发电厂电气主接线设计
宁德师范学院
发电厂电气部分课程设计
实习项目:凝汽式火电厂一次部分设计
系 别: 物理与电气工程系
专 业: 电气工程及其自动化
学 号: B2011052222
姓 名: 高文土
指导老师: 黄丽霞
日 期: 2014年6月20日
发电厂电气部分课程设计任务书
原始资料:
200MW地区凝汽式火电厂;机组容量与台数:2*50MW ,1*100MW, UN10.5kV ;
发电机电压负荷:最大48MW,最小24MW,110KV负荷:最大58MW,Tmax4200小时;
最小32MW,Tmax4500小时;剩余功率全部送入220KV系统,全部负荷中Ⅰ类负荷比例为30%,Ⅱ类负荷为40%,Ⅲ类负荷为30%。
基本要求:
1. 电厂分析及发电机、主变选择。
2. 电气主接线设计。
3. 短路电流计算。
4. 选择短路点计算三相短路电流并汇总成表。
5. 选择各电压等级的电气设备。
主要参考资料:
[1] 熊信银.发电厂电气部分[M]. 北京:中国电力出版社,2009:55~106
[2] 楼樟达,李扬.发电厂电气设备[M]. 北京:中国电力出版社,1998:55~129,321~452
[3] 何仰赞,温增银.电力系统分析[M].武汉:华中科技大学出版社,2002:152~195
[4] 西安交通大学等六院校.电力系统计算[M].北京:水利电力出版社,1999:25~65
[5] Ata Elahi.Netwerk Communications Technology(英文影印版) [M].北京:中国水利水电出版社,1997:10~69
[6] 周 强,易先举,汪祖禄.火力发电厂发电机—变压器组保护技术方案[J].电力系统自动化,1999,6:22~25
[7] 卓乐友.电力工程电气设计200例[M]. 北京:中国电力出版社,2004:65~125,158~362
目 录
1 任务和要求 ............................................................ 1
2 明确任务和设计原理 ..................................................... 1
2.1 原始资料的分析 .................................................... 1
2.2 主接线方案确定 .................................................... 1
3 主变压器确定 ........................................................... 3
3.1主变压器台数: .................................................... 3
3.2主变压器的容量: .................................................. 3
3.3主变压器的形式: .................................................. 3
4 短路电流的计算 ........................................................ 4
4.1 短路电流的计算方法 ................................................ 4
4.2短路电流计算过程 .................................................. 5
4.3短路电流计算结果 .................................................. 5
5 电气设备的选择 ........................................................ 5
5.1 10kV侧设备选择及校验过程 .......................................... 5
5.2校验过程 .......................................................... 6
5.3选择设备过程与计算 ................................................ 7
5.4选择设备明细表 .................................................... 7
6 设计总结 .............................................................. 8
参考文献 ................................................................ 10
附录 1 .................................................................. 11
附录2 ................................................................... 12
附录3 ................................................................... 15
1 任务和要求
(1)任务:根据自己所选的原始资料设计电气主接线方案,并计算短路电路,合理地选择主要的电气设备。
(2)电气主接线设计要求
电厂分析及发电机、主变选择
电气主接线设计
短路电流计算
选择各电压等级的电气设备
2 明确任务和设计原理
2.1 原始资料的分析
设计一座装机容量为200MW的凝汽式火力发电厂。计划安装两台50MW的汽轮发电机组,型号为QFQ-50-2,功率因数为0.8,安装顺序为#1、#2机;安装一台100MW的汽轮发电机组,型号为TQN-100,功率因数为0.85,安装顺序为#3机。发电机电压负荷最大为48MW,最小为24MW,最大负荷利用小时数Tmax5200小时;110KV负荷:最大58MW,最小32MW,最大负荷利用小时数Tmax4500小时;剩余最大功率220-24-32-200*6%=152MW送入220KV系统。50MW发电机电压端电缆出线8回,100MW发电机端电压电缆出线2回。每回负荷不等,平均在4MW左右,送电距离为3~6km;110KV端架空线出线3回;220KV端架空线出线2回。
从负荷特点及电压等级可知,10KV电压等级上的地方负荷容量不大,共有10回电缆馈线,与50MW发电机的机端电压相等,采用直馈线为宜。20KV电压为300MW发电机出口电压,既无直配负荷,又无特殊的要求,拟采用单元接线的形式,可以节省价格昂贵的发电机出口断路器,又利于配电装置的布置;220KV电压级出现回路数为4回,为了保证检修出线断路器不致对该回路停电,拟采用带旁路母线接线形式为宜;500KV与系统有4回馈线,呈强联系形式并送出本厂最大可能的电力为700-15-200-700*6%=443(MV)。可见,该厂500KV级的接线对可靠性要求应当很高。
2.2 主接线方案确定
根据以上的分析,筛选组合,可保留两种可能的接线方式如下图:
图1 方案一
图2 方案二
图1 方案一
图2 方案二
2
通过比较,由于此设计属于中小型火电厂,所以着重考虑经济性,因方案Ⅰ只用一台双绕组变压器及其两侧的断路器和隔离开关,220kV侧采用单母线接线方式,均减少了断路器的数量,配电装置投资大大减小,且误操作的可能性要相对较小,占地面积也相对减小。相对于方案Ⅱ,其操作简单。
综上考虑该电厂为地区电厂,且负荷为腰荷,所以主接线方式采用方案Ⅰ。
3 主变压器确定
3.1主变压器台数:
根据方案Ⅰ,该发电厂装设一台三绕组变压器和一台双绕组变压器,以充分保证供电可靠性。
3.2主变压器的容量:
发电厂具体情况:10KV侧,三绕组变压器的确定:cos0.85,Kp8%,则
SN100MW
cos0.8,SN50MW,,SB100(18%)/0.85108.2MW;双绕组变压器的确定:
10KV侧最小负荷为24MW。 SB(502(18%)24)/0.885MW。
3.3主变压器的形式:
一般情况下采用三相式变压器,根据以上分析,具有三种电压等级的发电厂,查220kV三绕组变压器技术数据表,选择型号为:SFPSLO120000,查220kV双绕组变压器技术数据表,选择型号为:SFPL90000.
3
4 短路电流的计算
4.1 短路电流的计算方法
对应系统最大运行方式,按无限大容量系统,进行相关短路点的三相短路电流计算,求得If、ish、Ish值。
If---三相短路电流;
ish——三相短路冲击电流,用来校验电器和母线的动稳定。
Ish——三相短路全电流最大有效值,用来校验电器和载流导体的热稳定。
Sk——三相短路容量,用来校验断路器和开断容量以及判断容量是否超过规定值,作为选择限流电抗器的依据。
注:选取基准容量为Sj100MVA Uj
Uav1.05UN
Sj——基准容量(MVA)
Uav——所在线路的平均电压(kV)
按电压等级计算短路电流,该系统共有三个电压等级,故有三个短路电流,短路电流的具体计算过程见附录A。等值电抗图如图3所示:
220kV
G3
图3 等值电抗图
4
4.2短路电流计算过程
短路电流计算过程见附录2
4.3短路电流计算结果
短路电流计算结果表4所示:
5 电气设备的选择
5.1 10kV侧设备选择及校验过程
5.1.1选择过程
(1)50MW发电机最大持续工作电流
3
I
max
1.053608.439(A)
(2)10kV出线最大持续工作电流
Imax
372.169(A)
(3)1号主变低压侧最大持续工作电流
Imax
34948.788(A)
根据以上计算数据,设备选择如下: ①10kV断路器
查10kV高压断路器技术数据,选择SN410G/5000型断路器,其主要参数 额定开断电流105kA,极限通过电流峰值300kA,热稳定电流120kA(5s)。
②10kV隔离开关
查10kV高压隔离开关技术数据,选择GN1010T/5000型隔离开关,其主要参数 极限通过电流峰值200kA,热稳定电流100kA(5s)。 ③10kV母线
5
Imax
33464A
I24.30k9A
查表,选用3条125mm10mm矩形铝导体,竖放允许电流为4243A,kf1.8。 ④10kV出线电缆
选择10kV普通粘性浸纸绝缘三芯电缆。 ⑤10kV出线电抗器
查10kV电抗器技术数据,选择NKL104003型电抗器,其主要参数 通过容量32310kVA。
5.2校验过程
由附录A中的短路电流计算可知,10kV侧短路电流If74.309kA,短路冲击电流
ish189.488kA
,故
Itk2tk22
QKI10ItkIf2tk74.3092422087.309(KA)2S。 122
(1)断路器校验
2热稳定校验:I2t1202572000(KA)SQK,满足热稳定要求。
动稳定校验:ish189.488kA,ies300kA,iesish,满足动稳定要求。 (2)隔离开关校验
2热稳定校验:I2t1002550000(KA)SQK,满足热稳定要求。
动稳定校验:ish189.488kA,ies200kA,iesish,满足动稳定要求。 (3)母线校验
当环境温度为35C时,查表得出温度修正系数K0.88,则
Ial35c0.88424337343464A
热稳定校验。正常运行时导体温度
2Imx34642
0al0235703565C
Ial37342
查表C89,则满足短路时发热的最小导体截面为
Smin546.22400mm2 满足热稳定要求
动稳定校验。
mhbm0.1250.0127003.375kgm
Jbh30.010.12531.63106m4 E71010Pa,Nf3.56,f150Hz
6
Lmax
2.08m 取L1.2m,a0.75m
ish189.488KA
2
fph1.73107ish8282.25Nm
W3.3b2h3.30.0120.12541.25106m3
ph
8282.251.22
28.91106Pa 610W1041.2510
fphL
phal70106Pa , 满足动稳定要求。
5.3选择设备过程与计算
选择设备过程与计算见附录2
5.4选择设备明细表
5.4.1 10kv侧主要电气设备:
5.4.2 110kv侧主要电气设备:
5.4.3 220kv侧主要电气设备:
5.5 电气设备清单:
6 设计总结
通过本次为期一周多的课程设计,我再一次认真的学习了《发电厂电气部分》这门学科及其相关学科,总结了从初学到现在的学习心得,感觉受益匪浅。
完成课程设计的过程中,我学习到如何从理论部分较好的过渡到实际设计当中,从分析原始资料到如何更加合理的选择可靠性高的接线方式、灵活性高的运行方式以及实用性强和经济性好的设计方案。在这之间,我仔细查阅了不少参考学习资料,根据我此次设计的内容和联系设备的一些实际参数情况进而选择主接线图和主变压器,虽然期间我也耗费了不少精力对其进行修改和变换,但却为后来的选择其他电器设备做好了铺垫,没有多走弯路,从而以简单易行的方式达到了设计的要求和目的。
最后,因为我个人的知识浅薄和对电气行业的认识有限,所以设计中的不完美处还
请老师多提宝贵建议。也在此感谢老师和同学对我的设计指导。
参考文献
[1] 熊信银.发电厂电气部分[M]. 北京:中国电力出版社,2009:55~106
[2] 楼樟达,李扬.发电厂电气设备[M]. 北京:中国电力出版社,1998:55~129,321~452
[3] 何仰赞,温增银.电力系统分析[M].武汉:华中科技大学出版社,2002:152~195 [4] 西安交通大学等六院校.电力系统计算[M].北京:水利电力出版社,1999:25~65 [5] Ata Elahi.Netwerk Communications Technology(英文影印版) [M].北京:中国水利水电出版社,1997:10~69
[6] 周 强,易先举,汪祖禄.火力发电厂发电机—变压器组保护技术方案[J].电力系统自动化,1999,6:22~25
[7] 卓乐友.电力工程电气设计200例[M]. 北京:中国电力出版社,2004:65~125,158~362
附 录 1
附录2
1 电抗计算
选取基准容量为Sj100MVA,UjUav
SU
j
————基准容量(MVA)
av
————所在线路平均电压(kV)
均采用标幺值算法,省去“*”。
X
1
0.117,X2X
3
X
7
0.2,X40.02958,X50.07708,X60.05875
XXX
8
XX
2
//X30.2//0.20.1 X10.1170.10.217 X70.05880.20.2588
98
10
X
6
XXX
11
XXX
4
X5X4X5X10X4X10X10X5X10
X
10
0.1155 0.3876 1.0100
124
XX
5
1354
2 各母线上短路时短路电流的计算
2.1 10kV母线上发生短路时(d1点)短路电流的计算 将系统电抗图简化并计算:
220kV
x10
G3
图4
d点短路时等值电路电抗化简图
1
X
14
XX
1
4
X100.1170.029580.25880.4054
I
f1
I1I2X
8
X
14
13.5134
2.2 110kV母线上发生短路时(d2点)短路电流的计算 将系统电抗图简化并计算:
3
图5
d点短路时等值电路电抗化简图
2
X
15
XX
9
11
0.2170.11550.3325
I
f2
I3I41.X
15
1.X
13
1.0.33251..014.3372
2.3 220kV母线上发生短路时(d3
点)短路电流的计算 将系统电抗图简化并计算:
G1.2
G3
图6
d
3
点短路时等值电路电抗化简图
X
16
X
4
X100.029580.25880.2884
I
f3
I5I6X
9
X
16
0.2170.28843.8141
3各母线上短路点电流的折算
3.1各点基准电流:
d1点:IB1SB
3
2
U
B1
100
3
10.55.4986kA
d2点:IB2SBd点:IB3S33
U
B2
1003
1150.502kA
2
U
1003
2
2300.251kA
3B
B3
3.2各点电流:
d1
点:I
f1
IBIf1
74.3kA d2
点: I
f2IBI
f2
2.18kA d3
点: I
f3
IBI
f3
2.21kA
3.3各点冲击电流:
d1
点:i
M1
2.55If1
74.3kA d2
点: i
M22.55If2
2.18kA d3
点: i
M32.55I
f3
2.21kA
附录3
1 110kV侧设备选择及校验过程
1.1选择过程
2号主变压器110kV侧最大持续工作电流
Imax
3629.837(A),110kV
出线最大持续工作电流
Imax3380.526(A),根据以上计算数据,设备选择如下:
(1)110kV断路器
查110kV高压断路器技术数据,选择SW4110/1000型断路器,其主要参数 额定开断电流18.4kA,极限通过电流峰值55kA,热稳定电流21kA(5s)。
(2)110kV隔离开关
查110kV高压隔离开关技术数据,选择SW4110D/100080型隔离开关,其主要参数
极限通过电流峰值80kA,热稳定电流21.5kA(5s)。 (3)110kV母线
Imax
3360A
I2.17A7
查表,选用单条50mm4mm矩形铝导体,竖放允许电流为586A,kf1。 1.2校验过程
由附录1中短路电流计算可知,110kV侧短路电流If2.177kA,短路冲击电流
Ish5.551kA,故
Itk2tk2
QKI10Itk2If2tk2.1772418.957(KA)2S。 122
(1)断路器校验
2热稳定校验:I2t21252205(KA)SQK,满足热稳定要求。
动稳定校验:ish5.551kA,ies55kA,iesish,满足动稳定要求。 (2)隔离开关校验
2
(KA)S热稳定校验:I2t21.552311.25QK,满足热稳定要求。
2
动稳定校验:ish5.551kA,ies80kA,iesish,满足动稳定要求。
当环境温度为35C时,查表得出温度修正系数K0.88,则
Ial35c0.88586515.68360A
热稳定校验。正常运行时导体温度
2Imx3602
0al0235703552C
Ial515.682
查表C94,则满足短路时发热的最小导体截面为
Smin46.3200mm2,满足热稳定要求
动稳定校验。
mhbm0.050.00427000.54kgm
Jbh30.0040.0530.0416106m4
E71010Pa,Nf3.56,f
150Hz
Lmax
1.3m 取L1.2m,a0.75m
ish5.551KA
2
fph1.73107ish7.1Nm
Wbh20.0040.0521.67106m3
ph
7.11.22
0.613106Pa 610W101.6710
fphL
phal70106Pa,满足动稳定要求。
2 220kv侧设备选择及校验过程
2.1选择过程
2号主变压器220kV侧最大持续工作电流
Imax
3314.918(A),220kV
出线最大持续工作电流
Imax
22024322006%103
433.013(A),根据以上计算过程,设备选择
如下:
(1)220kV断路器
查220kV高压断路器技术数据,选择SW4220/1000型断路器,其主要参数 额定开断电流18.4kA,极限通过电流峰值55kA,热稳定电流21kA(5s)。
查220kV高压隔离开关技术数据,选择GW4220D/100080型隔离开关,其主要参数
极限通过电流峰值80kA,热稳定电流23.7kA(4s)。 (3)220kV母线
Imax
3433A
I2.206k8A
查表,选用单条50mm4mm矩形铝导体,竖放允许电流为586A,kf1。 2.2校验过程
根据附录1中短路电流计算可知,220kV侧短路电流If2.207kA,短路冲击电流
Ish5.627kA,故
Itk2tk2
QKI10Itk2If2tk2.2072419.483(KA)2S。 122
(1)断路器校验
2热稳定校验:I2t21252205(KA)SQK,满足热稳定要求。
动稳定校验:ish5.627kA,ies18.4kA,iesish,满足动稳定要求。 (2)隔离开关校验
2热稳定校验:I2t23.7252246.76(KA)SQK,满足热稳定要求。
动稳定校验:ish5.627kA,ies80kA,iesish,满足动稳定要求。 (3)母线校验
当环境温度为35C时,查表得出温度修正系数K0.88,则
Ial35c0.88586515.68433A
热稳定校验。正常运行时导体温度
2Imx4332
0al0235703560C
Ial515.682
查表C91,则满足短路时发热的最小导体截面为
Smin48.5200mm2 ,满足热稳定要求
动稳定校验。
mhbm0.050.00427000.54kgm
Jbh30.0040.0530.0416106m4
E71010Pa,Nf3.56,
f150Hz
17
Lmax
1.32m 取L1.2m,a0.75m
ish5.627KA
f1.73107i2
phsh6.4N
Wbh20.0040.0521.67106m3
fphL
10W6.41.22
ph
101.6710
60.55106Pa phal70106Pa,满足动稳定要求。
18
发电厂电气部分课程设计成绩评价表
指导教师: 年 月 日