中型发电厂电气主接线设计.pdf

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1、 中型发电厂电气主接线设计-作者:_ -日期:_ 2 电气主接线设计 1.1 对原始资料的分析 设计电厂为中型凝汽式电厂，其容量为2100+2300=800MW,占电力系统总容量 800/（3500+800）100%=18.6%，超过了电力系统的检修备用8%15%和事故备用容量 10%的限额，说明该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要，但是其年利用小时数为 5000h，小于电力系统电机组的平均最大负荷利用小时数（2006年我国电力系统发电机组年最大负荷利用小时数为 5221h）。该厂为凝汽式电厂，在电力系统中将主要承担腰荷，从而不必着重考虑其可靠性。从负荷特点及电压等级可知，10.5kV电压

2、上的地方负荷容量不大，共有6回电缆馈线，与 100MW 发电机的机端电压相等，采用直馈线为宜。300MW 发电机的机端电压为 20kV，拟采用单元接线形式，不设发电机出口断路器，有利于节省投资及简化配电装置布置；110kV 电压级出线回路数为 5回，为保证检修出线断路器不致对该回路停电，拟采取双母线带旁路母线接线形式为宜；220kV 与系统有 4 回路线，送出本厂最大可能的电力为 800-200-25-8008%=511MW，拟采用双母线分段接线形式。1.2 主接线方案的拟定 在对原始资料分析的基础上，结合对电气接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术，积极政策的前提下，力

3、争使其技术先进，供电安全可靠、经济合理的主接线方案。发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计，首先应保证其满发，满供，不积压发电能力。同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电的连续性，因而根据对原始资料的分析，现将主接线方案拟订如下：（1）10.5kV电压级：鉴于出线回路多，且发电机单机容量为 100MW，远大于有关设计规程对选用单母线分段接线每段上不宜超过 12MW 的规定，应确定为双母线接线形式，2 台 100MW 机组分别接在母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压 110kV。由于两台 100MW 机组均接于10.5kV 母线上，有较大短路电流，为选择轻型电器，应在

4、各条电缆馈线上装设出线电抗器。（2）110kV 电压级：出线回数大于 4 回，为保证检修出线断路器不致对该回路停电，采取双母线带旁路母线接线形式，以保证其供电的可靠性和灵活性。（3）220kV 电压级：出线 4回，考虑现在断路器免维护减小投资，采用双母线分段接线。通过两台三绕组变压器联系 10.5kV 及 110kV 电压，以 3 提高可靠性。2台 300MW机组与变压器组成单元接线，直接将功率送往220kV电力系统。1.3 发电机及变压器选择（1）发电机的选择：通过查着资料，两台100MW发电机选用 QFQ-100-2型，两台 300MW 发电机选用 QFSN-300-2型。具体参数如下表：

5、表 1-1 发电机参数 型号 额定功率/MW 额定电压/kV 功率因数 电抗（标幺值）Xd”发电机G1,G2 QFQ-100-2 100 10.5 0.85 0.124 发电机G3，G4，QFSN-300-2 300 20 0.85 0.143（2）变压器选择：220kV 双绕组变压器选择 SFP7-360000/220，三绕组变压器选择 SFPS7-180000/220/110/10。具体参数如下表：表 1-2 变压器参数 型号 额定容量 连接组 损耗 空载电流 阻抗电压(%)空载 短路 双绕组变压器 SFP7-360000/220 360MVA Ynd11 180KW 828KW 0.7%

6、13.1 三绕组变压器 SFP7-180000/220/110/10 180MVA Ynynd11 178KW 650KW 0.7%14.0 23.0 7.0 1.4 年运行费用的计算（1）双绕组变压器 P0=180KW Q0=2520Kvar PK=828KW QK=47160Kvar S=527MVA SN=360MVA max=4500h/a T=5000h/a K=0.02 n=2 =0.32 元/（kWh）A1=n（P0+KQ0）T+max/n(PK+KQK)(S/SN)=10844166（kWh）(2)三绕组变压器 P0=178KW Q0=1260Kvar P1k=650KW P2

7、k=650KW P3k=650KW 4 Q1k=27000Kvar Q2k=-1800Kvar Q3k=14400Kvar max1t=5000h/a max2t=4500h/a max3t=5000h/a T=5000h/a n=2 K=0.02 A2=n（P0+KQ0）T+1/n(P1k+KQ1k)1max+(P2k+KQ2k)2max+(P3k+KQ3k)3max =8733500（kWh）C=（A1+A2）=626.5万 1.5 电气主接线图 见附录一 短路电流计算 2.1 概述 电力系统中，常见的短路故障有三相对称短路、两相短路和单相接地短路。其中三相短路电流的计算是为了选择和校验Q

8、F、QS、母线等电气设备，两相短路电流用于整定继电保护装置。短路发生后，短路电流的值是变化的，变化的情况决定于系统电源容量的大小、短路点离电源的远近以及系统内发电机是否带有电压自动调整装置等因素。按短路电流的变化情况，通常把电力系统分为无限容量系统和有限容量系统。无限容量系统短路电流的计算，采用短路回路总阻抗法计算；有限容量系统短路电流的计算采用运算曲线法，这中间要用到网络的等效变换。本次设计中，短路电流的计算就涉及到这两个方面的内容。2.2 系统电气设备电抗标幺值计算 系统基准值BS100MVA，基准电压BU=.av nU（1）发电机电抗标幺值的计算 100MVA发电机电抗标幺值 X*G10

9、.1241000.85/100=0.105 300MVA 发电机电抗标幺值 X*G20.1431000.85/300=0.422（2）变压器电抗标幺值的计算 双绕组变压器电抗标幺值 X*T10.131100/3600.036 5(3)三绕组变压器电抗标幺值 UK1%1/2UK(1-2)%UK(3-1)%-UK(2-3)%=15 UK2%1/2UK(1-2)%UK(2-3)%-UK(3-1)%=-1.0 UK3%1/2UK(3-1)%UK(2-3)%-UK(1-2)%=8.0 X*T2.10.15100/1800.083 X*T2.2(-0.01)100/180-0.006 X*T2.30.08

10、100/1800.044 (4)系统归算到220kV侧的电抗标幺值：0.021Xs 2.3短路电流计算 2.3.1系统的简化图 MMMM 2.3.2 220KV母线短路 等值电路图如下：ACACAC0.036/20.041/20.0210.083/20.044/20.105/2220kv 简化后：6 ACAC0.0140.116220kv 短路电流标幺值：I*11/O.014+1/0.116=80.48 短路电流：I1I*1100/(3220)=21.1KA 短路冲击电流：Ish11.92I1=56.7KA 2.3.3 110KV母线短路 等值电路图如下：简化后：ACAC0.036/20.04

11、1/20.0210.105/2AC0.083/20.044/2-0.006/2110kv AC0.029110kv 短路电流标幺值：I*21/0.029=36.2 短路电流：I2I*2100/(3110)=11.1KA 短路冲击电流：Ish21.92I2=29.8KA 2.3.4 10.5KV母线短路 等值电路图如下：7 ACACAC0.036/20.041/20.0210.083/20.044/20.105/210.5kv 简化后：ACAC0.0770.05310.5kv 短路电流标幺值：I*31/0.053+1/0.077=33.4 短路电流：I3I*3100/(310.5)=183.6K

12、A 短路冲击电流：Ish31.92I3=494.1KA 第三章 电气设备的选择 3.1 断路器的选择 断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在 10kV220kV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用 SF6断路器。断路器选择的具体技术条件如下：1）额定电压校验：maxNUU 2）额定电流选择：maxNII 3）开断电流：NbrwII（短路电流有效值）4）动稳定：esshii （短路冲击电流）5）热稳定：krQQ 隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适

13、当降低要求。8 3.1.1 220KV 侧断路器选择（1）双绕组变压器出口最大电流：I1max1.05360000/(3220)=992A(2)三绕组变压器 220KV侧最大电流：I2max1.05180000/(3220)=496A 母线上流过的最大电流maxI=2I1max=1984A 短路电流：I21.1KA 短路冲击电流：Ish156.7KA 为了检测与校验方便，可均选择 SFM-220 型号的断路器。表 3-1 SFM-220 型号断路器参数表 型号 额定电压 额定电流 额定开断电流 额定闭合电流 热稳定电流3S 合闸时间 固有分闸时间 SFM-220 220KV 2000A 40k

14、A 100kA 40kA 0.1 0.25 3.1.2 220kV断路器校验 额定电压：UNUNS=220kV 额定电流：IN=2000AImax=1984A 额定断开电流:INbr=40kA I=21.1kA 额定闭合电流：INcl=100kAIsh1=56.7kA 动稳定校验：Ies=INcl=100kAIsh1=56.7kA 热稳定校验：Itt=4800(kAS)tk=tpr2+ta+tin=2.35s 经查资料得到：Itk=18.4KA ，Itk/2=17.45kA 则 Qk=12kt(I+10Itk+Itk/2)=749.8(kAS)因此 It t Qk 所以所选断路器的热稳定满足需

15、求。此断路器满足系统需求。3.1.3 110KV 侧断路器选择（1）母线的最大电流：Imax300000/(0.81103)=1968 A(2)三绕组变压器110KV侧最大电流：9 Imax1.05180000/(3110)=992A 短路电流：I211.1 KA 短路冲击电流：Ish229.8 KA 为了检测与校验方便，可均选择 LW6-110型号的断路器。表 3-2 LW6-110型号断路器参数表 型号 额定电压 额定电流 额定开断电流 额定闭合电流 热稳定电流 3S 合闸时间 固有分闸时间 LW6-110 110KV 2000A 31.5kA 80kA 31.5kA 0.04 0.025

16、 3.1.4 110kV 断路器校验 额定电压：UNUMS=110kV 额定电流：IN=2000AImax=1968A 额定断开电流:INbr=31.5kAI2=11.1kA 额定闭合电流：INcl=80kAIsh2=29.8kA 动稳定校验：Ies=INcl=80kAIsh2=29.8kA 热稳定校验：It t=2976.8(kAS)tk=tpr2+ta+tin=2.065s 经查资料得到：Itk=19.28 kA Itk/2=18.0kA 则 Qk=630.3(kAS)因此，It t Qk 所以所选断路器的热稳定满足需求。此断路器满足系统需求。3.1.5 10.5KV 侧断路器选择（1）发

17、电机出口侧最大电流 Imax1.05100000/(310.50.85)=6792A（2）负载出线的最大电流：Imax42000/(310.50.8)=2886A(3三绕组变压器 10.5KV侧最大电流：Imax1.0590000/(310.5)=5196A 短路电流：I3183.6 KA 短路冲击电流：Ish3494.1 KA 为了检测与校验方便，可均选择 SN10-10型号的断路器。10 表 3-3 SN10-10 型号断路器参数表 型号 额定电压 额定电流 额定开断电流 额定闭合电流 热稳定电流 4S 合闸时间 固有分闸时间 SN10-10 10.5KV 8000A 100kA 230k

18、A 100kA 0.1 0.15 3.1.6 10.5kV断路器校验 额定电压：UNUNS=10.5kV 额定电流：IN=8000AImax=6792A 额定断开电流:INbr=100kAI3=183.6kA 额定闭合电流：INcl=230kAIsh3=494.1kA 动稳定校验：Ies=INcl=230kAIsh3=494.1kA 热稳定校验：It t=40000(kAS)tk=tpr2+ta+tin=2.25s 经查资料得到：Itk=192.45 kA Itk/2=182.8kA 则 Qk=69046(kAS)因此，It t Qk 所以所选断路器不满足需此断路器满足系统需求。因此，应在此处

19、接限流电抗器来限制短路电流 3.2 电抗器选择 发电机QFQ-100-2的额定电流为6470A，10.5KV出线采取出线电抗器，线路最大工作电流值maxI一般取发电机额定电流的 58，照此标准选电抗器 XKK-10-600-4 型，额定电流NI600A，NU10kV，电抗百分比数(%)LX4，基准：dS=100MVA,dU=10.5KV ,dI=5.5KA,由此得电抗标么值为：X*L100%LxdNNdUIUI=0.0410500600100005500=0.349 LX*=LX*LX=0.3490.031=0.380 3*I=1.05/0.380=2.76 3I=3*I100/(310.5)

20、=15.19 KA Ish3=1.92 3I=40.9KA 电抗器校验：11 短路时残压为U re%=100%LxNII100%=74%60%70%额定电压：UNUNS=10.5kV 额定电流：IN=8000AImax=6792A 额定断开电流:INbr=100kAI3=15.19kA 额定闭合电流：INcl=230kAIsh3=40.9kA 动稳定校验：Ies=INcl=230kAIsh3=40.9kA 热稳定校验：It t=40000(kAS)tk=tpr2+ta+tin=2.25s 经查资料得到：Itk=15.19kA Itk/2=15.19 KA 则 Qk=507.6(kAS)因此，I

21、t t Qk 所以,接上限流电抗器后，所选断路器满足需此断路器满足系统需求 3.3 隔离开关的选择 因隔离开关一般装在断路器的两侧，故可根据断路器的额定电流进选择。因此隔离开关选择如下表：表 3-4 隔离开关参数表 型号 额定电压（Kv）额定电流（kA）动稳定电流（KA）热稳定电流（kA）GW6-220 220 2500 100 40（3s）GW4-110 110 2000 104 46（4s）GN10-10T 10 9000 300 100（5s）3.3.1 220kV 隔离开关的校验 额定电压：UNUNS=220kV 额定电流：IN=2500AImax=1984A 动稳定校验：Ies=10

22、0kAIsh1=56.7kA 热稳定校验：It t=4800(kAS)Qk=749.8(kAS)因此，It t Qk 所以所选隔离开关的热稳定满足需求。此隔离开关满足系统需求。3.3.2 110kV隔离开关的校验 额定电压：UNUNS=110kV 额定电流：IN=2000AImax=1968A 动稳定校验：Ies=104kAIsh2=29.8kA 热稳定校验：It t=8464(kAS)Qk=630.3(kAS)因此，It t Qk 所以所选隔离开关的热稳定满足需求。此隔离开关满足系统需求。12 3.3.3 10.5kV 隔离开关的校验 额定电压：UNUNS=10.5kV 额定电流：IN=90

23、00AImax=6792A 动稳定校验：Ies=300kAIsh3=40.9kA 热稳定校验：It t=50000(kAS)Qk=507.6(kAS)因此，Itt Qk 所以所选隔离开关的热稳定满足需求。此隔离开关满足系统需求。3.4 电流互感器的选择 电流互感器的选择和配置应按下列条件：1型式：电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于 620kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于 35kV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。2一次回路电压：NSNUU 3一次回路电流：maxI（一次

24、回路最大工作电流）1NI（原边额定电流）4准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。5二次负荷：2nSS 式中，2222(VA)NNNZSI 2222nSIZ 6动稳定：12NesShiIK 式中，esK是电流互感器动稳定倍数，等于电流互感器极限值，过电流峰值esi 与一次绕组额定电流mI 峰值之比，即 12esesNiKI 根据以上规则选择的电流互感器如下：表 3-5 电流互感器参数表 型号 额定电流（A）1s 热稳定电流 动稳定电流 LCWB-220(W)21200/5 40 KA 102 KA LCWB6-110B 2100

25、0/5 45 KA 115 KA LBJ-10 8000/5 50 倍 90 倍 3.4.1 220kV 电流互感器校验 一次回路电压：UNUNS=220kV 13 一次回路电流：IN=2400AImax=1984A 动稳定校验：IeS=102kAIsh=56.7kA 热稳定校验：It=1600Qk=749.8(kAS)所以所选电流互感器的热稳定满足需求。此电力互感器满足系统需求。3.4.2 110kV电流互感器校验 一次回路电压：UNUNS=110kV 一次回路电流：IN=2000AImax=1968A 动稳定校验：IeS=115kAIsh=29.8kA 热稳定校验：It=2025Qk=63

26、0.3(kAS)所以所选电流互感器的热稳定满足需求。此电力互感器满足系统需求。3.4.3 10.5kV电流互感器校验 一次回路电压：UNUNS=10.5kV 一次回路电流：IN=8000AImax=6972A 动稳定校验：2INKES=1018.2kAIsh=40.9kA 热稳定校验：（INKES）=160000Qk=507.6(kAS)所以所选电流互感器的热稳定满足需求。此电力互感器满足系统需求。3.5 电压互感器选择 电压互感器配置（1）母线 除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置。（2）线路 35KV及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路

27、有无电压进行同步和装置重合闸，装有一台单相电压互感器（3）发电机 一般装 23 组电压互感器。一组供自动调节励磁装置。另一组供测量仪表，同步和保护装置用，该互感器采用三相五柱式或三只单相专用互感器，其开口三角形供发电机在未并列之前检查是否接地之用。当互感器负荷太大时，可增设一组不完全星形连接的互感器，专供测量仪表使用。50000KW及以上发电机中性点常接有单相电压互感器，用于100%定子接地保护。（4）变压器 变压器低压侧有时为了满足同步或继电保护的要求，没有一组电压互感器。（5）容量和准确级的选择 根据以上方法和设计的实际情况选择的电压互感器如下表 14 表 3-6 电压互感器参数表 型号

28、额定电压（kV）二次绕组额定容量（VA）最大容量（VA）一次 二次 三次 0.5 1 3 JDZJ1-10 10/3 0.1/3 0.13 50 80 200 300 JCC2-110 110/3 0.1/3 0.1 500 1000 2000 JCC2-220 220/3 0.1/3 0.1 500 1000 2000 3.6 导体的选择 导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在 20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线

29、，有单根，双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。110kV及以上高压配电装置一般采用软导线。硬导体截面常用的有矩形.槽形和管形。单条矩形导体截面最大不超过 12502mm，以减小集肤效应，使用于大电流时，可将24 条矩形导体并列使用，矩形导体一般只用于35kV 及以下.电流在 4000A 及以下的配电装置中；槽形导体机械强度好，载流量大，集肤效应系数较小，一般用于40008000 的配电装置中；管形导体集肤效应系数小.机械强度高，用于8000A 以上的大电流母线或要求电晕电压高的110kV 及以上的配电装置中。软导体常用的有钢芯铝绞线.组合导线.分裂导

30、线和扩径导线，后者多用于 330kV 及以上配电装置。根据以上规则选出导线如下表：表 3-7 导体参数表 分类 导体截面 导体尺寸（mm）集肤效应系数 Kf 导体载流量（A）导体截面（mm）h b 220KV 双槽形 75 35 1.012 2280 1040 110KV 双槽形 75 35 1.012 2280 1040 10.5KV 管型(D)350(d)330 1.02 14150 10200 3.6.1 220kV 导体的校验 15 环境因素：海拔小于 1000 米，环境温度 25，母线运行温度 80，经查表得出 C=83，ph=a =1，L1=1，W=bh/6。热稳定校验：Smin=

31、1/C(QKKf)=331.9 mm1040 mm 符合要求。动稳定校验：fbmax=1.73aL2shi710=1.730.529.81.35110=103.7(N/m)W=23.73cm Lmax=phlfWa10=12.65m 所以，当绝缘子之间的跨距L取值小于 Lmax，取 8m时，动稳定符合要求。3.6.2 110kV导体的校验 热稳定校验：Smin=1/C(QKKf)=290.3mm1040 mm 符合要求。动稳定校验：fbmax=1.73aL2shi710=1.7329.81.35110=207.4(N/m)W=23.73cm Lmax=phlfWa10=8.94m 所以，当绝缘

32、子之间的跨距L取值小于 Lmax，取 6m时，动稳定符合要求。3.6.3 10.5kV导体的校验 热稳定校验：Smin=1/C(QKKf)=274.5 mm10200 mm 符合要求。第四章 厂用电原则 4.1 厂用电接线原则 （1）供电可靠，运行灵活。厂用负荷除了正常情况下有可靠的工作电源外，还应保证异常或事故情况下有可靠的备用电源，并可实现自动切换。另外，由于厂用电系统负荷种类复杂、供电回路多，电压变换频繁，波动大，运行方式的变化多样，要求无论在正常、事故、检修以及机组启停情况下均能灵活地调整运行方式，可靠、不间断地实现厂用负荷的供电。（2）各机组的厂用电系统应是独立的，特别是 200MW

33、 以上机组应做到这一点。在任何运行方式下，一台机组故障停运或其辅机的电气故障，不应影响另一台机组的运行，并要求受厂用电故障影响而停运的机组应能在短 16 期内恢复运行。（3）全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或或公用负荷母线。在厂用电系统接线中，不应存在可能导致切断多于一个单元机组的故障点，更不应存在导致全厂停电的可能性，应尽量缩小故障影响的范围。（4）充分考虑发电厂正常、事故、检修、启停等运行方式下的供电要求，一般均应配备可靠的启动/备用电源，尽可能地使切换操作简便，启动/备用电源能在短时内投入。(5)供电电源应尽量与电力系统保持紧密的联系。当机组无法取得正常的工作电源时，应尽量从电力系统取得备用电源，这样可以保证其与电气主接线形成一个整体，一旦机组故障时以便从系统倒送厂用电。（6）充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少接线和更换设置。4.2 厂用电接线 见附录二 附录一 17 附录二 18 MMG2 300MWT2高压厂变压器TO启动备用电源至220KV母线G1 300MWT1高压厂变压器6KV1B6KV1A6KV2A6KV2B1A变压器2A变压器1B变压器2B变压器01备用变压器变压器02备用变压器380V380V380V380V