2300MW火力發(fā)電廠設(shè)計電氣工程及其自動化畢業(yè)論文摘 要隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，對電的需求也越來越大。電作為我國經(jīng)濟發(fā)展最重要的一種能源，主要是可以方便、高效地轉(zhuǎn)換成其它能源形式。電力工業(yè)作為一種先進的生產(chǎn)力，是國民經(jīng)濟發(fā)展中最重要的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)。而火力發(fā)電是電力工業(yè)發(fā)展中的主力軍，截止2006年底，火電發(fā)電量達到48405萬千瓦，越占總?cè)萘?7.82%。由此可見，火力電能在我國這個發(fā)展中國家的國民經(jīng)濟中的重要性。該設(shè)計主要從理論上在電氣主接線設(shè)計、短路電流計算、電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布局、防雷設(shè)計、發(fā)電機、變壓器和母線的繼電保護等方面做詳盡的論述，并與火力發(fā)電廠現(xiàn)行運行情況比較，同時，在保證設(shè)計可靠性的前提下，還要兼顧經(jīng)濟性和靈活性，通過計算論證火電廠實際設(shè)計的合理性與經(jīng)濟性。采用軟件繪制了大量電氣圖和查閱相關(guān)書籍，進一步完善了設(shè)計。關(guān)鍵詞：主接線設(shè)計，短路電流，配電裝置，電氣設(shè)備選擇，繼電保護 AbstractWith the developing of economy in our country, we need more and more Electricity energy. The Electricity is the most important energy of economic development which can be conveniently and efficiently converted into other forms of energy. The Electricity industry as a advanced produced energy. It is the most important basic energy industry. And the thermoelectricity is the main energy in the Electricity industry .Until the end of 2006,power Electricity produce is 48405 kilowatt, occupied 77.82 percent in the entire capacity. So thermoelectricity energy plays an important role in our country which is a developing country.In this design, I will mainly discuss main electric connection design, short circuit account, electric equipment choice, electric equipment layout, lightning strike defending design, electrical machine, transformer and generatrix protective relaying detailedly in theory and comparing with the power plant, while ensuring the reliability of the design, under the premise we should also take into account economic and flexibility demonstrated by calculating the effective thermal power plant design and reasonable economy. During my counting and demonstrating, in order to consummate my design, I will protract a great lot of electric engineering-pictures following the new criterion of electric engineering-enchiridion.Key words：main electric connection design，short current，electric equipment choice electric equipment layout，protective relaying目錄1 緒論11.1 課題背景11.2 課題研究的目的與意義21.3 原始資料21.3.1 原始數(shù)據(jù)21.3.2 環(huán)境條件32 電氣主接線設(shè)計42.1 電氣主接線的基本要求42.2 電氣主接線分析42.3 對原始資料的分析62.4 電氣主接線方案比較及確定63 廠用電的設(shè)計93.1 廠用負荷分類93.2 廠用電的電壓等級93.3 廠用電源及其引接方式104 變壓器的選擇134.1 主變壓器的選擇原則134.2 廠用變壓器的選擇原則134.3 確定變壓器臺數(shù)及容量135 短路電流計算165.1 短路電流計算目的及規(guī)則165.2 短路等值電抗電路及其參數(shù)計算166 電氣設(shè)備的選擇216.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件216.2 電氣設(shè)備的整定計算236.2.1 高壓斷路器的選擇236.2.2 隔離開關(guān)的選擇256.2.3 電壓互感器的選擇276.2.4 電流互感器的選擇296.2.5 避雷器的選擇327 發(fā)電機-變壓器組繼電保護配置347.1 發(fā)電機的繼電保護配置347.2 變壓器的繼電保護配置358 配電裝置378.1 屋內(nèi)配電裝置388.2 屋外配電裝置389 鍋爐概況40參考文獻441 緒論1.1 課題背景電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要部門之一，是一種將煤、石油、天然氣、水能、核能、風能等一次能源轉(zhuǎn)換成電能這個二次能源的工業(yè)，其發(fā)展水平是反映國家經(jīng)濟發(fā)達程度的重要標志，和廣大人民群眾的日常生活有著密切的關(guān)系。電力是工業(yè)的先行，電力工業(yè)的發(fā)展必須優(yōu)先于其他的工業(yè)部門，整個國民經(jīng)濟才能不斷前進。近幾年隨著我國工業(yè)的高速發(fā)展，我國電力工業(yè)超常規(guī)發(fā)展，每年裝機容量超過30萬千瓦、60萬千瓦亞臨界火電機組成為我國電網(wǎng)的主力機組，百萬千瓦的超超臨界火電機組已經(jīng)在建。目前，我國30萬千瓦、60萬千瓦的火力發(fā)電機組，70萬千瓦的水力發(fā)電機組，在國際招標中中標成功率大于90%以上。這幾年電力工業(yè)之所以能飛速發(fā)展，其重要原因是，為中國電力市場提供的火力發(fā)電設(shè)備主要立足于國內(nèi)生產(chǎn)。這一觀點得到國內(nèi)各發(fā)電公司以及電廠老總們的認同。今天電氣制造企業(yè)的國內(nèi)用戶率已達到75%以上?；鹆Πl(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。目前，我國的電力工業(yè)已經(jīng)進入“大電網(wǎng)”、“大機組”、“超高壓，交直流輸電”、“電網(wǎng)調(diào)度自動化”、“狀態(tài)檢修”等新技術(shù)發(fā)展新階段，一些世界水平的先進技術(shù)，已在我國電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著近年來我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展與人民生活用電的急劇增長，電力工業(yè)的發(fā)展仍不能瞞足整個社會發(fā)展的需要。另外，由于我國人口眾多，因此在按人口平均用電方面，仍只處于中等水平，尚不能及全世界平均人口用電量的一半。2008年人均用電量2596kWh，人均占用發(fā)電裝機容量僅為0.6kW；我國第二產(chǎn)業(yè)用電比重為76.49%，第三產(chǎn)業(yè)為9.78%，生活用電比重為11%。由此可見，我國人均用電水平遠低于發(fā)達國家，與完成其工業(yè)化進程國家的電力指標相比，我國經(jīng)濟發(fā)展正處于工業(yè)化進程的中后期，我國用電遠低于國際水平。因此我國電力工業(yè)必須持續(xù)，穩(wěn)步地大力發(fā)展，一方面要加強電源建設(shè)，搞好“西電東送”，確保電力先行，另一方面要深化電力體制改革，實施廠網(wǎng)分家。1.2 課題研究的目的與意義本設(shè)計要求能運用電機、發(fā)電廠、變電所電氣部分，高電壓技術(shù)，電力系統(tǒng)自動化，電力系統(tǒng)繼電保護等專業(yè)知識解決實際問題。我國是發(fā)展中國家，我國的電力工業(yè)長期以來依靠多家辦電的政策，吸引了投資，促進了我國電力工業(yè)的發(fā)展；并通過引進、消化、吸收和技術(shù)創(chuàng)新，極大地提高了電力的技術(shù)水平和裝備水平；通過堅持不懈的達標、創(chuàng)一流工作，大大提高了電力企業(yè)的管理水平，很多電力企業(yè)，尤其是一些發(fā)電廠的管理水平可以與發(fā)達國家的電廠的管理一比高低。因此，研究火電廠設(shè)計有著重大意義，像我國某些二期發(fā)電工程，發(fā)電能夠滿足廣大寒冷地區(qū)冬季的采暖供熱，采用水塔排煙(煙塔合一)新工藝是自主設(shè)計、自主施工、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進工藝技術(shù)。二期工程建設(shè)引進國內(nèi)外先進的環(huán)保技術(shù)和設(shè)施，實現(xiàn)一期已建成機組與二期工程同步進行100煙氣脫硫；在采用低氮燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，二期鍋爐采用100煙氣脫硝系統(tǒng)和采用高效除塵器，排放指標較低。引進污水處理廠提供的中水，作為發(fā)電冷卻用補充水，每年可節(jié)約優(yōu)質(zhì)水資源，促進循環(huán)經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。鍋爐采用干除灰、干排渣技術(shù)?；?、渣及脫硫石膏100綜合利用和深加工，變廢為寶，實現(xiàn)零排放。1.3 原始資料1.3.1 原始數(shù)據(jù)1、發(fā)電廠建設(shè)規(guī)模類型：凝氣式火電廠最終容量、機組的型式和參數(shù)：表1.1 300MW汽輪發(fā)電機的主要技術(shù)參數(shù)型號額定功率（MW）額定電壓(KV)額定電流(A)功率因數(shù)()瞬變電抗（Xd%）同步電抗（Xd%）超瞬變電抗(X”d %)QFSN-300-230018113200.8531.93236.3517.1年利用小時數(shù)：6000h/年2、電力系統(tǒng)與本廠的連接情況（1）電廠在電力系統(tǒng)中的作用于地位：地區(qū)電廠 （2）發(fā)電機連入系統(tǒng)的電壓等級：220kV（3）電力系統(tǒng)總裝機容量：8000MW，短路容量：12000MVA3、電力負荷水平（1）220kV電壓等級：架空線6回,輸送距離80，級負荷，最大輸送400MW，Tmax=5000h/a（2）110kV電壓等級：架空線4回，級負荷，最大輸送161MW，Tmax=4300h/a（3）廠用電率：6.5%1.3.2 環(huán)境條件1、廠址特點及自然環(huán)境 某電廠位于某市區(qū)以西約20km的昭平湖水渠西岸的四山村，靠近鐵路，能夠運用鐵路運輸，地勢有農(nóng)田、丘陵和群山。自然地面標高75m115m，由II級階地及IV級階地組成，呈階地丘陵地貌景觀。原始地形為階地丘陵，最高115m，由于長期的侵蝕，河谷較發(fā)育，地面標高一般在75m以上，整個廠區(qū)相對高差40m左右。2、廠區(qū)工程地質(zhì)條件 該地區(qū)構(gòu)造比較簡單，屬相對穩(wěn)定地塊，區(qū)域內(nèi)無孕地震構(gòu)造，根據(jù)1990年我國地震烈度區(qū)劃圖的劃分，地震基本烈度為小于6度地震區(qū)，主廠房地段可利用強風化粉砂巖作為地基的主要持力層，煙窗地段利用中等風化泥質(zhì)粉砂巖作為樁基的主要持力層，干煤棚地段利用卵石層作為地基的主要持力層，升壓站、凈化站、風水處理站區(qū)利用下部沖積粉質(zhì)粘土作為地基主要持力層。3、水文氣象條件廠址：P=1%,洪水位：84.11m，取水口：P=97%，設(shè)計枯水位：73.1m，氣溫：最高40.0、最低-7.7、平均18.0，濕度：年平均相對濕度81，降雨量：全年平均1646.5mm，氣壓:全年平均1005.5HPa,風速：最大18.0m/s、平均2.1m/s。2 電氣主接線設(shè)計發(fā)電廠的電氣主接線，是由高壓電器設(shè)備通過連接線組成接受和分配電能的電路，也稱為一次接線。它反映各設(shè)備的作用，連接方式和各回路間相互關(guān)系，從而構(gòu)成發(fā)電廠或變電所電氣部分的主體。電氣主接線是連續(xù)供電和電能質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響著配電裝置的布置、繼電保護的配置、自動裝置和控制方式的選擇，它必須滿足工作可靠、調(diào)度靈活、運行檢修方便且具有經(jīng)濟性和發(fā)展的可能性等基本要求。2.1 電氣主接線的基本要求1、保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，停電不僅使發(fā)電廠造成損失，而且對國民經(jīng)濟各部門帶來的損失將更嚴重，往往比少發(fā)電能的損失大幾十倍，至于導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報廢、城市生活混亂等經(jīng)濟損失和政治影響，更是難以估量。因此，主接線的接線形式必須保證供電可靠。2、具有一定的靈活性和方便性主接線不僅正常運行時能安全可靠地供電，而且在系統(tǒng)故障或設(shè)備檢修及故障時，也能適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換運行方式，使停電時間最短，影響范圍最小，具有發(fā)展和擴建的可能性。3、具有經(jīng)濟性在主接線設(shè)計時，在滿足供電可靠的基礎(chǔ)上，盡量使設(shè)備投資費和運行費為最少，注意節(jié)約占地面積和搬遷費用，在可能和允許條件下應(yīng)采取一次設(shè)計，分期投資、投產(chǎn)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟效益。2.2 電氣主接線分析1、單元接線其是無匯流母線接線中最簡單的形式，也是所有主接線基本形式中最簡單的一種，接線簡單、開關(guān)設(shè)備、操作簡便。本設(shè)計中機組容量為300MW，所以發(fā)電機出口采用封閉母線，為了減少斷開點，可不裝斷路器。這種單元接線，避免了由于額定電流或短路電流過大，使得選擇斷路器時，受到制造條件或價格甚高等原因造成的困難。2、單母線分段帶專用旁路斷路器的旁路母線接線優(yōu)點：在正常工作時，旁路斷路器以及各出線回路上的旁路隔離開關(guān)，都是斷開的，旁路母線不帶電，通常兩側(cè)的開關(guān)處于合閘狀態(tài)，檢修時兩兩互為熱備用；檢修QF時，可不停電；可靠性高，運行操作方便。缺點：增加了一臺旁路斷路器的投資。3、單母分段線分段斷路器兼作旁路斷路器的接線優(yōu)點：可以減少設(shè)備，節(jié)省投資；同樣可靠性高，運行操作方便。4、雙母線接線優(yōu)點：供電可靠，優(yōu)點是供電可靠，通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷。一組母線故障后能迅速恢復(fù)供電，檢修任一回路母線的隔離開關(guān)時，只需斷開此隔離開關(guān)所屬的一條電路和與此隔離開關(guān)相連的該組母線，其他線路均可通過另一組母線繼續(xù)運行；調(diào)度靈活，各個電源和各個回路負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化地需要，通過倒換操作可以組成各種運行方式；擴建方便。缺點：由于220KV電壓等級容量大，停電影響范圍廣，雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較復(fù)雜，對運行人員要求高。增加一組母線和多個隔離開關(guān)，一定程度上增加一次投資。當母線故障或檢修時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，容易誤操作，需裝設(shè)連鎖裝置。雙母線接線適合于出線回路為5回及以上且在系統(tǒng)內(nèi)居重要地位時。5、雙母線帶旁路母線的接線優(yōu)點：增加供電可靠性，運行操作方便，避免檢修斷路器時造成停電，不影響雙母線的正常運行。缺點：多裝了一臺斷路器，增加投資和占地面積，容易造成誤操作。6、內(nèi)橋接線在線路故障或切除、投入時，不影響其余回路工作，并且操作簡單。而在變壓器故障或切除、投入時，要使相應(yīng)線路短時停電，并且操作復(fù)雜。因而該接線一般適用于線路較長（相對來說線路的故障機率較大）和變壓器不需要經(jīng)常切換（如火電廠）的情況。內(nèi)橋接線的適用范圍為兩回進線，兩臺主變，正常運行方式下，橋開關(guān)處于閉合狀態(tài)，優(yōu)點：具有一定供電可靠性，使用高壓斷路器少，一次投資少。缺點：沒有擴建可能性，高壓進線只有兩回，沒有出線可能，內(nèi)橋接線不適合有穿越功率通過。2.3 對原始資料的分析從原始資料可以知道，本電廠屬于地區(qū)性火力發(fā)電廠，有兩臺300MW的發(fā)電機組成，建成后裝機總?cè)萘繛?000MW，該電廠的發(fā)電容量除了本廠廠用電后剩余的電力向系統(tǒng)供電。因此，本電廠在系統(tǒng)中有重要作用。電廠是否安全、可靠運行直接影響該地區(qū)的經(jīng)濟效益，可見該電廠的重要性。2.4 電氣主接線方案比較及確定第一種方案是：300MW發(fā)電機G-1，G-2采用單元接線通過雙繞組的變壓器與220KV母線相連，220KV電壓級出線為6回，因此其供電要充分考慮其可靠性，所以我們采用雙母線接線。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。有原始資料可知發(fā)電機不與110KV的母線相連，故在220KV、110KV及廠用電6KV的三個等級上采用的聯(lián)絡(luò)變壓器為三相三繞組變壓器相連，110KV母線采用雙母接線。如圖2.1所示：圖2.1 方案一第二種方案是：由方案一，我們很容易想到220KV母線采用雙母帶旁路連接，110KV母線采用雙母線連接，如圖2.2所示:圖2.2 方案二現(xiàn)對這兩個方案進行綜合比較，如表2.1表2.1 方案比較方案性能方案一方案二可靠性1、接線簡單，設(shè)備本身故障率少2、母線故障時，須短時切除較多的電源和線路，這對特別重要的大型發(fā)電廠和變電站是不允許的。1、 斷路器檢修時，仍有繼續(xù)供電，提高可靠性；2、 220KV出線在4回以上，宜采用帶專門旁路斷路器的旁路母線靈活性1、運行方式相對簡單，靈活性差2、調(diào)度、檢修、擴建方便3、倒閘操作復(fù)雜，容易產(chǎn)生誤操作1、倒換操作復(fù)雜、增加誤操作機會2、自動化系統(tǒng)復(fù)雜化經(jīng)濟性1、設(shè)備相對少，投資小1、設(shè)備相對多，占地面積大，投資較大通過對兩種主接線可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的綜合考慮，辨證統(tǒng)一，現(xiàn)確定第二方案為設(shè)計的最終方案。3 廠用電的設(shè)計發(fā)電廠在啟動、運轉(zhuǎn)、停機、檢修的過程中，有大量以電動機拖動的機械設(shè)備，用以保證機組的主要設(shè)備和輸煤、碎煤、除灰、除塵及水處理等輔助設(shè)備的正常運行。 這些電動機及全廠的運行操作、試驗、檢修、照明等用電設(shè)備都屬于廠用負荷?？偟暮碾娏?，統(tǒng)稱為廠用電。300MW汽輪發(fā)電機組廠用電接線的要求：1、每臺機組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)是獨立的；2、全廠性公用負荷應(yīng)分散接入不同機組的采用母線或公用負荷母線；3、廠用電的工作電源及備用電源接線應(yīng)能保證各單元機組和全廠的安全運行；4、充分考慮電廠分期建設(shè)和連續(xù)施工過程中廠用電系統(tǒng)的運行方式，特別要注意對公用負荷供電的影響，要便于過渡，盡量減少改變接線和更換設(shè)備；5、設(shè)置足夠的交流事故保安電源，當全廠停電時，可以快速啟動和自動投入向保安負荷供電。3.1 廠用負荷分類發(fā)電廠廠用負荷根據(jù)其重要性、合理提供電源和供電方式，負荷可分以下幾類：類負荷：在瞬時短時停電，可能對人身和設(shè)備造成安全，使生產(chǎn)停頓或發(fā)電量大幅度下降，如送、引風機、給水泵等負荷，要求這類負荷的供電系統(tǒng)可靠，工作電源故障后，應(yīng)有備用電源自動投入。對設(shè)備配置上要有備用設(shè)備，雙電源供電，自動切換。類負荷：這類負荷允許短時停電，但如停電時間過長，有可能損壞設(shè)備或影響正常生產(chǎn)，如磨煤機、碎煤機等負荷。這類負荷供電與類負荷相似，電源也應(yīng)可靠，但是備用電源可不自投，而用手動投入即可。類負荷一般也有備用設(shè)備，如不配備用設(shè)備，也要雙電源供電。類負荷：一般與生產(chǎn)工藝過程無直接聯(lián)系，即使較長時間停電，也不會直接影響到電廠正常運行，如油處理設(shè)施及中央修配廠等負荷。這類負荷的供電的可靠性可以略低些，允許只有一個電源。3.2 廠用電的電壓等級對300MW機組的廠用電，根據(jù)國內(nèi)若干電廠的設(shè)置情況，廠用電采用6KV和380V兩個電壓等級。配電原則是：200KW及以上的電動機采用6KV電壓供電，200KW以下的電動機采用380V電壓供電。可使廠用電系統(tǒng)簡化、設(shè)備減少，但許多2000KW以上的大容量電動機接在6.3KV母線上，也會帶來設(shè)備選擇和運行方面的問題。設(shè)計時都是經(jīng)過諸多因素的綜合比較后確定。1、發(fā)電廠廠用高壓電壓 綜合考慮廠用系統(tǒng)的短路電流水平及斷路器的開斷電流，以及高壓廠用系統(tǒng)中最大一臺電動機正常工作啟動時，廠用母線電壓不低于80%額定電壓的要求。廠用高壓選用6KV電壓等級，通過合理選擇變壓器容量及阻抗值，電動機啟動電壓均可滿足要求。 2、發(fā)電廠廠用低壓電壓 主廠房的低壓廠用電系統(tǒng)采用動力與照明分開供電方式，動力與照明網(wǎng)絡(luò)電壓為380V，低壓廠用電壓為380V，輔助廠房的低壓電壓均為380V。 3、電動機的引接T1T2GT圖3.1 廠用電源引接方式200KW及以上的電動機接6KV，200KW電動機接380V。3.3 廠用電源及其引接方式發(fā)電廠的廠用工作電源，必須供電可靠，且能滿足電廠各種工作狀態(tài)的要求，除應(yīng)具有正常的工作電源外，還應(yīng)設(shè)置備用、啟動電源和事故保安電源。一般電廠中都以啟動電源兼作備用電源。1、廠用工作電源及其引接對于大容量的機組，各臺機組的廠用工作電源必須是獨立的，是保證機組正常運行最基本的電源，要求供電可靠，而且要滿足整套機爐的全部廠用負荷要求，并可能還要承擔部分公用負荷。300MW機組都采用發(fā)電機變壓器組單元接線，并采用分相封閉母線。機組廠用電源都從發(fā)電機G至主變壓器T之間的，即從發(fā)電機出口經(jīng)高壓廠用變壓器T1、T2將發(fā)電機出口電壓降至所要求的廠用高壓，如圖3.1所示。圖2-1在這種接線方式下，發(fā)電機、主變壓器、廠用高壓變壓器以及相互連接的導(dǎo)體，任何一個元件故障都要斷開主變壓器高壓側(cè)的斷路器并停機。因此，僅當發(fā)電機處于正常運行時，才對廠用負荷供電；在發(fā)電機處于停機狀態(tài)、啟動時發(fā)電機電壓建立之前或停機過程電壓下降時，都不能對廠用負荷供電。這就需要另外設(shè)置獨立可靠的啟動和停機用的電源。停機電源是指保證發(fā)電機安全停機的某些廠用負荷繼續(xù)運行一段時間所需的電源。2、廠用備用電源與啟動電源備用電源用于因工作電源事故或檢修而失電時替代工件電源，起后備作用。備用電源應(yīng)具有獨立性和足夠的供電容量，最好能與電力系統(tǒng)緊密聯(lián)系，在全廠停電下仍能從系統(tǒng)獲得廠用電源。啟動電源一般是指機組在啟動或停機過程中，工作電源不可能供電的工況下為該機組的廠用負荷提供電源。0s投入PC柴油發(fā)電機備用工作PC正常工作PC正常工作PC保安PC10min投入PC5s投入PC圖3.2 事故保安電源引接方式300MW機組的啟動、備用廠用電源和其它機組一樣，采用啟動電源兼?zhèn)溆秒娫吹姆绞皆O(shè)置，而且一般都經(jīng)啟動/備用變壓器從220KV系統(tǒng)引接，具有很高的可靠性。這種除起備用電源和啟動電源的作用外，也承擔了發(fā)電機停機電源的作用。對于300MW機組，一般每兩臺設(shè)一套公用的啟動/備用變壓器。對于低壓380V的備用電源，與低壓工作電源的引接相似，也從中壓廠用母線經(jīng)低壓變壓器引接，但低壓工作電源與備用電源取自中壓廠用母線的不同分段上。3、事故保安電源對300MW機組，啟動/備用變壓器通常接于110KV系統(tǒng)，供電的可靠性已相當高，但仍需設(shè)置后備的備用電源，即事故保安電源。當廠用工作電源和備用電源都消失時，為確保能安全停機，應(yīng)設(shè)置事故保安電源，以滿足事故保安負荷和連續(xù)供電。300MW機組每臺機一般設(shè)一臺柴油發(fā)電機，采用每機組一臺柴油機分時間段的接線，圖3.2所示。保安負荷時間，分為以下幾種：（1）瞬時啟動負荷，即全廠停電時須在數(shù)秒內(nèi)投入的負荷，如潤滑油泵等。（2）延時投入負荷，可按主機停運程序分期延時投入的負荷。如頂軸油泵、盤車電動機等。因而一般把保安負荷分為0s、50s后和10min后投入三類，分別設(shè)三個MCC。（3）廠用電基本接線形式廠用電接線方式合理與否，對機、爐、電的輔機以及整個發(fā)電廠的工作可靠性有很大影響。廠用電的接線應(yīng)保證采用供電的連續(xù)性，使發(fā)電廠能安全滿發(fā)，并滿足運行安全可靠、靈活方便等要求。300MW機組通常都為一機一爐單元式設(shè)置，采用機、爐、電為一單元的控制方式，因此，采用系統(tǒng)也必須按單元設(shè)置，各臺機組單元（包括機、爐、電）的廠用系統(tǒng)必須是獨立的，而且采用多段（兩段或四段）單母線供電。4 變壓器的選擇4.1 主變壓器的選擇原則1、為保證發(fā)電機電壓出線供電可靠，接在發(fā)電機電壓母線上的主變壓器一般不少于兩臺；2、在計算通過主變壓器的總?cè)萘繒r，至少應(yīng)考慮510年內(nèi)負荷的發(fā)展需要，并要求，在發(fā)電機電壓母線上的負荷為最小時，能將剩余功率送入電力系統(tǒng)；3、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；4、發(fā)電機電壓母線上最大一臺發(fā)電機停運時，能滿足發(fā)電機電壓的最大負荷用電需要；。5、容量為300MW及以下機組單元單元接線的主要變壓器和330KV及以下電力系統(tǒng)中，一般都應(yīng)選用三相變壓器；6、變壓器按其每相的繞組分為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式；發(fā)電廠以兩種升高電壓級向用戶供電或與系統(tǒng)連接時，可以采用2臺雙繞組變壓器或三繞組變壓器。4.2 廠用變壓器的選擇原則廠用變壓器的選擇主要考慮高壓廠用工作變壓器和啟動設(shè)備變壓器的選擇，其選擇包括變壓器的臺數(shù)、型式、額定電壓、容量和阻抗。1、廠用變壓器的額定電壓應(yīng)根據(jù)廠用電系統(tǒng)的電壓等級和電源引接處的電壓確定，變壓器一、二次額定電壓必須與引接電源電壓和廠用網(wǎng)絡(luò)電壓一致。2、變壓器的容量必須滿足廠用機械從電源獲得足夠的功率。3、廠用高壓備用變壓器或起動變壓器應(yīng)與最大一臺高壓廠用工作變壓器容量相同；低壓廠用備用變壓器的容量應(yīng)與最大一臺低壓廠用工作變壓器容量相同。4.3 確定變壓器臺數(shù)及容量1、臺數(shù)：根據(jù)原始資料，該廠除了本廠的廠用電外，其余向系統(tǒng)輸送功率，所以不設(shè)發(fā)電機母線，發(fā)電機與變壓器采用單元接線，保證了發(fā)電機電壓出線的供電可靠，300MW發(fā)電機組的主變壓器選用雙繞組變壓器2臺。向本廠供電變壓器選用三相式雙繞組變壓器2臺，廠用備用電源選用雙繞組變壓器1臺，三個電壓等級的母線之間的母連變壓器選用三相三繞組變壓器。2、容量：單元接線中的主變壓器容量應(yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后，預(yù)留10的裕度選擇。 （4.1）式中為發(fā)電機容量；為通過主變壓器的容量；為發(fā)電機的額定功率， ；為廠用電率，=6.5%發(fā)電機G-1、G-2的額定容量為300MW，扣除廠用電后經(jīng)過變壓器的容量為： = （4.2）經(jīng)計算后選取變壓器如下：（1）300MW發(fā)電機組所選變壓器型號為：SFP-360000/220兩臺；（2）三個等級母線間的變壓器型號為：SFPS-240000/220一臺；（3）與300MW發(fā)電機組相連的廠用變壓器型號為：SFF7-40000/18兩臺；（4）廠用備用電源變壓器型號為：SF27-40000/110一臺；（5）連接6KV與三繞組變壓器的變壓器型號為：SFF-31500/15一臺。其具體參數(shù)如表4.1所示：表4.1 所選變壓器型號及其參數(shù)型號額定容量（KVA）額定電壓（KV）阻抗電壓（UK%）空載電流（%）空載損耗高壓中壓低壓SFP-360000/22036000024222.5%1814.30.28190SFPS-240000三繞組24000024222.5%12115.75高中高低中低17525149SFF7-40000/18400000/2200001822.5%6.36.3全穿越半穿越系數(shù)0.8309.515.33.7SFF-31500/1531500/22000015.7522.5%6.3全穿越半穿越1.45279.516.6SF27-40000/1104000011081.25%6.321.151.2 57.25 短路電流計算5.1 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)，其計算的目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。一、短路電流計算條件： （1）正常工作時，三項系統(tǒng)對稱運行；（2）所有電流的電動勢相位角相同；（3）電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷下運行；（4）短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間；（5）不考慮短路點的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流時，元件的電阻略去不計；（6）不考慮短路點的阻抗和變壓器的勵磁電流；（7）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；（8）輸電線路的電容略去不計。二、短路計算的一般規(guī)定：（1）驗算導(dǎo)體和電器的動穩(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)遠景的發(fā)展計劃；（2）選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流時，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的點；（4）導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流，一般按三相短路計算。5.2 短路等值電抗電路及其參數(shù)計算由2300MW火電廠電氣主接線圖，和查的給出的相關(guān)參數(shù)，可畫出系統(tǒng)的等值電抗圖如圖5.1所示：圖5.1選取基準容量為=100MVA,基準電壓為=,為所在線路的平均電壓。均采用標幺值計算方法，省去“*”。系統(tǒng)容量可以看成是一個無窮大容量，所以： =0 （5.1） =0.040 （5.2） =0.057 （5.3）=（）=（25+149）=0.0625 （5.4）=（）=（25+914）=0.042 （5.5）等值電路圖化簡得，如圖5.2所示：圖5.2 =（+）=(0.040+0.057)=0.048 （5.6） =+=0.0625+0.042=0.1045 （5.7）1、220KV側(cè)母線短路時短路電流的計算：正序圖如圖5.3所示：圖5.3負序圖如圖5.4所示：圖5.4零序圖如圖5.5所示：圖5.5正序總電抗為：=0.0485 （5.8）負序總電抗為：=0.0485 （5.9）零序總電抗為：=+=0.02+0.0625=0.0825 (5.10)（1） 兩相短路電流的計算 附加電抗： =0.0485 (5.11) 計算電抗：=（0.0485+0.0485）=0.685 (5.12) 查汽輪機運算曲線得： t=0s時， =1.52（KA） (5.13)則=1.52=4.877（KA） (5.14)（2） 單相短路電流的計算 附加電抗： =0.0485+0.0825=0.131 (5.15) 計算電抗：=（0.0485+0.131）=1.267 (5.16) 查汽輪機運算曲線得： t=0s時，=0.80（KA） (5.17)則=0.80=2.567（KA） (5.18)（3） 三相短路電流的計算 等效電抗：=0.0485 (5.19) 計算電抗：=0.0485=0.342 (5.20)查汽輪機運算曲線得：t=0s，=3.18；t=0.1s，=2.71；t=0.2s，=2.48；t=2s，=2.25t=4s，=2.28。因=1.77，所以=3.181.772=5.635(KA)；=2.711.772=4.802（KA）；=2.481.772=4.395（KA）；=2.251.772=3.987（KA）；=2.281.772=4.04（KA）。取=1.85，則=5.6351.85=14.743（KA）。由220KV側(cè)短路電流計算可知，三相短路電流大于兩相、單相短路電流，所以選擇設(shè)備時使用三相短路電流去整定計算，因此，110KV側(cè)可以不用再計算單相、兩相短路電流。2、110KV三相短路電流的計算等效電抗：=+=0.0485+0.1045=0.153 (5.21)計算電抗：=0.153=1.08 （5.22）查汽輪機運算曲線得：t=0s，=0.93；t=0.1s，=0.88；t=0.2s，=0.85；t=2s，；t=4s，。因=3.544，所以=0.933.544=3.296(KA)；=0.883.544=3.119(KA)；=0.853.544=3.0124(KA)；=1.053.544=3.7212(KA)；=1.053.544=3.7212（KA）。取=1.85，則=3.2961.85=8.623（KA）。6 電氣設(shè)備的選擇6.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件 一、設(shè)備選擇的一般原則1、（1）應(yīng)力求技術(shù)先進，安全適用，經(jīng)濟合理。（2）應(yīng)滿足正常運行、檢修和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展。（3）應(yīng)與整個工程的建設(shè)標準協(xié)調(diào)一致。（4）選擇的導(dǎo)體品種不應(yīng)太多。2、選用的電器最高允許工作電壓，不得低于該回路最高運行電壓。3、選用導(dǎo)體的長期允許電流不得小于該回路的持續(xù)工作電流。由于高壓開斷電器設(shè)有持續(xù)過載能力，在選擇其額定電流時，應(yīng)滿足各種可能運行方式下回路持續(xù)工作電流的要求。4、驗算導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流作用的短路電流時，應(yīng)按具體工作的設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景規(guī)劃。5、驗算導(dǎo)體和電器的短路電流，按下列情況計算：（1）除計算短路電流的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)電流外，元件電阻都應(yīng)略去不計。（2）對不帶電抗器回路的計算，短路點應(yīng)選擇在正常接線方式短路電流最大的點。6、導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流按發(fā)生短路最嚴重情況計算。7、驗算裸導(dǎo)體短路熱效應(yīng)應(yīng)計算時間，應(yīng)采用主保護動作時間和相應(yīng)的斷路器全分閘時間，繼電器的短路熱效應(yīng)計算時間，宜采用后備保護動作時間和相應(yīng)的斷路器全分閘時間。8、在正常運行時，電氣引線的最大作用力不應(yīng)大于電器端子允許的負載。二、按短路條件進行校驗電氣設(shè)備按最大可能的短路故障（通常為三相短路故障）時的動、熱穩(wěn)定度進行校驗。在電力系統(tǒng)中盡管各種電氣設(shè)備的作用不一樣，但選擇的要求和條件有諸多是相同的。為保證設(shè)備安全、可靠的運行，各種設(shè)備均按正常工作的條件下的額定電壓和額定電流選擇，并按短路故障條件校驗其動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度。1、熱穩(wěn)定校驗校驗電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性，就是校驗設(shè)備的載流部分在短路電流的作用下，其金屬導(dǎo)電部分的溫度不應(yīng)超過最高允許值。如果滿足這一條件，則選出的電氣設(shè)備符合熱穩(wěn)定的要求。熱穩(wěn)定校驗時，通過電氣設(shè)備的三相短路電流為依據(jù)，工程計算中常用下式校驗所選的電氣設(shè)備是否滿足熱穩(wěn)定的要求，即： （6.1）式中，三相短路電流周期分量的穩(wěn)定值（KA）； 等值時間（亦稱假想時間s）； 制造廠規(guī)定在ts內(nèi)電器的熱穩(wěn)定電流（KA）；t為與相對應(yīng)的時間（s）。短路計算時間：校驗短路熱穩(wěn)定的短路計算時間應(yīng)為繼電保護動作時間和斷路器全開斷時間之和，即 （6.2）式中，為保護動作時間，主要有主保護動作時間和后備保護動作時間，當為主保護動作時間時一般取0.05s；當為后備保護時間時一般取2.5s；為斷路器全開斷時間（包括固有分閘時間和燃弧時間），如果缺乏斷路器分閘時間數(shù)據(jù)，對快速及中速動作的斷路器，取=0.1-0.5s,對低速動作的斷路器，取=0.2s。2、動穩(wěn)定校驗當電氣設(shè)備中有短路電流通過時，將產(chǎn)生很大的電動力，可能對電氣設(shè)備產(chǎn)生嚴重的破壞作用。因此，各制造廠所生產(chǎn)的電器，都用最大允許的電流的值或最大有效值表示其電動力穩(wěn)定的程度，它表明電器通過上述電流時，不至因電動力的作用而損害。滿足動態(tài)穩(wěn)定的條件為或 式中，為三相短路時的沖擊電流及最大有效值電流；為三相短路時的最大有效值電流。 電氣設(shè)備的選擇除了要滿足上述技術(shù)數(shù)據(jù)要求外，尚應(yīng)根據(jù)工程的自然環(huán)境（位置、氣候條件、化學(xué)污染、海拔高度、地震等）、電氣主接線、短路電流水平、配電裝置的布置及工程建設(shè)標準等因素考慮。6.2 電氣設(shè)備的整定計算發(fā)電機側(cè)回路的最大工作電流： =1.05 ， =1.0511320=11886A 與主變壓器所連回路的最大持續(xù)工作電流： =1.05 ，=948.7A 與三繞組變壓器所連回路220KV側(cè)的最大持續(xù)工作電流： =1.05 ， =632.6A 與三繞組變壓器所連回路110KV側(cè)的最大持續(xù)工作電流：=1.05 ， =1807.4A 6.2.1 高壓斷路器的選擇斷路器是在電力系統(tǒng)正常運行和故障情況下用作斷開或接通電路中的正常工作電流及開斷故障電流的設(shè)備。SF6斷路器和真空斷路器目前應(yīng)用廣泛，少油斷路器因其成本低，結(jié)構(gòu)簡單，依然被廣泛應(yīng)用于不需要頻繁操作及要求不高的各級高壓電網(wǎng)中，壓縮空氣斷路器和多油斷路器已基本淘汰。SF6斷路器的特點是：（1）滅弧能力強，介質(zhì)強度高，單元滅弧室的工作電壓高，開斷電流大，時間短；（2）開斷電容電流或電感電流時，無重燃，過電壓低；（3）電氣壽命長，檢修周期長，適于頻繁操作；（4）操作率小，機械特性穩(wěn)定，操作噪音小。1、220KV側(cè)斷路器的選擇（1）主變壓器回路最大工作持續(xù)電流： =1.05，=948.7A =1.1220KV=242KV 擬選型號為LW2220（W）系列六氟化硫斷路器，參數(shù)如表6.1所示：表6.1 LW2220（W）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）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）220252250031.5800.03501) 動穩(wěn)定校驗： 動穩(wěn)定電流=80KA，220KV側(cè)短路沖擊電流為=14.743KA 即： ，滿足動穩(wěn)定條件。 2) 熱穩(wěn)定校驗：LW2220（W）系列六氟化硫斷路器的固有分閘時間=0.03s，全分閘時間為=0.15s。周期分量熱效應(yīng)計算，非周期分量熱效應(yīng)不計，短路電流的熱效應(yīng)： 71.46 3=2976.76滿足熱穩(wěn)定條件。（2）三繞組變壓器回路最大工作持續(xù)電流： =1.05，=632.6A =1.1220KV=242KV 擬選型號為LW2220（W）系列六氟化硫斷路器。根據(jù)額定電流和電壓所選型號和動、熱穩(wěn)定校驗與主變壓器回路基本相同，這里就不再作詳細的敘述。2、110KV側(cè)斷路器的選擇最大工作持續(xù)電流： =1.05， =1807.4A =1.1110KV=121KV 擬選型號為LW36110系列六氟化硫斷路器，參數(shù)如表6.2所示：表6.2 LW36110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）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）1101263150401000.026501) 動穩(wěn)定校驗： 動穩(wěn)定電流=100KA，110KV側(cè)短路沖擊電流為=8.623KA 即：，滿足動穩(wěn)定條件。2) 熱穩(wěn)定校驗：LW2110系列六氟化硫斷路器的固有分閘時間=0.026s，全分閘時間為=0.12s。周期分量熱效應(yīng)計算，非周期分量熱效應(yīng)不計，短路電流的熱效應(yīng)： 54.84 3=4800滿足熱穩(wěn)定條件。6.2.2 隔離開關(guān)的選擇隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種高壓電器，它的主要功能是：（1）建立明顯的絕緣間隙，保證線路或電氣設(shè)備修理時人身安全；（2）轉(zhuǎn)換線路、增加線路連接的靈活性。在電網(wǎng)運行時，為保證檢修工作安全進行，除了使工作點與帶電部分隔離外，還必須采取檢修接地措施防止意外帶電。為此，要求在高壓配電裝置的母線側(cè)和線路側(cè)裝設(shè)帶專門接地刀閘的隔離開關(guān)，以便在檢修母線和線路斷路器時，使之可靠接地。這種帶接地刀閘的隔離開關(guān)的工作方式為：正常運行時，主刀閘閉合，接地刀閘斷開；檢修時，主刀閘斷開，接地刀閘閉合。這種工作方式由操作機構(gòu)之間具有機械閉鎖的裝置來實現(xiàn)。1、220KV側(cè)隔離開關(guān)的選擇（1）主變壓器回路最大工作持續(xù)電流：=948.7A=1.1220KV=242KV 擬選型號為GW46220（D）系列隔離開關(guān)，參數(shù)如表6.3所示： 表6.3 GW4220D/2500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）3s 熱穩(wěn)定電流（KA）額定動穩(wěn)定電流峰值（KA）額定頻率（HZ）22025005012550GW46220W系列隔離開關(guān)是三相交流50HZ高壓開關(guān)設(shè)備，供在有電壓五負載的情況下，斷開或閉合線路之用。該系列隔離開關(guān)的主刀閘和接地刀閘可分配各類電動型或手動型操作機構(gòu)進行三相聯(lián)動操作，主刀閘和接地刀閘有機械連鎖裝置。1)動穩(wěn)定校驗： 動穩(wěn)定電流=125KA，220KV側(cè)短路沖擊電流為 =14.732KA 即：，滿足動穩(wěn)定條件。2) 熱穩(wěn)定校驗： LW2220（W）系列斷路器的固有分閘時間=0.03s，全分閘時間為=0.15s。周期分量熱效應(yīng)計算，非周期分量熱效應(yīng)不計，短路電流的熱效應(yīng)： 71.46 3=2700滿足熱穩(wěn)定條件。（2）三繞組變壓器回路最大工作持續(xù)電流： =1.05， =632.6A =1.1220KV=242KV 擬選型號為GW46220W系列隔離開關(guān)。根據(jù)額定電流和電壓所選型號和動、熱穩(wěn)定校驗與主變壓器回路基本相同，這里就不再作詳細的敘述。2、110KV側(cè)隔離開關(guān)的選擇最大工作持續(xù)電流： =1.05， =1807.4A =1.1110KV=121KV 擬選型號為GW5110（D）系列隔離開關(guān)，具體參數(shù)如表6.4所示： 表6.4 GW5110（D）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）110200031.5100501) 動穩(wěn)定校驗： 動穩(wěn)定電流=100KA，110KV側(cè)短路沖擊電流為 =8.623KA 即：，滿足動穩(wěn)定條件。 2) 熱穩(wěn)定校驗：LW2110系列六氟化硫斷路器的固有分閘時間=0.026s，全分閘時間為=0.12s。周期分量熱效應(yīng)計算，非周期分量熱效應(yīng)不計，短路電流的熱效應(yīng)：54.84 3=3969滿足熱穩(wěn)定條件。6.2.3 電壓互感器的選擇電壓互感器的配置原則應(yīng)滿足測量、保護、同期和自動裝置的要求，保證在運行方式改變時，保護裝置不失壓，同期點兩側(cè)都能方便的取壓。通常