發(fā)電廠電氣部分課程設計

1、目 錄摘要.第1章 設計任務.第2章 電氣主接線圖. 2.1 電氣主接線的敘述. 2.2 電氣主接線方案的擬定. 2.3 電氣主接線的評定.第3章 短路電流計算. 3.1 概述. 3.2 系統(tǒng)電氣設備電抗標要值的計算. 3.3 短路電流計算.第4章 電氣設備選擇. 4.1電氣設備選擇的一般規(guī)則. 4.2 電氣選擇的技術條件. 4.2.1 按正常情況選擇電器. 4.2.2 按短路情況校驗. 4.3 電氣設備的選擇. 4.3.1 斷路器的選擇. 4.3.2 隔離開關的選擇. 4.3.2電流互感器的選擇.第5章 設計體會及以后改進意見. 參考文獻. 摘要 由發(fā)電、變電、輸電、和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生

2、產(chǎn)與消費系統(tǒng)，他的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)化為電能，再經(jīng)過輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應到個負荷中心。電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設計的首要部分，也是構成電力系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。主接線的確定對整個電力系統(tǒng)及發(fā)電廠、變電所本身運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性密切相關。并且對電氣設備的選擇、配電裝置配置、繼電保護和控制方式的擬定有較大的影響。電能的使用已經(jīng)滲透到社會、經(jīng)濟、生活的各個領域。而在我國電源結構中火力設備的容量占總裝機容量的75%。本文是對有2臺50mw和2臺300mw汽輪發(fā)電機的大型火電廠的一次部分的初步設計、主要完成電氣主接線的設計。包括電氣主接線的形式比較、選擇；主變

3、壓器、啟動/備用變壓器和廠用高壓變壓器的計算、臺數(shù)、型號的選擇；短路電流的計算和高壓電氣設備的選擇與校驗；并做了變壓器保護裝置。【關鍵詞】 發(fā)電廠、變壓器、電力系統(tǒng)、繼電保護、電氣設備。 電力系統(tǒng)故障每年新設計的電力設備都是系統(tǒng)的可靠性不斷提高，然而，設備的使用不當以及一些偶然遇到的外在因素均會導致系統(tǒng)故障的發(fā)生。發(fā)生故障時，電流、電壓變化的不正常，從電廠到用戶的送點在相當大得內(nèi)不令人滿意。此時若故障設備不立即從系統(tǒng)中切除的話，則會造成其他運行設備的損壞。故障時由于有意或無意地兩個或更多的導體接觸造成的，導體間本來是有電流存在的而這種接觸可能是金屬性接觸，也可能是電弧引起的。如果是前者造成的故

4、障，則兩部分導體之間電壓下降為零；若為后者，則電壓便得很低，超長的大電流經(jīng)過網(wǎng)絡留至故障處。此短路電流通常會大大超出導線以及供電發(fā)電機的熱承受能力，其結果，溫度的升高會導致導體燒毀或絕緣焦化。在允許的期限內(nèi)，最靠近故障處的電壓會變的很低，致使用電設備無法運行。顯然，系統(tǒng)設計者必須事先考慮到故障可能發(fā)生在什么地方，能夠推測出故障期間的各種情況，提供調(diào)節(jié)好的設備，以使驅(qū)動為將故障設備切除所必須斷開的開關能夠跳閘。通常希望此時系統(tǒng)無其他開關打開，否則會導致系統(tǒng)線路不必要的修改。過負荷與故障是兩個概念。過負荷僅指施加于系統(tǒng)的負荷超過了設計值。發(fā)生這種情況時，過負荷處的電壓可能很低，但并不等于零。這種電

5、壓不足的情形可能會超過過負荷處蔓延一定距離，進而影響系統(tǒng)其他部分。過負荷設備的電流變大而超過預定的熱極限，但是這種情況比發(fā)生故障時的電流要小。此時，供電雖然往往能維持，點電壓較低。過負荷的情況在家里發(fā)生，例如請街坊鄰居聚會時，女主人可能會將五個化夫餅干烘烤器的插頭同時插入廚房的插座，諸如此類的過負荷倘若不能迅速處理的話，就會造成電力線發(fā)熱甚至釀成火災。為了避免這種情況的發(fā)生，須采用保險絲或斷路器來保護住宅區(qū)電路免受損壞。斷路器會在電流超出預定值時迅速切斷電路。當用戶安裝的用電器增加時，也會超過變壓器負荷能力，因此有必要不時地監(jiān)視配電線路以確保在負荷增加時變壓器的容量也相應增加。電力系統(tǒng)會發(fā)生各

6、種類型，由各種原因引起的故障。我們在家看到過破損的照明燈電線，是得其兩根導線相觸，并會發(fā)生弧光。如果此時斷路器或保險絲能夠正常工作，則電路能被自動切斷。大部分架空明線是用裸導體假設的，又是由于風、雨、雷或大樹、起重機。飛機及支撐物的損壞等因素會使導線偶然碰到一起。由雷電或開關瞬變過程中引起的過電壓會在支撐物或?qū)w之間產(chǎn)生電弧，即便在電壓正常的情況下，絕緣材料的污染也會引起電弧。通常采用油浸電纜紙或聚乙烯一類固體塑料絕緣材料將埋地電纜中的導線與導線和導線與地隔開。這些絕緣會隨著時間的流逝而老化，尤其是在過負荷引起的高溫下運行時更是如此。絕緣材料內(nèi)的空隙會造成氣體的電離，其生成物對絕緣不利。絕緣材

7、料老化會引起絕緣性能下降而導致導線短路。電纜故障的可能性會因雷電或開關瞬間引起的導線的電壓驟然變高而增加。變壓器故障可能是由絕緣老化、加上雷電、開關順便過程導致的過高壓造成的，其結果會導致發(fā)電機匝內(nèi)短路。絕緣損壞也可能會發(fā)生在某一繞組與定子鐵芯的接地鋼架構之間。同一槽內(nèi)不同繞組之間的絕緣損壞會導致點擊大范圍短路。像處理平衡三相負荷一樣，處理平衡三相故障也是依照基于由火線到零線的電路或等效單相電路的原則進行?？梢酝ㄟ^電壓、電流和電阻的規(guī)律來求解問題。當然，單相線路上的故障的處理方法也可以用于在單項等效電路下三線故障的處理中。鑒于線路故障的這些特征，許多公司都用一種叫高速重合器的裝置。故障發(fā)生時，

8、線路兩端的斷路器跳閘，電流即被切斷，經(jīng)過一定的時間間隔，待電弧熄滅后，斷路器又自動進行再次合閘，大多數(shù)情況下，不到一秒既可以恢復正常供電。當然，如果因結構損壞，故障不能很快排除的話，則斷路器必須再次跳閘且保持這種跳閘狀態(tài)。設計任務：完成火力發(fā)電廠的電氣主接線的選擇及電氣主設備，包括變壓器、斷路器、電流互感器。原始資料：火力發(fā)電廠的原始資料：裝機4臺，分別為供熱式機組2*50mw(=)，凝汽式機組2*300mw（），廠用電率6%，機組年利用小時。電力負荷和電力系統(tǒng)連接情況如下：1、 10.5kv電壓級最大負荷20mw，最小負荷15mw，電纜饋線6回；2、 220kv電壓級最大負荷250mw，最小

9、負荷200mw，架空線6回；系統(tǒng)歸算到本廠22kv母線上的電抗標幺值（基準容量為100kva）3、 110kv電壓級與容量為3500mw的電網(wǎng)連接，架空線6回，系統(tǒng)歸算到本電廠110kv母線上的電抗標幺值（基準容量為100mva）電氣主接線形式： 220kv采用雙母線帶旁路母線接線，110kv采用雙母線帶旁路母線接線。電氣設備的選擇： 公共部分：變壓器 分組部分：110kv與220kv聯(lián)絡變接220kv母線側斷路器，隔離開關，電流互感器。原始資料分析： 設計電廠總容量。當本廠投入生產(chǎn)后，將占系統(tǒng)總容量的，超過了電力系統(tǒng)的檢修備用容量和事故備用容量，說明了該電廠在未來供電系統(tǒng)中的作用和地位很重要

10、，而且，又為火電廠，在電力系統(tǒng)中將主要承擔基荷，從而該電廠主接線務必著重考慮可靠性。從負荷點及電壓等級可知，它具有10.5kv、110kv、220kv三級電壓負荷。10.5kv容量不大，為地方負荷。110kv與系統(tǒng)6回饋線，備用一回，呈強聯(lián)系形式，并接受本廠剩余功率，最大可接受本廠送出電力為，最小可接受本廠送出電力為，可見，該廠110kv接線對可靠性要求很高，采用雙母帶旁路母線接線形式。220kv架空線6回，為了提高其供電的可靠性，采用雙母線帶旁路母線接線形式。10.5kv電壓級共有6回電纜出線，其電壓恰與發(fā)電機端電壓相符，采用直饋線為宜。主接線方案的擬定： 在對原始資料的分析基礎上，結合對電

11、氣接線的可靠性、靈活性及經(jīng)濟性等基本要求，綜合考慮。在滿足技術，積極政策的前提下，力爭使其技術先進，供電安全可靠、經(jīng)濟合理的主接線方案。 發(fā)電、供電的可靠性是發(fā)電廠生產(chǎn)的重要問題，主接線的設計，首先應保證其滿發(fā)，滿供，不積壓發(fā)電能力。同時盡可能減少傳輸能量過程中的損失，以保證供電的連續(xù)性，因為根據(jù)對原始資料的分析，將主接線方案擬定如下： （1）10.5kv： 鑒于出現(xiàn)回路多，且發(fā)電單機容量為50mw，遠大于有關設計規(guī)程對選定單母線分段接線不得超過24mw的規(guī)定，應確定為雙母線分段的接線形式，兩臺50mw機組分別接在兩段母線上，剩余功率通過主變壓器送往高一級電壓220kv。由于50mw機組均接在

12、10.5kv母線上，可選擇輕型設備，在分段處加母線電抗器，各條電纜出線裝有電纜電抗器。 （2）220kv：出線6回，采用雙母線帶旁路接線形式。進線從10.5kv側送來的剩余容量，不能滿足220kv最大最小負荷的要求。為此以一臺300mw機組按發(fā)電機變壓器單元接線形式接至220kv母線上，剩余容量機組檢驗時不足容量由聯(lián)絡變壓器與110kv接線相連，相互交換功率。 （3）110kv：出線6回，為使出線斷路器檢修期間不斷電，采用雙母帶旁路母線接線。其進線一路通過聯(lián)絡變壓器與220kv相連，另一路為一臺300mw機組與變壓器組成單元接線，直接接入110kv，將功率送入電力系統(tǒng)。據(jù)以上分析，接線形式如下

13、：電氣主接線2.3 電氣主接線方案的判斷 該電氣主接線始終遵循了可靠性、經(jīng)濟性、靈活性的要求。在確?？煽啃浴㈧`活性的同時，兼顧了經(jīng)濟性。在可靠性方面該主接線簡單清晰，設備少，無論檢修母線或者故障檢修，均不致造成全廠停電，每一種電壓級中均有兩臺變壓器聯(lián)系，保證在變壓器檢修和故障時，不致使各級電壓解列。機組的配置也比較合理，使傳遞能量在變壓器中的損耗最小。在靈活性方面，運行方式比較簡單，調(diào)度靈活性好，各種電壓級接線都便于擴建和發(fā)展。在經(jīng)濟性方面，投資小，占地面積小，采用了單元接線及封閉母線，從而避免了選擇大容量的出口斷路器，節(jié)省了投資，有很大的經(jīng)濟性。通過以上分析，該主接線方案對所設計的這一火電廠

14、而言，是比較合理的，可以采納。2.4 發(fā)電機及變壓器的選擇1、發(fā)電機的選擇：查電力系統(tǒng)工程基礎兩臺50mw發(fā)電機選用qfs-50-2汽輪發(fā)電機，兩臺300mw汽輪發(fā)電機選用qfs-300-2型汽輪發(fā)電機。2、根據(jù)本設計的具體情況，應該選擇3臺雙繞組變壓器，1臺三繞組變壓器。型號額定功率/mw額定電壓/kv額定電流/a功率因數(shù)電抗(標幺值)發(fā)電機g1、g2qfs-50-25010.534370.80.1953發(fā)電機g3、g4qfs-300-230018113210.850.167表1-1 發(fā)電機型號選擇2臺雙繞組變壓器額定容量確定公式 所以選定變壓器容量為360mva220kv雙繞組變壓器為ss

15、p-360000/220型額定容量（kva）連接組別額定電壓（kv）空載損耗（kw）阻抗電壓（）360000yn,d11高壓：低壓：1815515三繞組聯(lián)絡變壓器選擇sspsl-180000/220型額定容量（kva）連接組別額定電壓（kv）空載損耗（kw）短路電壓（）180000yn,yn0,d11高 中 低236 121 13.8254高 中 低14.2 24.1 8.1兩母線之間的變壓器：容量初選：因此選容量為120mv的變壓器，變壓器型號為sfp7-120000/2203.1 概 述 電力系統(tǒng)中，常見的短路故障有三相對稱短路、兩相短路和單項接地短路。其中三相短路電流的計算式為了選擇和校

16、驗qf、qs、母線等電氣設備，兩相短路電流用于確定繼電保護裝置。短路發(fā)生后，短路電流的值是變化的，變化的情況決定于系統(tǒng)電源容量的大小、短路點離電源的遠近以及系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機是否帶有電壓自動調(diào)整裝置等因素。按短路電流的故障情況，通常把電力系統(tǒng)分為無限容量系統(tǒng)和有限容量系統(tǒng)。無限容量系統(tǒng)短路電流的計算，采用短路回路總阻抗法計算；有限容量系統(tǒng)短路電流的計算，采用運算曲線法，這中間要用到網(wǎng)絡的等值變換。3.2 系統(tǒng)電氣設備電抗標幺值計算系統(tǒng)基準值, 基準值電壓1. 發(fā)電機：發(fā)電機：2. 變壓器電抗標幺值的計算兩臺220kv主變壓器：聯(lián)絡變壓器：3. 母線電抗器電抗標幺值的計算發(fā)電機（或）的額定電流,母線電

17、抗器一般取發(fā)電機額定電流的5%8%，照此標準選電抗器nkl-10-400-5型，額定電流,電抗百分數(shù),由此得電抗標幺值4. 系統(tǒng)歸算到110kv側的電抗標幺值：3.3 短路電流的計算 用于校驗設備的最大三相短路電流的計算，本設計用近似方法計算，即發(fā)電機和系統(tǒng)的次暫態(tài)電勢k點發(fā)生短路，其等值電路如下短路電流周期分量有效值為：最大有效值：沖擊電流：短路功率：（mva）4.1：電氣設備的選擇 斷路器的選擇：除滿足各項技術條件和環(huán)境條件，還應考慮到要便于安裝調(diào)試和運行維護，經(jīng)技術方面都比較后才能確定。根據(jù)目前我國斷路器的生產(chǎn)情況，電壓等級在10kv-220kv的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，而少油斷路器不能

18、滿足要求時，可選用斷路器。斷路器的選擇條件具體條件如下：1：額定電壓校驗：2：額定電流校驗：3：開路電流：4：動穩(wěn)定：5:熱穩(wěn)定：隔離開關的選擇校驗條件與斷路器相同，并可以適當降低要求。220kv側斷路器的選擇流過斷路器的最大持續(xù)工作電流：u(kv)(ka)(ka)（ka）2200.99218.747.7計算數(shù)據(jù)表：查表選擇 sw6-220/1200項目額定電壓（kv）額定電流（a）額定開斷電流（ka）熱穩(wěn)定電流（ka）固定分閘時間（s）合閘時間（s）動穩(wěn)定電流（ka）sw6-220/120022012002121/4s0.040.255開斷電流校驗：動穩(wěn)定校驗：熱穩(wěn)定校驗：設繼電保護后備時間

19、，固有分閘時間為0.04s，少油斷路器燃弧時間為0.04s，保護啟動和執(zhí)行機構時間之和為0.06s，短路開段時間故用校驗短路電流的熱效應所以熱穩(wěn)定校驗合格220kv隔離開關的選擇濾過斷路器的最大持續(xù)工作電流：計算數(shù)據(jù)表u(ka)2200.49618.747.7為了滿足各項條件，選擇gw6220d/100050 隔離開關型號額定電壓（kv）額定電流（ka）動穩(wěn)定電流（ka）熱穩(wěn)定電流gw6220d22010005021/4s動穩(wěn)定校驗: 所以動穩(wěn)定校驗合格熱穩(wěn)定校驗設繼電保護后備時間全開斷時間 為0.06s則短路計算時間為：短路電流的熱效應： 所以熱穩(wěn)定校驗合格4.3 電流互感器的選擇電流互感器

20、的選擇和配置應按下列條件：1. 型式：電流互感器的型式應 使用環(huán)境條件和產(chǎn)品，情況選擇，對于35kv及以上配電裝置，一般采用油浸式瓷箱式絕緣結構的獨立電流互感器。有條件時，應盡量采用套管式電流互感器。2.3.4. 準確等級：要先知道電流互感器二次回路所接測量儀表的類型及對準確等級的要求。并按準確等級要求高的表計來選擇。5.6.7.220kv的電流互感器的選擇1. 根據(jù)以上兩項，選擇lcw220型號額定電流（a）1s熱穩(wěn)定位數(shù)/ka動穩(wěn)定位數(shù)/kalcw2201200/560603. 動穩(wěn)定校驗 滿足動穩(wěn)定要求4.熱穩(wěn)定校驗 短路電流的熱效應 滿足熱穩(wěn)定性要求綜上述，所選的電流互感器lcw220

21、（1200/5）滿足要求 總結 隨著這學期學習時間的結束，課程設計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我們的課程設計終于是完成了。在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對這一門課程知識的單純總結，但是通過做這次的課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面了點。課程設計不僅是對之前學習的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了原來自己知識還是比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么都會了，什么東西自己也都懂了，有點眼高手低。通過這次課程設計，我們才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)。在這次課程設計中也是使我們同學間的友誼更近一步了，也讓我們學會如何去更好的合作辦事，同學之間互相幫助，有什么不懂得打架在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里每一個同學都是值得感激的。不管是學會的還是學不會的，的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何下手。最后做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正用到的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我們認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。還要感謝我們的