中型發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)電廠為中型凝汽式電廠，其容量為2×100+2×300=800MW,占電力系統(tǒng)總?cè)萘?00/（3500+800）×100%=%，超過了電力系統(tǒng)的檢修備用8%～15%和事故備用容量10%的限額，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(shí)數(shù)為5000h，小于電力系統(tǒng)電機(jī)組的平均最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)（2006年我國電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組年最大負(fù)荷利用小時(shí)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(fù)荷特點(diǎn)及電壓等級(jí)可知，10.5kV電壓上的地方負(fù)荷容量不大，共有6回電纜饋線，與100MW發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓相等，采用直饋線為宜。300MW發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓為20kV，擬采用單元接線形式，不設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器，有利于節(jié)省投資及簡(jiǎn)化配電裝置布置；110kV電壓級(jí)出線回路數(shù)為5回，為保證檢修出線斷路器不致對(duì)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800-200-25-800×8%=511MW，擬采用雙母線分段接線形式。在對(duì)原始資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)電氣接線的可靠性、靈活性及經(jīng)濟(jì)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(zhēng)使其技術(shù)先進(jìn)，供電安全可靠、經(jīng)濟(jì)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(jì)，首先應(yīng)保證其滿發(fā)，滿供，不積壓發(fā)電能力。同時(shí)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(duì)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(jí)：鑒于出線回路多，且發(fā)電機(jī)單機(jī)容量為100MW，遠(yuǎn)大于有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程對(duì)選用單母線分段接線每段上不宜超過12MW的規(guī)定，應(yīng)確定為雙母線接線形式，2臺(tái)100MW機(jī)組分別接在母線上，剩余功率通過主變壓器送往高一級(jí)電壓110kV。由于兩臺(tái)100MW機(jī)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)在各條電纜饋線上裝設(shè)出線電抗器。（2）110kV電壓級(jí)：出線回?cái)?shù)大于4回，為保證檢修出線斷路器不致對(duì)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(jí)：出線4回，考慮現(xiàn)在斷路器免維護(hù)減小投資，采用雙母線分段接線。通過兩臺(tái)三繞組變壓器聯(lián)系10.5kV及110kV電壓，以提高可靠性。2臺(tái)300MW機(jī)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）發(fā)電機(jī)的選擇：通過查著資料，兩臺(tái)100MW發(fā)電機(jī)選用QFQ-100-2型，兩臺(tái)300MW發(fā)電機(jī)選用QFSN-300-2型。具體參數(shù)如下表：表1-1發(fā)電機(jī)參數(shù)型號(hào)額定功率/MW額定電壓/kV功率因數(shù)電抗（標(biāo)幺值）Xd”發(fā)電機(jī)G1,G2QFQ-100-2100發(fā)電機(jī)G3，G4，QFSN-300-230020（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(hào)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SFP7-360000/220360MVAYnd11180KW828KW0.7%三繞組變壓器SFP7-180000/220/110/10180MVAYnynd11178KW650KW0.7%1.4年運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算（1）雙繞組變壓器△P0=180KW△Q0=2520Kvar△PK=828KW△QK=47160KvarS=527MVASN=360MVAｔmax=4500h/aT=5000h/an=2α（kW·h）△A1=n（△P0+K△Q0）T+ｔmax/n(△PK+K△QK)(S/SN)2=10844166（kW·h）(2)三繞組變壓器△P0=178KW△Q0=1260Kvar△P1k=650KW△P2k=650KW△P3k=650KW△Q1k=27000Kvar△Q2k=-1800Kvar△Q3k=14400Kvar=5000h/a=4500h/a=5000h/aT=5000h/an=2△A2=n（△P0+K△Q0）T+1/n[(△P1k+K△Q1k)ｔ1max+(△P2k+K△Q2k)ｔ2max+(△P3k+K△Q3k)ｔ3max]=8733500（kW·h）C=α（△A1+△A2）α=萬1.5電氣主接線圖見附錄一短路電流計(jì)算2.1概述電力系統(tǒng)中，常見的短路故障有三相對(duì)稱短路、兩相短路和單相接地短路。其中三相短路電流的計(jì)算是為了選擇和校驗(yàn)QF、QS、母線等電氣設(shè)備，兩相短路電流用于整定繼電保護(hù)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(diǎn)離電源的遠(yuǎn)近以及系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)是否帶有電壓自動(dòng)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(jì)算，采用短路回路總阻抗法計(jì)算；有限容量系統(tǒng)短路電流的計(jì)算采用運(yùn)算曲線法，這中間要用到網(wǎng)絡(luò)的等效變換。本次設(shè)計(jì)中，短路電流的計(jì)算就涉及到這兩個(gè)方面的內(nèi)容。2.2系統(tǒng)電氣設(shè)備電抗標(biāo)幺值計(jì)算系統(tǒng)基準(zhǔn)值100MVA，基準(zhǔn)電壓=（1）發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值的計(jì)算100MVA發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值X*G1＝0.124×100×00=0.105300MVA發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值X*G2＝43×100×300=0.422（2）變壓器電抗標(biāo)幺值的計(jì)算雙繞組變壓器電抗標(biāo)幺值X*T1＝×100/36036(3)三繞組變壓器電抗標(biāo)幺值UK1%＝1/2×[UK(1-2)%＋UK(3-1)%-UK(2-3)%]=15UK2%＝1/2×[UK(1-2)%＋UK(2-3)%-UK(3-1)%]=-UK3%＝1/2×[UK(3-1)%＋UK(2-3)%-UK(1-2)%]=X*T2.1＝×100/18083X*T2.2＝(-0.01)×100/1806X*T2.3＝×100/18044(4)系統(tǒng)歸算到220kV側(cè)的電抗標(biāo)幺值：2系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖2.3.2220KV母線短路等值電路圖如下：簡(jiǎn)化后：短路電流標(biāo)幺值：I*1＝4+1/0.116=短路電流：I1＝I*1×100/(√3×220)=KA短路沖擊電流：Ish1＝√2I1=KA2.3.3110KV母線短路等值電路圖如下：簡(jiǎn)化后：短路電流標(biāo)幺值：I*2＝29=3短路電流：I2＝I*2×100/(√3×110)=1KA短路沖擊電流：Ish2√2I2=KA母線短路等值電路圖如下：簡(jiǎn)化后：短路電流標(biāo)幺值：I*33+1/0.077=短路電流：I3＝I*3×100/(√3×10.5)=1KA短路沖擊電流：Ish3√2I3=KA第三章電氣設(shè)備的選擇斷路器的選擇，除滿足各項(xiàng)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(yùn)行維護(hù)，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(jí)在10kV~220kV的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，而當(dāng)少油斷路器不能滿足要求時(shí)，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(yàn)：2）額定電流選擇：3）開斷電流：（短路電流有效值）4）動(dòng)穩(wěn)定：（短路沖擊電流）5）熱穩(wěn)定：隔離開關(guān)的選擇校驗(yàn)條件與斷路器相同，并可以適當(dāng)降低要求。220KV側(cè)斷路器選擇（1）雙繞組變壓器出口最大電流：I1max×360000/(√3×220)=992A(2)三繞組變壓器220KV側(cè)最大電流：I2max×180000/(√3×220)=496A母線上流過的最大電流=2I1max=1984A短路電流：＝KA短路沖擊電流：Ish1＝KA為了檢測(cè)與校驗(yàn)方便，可均選擇SFM-220型號(hào)的斷路器。表3-1SFM-220型號(hào)斷路器參數(shù)表型號(hào)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(shí)間固有分閘時(shí)間SFM-220220KV2000A40kA100kA40kA0.10.253.1.2220kV斷路器校驗(yàn)額定電壓：UN≥UNS=220kV額定電流：IN=2000A≥Imax=1984A額定斷開電流:INbr=40kA≥=kA額定閉合電流：INcl=100kA≥Ish1=kA動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Ies=INcl=100kA≥Ish1=kA熱穩(wěn)定校驗(yàn)：It2×t=4800(kA2·S)tk=tpr2+ta+tin=2.35s經(jīng)查資料得到：Itk=KA，Itk/2=kA則Qk=(2+10×Itk2+Itk/22(kA2·S)因此It2×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。3.1.3110KV側(cè)斷路器選擇（1）母線的最大電流：Imax＝300000/(×110×√3)=1968A(2)三繞組變壓器110KV側(cè)最大電流：Imax×180000/(√3×110)=992A短路電流：I2＝11.1KA短路沖擊電流：Ish2＝29.8KA為了檢測(cè)與校驗(yàn)方便，可均選擇LW6-110Ⅱ型號(hào)的斷路器。表3-2LW6-110Ⅱ型號(hào)斷路器參數(shù)表型號(hào)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(shí)間固有分閘時(shí)間LW6-110Ⅱ110KV2000A80kA110kV斷路器校驗(yàn)額定電壓：UN≥UMS=110kV額定電流：IN=2000A≥Imax=1968A額定斷開電流:INbr≥I2=1kA額定閉合電流：INcl=80kA≥Ish2=kA動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Ies=INcl=80kA≥Ish2=kA熱穩(wěn)定校驗(yàn)：It2×t=2976.8(kA2·S)tk=tpr2+ta+tin經(jīng)查資料得到：Itk=19.28kAItk/2=kA則Qk=(kA2·S)因此，It2×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（1）發(fā)電機(jī)出口側(cè)最大電流Imax×100000/(√3××5)=6792A（2）負(fù)載出線的最大電流：Imax＝42000/(√3××0.8)=2886A(3三繞組變壓器10.5KV側(cè)最大電流：Imax×90000/(√3×10.5)=5196A短路電流：I3＝183.6KA短路沖擊電流：Ish3＝494.1KA為了檢測(cè)與校驗(yàn)方便，可均選擇SN10-10型號(hào)的斷路器。表3-3SN10-10型號(hào)斷路器參數(shù)表型號(hào)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(shí)間固有分閘時(shí)間SN10-108000A100kA230kA100kA0.15額定電壓：UN≥UNS=10.5kV額定電流：IN=8000A≥Imax=6792A額定斷開電流:INbr=100kA≤I3=1kA額定閉合電流：INcl=230kA≤Ish3=kA動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Ies=INcl=230kA≤Ish3=kA熱穩(wěn)定校驗(yàn)：It2×t=40000(kA2·S)tk=tpr2+ta+tin=2.25s經(jīng)查資料得到：Itk=kAItk/2=kA則Qk=69046(kA2·S)因此，It2×t﹤Qk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電抗器，線路最大工作電流值一般取發(fā)電機(jī)額定電流的5％～8％，照此標(biāo)準(zhǔn)選電抗器XKK-10-600-4型，額定電流＝600A，＝10kV，電抗百分比數(shù)＝4，基準(zhǔn)：=100MV·A,=10.5KV,=5.5KA,由此得電抗標(biāo)么值為：X*L＝×=＋=×100/(√3×10.5)=15.19KAIsh3√2電抗器校驗(yàn)：短路時(shí)殘壓為△Ure%=×100%=74%﹥60%～70%額定電壓：UN≥UNS=10.5kV額定電流：IN=8000A≥Imax=6792A額定斷開電流:INbr=100kA≥I3額定閉合電流：INcl=230kA≥Ish3動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Ies=INcl=230kA≥Ish3熱穩(wěn)定校驗(yàn)：It2×t=40000(kA2·S)tk=tpr2+ta+tin經(jīng)查資料得到：Itk=15.19kAItk/2=15.19KA則Qk=507.6(kA2·S)因此，It2×t≥Qk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(jìn)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(hào)額定電壓（Kv）額定電流（kA）動(dòng)穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（kA）GW6-220220250010040（3s）GW4-110110200010446（4s）GN10-10T109000300100（5s）3.3.1220kV隔離開關(guān)的校驗(yàn)額定電壓：UN≥UNS=220kV額定電流：IN=2500A≥Imax=1984A動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Ies=100kA≥Ish1=kA熱穩(wěn)定校驗(yàn)：It2×t=4800(kA2·S)Qk=(kA2·S)因此，It2×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。3.3.2110kV隔離開關(guān)的校驗(yàn)額定電壓：UN≥UNS=110kV額定電流：IN=2000A≥Imax=1968A動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Ies=104kA≥Ish2=kA熱穩(wěn)定校驗(yàn)：It2×t=8464(kA2·S)Qk=(kA2·S)因此，It2×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。10.5kV隔離開關(guān)的校驗(yàn)額定電壓：UN≥UNS=10.5kV額定電流：IN=9000A≥Imax=6792A動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：Ies=300kA≥Ish3=kA熱穩(wěn)定校驗(yàn)：It2×t=50000(kA2·S)Qk=507.6(kA2·S)因此，It2×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：電流互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。對(duì)于6~20kV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(duì)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(dú)立式電流互感器。有條件時(shí)，應(yīng)盡量采用套管式電流互感器。2．一次回路電壓：3．一次回路電流：（一次回路最大工作電流）（原邊額定電流）4．準(zhǔn)確等級(jí)：要先知道電流互感器二次回路所接測(cè)量儀表的類型及對(duì)準(zhǔn)確等級(jí)的要求，并按準(zhǔn)確等級(jí)要求高的表計(jì)來選擇。5．二次負(fù)荷：式中，6．動(dòng)穩(wěn)定：式中，是電流互感器動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)，等于電流互感器極限值，過電流峰值與一次繞組額定電流峰值之比，即根據(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(hào)額定電流（A）1s熱穩(wěn)定電流動(dòng)穩(wěn)定電流LCWB-220(W)2×1200/540KA102KALCWB6-110B2×1000/545KA115KALBJ-108000/550倍90倍3.4.1220kV電流互感器校驗(yàn)一次回路電壓：UN≥UNS=220kV一次回路電流：IN=2400A≥Imax=1984A動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：IeS=102kA≥Ish=kA熱穩(wěn)定校驗(yàn)：It2=1600≥Qk=(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。3.4.2110kV電流互感器校驗(yàn)一次回路電壓：UN≥UNS=110kV一次回路電流：IN=2000A≥Imax=1968A動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：IeS=115kA≥Ish=kA熱穩(wěn)定校驗(yàn)：It2=2025≥Qk=(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。3.4一次回路電壓：UN≥UNS=10.5kV一次回路電流：IN=8000A≥Imax=6972A動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：√2INKES=kA≥Ish=kA熱穩(wěn)定校驗(yàn)：（INKES）2=160000≥Qk=(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(cè)量儀表和保護(hù)裝置。（2）線路35KV及以上輸電線路，當(dāng)對(duì)端有電源時(shí)，為了監(jiān)視線路有無電壓進(jìn)行同步和裝置重合閘，裝有一臺(tái)單相電壓互感器（3）發(fā)電機(jī)一般裝2～3組電壓互感器。一組供自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置。另一組供測(cè)量儀表，同步和保護(hù)裝置用，該互感器采用三相五柱式或三只單相專用互感器，其開口三角形供發(fā)電機(jī)在未并列之前檢查是否接地之用。當(dāng)互感器負(fù)荷太大時(shí)，可增設(shè)一組不完全星形連接的互感器，專供測(cè)量儀表使用。50000KW及以上發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)常接有單相電壓互感器，用于100%定子接地保護(hù)。（4）變壓器變壓器低壓側(cè)有時(shí)為了滿足同步或繼電保護(hù)的要求，沒有一組電壓互感器。（5）容量和準(zhǔn)確級(jí)的選擇根據(jù)以上方法和設(shè)計(jì)的實(shí)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(hào)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13JDZJ1-1010/√3√3√35080200300JCC2-110110/√3√350010002000JCC2-220220/√3√3500100020003.6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(jì)密度選擇，除配電裝置的匯流母線外，對(duì)于年負(fù)荷利用小時(shí)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(jì)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(jī)械強(qiáng)度決定支撐懸掛的絕緣子，所以不必校驗(yàn)其機(jī)械強(qiáng)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)體截面最大不超過1250，以減小集膚效應(yīng)，使用于大電流時(shí)，可將2~4條矩形導(dǎo)體并列使用，矩形導(dǎo)體一般只用于35kV4000A及以下的配電裝置中；槽形導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度好，載流量大，集膚效應(yīng)系數(shù)較小，一般用于4000~8000Ａ的配電裝置中；管形導(dǎo)體集膚效應(yīng)系數(shù)小.機(jī)械強(qiáng)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(kuò)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（mm2）hb220KV雙槽形753522801040110KV雙槽形753522801040管型(D)350(d)33014150102003.6.1220kV導(dǎo)體的校驗(yàn)環(huán)境因素：海拔小于1000米，環(huán)境溫度25℃，母線運(yùn)行溫度80℃，經(jīng)查表得出C=83，δph=70000000Paβ=1，L1=1，W=bh2/6。熱穩(wěn)定校驗(yàn)：Smin=1/C√(QKKf)=3mm2<1040m