MW发电厂电气部分初步设计励磁系统Word文件下载.docx

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--断路器的额定开断路器（KA）--断路器极限通过电流峰值（KA）

--断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量（KA）

--断路器t秒热稳定电流--短路容量（MVA）

--支路计算电抗（标幺值）--支路转移电抗（标幺值）

--短路电流发热等值时间（又称假象时间）（S）

--固有分闸时间（S）--热稳定系数

--母线截面系数--经济电流密度

引言

电力自从应用于生产以来，已成为现代化生产、生活的主要能源，在工农业、交通运输业、国防、科学技术和人民生活等方面都得到了广泛的应用。

电力工业发展水平和电气化程度已经成为衡量一个国家国民经济发展水平的重要标志。

至2001年，我国已投产和正在建设的100万kW及以上的电厂达113座，其中火电厂为85座。

随着经济的不断发展，我国的电力工业已经进入了大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化、信息化发展的新时期。

电力工业的迅速发展，对发电厂的设计提出了更高的要求。

随着一次能源的不断减少，对能源的利用率要求也越来越高；

而大机组的能源利用率高、在环境污染方面较小机组要小；

因此，在火电厂的设计中，大机组的设计已经成为现在设计的主流。

这就引出了本次设计的主要内容，某地区2*100MW+4*300MW火力发电厂的电气部分进行初步设计。

第一章电气主接线设计

1.1主接线的设计原则和要求

发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。

它表明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。

它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。

因此，主接线的设计是一个综合性的问题。

必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。

设计主接线的基本要求是：

（1）可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。

衡量主接线运行可靠性的标志是：

①断路器检修时，能否不影响供电。

②线路、断路器或母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

③发电厂全部停运的可能性。

④对大机组超高压情况下的电气主接线，应满足可靠性准则的要求。

（2）灵活性

①调度灵活，操作简便：

应能灵活地投入某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

②检修安全：

应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。

（3）经济性

①投资省：

主接线应简单清晰，控制保护方式不过复杂，适当限制断路器电流。

②占地面积小：

电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件。

③电能损耗少：

经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。

1.2电气主接线的设计步骤

电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。

在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。

具体步骤如下：

（1）本工程情况

发电厂类型：

区域性凝气式火电厂，设计规划容量1⨯125+3⨯300。

远离负荷中心。

（2）电力系统情况

系统的电压等级：

电厂联入系统的电压等级为330KV，

330KV架空线4回,负荷为466～640MW，为I、II级负荷，cosφ=0.85.Tmax=6500h；

110KV架空线6回,负荷为80～120MW，为I、II级负荷，cosφ=0.85.Tmax=6000h,其余送220KV系统。

厂用电率8%。

（3）环境条件

当地年最高温度36℃,年最低温度－29℃,最热月平均最高温度29℃,最热月平均地下温度15℃,当地海拔高度1000M,当地雷暴日14日／年1.2.1大、中型发电厂及配电装置的接线要求

4．技术要求:

（1）电气主接线设计、厂用电设计，要满足可靠性、灵活性、方便性、经济性等要求。

（2）主变和厂用变型号容量选择要按照新型设备选择，主要电气设备尽量选新型设备并要求校验，要求绘制电气设备选择结果总表。

（3）短路电流计算要准确无误，并要求绘制短路计算结果表。

5．220KV主保护动作时间为0.02s,后备保护动作时间为1s,110KV主保护动作时间为0.03s,后备保护动作时间为2s,

大型发电厂（总容量1000MW及以上，单机容量200MW以上），一般距负荷中心较远，电能须用较高电压输送，故宜采用简单可靠的单元接线方式，直接接入高压或超高压系统。

其主接线的特点是：

（1）在系统中的地位重要、主要承担基本负荷、负荷曲线平稳、设备利用小时数高、发展可能性大，因此，其主接线要求较高。

（2）不设发电机电压母线，发电机与主变压器采用简单可靠的单元接线，发电机出口至主变压器低压侧之间采用封闭母线。

除厂用电外，绝大部分电能直接用220KV及以上的1～2种升高电压送入系统。

附近用户则由地区系统供电。

（3）升高电压部分为220KV及以上。

220KV配电装置，一般采用双母线带旁路母线、双母线分段带旁路母线，接入220KV配电装置的单机容量一般不超过300MW；

中型发电厂（总容量200～1000MW、单机容量50～200MW）和小型发电厂（总容量200MW以下、单机50MW以下），一般靠近负荷中心，常带有6～10KV电压级的近区负荷，同时升压送往较远用户或与系统连接。

发电机电压超过10KV时，一般不设机压母线而以升高电压直接供电。

对于6～220KV电压配电装置的接线，一般分为两大类：

其一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；

其二为无母线类，包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。

1.2.2主接线的类型与使用范围

1.不分段的单母线：

（1）6～10KV配电装置，出线回路数不超过5回。

（2）35～63KV配电装置，出线回路数不超过3回。

（3）110～220KV配电装置，出线回路数不超过2回。

2.分段的单母线：

（1）6～10KV配电装置，出线回路数为6回及以上。

（2）35～63KV配电装置，出线回路数为4～8回时。

（3）110～220KV配电装置，出线回路数为3～4回时。

3.单母线带旁路母线接线：

（1）6～10KV配电装置，和35～63KV配电装置，一般不设旁路母线。

（2）110～220KV配电装置，当110KV出线为7回及以上

220KV出线为5回及以上时或对在系统中居重要位置的配电装置，110KV出线为6回及上，220KV出线为4回及以上时。

4.一般双母线：

（1）6～10KV配电装置，当短路电流较大，出线需带电抗器时。

（2）35～63KV配电装置，出线回路数超过8回或连接的电源较多、负荷较大时。

（3）110～220KV配电装置，出线回路数为5回及以上或该配电装置在系统中居重要地位、出线回路数为4回及以上时。

5.一般双母线带旁路接线：

（1）6～63KV配电装置，一般不设旁路母线。

6.分段的双母线接线：

（1）发电机电压配电装置，每段母线上的发电机容量或负荷为25MW及以上时。

（2）220KV配电装置，当进出线回路数为10～14时，采用双母三分段带旁路；

当进出线回路数为15回及以上时，采用双母四分段带旁路接线。

7.一台半断路器接线：

用于大型电厂和变电所220KV及以上、进出线回路数4回及以上的高压、超高压配电装置中。

对于220KV系统，DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》中有如下规定：

若采用双母分段接线不能满足电力系统稳定和地区供电可靠性要求，且技术经济合理时，容量为300MW及以上机组发电厂的220KV配电装置也可用一台半断路器接线方式。

a

8.4／3台断路器接线：

可靠性降低，布置比较复杂，很少采用。

1.2.3设计方案的介绍

本厂为110KV和220KV电压等级，单机容量为100和300MW，故宜采用可靠的单元接线，直接接入系统。

对于220KV配电装置的接线，我们选择了双母线分段、双母带旁路分段接线两种方案。

图1-1方案一

图1-2方案二

我们初步拟定了两种方案，下面对其进行比较：

表1-1方案比较

方案

工程

方案一：

双母线分段

方案二：

双母分段带旁路

可靠性

1.任何断路器检修，影响用户的供电。

2．有四回出线，任一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动相重合时，切除两回以上线路。

3.母线检修将导致一半容量停运。

1.220KV任一段母线故障时，只有的电源和负荷停电。

2.220KV任一分段断路器故障时，只有左右的电源和负荷停电。

3.220KV母线，故障范围小，避免全场停电的可能。

1.2.3主接线方案的评定

由原始资料可知,设计为大型火电厂,其机组容量为2×

100MW+4×

300MW,最大单机容量300MW,年利用小时数为6000h,在电力系统中承担主要负荷,从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性.发电机出口电压为20KV,采用单元接线。

110KV电压端，为使其出线断路器检修时不停电,应采用双母线接线,以保证其供电的可靠性和灵活性.220KV电压等级,由于负荷容量大,电压高,输电距离远,为保证其可靠性,应选可靠性较高的双母分段带旁路接线,结论：

两个方案的可靠性、灵活性均满足设计的要求，从经济上比较方案二明显比方案一可靠性高，所以选择方案二。

所以本厂为110KV与220KV两个电压等级，单机容量为100MW、300MW，故宜采用可靠的单元接线，直接接入系统。

对于220KV配电装置的接线我们选择双母带旁接线方法；

110KV系统采用双母带旁接线。

设计方案接线如图所示：

图1-1发电厂电气主接线接线方案

1.3发电机和主变压器的选择

1.3.1发电机的选择

由于本次设计的发电厂为，查《电气工程专业毕业设计指南——电力系统分册》，选发电机参数如下表。

表1-1发电机参数

型号

额定容量（MW）

功率因数

CosΦ

同步电抗

次暂态电抗

暂态电抗

额定电压（kv）

QFN-100-2

100

0.85

1.806

0.183

0.286

10.5

QFS-300-2

300

2.264

0.167

0.269

18

1.3.2主变压器和联络变压器的选择

（1）变压器原、副边额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应。

（2）联结组别的选择，宜使同一电压等级（高压或低压）的厂用工作、备用变压器输出的相位一致。

（3）阻抗电压及调压形式的选择，宜使在引接点电压及厂用电负荷正常波动范围内，厂用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的。

（4）变压器的容量必须保证厂用机械及设备能从电源获得足够的功率。

根据以上原则选择变压器如下：

（1）主变压器的选择

单元接线中的主变压器容量应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度选择。

（1-1）

式中：

-发电机容量

-发电机额定功率因数

-厂用电率

①与100MW发电机相连的主变压器

查《电气工程专业毕业设计指南——电力系统分册》，选用SFP7-120000/110型变压器。

②与300MW发电机相连的主变压器

查《电力系统电气设备选择与实用计算》，选用SFP7-360000/220

表1-2主变压器参数

100MW机组

300MW机组

型号

SFP7-120MVA/110KV

SFP7-360MVA/220KV

相数

3

频率（Hz）

50

额定容量（KVA）

120000

360000

额定电压（KV）

121±

2×

2.5%/10.5

242±

2.5%/18

联结组编号

Ynd11

阻抗电压（%）

10.5

14.3

（2）联络变压器的选择：

联络变压器的容量应满足所联络的两种电压网络之间在各种运行方式下的功率交换，在本厂中1100KV与220KV之间的潮流交换近期约为560～800MW。

联络变的容量一般不应小于所联络的两种电压母线上最大一台机组容量，以保证最大一台机组故障或检修时通过联络变来满足本侧负荷的需要，同时也可在线路检修或故障时，通过变压器将剩余功率送入另一侧系统。

所以，查《电力工程电气设计200例》选一台OSFPS-360000/220型三相自耦变压器

表1-3联络变压器参数表

联络变压器

OSFPS-360000/220

额定容量（MVA）

360000/120000/100000

高—中

12.1

中—低

18.8

高—低

12

空载损耗（KW）

258

负载损耗（KW）

1164

绕组形式

YN，α0，d11

三相

第二章厂用电设计

2.1厂用电的设计原则和基本要求

保证厂用电的可靠性和经济性，在很大的程度上取决于正确选择供电电压、供电电源和接线方式、厂用机械的拖动方式、电动机的类型和容量以及运行中的正确和管理等措施。

厂用电接线应保证厂用电的连续供应，使发电厂能安全满发，满足正常运行安全、可靠、灵活、经济、先进的要求。

（1）对厂用电设计的要求

厂用电设计应按照运行、检修和施工的需要，考虑全厂发展规划，积极慎重的采用经过实验鉴定的新技术和新设备，使设计达到技术先进、经济合理。

（2）厂用电电压

高压厂用电采用6KV。

低压厂用电采用380/220V的三相四线制系统。

（3）厂用母线接线方式

高压厂用电和低压厂用电系统应采用单母线接线。

当公用负荷较多、容量较大、采用集中供电方式合理时，可设立公用母线，但应保证重要公用负荷的供电可靠性。

（4）厂用工作电源

当发电机与主变压器采用单元接线时，由主变压器低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。

大容量发电机组，当厂用分支采用分相封闭母线时，在该分支上不应装设断路器，但应有可拆连接点。

（5）厂用备用或起动电源

高压厂用备用或起动电源采用下列引接方式：

有发电机电压母线，应由该母线引接1个备用电源。

2.2本厂厂用电主接线设计

本厂为2×

100MW+4×

300MW发电机组，各发电机与主变压器均采用单元接线，厂用电由主变压器低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。

本厂为六台发电机组，选择六台厂用电主变压器，并且配备两台高压启动/备用变，1#备用变供1#、2#发电机备用，2#备用变供3#、4#、5#、6#发电机备用。

1#备用变由110KV系统接入，2#备用变由联络变低压侧接入。

高压厂用电压采用6KV。

厂用分支采用分相封闭母线，分支上不应装设断路器，但应有可拆连接点。

通过分裂绕组厂用高压变压器供6KV厂用的A段和B段。

厂用电主接线图：

图2-1厂用电高压接线

2.3厂用变压器的选择

由《发电厂电气部分》可知厂用电由每台发电机供给，100MW～300MW厂用备用高压变压器每两台机组设一台，故2台100MW和4台300MW发电机各设置1台厂备用变压器。

（1）100MW发电机厂用高压变压器容量的选择：

备用变压器的容量与两厂用变压器最大者容量相同。

（2）300MW发电机厂用高压变压器容量的选择：

型号

额定容量（ 

kVA）

电压

联接组接法

空载电流（%）

损耗（kW）

高压（kV）

低压

（kV）

空载

负载

SF7-10000/10

10000

10±

2.5%

6.3

7.5

YN,d11

0.8

13.6

53

表2-11#、2#厂用主变压器的参数

额定容量（kVA）

电压（kV）

高压

低压

SFP7-31500/110

31500

110±

58.5

148

表2-21#厂用备用变压器参数

额定电压（kV）

半穿越阻抗电压（%）

全穿越阻抗电压（%）

SFPF7-31500/18

31500/2⨯⨯16000

18±

2.5%/6.3

D,d0,d0

30.2

153

0.75

13.36

7.706

表2-33#、4#厂用变压器参数

容量分配（MVA）

电压（kV）

分裂系数

高压

SFF7-315000

315000/2⨯20000

38．5±

5%

6.3-6.3

YN,d11,d11

28

150

0.5

16.6

9.5

3.4

表2-42#厂用备用变压器参数

第三章短路电流计算

3.1短路电流计算的目的

在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

其计算的目的主要有以下几个方面：

（1）在选择电气主接线时，为了比较各种方式的接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。

（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路电流为依据。

（5）接地装置的设计，也需用短路电流。

3.2短路电流计算的一般规定

验算导体和电器时所用短路电流,一般有以下规定。

（1）计算的基本情况

①电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；

②所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；

③短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

④所有电源的电动势相位角相同；

⑤应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。

对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

（2）接线方式

计算短路电流时所用的接线方式，应是可能最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（3）计算容量

应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5~10年）。

（4）短路种类

一般按三相短路计算。

若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的进行比较。

（5）短路计算点

在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。

3.3短路电流的计算步骤

（1）选择所需要计算的短路点。

（2）绘制等值次暂态网络图，并将各元件电抗统一编号。

（3）化简等值网络，将等值网络化简为以短路点为中心的辐射型等值网络，并求出各电源与电路点之间的电抗，即转移电抗。

（4）求计算电抗：

（3-1）

其中为各等值发电机或系统的额定容量。

（5）应用运算曲线查出各电源供给短路点的短路电流周期分量的标幺值。

（6）计算无限大容量电源供给的短路电流周期分量的标幺值。

（7）计算短路电流周期分量的有名值和短路容量

1.第i台等值发电机提供的短路电流为：

（3-2）

2.无限大功率电源提供的短路电流为：

（