3100MW火力发电厂电气一次部分设计.pdf

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1、第三章一、发电机火力发电厂的主要设备发电机是电厂的主要设备之一，它同锅炉和汽轮机称为火力发电厂的三大主 机，目前电力系统中的电能几乎都是由同步发电机发出的。根据电力系统的设计 规程，在125MW 以下发电机采用发电机中性点不接地方式，本厂选用发电机型 号为 QFNQFN100100 2 2 及参数如下：型号含义：2-2-2 极100100-额定容量N N-氢内冷F-F-发电机Q Q-汽轮机Pe=100MW；Ue=10.5;cos=0.85;Xd=0.183le=6475A；S30=P30/cos=Pe/cos=100000KVA/0.85=117647.059 KVA二、电力变压器的选择电力变

2、压器是电力系统中配置电能的主要设备。电力变压器利用电磁感应原 理，可以把一种电压等级的交流电能方便的变换成同频率的另一种电压等级的交 流电能，经输配电线路将电厂和变电所的变压器连接在一起，构成电力网。1、6kv 厂用电工作变压器负荷计算及容量的选择：名称容量（KW）安装台数工作台数320033给水泵6336366666 683108857011 22102低压厂变75033输煤变75011i i、厂用电压等级：火力发电厂采用 3KV、6 KV 和 10KV 作为高压厂用电压。在满足技术要求的前提下，优先采用较低的电厂，以获得较高的经济效益。由设计规程知：按发电机容量、电压决定高压厂用电压，发电

3、机容量在100300MW，厂用高压电压宜采用 6 KV，因此本厂高压厂用电压等级 6 KV。ii ii、厂用变压器容量确定由设计任务书中发电机参数可知，高压厂用变压器高压绕组电压为10.5KV，循环水泵凝结水泵射水泵吸风机送风机磨煤机排粉机碎煤机冲灰泵1250180100475550475而由 i i 知，高压厂用变压器低压绕组电压为 6 KV，故高压厂用变压器应选双绕组变压器。iiiiii、厂用负荷容量的计算，由设计规程知：给水泵、循环水泵、射水泵的换算系数为K=1;其它低压动力换算系数为 K=0.85；其它高压电机的换算系数为 K=0.8。厂用高压负荷按下式计算：Sg=K 刀 P K为换算

4、系数或需要系数 刀 P电动机计算容量之和Sg=3200+1250+100+(180+4752+5502+475 1.1 Sg+Sd=1.1X8379.333+1764.706=?KA由以上计算和变压器选择规定，三台厂用变压器和一台厂用备用变压器均选用 SF7-16000/10SF7-16000/10 型双绕组变压器厂用高压变压器：SF7-16000/10(SF7-16000/10(双绕组 10KV10KV 变压器)额定电压连接 组额定 容空载 电阻抗 电损耗(KW)量流%压%重量轨距标 号(KV)(KVA)咼压低压空载 1负载(t)(mm)2X16000 102.5%6.3Y,yn019770

5、.710.524.51435注：SF7-16000/10 为三相风冷强迫循环双绕组变压器。电气设备实用手册 P1812、电力网中性点接地方式和主变压器中性点接地方式选择：由设计规程知，中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小 时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流，但由于过电压水平高，要求有较高的绝缘水平，不宜用于 110KV 及以上电网，在 663KV 电网中，则 采用中性点不接地方式，但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网；中性点经消弧线圈接地，当接 地电容电流超过允许值时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧

6、瞬间熄 灭，以消除弧光间歇接地过电压；中性点直接接地，直接接地方式的单相短路电 流很大，线路或设备须立即切除，增加了断路器负担，降低供电连续性。但由于 过电压较低，绝缘水平下降，减少了设备造价，特别是在高压和超高压电网，经 济效益显著。故适用于 110KV 及以上电网中。主变压器中性点接地方式，是由电 力网中性点的接地方式决定。3、主变压器型号的容量及型号的选择，根据设计规程：单元接线的主变压器的 容量按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度，贝S30-SB=(117647.059-10981.9723X1.仁？KVA由发电机参数和上述计算及变压器的选择规定，主变压器选用 1

7、台 220KV 双绕组的变压器和两台 220KV 三绕组的变压器。一台 220KV 的双绕组变压器选择用 SFPZ7-120000/220,SFPZ7-120000/220,两台 220KV 三绕组 的变压器选择用 SFPS7-120000/220SFPS7-120000/220型号含义：S S三相风冷强迫油循环F F风冷P P-无励磁调压S S为铜导线,L L 为铝导线Z Z有载7 7设计序号双绕组主变压器：SFPZ7SFPZ7120000/220120000/220额定容额定电压连接 组空载 电 阻抗 电损耗(KW)量标 号流%压%重量(KV)空载r 负载(KVA)咼压低压(t)22012

8、00002X10.5丫Ndii1243850.8121712.5%轨距(mm)1435电气设备实用手册 P233两台三绕组主变压器 SFPS7-120000/22iSFPS7-120000/22if额定电压(KV)损耗(KW)阻抗电压轨距额定空载连接重 量(mm容量组标电高低高中中低高 低中 低(t)高 中空 载 负 载)号(KVA)流%2202YN,10.5yn0,120000X2.5121144du4800.9142371714351%电气设备实用手册P2334、由上述的计算和变压器选择规定火电厂一般均设置备用电源备用电源的引 接应保证其独立性，避免与厂用工作电源由一电源引接，并有足够的供

9、电容量,由此可确定：高压厂用备用变压器选择 SFL7-16000/110SFL7-16000/110 型号的变压器SFL7-16000/110SFL7-16000/110 型号主要参数如下额定电压额定 容空载 电阻抗 电连接 组损耗(KW)量流%压%重量标 号(KV)低压空载负载(KVA)咼压(t)轨距(mm)121160002X2.5%6.3Y0dn23.5860.9734.21435第四章 火力发电厂短路电流计算第一节110220KV110220KV系统短路电流的计算1、短路计算的意义在供电系统中，危害最大的故障就是短路。所谓短路就供电系统是一相或多 相载流导体接地或相互接触并产生超出规定

10、值的大电流。造成短路的主要原因是 电气设备载流部分的绝缘损坏、误操作、雷击或过电压击穿等。由于误操作产生 的故障约占全部短路故障的 70%在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍甚至 大几十倍，通可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动 力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆。在短路点附近电压显著下 降，造成这些地方供电中断或影响电机正常，发生接地短路时所出现的不对称短 路电流，将对通信工程线路产生干扰，并且短路点还可使整个系统运行解列。2 2、短路计算的目的对所选电气设备进行动稳定和热稳定校验；进行变压器和线路保护的整定值和灵敏度计算。（1）（2）3、4、短路计算的内

11、容计算发电厂相关节点的三相短路电流。基本假定：（1）正常工作时，三相系统对称运行。（2）所有电源的电动势相位角相同。（3）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间相差1200电气角度。（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（5）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。5、短路计算的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 I”、ish、Ish值。I-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

12、的的热稳定。Sd三相短路容量，用来校验断路器和遮断容量和判断容量是否超过规定值，作为选择限流电抗的依据。一、电抗图及电抗计算由 3X100MW 火电厂电气主接线图和设计任务书中给出的相关参数，可画出系统电抗图如图 4-1 所示选取基准容量为 Sj=100MVAUj=Uav=1.05UeS 基准容量（MVA;Uv所在线路的平均电压（kV）。以下均采用标幺值计算方法，省去“*”。1、对于 QFN-100-2QFN-100-2 发电机电抗：X7=X8=X12=Xd”Si=0.183X100100/0.85=?Se2、SFPZ7-12000/220 型双绕组变压器的电抗:Xii=Uk%勺=?100Se

13、图（4-14-1）(%);式中 Uk%变压器短路电压的百分数Se-最大容量绕组的额定容量（MVA;Sj基准容量（MV）3、SFPSZ7-12000/220SFPSZ7-12000/220 型三绕组变压器高压、中压、低压的电抗值:X9=Xi0=丄(Ud高中%+Ud高低%Ud中低%)S200Se丄(14+23 7.0)100=?200 1201SX3=X4=(Ud高中%+Ud中低%Ud高低200Se=?X6=X5=丄(Ud高低%+Ud中低%Ud高中%)鱼200Se=?4、线路阻抗（设计任务书中已给出）：X1=0.12X2=0.068二、220KV220KV 母线上发生短路时（d d2 2点）的计算

14、 将系统电抗图简化（如图 4-2）并计算：X13=X11+X12=?X14=1(X5+X7)=1(X6+X8)=?Xi5=-X3=-(-0.008)=?2 2XX17Xi6l8=Xl7+Xl6+X-4=0.116+0.063+0=?0.112X19=X16+X14+簣X20=X2 Xl8=0-068 0.244=?0.068+0.244X210.256 0.236=X13H Xl9=o0.256 0.236=?图(4(43)3)短路点短路电流的计算：根据任务书的要求，系统是在最大运行方式下进行短路计算110KV 和 220KV 系统为无穷大容量系统：,而且系统为因此对于无限大容量系统:Sj（基

15、准电流）I*z短路电流周期分量的标幺值；I*一一 0 秒短路电流周期分量的标幺值；X*刀电源对短路点的等值电抗标幺值；I*-时间为X短路电流周期分量的标幺值。1 1j1100X20v3Uj20.053I2=lz=l8=X20Ij2（=l*zlj）=-XX=?230对于有限电源提供的短路电流按下式计算：lzt=|*zt lez=I*zt曲T3Uav2火电厂的总容量：S 辽=騒=?MVA计算电抗：Xjs2=X21-S_=0,123x色評=?3XXjs-额定容量下的计算电抗；S*刀各电源合并后总的额定容量（KVA）olzts-t（s）时刻短路电流周期分量的有效值（kA）查汽轮机运算曲线得（0s、2s

16、、4s 时）:I*0s=2.35；I*2s=2.05；J3 P30I*4s=2.30lz0s=I*0s Iez=2.35XX52.941=2.336 以下同lz公=2.05X352.941=1.728如230lz vs=2.30X352.941=1.524睿3汉230短路容量：Sdts=3Uav2lzt sSd0s=、3X230X2.336=930.596Sd2 s=73X230X.728=688.386X13X16X2SdVs二J3 230X1.524=608.314短路电流为：l2os=12+lz0s=4.736+2.336=KA|22s=l2+*2s=4.736+1.728=KA h4s

17、=l2+lz4s=4.736+1.524=KA 短路功率：Sd2=-*3 Up2l20s=：/3 X2307.072=ts 时刻短路瞬间短路电流的最大值：lm20s=：.2l2os=.27.072=短路冲击电流：Im22s=2丨2i2s=sh=2Ksh l2无限大容量电源：查电力工程电气设计手册电气一次部分lm24sPl41当短路发生在高压母线上,取 Ksh=1.85由此可知 ishC2=V2X1.85X.736=KA火电厂：取 Ksh=1.90由此可知 ishH2=T2X1.90 X-0s=展 X1.90X.336KA所以短路冲击电流 ish2=ishC2+ishH2=短路全电流最大有效值：

18、lsh=l-.，厂 2(二 1)2IshC2=l2-.1 2(1.85-1)2=4.736X1 2 0.852=IshH2=lz0s-1 2(1.90-1)2=2.336X1-2 0.902Ish2=IshC2+IshH2=7.405+3.527=10.932KA三、110KV110KV 母线发生短路时（即 d di i点）的短路计算:对电抗图（4-1）进行化简（如X22=X2+X16+X2X16=0.068+0.063+0.068 0.063X130.256X23=X13+X16+图 46）所示并计算：X24=X23/X14=220KV 系统C220.068110KV 系统Ci10.1211

19、0KV 系统C1?10.12C2130.25616.063150.004140.112150.004140.112220.145230.556GG图(4(46)6)110KV 系统C1?10.1110KV 系统C110.12图(4(4 7)7)d115-0.004220.145d1C270.0642425260.0930.0860.153CC图(4(49)9)图(4(48)8)004 0.093=-0.004+0.093+乜=X25=X15+X24+X220.145X15 X 22X26=X15+X22+=X24X27=X26 X1=短路点短路电流的计算：根据任务书的要求系统是在最大运行方式下

20、进行短路计算穷大容量系统：因此，对于无限大容量系统：vj（基准电流）G0.086图(4(410)10)，而且系统为无I*=I*z=I*I*z短路电流周期分量的标幺值；I*一一 0 秒短路电流周期分量的标幺值；X*刀电源对短路点的等值电抗标幺值；I*-时间为X短路电流周期分量的标幺值。对于无限大系统提供的短路电流：IlX27Ij1(=l*zlj)=_ XX27 3Uj 0.0641Si1V100.3 115对于有限电源提供的短路电流按下式计算:Izt=I*zt Iez=I*zt、3Uav1100=火电厂的总容量为Se=3X0.85=Sj计算电抗：Xjs1=X25?=0.086X352.94110

21、0查汽轮机运算曲线得(0s、2s、4s 时):I*0s=3.50;I*2s=2.70;I*4s=2.65*0s=3.50X352-941=占咒 115lz2s=2.70X352941=3 115*4s=2.65X352-941=Q115短路容量：Sdts=.3 Uav1Izt sSd0s=V3 X115 Xj.670=Sd2 s=J3 X115X4.164=Sdvs=胚 X115X.72仁短路电流为：I1.0s=丨1+Iz0s=7.840+5.670=13.51KA2s=I1+Iz2s=7.840+4.164=12.004KAl4s=丨1+Iz4s=7.840+3.721=11.562KA 短

22、路功率：Sd1=J3uav1 n0s=方 X115X13.51=2691.001t(s)时刻短路瞬间短路电流的最大值:Im1=：2I1os=.2X13.51=KA0s=、211Im12s=2X2.004=KA2s:=24s:Im14s.2 丨1X1.562=KA短路冲击电流：ish=、2 Ksh h无限大容量电源：查电力工程电气设计手册电气一次部分压母线上,取 Ksh=1.85火电厂：取 Ksh=1.90P141当短路发生在高由此可知 ishci=V2X1.85：7.840=KA由此可知 ishHi=T2X.90 X-os=42 X.90X.670=KA所以短路冲击电流 ishi=ishc什

23、ishHi=20.512+15.235=KA短路全电流最大有效值：Ish=I J_2(Ks1)2IshC1=I1.1 2(1.85-1)2=4.736X1 2 0.852=IshH1=Iz0s2(1.90-1)2=5.670X1-2 0.902=Ish1=IshC1+IshH1=12.259+9.178=21.437KA四、发电机-双绕组变压器发电机出口短路时(即 d d3 3点)的短路计算:对电抗图(4-1)进行化简并计算：X29=X16+X28+X16X28X14=0.063+0.116+0.063 0.1160.112X28=X1+X15=0.12+(0.004)=0.116X30=X1

24、6+X14+X16X14=0.063+0.116+X280.063 0.1160.1 120.244 0.068X31=X29 X2=0.244+0.068=X31X11 c,cclc 0.053 5.1X32=X31+X11+一=0.1+0.053+X300.236、/、/、/=X30X11X33=X11+X30+X31X34=X31+X+X31X30X11GX35=Xl2/X33=0.156 0.7810.156 0.781220KV 系统110KV 系统280.116140.112图(4(411)11)110KV 系统 220KV 系统C图(4(413)13)图(4(414)14)图(4

25、(415)15)计算短路点的短路电流对于无限大系统提供的短路电流：z=Ig旦=丄13=1|j3(、3Uj3=0.175X100=KA=|)=3 10.5有限电源提供的短路电流按下式计算:SeIzt=l*zt Iez=I*zt -、3Uav3火电厂的总容量：Se刀=3X100=MVA计算电抗：Xjs3=X35Sj0.85=0.130X352.941=100查汽轮机运算曲线得(0s、2s、4s 时):I*0s=2.35;lz0s=2.35X352.94173x10.5I*2S=1.90;=I*4s=2.20*2S=1.90 X352.941=后10.5*4s=2.20X352.941=3x10.5

26、短路容量：Sdts=3Uav3Izt sSd,08=73X10.5X5.607=829.433Sd2 s=.3X10.5 36.874=670.610Sdvs=3X10.5 42.696=776.492短路电流为：l30s=13+*0s=31.421+45.607=77.028KAl32s=13+*2S=31.421+36.874=68.295KA|34s=I3+Iz.4S=31.421+42.696=74.117KA短路功率：Sd3=.3 Uav3I30s=73X10.5X77.028=1400.872t(s)时刻短路瞬间短路电流的最大值：Im30s=.2I37 s=2X77.028=108

27、.934KA6 2sIm32s=2Im3：丨34s=2X58.295=96.584KA=2X74.117=104.817KA4s1=、2短路冲击电流：ish=、2Ksh I3 无限大容量电源：查电力工程电气设计手册电气一次部分P141当短路发生在高压母线上,取 Ksh=1.85 火电 厂：取 Ksh=1.90由此可知 ishC3=-、2X1.85 31.42 仁 82.207KA由 此可知 ishH3=、2%.90 Iz0s=2X1.90 45.607=122.546KA所以短路冲击电流 ish3=ishC3+ishH3=?KA短路全电流最大有效值：Ish=lJ2(Ks二 1)2|shC3=|

28、3“.1 2(1.85-1)2=31.421X1 2 0.852=?lshH3=IzOs-1 2(1.90-1)2=45.607X1-2 0.902=?Ish3=IshC3+IshH3=49.131+73.821=122.952KA五、发电机-三绕组变压器发电机出口短路时（即d d4 4点）的短路计算:由电抗图 4-1 可作化简如图所示，X6=X50,并计算：GC1GC2G图(4(417)17)图(4(418)18)X36=X 什 X4+XLX=0.12+(-0.008)+_0.12 0.008=?X3-0.008X4+X3+XX37=XX1=-0.016+0.00064-0.12=?40d4

29、40图(4(419)19)X37X7=-o.i7+i54+.2FX38=X37+X7+=0.116X39=X37+X9+=-o.oi7+o.i25+5F图(4(420)20)X9XX79=0.094图(4(4 21)21)0.156+0.116156 0.116X40=X8/X38=0.067X41X39/X10=0Sr5=0.055X42X41+X2+138策=0.055+0.068+02F=X43=X41+X13+41 13=0.055+0.256+X2、/X41X130.055：0.2560.068=0.518X44=X36/X42=0.0870.232+0.1380.068 0.518

30、rX45=X40/X43=0.0600.068+0.518计算短路点的短路电流0.232 9138Sj100=114X=63.204KAIj4(=l*z3Uj20.087X44l)=X44.3 10.5对于无限大系统提供的短路电流：有限电源提供的短路电流按下式计算:Se瓦1Izt=l*zt Iez=I*zt-3Uav4火电厂的总容量：Sez=3X100=352.941MVA0.85352.941计算电抗：Xjs4=X45二=0.060X=0.212Sj100查汽轮机运算曲线得0s、2s、4s 时）:II*2s=2.58;*0s=5.15;352 941lz0s=5.15X.=99.948后10

31、.5352 941*2s=2.58X.=50.071 10.5TB(S)1 0.0450.0450.060.061.801.80所以 6KV 厂用电短路冲击电流为：Kh,B1.851.85iish3二ish,B Sh,D=-.2x(1.8x11.795+1.1X1.5X6.1)=KA2(Ksh,BIB.11Ksh,D1D)ish4二sh,B sh,D=-ii2(Ksh,BIB1.1Ksh,D1 D)=2X(1.8X12.890+1.1X1.5X6.1)=KA110220KA系统短路电流小结短路点220KV 母线110KV 母线发电机-双绕组变发电机-三绕组变上发生短路上发生短路压器发电机出口 短 压器发电机出口 短（d2点）（d1点）路（即 d4点）路（即 d3点）7.072KA18.167KA10.932KA13.51KA35.747KA21.437KA77.028KA204.753KA122.952KA163.152KA433.921KA260.609KA电流值0s 时刻短路 电流短路冲 击电流短路全电流的最大有效值