4×300MW發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì) 概述+第一章

第一章緒論陽(yáng)泉第二發(fā)電廠位于山西省陽(yáng)泉市所轄的平定縣境內(nèi)，距平定縣城南約4公里的冠莊東村，是山西電網(wǎng)中一個(gè)大型骨干電廠。根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展規(guī)范，擬建設(shè)4X300MW發(fā)電廠，除滿足當(dāng)?shù)厥褂猛猓嘤嚯娏λ屯渌貐^(qū)電網(wǎng)。建設(shè)規(guī)模為1200MW，安裝四臺(tái)300MW國(guó)產(chǎn)燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，型號(hào)為QFSN—300—2水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)，一次建成，并預(yù)留2X300MW的擴(kuò)建余地。4臺(tái)300MW汽輪機(jī)組均采用機(jī)-變壓器組單元接線接入220KV用線，220KV配電裝置出線八回，主變進(jìn)線四回，廠用高壓?jiǎn)?dòng)/備用變壓器2回。本廠東北方向10km，正西方向130km，西南方向150km，西北方向10km分別有一座220kV變電站，可供接入系統(tǒng)。除西南方向?yàn)殡娋W(wǎng)中一個(gè)重要的聯(lián)絡(luò)站外，其它變電站均只向當(dāng)?shù)刎?fù)荷供電。并予考慮未來(lái)幾年向東南方向另一電網(wǎng)送電。本設(shè)計(jì)遵循《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》SDJ-84等有關(guān)部分設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程、規(guī)定和規(guī)范。設(shè)計(jì)力爭(zhēng)反映先進(jìn)化、現(xiàn)代化電廠水平，使陽(yáng)泉第二發(fā)電廠設(shè)計(jì)與山西經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)。整個(gè)電氣部分設(shè)計(jì)力爭(zhēng)體現(xiàn)下列特點(diǎn)：全廠各部分技術(shù)方案統(tǒng)一組織，相互協(xié)調(diào)。電氣設(shè)計(jì)采用新技術(shù)，新設(shè)備，做到全廠整體供電、規(guī)劃合理，便于生產(chǎn)管理、運(yùn)行和檢修。電氣設(shè)備布置采用整潔、清晰的方案，即保持運(yùn)行維護(hù)安全的指標(biāo)，有要強(qiáng)調(diào)布置美感。電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型上要優(yōu)化、優(yōu)選，克服常見(jiàn)、多發(fā)問(wèn)題。根據(jù)我國(guó)國(guó)情講究實(shí)效、適用，在技術(shù)水平上具有一定的先進(jìn)性，體現(xiàn)機(jī)組整體運(yùn)行和時(shí)代水平。嚴(yán)格控制占地，做好電氣方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和電氣設(shè)備的比價(jià)擇優(yōu)工作，講究技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。第二章電氣主接線選擇電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線方案的確定與電力系統(tǒng)及發(fā)電廠、變電所運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置等的擬定有較大影響。本次陽(yáng)泉第二發(fā)電廠容量除滿足當(dāng)?shù)厥褂猛?，多余電力送往其他地區(qū)電網(wǎng)。4臺(tái)300MW汽輪發(fā)電機(jī)組均采用發(fā)電機(jī)一變壓器組單元接線接入220KV用線，且220KV出線還包括4回備用出線，故出現(xiàn)回路按8回設(shè)置，電廠的4臺(tái)主變壓器接入220KV母線，進(jìn)線為4回，兩臺(tái)啟動(dòng)/備用變也從220KV母線引線，則整個(gè)母線出線回路數(shù)為12回。第一節(jié)主變壓器的選擇主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇根據(jù)電力系統(tǒng)5-10年發(fā)展規(guī)劃、輸送功率大小、饋線回路數(shù)、電壓等級(jí)以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，從而確定主變壓器臺(tái)數(shù)為1臺(tái)。主變壓器繞組數(shù)的確定對(duì)于機(jī)組容量為200MW以上的發(fā)電廠，其升壓變壓器一般不采用三繞組變壓器。由于三繞組變壓器不如雙繞組變壓器靈活，且三繞組變壓器中壓側(cè)在制造原因上一般不希望出現(xiàn)分接頭，只制造死接頭，從而對(duì)高、中壓側(cè)調(diào)壓及負(fù)荷分配不利，故主變壓器選擇雙繞組變壓器。主變壓器容量的選擇主變壓器與發(fā)電機(jī)采用單元接線，其容量的確定方法為：發(fā)電機(jī)的額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留有10%的裕度。S=-300x(1-5%)x(1+10%)=368.82(MVA)0.85主變壓器等級(jí)的選擇變壓器一次側(cè)接電源，相當(dāng)于用電設(shè)備，二次側(cè)向負(fù)荷供電相當(dāng)于發(fā)電機(jī)。因此，變壓器一次側(cè)額定電壓等于線路電壓(用電設(shè)備額定電壓)，對(duì)于直接和發(fā)電機(jī)相連的變壓器一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機(jī)額定電壓。變壓器二次側(cè)看作發(fā)電機(jī)，其額定電壓應(yīng)為線路額定電壓的105%?？紤]到變壓器的額定電壓是按空載條件定義的，而在帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部損耗存在電壓損耗，約為5%，為在帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，使線路始端電壓能為線路額定電壓的105%，變壓器二次側(cè)額定電壓定為較線路額定電壓高10%。因此，變壓器低壓側(cè)為20KV，高壓側(cè)為220X(1+10%)=242KV。變壓器所選型號(hào)如下：變壓器型號(hào)額定容量(KVA)額定電壓(KV)空載電流(%)阻抗電壓(%)空載損耗(KW)負(fù)載損耗(KW)連接組標(biāo)號(hào)高壓低壓SFP7-370000/20370000242+2X2.5%200.3812~14221790YNd11五.發(fā)電機(jī)一主變壓器接線4臺(tái)300MW機(jī)組分別與主變壓器組成單元接線，對(duì)200MW以上機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口采用分相封閉母線，為減少斷開(kāi)點(diǎn)，亦可不裝隔離開(kāi)關(guān)，但應(yīng)留有可拆點(diǎn)以利于機(jī)組調(diào)試。為提高供電可靠性，4臺(tái)發(fā)電機(jī)組分別接于各母線上。各個(gè)電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上，能適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要，靈活性高。并且向雙母線左右任何方向擴(kuò)建，均不會(huì)影響兩組母線的電源和負(fù)荷自由組合分配，在施工中也不會(huì)造成原有回路停電，擴(kuò)建方便。但適用于110?220kV配電裝置出線回路為5回及以上，且母線上電源較多、輸送和穿越功率較大、母線故障后要求迅速恢復(fù)供電、母線或母線設(shè)備檢修時(shí)不允許影響對(duì)用戶的供電、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度對(duì)接線的靈活性有一定要求的電網(wǎng)。第二節(jié)電氣主接線的選擇陽(yáng)泉二電廠是山西電力主力電廠之一，電廠位于負(fù)荷中心，裝機(jī)容量大，在電網(wǎng)中處于十分重要的地位。電網(wǎng)對(duì)電廠電氣主接線的安全可靠性及運(yùn)行靈活性都有較高的要求。電氣主接線與電廠的可靠性、高壓配電裝置的占地面積、設(shè)備投資費(fèi)用及運(yùn)行方式等多種因素有關(guān)。根據(jù)陽(yáng)泉第二發(fā)電廠在系統(tǒng)中的作用和地位、系統(tǒng)運(yùn)行方式及系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)對(duì)該廠接入系統(tǒng)的論證。一般總?cè)萘繛?000MW及以上、單機(jī)容量為200MW及以上為大型電廠。

因此根據(jù)電壓等級(jí)、出現(xiàn)回路數(shù)、機(jī)組容量決定在初步設(shè)計(jì)中，對(duì)電氣主接線提出了雙母雙分段母線接線及一個(gè)半斷路器接線兩種方案。一.初選接線方案雙母線雙分段接線當(dāng)雙母線接線配電裝置的進(jìn)、出線回路數(shù)多時(shí)，為增加可靠性和運(yùn)行上的靈活性，可在雙母線的兩條母線上加分段斷路器，形成雙母線雙分段接線。雙母線雙分段接線克服了雙母線雙母線雙分段接線圖存在全?？赡苄缘娜秉c(diǎn)，縮小了故障停電范圍，提高了接線的可靠性。特別是雙雙母線雙分段接線圖母線雙分段接線，比雙母線單分段接線只多了一臺(tái)分段斷路器和一臺(tái)母線電壓互感器和避雷器，占地面積相同，但可靠性提高明顯。在任何雙重故障情況下不致造成配電裝置全停。該接線在系統(tǒng)運(yùn)行中也非常靈活，可通過(guò)分段斷路器和母聯(lián)斷路器將系統(tǒng)分割成幾個(gè)互不連接的部分，達(dá)到限制短路電流、控制潮流、縮小故障停電范圍等目的。雙母線雙分段接線比雙母線接線增加了兩臺(tái)斷路器，投資有所增加。但雙母靠性和靈活性。2.一臺(tái)半斷路器接線這種接線方案在發(fā)生各種單一故障甚至母線故障時(shí)，任何回路都不會(huì)停電，并保持原來(lái)的運(yùn)行方式。甚至于兩組母線同時(shí)故WL1WL2WL3WL4WL5嘰6WL7WL84APPAT1G13QS-lUtFlU111PPA:J：gJQF18J靠性和靈活性。2.一臺(tái)半斷路器接線這種接線方案在發(fā)生各種單一故障甚至母線故障時(shí)，任何回路都不會(huì)停電，并保持原來(lái)的運(yùn)行方式。甚至于兩組母線同時(shí)故WL1WL2WL3WL4WL5嘰6WL7WL84APPAT1G13QS-lUtFlU111PPA:J：gJQF18J：W2W1臺(tái)半斷路器接線圖二.主接線方案的比較從技術(shù)上論證兩方案優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計(jì)算比較和可靠性定量分析計(jì)算比較。最后獲得最優(yōu)的技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)可行的主接線方案。比較如下：1.可靠性計(jì)算比較可靠性是指系統(tǒng)、設(shè)備在規(guī)定的條件下和預(yù)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率?？梢杂眠壿嫳砀穹ㄓ?jì)算主接線可靠性，邏輯表格法是以供電連續(xù)性作為系統(tǒng)可靠工作的判據(jù)。其基本思想是針對(duì)主接線具體接線，分析因故障或計(jì)劃?rùn)z修切除某一設(shè)備（回路）時(shí)，應(yīng)當(dāng)將那些相鄰設(shè)備斷開(kāi)，即所有可能故障或檢修的設(shè)備（主要是斷路器和母線）由于切除而對(duì)主接線的影響。對(duì)處于完好的、故障的以及某設(shè)備檢修時(shí)與另一設(shè)備故障相重疊等情況一一列舉出來(lái)，分別計(jì)算其出現(xiàn)的概率，填入典型的表格中，然后根據(jù)全概率公式計(jì)算出某設(shè)備在一年內(nèi)平均切除次數(shù)和停運(yùn)時(shí)間的概率，從而表明其主接線的可靠性。對(duì)于接線方案的可靠性計(jì)算采用邏輯表格法，應(yīng)具備以下資料：設(shè)備的故障率一包括斷路器故障率人Q（f/a）、母線故障率七、變壓器故障率人T、發(fā)電機(jī)故障率人G、線路故障率人乙［F/（a-100km）］（指100km的線路在一年內(nèi)發(fā)生的平均次數(shù)）等等。雖然在主接線中的隔離開(kāi)關(guān)數(shù)量很多，但均與斷路器配套使用，且其故障率比斷路器小一個(gè)數(shù)量級(jí)，為簡(jiǎn)化可靠性計(jì)算工作量，常把隔離開(kāi)關(guān)的故障率分別計(jì)入其相鄰的斷路器中，不致影響可靠性計(jì)算的準(zhǔn)確性。斷路器故障停運(yùn)時(shí)間Tf）一指查明和排除一次故障所需的時(shí)間。斷路器大修周期R0（尸/a）一指每臺(tái)斷路器每年的平均大修次數(shù)，其值隨斷路器類(lèi)型及電壓等級(jí)而異。斷路器大修時(shí)間TQr0(h)一指每臺(tái)斷路器每次大修所需的平均時(shí)間。斷路器小修時(shí)間TQr(h)一指每臺(tái)斷路器每次小修所需的平均時(shí)間。斷路器小修周期七(r/a)一指每臺(tái)斷路器每年小修次數(shù)。母線故障停運(yùn)時(shí)間T町(h)一指母線因故障每次停運(yùn)的平均時(shí)間。母線檢修周期r〃(r/a)一指母線每年平均檢修次數(shù)。母線檢修停運(yùn)時(shí)間TWr(h)一指母線每次檢修平均時(shí)間。故障查明時(shí)間T0(h)—每次查明故障所需平均時(shí)間。11隔離開(kāi)關(guān)分(合)時(shí)間TC(h)一指隔離開(kāi)關(guān)操作一次(分或合)所需的平均時(shí)間。已知條件：①220kV采用SF6斷路器，輸電線路長(zhǎng)度取乙東北=10km，乙正西=130km，乙西南=150km，乙西北=10km，設(shè)備原始數(shù)據(jù)為：斷路器故障率XQ=0.014f/a，母線故障率人W=0.1f/a，線路故障率人￡=0.01f/a，斷路器大修周期R0=0.2f/a、斷路器小修周期Rq=1r/a、斷路器故障停運(yùn)時(shí)間T方=60h、斷路器大修時(shí)間TQr0=500h、斷路器小修時(shí)間TQr=90h、故障查明時(shí)間T0=0.3h、隔離開(kāi)關(guān)分合閘時(shí)間TC=0.1h、母線故障停運(yùn)時(shí)間Twf=8h、母線檢修周期rwr=1r/a、母線檢修停運(yùn)時(shí)間Tw=6ho②雙母雙分段接線正常運(yùn)行方式時(shí)，T號(hào)2接母線W1T2L3L4接母線W2.T3L5L6接母線W3T4L7L8接母線1, 2, 3, 4 23.5.6 34,7,8W4.QF13,QF14,QF戚QF16全部投入，以不固定接線方式連接運(yùn)行。1.先求其輔助系數(shù)⑴斷路器故障率人Q,，有XQf+.l嘉+人，對(duì)斷路器分別計(jì)算。其中對(duì)母聯(lián)斷路器及一串的中間斷路器的XQ修正為2人Q值，計(jì)算結(jié)果示故障表。表1-1雙母雙分段接線斷路器故障率表斷路器線路長(zhǎng)自身故線路影母線某斷路QF0100.01400.0020.016

QF0200.01400.0020.016QF0300.01400.0020.016QF0400.01400.0020.016QF05100.0140.0010.0020.017QF06100.0140.0010.0020.017QF071500.0140.0150.0020.031QF081500.0140.0150.0020.031QF091300.0140.0130.0020.029QF101300.0140.0130.0020.029QF11100.0140.0010.0020.017QF12100.0140.0010.0020.017QF1300.02800.0040.032QF1400.02800.0040.032QF1500.02800.0040.032QF1600.02800.0040.032表1-2一臺(tái)半斷路器接線斷路器故障率表斷路器線路長(zhǎng)自身故線路影母線影某斷路QF100.01400.0040.018QF2100.0280.0010.0040.033QF3100.0140.0010.0040.019QF4100.0140.0010.0040.019QF5100.0280.0010.0040.033QF600.01400.0040.018QF71300.0140.0130.0040.031QF81300.0280.0130.0040.045QF900.01400.0040.018QF1000.01400.0040.018QF111300.0280.0130.0040.045QF121300.0140.0130.0040.031QF1300.01400.0040.018QF141500.0280.0150.0040.047QF151500.0140.0150.0040.033QF161500.0140.0150.0040.033QF171500.0280.0150.0040.047QF1800.01400.0040.018QF19100.0140.0010.0040.019QF20100.0280.0010.0040.033QF2100.01400.0040.018QF2200.01400.0040.018QF23100.0280.0010.0040.033

QF24100.0140.0010.0040.019斷路器故障停運(yùn)系數(shù)，由公式K浙=W匝分別對(duì)不同的方案求得。Qfi8760①雙母線接線KQ5Kq7KQf9:KQf13°.016X60=0.000109687690.017x60KQ5Kq7KQf9:KQf13°.016X60=0.000109687690.017x60=0.000116487600.031X60=0.000212387600.029X60=0.000198687600.032X60=0.00021928760KQf1=KQf2=Kq3=Kq4=0.0001096KQf5=Kq6=J=KQf12=0.0001164KQf=KQf=0.0002123KQf9=KQf10=0.0001986KQf13=KQf14=KQf15=KQf16=0.0002192KQf1=8760=0.0001233=KQf6=KQf9=虬Qf10=KQf13=KQf18=KQf21=KQf22:KQf3=0.019x60=0.0001301KQ3=Kq4=K8760KQf7=0.031x608760=0.0002123KQ7=Kf=0K…=0.033x60=0.000226②一臺(tái)半斷路器接線8760x0.0001233KQf1Qf19=KQf24=0.0001301KQf2=KQf5=KQf15=KQf16=KQf23=KQf20=0.000226K=0.045X60=0.0003082Qf8 8760K=0.047X60=0.0003219Qf14 8760氣8=KQf11=0.0003082KQf14=KQf17=0.0003219⑶斷路器計(jì)劃?rùn)z修停運(yùn)系數(shù)KQr日0TQr0+^QTQr 0.2X500+1X90X1一 ^^= =0.019687608760⑷母線故障停運(yùn)系數(shù)K=*wTf=0.1x8=0.0000913Wf 8760 8760⑸母線計(jì)劃?rùn)z修停運(yùn)系數(shù)K=*/伊=^6=0.0006849心 8760 8760⑹正常工作系數(shù)①雙母線雙分段母線：K。=1-月KQfi_?膈=0.6838。1 1②一臺(tái)斷路器接線：K0=1-尹Kq.=0.52961⑺一臺(tái)斷路器檢修期間，另一臺(tái)故障停運(yùn)，引起對(duì)應(yīng)線路被迫停運(yùn)時(shí)間，分別計(jì)算斷路器和母線故障。T2 602①斷路器故障：Tnf2=Tf2-2"2=60-2x =56.4(h)r1822822x500=7.936(h)②母線故障：TfTwf-2Tr1⑻一母線檢修期間，另一元件故障，引起對(duì)應(yīng)線路被迫停運(yùn)時(shí)間，分別計(jì)算斷路器和母線故障1=—x61=—x6=3(h) ②母線故2①斷路器故障：Tw1f2=2Twr1 1'早:Twnwf=2Twr=2X6=3(h)引起對(duì)應(yīng)元件被迫停運(yùn)時(shí)間，即對(duì)應(yīng)元件經(jīng)斷路器或其它元件故障引起對(duì)應(yīng)元件被迫停運(yùn)時(shí)間，即對(duì)應(yīng)元件經(jīng)切換的恢復(fù)時(shí)間，由下式計(jì)算。T=T0+nTc=0.3+nx0.1 式中，n視隔離開(kāi)關(guān)需切換臺(tái)數(shù)而定。切換的恢復(fù)時(shí)間，由下式計(jì)算。全部元件正常時(shí)，某斷路器或母線故障的停運(yùn)頻次由式可得。人=K人、r0f20f2人斷路器檢修時(shí)，另一斷路器或母線故障的停運(yùn)頻次由式"r1f2=Kr1"f2可得。以上輔助參數(shù)經(jīng)計(jì)算后，其結(jié)果分析列入表中，根據(jù)全概率定理即可求得：各元件的停運(yùn)概率；各元件每年停運(yùn)的時(shí)間；同時(shí)切除兩元件的概率；同時(shí)停運(yùn)頻次等可靠性指標(biāo)。2.兩方案可靠性計(jì)算結(jié)果分析(1)各回路每年停運(yùn)頻次及停運(yùn)時(shí)間由表1-3可見(jiàn)：元件的停運(yùn)頻次，雙母雙分段接線相應(yīng)比一臺(tái)半斷路器接線要高0.6649~3.9363倍；元件每年停運(yùn)時(shí)間要高3.9863~13.1108倍。

表1-3各回路每年停運(yùn)頻次及停運(yùn)時(shí)間對(duì)比表停運(yùn)元停運(yùn)頻次（f/a）停運(yùn)每年停運(yùn)時(shí)間停運(yùn)IIII/IIIIII/L10.200.053.7561.130.119.94L20.200.063.1611.130.166.99L30.230.082.8501.960.238.30L40.230.082.7111.960.1910.3L50.230.082.7031.840.1511.5L60.230.082.5911.840.218.47L70.200.210.9601.130.234.90L80.200.310.6641.130.283.98T10.200.053.9361.080.0813.1T20.200.063.0111.080.138.16T30.230.073.1861.080.137.91T40.200.210.9661.070.195.57（2）不同元件發(fā)生停運(yùn)的頻次由表1-4可見(jiàn)：一臺(tái)半斷路器接線不會(huì)發(fā)生五元件及以上同時(shí)停運(yùn)、而雙母雙分段接線在相同條件下，可能發(fā)生五元件以上同時(shí)停運(yùn)。表1-4不同元件數(shù)量發(fā)生停運(yùn)頻次對(duì)比表停運(yùn)元停運(yùn)頻次（f/a）1雙母雙分段接線II一臺(tái)半斷路器接線件數(shù)量元件0.5982073二元件0.032130.3593696三元件0.60022四元件0.00027396五元件0.01449六元件0.11151九元件0.00008通過(guò)邏輯表格法對(duì)兩方案分析計(jì)算，明顯得出一臺(tái)半斷路器的可靠性優(yōu)于雙母雙分段接線。II、經(jīng)濟(jì)計(jì)算比較采用最小費(fèi)用法，對(duì)兩方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性計(jì)算比較。斷路器：14500元/個(gè)隔離開(kāi)關(guān)：29000元/個(gè)第一方案雙母線雙分段接線：斷路器：16個(gè)隔離開(kāi)關(guān)：44個(gè)斷路器費(fèi)用：14500X16=232000元隔離開(kāi)關(guān)費(fèi)用：29000X44=1276000所有電器折算到施工年的總投資為01=232000+1276000=150.8萬(wàn)元，折算年運(yùn)行費(fèi)U運(yùn)行費(fèi)U=248.6484萬(wàn)元（U—220)56