凝汽式发电厂设计.doc
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凝汽式发电厂设计.doc
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目录
1原始资料.........................................3
2原始资料分析.....................................3
3电气主接线.......................................4
4变压器的选择与计算...............................7
5短路计算.........................................9
6厂用电设计......................................20
2×300MW凝汽式发电厂设计
1原始资料
一.某凝气式电厂,一期装机2×300MW。
发电机参数:
额定电压20KV,额定电流10190A,额定功率因数0.85。
并计划在二期装2台同样机组。
2.该电厂与系统用5回220线路联系。
最大负荷利用小时数为6500小时。
3.每台机组配套的高压厂用电动机及厂用变压器的容量见附录。
4.该电厂附近地势平坦,交通便利,可不考虑环境污染的影响。
5.该地区最高月平均气温为35度,最高气温取40度。
二.设计内容
1.主接线的设计:
(1)主接线设计依据;
(2)对电气主接线的基本要求和设计原则;
(3)根据原始资料拟订几种主接线方案;
(4)比较各个拟订方案的优缺点,并选择最优的方案;(附图)
(5)主变压器容量和联结型式的选择。
2.厂用电设计:
(1)厂用电概述及设计原则;
(2)选择厂用电接线形式及电源引接;(附图)
(3)厂变容量的选择;
(4)高压厂用母线分段及设备分配。
(附表)
2原始资料分析
1.设计电厂为大中型火电厂,其容量为2×300=600MW.该电厂为凝汽式发电厂,在电力系统中将承担主要基荷,从而该厂的主接线设计务必着重考虑其可靠性。
300KV的发电机的额定电压为20KV,拟采用单元形式,不设发电机出口断路器。
有利于节省投资及简化装置。
220KV线路采用5回路与系统相连。
2.环境情况
由原始资料可知,该电厂附近地势平坦,交通便利,可不考虑环境污染的影响,气象条件无其他特殊要求。
从气候上看这里明显是北方,因此选择设备时要选择耐高温的。
3.设备情况
原始资料中给出了两台发电机的容量,这里对单台300MW发电机设备的型号进行选择。
根据原始资料中给出了发电机的容量,可选择出发电机的型号。
3电气主接线
3.1主接线的基本要求和设计原则
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。
由于电能生产的特点是:
发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的,所以主接线设计的好坏,也影响到工农业生产和人民生活。
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。
(1)安全性供电安全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。
只有满足了主接线的安全性,确保设备不存在安全隐患,发电厂才能正常运行,工作人员的生命安全才能得到保障。
(2)可靠性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。
(3)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。
(4)经济性①投资省:
主接线应简单清晰,控制、保护方式不过于复杂,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。
3.2主接线方案的选择
3.2.1电气主接线几种接线方法
1)单元接线
其是无母线接线中最简单的形式,也是所有主接线基本形式中最简单的一种,此种接线方法设备更多。
本设计中机组容量为600MW,所以发电机出口采用封闭母线,为了减少断开点,可不装断路器。
这种单元接线,避免了由于额定电流或短路电流过大,使得选择断路器时,受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。
2)单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线
优点:
在正常工作时,旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关,都是断开的,旁路母线不带电,通常两侧的开关处于合闸状态,检修时两两互为热备用;检修QF时,可不停电;可靠性高,运行操作方便。
缺点:
增加了一台旁路断路器的投资。
3)单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线
优点:
可以减少设备,节省投资;同样可靠性高,运行操作方便;
4)双母线接线
优点:
供电可靠,调度方式比较灵活,扩建方便,便于试验。
缺点:
由于220KV电压等级容量大,停电影响范围广,双母线接线方式有一定局限性,而且操作较复杂,对运行人员要求高。
5)双母线带旁路母线的接线
优点:
增加供电可靠性,运行操作方便,避免检修断路器时造成停电,不影响双母线的正常运行。
缺点:
多装了一台断路器,增加投资和占地面积,容易造成误操作。
3.2.2两种接线方案的比较
方案一:
300MW发电机G-1,G-2通过双绕组的变压器与220kv母线连接,220kv电压级出线为5回,采用双母线接线,并且带旁路母线能提高供电的可靠性。
方案二:
有方案一,我们很容易想到110kv母线采用单母线分段带旁路连接,220kv母线采用双母线连接。
3.2.3比较并确定主接线方案
在所实现的目的要求相差不大的情况下,采用最小费用法对拟定的两方案进行经济比较,两方案中的相同部分不参与比较计算,只对相异部分进行计算,计算内容包括投资,年运行费用。
很容易知道当采用单母线分段带旁路的时候,必须多增加较多断路器,这在稳定的可靠性,及经济上都是不具有优势的,因此采用方案一。
接线图如图3-1所示。
图3-1主接线图
4变压器的选择与计算
4.1变压器的选择原则
(1)为节约投资及简化布置,主变压器应选用三相式。
(2)为保证发电机电压出线供电可靠,接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。
在计算通过主变压器的总容量时,至少应考虑5年内负荷的发展需要,并要求:
在发电机电压母线上的负荷为最小时,能将剩余功率送入电力系统;发电机电压母线上最大一台发电机停运时,能满足发电机电压的最大负荷用电需要;因系统经济运行而需限制本厂出力时,亦应满足发电机电压的最大负荷用电。
(3)在高、中系统均为中性点直接接地系统的情况下,可考虑采用自耦变压器。
当经常由低、高压侧向中压侧送电或由低压侧向高、中压侧送电时,不宜使用自耦变压器。
(4)对潮流方向不固定的变压器,经计算采用普通变压器不能满足调压要求是,可采用有载调压变压器。
4.2确定变压器台数及容量
根据原始资料,该厂除了本厂的厂用电外,其余向系统输送功率,所以不设发电机母线,发电机与变压器采用单元接线,保证了发电机电压出线的供电可靠,300WM发电机组的主变压器选用两绕组变压器2台。
下表是本设计中发电机的各项参数,根据参数选择变压器的容量。
型号
额定功率(MW)
额定电压(KV)
额定电流(KA)
功率因数()
QFSN-300-2
300
20
10.19
0.85
表4-1发电机参数
发电机G-1、G-2的额定容量为300MW,扣除厂用电后经过变压器的容量为:
经计算后选取变压器如下:
300MW发电机组所选变压器型号为:
SFP-360000/220两台
型号
额定容量(KVA)
额定电压
空载电流(%)
空载损耗(KW)
负载损耗(KW)
阻抗电压(UK%)
高压(KV)
中压(KV)
低压(KV)
SFP7-360000/220
360000
18
0.28
190
860
14.3
SFF7-40000/18
400000/2×20000
6.3-6.3
0.8
30
225.3
全穿越
半穿越
系数
9.5
15.3
3.74
SFPFZI-40000/220
40000
6.3
1.2
57.2
165.4
21.15
表3-2所选变压器型号及其参数
变压器的连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接方式只有Y型和△型,高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。
三相变压器的一组相绕组或连接成三相组的三相变压器的相同电压的绕组连接成星型、三角型,对高压绕组分别以字母Y、D表示,对中压或低压绕组分别以字母y、d表示。
如果星型连接的中性点是引出的,则分别以YN、ZN表示,带有星三角变换绕组的变压器,应在两个变换间以“-”隔开。
我国110KV以上电压,变压器的绕组都采用Y连接。
35KV以下电压,变压器绕组都采用△连接。
因此本设计采用△连接。
5短路计算
5.1短路电流计算接线图及其等值电路
首先画出短路电流计算接线图及其等值电路,分别为图5-1,图5-2所示。
图5-1短路电流计算图
图5-2短路电流等值电路
5.2标幺值的计算
取基准容量为SB=100MVA,基准电压UB取用平均电压,即UB=Uav。
根据所选择的联络变压器的相关参数,可计算出其各绕组的等值电抗标幺值:
X1=(X1-2+X1-3-X2-3)/2=(0.0607+0.0258-0.0410)/2=0.0228
X2=(X1-2+X2-3-X1-3)/2=(0.0607+0.0410-0.0258)/2=0.0380
X3=(X2-3+X1-3-X1-2)/2=(0.0410+0.0258-0.0607)/2=0.0031
各元件的等值电抗标幺值见图2.2。
计算各发电机的额定容量:
SG1=SG2=200/0.85MVA=235MVA
5.3短路电流计算
由于三相短路故障最为严重,故只计算三相短路情况。
(1)短路点d1
d1短路时等值电路图如图4.3。
图4.3d1短路时等值电路图
短路点的额定电压为220KV,取基准电压为230KV。
基准电流IB=SB/UB=100/(×230)KA=0.25KA
再算系统电抗及系统的短路容量:
X10=(X1+X3)//(X2+X4)=0.058
X11=(X5+X6)//(X7+X8)=0.0304
2台发电机组对短路点d1的转移电抗为:
Xk=X10//X11=0.0199
Sk=SB/Xk=100MVA/0.0199=5025.13MVA
Sc=10000MVA-5025.13MVA=4974.87MVA
可求得系统电抗为:
X9=SB/SC=100/4974.87=0.0201
发电机G1,G2对短路点的计算电抗为
Xjs10=0.058×235×2/100=0.2726
其分支额定电流为IN=SN/UB=235×2(×230)KA=1.18KA
系统C对短路点的计算电抗为Xjs9=0.0201
其分支额定电流为IN=SN/UB=100(×230)KA=0.25KA
220KV侧各个回路的最大工作电流
(1)出线回路
IN1=1000/(10UN)=0.308KA
IMAX1=1.05IN1N=0.324KA
(2)母线侧
IN2=1000/(UN)=420/(*220*0.85)=3.082KA
IMAX1=1.05IN2=3.236KA
(3)双绕组变压器回路
IN3=300/(UN)=0.926KA
IMAX3=1.05IN3=0.973KA
(4)三绕组变压器回路
IN4=200/(UN)=200/(*220*0.85)=0.6175KA
IMAX4=1.05IN4=0.6484KA
5.4按短路条件进行校验
电气设备按短路故障情况进行校验,就是要按最大可能的短路故障(通常为三相短路故障)时的动、热稳定度进行校验。
但有熔断器和有熔断器保护的电器和导体(如电压互感器等),以及架空线路,一般不必考虑动稳定度、热稳定度的校验,对电缆,也不必进行动稳定度的校验。
在电力系统中尽管各种电气设备的作用不一样,但选择的要求和条件有诸多是相同的。
为保证设备安全、可靠的运行,各种设备均按正常工作的条件下的额定电压和额定电流选择,并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。
(1)热稳定校验
校验电气设备的热稳定性,就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下,其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。
如果满足这一条件,则选出的电气设备符合热稳定的要求。
作热稳定校验时,已通过电气设备的三项短路电流为依据,工程计算中常用下式校验所选的电气设备是否满足热稳定的要求,即:
式中,——三相短路电流周期分量的稳定值(KA);
——等值时间(亦称假想时间s);
——制造厂规定的在ts内电器的热稳定电流(KA);t为与Ith相对应的时间(s)。
短路计算时间。
校验短路热稳定的短路计算时间应为继电保护动作时间top和断路器全开断时间toc之和,即
式中,——保护动作时间,主要有主保护动作时间和后备保护动作时间,当为主保护动作时间时一般取0.05s;当为后备保护时间时一般取2.5s;
——断路器全开断时间(包括固有分闸时间和燃弧时间)。
如果缺乏断路器分闸时间数据,对快速及中速动作的断路器,取toc=0.1-0.5s,对低速动作的断路器,取toc=0.2s。
校验导体和110KV以下电缆的短路热稳定性时,所用的计算时间,一般采用主保护的动作时间加上相应地断路器的全分闸时间.如主保护有死区时,则应采用能对该死区起作用的后备保护的动作时间,并采用相应处的短路电流值。
校验电器和110KV以上冲油电缆的短路电流计算时间,一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。
(2)动稳定校验
当电气设备中有短路电流通过时,将产生很大的电动力,可能对电气设生严重的破坏作用。
因此,各制造厂所生产的电器,都用最大允许的电流的值imax或最大有效值Imax表示其电动力稳定的程度,它表明电器通过上述电流时,不至因电动力的作用而损害。
满足动态稳定的条件为
ish≤imax或Ish≤Imax
式中ish及Ish——三相短路时的冲击电流及最大有效值电流。
电气设备的选择除了要满足上述技术数据要求外,尚应根据工程的自然环境、位置(气候条件、厌恶、化学污染、海拔高度、地震等)、电气主接线极短路电流水平、配电装置的布置及工程建设标准等因素考虑。
5.5主要电气设备的选择
一、隔离开关的选择
隔离开关是电力系统中应用最多的一种高压电器,它的主要功能是:
建立明显的绝缘间隙,保证线路或电气设备修理时人身安全;转换线路、增加线路连接的灵活性。
在电网运行情况下,为了保证检修工作电安全进行,除了使工作点与带电部分隔离外,还必须采取检修接地措施防止意外带电。
为此,要求在高压配电装置的母线侧和线路侧装设带专门接地刀闸的隔离开关,以便在检修母线或线路断路器时,使之可靠接地。
这种带接地刀闸的隔离开关的工作方式为:
正常运行时,主刀闸闭合,接地刀闸断开;检修时,主刀闸断开,接地刀闸闭合。
这种工作方式由操作机构之间具有机械闭锁的装置来实现。
1.隔离开关的配置
(1)中小型发电机出口一般应装设隔离开关;容量为200MW及以上大机组与双绕组变压器的单元连接时,其出口不装设隔离开关,但应有可拆连接点。
(2)在出线上装设电抗器的6~10KV配电装置中,当向不同用户供电的两回线共用一台断路器和一组电抗器时,每回线上应各装设一组出线隔离开关。
(3)接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。
(4)一台半断路器接线中,视发变电工程的具体情况,进出线可装设隔离开关也可不装设隔离开关。
(5)断路器的两侧均应配置隔离开关,以便在断路器检修时隔离电源。
(6)中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地;自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。
原则:
①
②
2.220KV侧隔离开关的选择
出线回路最大工作持续电流:
IN1=1000/(10UN)=0.308KA
IMAX1=1.05IN1N=0.324KA
UNs=1.1×220KV=242KV
UNUNs
拟选型号为GW4—220/2500系列隔离开关,参数如表5-3所示。
表5-3GW4—220/2500系列隔离开关技术数据
额定工作
电压(KV)
额定电流(A)
4s热稳定电流(KA)
额定动稳定电流峰值(KA)
额定频率
(HZ)
220
3200
50
125
50
GW4—220W系列隔离开关是三相交流50HZ高压开关设备,供在有电压五负载的情况下,断开或闭合线路之用。
该系列隔离开关的主刀闸和接地刀闸可分配各类电动型或手动型操作机构进行三相联动操作,主刀闸和接地刀闸有机械连锁装置。
二、断路器的选择
断路器是在电力系统正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正常工作电流及开断故障电流的设备。
SF6断路器和真空断路器目前应用广泛,少油断路器因其成本低,结构简单,依然被广泛应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中,压缩空气断路器和多油断路器已基本淘汰。
由于SF6气体的电气性能好,所以SF6断路器的断口电压较高。
在电压等级相同、开断电流和其他性能相接近的情况下,SF6断路器比少油断路器串联断口数要少,可是制造、安装、调试和运行比较方便和经济。
SF6断路器的特点是:
(1)灭弧能力强,介质强度高,单元灭弧室的工作电压高,开断电流大然后时间短;
(2)开断电容电流或电感电流时,无重燃,过电压低;
(3)电气寿命长,检修周期长,适于频繁操作;
(4)操作功小,机械特性稳定,操作噪音小。
原则:
①
②
1.220KV侧断路器的选择
(1)出线回路
最大工作持续电流:
IN1=1000/(10UN)=0.308KA
IMAX1=1.05IN1=0.324KA
UNs=1.1×220KV=242KV
UNUNs
拟选型号为LW2—220系列六氟化硫断路器,参数如表5-1所示。
表5-1LW2—220系列六氟化硫断路器技术数据
额定工作电压(KV)
最高工作电压(KV)
额定电L流(A)
3s热稳定电流(KA)
额定动稳定电流峰值(KA)
固有分闸
时间(S)
额定频率
(HZ)
220
252
2500
40
125
0.03
50
三、电压互感器的选择
电压互感器的配置原则是应满足测量、保护、同期和自动装置的要求;保证在运行方式改变时,保护装置不失压、同期点两侧都能方便的取压。
通常如下配置:
(1)母线6—220KV电压级的每组母线的三相上应装设电压互感器,旁母线则视各回路出线外侧装设电压互感器的需要而定。
(2)线路当需要坚实和检测线路断路器外侧有无电压,共同期和自动重合闸使用,该侧装一台单相电压互感器。
(3)发电机一般在出口处装两组。
一组(△/Y)用于自动重合闸。
一组供测量仪表、同期和继电保护使用。
各种互感器的使用范围
(1)6—220KV配电装置一般采用油浸绝缘结构;在高压开关柜或在布置地位狭窄的地方,可采用树脂胶柱绝缘结构。
(2)35—110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器
(3)220KV以上配电装置,当容量和准确登记满足要求时,一般采用电容式电压互感器。
(4)接在110KV及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。
1.220KV母线侧
拟选型号为JCC5-220系列电压互感器,具体参数如表5-7所示。
型号含义:
J——电压互感器
C——串级绝缘
C——瓷箱式
220/——额定电压
油浸式电压互感器为串级式全密封结构,由金属膨胀器、套管、器身、基座及其他部件组成。
铁心采用优质硅钢片加工而成,叠成口字形,铁心上柱套有平衡绕组、一次绕组,下柱套有平衡绕组、一次绕组、测量绕组、保护绕组及剩余电压绕组,器身经真空处理后由低介质损耗绝缘材料固定在用钢板焊成的基座上,装在充满变压器油的瓷箱内。
四、电流互感器的选择
电流互感器(简称CT)将高压电流和低压大电流变成电压较低的小电流,供给仪表和继电保护装置,並将仪表和保护装置与高压电器隔开(电流互感器的二次侧额定电流一般为5A),这使得测量仪表和继电保护装置使用安全、方便、也使其在制造上可以标准化,简化了制造工艺並降低了成本。
因此,电流互感器在电力系统中得到了广泛的应用。
也是电力系统中的重要设备。
电流互感器的特点是:
(1)一次线圈串联在电路中,并且匝数很少,因此,一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流.而与二次电流无关;
(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小,所以正常情况下,电流互感器在近于短路状态下运行。
电流互感器一、二次额定电流之比,称为电流互感器的额定互感比:
kn=I1n/I2n因为一次线圈额定电流I1n己标准化,二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安,所以电流互感器额定互感比亦已标准化。
kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比,即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2为一、二线圈的匝数。
电流互感器出线一般设三组,主要是管保护,测量,计量。
若只有两组,那么测量和计量可以串联。
若只用一组互感器,线路不配差动保护。
差动是专门保护变压器的。
高压后备电路一般也出三组,管普通过流保护,差动保护,测量。
低压后备电路一般也出三组,
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