發(fā)電廠電氣部分課程設計標準(包含模版)

課程設計說明書學院：機電工程學院專業(yè)：電氣工程及其自動化課程名稱：發(fā)電廠電氣部分設計題目：中型火力發(fā)電廠電氣部分設計姓名：學號：指導教師：成績：發(fā)電廠電氣部分課程設計評分表序號評分項該項得分1論文結(jié)構(gòu)20分；2論文內(nèi)容正確，正文結(jié)構(gòu)合理20分；3參考文獻引用質(zhì)量10分；4附件圖紙10分；5出勤20分；6答辯成績20分。論文評語：課程設計總成績：二電氣主接線2.1．電氣主接線依據(jù)2.1.1對電氣主接線的基本要求電氣主接線的重要性電氣主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體。它表明了各種設備的數(shù)量及連接情況。電氣主接線決定了可能存在的運行方式，影響著運行的可靠性和靈活性。電氣主接線決定了電氣設備的選擇，配電裝置的布置。電氣主接線決定了繼電保護和控制的方式。對電氣主接線的基本要求，概括地說應包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面。1.可靠性安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求。電氣主接線的可靠性不是絕對的。同樣形式的主接線對某些發(fā)電廠和變電站來說是可靠的，而對另外一些發(fā)電廠和變電站則不一定能滿足可靠性要求。所以，在分析電氣主接線的可靠性時，要考慮發(fā)電廠和變電站在系統(tǒng)中的地位和作用、用戶的負荷性質(zhì)和類別、設備制造水2.靈活性電氣主接線應能適應各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行運行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個方面：(1)操作的方便性。(2)調(diào)度的方便性。(3)擴建的方便性。平及運行經(jīng)驗等諸多因素。3.經(jīng)濟性在設計主接線時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。通常設計應在滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟合理。經(jīng)濟性主要從以下幾方面考慮：節(jié)省一次投資。(2)占地面積少。(3)電能損耗少。2.1.2電氣主接線設計的原則電氣主接線的設計是發(fā)電廠或變電站電氣設計的主體。它與電力系統(tǒng)、電廠動能參數(shù)、基本原始資料以及電廠運行可靠性、經(jīng)濟性的要求等密切相關，并對電氣設備選擇和布置、繼電保護和控制方式等都有較大的影響。因此，主接線設計，必須結(jié)合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠或變電站的具體情況，全面分析有關影響因素，正確處理它們之間的關系，經(jīng)過技術、經(jīng)濟比較，合理地選擇主接線方案。電氣主接線設計的基本原則是以設計任務書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設的方針、政策、技術規(guī)定、標準為準繩，結(jié)合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能地節(jié)省投資，就近取材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經(jīng)濟、美觀的原則。在工程設計中，經(jīng)上級主管部門批準的設計任務書或委托書是必不可少的。它將根據(jù)國家經(jīng)濟發(fā)展及電力負荷增長率的規(guī)劃，給出所設計電廠(變電站)的容量、機組臺數(shù)、電壓等級、出線回路數(shù)、主要負荷要求、電力系統(tǒng)參數(shù)和對電廠的具體要求，以及設計的內(nèi)容和范圍。這些原始資料是設計的依據(jù)，必須進行詳細的分析和研究，從而可以初步擬定一些主接線方案。國家方針政策、技術規(guī)范和標準是根據(jù)國家實際狀況，結(jié)合電力工業(yè)的技術特點而制定的準則，設計時必須嚴格遵循。2.2電氣主接線的設計2.2.1對原始資料分析設計電廠為大機組中型凝汽式火電廠，其容量為3*100=400MW，，年利用小時數(shù)為5700h/年，遠大于我國電力系統(tǒng)發(fā)電機組的平均最大負荷利用小時數(shù)5000h/年，又為火電廠，所以該發(fā)電廠為帶基荷的發(fā)電廠，在電力系統(tǒng)占比較重要的地位，因此，該廠主接線要求有較高的可靠性；從負荷特點及電壓等級可知，該電廠具有110KV和220KV兩級電壓負荷。110KV電壓等級有4回架空線路，最大年利用小時數(shù)為5700h/a，說明對其可靠性有一定要求；220KV電壓等級有3回架空線路，最大年利用小時數(shù)為5700h/a,其可靠性要求較高。電機單機容量為100MW，其型號和參數(shù)選擇見表2-1。表2-1汽輪發(fā)電機的規(guī)格參數(shù)型號額定電壓額定容量功率因數(shù)接線方式次暫態(tài)電抗QFS-100-210.5KV100MW0.8YY0.122.2.2主接線的方案擬定根據(jù)對原始資料的分析，現(xiàn)將各電壓等級可能采用的較佳方案列出。進而，以優(yōu)化組合的方式，組成最佳可比方案。擬訂兩方案如表2-2表2-2擬定的兩種方案電壓等級方案Ⅰ方案Ⅱ110KV單母線分段帶旁路接線雙母線接線220KV單母線分段帶旁路接線雙母三分段接線主接線方案的比較：方案Ⅰ1、可靠性：可靠性一般，可以停電檢修出線斷路器；可靠性一般，可以停電檢修出線斷路器2、靈活性：運行靈活性一般，且?guī)月纺妇€接法已不是當今趨勢3、可靠性：投資較雙母線分段接法較為經(jīng)濟方案Ⅱ1、可靠性：可靠性較高，檢修任一組母線時不會中斷對用戶的供電；工作母線故障時，用戶在經(jīng)歷短暫倒排時間后迅速恢復供電；單母分段方式減少了母線故障時造成的損失，縮小了停電范圍2、靈活性：運行靈活，各個電源和備用回路負荷可以任意分配到某一組母線上，通過倒排操作組成各種運行方式；擴建方便，可不影響兩組母線的電源和負荷自由組合負荷，向母線任意方向擴建3、經(jīng)濟性：母線隔離開關數(shù)目較多，整個配電裝置結(jié)構(gòu)復雜，占地面積和投資費用較大，經(jīng)濟性較差通過對兩種方案的綜合分析，方案Ⅰ在經(jīng)濟性上占優(yōu)勢而方案Ⅱ在可靠性和靈活性上占優(yōu)勢，故最終方案選用方案Ⅱ。電氣主接線如下圖2.3主變壓器的選擇與計算2.3.1變壓器容量、臺數(shù)和型式的確定原則(1)單元接線的主變壓器容量的確定原則單元接線時主變壓器應按發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度來確定。采用擴大單元接線時，應盡可能采用分裂繞組變壓器，其容量亦應按單元接線的計算原則算出的兩臺機容量之和來確定。(2)連接兩種升高電壓母線的聯(lián)絡變壓器的確定原則聯(lián)絡變壓器容量應能滿足兩種電壓網(wǎng)絡在各種運行方式下，網(wǎng)絡間的有功功率和無功功率交換，一般不應小于接在兩種電壓母線上最大一臺機組的容量，以保證最大一臺機組故障或檢修時，通過聯(lián)絡變壓器來滿足本側(cè)負荷的要求。根據(jù)以上原則知，本電廠3臺機組的最大容量為100MW，應根據(jù)100MW發(fā)電機來選擇聯(lián)絡變壓器，又為了布線方便，只選一臺自耦聯(lián)絡變。(3)變壓器臺數(shù)的確定原則發(fā)電廠或變電所主變壓器的臺數(shù)與電壓等級、接線形式、傳輸容量以及和系統(tǒng)的聯(lián)系有密切關系。通常與系統(tǒng)具有強聯(lián)系的大、中型發(fā)電廠和重要變電所，在一種電壓等級下，主變壓器應不少于2臺；而對弱聯(lián)系的中、小型發(fā)電廠和低壓側(cè)電壓為6-10KV的變電所或與系統(tǒng)只是備用性質(zhì)時，可只裝一臺主變壓器；對地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，可設3臺主變壓器。考慮到本電廠有3臺100MW發(fā)電機，且電廠和系統(tǒng)有較強聯(lián)系，故220KV電壓等級接兩臺主變壓器，110KV電壓等級接一臺主變壓器。(4)主變壓器型式的確定原則選擇主變壓器型式時，應從相數(shù)、繞組數(shù)、繞組接線組別、冷卻方式、調(diào)壓方式等方面考慮，通常只考慮相數(shù)和繞組數(shù)以及繞組接線組別。在330KV及以下電力系統(tǒng)，一般都應選用三相變壓器。對于大型三相變壓器，當受到制造條件和運輸條件的限制時，則宜選用兩臺小容量的三相變壓器來取代一臺大容量三相變壓器，或者選用單相變壓器。一般當最大機組容量為125MW及以下的發(fā)電廠多采用三繞組變壓器，對于最大機組容量為200MW及以上的發(fā)電廠，通常采用雙繞組變壓器加聯(lián)絡變壓器，當采用擴大單元接線時，應優(yōu)先選用低壓分裂繞組變壓器，這樣可以大大限制短路電流。2.3.2變壓器的選擇與計算按照變壓器容量、臺數(shù)和型式的確定原則，該發(fā)電廠主接線采用3臺三相雙繞組主變壓器和一臺聯(lián)絡變壓器。3臺主變壓器分別和3臺發(fā)電機組組成單元接線，聯(lián)絡變壓器選用三相三繞組降壓自耦變壓器。S=（100-100×8%）×1.1/0.8=126.5MVA查手冊《發(fā)電廠電氣部分課程設計參考資料》選出變壓器型號及參數(shù)見表2-3.2-4。表2-3主變壓器的參數(shù)型號額定容量（KVA）額定電壓（KV）連接組別阻抗電壓（%）SFPSZ7-120000/220120000高壓低壓YN,d1112~1422013.8SFPSZ7-120000/110120000高壓低壓YN,d111311013.8表2-4聯(lián)絡變壓器的參數(shù)型號額定電壓（KV）連接組別阻抗電壓（%）SFPSZ7-120000/220高壓中壓低壓Yn,yn0,d11232202313.8三短路電流的計算短路計算在設計發(fā)電廠主接線的過程中有著重要作用，它為電氣設備的選型、動穩(wěn)定校正和熱穩(wěn)定校正提供依據(jù)。當短路發(fā)生時，對發(fā)電廠供電的可靠性可能會產(chǎn)生很大影響，嚴重時，可能導致電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定，甚至造成系統(tǒng)解列。因此，對短路事故的計算是非常有必要的，而且是必須進行一項工作。3.1短路計算的一般規(guī)則(1)驗算導體和電氣設備動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電氣設備開斷電流所用的短路電流，應按本工程的設計規(guī)劃內(nèi)容計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃（一般為本工程建成后5至10年）。確定短路電流時，應按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。(2)選擇導體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡中，應考慮具體反饋作用對異步電機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。(3)選擇導體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點，應選擇在正常接線方式時短路電流最大的點。對帶電抗器的6KV至10KV出線與廠用分支回路，除其母線與母線隔離開關之間隔離板前的引線和套管的計算短路點選擇在電抗器前外，其余導體和電器的計算短路點選擇在電抗器后。(4)導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流，一般按三相短路驗算。3.2短路電流的計算3.2.1各元件電抗的計算選基準容量：Sd=100MVA，Uav=Ud發(fā)電機:等值電源：S1：Sd=100MVA，S1=3400MVAS2：S2=500MVA變壓器:T1，T2：===T3：==T4：電纜：3.2.2等值網(wǎng)絡的化簡圖3-1等值網(wǎng)絡圖圖3-2等值網(wǎng)絡化簡圖1圖3-3等值網(wǎng)絡化簡圖2圖3-4等值網(wǎng)絡化簡圖3圖3-5等值網(wǎng)絡化簡圖4圖3-6等值網(wǎng)絡化簡圖5各電抗值的計算：與合并后電抗：轉(zhuǎn)移阻抗：計算電抗：表3-1短路電流計算結(jié)果短路計算時間電流值/KA,短路電流/KA0標幺值0.3277.3862.795有名值0.5133.7081.4035.6241標幺值0.3277.3862.795有名值0.5133.7081.4035.6242標幺值0.3277.3862.795有名值0.5133.7081.4035.624電流基準值：短路電流：四電氣設備的選擇電氣設備的選擇是發(fā)電廠和變電所電氣設計的主要內(nèi)容之一。正確的選擇電氣設備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電氣設備選擇時，應根據(jù)工程實際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的采用新技術，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。4.1電氣設備選擇的一般原則(1)所選設備應能滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展；在滿足可靠性要求的前提下，應盡可能的選用技術先進和經(jīng)濟合理的設備，使其具有先進性；(2)應按當?shù)丨h(huán)境條件對設備進行校準；(3)所選設備應予整個工程的建設標準協(xié)調(diào)一致；(4)同類設備應盡量減少品種；(5)選用新產(chǎn)品均應具有可靠的實驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。在特殊情況下，選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品時，應經(jīng)過上級批準。4.2電氣設備的選擇條件正確的選擇電器是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應根據(jù)工程實際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的采用新技術，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。電器要能可靠的工作，必須按正常條件下進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。4.2.1按正常工作條件選擇電氣設備(1)額定電壓和最高工作電壓電氣設備所在電網(wǎng)的運行電壓調(diào)壓或負荷的變化，有時會高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電氣設備允許的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。通常，規(guī)定一般電氣設備允許的最高工作電壓為設備額定電壓的1.1-1.15倍，而電網(wǎng)運行電壓的波動范圍，一般不超過電網(wǎng)額定電壓的1.15倍。因此，在選擇電氣設備時，所選用的電氣設備允許最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓，即≥。(2)額定電流電氣設備的額定電流IN是指額定周圍環(huán)境溫度下，電氣設備的長期允許電流。應不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax，即≥Imax。由于發(fā)電機、調(diào)相機和變壓器在電壓降低5%時，出力保持不變，故其相應回路的Imax為發(fā)電機、調(diào)相機或變壓器的額定電流的1.05倍；若變壓器有過負荷運行可能時，Imax應按過負荷確定（1.3-2倍變壓器額定電流）；母聯(lián)斷路器回路一般可取母線上最大一臺發(fā)電機或變壓器的Imax；母線分段電抗器的Imax應為母線上最大一臺發(fā)電機跳閘時，保證該段母線負荷所需的電流，或最大一臺發(fā)電機額定電流的50%～80%；出線回路的Imax除考慮正常負荷電流外，還應考慮事故時由其他回路轉(zhuǎn)移過來的負荷。4.2.2按短路情況校驗a.短路熱穩(wěn)定校驗短路電流通過電氣設備時,電氣設備各部分的溫度應不超過允許值.滿足熱穩(wěn)定的條件為≥Qk式中：Qk為短路電流產(chǎn)生的熱效應，It、t分別為電器允許通過的熱穩(wěn)定電流和時間。b.電動力穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是電氣設備承受短路電流機械效應的能力，亦稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件為ies≥ish或Ies≥Ish式中ish、Ish分別為短路沖擊電流幅值和有效值；ies、Ies分別為電氣設備允許的動穩(wěn)定電流的幅值和有效值。同時，應按電氣設備在特定的工程安裝使用條件，對電氣設備的機械負荷能力進行校驗，即電氣設備的端子允許荷載應大于設備引線在短路時的最大電動力。下列幾種情況可不校驗熱穩(wěn)定或動穩(wěn)定。用熔斷器保護的電氣設備，其熱穩(wěn)定由熔斷時間保證，故可不驗算熱穩(wěn)定。采用有限流電阻的熔斷器保護的設備可不校驗動穩(wěn)定。裝設在電壓互感器回路中的裸導體和電氣設備可不驗算動、熱穩(wěn)定。c.短路計算時間（1）熱穩(wěn)定短路計算時間。該時間用于校驗電氣設備在短路狀態(tài)下的熱穩(wěn)定，其值為繼電保護動作時間和相應斷路器的全開斷時間之和，即=+斷路器全開斷時間是指給斷路器的分閘脈沖傳送到斷路器操動機構(gòu)的跳閘線圈時起，到各相觸頭分離后電弧完全熄滅為止的時間段。顯然，包括兩個部分，即=（2）短路開斷計算時間。斷路器不僅在電路中作為操作開關，而且在短路時要作為保護電器，能迅速可靠地切斷短路電流。為此，斷路器應能在動靜觸頭剛分離時刻，可靠開斷短路電流，該短路開斷計算時間和斷路器固有分閘時間之和，即=對于無延時保護，為保護啟動和執(zhí)行機構(gòu)時間之和，傳統(tǒng)的電磁式保護裝置一般為0.05~0.06s，微機保護裝置一般為0.016~0.03s。tk是短路電流的切除時間，等于繼電保護動作時間加上斷路器全開斷時間。其中，在無繼電保護整定資料的情況下，繼電保護后備保護的時限，一般在電廠高壓母線上認定為4秒，對發(fā)電機直配線路上認定為2秒。4.3斷路器和隔離開關的選擇4.3.1斷路器的選擇高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開關設備，它既可以在正常情況下接通或斷開電路，又可以在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時迅速的自動斷開電路。斷開電路時會在斷口處產(chǎn)生電弧，為此斷路器設有專門的滅弧裝置。110KV側(cè)出線斷路器110KV出線4回，每回輸送25MW即發(fā)電機最大持續(xù)工作電流：根據(jù)110KV出線回路的、及斷路器安裝在屋內(nèi)的要求，查附表6，可選SW4-110/1000型少油斷路器，固有分閘時間為0.06s短路計算時間由于>1s，不計非周期熱效應，短路電流的熱效應等于周期分量熱效應短路開端時間，故用校驗。沖擊電流：表4-1斷路器、隔離開關選擇結(jié)果表計算數(shù)據(jù)SW-110/1000型斷路器GW4-1100/1000-80型隔離開關110KV110KV110KV173.23A1000A1000A5.624KA32KA-14.31KA55KA-14.31KA55KA80KA斷路器的選擇：1．從表4-1中可知，符合高壓斷路器額定電壓和電流的選擇。2．開斷電流選擇：從表4-1中可知3.短路關合電流的選擇：從表1-2中可知4.短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗：從表1-2中知，隔離開關與斷路器相比，在額定電壓、電流的選擇及短路動、熱穩(wěn)定校驗的項目相同。但由于隔離開關不用來接通和切除短路電流，故無需進行開斷電流和短路關合電流的校驗。4.3.2電流互感器的選擇=14.31A=63.26=105.4A根據(jù)電流互感器安裝處的電網(wǎng)電壓，，查附表8電流互感器的技術參數(shù)，選LCWD-110型電流互感器。校驗互感器的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定：從附表8中得知，熱穩(wěn)定系數(shù)