发电厂直流系统回路设计.doc

发电厂直流系统回路中 文 摘 要 根据任务书中的要求，由现有的资料，分析3/2接线线路组成，分析蓄电池组选取，蓄电池组选择，基本电池节数计算，直流操作电源的选取，断路器选取，计算依据及整定，最后完成给定的发电厂直流系统回路设计。关键词 电力系统，直流操作电源，蓄电池组，3/2接线，断路器目 录中 文 摘 要1目 录21 设计任务描述3设计的原始资料及依据：31.1 设计题目：发电厂直流系统回路41.2 设计要求41.3对设计说明书撰写内容、格式、字数的要求：41.4 设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求：41.5时间进度安排：51.6 主要参考资料（文献）。52 设计思路63 设计方框图74 各部分电路设计参数计算及分析84.1 直流操作电源84.2 SDJ1-84火电发电厂设计技术规程规定：94.3 蓄电池组分类：94 蓄电池个数计算：94.5 主厂房直流系统：104.6 三段保护直流断路器选择104.6.1.设计选择要求104.6.2.额定电流的计算10小 结14致 谢15参考文献16 1 设计任务描述设计的原始资料及依据： 装机容量为2*600MW，2*600MW汽轮发电机分别与240MVA强迫油循环冷却的主变压器构成发电机变压器组，接至500KV母线上。500KV母线采用3/2接线方式；厂用工作电源由发电机出口引接，厂用备用电源引自500KV母线。电气部分主要设备: （1）、一号发电机F1: QFSS-600-2 额定功率 Pe=600MW 定子额定电压Ue=20KV 定子额定电流Ie=19887A 功率因数:0.9 （2）、一号主变B1: SSP-360000/500 额定容量360MVA 额定电压( 55022.5%) KV/20kv 额定电流554/13870A （3）、主断路器QF: LW6500 额定电压500kV 额定电流3150A 额定短路开断电流50kA 近区故障开断电流45kA 额定峰值耐受电流125kA 额定短时耐受电流20kA 额定短时关合电流（峰值）125kA SF6气体压力0.6MPa 分相操作 机械寿命（分合闸次数）3000次 操动机构 预充压力18MPa 额定油压32.6MPa 操作电源DC220V 油泵电机：380V(AC) 1410转/分 1.5kW 分闸线圈电流：2.2A 分闸线圈电阻：82欧姆合闸线圈电流：1.5A 合闸线圈电阻：210欧姆分闸时间：28ms 合闸时间： 90ms （4）、起动备用变01B: SFPFZ7-31500/220 31500/20000-20000KVA (23281.5%) KV/6.3-6.3 Y0 ,d11,d11 Ud=18.5%(半穿越) 油泵电机LS60L2 功率；1.5kW 额定电流3.7A 转数： （5）、隔离开关 GW6D 额定电压500kV 最高工作电压 550kV 额定电流4000A 3秒热稳定电流50kA 动稳定电流125kA1.1 设计题目：发电厂直流系统回路1.2 设计要求 1、发电厂直流系统回路设计要求 2、发电厂直流系统回路设计 3、发电厂直流系统回路进行分析， 4、发电厂直流系统回路展开图1.3对设计说明书撰写内容、格式、字数的要求： 按学校相关文件要求执行1.4 设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求： 提交设计说明书及相应图纸1.5时间进度安排：顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注126日熟悉题目、学习规程及相关回路原理227-28日变电站直流系统回路回路329日绘制图纸及整理430日完成、提交设计成品1.6 主要参考资料（文献）。 1）发电厂及变电站的二次回路 戴宪滨 中国电力出版社 2）电力工程电气设计手册 3）电力系统二次回路设计规程 4）电力工程电气设计200例/卓乐友编著.北京：中国电力出版社，20042 设计思路 通过对课程设计的要求分析，重新复习电力工程书籍，查阅到直流系统的设计方案举例，但例子中母线接线方式与设计要求的不同（本次设计接线方式为3/2接线）。而后查阅书籍，发现根据SDJ1-84火力发电厂设计技术规程规定：单机容量为600MW的机组、每台机组设置三组蓄电池组；其中，两组蓄电池组向控制负荷供电，一组蓄电池组向直流动力负荷和直流事故照明负荷供电。正如设计要求中所提到3/2接线，满足规程要求，然后结合单母分段线路的设计方案，完成设计。3 设计方框图4 各部分电路设计参数计算及分析4.1 直流操作电源 直流操作电源分为独立和非独立操作电源两种。独立操作电源有蓄电池组和电源变换式直流电源两种。非独立电源有复式整流和硅整流电容储能直流电源两种。 （1）蓄电池组直流电源。蓄电池组是一种独立可靠的直流电源，它由多接蓄电池串、并联组成。而蓄电池依据化学反应原理，在其充电时将电能转变为化学能储存起来；放电时，又将储存的化学能转变为电能送出，是一种可以重复使用的电源设备。本次设计采用该种直流电源。 （2）电源变换式直流电源。这是一种独立式直流电源，其框图如图所示。电源变换式直流电源由可控整流装置U1、48V蓄电池组GB、逆变装置U2和可控整流装置U3组成。电源变换式直流电源框图 （3）硅整流电容储能直流电源。这是一种非独立式的直流电源装置，它由硅整流设备和储能电容器等组成。 （4）复式整流直流电源。这是一种非独立式的直流电源，适用于线路较多、继电保护较复杂的中小容量变电站。复式整流直流电源框图4.2 SDJ1-84火电发电厂设计技术规程规定： 单机容量为600MW的机组，每台机组设置三组蓄电池组；其中，两组蓄电池组向控制负荷供电，一组蓄电池组向直流动力负荷和直流事故照明负荷供电。4.3 蓄电池组分类： 按电解液不同可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两种。比较常用的有铅酸蓄电池和镉镍碱性蓄电池。 （1）铅酸蓄电池具有可靠性高、容量大、承受冲击负荷能力强及原材料取用方便等优点，以往采用较多。 （2）镍铬碱性蓄电池，具有放电倍率高、承受冲击能力强、结构简单、安装方便等优点、但容量小、单体电池电压低、使用电池数量增加，需要设调压装置及有爬碱等缺点，故目前很少使用。4 蓄电池个数计算： 浮充电运行时，直流母线电压为1.05Un选择个数n=1.05Un/Uf=1.05*220/2.25=102.17 选n=103个。均衡充电电压值（动力负荷）按Um1.125Un/n，求得Um1.125*220/103=2.4个。终止电压（动力负荷）按Um0.875*Un/n，求得Um0.875*220/103=1.89（V）4.5 主厂房直流系统：每台机组装设三组蓄电池组。其中，一组为220V蓄电池组，两组为110V蓄电池组。11V直流系统供控制、保护、测量及其他控制符合用电；220V直流系统供事故照明，动力负荷和UPS电源等负荷用电。4.6 三段保护直流断路器选择国内外的直流断路器多为二段保护(过载长延时保护和短路瞬时保护)，这存在以下问题：一是选择性差，尤其是大容量机组电厂和超高压变电所，直流系统复杂，多采用直流分配电屏方式，从蓄电池引出至最末级负载有34级断路器，如果在相邻两断路器后发生故障，通过的短路电流相差不多，可能发生越级跳闸，导致失去直流电源的范围扩大;二是由于短路电流与蓄电池型式和容量、连接导线和电缆及蓄电池充放电过程母线电压偏移，都使短路电流差异较大，在实际运行中断路器越级误动时有发生。北京人民电器厂研制成功G系列三段保护(过载长延时保护、短路瞬时保护和短延时短路保护)，该断路器的短延时短路保护按额定电流的不同具有5、10、50、100、150ms的短延时动作跳闸，可为供、配电回路选用不同延时的断路器，满足选择性要求。4.6.1.设计选择要求直流断路器的设计选择应满足以下要求: (1)额定电压应大于或等于直流回路最高工作电压。 (2)额定电流应满足回路最大负荷要求。 (3)短路分断能力:即额定分断电流应大于通过断路器的最大短路电流。 (4)选择性:断路器上下级之间的动作电流和时间应保持选择性要求:计算短路电流和选择断路器时还应考虑直流母线电压高于额定电压5%和蓄电池终止电压时(一般为80%额定电压)，蓄电池提供短路电流的差异。各种脱扣器选择性要求原则如下: 1)过载长卿寸.脱扣器的选择性，一般上下级的断路器的脱扣器额定电流应有24级之差(断路器的额定电流通常以长延时脱扣器的电流来表示)。2)短路特性配合包括：短路瞬时脱扣器整定电流配合：短路短延时脱扣器的短延时间配合：4.6.2.额定电流的计算 (1)直接向负载供电的直流断路器QF5的额定电流： 1)对控制、保护、信号及照明等回路断路器的额定电流I，按回路短时工作电流之和选择，即In=KcIg=Kc (Icc+Icp+Ics)式中Ig馈线回路计算电流之和； Icc控制负荷计算电流； Icp保护负荷计算电流； Ics信号负荷计算电流； Kc同时系数，取0.8，对单一负荷供电时取1。 2)向直流电动机供电断路器的额定电流I，按电动机启动条件选择，即n=KqIqdIqd=KqdIdn式中Iqd电动机启动电流； Idn电动机额定电流； Kqd电动机启动电流倍数； Kq配合系数，取0.3一0.35。 3)对断路器电磁操动机构合闸回路馈线断路器的额定电流In，按合闸电流选择，即I=KqIhq式中Ihq断路器操作机构合闸电流; Kq配合系数，取0.3。 对断路器弹簧操作机构和液压操作机构，跳、合闸电流很小，可按控制、保护、信号及照明等回路断路器的额定电流进行选择。 (2)馈线给多个负载，即图9一18中的直流分配电屏馈电回路器QF4额定电流。 1)供电给多回控制、信号、保护及照明等回路的断路器的额定工作电流In，按回路短时工作电流选择，即In=Igl+KcIgn式中Igl一连续工作负荷的计算电流之和，Igl包括控制、保护和信号负荷计算电流； Ign一短时工作负荷的计算电流之和，Ign包括控制、保护和信号负荷计算电流； Kc同时系数，取0.70.8。 2)多台直流电动机供电的断路器的额定工作电流In，按电动机的启动电流和额定电流选择，即In=Kqmax Iqdmax+KcKllIdn式中Iqdmax一最大容量的一台电动机启动电流；Kqmax最大容量电动机的配合系数取0.3一0.35；Idn其余电动机的额定电流；Kc同时系数，取0.6一0.8。 3)为保证过载反时限保护的选择性要求，上下两级间断路器(QF4和QF5)的额定电流选择的原则为：上级断路器(QF4)的额定电流大于下级断路器(QF5)的额定电流，它们之间的级差为24级，如图9一18所示。根据计算结果和级差选择性的原则，取其大者为QF4的额定电流。 (3)直流母线向直流分配电屏供电回路的断路器QF3的电流： 1)按直流分配电屏上全部用电回路的额定电流之和，根据电磁操动机构合闸回路馈线断路器的额定电流和控制、信号、保护及照明等回路的断路器的额定电流的计算式计算求得额定电流。 2)过载反时限保护的选择性要求，根据电磁操动机构合闸回路馈线断路器的额定电流和控制、信号、保护及照明等回路的断路器的额定电流的计算式计算的结果和级差选择性原则求得额定电流。取以上两种情况计算的额定电流的大者为QF3的额定电流。 (4)直流母线分段断路器QF2的电流。如果单母线分段，每段都装设蓄电池组时，因正常蓄电池不并联运行，故分段回路可不设保护电器，推荐装设GMG系列操作隔离开关。对小容量直流系统，如果只设一组蓄电池组的分段母线回路也可设保护电器。 (5)直流屏直接向负载供电直流断路器(QF6 )(图9一17、图9一18中未画出)，QF6的额定电流可按电动机的启动电流、断路器电磁操动机构合闸回路馈线断路器的额定电流和电磁操动机构合闸回路馈线断路器的额定电流计算，但为了保证其可靠性，可以提高2级电流选择。 (6)蓄电池组输出断路器QF1的电流： 1)断路器QF1的额定电流按蓄电池的1h率放电电流选择，即InI1=5.5I10对铝酸蓄电池：式中I1蓄电池1h率放电电流，I1=0.55C10； I10蓄电池l0h率放电电流，I10 = 0.1 C10 ； C10蓄电池l0h率放电容量。 对锅镍碱性蓄电池：式中I1中倍率为7.0I5，高倍率为20.05I5； I5福镍碱性蓄电池5h率放电电流； C5镍碱性蓄电池5h率放电容量。 2)过载反时限保护选择性条件，即根据母线上较大电流供电的负载计算电流的计算结果和按直流母线上最大额定电流断路器的级差选择性原则来选择额定电流。取以上两种情况的大者为QFl的额定电流。上级为QFl，下级为QF3 ( QF2)。(7)充电装置输出断路器QF7的电流。断路器额定电流按充电装置输出电流选择，即 In=KkIQn式中IQn充电装置输出额定电流； Kk可靠系数，取1.5。 因蓄电池组外特性比充电装置的外特性平，母线或馈线上短路的短路电流大部分由蓄电池承担，充电装置提供的短路电流很小，同时充电装置有限流特性，故充电装置输出断路器不需要与其他回路的断路器配合。 (8)蓄电池放电回路的断路器QF8的电流。QF8按蓄电池的放电电流选择，QF8可不进行选择性配合。 (9)直流回路的绝缘监测、电压监视、电压表回路等断路器QF9。因为这些装置目前均为微机构成的装置，消耗功率很小，故根据各装置的工作电流选择，一般可选用GMN20R的36A断路器即可。小 结按照课程设计任务书的要求,通过详细的分析和规划,对发电厂直流系统设计进行了初步设计。最初，接到任务时，真是一头雾水，不知从何处着手，接下来的日子里，我们充分利用了网络以及图书馆资源，借阅了各种电气类书籍,查找相关资料,从直流电源分类、蓄电池组计算、3/2接线形式，到绘制图纸，经过了多次研究、修改与完善。设计过程中，冲破一道又一道难关，体会着胜利的快感。作为团队的带头人，我更要理清思路，为组员提供出明确的设计方案，才能调动整个团队的积极性。经过几次细致的讨论后，我将任务布置下去，让组员们一同完成设计要求。在这个过程中，使大学四年所学的专业知识有了一个较系统的综合，并对其中的许多问题进行了重新学习和加深理解，不仅对二次回路知识得以巩固，还对电子制图工具的使用有了更为熟练的应用，为将来实际工作的需要奠定了坚实的基础。二次回路课程设计结束了，但设计给于我的思想才刚刚开始，向困难挑战的勇气和坚忍不拔的信心，永远散发着魅力。在校学习的机会终将结束，而在工作中学习刚刚拉开帷幕，我会记住这次设计给我的启迪，不会浪费学习机会，全方位的武装自己的头脑，回报社会和人民。致 谢时光飞逝，为期一周的二次回路课程设计结束了。本周发电厂直流系统设计，是对我们二次回路学习的一次总结与升华，可以说起到了融会贯通的作用。本课题在选题及研究过程中得到岳军老师的细心指导。岳老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。岳老师一丝不苟的工作作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。同时，教研室的各位老师也非常热情地给予我耐心的指导。无论在设计中遇到什么样的问题，老师们都能给我们最耐心、最详细的讲解，为我们今后的工作与发展指明了方向。在此，我对各位老师表示衷心的感谢!身为组长的我，更要感谢积极配合我工作的组员们，我们一起查找相