課程設(shè)計（論文）1200kv火電廠電氣部分設(shè)計

1、1200kv火電廠電氣部分課程設(shè)計目 錄一、 選題背景.21.1 電力工業(yè)的發(fā)展概況.21.2 本次課設(shè)的主要問題及應(yīng)達到的技術(shù)要求.2二、 方案論證.32.1 對原始資料的分析.32.2 主接線方案.32.3 比較并確定主接線方案.4三、 過程論述.63.1 主變壓器選擇.63.2 短路電流分析分析計算.73.2.1 短路電流計算目的及規(guī)則.73.2.2短路等值電抗圖.83.2.3 各短路點短路電流計算.93.3 電氣設(shè)備的選擇.113.3.1 電氣設(shè)備選擇概述.123.3.2斷路器和隔離開關(guān)的選擇.123.3.3 母線、電纜的選擇. .163.3.4 發(fā)電機出口處電抗器選擇.17四、 總結(jié)

2、分析.18參考文獻.19一、 選題背景：1.1 電力工業(yè)的發(fā)展概況：火力發(fā)電是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍，在現(xiàn)在提出和諧社會，循環(huán)經(jīng)濟的環(huán)境中，我們在提高火電技術(shù)的方向上要著重考慮電力對環(huán)境的影響，對不可再生能源的影響，雖然現(xiàn)在在我國已有部分核電機組，但火電仍占領(lǐng)電力的大部分市場，近年電力發(fā)展滯后經(jīng)濟發(fā)展，全國上了許多火電廠，但火電技術(shù)必須不斷提高發(fā)展，才能適應(yīng)和諧社會的要求?！笆濉逼陂g我國火電建設(shè)項目發(fā)展迅猛。2001年至2005年8月，經(jīng)國家環(huán)保總局審批的火電項目達472個，裝機容量達344382mw，其中2004年審批項目135個，裝機容量107590mw，比上年增長207%；2005年1至

3、8月份，審批項目213個，裝機容量168546mw，同比增長420%。隨著中國電力供應(yīng)的逐步寬松以及國家對節(jié)能降耗的重視，中國開始加大力度調(diào)整火力發(fā)電行業(yè)的結(jié)構(gòu)。由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置（主要包括鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等）轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到各負(fù)荷中心。由于電源點與負(fù)荷中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無法大量儲存，電能生產(chǎn)必須時刻保持與消費平衡。因此，電能的集中開發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應(yīng)與負(fù)荷的隨機變化，就制約了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行。據(jù)此，電力系統(tǒng)要實現(xiàn)其功能，就需在

4、各個環(huán)節(jié)和不同層次設(shè)置相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，以便對電能的生產(chǎn)和輸運過程進行測量、調(diào)節(jié)、 控制、保護、通信和調(diào)度，確保用戶獲得安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的電能。電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉(zhuǎn)換為其它的能源，而且便于控制、管理和調(diào)度,易于實現(xiàn)自動化。因此，電能已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟、社會生產(chǎn)和人民生活的各個方面。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠提供，電力工業(yè)已成為我國實現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，得到迅猛發(fā)展。本設(shè)計的主要內(nèi)容包括：通過原始資料分析和方案比較，確定發(fā)電廠的電氣主接線。計算短路電流，并根據(jù)計算結(jié)果來選擇和效驗主要電氣設(shè)備。1.2 本次課設(shè)的主要問題及應(yīng)達到的技術(shù)要求：電廠規(guī)模：

5、 裝機2臺，容量分別為600mw，發(fā)電機出線電壓：10.5kv； 機組年利用小時數(shù)：tmax=6200h，廠用電率8%； 氣象條件： 年最高溫度：40； 年最低溫度：-10；年平均溫度：25； 海拔高度：200m； 出線回路： （1）110kv電壓等級：60km架空線6回，每回平均輸送容量11mw,110kv最大負(fù)荷70mw，最小負(fù)荷60mw，cos=0.8，tmax=5000h。 （2）220kv電壓等級：150km架空線2回，220kv與無窮大系統(tǒng)連接，接受該發(fā)電廠的剩余功率，當(dāng)取基準(zhǔn)容量為100mva時，系統(tǒng)歸算到220kv母線上的電抗值為0.025。 二、 方案論證：2.1 對原始資料

6、的分析：本設(shè)計為大中型火電廠，其容量為2600mw=12000mw，故使用兩臺額定容量為600mw的發(fā)電機即可，且年利用小時數(shù)tmax=6200h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電力系統(tǒng)發(fā)電機組的平均最大負(fù)荷利用小時數(shù)，該廠為火電廠，廠用電率8%，在電力系統(tǒng)中將主要承擔(dān)基荷，因此其可靠性要慎重考慮。從負(fù)荷特點及電壓等級可以看出，110kv電壓級出線為6回，且tmax=5000h，因此其供電要從分考慮其可靠性，所以我們采用雙母線接線，并且?guī)月纺妇€較好。220kv電壓級出線為兩回，所以我們設(shè)計的時候既可以用雙母線帶旁路母線接線，又可以采用單母線分段帶旁路母線接線。所用變量名稱：發(fā)電機容量 廠用電率 發(fā)電機的額定功率單

7、元接線中的主變壓器容量sn 應(yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負(fù)荷后，預(yù)留10的裕度選擇，發(fā)電機的額定容量為200mw，扣除廠用電后經(jīng)過變壓器的容量為： (2.2)因此采用三相風(fēng)冷自然循環(huán)雙繞組無勵磁調(diào)壓變壓器 其中一臺型號為：，參數(shù)為額定電壓110kv/10.5kv，調(diào)壓范圍：110/ （1-2.5）kv，額定電流755.8/784.6,連接方式為ynd11。另外一臺型號為：，參數(shù)為額定電壓220kv/10.5kv，調(diào)壓范圍：220/ （1-2.5）kv，額定電流755.8/784.6,連接方式為ynd11。2.2 主接線方案： 1、基本接線方式：1.初定方案在了解了基本接線方式，以及根據(jù)對

8、所有資料的分析的基礎(chǔ)上初步擬定方案，并依據(jù)對主接線的基本要求，從技術(shù)上進行論證各方的優(yōu)、缺點，確定如下方案：首先我們要從可靠性、靈活性以及經(jīng)濟性多個層面考慮，我們所設(shè)計的供電系統(tǒng)是否符合要求，可靠性要求我們在斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數(shù)和停運時間，并要保證對一級負(fù)荷及全部或大部分二級負(fù)荷的供電。靈活性要求主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性。在檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進行安全檢修而不致影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電；擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。經(jīng)濟性上要求我們要節(jié)省投資，主接線應(yīng)力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓

9、互感器、避雷器等一次設(shè)備以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜。方案一：600mw發(fā)電機1通過三繞組的變壓器與110kv母線及220kv母線相連，110kv電壓級出線為6回，因此其供電要從分考慮其可靠性，所以我們采用雙母線接線，并且?guī)月纺妇€較好。這樣一來就避免了斷路器檢修時，不影響對系統(tǒng)的供電，斷路器或母線故障以及母線檢修時，減少停運的回路數(shù)和停運時間，保證了可靠的供電。同理600mw發(fā)電機2通過三繞組的變壓器與220kv母線和110kv母線連接，220kv電壓級出線為2回，采用雙母線接線方案二：有方案一，我們很容易想到110kv母線采用單母線分段帶旁路連接，220kv母線采用雙母線旁路母線連接。方案三：

10、同理，110kv母線采用單母線分段帶旁路，220kv母線采用單母線分段帶旁路連接。三者均能達到可靠供電的母系。2.3 比較并確定主接線方案：在所實現(xiàn)的目的要求相差不大的情況下，采用最小費用法對擬定的兩方案進行經(jīng)濟比較，兩方案中的相同部分不參與比較計算，只對相異部分進行計算，計算內(nèi)容包括投資，年運行費用。很容易知道當(dāng)采用單母線分段帶旁路的時候，必須多增加較多斷路器，這在穩(wěn)定的可靠性，及經(jīng)濟上都是不具有優(yōu)勢的，因此采用方案一，也就是我最初的設(shè)計。圖2-1如圖2-1所示，600mw發(fā)電機1與110kv母線連接示意圖，110kv電壓級出線為6回，且tmax=5000h，因此其供電要從分考慮其可靠性，所

11、以我們采用雙母線接線，并且?guī)月纺妇€較好。這樣一來就避免了斷路器檢修時，不影響對系統(tǒng)的供電，斷路器或母線故障以及母線檢修時，減少停運的回路數(shù)和停運時間，保證了可靠的供電。圖2-2如圖2-2所示，600mw發(fā)電機2與220kv母線連接示意圖，110kv電壓級出線為2回，且tmax=5000h，因此其供電要從分考慮其可靠性，所以我們采用雙母線接線，并且?guī)月纺妇€較好。這樣一來就避免了斷路器檢修時，不影響對系統(tǒng)的供電，斷路器或母線故障以及母線檢修時，減少停運的回路數(shù)和停運時間，保證了可靠的供電。三、 過程論述：3.1 主變壓器選擇：發(fā)電機容量 廠用電率 發(fā)電機的額定功率單元接線中的主變壓器容量sn

12、應(yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負(fù)荷后，預(yù)留10的裕度選擇，發(fā)電機的額定容量為200mw，扣除廠用電后經(jīng)過變壓器的容量為： (2.2)因此采用三相風(fēng)冷自然循環(huán)雙繞組無勵磁調(diào)壓變壓器 其中一臺型號為：osspsl6000型三繞組變壓器參數(shù)為額定電壓110kv/10.5kv，調(diào)壓范圍：110/ （1-2.5）kv，額定電流755.8/784.6,連接方式為ynd11。另外一臺型號為：osspsl6000型三繞組變壓器參數(shù)為額定電壓220kv/10.5kv，調(diào)壓范圍：220/ （1-2.5）kv，額定電流755.8/784.6,連接方式為ynd11。變壓器的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能

13、并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有y型和型，高、中、低三側(cè)繞組如何組合要根據(jù)具體工程來確定。三相變壓器的一組相繞組或連接成三相組的三相變壓器的相同電壓的繞組連接成星型、三角型、曲折型時，對高壓繞組分別以字母y、d或z表示，對中壓或低壓繞組分別以字母y、d 或z表示。如果星型連接或曲折型連接的中性點是引出的，則分別以yn、zn表示，帶有星三角變換繞組的變壓器，應(yīng)在兩個變換間已“-”隔開。我國110kv以上電壓，變壓器的繞組都采用y連接。35kv以下電壓，變壓器繞組都采用連接。3.2 短路電流分析計算： 3.2.1 短路電流計算目的及規(guī)則：在發(fā)電廠電氣設(shè)計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)

14、。其計算的目的的主要有以下幾個方面：1、電氣主接線的比選。2、選擇導(dǎo)體和電器。3、確定中性點接地方式。4、計算軟導(dǎo)線的短路搖擺。5、確定分裂導(dǎo)線間隔棒的間距。6、驗算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓。7、選擇繼電保護裝置和進行整定計算。1、短路電流計算條件：正常工作時，三項系統(tǒng)對稱運行。所有電流的電功勢相位角相同。電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負(fù)荷下運行。短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。不考慮短路點的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外，元件的電阻略去不計。不考慮短路點的電流阻抗和變壓器的勵磁電流。元件的技術(shù)參數(shù)均取額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍。輸電線路的電容略去不計。2、一般規(guī)定：1）驗算導(dǎo)體

15、的電器動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按本工程設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景的發(fā)展計劃。2）選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電器連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流影響。3）選擇導(dǎo)體和電器時，對不帶電抗回路的計算短路點，應(yīng)選擇在正常接線方式時短路電流最大地點。4）導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和以及電器的開斷電流，一般按三相短路計算。3.22 短路等值電抗電路：由2600mw火電廠電氣主接線圖，和設(shè)計任務(wù)書中給出的相關(guān)參數(shù)，可畫出系統(tǒng)的等值電抗圖如圖3-1所示。圖3-1選取基準(zhǔn)容量為sj=600mva uj=uav=1.05uesj 基準(zhǔn)容量

16、；uav 所在線路的品平均電壓 以上均采用標(biāo)幺值計算方法，省去“*”。1、對于qfsn6002型發(fā)電機的電抗 uk%變壓器短路電壓的百分?jǐn)?shù)（%）； se最大容量繞組的額定容量（mva）； sj基準(zhǔn)容量（mva）。3、對于osspsl6000/220型三繞組變壓器的電抗 = = = = = =3.2.3各短路點短路電流計算：短路點的選擇應(yīng)選擇通過導(dǎo)體和電器的短路電流為最大的那些點作為短路計算點。首先，應(yīng)在兩條電壓等級的母線上選擇兩個短路計算點d1、d2。無線大功率系統(tǒng)的德主要特征是：內(nèi)阻抗x=0，端電壓u=c，它所提供的短路電流周期分量的幅值恒定且不隨時間改變。雖然非周期分量依指數(shù)率而衰減，但一

17、般情況下只需計及他對沖擊電流的影響。因此，在電力系統(tǒng)短路電流計算中，其主要任務(wù)是計算短路電流的周期分量。而在無限大功率系統(tǒng)的條件下，周期分量的計算就變得簡單。 如取平均額定電壓進行計算，則系統(tǒng)的短電壓u=uav，若選取ud=uav，則無限大功率系統(tǒng)的短電壓的標(biāo)幺值 ，短路電流周期分量的標(biāo)幺值為 式中 無限大系統(tǒng)功率系統(tǒng)對短路點的組合電抗（即總電抗）的標(biāo)幺值 短路電流的有名值為 則沖擊電流為 式中沖擊系數(shù)，表示沖擊電流對周期分量幅值的倍數(shù)。當(dāng)時間常數(shù)ta的值由零編制無限大時，沖擊系數(shù)值的變化范圍為： 在以下的計算中，取ksh =1.9；1、110kv母線上短路（d1點）的計算 圖 3-2 短路點

18、短路電流的計算： 2、220kv母線上發(fā)生短路（d2）時的計算：圖 3-3 表3-2-1系統(tǒng)短路電流小結(jié)電流值短路點110kv母線發(fā)生短路（d1點）220kv母線發(fā)生短路（d2點）電流周期分量標(biāo)幺值7.314.62電流周期分量有名值21.98ka44ka短路沖擊電流55.97ka112ka3.3 電氣設(shè)備的選擇：3.3.1電氣設(shè)備選擇概述：由于各種電氣設(shè)備的具體工作條件并不完全相同，所以，它們的具體選擇方法也不完全相同，但基本要求是相同的。即，要保證電氣設(shè)備可靠的工作，必須按正常工作條件選擇，并按短路情況校驗其熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定3.32電氣設(shè)備選擇的一般原則及校驗內(nèi)容：a.應(yīng)滿足正常運行、檢修、短

19、路和過電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展。b.應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核。c. 應(yīng)力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理。d.與正個工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)協(xié)調(diào)一致。e.同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種。f.用新的產(chǎn)品均應(yīng)有可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。3.32 斷路器和隔離開關(guān)的選擇：1、220kv側(cè)各個回路的最大工作電流（1）出線回路 （ka）（ka）220kv側(cè)短路沖擊電流為=21.876ka短路熱穩(wěn)定時間為短路電流的熱效應(yīng)選斷路器： 表3-3-1 lw220系列六氟化硫斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)額定工作電壓（kv）最高工作電壓（kv）額定電流（a）3秒熱穩(wěn)定電流（ka）額定動穩(wěn)定電流峰值（ka）固有分閘時間（s）額定頻率（hz）220

20、2524000401000.0650動穩(wěn)定校驗：動穩(wěn)定電流=100ka，220kv側(cè)短路沖擊電流為=21.876ka，滿足動穩(wěn)定條件熱穩(wěn)定校驗：，滿足熱穩(wěn)定條件。隔離開關(guān)：表3-3-2 gw4220w系列隔離開關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)額定工作電壓（kv）額定電流（a）4s 熱穩(wěn)定電流（ka）額定動穩(wěn)定電流峰值（ka）額定頻率（hz）22040005012550校驗和斷路器相同的，均滿足要求。 （3）三繞組變壓器回路220kv側(cè)短路沖擊電流為=21.876ka短路熱穩(wěn)定時間為短路電流的熱效應(yīng)選斷路器： 表3-3-3 lw220系列六氟化硫斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)額定工作電壓（kv）最高工作電壓（kv）額定電流(ka)3

21、s熱穩(wěn)定電流（ka）額定動穩(wěn)定電流峰值（ka）固有分閘時間（s）額定頻率（hz）2202522000401000.0650動穩(wěn)定校驗：動穩(wěn)定電流=100ka，220kv側(cè)短路沖擊電流為=21.876ka，滿足動穩(wěn)定條件熱穩(wěn)定校驗：，滿足熱穩(wěn)定條件。隔離開關(guān)：表3-3-4 gw4220w系列隔離開關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)額定工作電壓（kv）額定電流（a）4s 熱穩(wěn)定電流（ka）額定動穩(wěn)定電流峰值（ka）額定頻率（hz）22020005012550校驗和斷路器相同的，均滿足要求。 2、110kv側(cè)各個回路的最大工作電流 （1）出線回路 （ka） （ka）110kv側(cè)短路沖擊電流為 =55.97ka短路熱穩(wěn)定時間

22、為 短路電流的熱效應(yīng)選斷路器： 表3-3-5 lw6110系列六氟化硫斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)額定工作電壓（kv）額定電流（a）3s 熱穩(wěn)定電流（ka）額定動穩(wěn)定電流峰值（ka）固有分閘時間（s）額定頻率（hz）11031500501250.0250動穩(wěn)定校驗：動穩(wěn)定電流=125ka，110kv側(cè)短路沖擊電流為=112ka，滿足動穩(wěn)定條件熱穩(wěn)定校驗：，滿足熱穩(wěn)定條件。隔離開關(guān)：表3-3-6 gw4110w系列隔離開關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)額定工作電壓（kv）額定電流（a）4s 熱穩(wěn)定電流（ka）額定動穩(wěn)定電流峰值（ka）額定頻率（hz）11080005012550校驗和斷路器相同的，均滿足要求。（2）三繞組變壓器回路

23、（ka）（ka）110kv側(cè)短路沖擊電流為 =55.97ka短路熱穩(wěn)定時間為 短路電流的熱效應(yīng)選斷路器： 表3-3-7 lw6110系列六氟化硫斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)額定工作電壓（kv）額定電流（a）3s 熱穩(wěn)定電流（ka）額定動穩(wěn)定電流峰值（ka）固有分閘時間（s）額定頻率（hz）11031500501250.0250動穩(wěn)定校驗：動穩(wěn)定電流=125ka，110kv側(cè)短路沖擊電流為=55.97ka，滿足動穩(wěn)定條件熱穩(wěn)定校驗：，滿足熱穩(wěn)定條件。隔離開關(guān)可選用和出線回路一樣的。3.33 母線、電纜的選擇1、220kv母線的選擇按長期發(fā)熱允許電流來選擇截面。選用三條矩形鋁導(dǎo)線，平放允許電流為3.725ka，

24、海拔高度：200m，年最高溫度：40； 年最低溫度：-10；年平均溫度：25，因此取溫度修正系數(shù)k=0.81， 熱穩(wěn)定校驗。正常運行時導(dǎo)體溫度 查表c=87滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面為kf為集膚效應(yīng)系數(shù)，c為熱穩(wěn)定系數(shù)。滿足熱穩(wěn)定要求。2、110kv母線的選擇按長期發(fā)熱允許電流來選擇截面。選用兩個三條矩形鋁導(dǎo)線，平放允許電流為3.7252ka，海拔高度：200m，年最高溫度：40； 年最低溫度：-10；年平均溫度：25，因此取溫度修正系數(shù)k=0.81， 熱穩(wěn)定校驗。正常運行時導(dǎo)體溫度 查表c=87滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面為kf為集膚效應(yīng)系數(shù)，c為熱穩(wěn)定系數(shù)。滿足熱穩(wěn)定要求。3.34發(fā)電機出口處電抗器選擇發(fā)電機出線出有（ka）選用zn5-10/630型真空斷路器，按正常工作電壓和最大工作電流初選電抗器的額定電壓=10kv和=4000a，則電抗百分值=0.19故選線路的電抗百分值為20%。初選電抗器為xkk10400020xkk10400020系列電抗器的技術(shù)參數(shù)額定電壓（kv）額定電流（ka）電抗率（%）動穩(wěn)定電流峰值（ka）