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广东工业大学本科毕业设计(论文)4×200MW火力发电厂电气部分设计系部机械电气学部专业电气工程及其自动化毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意作者签名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明本人完全了解XX大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容作者签名 日 期 摘要本设计主要4×200MW火力发电厂电气部分设计包括电气主接线设计;发电机与变压器的连接形式选择;发电厂厂用电设计;主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择;220kV高压配电装置配置原则;短路电流计算和部分高压电气设备的选择与校验;发电机与变压器保护配置,按照设计规范与规定完成上述设计工作关键词发电厂;电气一次部分;短路计算;电气设备选择AbstractThisdesigntakesElectricaldesignof4×200MWpowerplantincludingthemainelectricalwiringdesign;choiceofgeneratorsandtransformersconnectingform;auxiliary-partdesign;choiceofmaintransformerstart/back-uptransformersandhighvoltagetransformerfactorycapacitycalculationnumberandtype;configurationrulesof220kVhigh-voltagepowerdistributiondevice;short-circuitcurrentcalculationandhigh-voltageelectricalequipmentselectionandvalidation;generatorandtransformerprotectionconfigurationinaccordancewithdesignspecificationsandrequirementstocompletethedesignwork.Keywords:powerplant;electricalfirstpart;short-circuitcalculation;selectionofelectricalequipmentsKeywords powerplant;electricalfirstpart;short-circuitcalculation;selectionofelectricalequipments目录TOC\o1-3\h\z\u1绪论
11.1概述
11.2毕业设计主要内容
11.
2.1电力系统情况
11.
2.2待设计火力发电情况
21.
2.3设计内容22发电厂电气主接线
52.1概述
52.2电气主接线的确定与验证
52.
2.1电气主接线的设计原则
52.
2.1电气主接线的初步方案
62.
3.1有关设计原则
82.
3.2本厂发电机与变压器之间的连接93发电厂用电设计
123.1厂用电设计的要求
123.
1.1厂用负荷分类
123.
1.2基本要求
123.
2.2本厂厂用电主接线设计说明144短路计算
184.1短路计算的目的
184.2短路计算的一般规定
184.
1.1短路计算的一般规定
184.
1.2系统简化
194.
1.3本厂等值电路图中短路点的选取225部分电气设备的选择与校验
325.1电气设备选择的一般原则
325.
1.1选择电气一次设备遵循的条件
325.
1.2按正常工作条件选择
325.
1.3按短路条件进行校验
345.2220kv电气设备选择与验算
365.
2.1设备及导体选择所需数据
365.
2.2设备选择
375.
28、9号发电机出口设备选择
415.3避雷器的选择416继电保护装置436程序设计
436.1发电机继电保护装置
436.2电力变压器的机电保护装置44结论47参考文献48致谢491绪论
1.1概述由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)转化成电能,再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心由于电源点与负荷中心多数处于不同地区,也无法大量储存,电能生产必须时刻保持与消费平衡因此,电能的集中开发与分散使用,以及电能的连续供应与负荷的随机变化,就制约了电力系统的结构和运行据此,电力系统要实现其功能,就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统,以便对电能的生产和输送过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度,确保用户获得安全、经济、优质的电能电能是一种清洁的二次能源由于电能不仅便于输送和分配,易于转换为其它的能源,而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化因此,电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面绝大多数电能都由电力系统中的发电厂提供,电力工业已成为我国实现现代化的基础,得到迅猛发展目前工业用电量已占全部用电量的50~70%,是电力系统的最大电能用户,供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配电力系统的出现,使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用,推动了社会生产各个领域的变化,开创了电力时代,发生了第二次技术革命电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一
1.2毕业设计主要内容
1.
2.1电力系统情况待设计火电厂所在电力系统详细情况,见图1-1�待设计发电厂80KM110KM70KM90KM160KM140KM
(1)火力发电厂汽轮发电机3×QFS-300-2装机容量900MW,3台机组其中QFS-300-2:300MW,2极cos=
0.83,d=
16.7%变压器3×SFPL-360/220,3台,360MVA,220kV,Uk%=
14.6
(2)水力发电厂水轮发电机TSS1264/160-48,300MW,cos=
0.875,d=28%变压器4×SFPL-360/220,4台,360MVA,220kV,Uk%=
14.
61.
2.2待设计火力发电情况该电厂机组总容量为4×200MW,生产的电力除厂用电外,全部通过4回220kV输电线路输送到电力系统中该厂为大型煤矿区内的坑口发电厂,所用燃料由煤矿直接供给厂区地势平坦,地质条件较好,属于五级地震区,有公路、铁路通往矿区,交通方便厂址附近有河流通过,并有水库,水源充足冻土层厚1m,覆冰厚度7mm,最大风速25m/s,年平均温度5℃,最高温度35℃,最低温度-35℃多年平均降水量400mm,年最大降水量760mm,最小降水量300mm,多年平均蒸发量为1510mm,积雪深180mm主导风向全年为东南风,冬季为西北风,夏季为偏南风
1.
2.3设计内容
(1)发电厂电气主接线设计
(2)发电厂厂用电接线设计
(3)220kV配电装置的设计
(4)短路电流计算和电气设备选择
(5)200MW机组继电保护及自动装置的规划设计基本步骤
(1)主接线的设计发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、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
(2)主变压器、发电机-变压器连接形式的选择发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》的规定“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过650C的条件进行选择”
(3)短路电流的计算短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目,它涉及接线方式及设备选择工程要求系统调度或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的综合阻抗值,由电气专业负责计算进行短路计算的目的是为了减低短路的危害和缩小故障的影响范围三相短路是危害最严重的短路形式,因此,三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依据
(4)电气设备的选择选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等,选用设备的型号正确的选择电气设备的目的是为了事导体和电器无论在正常情况或故障情况下,均能安全、经济、合理的运行在进行设备选择时,应根据工程实际情况、在保证安全、可靠的前提下,积极而稳妥的采取新技术,并注意节约投资,选择合适的电气设备
(5)主变压器继电保护的设计继电保护是保证系统安全和设备可靠运行的关键装置之一当电力系统和设备发生故障时,继电保护应准确、可靠快速的切出故障,保证系统和设备的安全发供电,并能保证其他设备的正常继续运行为防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失以及保证电力系统安全连续运行,变压器应设置相应的保护2发电厂电气主接线
2.1概述电气主接线也称为电气主系统或电气一次接线,它是由电气一次设备按电力生产的顺序和功能要求连接而成的接受和分配电能的电路,是发电厂、变电所电气部分的主体,也是电力系统网路的重要组成部分其反映了发电机、变压器、线路、断路器和隔离开关等有关电气设备的数量、各回路中电气设备的连接关系及发电机、变压器与输电线路、负荷间及怎样的方式连接,直接关系到电力系统运行的可靠性、灵活性和安全性,直接影响发电厂、变电所电气设备选择,配电装置的布置,保护与控制方式和检修的安全与方便性
2.2电气主接线的确定与验证
2.
2.1电气主接线的设计原则电气主接线的设计原则是根据发电厂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
(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,是否影响供电
②线路、断路器、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
2.
2.1电气主接线的初步方案
(1)主接线基本评价1)方案I双母线接线接线图见图2-1,双母线接线的主要优点如下供电可靠,表现为检修任一母线时,可以利用母联把该母线上的全部回路倒换到另一组母线上,不会中断供电这是在进、出线带负荷情况下倒换操作,俗称“热倒”,对各回路的母线隔离开关是“先合后拉”检修任一回路的母线隔离开关时,只需停该回路及与该隔离开关相连的母线任一母线故障时,可将所有连与该母线上的线路和电源倒换到正常母线上,使装置迅速恢复工作这是在故障母线的进、出线没有符合的情况下倒换操作,俗称“冷倒”,对各回路的母线隔离开关是“先拉后合”,否则故障会转移到正常母线上运行方式灵活,可以采用两组母线并列运行方式、两组母线分裂运行方式、一组母线工作,另一组母线备用的运行方式等扩建方便,可向母线的任一端扩建可以完成一些特殊功能例如,必要时,可利用母联断路器与系统并列或解列;当某个回路需要独立工作或进行试验时,可将该回路接到一组母线上进行;当线路需要利用短路方式融冰时,可腾出一组母线作为融冰母线,不致影响其他回路等缺点
①变更运行方式时,都是用各回路母线侧的隔离开关进行道闸操作,操作步骤较为复杂,容易出现误操作
②检修任一回路断路器时,该回路仍需停电或短时停电
③任一母线故障时仍会短时停电,且影响范围较大
④由于增加了大量母线隔离开关和母线长度,双母线的配电装置结构较单母线而言复杂,占地面积大,投资大综上,双母线接线广泛用于对可靠性要求较高,出现回路数较多的6~220KV配电装置中 ����220KV母线#2高压启动备用变#1高压启动备用变#8高厂变#8发电机#9发电机#10发电机#11发电机#9高厂变#10高厂变#11高厂变备用出线I出线II出线III出线IV图2-1方案一双母线接线图2-2方案一双母线接线2)方案II双母线带旁路母线接线双母线带旁路母线接线接线图见图2-2,它是在双母线接线基础上,增设了一组旁路母线及专用旁路断路器回路,需要利用旁路母线不停电检修断路器的各回路,均需装设可接至旁路母线的旁路隔离开关各回路除通过断路器与两组汇流母线连接外,还通过旁路隔离开关与旁路母线相连接双母线带旁母的接线进一步提高双母线接线的可靠性,据我国国情,规定当220kv出线在4回及以上、110kV出线在6回及以上时候,宜采用有专用旁路断路器的旁路母线接线这种接线所用电气设备数量较多,配电装置也较为复杂,占地面积较大,经济性较差,但是被广泛用于国内火力发电厂综上介绍,虽然双母线具有相当的可靠性、灵活性,可是考虑到双母线带旁路母线的投资较双母线接线要大许多,多增加多了一条母线的投资成本,以及六台断路器而双母线接线也能满足火电厂的运行的要求,而且经济性上前者亦优,故方案最终确定为方案I,双母线接线
2.
3.1有关设计原则
(1)技术经济合理时,容量为200MW及以上的机组可采用发电机—变压器—线路组的单元接线
(2)容量为125MW及以下的发电机与双绕组变压器为单元连接时,在发电机与变压器之间不宜装设断路器;发电机与三绕组变压器或自耦变压器为单元连接时,在发电机与变压器之间宜装设断路器和隔离开关,厂用分支线应接在变压器与该断路器之间容量为200MW~300MW的发电机与双绕组变压器为单元连接时,在发电机与变压器之间不应装设断路器、负荷开关或隔离开关,但应有可拆连接点技术经济合理时,容量为600MW机组的发电机出口可装设断路器或负荷开关,此时,主变压器或高压厂用工作变压器应采用有载调压方式当两台发电机与一台变压器作扩大单元连接或两组发电机双绕组变压器组作联合单元连接时,在发电机与变压器之间应装设断路器和隔离开关
(3)容量为200MW及以上发电机的引出线、厂用分支线以及电压互感器与避雷器等回路的引下线应采用全连式分相封闭母线
(4)发电机变压器组的高压侧断路器不宜接入旁路母线
2.
3.2本厂发电机与变压器之间的连接
2.
3.
2.1发电机的选型汽轮发电机由汽轮机直接耦合传动励磁机是向汽轮发电机提供励磁的设备
(1)冷却方式采用的冷却方式,定子绕组和转子有空冷、水内冷和氢冷等在转子氢内冷系统中,又有轴向通风等多种方式
(2)励磁方式发电机容量在100MW以上的普遍采用同轴交流励磁机经静止半导体整流励磁方式
(3)选择型号QFQS-200-2型号含义2——2极;200——额定容量;Q——氢内冷;F——发电机;Q——汽轮机;S——水内冷
(4)QFQS-200-2型汽轮发电机主要参数发电机主要参数见表2-1表2-1QFQS-200-2型汽轮发电机主要参数视在功率(MVA)有功功率(MW)电压(V)电流(A)功率因数cos
2352001575086250.85本次设计题目为4×200MW的火力发电厂电气部分的设计由于容量分别为4×200MW,UN=
10.5KV,所以可以选取的发电机台数有四台考虑到汽轮机的最大连续进汽量工况出力系制造厂为补偿制造偏差和汽轮机等老化所留的余度,也即汽轮机不宜在此工况下长期连续运行,所以,发电机的最大连续出力在功率因数和氢压为额定值时与汽轮机的最大连续出力配合即可
2.
3.
2.2变压器的选型发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》的规定“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过650C的条件进行选择”根据接线方式,本厂选用四台容量相等双绕组变压器,单机容量为200MW,为了以后扩建的可能和电压等级的变动,高低压之间采用自耦变压器为系统之间联络变压器,发电机与变压器为单元接线时,主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择对于中、小型发电厂应按下列原则选择
(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)在发电厂有两种升高电压的情况下,当机组容量为125MW及以下时,从经济上考虑,一般采用三绕组变压器,但每个绕组的通过功率应达该变压器容量的15%以上三绕组变压器一般不超过两台
(4)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
(5)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所以选择的型号为SFP9-240000的三相自耦变压器根据主接线和设计要求,需用四台型号为SFP9-240000/220的三相自耦主变压器其参数见表2-2型号变比容量KVA短路电压%绕组形式台数相数SFP9------240000220/
15.7524000013%Ynd11四三备注变压器中性点全部接地表2-2根据所选电气主接线,本厂采用发电机-三相自耦变压器单元接线,发电机和变压器容量配套3发电厂用电设计
3.1厂用电设计的要求
3.
1.1厂用负荷分类按其负荷的重要性一般分为以下四类事故保安负荷在事故停机过程中及停机后的一段时间内,仍应保证供电,否则可能引起主要设备损坏、重要的自动装置控制失灵或危及人身安全的负荷,称为事故保安负荷根据对电源要求不同,又可分下列三种
①直流保安负荷由蓄电池组供电,如发电机组的直流润滑油泵等
②直流不停电保安负荷一般由接于蓄电池组的逆变装置供电,如实时控制用电子计算机
③允许短时停电的交流保安负荷平时由交流厂用电供电,失去厂用工作电源时,交流保安电源应自动投入,如200MW及以上机组的盘车电动机Ⅰ类负荷短时(手动切换恢复供电所需时间)的停电可能影响人身或设备安全,使生产停顿或发电量大量下降的负荷如给水泵、凝结水泵等对Ⅰ类负荷,必须保证自起动,并应由有2个独立电源的母线供电,当一个电源失去后,另一个电源应立即自动投入Ⅱ类负荷允许短时停电,但停电时间过长,有可能损坏设备或影响正常生产的负荷如工业水泵、输水泵等对Ⅱ类负荷,应由有2个独立电源的母线供电,一般采用手动切换Ⅲ类负荷长时间停电不会直接影响生产的负荷如中央修配厂、实验室等的用电设备对Ⅲ类负荷,一般由1个电源供电
3.
1.2基本要求
(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)厂用电电压对于火电厂当容量在100MW到300MW时,高压厂用电一般采用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系统应采用单母线锅炉容量为130~220T/H时,一般每炉由一段母线供电;容量为400T/H及以上时,每炉由两段母线供电,并将两套辅机电动机分接在两段母线上,两段母线可由同一台厂用变压器供电;容量为65T/H时,两台锅炉可合用一段母线低压厂用电系统应采用单母线接线当锅炉容量在220T/H及以下,且接有机炉的Ⅰ类负荷时,一般按机炉对应分段,并用刀开关将母线分为两个半段;锅炉容量在400T/H及以上时,每台机炉一般由两段母线供电当公用负荷较多、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)厂用工作电源高压厂用工作电源一般采用下列引接方式
①当有发电机电压母线时,由各段母线引接,供给接在该段母线上的机组的厂用负荷
②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发电机容量为125MW及以下时,一般在厂用分支线上装设断路器若断路器开断容量不够时,也可采用能满足动稳定要求的负荷开关、隔离开关或连接片等方式大容量200MW发电机组,厂用分支采用分相封闭`母线,在该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
(5)厂用备用或起动电源高压厂用备用或起动电源一般采用下列引接方式
①当无发电机电压母线时,一般由高压母线中电源可靠的最低一级电压引接,或由联络变压器的低压绕组引接,并应保证在发电厂全停的情况下,能从电力系统取得足够的电源
②当有发电机电压母线时,一般由该母线引接1个备用电源
③当技术经济合理时,可由外部电网引接专用线路作为高压厂用备用或起动电源
(6)交流事故保安电源200MW及以上发电机组应设置交流事故保安电源,当厂用工作和备用电源消失时,应自动投入,保证交流保安负荷的起动,并对其持续供电
(7)于200MW机组,各机组的厂用电系统应是独立的,一台故障的停运或辅机的电气故障,不应影响到另一台机组的正常运行,并能在短路时间内恢复本机组的运行
3.
2.2本厂厂用电主接线设计说明本厂为200MW发电机组,发电机与主变压器采用单元接线,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四台发电机组,选择四台厂用电主变压器,并且配备两台高压启动/备用变,8#备用变供8#、9#发电机备用,9#备用变供10#、11#发电机备用由220KV系统接入厂用,高压厂用电压采用6KV,低压厂用采用380/220V的三相四线制系统厂用分支采用分相封闭母线,在该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,200MW发电机组应装设交流事故保安电源G8,G9厂用电主接线图(见图3-1),6KV厂用负荷分配及高压厂用工作变压器容量选择统计表(见表3-1)表3-1序号设备名称额定容量(kW)8#高压厂用变压器6kV8A段6kV8B段重复容量(kW)台数容量(kW)台数容量(kW)1给水泵520015200152002凝结水泵400140014004003循环水泵160011600116001600以上合计P17200720020004送风机140011400114005排粉机450290029006碎煤机355135513557灰渣泵570157015708冲灰泵220122012209磨煤机800216002160010引风机1400/7001140011400以上合计P2(kW)64456445S2=
0.85P2(kVA)
5478.
255478.2511备励马达10001100012化学水变800180013除尘变10001100011000100014低压厂变10001100011000100015输煤变6301630163063016生活变12501125017钢球变5001500150050018备用变125011250以上合计P3(kVA)
538051801.1(S1+S2)+S3(kVA)19326191265330高压绕组负荷∑S-Shr33122选择分裂绕组变压器(kVA)40000/25000-25000序号设备名称额定容量(kW)9#高压厂用变压器6kV9A段6kV9B段重复容量(kw)台数容量(kW)台数容量(kW)1给水泵520015200152002凝结水泵400140014004003循环水泵160011600116001600以上合计P17200720020004送风机140011400114005排粉机450290029006碎煤机3557灰渣泵570157015708冲灰泵22012209磨煤机800216002160010引风机1400/70011400以上合计P2(kW)46905870S2=
0.85P2(kVA)
3986.
54989.511备励马达100012化学水变800180013除尘变10001100014低压厂变10001100011000100015输煤变6301630163063016生活变125017钢球变50018备用变1250以上合计P3(kVA)
1630343016301.1(S1+S2)+S3(kVA)
1393516838.53830高压绕组负荷∑S-Shr
26943.5选择分裂绕组变压器(kVA)40000/25000-250004短路计算
4.1短路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例如计算某一时刻的短路电流有效值,用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值;计算短路后较长时间短路电流有效值,用以校验设备的热稳定;计算短路电流冲击值,用以校验设备动稳定
(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
4.2短路计算的一般规定
4.
1.1短路计算的一般规定
(1)验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流,应按本工程设计容量计算,并考虑电力系统的远景发展规划(一般为本期工程建成后5~10年)确定短路电流时,硬干可能发生最大短路电流的正常接线方式,而不应按尽在切换过程中可能并列运行的接线方式
(2)在电气连接的网络中,选择导体和电器用的短路电流,应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响
(3)选择导体和电器时,对不带电抗器回路的计算短路点,应选择在正常接线方式时候短路电流为最大的地点对带电抗器的6~10kV出线与厂用分支回路,除其母线与母线隔离开关之间隔离板前的引线和套管的计算短路硬选择在电抗器前外,其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后
(4)导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流,一般按三相短路验算若发电机出口的两相短路,或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时,应按严重情况计算
4.
1.2系统简化待设计火电厂所在系统的系统图如下图4-1所示待设计发电厂3*QFS-300-2P=300MWcosΦ=
0.83Xd´´=
16.7%SFPL-360/220360MVA220kVUk%=
14.6TSS1264/160-4830MWCosΦ=
0.875Xd´´=28%SFPL-360/220360MVA220kVUk%=
14.6已建成的火电厂220kVL2300kmL4150kmL5200km已建成的水电厂根据所给系统各元件参数,计算各元件等值阻抗后得到系统等值阻抗图,如图4-2所示系统参数计算(取)
(1)已建成火电厂参数PG=300MW,cosφ=
0.83,X’’d=
16.7%,XG=d
0.83100/300=
0.462其主变SFPL-360/220,360MVA,220kV,Uk%=
14.6,XT=Uk%Sb/100SN=
0.0406X∑1=XG+XT/3=
0.0289
(2)已建成水电厂参数TTSS1264/160-48,300MW,cosφ=
0.875,d=28%,XG=
0.0817其主变SFPL-360/220,360MVA,220kV,Uk%=
14.6,XT=Uk%Sb/100SN=
0.0406X∑2=XG+XT=
0.1223
(3)线路参数归算L2X2=
0.4×300×100/2302=
0.227L4X4=
0.4×150×100/2302=
0.113L5X5=
0.4×200×100/2302=
0.151#0;#0;220kV待设计发电厂E1E2图4-2系统等值电路系统△变星型连接,系统化简后如图4-3所示,则#0;#0;待设计发电厂E1E2图4-3△变Y化简X6=X2X4/X2+X4+X5=
0.0522X7=X2X5/X2+X4+X5=
0.0699X8=X5X4/X2+X4+X5=
0.0348X9=X1+X6//X3+X7+X8=
0.0918最终化简如图4-4所示�G8G9T6T7T2T3T4T5G11G10ST8T9T10T11图4-4电力系统简化图电力系统网络化简完毕之后,结合给出的本厂各元件型号,参数计算列表见表5-1表4-1各设备元件参数符号名称型号参数Sb=100MVA参数G8,G9,G10,G11汽轮发电机QFQS-200-2SN=235MVAUN=
15.75kVIN=8625Acosφ=
0.85X’’d=
16.5%X2=
17.42%R=
2.288×10-3ΩXN==
1.05ΩTa=80X’’d=
16.5%*=
0.0701X1=
0.07413R=
9.2373×10-4T9,T11主变压器SFPL-240000/220SN=240MVAUN=231/
15.75kVIN=
599.8/
8797.72AUK%=13%Rh=
0.2117ΩRL=
1.6×10-3ΩR∑=
2.584×10-3ΩXN=
1.0336ΩTa=56Xk=
0.0542X2=
0.0542R∑=
9.679×10-4T2,T3,T4,T5高压厂用变压器SFPL-40000/25000-25000UN=
15.75/
6.3-
6.3KvSN=40MVA半穿越电抗Xd1-2’=Xd1-2’’=17%Xd1-2’=Xd1-2’’=
0.425T6,T7启动/备用变压器SFPL-40000/25000-25000UN=231/
6.3-
6.3KvSN=40MVA半穿越电抗Xd1-2’=Xd1-2’’=
18.5%Xd1-2’=Xd1-2’’=
0.
46254.
1.3本厂等值电路图中短路点的选取根据本厂主接线的特点,厂用变压器和备用变压器等值电抗的不同,以及选择设备的要求,选择六个短路点作为短路计算的短路点,这六个短路点位置见图5-5
(1)k1在220KV母线上
(2)k2在8#发电机的出口
(3)k3在8#高压厂用变压器的低压侧
(4)k4在2#高压启动/备用变压器的低压侧#0;#0;Systemk1k2k3k4图4-5发电厂等值电路图
4.
1.
3.1220kV母线(k1点)短路计算等值电路化简如图4-6所示#0;#0;SystemSystemk1G9G10G11G8//G9G10//G11k1
(1)系统供给短路电流支路基准电流Ib==100//230=
0.251kA;计算电抗Xcalc=
0.0918I’’Z1=I1Z
0.01=I1Z
0.1=I1Z
0.2=I1Z2=I1Z4==
0.251/
0.0918=
2.7342kA(4-1)冲击电流(Ta=15,t=
0.01s)ich1=(Iz
0.01+I’’z)=
7.003kA(4-2)
(2)G8,G9供给短路电流支路基准容量Sb=2PN/cos=2*200/
0.85=
470.59MVA基准电流Ib==
470.59//230=
1.181kAXcalc=X10Sb/100=
0.0625*
470.59/100=
0.294支路时间常数Ta=X∑/R∑=(
0.07413+
0.0542)/(
9.2373+
9.679)/10-4=
67.8(4-3)注发电机电抗取负序电抗以Xcalc=
0.294查表的各时刻短路电流周期分量I’’Z3=
3.608Ib=
4.26kAI3Z
0.01=
3.5867Ib=
4.24KaI3Z
0.1=
3.1389Ib=
3.71kAI3Z
0.2=
2.8312Ib=
3.34kAI3Z2=
2.3765Ib=
2.807kAI3Z4=
2.3563Ib=
2.783kA冲击电流(Ta=
67.8,t=
0.01s)ich=(Iz
0.01+I’’z)=
11.748kAG10//G11与G8//G9对称,参数相同,则k1点合成短路电流I’’z=
11.2142kA;ich=
30.499kA
4.
1.
3.2发电机端短路(k2)系统等值变换如图4-7所示#0;#0;SystemG8G9G10G11k2G8SystemG9G10G11k2∑Y法等效∑Y=1/X13+1/X14+1/X15+1/X1+1/X2=
53.48C=X2∑Y=
2.899各支路电抗X1k=CX1=
0.266;X13k=CX13=
0.36=X14k=X15kX3k=CX3=
0.203计算周期电流及冲击电流
(1)系统所提供短路电流Ub=
15.75kV,计算电抗Xcalc=X1k=
0.266Ib=Ib==
3.666kA∑Y法等效∑Y=1/X13+1/X14+1/X15+1/X1+1/X2=
53.48C=X2∑Y=
2.899各支路电抗X1k=CX1=
0.266;X13k=CX13=
0.36=X14k=X15kX3k=CX3=
0.203计算周期电流及冲击电流
(1)系统所提供短路电流Ub=
15.75kV,计算电抗Xcalc=X1k=
0.266Ib=Ib==
3.666kA各时刻短路周期分量I’’Z1=I1Z
0.01=I1Z
0.1=I1Z
0.2=I1Z2=I1Z4==
3.666/
0.266=
13.78kA冲击电流(Ta=15,t=
0.01)ich=(Iz
0.01+I’’z)=
35.29kA
(2)G8所提供短路电流(Ub=
15.75kV)计算电抗Xcalc=
0.203*235/100=
0.477基准电流Ib==
8.614kA以Xcalc=
0.447查表,对应各时刻电流值I’’Z=
2.21785Ib=
19.105kAIZ
0.01=
2.7937Ib=
18.89kAIZ
0.1=
2.0123Ib=
17.334kAIZ
0.2=
1.88965Ib=
16.277kAIZ2=
1.927Ib=
16.599kAIZ4=
2.062Ib=
17.76kA冲击电流(Ta=
80.25,t=
0.01)ich=(Iz
0.01+I’’z)=
52.696kA
(3)G9所提供短路电流(Ub=
15.75kV)Xcalc=
0.36*235/100=
0.846Ib=
8.614kA以Xcalc=
0.846查表,各时刻电流值I’’Z=
1.299227Ib=
11.192kAIZ
0.01=
1.289272Ib=
11.106kAIZ
0.1=
1.221Ib=
10.521kAIZ
0.2=
1.423Ib=
12.254kAIZ4=
1.472Ib=
12.679kA时间常数Ta=∑X/∑R=
63.8冲击电流(Ta=
63.8,t=
0.01)ich=(Iz
0.01+I’’z)=
30.77kA
(4)G10与G11并联运行时,所提供短路电流Ub=
15.75,Xcalc=
0.5X14kSN/100=
0.423,Ib=
17.23衰减时间常数对于k2点,G10(或G11)向短路点提供短路电流,串联支路的元件为G10(或G11),10(或11)号主变以及8号主变,总参数为∑X=
0.7413+2×
0.0542∑R=(
9.2373+2×
9.679)×10-4Ta=∑X/∑R=
63.8以Xcalc=
0.432查表,各时刻短路电流I’’Z=
0.513Ib=
43.299kA,冲击电流ich=
118.75kAk2点短路电流总值I’’Z=
87.376ich=
237.506kA
4.
1.
3.3高压厂用变压器6kV8A段(k3)短路等值变换如图4-8所示#0;#0;SystemG8G9G10G11k3k3k3(a)(b)(c)图4-8k3点短路等值电路图a→b∑Y1=1/X5+1/X6+1/X71/X1+1/X3=
53.48C1=X3∑Y1=
2.899X12=C1X1=
0.0918×
2.899=
0.266X13=C1G9//G10//G11=
0.1201b→c∑Y2=1/X12+1/X4+1/X13+1/X2=
28.70C2=X2∑Y2=
0.425×
28.70=
12.1975则各支路计算电抗X1k=X12C2=
2.76,X2k=
0.855,X3k=
1.465
(1)系统所提供短路电流(Ta=15,t=
0.01)计算电抗Xcalc=X1k=
2.76,Ub=
6.3kVIb==
9.164kVI’’Z1=I1Z
0.01=I1Z
0.1=I1Z
0.2=I1Z2=I1Z4==
3.32kAich=(Iz
0.01+I’’z)=
8.504kA
(2)G8所提供短路电流(Ta=40,t=
0.01)计算电抗Xcalc=X2kSN/100=
0.855×235/100=
2.009,Ib=
24.54kA以Xcalc=
2.009查表,I’’z=
0.51Ib=
10.98kAich=(Iz
0.01+I’’z)=
29.82kA
(3)G9,G10,G11所提供短路电流(Ta=40,t=
0.01)计算电抗Xcalc=X3k×3SN/100=
10.3283Ib=
64.61kA由于Xcalc3,故各时刻周期分量相等I’’Z1=I1Z
0.01=I1Z
0.1=I1Z
0.2=I1Z2=I1Z4==
64.61/
10.328=
6.256kAich=(Iz
0.01+I’’z)=
17.03kA
(4)电动机反馈电流计算
6.3kV8A段连续运行时电动机总容量为7200+6445+1000=14645kW,UNM=6kV,ηMcos=
0.85,电动机启动电流平均倍数Kqm=6电动机反馈电流周期分量起始有效值I’’M=Kqm=6×14645//
6.3/
0.85×10-3=
7.895kA反馈电流冲击值(冲击系数)Kchk=
1.7ich=(
1.1KchkI’’K)=(
1.1×
1.7×
7.895)=
20.878kAk3点短路总电流值I’’z=
28.451,ich=
76.232kA
4.
1.
3.4启动/备用变压器6kV段(k4)短路#0;#0;Systemk4Systemk4G8G9G10G11G8//G9G10//G11图4-9k4点短路等值电路图G8,G9合并为一条支路,G10,G11合并为一支路,系统化简如图5-9所示,∑Y=1/X1+1/(X2+X3)+1/(X4+X5)+1/(X6+X7)+1/(X8+X0)+1/X10=
45.43C=X10∑Y=
0.425×
45.43=
19.31X1k=X1C=
4.17,X2k=C[X3+X4//X5+X6]=
2.823=X3k
(1)系统Xcalc=X1k=
4.17,Ib=SN//UN=
9.164kAI’’Z1=I1Z
0.01=I1Z
0.1=I1Z
0.2=I1Z2=I1Z4==
2.198kA冲击电流(Ta=15,t=
0.01)ich=(Iz
0.01+I’’z)=
5.629kA
(2)G8与G9并列运行计算电抗Xcalc=X2k2SN/100=
13.2683Ib=
43.07kAI’’Z1=I1Z
0.01=I1Z
0.1=I1Z
0.2=I1Z2=I1Z4==
3.246kA冲击电流ich=(Iz
0.01+I’’z)=
8.835kA
(3)G10与G11并列运行,结果同上,不计及电动机反馈电流,则k4点短路电流总值为I’’z=
8.69kA,ich=
23.299kA短路计算结果见表4-2表4-2k1~k4点短路计算结果5部分电气设备的选择与校验
5.1电气设备选择的一般原则
5.
1.1选择电气一次设备遵循的条件电气设备的选择是变电所电气设计的主要内容之一,正确的选择电气设备的目的是为了使导体和电器无论在正常情况或故障情况下,均能安全、经济合理的运行在进行设备选择时,应根据工程实际情况,在保证安全、可靠的前提下,积极而稳妥的采用新技术,并注意节约投资,选择合适的电气设备在发电厂和变电所中,采用的电气设备种类很多,其作用和工作条件并不一样,具体选择的方法也不同,但对他们的基本要求都是相同的电气设备的选择的一般要求是
(1)满足工作要求应满足正常运行、检修以及短路过电压情况下的工作要求
(2)适应环境条件应按当地的环境条件进行校验
(3)先进合理应力求技术先进和经济合理
(4)整体协调应与整个工程的建设标准协调一致
(5)适应发展应适当考虑发展,留有一定的裕量电气设备能安全、可靠的工作,必须按正常工作条件进行选择,斌干短路条件来校验其动稳定和热稳定
5.
1.2按正常工作条件选择
(1)额定电压电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压电器可以长期在其额定电压的110%-115%下安全运行,这一电压成为最高允许工作电压当Ue在220KV及以下时其UNs为
1.15,当UNe为330-500KV是,其UNs为
1.1UNe另外,电气设备还有一个最高工作电压,即允许长期运行的最高电压,一般不得超过其额定电压的10%~15%在选择时,电气设备的额定电压不应低于安装地点的电网额定电压,即UNe≥UNs(5-1)式中,UNe-电气设备铭牌上所标示的额定电压(KV);UNs-电网额定工作电压(KV)110KV以下电压等级的电气设备绝缘裕度较大因此,在非高海拔地区,按所在电网的额定电压选择电气设备的额定电压即可满足要求
(2)额定电流满足此条件的目的在于使电气设备的储蓄温度不超过长期发热的最高允许温度值在额定周围环境条件下,导体和电气设备的额定电压不应小于所在回路的最大工作电流,即IN≥Igmax(5-2)式中,IN-电气设备铭牌上所标示的额定电流(A)Igmax-回路中的最大工作电流(A)在决定Igmax时,应以变压器和线路的负荷作为出发点,同时考虑这些设备的长期工作状态,见表5-1在确定变压器回路的最大长期工作电流时,应考虑到变压器过负荷运行的可能性;母线分段电抗器的最大长期工作电流应为保证该母线负荷所需的电流;出线回路的最大长期工作电流处考虑线路正常过负荷电流外,还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷表5-1各支路最大持续电流回路名称最大长期工作电流变压器回路
1.3~2倍的变压器额定电流出线回路
1.05倍的最大负荷电流母联回路母线上最大一台变压器的Igmax分段回路变电所应满足用户的一级负荷和二级负荷汇流回路按实际潮流分布计算
(3)环境条件选择电气设备时,还应考虑其安装地点的环境条件,当气温、风速、污秽、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超过一般电气的基本使用条件时,应采取相应的措施
①空气温度标准的电气周围空气温度为40℃若安装地点日最高温度高于40℃,但不超过60℃,则因散热条件较差,最大连续工作电流应适当减少,则设备的额定电流应按下式修正(5-3)式中,Ial——电气设备的额定电流经实际的周围环境温度修正后的允许电流(A)Kt——温度修正系数al——电气设备的长期发热最高允许温度(℃)——实际的周围环境温度,取所在地方最热月平均最高温度(℃)Ne——电气设备的额定环境温度(℃)设备的额定环境温度一般取40℃,如周围环境温度高于40℃,但小于或等于60℃时,其允许电流一般可按每增加1℃,其额定电流减少
1.8%进行修正;当环境温度低于40℃,每降低1℃,额定电流可增加
0.5%,但其最大负荷不得超过其额定电流的20%裸导体的额定环境温度一般取25℃,如安装地点的环境温度在-5℃~50℃范围内变化时,其允许通过的电流可按上市进行修正
②海拔高度在电气设备使用条件中,制造厂规定的基准海拔高度为1000没当海拔升高时,空气密度降低,散热条件变坏,是高压电器在运行中温升增加,但应空气温德随海拔高度升高而递减,其值足以补偿海拔升高对电气温升的影响,因而高压电在高海拔地区(不超过4000米)使用时,其额定电流可以保持不变当海拔高度超过规定值时,由于大气压力空气密度和湿度相应减少,使空气间隙和外绝缘的放电特性下降,显然对内绝缘影响较小,但对外绝缘影响较大在海拔高度为1000~3500米的范围内,海拔高度每升高100米,电器最高工作电压要下降1%,以此修正电器最高工作电压值本设计对环境温度并无特殊要求,故不作讨论
5.
1.3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相短路电流为依据,若发电机出口的两相短路,或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时,则应按严重情况校验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(5-4)式中,——三相短路电流周期分量的稳定值(KA);——设备允许通过的热稳定电流时间s;——制造厂规定的在ts内电气设备的热稳定电流(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(5-5)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,可能对电气设备产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幅值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(5-6)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
5.2220kv电气设备选择与验算
5.
2.1设备及导体选择所需数据
(1)出线工作电流电厂出线回路的最大持续工作电流Igmax,除考虑正常负荷电流(包括线路损耗)外,还考虑事故状态下每两台200MW机组用一回线送出取Ub=230kV,线路负荷功率因数cos1=
0.8单台发电机容量S1=235MVA/台主变压器容量SN=240MVA/台高压厂用变压器S2=40MVA/台主变压器空载损耗P0=
199.8kW/台短路损耗Pd=
656.8kW/台综合功率因数cos2=
0.6主变总损耗为S3=(P0+Pd)/cos2=
1.41(MVA/台)出线负荷S=S1-S2-S3=235-40-
1.41=
193.59MVA(取194MVA)出线最大负荷电流Igmax==194*2//230/
0.8=
1.217456kA=
1217.46A(取1218A)(5-7)
(2)进线工作电流(变压器回路)由于发电机和变压器在电压减低5%时,其出力不便,故进线最大工作电流Igmax=
1.05IN(单台变压器的额定电流)Igmax=
1.05=
632.6A(取633A)
(3)k1点短路数据(见第四章表5-2)I’’z=
11.2142kA;Iz2=
8.3542kA;Iz4=
8.2942kA;ich=
30.499kAQz4==
594.9(kA2·s)(5-8)
5.
2.2设备选择
(1)断路器出线断路器选用SW2-220I型,配用一台CY3-II型液压操动机构,可分相操作,可进行三相或单相自动重合闸变压器用断路器选用SW2-220III型,配用一台CY-A型液压操动机构,三相联动操作,以防止断路器非全相合闸母联断路器选用SW2-220I型SW2-220型断路器的主要技术参数及绝缘水平见表6-2表5-2SW2-220型断路器的主要技术参数及绝缘水平型号SW2-220WISW2-220WIISW2-220WIII额定电压(kV)220220220最高工作电压(kV)252252252额定电流(A)160016001600额定短路开断电流(kA)
31.
531.
531.5短路峰值耐受电流(kA)808080额定短路关合电流(kA)808080短路短时耐受电流(kA/s)
31.5/
431.5/
431.5/4合闸时间(s)
0.
20.
20.2分闸时间(s)
0.
0450.
0450.045配用操动机构型号CY3-11CY-5CY-A工作电流IN=1600AIgmax=1218A开断能力Idu=
31.5kAI’’z=
11.12kA开合能力Igu=80kAich=
30.499kA热稳定I4==
12.196kA
31.5kA
(2)隔离开关选用GW7-220型和GW7-220D型水平回转式隔离开关,隔离开关的技术参数见表6-3表5-3GW7-220型和GW7-220D型水平回转式隔离开关参数型号项目GW7-220GW7220D额定电压(kV)220220最高工作电压(kV)252252额定电流(A)10001250动稳定电流(峰值)(kA)86864s热稳定电流(kA)3333分合闸时间(s)61611min工频耐压(kV)对地395395断口460460全波冲击耐压(kV)对地950950断口10501050接地开关动稳定电流(kA)2323热稳定电流(kA/s)10-110-1接线端允许拉力(N)12501250切电容电流(A)
0.
60.6爬电比距(mm/kV)2525校核工作电流进线Igmax=633A1000A出线Igmax=1218A1250A动稳定ich=
30.499kA86kA热稳定Iz4=
8.2942kA33kA3)电流互感器220kV级电流互感器选用LVWB7-220型,互感器技术参数见表6-4表5-4LVWB7-220型互感器技术参数型号项目LCWB7-220额定电压(kV)220最高工作电压(kV)252额定一次电流(A)2×600额定二次电流(A)5额定热稳定电流(kA·s)2×21-5动稳定电流(kA)2×55工频耐压(kV)1min470外绝缘干状态560冲击耐压(kV)外绝缘湿状态475全波835载波1096外绝缘全波970外绝缘载波1220介质损失角正切20℃170(kV)不大于
0.6%局部放电水平U=
1.1×252/=160(kV)不大于10pC校核工作电流Igmax=1218A1200A动稳定ich=
30.499kA55kA热稳定Q=212×5=2205(kA·s)
594.9(kA·s)
(3)软导线及管母线
①220kV出线选用LGJQ-400型钢芯铝绞线两根并联,导线外径d=
27.2mm工作电流当环境温度25℃,70℃长期载流量为825A户外不计日照===
0.88式子中,y——导体允许最高温度,℃;——实际环境温度,℃;——基准环境温度,25℃则导体长期允许载流量I=
0.88×2×825=1452AIgmax=1218A电晕校验,热稳定本设计忽略
②8,9号主变压器进线选用LGJQ-400型钢芯铝绞线两根并联,与主母线、旁路母线(220kV侧)配合,70℃长期工作电流为1452AIgmax=633A1452A电晕与热稳定校验本设计忽略
③220kV母线校验同上
④启动/备用变压器220kV进线选用LGJQ-300,S=300mm2,长期允许电流I=690=607A允许载流量Igmax==40*106//230/103=
100.4A607A电晕与热稳定校验忽略
5.
28、9号发电机出口设备选择发电机与主变压器之间不设断路器,由全连式分相封闭母线连接为试验方便,在发电机与封闭母线连接处装有可拆卸的连接板高压厂用变压器与发电机采用全连式封闭母线,也不装设断路器其设备均为发电厂套装提供以上校验所选设备列表,见表5-5表5-5主要电气设备选择结果序号设备型号安装位置1QFQS-200-24台汽轮机安装位置2SFP-240000/2204台主变位置3SFFL-40000/25000-25000厂用工作变压器位置4SPPFPL3-40000/220启动/备用变压器位置5SW2-220I220kV出线端断路器6SW2-220III主变压器用断路器7SW2-220I母联线路所用断路器8GW7-220220kV进线端用隔离开关9GW7-220D220kV出线端用隔离开关10LVWB7-220220kV侧电流互感器112×LGJQ-400220kV出线用122×LGJQ-4008,9号主变压器进线132×LGJQ-400220kV母线14LGJQ-300启动/备用变压器220kV
5.3避雷器的选择避雷器是一种保护电器,用来保护配电变压器,电站和变电所等电器设备的绝缘免受大气过电压或某些操作过电压的危害大气过电压由雷击或静电感应产生;操作过电压一般是由于电力系统的运行情况发生突变而产生电磁振荡所致在选择避雷器型式时,应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点,还有目前大机组大电厂安全性考虑,选用氧化锌避雷器氧化锌避雷器选择原则
(1)避雷器的持续运行电压------金属氧化物避雷器的持续运行电压有效值KA------系统最高相电压有效值KV
(2)避雷器的额定电压考虑安装点工频过电压的幅值和持续时间,并结合避雷器的初始能量来选择其额定电压
(3)避雷器的最大雷电冲击残压/BIL------内绝缘全波额定雷电冲击耐压KV------雷电冲击绝缘配合系数灭弧电压按照使用情况,校验避雷器安装地点可能出现的最大的导线对地电压,是否等于或小于避雷器的最大容许电压(灭弧电压);在中性点非直接接地的电网中应不低于设备最高运行线电压在中性点直接接地的电网中应取设备最高运行线电压的80%220KV母线上避雷器Y10W5—200/520W变压器高压侧中性点避雷器Y
1.5W1—144/284发电机出口处避雷器HY5W—25/45本设计避雷器选择列表见表5-6表5-6避雷器选择列表位置型号灭弧电压kV工频放电电压(KV)不小于不大于220KV母线上Y10W5—200/520W200250536高压侧中性点Y
1.5W1—144/284144190400发电机出口HY5W—25/
452537.7626继电保护装置6程序设计
6.1发电机继电保护装置发电机是十分重要和贵重的电气设备,它的安全运行对电力系统的正常工作、用户的不间断供电、保证电能的质量等方面,都起着及其重要的作用由于发电机是长期运转的设备,它既要承受机械振动,又要承受电流、电压的冲击,因而常常导致定子绕组和转子绕组绝缘的破坏因此,发电机在运行中,定子绕组和转子激磁回路都有可能产生危险的故障和不正常的运行情况必须根据发电机的故障情况,迅速地有选择性的发出型号,或将故障发电机从系统中切除,以保证发电机免受更为严重的损坏针对各种故障和不正常的工作情况,装设各种专门的保护装置是十分必要的一般来说,应装设一下保护装置
(1)为了保护发电机定子绕组的相间短路,当中性点是分相引出时,应装设瞬间动作的纵联差动保护
(2)对定子绕组为双星型连接的发电机,当每相有两条引出的并联支路时,为了保护定子绕组的匝间短路,应设置纵联差动保护,或匝间短路保护
(3)当发电机电压网络的接地电流(自然电容电流或补偿后的残余电流)不小于5A时,应装设作用于跳闸的零序电流保护,在不装设单相接地保护的情况下,应利用绝缘监视装置发出接地故障信号
(4)为保护由于外部短路而引起定子绕组的过电流,应装设延时过电流保护
(5)为保护由于过负荷而引起的过电流,应装设作用于信号的过负荷保护
(6)转子绕组(励磁回路)出现一点接地后,应投入转子绕组两点接地保护
(7)为防止由于发电机失磁而从系统吸收大量无功电流,在50MW以上的发电机上,应装设失磁保护故选用NSP-711系列发电机保护
6.2电力变压器的机电保护装置电力变压器是供电系统中的重要设备,他的故障对供电的可靠性和用户的生产、生活将产生严重的影响因此,必须根据变压器的容量和重要程度装设适当的保护装置现代生产的变压器,虽然结构可靠,故障机会较少,但在实际运行中,仍有可能发生各种类型的故障和异常运行为了保证电力系统的正常运行,并将异常和故障运行对电力系统的影响限制到最小范围,必须根据变压器容量的大小、电压等级等因素,装设必要的、动作可靠性高的继电保护装置变压器一般分为内部故障和外部故障两种变压器的内部故障主要有绕组的相间短路、绕组匝间短路和单相接地短路内部故障是很危险的,因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘、烧坏铁心,还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体,引起变压器的油箱爆炸变压器常见的外部故障是引出线上绝缘套管的故障该故障可能引出线的相间短路和接地短路变压器的不正常工作状态有由于外部短路和过负荷而引起的过电流,右面的过度降低和温度升高等变压器的内部故障和外部故障均应动作于跳闸;对于外部相间短路引起的过电流,保护装置应带时限动作于跳闸;对过负荷、油面降低、温度升高等不正常状态的保护一般只作用于信号变压器保护装置的配置原则,变压器一般装设下列继电保护装置
(1)反映变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护容量为800KVA级以上的油浸式变压器,均应装设瓦斯保护当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时,保护装置应瞬时动作于信号;当产生大量瓦斯时,瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器对于高压侧未装设断路器的线路—变压器组,为采取是瓦斯保护能切除变压器内部故障的技术措施时,瓦斯保护可以动作于信号对于容量为400KVA级以上的车间内的油浸式变压器,也应装设瓦斯保护
(2)相间短路保护反映变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护或电流速断保护,对其中性点枝节节地侧绕组的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用容量为6300KVA级以下并列运行的变压器以及10000KVA级以下单独运行的变压器,当后备保护时限大于
0.5s时,应装设电流速断保护容量为6300KVA级以上,厂用工作变压器和并列运行的变压器10000KVA级以上厂用备用变压器和单独运行的变压器以及2000KVA级以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器,应装设纵联差动保护对高压侧电压为330KV及以上的变压器,可装设双重差动保护对于发电机变压器组,当发电机与变压器之间有断路器时,变压器应装设纵联差动保护,当发电机与变压器之间没有断路器时,100MW及以下的发电机,可只装设发电机变压器组共用的纵联差动保护对于200MW及以上的汽轮发电机,为提高快速性,在机端还宜设置符合电流速断保护,或在变压器上增设单独的纵联差动保护,即采用双重快速保护方式如果变压器的纵联差动保护对单相接地短路灵敏性不符合要求,可增设零序差动保护
(3)后备保护对于由外部相间短路引起的变压器过点电流,可采用下列保护作为后备保护
①过电流保护,宜用于降压变压器,保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷
②复合电压(包括抚恤电压及线电压)启动的过电流保护,宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器
③负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护,可用于63000KVA级以上的升压变压器
④对于升压变压器和系统联络变压器,当采用上述
(2)、
(3)保护不能满足系统灵敏性和选择性的要求时,可采用阻抗保护上述各种保护动作后,应带时限动作于跳闸
(4)过负荷保护对于400KVA及以上的变压器,当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时,应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护对自耦变压器和多绕组的变压器,保护装置应能反映公共绕组以及各侧过负荷的情况过负荷保护应接于一相电流上,带时限动作于信号在无经常值班人员的变电所,必要时过负荷保护可动作于跳闸和断开部分负荷
(5)过激磁保护为降低材料消耗,现代大型变压器铁心一般都用新型电工硅酮片制成其额定磁密接近于饱和磁密,过电压或低频率时容易引起过激磁,因此,500KV及以上的大容量变压器以装设过激磁保护结论本设计首先说明了我国电力工业的现状和发展远景,介绍当前电力工业开发的方针,简要介绍发电厂和变电所的各种类型和生产过程,以及主要电器作用同时,还指出本次设计的目的及主要设计步骤其次,进行了电气主接线设计,发电机-变压器接线方式选型,厂用电(G8,G9为例)设计,220kV高压配电装置配置,短路计算及部分电气设备选择,最后介绍了发电机和变压器继电保护本次设计已经结束了,在这次设计中我学到了很多以前在课本里体会不到的东西,并且更好的把以前学过的知识巩固了一遍,特别是对新知识的学习,了解和掌握了目前发电厂的基本概况,加深了对理论知识的掌握,并在实践中能够很好的运用总之,在这次设计中最大的受益者是自己我不仅在这次毕业设计中发现了学习的薄弱之处,而且学会了如何理论与实际相结合,明白了这次毕业设计的目的这次毕业设计是自己能够独立的分析问题、解决问题,使理论知识与工程实际相联系,并达到对知识的融汇和贯通及合理应用通过这次设计,领会了电力工业建设中的政策观念和经济技术观念,以及对工程技术中的技术和经济问题,能够进行比较全面的综合分析电力系统有了一个整体和具体的了解,这对今后工作中有积极的意义参考文献
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[21]CharlesK.Sao.ControlandPowerManagementofConverterFedMicrogrids[DB]
[22]S.ContiA.M.Greco.GeneratorsControlSystemsinIntentionallyIslandedMVMicrogrids[DB]致谢感谢学校在毕业之际给我们提供一个知识汇总的机会,也衷心的感谢我的指导教师陈黄飞老师对我论文的指导这次毕业论文的设计,让我对所学过的专业知识进行了一次系统性的梳理,并且运用到实际的设计中去,让我对我们的专业有了更深一层的了解和认识,由于设计课题所涉及的内容较广,需要比较多得时间去查找资料在此期间感谢陈黄飞老师的支持和鼓励陈老师认真负责的工作态度,严谨的治学精神和深厚的理论水平都让我受益匪浅同时感谢实习单位粤泷发电厂给予了一些相关的资料衷心感谢所有给予我支持、帮助和关心的老师、亲友和同学们!图3-1。