发电厂电气部分课程设计.docx
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发电厂电气部分课程设计
成绩
课程设计说明书(论文)
题目发电厂电气部分课程设计
课程名称电气部分课程设计
院(系、部、中心)电力工程学院
专业
班级
学生姓名
学号
1.课程设计任务书......................................................1
2.课程设计说明书......................................................3
(1).对待设计变电所在系统中的地位和作用及所供用户的分析.........3
(2).选择待设计变电所主变的台数、容量、型式.....................3
(3).分析确定高低压主接线及配电装置型式.........................5
(4).分析确定所用电接线型式.....................................6
(5).进行互感器的配置...........................................7
(6).进行选择设备和导体所必须的短路电流计算.....................8
(7).选择变电所高、低压侧的断路器、隔离开关.....................10
(8).变电所10KV硬母线选择及校验...............................12
3.课程设计计算书......................................................14
4.参考资料............................................................22
1课程设计任务书
1.1变电所基本资料及设定
1.设计变电所在发电厂附近,向附近的用户供电。
2.确定本变电所的电压等级为110kV/10kV,110kV是本变电所的电源电压,10kV是二次电压。
3.变电所的电源,由对侧110kV变电所B双回联络线路送到本变电所;在低压侧10kV母线,送出至地区负荷。
4.110kV输电线路电抗按0.4Ω/km计。
5.环境温度:
最高温度40℃,最热月最高平均气温32℃
6.变电所10kV侧过电流保护动作时间为1秒。
1.2课程设计内容
1.对C变电所在系统中的地位和作用及所供用户的分析。
2.选择C变电所主变的台数、容量、型式。
3.分析确定高低压主接线及配电装置型式
4.分析确定所用电接线型式。
5.进行互感器的配置。
6.进行选择设备和导体所必须的短路电流计算。
7.选择变电所高、低压侧的断路器、隔离开关、高压熔断器。
8.设计10kV母线系统
1.3相关数据
1.变电所数据(本次设计C变电所)
变电所编号
最大负荷(MW)
功率因数(COSφ)
负荷曲线
重要负荷(%)
A
39
0.9
A
65
B
34
0.9
A
70
C
30
0.9
A
55
2.线路长度数据
L1
L2
L3
L4
22
37
15
29
1.4系统图
G:
汽轮机QFQ-50-2,50MWCOSφ=0.8,X〃d=0.20
T:
变压器SF7-40000/121±2×2.5%
Po=46kWPK=174kWIo%=0.8UK%=10.5
1.5典型日负荷曲线:
2课程设计说明书
1变电所在系统中的地位和作用及所供用户的分析
1.1变电所在系统中的地位和作用
根据发电厂电气部分P5页有关内容,电力系统中的变电所分为系统枢纽变电所、中间变电所、地区变电所、终端变电所。
根据变电所是一个地区的主要变电所,对地区用户供电为主,电压一般为110―120kV;如发生停电仅使该地区中断供电。
因此C变电所属于地区变电所。
1.2变电所所供用户的分析
根据电气设计手册P45页有关内容,用户负荷分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。
其中一级负荷、二级负荷属于重要负荷,重要负荷需要两个独立电源双回路供电,三级负荷只需要一个独立电源单回路供电。
由本课程设计提供的原始资料可知,该用户总负荷为30MW,重要负荷比例为55%,重要负荷为16.5MW,三级负荷为13.5MW。
假定每回馈电线路输送功率为2MW。
则重要负荷8个,17回线;非重要负荷7个,7回线。
总10kv出线回路数N=24回。
2主变的台数、容量及型式选择
2.1主变压器台数的选择
由原始资料可知,我们本次所设计的变电所是郊区110kV降压变电所,重要负荷比例达55%。
因此选择主变台数时,要确保供电的可靠性。
为了保证供电可靠性,避免一台主变压器故障或检修时影响供电,变电所中一般装设两台主变压器。
当装设三台及三台以上时,变电所的可靠性虽然有所提高,但接线网络较复杂,且投资增大,同时增大了占用面积,和配电设备及用电保护的复杂性,以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。
而且会造成中压侧短路容量过大,不宜选择轻型设备。
考虑到两台主变同时发生故障机率较小。
适用远期负荷的增长以及扩建,而当一台主变压器故障或者检修时,另一台主变压器可承担65%的负荷保证全变电所的正常供电。
故选择两台主变压器互为备用,提高供电的可靠性。
根据35~110kV变电所设计规范(GB50059-1992)第3.1节及《电力工程电气设计手册》的要求,并结合本变电所的具体情况和可靠性的要求,选用两台同样型号的有载调压双绕组变压器。
2.2主变容量的选择
主变容量一般按变电所建成近期负荷,5~10年规划负荷选择,并适当考虑远期10~20年的负荷发展,对于变电所主变压器容量应当与规划相结合。
根据35~110kV变电所设计规范(GB50059-1992)第3.1节,应按变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量,对于有重要负荷的变电所,应考虑当一台变压器停运时,其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内,应保证用户的一级和二级负荷,对一般性能的变电所,当一台主变压器停运时,其余变压器容量应保证全部负荷的60%~80%。
该所只给定近期负荷,所以应按近期总负荷来选择主变的容量。
由于重要负荷比例小于60%,应按最大负荷的65%计算主变的容量。
=0.65×
/cos
——A变电所最大负荷。
根据条件以及考虑供电的可靠性和经济性(具体校验过程参照附计算书),初步运用两台S=20MVA的变压器。
2.3主变压器型式的选择
2.3.1主变压器相数的选择
当不受运输条件限制时,在330kV以下的变电所均应选择三相变压器。
而选择主变压器的相数时,应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。
单相变压器组,相对来讲投资大,占地多,运行损耗大,同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化,也增加了维护及倒闸操作的工作量。
故本次设计的变电所选用三相变压器。
2.3.2绕组数的选择
普通双绕组变压器:
价格上在自耦变压器和分裂变压器中间,安装以及调试灵活,满足各种继电保护的需求。
又能满足调度的灵活性,它还分为无激磁调压和有载调压两种,这样它能满足各个系统中的电压波动。
它的供电可靠性也高。
所以,本次设计的变电所,选择普通双绕组变压器。
2.3.3连接组别的选择
变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致,江苏地区110kV系统一般为中性点直接接地系统,10kV系统一般为不接地系统。
考虑到二次侧三次谐波的通路及江苏地区电网的使用习惯,连接组别选用YN,d11。
2.3.4主变调压方式的选择
为了满足用户的用电质量和供电的可靠性,调压方式分为两种,不带电切换,称为无激磁调压,调整范围通常在±5%以内,另一种是带负荷切换称为有载调压,调整范围可达30%。
由于该变电所的电压波动未给定,考虑到运行方式灵活,故选择有载调压方式。
2.3.5结构型式的选择
选择降压型变压器。
2.3.6主变冷却方式的选择
主变压器一般采用的冷却方式有:
自然风冷却,强迫油循环风冷却,强迫油循环水冷却。
自然风冷却:
一般只适用于小容量变压器。
强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却:
虽然散热效率高,节约材料减少变压器本体尺寸等优点。
但是它要有一套冷却系统和相关附件,冷却器的密封性能要求高,维护工作量较大。
所以,选择自然风冷却。
因此确定选用主变型号为SFZ7-20000/110±3×2.5%,主要参数如表所示。
主变的主要参数
额定容量
(kVA)
电压组合和
分接范围(kV)
连接组
损耗(kW)
空载电流(%)
阻抗电压(%)
空载
短路
高压
低压
高-低
20000
110
10.5
YN,d11
30.0
104
1.2
10.5
SFZ-20000/110型号中个符号表示意义:
从左至右
S――三相
F――自然风冷却
Z――有载调压
7――性能水平号
20000――额定容量
110――电压等级
3高低压主接线
3.1.1电气主接线的设计原则
电气主接线的设计原则为:
以下达的设计任务书为依据,根据国家现行的“安全可靠、经济适用、符合国情”的电力建设与发展的方针,严格按照技术规定和标准,结合工程实际的具体特点,准确地掌握原始资料,保证设计方案的可靠性、灵活性和经济性。
3.1.2110kV配电装置主接线选择
110kV进线仅为两回,按照规程要求,宜采用桥式接线。
同时,本工程110kV断路器采用SF6断路器,其检修周期长,可靠性高,故可不设旁路母线。
根据《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)P50页的要求,考虑到主变不会经常投切、线路较长故障率较高和对线路操作及检修的方便性,110kV配电装置采用内桥式接线。
其优点是线路的投入和切除操作方便,线路故障时,进故障线路断路器断开,其他线路和变压器不受影响。
图2-3内桥式接线
3.1.310kV配电装置主接线选择
10kV出线共24回,按照35~110kV变电所设计规范(GB50059-1992)第3.2.5条规程要求,6~10kV配电装置出线为6回及以上,则采用单母分段接线。
采用单母线分段接线,对重要回路,均以双回线路供电,保证供电的可靠性。
考虑到减小配电装置占地和占用空间,消除火灾、爆炸的隐患及环境保护的要求,主接线不采用带旁路的接线,且断路器选用性能比少油断路器更好的真空断路器,配电装置采用封闭性好集成度高的JYN2–10型移开式交流金属封闭开关设备。
4高低压配电装置型式
4.2.1配电装置型式选择总的原则
总的原则:
高低压配电装置的设计须认真贯彻国家的技术经济政策,遵循上级颁发的有关规程、规范、技术要求,做到四点要求:
1、节约用地。
2、运行安全和操作巡视方便。
3、便于检修和安装。
4、节约三材,降低造价。
4.2.2配电装置型式选择
配电装置分为屋内配电装置和屋外配电装置两种。
屋内配电装置占地面积小,运行维护和操作条件较好,电气设备受气候条件影响较小,但需建造房屋,投资大。
屋外配电装置土建工作量小投资少,建设工期短,易于扩建,但占地面积大,运行维护和操作条件较差,电气设备易受污染和气候条件影响。
屋外配电装置分为中型、半高型、高型三种。
110kV多采用中型。
屋内配电装置分为单层、二层、三层。
无出线电抗器的配电装置多为单层式,通常采用成套开关柜。
根据高压配电装置设计技术规程(DL/T5352-2006)第8.3.5条,110kV侧电气接线采用内桥时,110kV配电装置宜采用室外中型布置,10kV配电装置为室内配电装置。
参照江苏省公司110kV内桥接线变电所典型设计方案,主变布置在变电所中心,为满足防火要求,两主变中心距离为16米。
主变于道路间布置4米宽混凝土路面,重型设备可以进入,方便检修,有利安全。
10kV配电装置布置在10kV单层配电楼内,采用双列布置,配电楼开关室旁为主控室。
10kV电容器组及消弧线圈成套装置采用户外布置,布置在110kV配电装置区运输道路对侧。
综合以上条件,本设计变电所A采用:
110KV侧中型屋外配电装置,10KV侧配电装置采用封闭性好集成度高的单层户内JYN2–10型移开式交流金属封闭开关设备。
5互感器的配置
5.1互感器的配置原则
互感器是一次系统和二次系统间的联络元件,用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电,正确反应电气设备的正常运行和故障情况。
它的选择应满足继保、自动装置和测量仪表的要求。
因此互感器配置应于保护方式配合。
5.2电流互感器选择
5.2.1型式
根据安装的场所和使用条件,选择电流互感器的绝缘(浇注式、瓷绝缘式、油浸式等)、安装方式(户内、户外、装入式、穿墙式等)、结构型式(多匝式、单匝式、母线式等)、测量特性(测量用、保护用、具有测量暂态的特性等)。
一般常用型式为:
低压配电屏和配电装置中,采用LQ线圈式和LM母线式;6~20kV户内配电装置和高压开关柜中,常用LD单匝贯穿式或复匝贯穿式;发电机回路或2000A以上的回路;可采用LMC、LMZ、LAJ、LBJ型或LRD、LRZD型;35kV及其以上的电流互感器多采用油浸式结构。
在条件允许时,如回路中有变压器套管、穿墙套管,应优先采用套管电流互感器,以节省占地和减小投资。
5.2.2额定电压
电流互感器的额定电压不小于装设电流互感器回路所在电网的额定电压。
5.2.3额定电流
电流互感器的一次额定电流不小于装设回路的最大持续工作电流。
电流互感器的二次额定电流,可根据二次负荷的要求分别选择5A或1A等。
为了保证测量仪表的最佳工作状态,并且在过负荷时使仪表有适当的指示,当TA用于测量时,其一次额定电流应尽量选择得比回路正常工作电流大1/3左右。
5.2.4准确度级
电流互感器的准确度级应符合其二次测量仪表、继电保护等的要求。
用于电能计算的电流互感器,准确度级不应低于0.5级。
用于继电保护的电流互感器,误差应在一定的限制内,以保证过电流时的测量准确度的要求。
5.3电压互感器选择
5.3.1型式
根据互感器安装的场所和使用条件,选择电压互感器的绝缘结构和安装方式。
一般6~20kV用户内配电装置中多采用油浸或树脂胶注绝缘的电磁式电压互感器;110kV及其以上的配电装置中的尽可能选用电容式电压互感器。
在型式选择时,还应该根据接线和用途的不同,确定单相式、三相式、三相五柱式、一个或多个副绕组等不同型式的电压互感器。
接在110kV及以上线路侧的电压互感器,当线路上装有载波通信时,应尽量与耦合电容器结合,统一选用电容式电压互感器。
5.3.2额定电压
为保证测量准确性,电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的90%~110%之间。
电压互感器二次额定电压应满足测量、继电保护和自动安装要求。
通常,一次绕组接于电网线电压时,二次绕组额定电压选为100V;一次绕组接于电网相电压时,二次绕组额定电压选为100/
V。
当电网为中性点直接接地系统时,互感器辅助副绕组额定电压选为100/
V;当电网为中性点非直接接地系统时,互感器辅助副绕组额定电压选为100/3V。
5.3.3准确度级
电压互感器二次最大一相的负荷S2,不超过设计要求准确度级的额定二次负荷S2,而且S2应该尽量接近SN2,因S2过小也会使误差增大。
电压互感器的二次负荷S2的计算为S2=
,式中P0、Q0——同一相仪表和继电器电压线圈的有功功率、无功功率。
统计电压互感器二次负荷时,首先应根据仪表和继电器电压线圈的要求,确定电压互感器的接线,并尽可能将负荷分配均匀。
5.3.4安装地点
①母线
一般各段工作母线及备用母线上各装一组电压互感器,必要时旁路母线也装一组电压互感器。
②主变压器回路
主变压器回路中,一般低压侧装一组电压互感器,使发电厂与系统的低压侧同步用,并供电给主变压器的测量和保护,当发电厂与系统在高压侧同步,或利用6-10KV备用母线同步时,这组互感器可不装设。
③线路
当对端有电源时,在出线侧上装设一组电压互感器,供监视线路无电压,进行同步和设置重合闸,其中,35~220KV线路在一相上装设;300~500KV线路在三相上装设。
6变电所及系统短路故障分析
6.1短路电流计算目的
1)电气主接线方案选择,或确定某接线是否需要采取限制短路电流措施;
2)选择载流导体和电气设备;
3)确定中性点接地方式;
4)保护的整定计算
6.2短路电流的计算条件
1.短路点的确定:
系统在最大运行方式下,该点发生三相短路时通过设备和载流导体的短路电流最大。
2.采用近似计算:
系统中各元件的电阻、线路对地电容、变压器励磁损耗忽略不计,不考虑负荷电流的影响。
6.3短路电流的计算方法
采用个别变化法。
6.4有关本变电所短路电流计算的说明
1.计算短路电流的接线方式采用发生最大短路电流的正常接线方式,短路电流周期分量即是该方式下的最大三相短路电流I,短路发生在短路电流最大的瞬间。
2.整个系统中所有电源均运行在额定负荷下。
3.短路电流的计算采用标幺值进行的近似计算法。
4.电源用次暂态电抗表示,发电机电动势模值取1,相位角全部相等取为0。
5.不计负荷对短路点的影响,不计回路各处(线路、设备等接触处,短路点电弧)电阻,不计线路电纳和变压器导纳,即只计及电抗的影响。
6.本设计中系统电抗为折算到基准值下的电抗,不考虑穿越功率。
为了计算方便选取如下基准值:
基准容量:
=100MVA
基准电压:
(kV)10.5115
基准电流:
(kA)5.50.502
基准电抗:
(Ω)1.1132.26
后备保护动作时间
短路时间(s)
110KV出线
主变
10KV分段
10KV出线
tk
2.5~3
2
1.5
1
6.5系统的等值电抗图和短路点的选择
短路点d1选在110kV母线上,d2选在变电所主变进线端,两台主变压器分列运行,d3选在变电所主变出线端,两台主变压器并列运行,d4选在10kV母线上,以及在10kV线路出口,两台主变压器并列运行。
短路点的选择
校验对象
短路点
运行方式
tk取值(S)
C所110KV进线、桥、跨条电路的电器
K1
正常运方
2.5+0.1
C所主变高压侧电器
K2
正常运方
2+0.1
C所主变低压侧电器及10kV分段电器
K3
断开T3或T4
主变:
2+0.1
分段:
1.5+0.1
10kV母线及出线电器
K4
正常运方
母线:
2+0.1
线路:
1+0.1
6.6短路电流计算结果表
短路点
(S)
(kA)
(kA)
(kA)
(kA)
用途
K1
2.6
2.81
2.84
2.87
7.15
用于选择110kV进线的电器
K2
2.1
3.48
3.46
3.54
8.86
用于选择主变高压侧电器
K3
2.1(主变)
8.39
8.39
8.39
21.36
用于选择主变低压侧电器及10kV分段电器
1.6(分段)
8.39
8.39
8.39
21.36
K4
2.1(母线)
13.44
13.44
13.44
34.21
用于选择10kV母线及出线电器
1.1(线路)
15.064
13.44
13.44
15.064
13.44
13.44
15.064
13.44
13.44
34.21
7电气设备的选择和校验
电气设备按正常运行情况选择设备,按短路电流情况校验设备,同时兼顾今后的发展,选用性能价格比高,技术成熟的设备,尽量减少选用设备的类型,以减少备品备件,也有利于运行检修等工作。
7.1断路器的选择
高压断路器的主要功能是正常运行时用来倒换运行方式,把设备或线路接入电路和退出运行,起着控制作用,当设备或线路发生故障时能快速切除故障,保证无故障部分正常运行起保护作用。
110kV断路器因构架较高,且周围并无严重污染,故选用户外型。
10kV为避免外界的影响,故选户内型,且为保证供电可靠性及运行维护检修的方便,同时为减少占地面积,因此110kV选用
开关,10kV选用真空开关。
7.1.1110kV断路器的选择
选用户外
断路器:
1.110kV断路器因构架较高,且周围并无严重污染,故选用户外型。
2.
断路器具有开断能力强、全开断时间短,端口开距小,体积小、质量轻,维护工作量小,噪声低,寿命长的优点。
综上所述,断路器选用LW-110Ⅰ/2500型
断路器,有关参数见下表:
额定电压(kV)
额定电流(A)
额定开断电流(kA)
额定关合电流(峰值kA)
动稳定电流(峰值kA)
热稳定电流(kA/3s)
110
2500
31.5
125
125
50
7.1.210kV断路器的选择
10kV为避免外界的影响,故选户内型。
且为保证供电可靠性及运行维护检修的方便,同时为减少占地面积,10kV选用真空开关。
综上所述,主变低压侧、10kV分段、10kV母线及出线断路器选用ZN12-10/2000型真空断路器,技术数据见下表:
额定电压(kV)
额定电流(A)
额定开断电流(kA)
额定关合电流(峰值kA)
动稳定电流(峰值kA)
热稳定电流(kA/3s)
10
2000
50
125
125
50
7.1.3断路器校验
断路器选择结果
选择项目
设备选型
LW-110Ⅰ/2500
ZN12-10/2000
110kV进线
主变高压侧
主变低压侧
10kV分段
10kV母线
10kV出线
计算数据
UNS(kV)
110
110
10
10
10
10
Imax(A)
600.8
136.46
1501.11
1212.44
1212.44
257
I”(A)
2810
3480
8390
8390
13440
13440
Qk(kA)2·s
20.97
25.26
147.82
112.63
379.33
198.70
ish(kA)
7.15
8.86
21.36
21.36
34.21
34.21
技术数据
UN(kV)
110
10
IN(A)
2500
2000
INbr(A)
31500
50000
I2tt(kA)2·s
7500
7500
ies(kA)
125
125
由表得知,满足要求。
7.2隔离开关的选择
隔离开关是发电厂和变电所中的常用电器,它需与断路器配套使用,但隔离开关无灭弧装置,不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。
它的主要用途有:
A、隔离电压,保证检修安全;
B、倒闸操作,改变运行方式;
C、分合小电流,包括避雷器、电压互感器、空载母线的分合。
7.2.1110kV隔离开关的选择
隔离开关选用户外双柱型,这种隔离开关的优点是结构简单、尺寸小、质量轻、不占上部空间;所用绝缘子数目少,且大部分零部件可通用;导电系统稳定,易于破冰。
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