中型發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計

1、電氣主接線設(shè)計1.1 對原始資料的分析設(shè)計電廠為中型凝汽式電廠，其容量為2X 100+2X 300=800MW, 占電力系統(tǒng)總?cè)萘?800/ (3500+800)X 100%=18.6%超過了電 力系統(tǒng)的檢修備用8% 15呀口事故備用容量10%勺限額，說明該 廠在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位至關(guān)重要， 但是其年利用小時 數(shù)為5000h,小于電力系統(tǒng)電機組的平均最大負荷利用小時數(shù)( 2006 年我國電力系統(tǒng)發(fā)電機組年最大負荷利用小時數(shù)為 5221h)。該廠為凝汽式電廠，在電力系統(tǒng)中將主要承擔(dān)腰荷，從 而不必著重考慮其可靠性。從負荷特點及電壓等級可知， 10.5kV 電壓上的地方負荷容量 不大，共有

2、6回電纜饋線，與100MV發(fā)電機的機端電壓相等，采 用直饋線為宜。300MW發(fā)電機的機端電壓為20kV,擬采用單元接 線形式， 不設(shè)發(fā)電機出口斷路器， 有利于節(jié)省投資及簡化配電裝 置布置；110kV電壓級出線回路數(shù)為5回，為保證檢修出線斷路 器不致對該回路停電，擬采取雙母線帶旁路母線接線形式為宜； 220kV 與系統(tǒng)有 4 回路線， 送出本廠最大可能的電力為 800-200-25-800 X 8%=511MW擬采用雙母線分段接線形式。1.2 主接線方案的擬定在對原始資料分析的基礎(chǔ)上， 結(jié)合對電氣接線的可靠性、 靈活 性及經(jīng)濟性等基本要求，綜合考慮。在滿足技術(shù)，積極政策的前 提下，力爭使其技術(shù)先

3、進，供電安全可靠、經(jīng)濟合理的主接線方 案。發(fā)電、供電可靠性是發(fā)電廠生產(chǎn)的首要問題，主接線的設(shè)計，首 先應(yīng)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， 因而根據(jù)對原始資料 的分析，現(xiàn)將主接線方案擬訂如下：( 1) 10.5kV 電壓級：鑒于出線回路多，且發(fā)電機單機容量為 100MW/遠大于有關(guān)設(shè)計規(guī)程對選用單母線分段接線每段上不宜 超過12MW勺規(guī)定，應(yīng)確定為雙母線接線形式，2臺100MWB 分別接在母線上， 剩余功率通過主變壓器送往高一級電壓110kV。由于兩臺100MW機組均接于10.5kV母線上，有較大短路電流，為選擇輕型電器，應(yīng)在各條電纜

4、饋線上裝設(shè)出線電抗器。（2）110kV電壓級：出線回數(shù)大于4回，為保證檢修出線斷路 器不致對該回路停電，采取雙母線帶旁路母線接線形式， 以保證 其供電的可靠性和靈活性。（3）220kV電壓級：出線4回，考慮現(xiàn)在斷路器免維護減小投資，采用雙母線分段接線。通過兩臺三繞組變壓器聯(lián)系10.5kV及110kV電壓，以提高可靠性。2臺300MV機組與變壓器組成單 元接線，直接將功率送往220kV電力系統(tǒng)。1.3發(fā)電機及變壓器選擇（1）發(fā)電機的選擇：通過查著資料，兩臺 100MW發(fā)電機選用 QFQ-100-2型，兩臺300MW發(fā)電機選用QFSN-300-2型。具體參 數(shù)如下表：表1-1發(fā)電機參數(shù)型號額定功率

5、/MW額定電壓/kV功率因數(shù)電抗（標 幺值）”發(fā)電機G1,G2QFQ-100-210010.50.850.124發(fā)電機G3, G4,QFSN-300-2300200.850.143（2）變壓器選擇：220kV雙繞組變壓器選擇 SFP7-360000/220, 三繞組變壓器選擇 SFPS7-180000/220/110/10。具體參數(shù)如下表： 表1-2變壓器參數(shù)型號額定容 量連接組損耗空載 電流阻抗 電壓（%）空載短路雙繞組 變壓器SFP7-360000/220360MVAYn d11180KW828KW0.7%13.1三繞組 變壓器SFP7-180000/220/110/10180MVAYny

6、nd11178KW650KW0.7%14.023.07.01.4年運行費用的計算（1）雙繞組變壓器 Po=180KW Q=2520Kvar Pk=828KW Q=47160KvarS=527MVA S N=360MVAt maX=4500h/aT=5000h/aK=0.02n=2a =0.32 元/ (kW- h) A=n ( Po+KAQ) T+ t maJn( Pk+KQ)(S/ S n) 2 =10844166 (kW- h)(2) 三繞組變壓器P0=178KW Q0=1260KvarP1k=650KWP2k=650KWP3k=650KW Q1k=27000Kvar Q2k=-1800K

7、var Q3k=14400Kvart1max =5000h/at2max =4500h/at3max =5000h/aT=5000h/an=2K=0.02 Ae=n ( Po+KAQ0) T+1/n( P1k+KAQk) t 1max+( P2k+K Q2k) t 2maX+( Psk+K Qk) t 3max=8733500 (kW- h)C= a ( Ai+A?) a =626.5 萬1.5 電氣主接線圖 見附錄一 短路電流計算2.1 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 單相接地短路。其中三相短路電流的計算是為了選擇和校驗 QF、 QS母線等電氣設(shè)備，兩相短路電流

8、用于整定繼電保護裝置。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。 按短路電流的變化情況， 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(luò)的等效變換。本次設(shè)計中，短路電流的計算就涉及到這兩個方面的內(nèi)容。2.2 系統(tǒng)電氣設(shè)備電抗標幺值計算系統(tǒng)基準值SB 100MVA基準電壓U B = U av n( 1 )發(fā)電機電抗標幺值的計算100MVA發(fā)電機電抗標幺值X*gi = 0.12

9、4 X 100X 0.85/100=0.105300MVA發(fā)電機電抗標幺值X*G2= 0.143 X 100X 0.85/300=0.422(2)變壓器電抗標幺值的計算 雙繞組變壓器電抗標幺值X*T1 = 0.131 X 100/360 = 0.036(3) 三繞組變壓器電抗標幺值LK1% 1/2 X Uk(1-2)附 UK(3-1) %-U(2-3) %=15Lk% 1/2 X Uk(1-2) % + 匕(2-3) %-L(3-1) %=-1.0U<3%= 1/2 X U K(3-1) %+ LK(2-3) %-LK(1-2) % = 8.0X*T2.1 = 0.15 X 100/18

10、0 = 0.083X*T2.2 = (-0.01) X 100/180 = -0.006X*T2.3 = 0.08 X 100/180 = 0.044 系統(tǒng)歸算到220kV則的電抗標幺值：X 0.021s2.3 短路電流計算2.3.1 系統(tǒng)的簡化圖M MM23 2 220KV母線短路等值電路圖如下:0.036/2AC簡化后:220kv0.041/20.083/20.0210.044/20.105/2AC短路電流標幺值：I *1 = 1/0.014+1/0.116=80.48 短路電流：| 1= | *1 x 100/( V3X 220)=21.1KA 短路沖擊電流：I sh1= 1.9 V2I

11、 1=56.7KA2.3.3 110KV母線短路等值電路圖如下：ACfS 10.036/2A Al0.041/2r 0.083/2r L.jf.10.021JAAAV V v110kv0.044/2-0.006/20.105/2AC簡化后:短路電流標幺值：I *2 = 1/0.029=36.2短路電流：12= I*2 X 100/( V3X 110)=11.1KA 短路沖擊電流：I sh2= 1.9 V212=29.8KA2.3.4 10.5KV母線短路等值電路圖如下：10.5kv0.036/20.041/20.083/20.044/20.105/2簡化后:短路電流標幺值：I *3 = 1/0

12、.053+1/0.077=33.4 短路電流：I 3= I*3 X 100/( V3X 10.5)=183.6KA 短路沖擊電流：I Sh3= 1.9 V213=494.1KA第三章 電氣設(shè)備的選擇3.1 斷路器的選擇斷路器的選擇， 除滿足各項技術(shù)條件和環(huán)境條件外， 還應(yīng)考慮 到要便于安裝調(diào)試和運行維護，并經(jīng)技術(shù)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 10kV220kV 的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，而當少油斷路器不能滿足要求時， 可以選用 SF6 斷路器。斷路器選擇的具體技術(shù)條件如下：1 ）額定電壓校驗：U NUmax2）額定電流選擇：IN I max3）開斷電流：IN

13、brI w （短路電流有效值）4）動穩(wěn)定：ies ish （短路沖擊電流）5）熱穩(wěn)定：QrQk隔離開關(guān)的選擇校驗條件與斷路器相同，并可以適當降低要求。3.1.1 220KV 側(cè)斷路器選擇（1）雙繞組變壓器出口最大電流：I imax= 1.05 X 360000/（ V3X 220）=992A 三繞組變壓器220KV側(cè)最大電流：12max= 1.05 X 180000/（ V3X 220）=496A母線上流過的最大電流I max =2I 1max= 1984A短路電流：I '' = 21.1KA短路沖擊電流：I shi = 56.7KA為了檢測與校驗方便，可均選擇 SFM-220

14、型號的斷路器。表3-1 SFM-220型號斷路器參數(shù)表型號額定電 壓額定電 流額定開 斷電流額定閉 合電流熱穩(wěn)定電流3S合閘時間固有分 閘時間SFM-220220KV2000A40kA100kA40kA0.10.253.1.2 220kV斷路器校驗額定電壓：UN> UNs=220kV 額定電流：I n=2000心 I ma>=1984A 額定斷開電流：I Nbr=40kAI'' =21.1kA額定閉合電流：I Nci=100kA> I shi=56.7kA動穩(wěn)定校驗：I es=lNd=100kA> Ishi=56.7kA熱穩(wěn)定校驗：112 x t=480

15、0(kA 2 S)t k= t pr2+ta+tin =2.35S經(jīng)查資料得到：Itk=18.4KA, I tk/2=17.45kA則 q= 1l( I ''2+10XI tk2+Itk/2 2) =749.8(kA 2 S) 因此 It 2x t> Q12所以所選斷路器的熱穩(wěn)定滿足需求。此斷路器滿足系統(tǒng)需求。3.1.3 110KV側(cè)斷路器選擇(1)母線的最大電流：I max= 300000/(0.8 x 110XV3)= 1968 A 三繞組變壓器110KV側(cè)最大電流：I max= 1.05 X 180000/( V3X 110)=992A短路電流：I 2= 11.1

16、KA短路沖擊電流：I sh2 = 29.8 KA為了檢測與校驗方便，可均選擇 LW6-110H型號的斷路器。表3-2 LW6-110 H型號斷路器參數(shù)表型號額定電 壓額定電 流額定開 斷電流額定閉 合電流熱穩(wěn)定電流3S合閘時 間固有分 閘時間LW6-110n110KV2000A31.5kA80kA31.5kA0.040.0253.1.4 110kV 斷路器校驗額定電壓：UnUMS=110kV 額定電流：In=2000AA lmaR968A 額定斷開電流:l Nbr=31.5kA> l2=11.1kA額定閉合電流：l Nci=80kA> l sh2=29.8kA動穩(wěn)定校驗：l es=

17、l nci =80kA> l sh2=29.8kA熱穩(wěn)定校驗：It 2X t=2976.8(kA 2 S)t k= t pr2 +t a+t in =2.065S經(jīng)查資料得到：l tk=19.28 kA l tk/2=18.0kA則 Q=630.3(kA2 S) 因此，It 2X t> Qk所以所選斷路器的熱穩(wěn)定滿足需求。此斷路器滿足系統(tǒng)需求。3.1.5 10.5KV 側(cè)斷路器選擇(1)發(fā)電機出口側(cè)最大電流l max= 1.05 X 100000/( V3X 10.5 X 0.85)=6792A(2) 負載出線的最大電流：l max= 42000/( V3X 10.5 X 0.8)

18、=2886A(3三繞組變壓器10.5KV側(cè)最大電流：l max= 1.05 X 90000/( V3X 10.5)=5196A短路電流：l 3= 183.6 KA短路沖擊電流：l sh3 = 494.1 KA為了檢測與校驗方便，可均選擇 SN10-10型號的斷路器。表3-3 SN10-10型號斷路器參數(shù)表型號額定電 壓額定電 流額定開 斷電流額定閉 合電流熱穩(wěn)定 電流4S合閘 時間固有分 閘時間SN10-1010.5KV8000A100kA230kA100kA0.10.153.1.6 10.5kV 斷路器校驗額定電壓：UN> U=10.5kV 額定電流：In=8000A> l ma

19、X=6792A 額定斷開電流：l Nbr=100kAW 13=183.6kA額定閉合電流：l Nd=230kAW l sh3=494.1kA動穩(wěn)定校驗：I es=lNd=230kAC lsh3=494.1kA熱穩(wěn)定校驗：11 2X t=40000(kA2 S)t k= t pr2 +t a+t in =2.25S經(jīng)查資料得到：ltk=192.45 kA I tk/2 =182.8kA則 Q=69046(kA2 S) 因此，It 2X t < Q所以所選斷路器不滿足需此斷路器滿足系統(tǒng)需求。 因此，應(yīng)在此處接限流電抗器來限制短路電流 3.2電抗器選擇發(fā)電機QFQ-100-2的額定電流為647

20、0A 10.5KV出線采取出線 電抗器，線路最大工作電流值I max 一般取發(fā)電機額定電流的5%8%,照此標準選電抗器XKK-10-600-4型，額定電流In = 600A, Un = 10kV,電抗百分比數(shù) XL(%) = 4,基準：Sd=100MVA , Ud=10.5KV , I d =5.5KA,由此得電抗標么值為：Xr =XL % I dU n100 In5=0.04 X5500 10000600 10500X*L 二 X*L + X *' L =0.349 + 0.031=0.380I *3 =1.05/0.380=2.76丨3 = I*3 X 100/( V3X 10.5

21、)=15.19 KAI sh3=1.9 V2 Is=40.9KA電抗器校驗：xL% I短路時殘壓為 Ure%三喬廠 X 100%=74% 60%- 70%100 In額定電壓：LN> U=10.5kV 額定電流：In=8000A> I ma>=6792A 額定斷開電流：I Nbr=100kA> 13=15.19kA額定閉合電流：I Nci=230kA> I sh3=40.9kA動穩(wěn)定校驗：I es=I Ncl=230g I sh3=40.9kA熱穩(wěn)定校驗：11 2X t=40000(kA2 S)t k= t pr2 +t a+t in =2.25S經(jīng)查資料得到：I

22、tk二 15.19kA I tk/2 =15.19 KA則 Q=507.6(kA2 S) 因此，It 2X t > Q所以,接上限流電抗器后，所選斷路器滿足需此斷路器滿足 系統(tǒng)需求3.3隔離開關(guān)的選擇因隔離開關(guān)一般裝在斷路器的兩側(cè)，故可根據(jù)斷路器的額定 電流進選擇。因此隔離開關(guān)選擇如下表：表3-4隔離開關(guān)參數(shù)表型號額定電壓(Kv)額定電流(kA)動穩(wěn)定電流(KA)熱穩(wěn)定電流(kA)GW6-220220250010040 (3s)GW4-110110200010446 (4s)GN10-10T109000300100 (5s)3.3.1 220kV隔離開關(guān)的校驗額定電壓：UN> UN

23、S=220kV 額定電流：I n=2500A> I ma>=1984A 動穩(wěn)定校驗：I es =100kA > I sh1=56.7kA熱穩(wěn)定校驗：It 2X t=4800(kA2 S)Q=749.8(kA2 S) 因此，It 2X t> Qk所以所選隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關(guān)滿足系統(tǒng)需求。3.3.2 110kV隔離開關(guān)的校驗額定電壓：UN> UNS=110kV 額定電流：In=2000A> I ma>=1968A 動穩(wěn)定校驗：I es =104kA > I sh2=29.8kA熱穩(wěn)定校驗：11 2X t=8464(kA2 S)Q=63

24、0.3(kA2 S) 因此，It 2X t> Qk所以所選隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關(guān)滿足系統(tǒng)需求。3.3.3 10.5kV隔離開關(guān)的校驗額定電壓：UN> UNS=10.5kV 額定電流：In=9000A> I ma>=6792A 動穩(wěn)定校驗：I es =300kA > I sh3=40.9kA 熱穩(wěn)定校驗：It 2X t=50000(kA2 S) Q=507.6 (kA 2 S) 因此，I t2X t> Qk 所以所選隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定滿足需求。此隔離開關(guān)滿足系統(tǒng)需求。3.4電流互感器的選擇電流互感器的選擇和配置應(yīng)按下列條件:1型式：電流互感器的型式

25、應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情 況選擇。對于620kV屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)和樹脂 澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器。對于 35kV及以上配電裝置，一般 采用油浸式瓷箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨立式電流互感器。有條件時，應(yīng)盡量采用套管式電流互感器。2. 一次回路電壓：Uns Un3. 一次回路電流：Imax (次回路最大工作電流)I1N (原邊 額定電流)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. 二次負荷：S2 Sn式中，S2N I 2nZ2n (VA)S2 I 2nZ 26. 動穩(wěn)定：iSh 2hNKes式中，Kes是電流互感器動

26、穩(wěn)定倍數(shù)，等于電流互感器極限值， 過電流峰值ies與一次繞組額定電流Im峰值之比，即 3 ：幾N根據(jù)以上規(guī)則選擇的電流互感器如下：表3-5電流互感器參數(shù)表型號額定電流(A)1s熱穩(wěn)定電流動穩(wěn)定電流LCWB-220(W)2X 1200/540 KA102 KALCWB6-110B2X 1000/545 KA115 KALBJ-108000/550倍90倍341 220kV電流互感器校驗一次回路電壓：UN> UNs=220kV一次回路電流：I n=2400Q I ma>=1984A動穩(wěn)定校驗：I es=102kA> I sh=56.7kA熱穩(wěn)定校驗：112=1600> Q=

27、749.8(kA2 S) 所以所選電流互感器的熱穩(wěn)定滿足需求。此電力互感器滿足系統(tǒng)需求。342 110kV 電流互感器校驗一次回路電壓：UN> UNs=110kV一次回路電流：I n=2000A> I ma>=1968A動穩(wěn)定校驗：I es =115kA > I sh=29.8kA 熱穩(wěn)定校驗：112=2025> Q=630.3(kA2 S) 所以所選電流互感器的熱穩(wěn)定滿足需求。此電力互感器滿足系統(tǒng)需求。343 10.5kV 電流互感器校驗一次回路電壓：UN> Us=10.5kV一次回路電流：I N=8000A> I ma>=6972A動穩(wěn)定校驗

28、："2INKES=1018.2kA > I sh=40.9kA熱穩(wěn)定校驗：(InKes) 2=160000> Q=507.6(kA2 S) 所以所選電流互感器的熱穩(wěn)定滿足需求。此電力互感器滿足系統(tǒng)需求。3.5電壓互感器選擇電壓互感器配置(1) 母線 除旁路母線外，一般工作及備用母線都裝有一組電 壓互感器，用于同步、測量儀表和保護裝置。(2) 線路35KV及以上輸電線路，當對端有電源時，為了監(jiān)視線路有無電壓進行同步和裝置重合閘，裝有一臺單相電壓互感器(3) 發(fā)電機 一般裝23組電壓互感器。一組供自動調(diào)節(jié)勵磁 裝置。另一組供測量儀表，同步和保護裝置用，該互感器采用三 相五柱式

29、或三只單相專用互感器，其開口三角形供發(fā)電機在未并 列之前檢查是否接地之用。當互感器負荷太大時，可增設(shè)一組不完全星形連接的互感器，專供測量儀表使用。50000KW及以上發(fā)電機中性點常接有單相電壓互感器，用于 100%!子接地保護。（4）變壓器 變壓器低壓側(cè)有時為了滿足同步或繼電保護的要 求，沒有一組電壓互感器。（5）容量和準確級的選擇根據(jù)以上方法和設(shè)計的實際情況選擇的電壓互感器如下表表3-6電壓互感器參數(shù)表型號額定電壓（kV）二次繞組額定容量（V A）最大容量（V- A）一次二次三次0.513JDZJ1-1010/ V30.1/ V30.1 V 35080200300JCC2-110110/ V

30、 30.1/ V30.150010002000JCC2-220220/ V 30.1/ V30.1500100020003.6導(dǎo)體的選擇導(dǎo)體截面可以按長期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟密度選擇，除配 電裝置的匯流母線外，對于年負荷利用小時數(shù)大，傳輸容量大， 長度在20m以上的導(dǎo)體，其截面一般按經(jīng)濟電流密度選擇。一般來說，母線系統(tǒng)包括截面導(dǎo)體和支撐絕緣兩部分，載 流導(dǎo)體構(gòu)成硬母線和軟母線，軟母線是鋼芯鋁絞線，有單根，雙 分和組合導(dǎo)體等形式，因其機械強度決定支撐懸掛的絕緣子， 所 以不必校驗其機械強度。110kV及以上高壓配電裝置一般采用軟 導(dǎo)線。硬導(dǎo)體截面常用的有矩形.槽形和管形。單條矩形導(dǎo)體截面 最大不超

31、過1250mm2,以減小集膚效應(yīng)，使用于大電流時，可將 24條矩形導(dǎo)體并列使用，矩形導(dǎo)體一般只用于 35kV及以下.電 流在4000A及以下的配電裝置中；槽形導(dǎo)體機械強度好，載流量 大，集膚效應(yīng)系數(shù)較小，一般用于 40008000A的配電裝置中； 管形導(dǎo)體集膚效應(yīng)系數(shù)小機械強度高，用于8000A以上的大電 流母線或要求電暈電壓高的110kV及以上的配電裝置中。軟導(dǎo)體 常用的有鋼芯鋁絞線.組合導(dǎo)線.分裂導(dǎo)線和擴徑導(dǎo)線，后者多用于330kV及以上配電裝置。 根據(jù)以上規(guī)則選出導(dǎo)線如下表:表3-7導(dǎo)體參數(shù)表分類導(dǎo)體截 面導(dǎo)體尺寸（mm集膚效應(yīng) 系數(shù)Kf導(dǎo)體載流量（A）導(dǎo)體截面（mm）hb220KV雙槽形75351.01222801040110KV雙槽形75351.0122280104010.5KV管型(D)350(d)3301.0214150102003.6.1 220kV導(dǎo)體的校驗環(huán)境因素：海拔小于1000米，環(huán)境溫度25C,母線運行溫度80C, 經(jīng)查表得出 C=83 , S ph=70000000R p =1 , Li = 1 , W=bh2/6。 熱穩(wěn)定校驗：Smin=1/CV (QkK)=331.9 mm2<1040 mr2 符合要求。 動穩(wěn)定校驗：f bma=1.73 x L i2hx 10 7 =1.73