的短路电流,为了选择合适的电气设备,应在分段处加装母线电抗器,同时各条电缆馈线上装设线路电抗器。
(2)220KV电压级。
出线回路数为4回,为了使其出线断路器检修时不停电,应采用单母线分段带旁路母线接线或双母线带旁路母线接线,以保证供电的可靠性和灵活性。
其进线仅从10KV送来剩余容量2*50—[(100*6%)+20]=74MW,并不能够满足220KV最大负荷250MW的要求。
为此,拟采用以1台300MW机组按照发电机——变压器单元接线形式接至220KV母线上,其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500KV接线连接,彼此之间相互交换功率。
(3)500KV电压级。
500KV负荷容量大,其主接线是本厂向系统输送功率的主要接线方式,为保证可靠性,可能有多种接线方式,经过定性分析筛选后,可以选用的方案为双母线带旁路母线接线和一台半断路器接线,通过联络变压器与220KV连接,并通过一台三绕组变压器联系220KV和10KV电压,以提高可靠性,一台300MW机组与变压器构成单元接线,直接将功率送到500KV电力系统。
根据以上分析、筛选、组合,可以保留两种可能的接线方案:
方案Ⅰ如图2.1所示:
方案Ⅱ为500KV侧采用双母线带旁路母线接线,220KV侧采用单母线分段带旁路母线接线,示意图略。
采用最小费用法,对拟订的两方案进行经济比较,上述两方案中的相同部分不参与比较计算,只是对相异部分进行计算。
计算内容包括一次投资、年运行费用。
若图2.1所示方案Ⅰ参与比较部分的设备折算到施工年限的总投资为6954.7万元,折算年的运行费用为1016.29万元,火电厂使用年限按照n=25年计算,电力行业预期投资回报率i=0.1,则方案Ⅰ的费用为:
同理,在计算出方案Ⅱ的折算年总投资和年运行费用之后,可得到方案Ⅱ的年费用低于方案I。
通常,经过经济比较计算,求得的年费用AC最小方案者,即为经济上的最优方案;
然而,住接线最终方案的确定还必须从可靠性、灵活性等多方面综合评估,包括大型电厂、变电站对主接线可靠性若干指标的计算,最后确定最终方案。
通过定性分析和可靠性及经济计算,在技术上(可靠性、灵活性)方案Ⅰ明显占优势,这主要是由于一台半断路器接线方式的高可靠性指标,但在经济上则不如方案Ⅱ。
鉴于大、中型发电厂大机组应以可靠性和灵活性为主,所以,经过综合的分析,决定选用图2.1所示的方案Ⅰ作为设计的最佳方案。
在电力系统中,出现次数比较多的严重故障就是短路。
所谓短路是指电力系统中不等电位的导体在电气上被短接。
产生短路的主要原因,是由于电气设备载流部分绝缘损坏所造成。
而绝缘损坏主要是因为绝缘老化、过电压、机械性损伤等引起。
人为误操作及鸟兽跨越裸导体等也能引起短路。
发生短路时,由于系统中总阻抗大大减少,因而短路电流可能达到很大数值(几万安至十几万安)。
这样大的电流所产生的热效应和机械效应会使电气设备受到破坏;
同时短路点的电压降到零,短路点附近的电压也相应地显著降低,使此处的电力系统受到严重影响或被迫中断;
若在发电厂附近发生短路,还可能使整个电力系统运行解列,引起严重后果。
在三相供电系统中,可能发生的主要短路类型有三相短路、二相短路、两相接地短路和单相接地短路,三相短路属对称短路,其余三种为不对称短路。
在四种短路故障中,出现单相短路故障的机率最大,三相短路故障的机率最小。
但在电力系统中,用三相短路作为最严重的故障方式,来验算电器设备的运行能力。
当突然发生短路时,系统总是由工作状态经过一个暂态过程进入短路稳定状态。
暂态过程中的短路电流比其稳态短路电流大的多,虽历时很短,但对电器设备的危害性远比稳态短路电流严重得多。
有限电源容量系统的暂态过程要比无限大电源容量系统的暂态过程复杂的多,在计算建筑配电工程三相短路电流时,都按无限大电源容量系统来考虑。
短路全电流ik由两部分组成(ik=iz+if):
一部分短路电流随时间按正弦规律变化,称为周期分量iz;
另一部分因回路中存在电感而引起的自感电流,称为非周期分量if。
短路电流的实用计算法:
1)三相短路电流周期分量的起始值
式中
——短路电流周期分量的起始有效值(KA);
——厂用电源短路电流周期分量的起始有效值(KA);
——电动机反馈电流周期分量的起始有效值(KA);
——基准电流(KA),当取基准容量
=100MVA、基准电压
=6.3KV时,
=9.16KA;
——系统电抗(标幺值);
——厂用电源引接点的短路容量(MVA);
——厂用变压器(电抗值)的电抗(标幺值);
——以厂用变压器额定容量
为基准的阻抗电压百分值;
——电抗器的百分电抗值;
——电抗器的额定电压(KV);
——电抗器的额定电流(KA);
——电动机平均的反馈电流倍数,100MW及以上机组为5,125MW及以上机组取5.5~6.0;
——计及反馈的电动机额定电流之和(A);
——计及反馈的电动机额定功率之和(KW);
——电动机的额定电压(KV);
2)短路冲击电流:
式中:
——短路冲击电流(KA)
——厂用电源的短路峰值电流(KA)
——电动机的反馈峰值电流(KA)
——厂用电源短路电流的峰值系数
——电动机反馈电流的峰值系数,100MW及以上机组为1.4~1.6,125MW及以上机组取1.7。
3)t瞬间三相短路电流:
式中:
——t瞬间短路电流的周期分量有效值(KA)
——t瞬间短路电流的非周期分量值(KA)
——t瞬间厂用电源短路电流的周期分量有效值(KA)
——t瞬间厂用电源短路电流的非周期分量值(KA)
——t瞬间电动机反馈电流的周期分量有效值(KA)
——t瞬间电动机反馈电流的非周期分量值(KA)
——电动机反馈电流的衰减系数
——厂用电源非周期分量的衰减系数
——电动机反馈电流的衰减时间常数(S),125MW及以上机组为0.062
——主保护装置动作时间(S)
——断路器固有跳闸时间
500KV三相短路电流电流计算及其正序阻抗图
如图3.1:
500KV三相短路电流电流计算及其正序阻抗图
500KV电气主接线及其设备规范
为了满足电力生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性,发电厂和变电所中安装有各种电气设备,其主要的任务是启停机组、调整负荷、切换设备和线路、监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理。
根据电气设备的作用不同,可以将电气设备分为一次设备和二次设备。
(1)一次设备
通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备,如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。
它们包括:
生产和转换电能的设备、接通或断开电路的开关电器、限制故障电流和防御过电压的保护电器、载流导体、接地装置。
(2)二次设备
对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备,成为二次设备。
使用的互感器、测量表计、继电保护及自动装置、直流电源设备、操作电器。
由于各种电气设备的具体工作条件并不完全相同,所以,它们的具体选择方法也不完全相同,但基本要求是相同的。
即,要保证电气设备可靠的工作,必须按正常工作条件选择,并按短路情况校验其热稳定和动稳定。
1.1主变压器的选择
(1)台数分析:
为了保证供电的可靠性,选两台主变压器。
(2)主变压器容量:
额定容量为360MV.A,额定电压为220
2*2.5%/20kv、500
2*2.5%/20kv,连接组别为YN,d11,
,
。
(3)绕组分析:
拟采用双绕组变压器。
1.2发电机的选择
此次设计的发电机拟采用2台上海汽轮发电机有限公司生产的型号为QFSN-300-2d的水氢式机组。
额定功率300MW,最大连续出力338MW,额定功率因数(滞后)0.85,额定电压20KV,额定电流10189A,额定转速3000r/min。
2.1断路器的选择
室内高压断路器是开关电器中结构最为复杂的一类。
在正常运行时,可用它来将用电负荷或某线路接入或退出电网,起倒换运行方式的作用;
当设备或线路上发生故障时,可通过继电保护装置联动断路器迅速切除故障用电设备或线路,保证无故障部分仍正常运行。
由此可见,高压断路器在电力系统中担负着控制和保护电气设备或线路的双重作用。
高压断路器具有分断能力强、性能稳定、工作可靠和运行维护方便的特点,其核心部件是灭弧装置和触头。
按使用不同的灭弧介质而生产了各类高压断路器,目前我国电力系统中应用的断路器有如下几种:
(1)高压空气断路器是以压缩空气为灭弧介质和弧隙绝缘介质。
并兼作操作机构的动力,操作机构与断路器合为一体。
目前我国生产的KW4、KW5系列高压空气断路器的空气压力在2×
兆帕以上,多用于是10KV及以上的电力系统中。
(2)六氟化硫(SF6)高压断路器则采用SF6气体作为灭弧介质,与其它高压元件组成全封闭式高压断路器,因此不受环境条件影响,运行安全可靠,在电力系统中,尤其是在110KV及以上电力系统中得到越来越广泛的采用。
(3)真空高压断路器是利用真空作为绝缘介质,其绝缘强度最高,而且绝缘强度恢复快。
其真空灭弧室是高强度的真空玻璃泡构成,真空度可达到
汞柱,多用10KV及以上的电力系统中。
(4)油高压断路器是利用变压器油作为灭弧和弧隙绝缘介质。
按其绝缘结构及变压器油所起的作用不同,分为多油式和少油式两种高压断路器。
多油高压断路器的变压器油除了作为灭弧介质外,还作为弧隙绝缘及带电部分与接地外壳(油箱)之间的绝缘。
少油高压断路器的变压器油只作为灭弧介质和弧隙绝缘介质,其油箱带电,油箱对地绝缘则通过瓷介质(支持瓷套)来实现。
少油高压断路器的灭弧能力较强,工作安全可靠,维护方便,而且体积小,用油量少、重量轻,价格便宜,所以在电力系统中获得最为广泛的采用。
在20KV及以下电压等级的供配电系统中广泛采用SN10系列(户内式)断路器,在20KV以上则大量使用SW4和SW6(户外式)断路器。
2.2隔离开关的选择
隔离开关是一种没有专门灭弧装置的开关设备,主要用来断开无负荷电流的电路,隔离高压电流,在分闸状态时有明显的断开点,以保证其他电气设备的安全检修。
在合闸状态时能可靠地通过正常负荷电流及短路故障电流。
因它未有专门的灭弧装置,不能切断负荷电流及短路电流。
因此,隔离开关只能在电路已被断路器断开的情况下才能进行操作,严禁带负荷操作,以免造成严重的设备和人身事故。
只有电压互感器、避雷器、励磁电流不超过2A的空载变压器及电流不超过5A的空载线路,才能用隔离开关进行直接操作。
高压隔离开关一般可分为户内式和户外式两种。
(1)户外式高压隔离开关
GW4—35G型高压隔离开关也是目前应用较广泛的设备。
它为双柱式结构,制成单极型式,借助于交叉连杆组成三极联动的隔离开关,也可作单极使用。
主要用于220KV及以下各型配电装置,系列全,可以高型布置,重量较轻,可以手动,电动操作。
GW6型高压隔离开关的特点为220~500KV,单柱、钳夹、可以分相布置,220KV为偏折,330KV为对称折,多用于硬母线布置或做为母线隔离开关。
GW7型高压隔离开关的特点为220~500KV,三柱式、中间水平转动,单相或三相操作,可以分相布置,多用于330KV及以上的屋外中型配电装置。
(2)户内式高压隔离开关
GN6、GN10的特点为三级,可以前后连接,可以立装、平装和斜装,价格比较便宜,主要用于屋外配电装置,成套的高压开关柜;
GN10的特点为单极,大电流3000~13000A,可以手动、电动操作,用于大电流和发电机回路;
GN18和GN22的特点为三级,10KV,大电流2000~3000A,机械锁紧,用于大电流回路和发电机回路[15]
2.3互感器的选择
互感器的作用主要是与测量仪表配合,对线路的电压、电流、电能进行测量;
与继电保护装置配合,对电力系统和设备进行保护;
使测量仪表、继电保护装置与线路高电压隔离,以保证运行人员和二次装置的安全;
将线路电压与电流变换成统一的标准值,以利仪表和继电保护装置的标准化。
1.电压互感器
电压互感器是一种电压的变换装置,可将高电压变换为低电压,以便用低压量值反映高压量值的变化可以直接用普通电气仪表进行测量。
由于电压互感器二次侧均为100V,使测量仪表和继电器电压线圈标准化,因此电压互感器在电力系统中得到了广泛应用。
电压互感器的形式选择如下:
(1)10KV的配电装置一般采用油浸绝缘结构;
在高压开关柜中或在布置地方比较狭窄的地方,可采用树脂浇注绝缘结构。
当需要零序电压时,一般采用三相五株式电压互感器。
(2)220KV及其以上的配电装置,当容量和准确度等级满足要求时,一般采用电容式电压互感器。
(3)接在110KV及其以上线路侧的电压互感器,当线路上装有载波通讯时,应尽量与耦合电容器结合,统一选用电容式电压互感器。
(4)兼作为泄能用的电压互感器,应选用电磁式电压互感器。
2.电流互感器
电流互感器是一种电流变换装置,可将高压电流和低压大电流变换成电压较低的小电流,供给仪表和继电器保护装置,并将仪表和保护装置与高压隔离电路隔开。
电流互感器的二次电流均为5A,使测量仪表和继电保护装置使用安全、方便。
因此,电流互感器在电力系统中得到了广泛应用。
(1)选择标准如下:
电流互感器的额定电压与电网的额定电压应相符。
电流互感器一次额定电流的选择,应使运行电流为其20%~100%;
10KV继电保护用的电流互感器一次侧电流一般应不大于设备额定电流的1.5倍。
所选用电流互感器应符合规定的准确度等级。
根据被测电流的大小选择电流互感器的变比,要使一次线圈额定电流大于被测电流。
电流互感器二次负载所消耗的功率或阻抗应不超过所选用的准确度等级相应的额定容量,以免影响准确度。
根据系统运行方式和电流互感器的接线方式来选择电流互感器的台数。
电流互感器选择之后,应根据装设地点的系统短路电流校验其动稳定和热稳定。
(2)形式选择如下:
35KV以下屋内配电装置的电流互感器,根据安装使用条件和产品的情况,采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。
一般常用的形式为:
低压配电屏和配电设备中LQ线圈式,LM母线式;
6~20KV屋内配电装置和高压开关柜中LD单匝贯穿式,LF复匝贯穿式;
发电机回路和2000A以上的回路,LMC、LMZ型,LAJ、LBJ型,LRD、LRZD型。
35KV及其以上的配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器,常常采用LC系列[16]。
2.4熔断器的选择
高压熔断器是一种保护电器,当其所在电路的电流超过规定值并经一定时间后,它的熔体熔化而分断电流、断开电路。
熔断器主要用来进行短路保护,但有的也具有过负荷保护功能。
按安装环境,高压熔断器也有户内式和户外式两大类。
我国生产的户内式熔断器有RN1、RN2、RN3、RN5和RN6等;
户外式有RW3—10(G)、RW4—10(G)、RW5—35、RW7—10、RW10—35等。
(1)户内管式熔断器:
RN1、RN2两者结构基本相同,都是充有石英砂填料的密闭管式熔断器。
RN2的尺寸较小。
RN1主要用作3~35KV电力线路和电气设备的短路保护;
RN2用作3~35KV电压互感器的短路保护。
(2)户外跌落式熔断器:
RW3—10(G)型额定电压为10KV,额定电流50~200A,断流容量50~200MVA;
RW4—1(G)型,除外形尺寸稍小于RW3—10(G)外,其它性能与RW3—10(G)相同。
它们灭弧速度不高,因而没有限流作用;
RW5—35型,额定电压为35KV,额定电流为50~200A,断流容量为200~800MVA,熔管采用钢纸管环氧玻璃布复合管制成,有较高机械强度并能保证连续三次顺利开断额定断流容量;
RW7—10型是有统一支架的跌落式熔断器,在条件变更时,只需用钩棒更换不同的熔管即可。
熔管有较高机械强度,具有多次开断能力,可免除熔断一次即更换熔管的麻烦;
RW10—35型,额定电压35KV,额定电流为0.5A者是专用于保护电压互感器的,额定电流为2~10A者用于保护线路或设备过载与短路,它具有限流作用,可代替RW2—35及其附加电阻,但安装时要注意熔体电流与被保护对象的电流一致方可投入运行;
RW11—10型是10KV防污型跌落式熔断器,适用于工业
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 发电站 电气 一次 部分 设计 初步 研究