发电厂的设计.docx
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发电厂的设计
发电厂电气部分课程设计任务书
一.设计内容
设计一110kV降压变电所,该所位于BY市边缘,供给城市和近郊工业、农业及生活用电。
电压等级:
110kV:
近期2回,远景发展2回;
10kV:
近期13回,远景发展2回。
电力系统接线简图、负荷资料及所址条件见附件。
二.设计任务
1.变电所总体分析;
2.负荷分析计算与主变压器选择;
3.电气主接线设计;
4.短路电流计算及电气设备选择。
三.设计成品要求
1.课程设计说明书1份;
2.电气主接线图1张。
四.参考资料
一.变电站概括
1.1变电站总体分析
BY市变电站位于市边缘,供给城市和近郊工业、农业及生活用电,是新建地区变电所。
变电站做为电力系统中起着重要的连接作用,是联系发电厂与负荷的重要环节。
本课程设计主要是关于本变电站的一次设计,为了是变电站的一次设计能够很好的接入电力系统,使电力系统安全可靠的运行,下面对本变电站做初步分析的原始数据进行分析。
1.变电站类型:
110KV地方降压变电站
2.电压等级:
110/10KV
3.线路回数:
110KV:
2回,备用2回;10KV:
13回,备用2回。
4.地理条件:
平均海拔100m,地势平坦,交通方便,有充足水源,属轻地震区。
年最高气温+42℃,年最低气温-18℃,年平均温度+16℃,最热月平均最高温度+32℃。
最大风速35m/s,主导风向西北,覆冰厚度。
5.负荷情况:
主要是一、二级负荷,市内负荷主要为市区生活用电、棉纺厂、印染厂等工业用电;郊区负荷主要为郊区变电站及其他工业用电。
6.系统情况:
根据任务书中电力系统简图可以看到,本变电站位于两个电源中间,有两个发电厂提供电能,进而经过该变电站降压后用于工业、农业等负荷用电,需要一定的可靠性。
1.2负荷分析及主变压器的选择
负荷计算的目的:
计算负荷是供电设计计算的基本依据,计算负荷确定得是否正确合理,直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
如计算负荷确定过大,将使电器和导线选得过大,造成投资和有色金属的消耗浪费,如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁,造成重大损失,由此可见正确确定计算负荷重要性。
负荷分析
10KV侧:
近期负荷:
P近=(2+2+1+1+2+3+2+1.5+1.5+1.5)MW=17.5MW
远期负荷:
P远=(3+3+1.5+1.5+3+4.5+3.5+2+2+2+2+2)=30MW
=17.5MW+30MW=47.5MW
综合最大计算负荷计算公式:
Sjs=Kt*
*(1+
%)(Kt:
同时系数,取85%;%:
线损,取5%)
Smax近=Kt*
*(1+
%)
=Kt*(
)*(1+
%)
=0.85*17.755*(1+0.05)=15.85MVA
Smax远=Kt*
*(1+
%)
=Kt*(
)*(1+
%)
=0.85*33.065*1.05=29.51MVA
视在功率:
S=Smax近+Smax远=15.85MVA+29.51MVA=45.36MVA
1.3主变压器的选择
1.相数的确定
330KV以下的电力系统,在不受运输条件限制时,应用三相变压器。
2.绕组数的确定
对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所,为简化电压等级或减少重复降压容量,可采用双绕组变压器。
3.主变压器台数的确定
在这次变电站设计中,可以采用一台或两台主变压器,下面对单台变压器和两台变压器进行比较:
技术指标
单台变压器
两台变压器
供电安全比
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
电压损耗略大
电压损耗略小
灵活方便性
灵活性差
灵活性好
扩建适用性
稍差
好
由前设计任务书可知、正常运行时,变电所负荷由110kV系统供电,考虑到重要负荷达到47.5MW,并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高,应采用两台容量相同的变压器并联运行。
4.变压器容量和型号的确定
1)选择条件(按远景负荷选择)
所选择的n台主变压器的容量nSN,应该大于等于变电所的最大综合计算负荷Smax,即nSN≥Smax
2)校验条件(按远景负荷校验)
装有两台及以上主变压器的变电所中,当其中一台主变压器停运时,其余主变压器的容量一般应满足60%(220kV及以上电压等级的变电所应满足70%)的全部最大综合计算负荷,以及满足全部I类负荷SI和大部分II类负荷SII(220kV及以上电压等级的变电所,在计及过负荷能力后的允许时间内,应满足全部I类负荷SI和II类负荷SII)即(n-1)SN≥(0.6~0.7)Smax和(n-1)SN≥SI+SII
(其中n为变电站设计中变压器的台数,在这次设计中,n=2)
因此根据上述式子及负荷分析可以选择两台型号为SFQ720000/110的有载调压变压器,变压器的技术参数如下表所示:
型号
额定电压(KV)
联接组接号
损耗(KV)
空载电流(%)
阻抗电压(%)
高压
低压
空载
负
载
SFQ720000/110
110±2*2.5%
11,10.5,
6.6,6.3
YN,
d11
27.5
104
0.9
10.5
二.主接线的选择
2.1对电气主接线的基本要求
变电所主接线选择的主要原则有以下几点:
1.供电可靠性:
如何保证可靠地(不断地)向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务,这是第一个基本要求。
2.灵活性:
其含义是电气主接线能适应各种运行方式(包括正常、事故和检修运行方式)并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时,不影响其他回路继续运行,灵活性还应包括将来扩建的可能性。
3.操作方便、安全:
主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少,尽量避免用隔离开关操作电源。
4.经济性:
即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下,应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。
根据以上的基本要求对主接线进行选择。
2.2110kV侧接线的选择
方案
(一)单母线分段接线
优点:
1.母线发生故障时,仅故障母线停止供电,非故障母线仍可继续工作,缩小母线故障影响范围。
2.对双回线路供电的重要用户,可将双回路接于不同的母线段上,保证对重要用户的供电。
缺点:
当一段母线故障或检修时,必须断开在该段上的全部电源和引出线,这样减少了系统的供电量,并使该回路供电的用户停电
方案
(二):
桥形接线
110kV侧以双回路与系统相连,而变电站最常操作的是切换变压器,而与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换,因此可采用内桥式线,这也有利于以后变电站的扩建。
优点:
高压电器少,布置简单,造价低,经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。
缺点:
可靠性不是太高,切换操作比较麻烦。
方案(三):
双母线接线
优点:
1.供电可靠,通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不至于供电中断,一组母线故障后能迅速恢复供电,检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。
2.扩建方便,可向双母线的左右任何一个方向扩建,均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配,不会引起原有回路的停电,以致连接不同的母线段,不会如单母线分段那样导致交叉跨越。
3.便于试验,当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开,单独接至一组母线上。
缺点:
1.增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关,投资大。
2.当母线故障或检修时,隔离开关作为倒换操作电器容易误操作,为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。
对于110kV侧来说,因为它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的可靠性。
对比以上三种方案,从经济性、可靠性等多方面因素考虑,最佳设计方案为方案
(一)。
具有一定的可靠性和可扩展性,而且比双母线投资小。
2.310kV侧接线选择
方案
(一):
单母线接线
优点:
接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。
缺点:
可靠性、灵活性差、母线故障时,各出线必须全部停电。
方案
(二):
单母线分段接线
优点:
1.母线发生故障时,仅故障母线停止供电,非故障母线仍可继续工作,缩小母线故障影响范围。
2.对双回线路供电的重要用户,可将双回路接于不同的母线段上,保证对重要用户的供电。
缺点:
当一段母线故障或检修时,必须断开在该段上的全部电源和引出线,这样减少了系统的供电量,并使该回路供电的用户停电。
方案(三):
分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段
优点:
有较大的可靠性和灵活性,且检修断路器时合出线不中断供电。
缺点:
投资增大、经济性能差。
对比以上三种方案:
单母线接线可靠性低,当母线故障时,各出线须全部停电,不能满足I、II类负荷供电性的要求,故不采纳;将I、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上,当其中一段母线故障时,由另一段母线提供电源,从而可保证供电可靠性;虽然分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段也能满足要求,但其投资大、经济性能差,故采用方案
(二)单母线分段接线。
三.短路电流计算
3.1电力系统简图
图3-1电力系统简图
注:
LGJ150:
0.416Ω/km
LGJ185:
0.410Ω/km
LGJ240:
0.401Ω/km
3.2各回路阻抗的计算(取SB=100MVA,VB=Vav)
图3-2电力系统化简图
最大运行方式下:
根据所选变压器的技术参数可以求变压器的阻抗:
3.3110KV侧短路分析
图形化简:
图3-3110KV侧短路线路化简图
1.
2.△—Y
3.Y—△
4.
起始次暂态电流:
冲击电流:
计算电抗:
查表得:
t=0.2S时,
t=2S及2S后时,
3.410KV侧短路分析
图3-410KV侧短路线路化简图
1.
2.△—Y
3.
4.Y—△
5.
起始次暂态电流:
冲击电流:
计算电抗:
当计算电抗
<3.45时,其短路电流查表得出;当计算电抗
≥3.45时,则可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变即
四.电气设备的配置与选择
4.1110kV侧断路器的选择
1.该回路为110kV电压等级,故可选用六氟化硫断路器。
2.断路器安装在户外,故选户外式断路器。
3.回路额定电压Ue≥110kV的断路器,且断路器的额定电流不得小于通过
断路器的最大持续电流Imax=1.05×
=0.1054(kA)=105.4(A)
4.为方便运行管理及维护,选取110kVSF6断路器为同一型号产品,选为OFPT(B)-110断路器,其主要技术参数如下:
型号
额定
电压
kV
额定
电流
A
最高
工作
电压
kV
额定
开断
电流
kA
动稳
定
电流
kA
4S热稳
定电流
kA
自动重合闸无电流间隔时间
S
固有分闸时间
S
合闸
时间
S
OFPT-110
110
1250
126
31.5
80
31.5
0.03
0.12
5.对所选的断路器进行校验
1)断流能力校验
所选断路器的额定开断电流I。
=31.5kA>
=7.32kA,则断流能力满足要求。
2)短路关合电流的校验
所选断路器的额定关合电流,即动稳定电流为80kA,流过断路器的冲击电流为18.63kA,则短路关合电流满足要求,因为其动稳定的校验参数与关合电流参数一样,因而动稳定也满足要求。
3)热稳定校验
设后备保护动作时间1s,所选断路器的固有分闸时间0.03s,选择熄弧时间t=0.03S。
则短路持续时间t=1+0.03+0.03=1.06s。
因为电源为无限大容量,非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计,则
短路热效应
Qk=I”2t=7.322×1.06=56.79kA2.s
允许热效应Ir2t=31.52×4=396
Ir2t>Qk热稳定满足要求。
以上各参数经校验均满足要求,故选用OFPT(B)-110断路器。
4)断路器配用CD5-XG型电磁操作机构
6.210kV侧断路器的选择
1.该回路为10kV电压等级,故可选用真空断路器。
2.该断路器安装在户内,故选用户内式断路器。
3.回路额定电压为10kV,因此必须选择额定电压Ue≥10kV的断路器,且其额定电流不小于流过断路器的最大持续电流Imax=1.05×
=1150.7(A)
4.初选SN9-10真空断路器,主要数据如下:
型号
额定
电压
kV
额定
电流
kA
额定开断流电
kA
动稳定
电流
kA
4S热稳定电流kA
固有分闸时间
s
SN9-10
10
1.25
25
63
25
0.05
5.对所选的断路器进行校验
1)断流能力的校验
流过断路器的短路电流IK=9.91kA。
所选断路器的额定开断电流I=25kV>IK,即断路器的断流能力满足要求。
2)动稳定校验
所选断路器的动稳定电流为63kA,流过断路器的冲击电流ish=25.22KA<63KA则动稳定满足要求。
3)热稳定校验
设后备保护动作时间1s,所选断路器的固有分闸时间0.05s,选择熄弧时间t=0.03s。
则短路持续时间t=1+0.05+0.03=1.08s。
则Qk=9.912×1.08=94.01kA2.s允许热效应Ir2t=252×4=2500kA2.s
由于短路时间大于1s,非周期分量可忽略不计,则Qk=94.01kA2.s,由于Ir2t>QK,所以热稳定满足要求
从以上校验可知该断路器满足要求,所以确定选用SN9-10真空断路器。
6.该断路器配用CD10-III型操作机构
4.2110kV侧隔离开关的选择
1.为保证电气设备和母线检修安全,选择隔离开关带接地刀闸。
2.该隔离开关安装在户外,故选择户外式。
3.该回路额定电压为110kV,因此所选的隔离开关额定电压Ue≥110kV,且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流
ImaX=1.05×
=105.4(A)
4.初选GW4—110D型单接地高压隔离开关其主要技术参数如下:
型号
额定
电压
kV
额定
电流
A
最大工作电压
kV
接地
刀闸
A
极限通过电流kA
4S热稳定电流
kA
有效值
峰值
GW4-110D
110
1250
126
2000
32
55
10
5.校验所选的隔离开关
1)动稳定校验
动稳定电流等于极限通过电流峰值即idw=55kA
流过该断路器的短路冲击电流ish=18.54kA.s,即idw>ish(55KA>18.63KA)动稳定要求满足。
2)热稳定校验
断路器允许热效应Ir2t=102×4=400kA2.s
短路热效应QK=
=7.322×1.06=56.79kA2.s
Ir2t>QK热稳定满足要求。
经以上校验可知,所选隔离开关满足要求,故确定选用GW4—110D型高压隔离开关。
4.310kV侧隔离开关的选择
1.为保证电气设备和母线检修安全,隔离开关选择不带接地刀闸。
2.隔离开关安装在户内,故选用户内式。
3.该回路的额定电压为10kV所选隔离开关的额定电压Ue≥10kV,额定电流大于流过隔离开关的最大持续电流
Imax=1.05×
=1150.7(A)
4.初选GN19—10型隔离开关,其主要技术数据如下:
型号
额定电压(KV)
额定电流
(A)
允许热效应(kA2.s)
动稳态电流(KA)
GN19-10
10
1250
3200
100
5.校验所选的隔离开关
1)动稳定校验
所选隔离开关的动稳定电流100kA
短路冲击电流ish=23.79kA
idw>ish,动稳定满足要求。
2)热稳定校验
断路器允许热效应I2rt=3200KA2S
短路热效应Qk=94.01KA2S
I2rt>Qk热稳定满足要求.
从以上校验可知,所选隔离开关满足要求,故确定选用GN19—10型隔离开关。
3)该隔离开关配用CS6型手动式杠杆操作机构。
4.4导线的选择
本设计的110kV为屋外配电装置,故母线采用钢芯铝绞线LGJ,而10kV采用屋内配电装置,故采用硬母线。
1.110KV母线的选择与校验
(1)按最大工作电流选择导线截面S
Imax=1.05×
=105.4(A)
年最高平均温度为+32℃,而导线长期允许温度为+80℃,查表得温度修正系数K0=0.89
IYj=Imax/K0=105.4/0.89=118.4(A)
选择110KV母线型号为:
LGJ—150/25,查表得IY=472A。
Imax=118.4A<KθIY=0.89×472=420.08A满足要求
(2)热稳定校验:
S=150mm2>Smin=
=
=127.9mm2
满足热稳定要求。
2.10KV母线的选择与校验
由于安装在室内,选用硬母线
(1)按最大持续工作电流选择母线截面:
Imax=1.05×
=1150.7(A)
IYj=Imax/k0=1150.7/0.89=1292.9(A)
选择10KV母线型号为h100×b8(单条矩形),查表得IY=1547A。
Imax=1150.7A<KθIY=0.89×1547=1376.8A满足要求
(2)热稳定校验:
S=800mm2>Smin=
=
=158.97mm2
满足热稳定要求。
(3)动稳定校验
母线采取水平排列平放
则W=bh2/6=8×1002/6=13333(mm3)=13.33×10-6m3
相邻支柱间跨距取L=1.2m
相间母线中心距离取a=0.25m
σmax=0.173ish2×
=0.173×23.792×
=4.51×106pa
σmax<σy=70×106pa
满足动稳定要求。
4.5互感器的选择
1.电压互感器的选择
变电所每组母线的三相上均安装电压互感器。
详见电气主接线图。
电压互感器应按工作电压来选择:
(1)110KV电压互感器选择JCC1—110
(2)10KV电压互感器选择JDZJ—10
2.电流互感器的选择
凡装有断路器的回路均应装设电流互感器,其数量符合测量仪表、保护和自动装置的要求。
电流互感器配置详见电气主接线图。
(1)110KV电流互感器的选择
选择电流互感器型号:
LCWD—110,变比如下:
1)线路侧:
I=
=78.73A则取变比取:
100/5
2)变压器至母线及母线分段断路器处:
I=
=104.97A则取变比取:
200/5
(2)10KV电流互感器的选择
选择10KV侧电流互感器型号:
LZZ1—10,变比如下:
1)变压器至母线及母线分段断路器处:
I=
=1049.7A则取变比为:
2000/5
2)线路处,取最大负荷的线路选取:
I=
=236.1A则取变比为:
300/5
4.6避雷器的选择
1.避雷器的配置
(1)配电装置的每组母线上,均装设避雷器。
(2)双绕组变压器的低压侧一相上设置一组避雷器。
(3)变压器高、低压侧中性点均装置避雷器。
变电所避雷器的配置详见电气产接线图。
2.避雷器的选择
(1)110KV选择:
Y1.5W60/144(变压器)
110KV选择:
Y10WE-100/260(母线侧)
(2)10KV选择:
Y0.5W-14/43
五.参考资料
[1]王士正,冯金光.发电厂电气部分(第三版).中国水利水电出版社.2004.
[2]于永源,杨绮雯.电力系统分析.中国电力出版社.2007.
[3]狄富清.变电设备合理选择与运行检修.机械工业出版社.2005.
[4]宋继成.220~500KV变电所电气接线设计.中国电力出版社.2004.
[5]卓乐友.电力工程电气设计200例.中国电力出版社.2003.
[6]辽宁省电力有限公司用电检查处.变电所技术标准及规程规范应用手册.辽宁科学技术出版社.2004.
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