发电厂第二期工程电气部分初步设计成品.doc

4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 I 摘摘 要要 本毕业设计论文是 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 全论文除了摘要 毕业设计书之外 还详细的说明了各种设备选择的最基本的要求和原则依据 变压器的 选择包括 发电厂主变压器 高压备用变压器及高压厂用变压器的台数 容量 型号等 主要技术数据的确定 电气主接线主要介绍了电气主接线的重要性 设计依据 基本要 求 各种接线形式的优缺点以及主接线的比较选择 并制定了适合本厂要求的主接线 厂用电接线包括 厂用电接线的总要求以及厂用母线接线 短路电流计算是最重要的环 节 本论文详细的介绍了短路电流计算的目的 假定条件 一般规定 元件参数的计算 网络变换 以及各短路点的计算等知识 高压电气设备的选择包括母线 高压断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 高压开关柜的选择原则和要求 并对这些设备进 行校验和产品相关介绍 而根据本论文所介绍的高压配电装置的设计原则 要求和 500KV 的配电装置 决定此次设计对本厂采用分相中型布置 继电保护和自动装置的规划 包 括总则 自动装置 一般规定和发电机 变压器 母线等设备的保护 而发电厂和变电 所的防雷保护则主要针对避雷针和避雷器的设计 此外 在论文适当的位置还附加了图 纸 主接线 平面图 防雷保护等 及表格以方便阅读 理解和应用 关键词 火力发电厂 电气设计 短路计算 设备选择 配电装置 沈阳工程学院毕业设计 II Abstract This graduate design thesis is a 4 300 MW A power plant the second period engineering electricity parts of first steps design Whole thesis besides summary graduate to design the book outside returned the expatiation every kind of most basic request that equipments choose with principle according to The choice of the transformer includes Main transformer high pressure in power plant back transformer and high pressure factories use the main technique in number capacity model number etc in set data of the transformer to really settle The electricity lord connected the line to introduce primarily the electricity lord connects the linear importance design according to the basic request every kind of merit and shortcoming and lords that connect the line form connects the linear choosing more the lord that combine to establish the in keeping with my plant the request connects the line The factory connects with the electricity the line includes The factory connect the linear total request and factory to connect the line design with the mother line with the electricity The short circuit galvanometer is regarded as the most important link this thesis introduced the calculating purpose in short circuit electric current assumption term general provision the calculation network transformation of a parameter detailedly and each calculation etc knowledge that short circuit order The choice of the high pressure electricity equipments includes the mother line high pressure breaks the road machine and insulate the switch electric current to feels with each other the machine electric voltage feels with each other the choice principle of the machine high pressure switch cabinet with request and proceed to these equipments the school check with the related introduction in product But go together with the design principle of the electricity device request to go together with the electricity device with 500KV according to this thesis a high pressure for introducing decide this time design to adopt the cent the mutually medium sized arranging to the my plant After electricity protection with the programming of the automatic device include total automatic device general provision with the protection of generator transformer mother line etc equipments but power plant with change to give or get an electric shock a design for defending thunder protecting then primarily aiming at lightning rod with lightning arrester In addition return in the appropriate position in thesis additional diagram paper the lord connects the line plane chart and defend thunder protection etc and forms read comprehend with the convenience with applied Key word Thermal power plant Electricity design Short circuit calculation Equipments choice Electricity equips 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 III 目目 录录 摘 要 I ABSTRACT II 目录 III 第一部分 说明书 1 第 1 章 发电机和主变压器的选择 1 1 1 发电机的选择 1 1 2 主变压器的选择 1 1 2 1 主变压器与发电机的连接形式 1 1 2 2 发电厂主变压器容量和台数的确定 1 1 2 3 变压器型式的选择 2 第 2 章 电气主接线的设计 4 2 1 总则 4 2 2 大型电厂的电气主接线 4 第 3 章 厂用电接线 7 3 1 厂用电接线设计原则 7 3 2 厂用电供电电压等级的确定 7 3 3 厂用电源的引接 7 3 3 1 高压厂用工作电源的引接 8 3 3 2 低压厂用工作电源引接 8 3 3 3 备用电源引接方式 8 第 4 章 短路电流的计算 9 4 1 短路电流计算的主要目的 9 4 2 短路电流计算一般规定 9 4 2 1 计算的基本情况 9 4 2 2 接线方式 9 4 2 3 计算容量 9 4 2 4 短路种类 9 4 2 5 短路计算点 10 4 2 6 短路计算方法 10 4 3 计算步骤 12 第 5 章 电气设备选择 13 5 1 电气设备选择总则 13 5 2 高压断路器的选择 14 5 3 隔离开关的选择 15 5 4 电流互感器的选择 16 5 4 1 一次回路额定电压和电流的选择 16 5 4 2 二次额定电流的选择 16 5 4 3 电流互感器种类和型式的选择 16 5 4 4 电流互感器准确级和额定容量的选择 16 沈阳工程学院毕业设计 IV 5 4 5 热稳定和动稳定校验 16 5 5 电压互感器的选择 17 5 5 1 一次回路电压的选择 17 5 5 2 二次回路电压的选择 17 5 5 3 种类和型式的选择 17 5 5 4 容量和准确级选择 17 5 5 5 电压互感器的配置 17 5 6 裸导体的选择 18 5 6 1 导体材料 类型和敷设方式 18 5 6 2 导体截面选择 19 5 6 3 电晕电压校验 19 5 6 4 热稳定校验 19 5 6 5 硬导体的动稳定校验 19 第 6 章 高压配电装置 22 6 1 设计原则 22 6 2 设计要求 22 6 3 配电装置型式选择 22 6 4 500KV 配电装置布置及结构特点 22 第 7 章 继电保护和安全自动装置 24 7 1 总则 24 7 2 保护和安全自动装置系统设计 24 7 3 发电机保护 26 7 4 电力变压器的保护 27 7 5 母线保护 28 7 6 线路保护 28 7 7 安全自动装置 28 第 8 章 防雷保护 30 8 1 雷害来源 30 8 2 直击雷防护的基本原则 30 8 3 避雷针的设计 30 8 4 避雷线的保护范围 31 8 5 避雷器保护及配置 32 8 5 1 避雷器的参数 32 8 5 2 避雷器的配置 33 第二部分 计算书 35 第 9 章 发电机和变压器的选择计算 35 9 1 300MW 发电机的选择计算 35 9 2 变压器的选择计算 35 9 2 1 500KV 主变压器的选择 35 9 2 2 高压厂用 备用变压器的选择计算 36 第 10 章 短路电流的计算 37 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 V 10 1 确定短路点 37 10 2 计算短路电流 37 10 2 1 参数计算 37 10 2 2 500KV 母线上点发生 d1点短路时的短路电流 37 10 2 3 发电机线路上发生短路 39 10 2 4 厂用母线上点发生短路时的短路电流 41 第 11 章 高压电器设备的选择计算 44 11 1 500KV 侧高压电气设备选择计算 44 11 1 1 断路器的选择计算 44 11 1 2 隔离开关的选择计算 45 11 1 3 500KV 电压互感器 46 11 1 4 500KV 电流互感器 46 11 2 6KV 侧高压电气设备选择计算 46 11 3 母线的选择计算 47 第 12 章 防雷保护计算 49 设计总结 50 致谢 51 参考文献 51 附录 53 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 1 第一部分第一部分 说明书说明书 第第 1 1 章章 发电机和主变压器的选择发电机和主变压器的选择 1 1 发电机的选择发电机的选择 发电机的选择原则 根据发的容量和出口电压来选择发电机的型号 并据此确定发 电机的额定容量 额定电流 功率因数 超瞬变电抗等参数 本厂计划安装四台 300MW 凝汽式火力发电机组 共分两期工程 共装设四台机组 第一期工程装设两台 N 300 2 型发电机组 额定容量 353MW 额定功率为 300MW COS 0 85 额定电压 20KV 本期与第一期相同 59 15 d X 1 2 主变压器的选择主变压器的选择 1 2 1 主变压器与发电机的连接形式主变压器与发电机的连接形式 本厂单机容量为 300MW 据规程 200MW 及以上大机组一般都采用与双绕组变压器组 成的单元接线而不与三绕组变压器组成单元接线 1 2 21 2 2 发电厂主变压器容量和台数的确定 1 具有发电机电压母线接线的主变压器连接在发电机电压母线与系统之间的主变 压器容量 应按下列条件计算 1 当发电机电压母线上负荷最小时 能将发电机电压母线上的剩余有功和元功容量 送入系统 但不考虑稀有的最小负荷情况 2 当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时 能由系统供给了电机电压的最荷 在电厂分期建设中 在事故断开最大一台发电机组的情况下 通过变压器向系统取得电 能时 可考虑变压器的允许过负荷和限制非重要负荷 3 根据系统经济运行的要求 如充分利用丰水季节的水能 而限制本厂输出功率 时 能供给发电机电压的最大负荷 4 按上述条件计算时 应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展 特别应注意发电 厂初期运行 当发电机电压母线负荷不大时 能将发电机电压母线上的剩余容量送入系 统 5 发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台 对主要向发电机电压供电的地 方电厂 而系统电源仅作为备用 则允许只装设一台主变压器作为发电厂与系统间的联 沈阳工程学院毕业设计 2 络 对小型发电厂 接在发电机电压母线上的主变压器宜设置一台 对装设两台变压器 的发电厂 当其中一台主变压器退出运行时 另一台变压器应能承担 70 的容量 2 单元接线的主变压器 发电机与主变压器为单元连接时 主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择 1 按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后 留有 10 的裕度 2 按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷 3 连接两种升高电压母线的联络变压器 1 满足两种电压网络在各种不同运行方式下 网络间的有功功率和无功功率的交换 2 其容量一般不小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量 以保证最大一台机 组故障或检修时 通过联络变压器来满足本侧负荷的要求 同时也可在线路检修或故障 时 通过联络变压器将其剩余容量送入另一系统 3 为了布置和引接线的方便 联络变压器一般装设一台 最多不超过两台 4 联络变压器的一般采用自耦变压器 在按上述原则选择容量时 要注意低压侧接 有大量无功设备的情况 必须全面考虑有功功率和无功功率的交换 以免限制自耦变压 器容量的的充分利用 1 2 31 2 3 变压器型式的选择 1 相数的选择 主变压器采用三相或是单相 主要考虑主变压器的制造条件 可靠性要求及运输条 件因素 在 330KV 及以下电力系统中 一般都选用三相变压器 因为单相变压器绕组相对来 讲投资大 占地多 运输损耗出较大 同时配电装置结构复杂 增加了维修工作量 但 是由于变压器的制造条件和运输条件的限制 特别是大型变压器 尤其需考虑其运输可 能性 从制造厂到发电厂 或变电所 之间 变压器尺寸是否超过运输途中隧道 涵洞 桥洞的允许通过限额 变压器重量是否超过运输途中车辆 船舶 码头 桥梁等运输工 具或设施的允许承载能力 若受到限制时 则宜选用两台小容量的在相变压器取代一台 大容量的三相变压器 或者选用单相变压器组 对 500KV 及以上电力系统中的主变压器 相数的选择 除按容量 制造水平 运输条件确定外 更重要的是考虑负荷和系统情况 保证供电可靠性 进行综合分析 在满足技术 经济的条件下来确定选用单相变压器还 是三相变压器 2 绕组数的确定 国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分类有双绕组普通式 自耦式以及低压绕 组分裂等型式变压器 发电厂如以两种升高电压级向用户供电或与系统连接时 可以采 用二台双绕组变压器或三绕组变压器 亦可选用自耦变压器 一般是当最大机组为 125MW 及以下的发电厂多采用三绕组变压器 因为一台三绕组变压器的价格及所使用的控制电 路和辅助设备 与相应的两台双绕组变压器相比都较少 但三绕组变压器的每个绕组通 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 3 过容量应达到该变压器额定容量的 15 及以上 反而不如选用两台比绕组变压器合理 对 于最大机组为 200MW 以上的发电厂 由于机组容量大 额定电流及短路电流都甚大 发 电机出口断路器制造困难 价格昂贵 且对供电可靠性要求较高 所以 一般在发电机 回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线 而封闭母线回路中一般不装设断路器和隔离 开关 况且 三绕组变压器由于制造上的原因 中压侧不留分接头 只作死抽头 不利 于高 中压侧的调压和负荷分配 为此一般以采用双绕组变压器和联络变压器更为合理 其联络变压器宜选用三绕组变压器 低压绕组可作为厂用备用电源或厂用启动电源 亦 可连接无功补偿装置 当采用扩大单元接线时 应优先选用低压分裂绕组变压器 这样 可以大大限制短路电流 在 110KV 及以上中性点直接接地系统中 凡需选用三绕组变压 器的场所 均可优先选用自耦变压器 它损耗小 体积小 效率高 但限制短路电流的 效果较差 变比不宜过大 3 绕组接线的组别的确定 变压器三相绕组的接线组别小 必须和系统电压相位一致 否则 不能并列运行 电力系统采用的绕组连接方式只有星形 Y 和三角形 D 两种 因此变压器三相绕组的 连接方式 应根据具体工程来确定 我国 110KV 及以上电压变压器三相绕组都采用 YN 连接 35KV 采用 Y 连接 其中性点多通过消弧线圈接地 35KV 以下高压电压 变压器 三相绕组都采用 D 连接 沈阳工程学院毕业设计 4 第第 2 2 章章 电气主接线的设计电气主接线的设计 2 1 总则总则 电气主接线发电厂 变电站设计的主体 采用何种主接线形式 与电力系统原始资 料 发电厂 变电站本身运行的可靠性 灵活性和经济性要求等密切相关 并且对电气 设备选择 配电装置布置 继电保护和控制方式的拟定都有较大影响 因此 主接线的 设计必须根据电力系统 发电厂或变电站的具体情况 全面分析 正确处理好各方面的 关系 通过技术经济比较 合理地选择主接线方案 1 电气主接线的设计原则 以下达的任务书为依据 根据国家现行的 安全可靠 经济适用 符合国情 的电 力建设与发展的方针 严格按照技术规定和标准 结合工程实际的具体特点 准确地掌 握原始资料 保证设计方案的可靠性 灵活性和经济性 2 2 电气主接线的设计步骤 1 原始资料分析 2 对拟定的各方案进行技术 经济比较 选出最好的方案 3 绘制电气主接线图 3 3 对主接线设计的基本要求 1 可靠 为了向用户供应持续 优质的电力 主接线必须满足这一可靠性的要求 1 断路器检修时 不宜影响对系统的供电 2 断路器母线故障以及母线检修时 尽量减少停运的回路数和停运时间 并要保证 对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电 3 尽量避免发电厂 变电所全部停运的可能性 4 大机组超高压主接线应满足可靠性的特殊要求 2 灵活性 在调度时 可以灵活地投入和切除发电机 变压器和线路等元件 合理 调配电源和负荷 在检修时 可以方便停运断路器 母线及二次设备 并方便地设置安 全措施 不影响电网的正常运行和对其他用户的供电 3 经济性 1 投资省 2 占地面积小 3 电能损耗小 4 发展性大 2 2 大型电厂的电气主接线大型电厂的电气主接线 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 5 大型电厂一般指总容量为 1000MW 及以上 单机容量为 200MW 及以上 其接线的特点 1 采用简单可靠的单元接线方式 有发电机 变压器单元接线 扩大单元接线和发 电机 变压器 线路单元接线等 直接入高压或超高压配电装置 2 大型电厂的所有发电机 变压器单元有部分接入超高压配电装置 部分接入 220KV 配电装置 也有全部接入超高压配电装置的 2 2 12 2 1 发电机 变压器组单元接线 200MW 及以上大机组一般都采用与双绕组变压器组成单元接线而不与三绕组变压器 组成单元接线 当发电厂具有两种升高的电压等级时 则装设联络变压器 大机组要求避免在出口处发生短路 除采用安全可靠的分相封闭母线外 主回路力 求简单 尽量不装设断路器和隔离开关 而采用双绕组变压器时 就可不装出口断路器 和隔离开关 2 2 22 2 2 主变压器和发电机中性点接地方式 1 主变压器中性点接地方式 1 主变在 110 500KV 侧采用中性点直接接地方式 2 主变在 6 63KV 侧采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式 2 发电机中性点接地方式 1 发电机中性点采用非直接接地方式 2 300MW 发电机组采用发电机中性点经高电阻接地方式 2 2 32 2 3 母线接线 本厂 500KV 出线最终为 2 回 故选择的电气主接线方案为 双母线带旁路或一台半 断路器接线 方案一 双母线带旁路 方案二 一台半断路器接线 沈阳工程学院毕业设计 6 图 2 1 双母线带旁路 图 2 2 一台半断路器接线 表 2 1 方案比较 项目双母线带旁路一台半断路器接线 可 靠 性 通过两组母线隔离开关的倒换操作 可以轮流检修一组母线而不致使供电 中断 一组母线故障后 能迅速恢复 供电 检修任一回路的母线隔离开关 只停该回路 进出线断路器检修时 由专用旁路断路器代替 通过旁路母 线供电 对双母线的运行没有影响 每一回路由两台断路器供电 发生母线 故障时 只跳开与此母线相连的所有断 路器 任何回路不停电 在检修和故障 相重合的情况下 停运的回路不超过两 回 灵 活 性 各个电源和各回路负荷可以任意分到 某一组母线上 能灵活地适应系统中 各种运行方式调度和潮流变化的需要 1 为多环形供电 调度灵活 但停运一 个回路需操作两台断路器 母线故障时 接线内潮流变化大 2 隔离开关要作为操作电器 当改变运 行方式和处理事故时 需进行倒闸操作 优 点 比 较 经济性当出线为 7 回以下时 双母线分段带旁路投资比一台半断路器接线投资大 缺点比较 当母线故障或检修时 隔离开关作为 倒换操作电器 容易误操作 为了避 免隔离开关误操作 需在隔离开关和 断路器之间装设连锁装置 1 由于一个回路连接着两台断路器 一 台中间断路器连接着两个回路 使继电 保护及二次回路复杂 2 此接线虽然可靠性高 但占地造价高 为解决继电保护校验问题 保护必须双 重化 因此 从综合情况下考虑 当 2 回出线时 一般不宜在 500KV 配电装置中采用双母 线带旁路接线 所以采用一台半断路器接线 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 7 第第 3 3 章章 厂用电接线厂用电接线 3 1 厂用电接线设计原则厂用电接线设计原则 厂用电系统应具有调度的供电可靠性和灵活性 无论在机组起动 正常运行 正常 停机和事故停机时 或在电力系统的某些部分发生短路的过渡状态下 或是由于机组热 机部分缺陷造成机组解列 以及当电力系统频率与电压波动的情况下 均能可靠地向需 要运行的厂用设备供电 为此 厂用电接线应满足以下几点 1 按机组自成系统 大机组尤应如此 每台机组的厂用电系统能在规定电压变化范围 内工作 不受外部电力系统故障干扰 一台机组的故障 停运或其辅助设备的电气故障 不应影响另一台机组的正常运行 2 保证在厂用工作电源故障 机组起动和停运过程中必需的厂用机械的供电 一般应 配置备用电源或起动电源 在机组起动 停运和事故时的切换操作要少 并能与工作电 源短时并列 选择厂用工作变压器和厂用备用变压器绕组连接方式时 应计及此 3 在满足机组安全运行的前提下 设置数量少的厂用变压器和厂用母线段 使接线简 单明了和操作方便 4 充分考虑分期建设与连续施工过程中厂用电系统的运行方式 5 合理配置厂用电系统的继电保护装置 正确选择保护装置的和备用电源自投装置的 动作时间 使能迅速切除故障元件 保护人身和设备安全 缩小故障影响 提高厂用电 沈阳工程学院毕业设计 8 系统的安全水平 6 配备足够容量的交流事故保安电源 当厂用工作电源和备用电源均失效时 能够快 速起动和自动投入 7 配备电能质量指标符合热工负荷要求的交流不间断供电装置 注 6 7 两条适用于 200MW 及以上容量的火力发电机组 3 2 厂用电供电电压等级的确定厂用电供电电压等级的确定 实践经验表明 对于火电厂 当发电机容量在 60MW 及以下 发电机电压为 10 5KV 时 可采用 3KV 作为厂用高压电压 当容量在 100 300MW 时 宜选用 6KV 作为厂用高压 电压 当容量在 300MW 以上时 若技术经济合理 可采用两种高压厂用电压 即 3KV 和 10KV 两段电压 3 3 厂用电源的引接厂用电源的引接 3 3 13 3 1 高压厂用工作电源的引接 当发电机与主变压器成单元连接机组时 根据上述原则引接各自的高压厂用工作电 源 300MW 机组多采用高压厂用工作电源由主变压器低压侧引接 采用分裂绕组变压器 3 3 23 3 2 低压厂用工作电源引接 1 低压厂用变压器一般由高压厂用母线段上引接 当无高压厂用母线时 可从发电 机电压主母线或发电机出口引接 2 按炉分段的低压厂用母线 其工作变压器应由对应的高压厂用母线段供电 3 3 33 3 3 备用电源引接方式 表 3 1 备用电源的数量 电厂类别电厂类别高压厂用备用电源高压厂用备用电源低压厂用备用电源低压厂用备用电源 一般电厂一般电厂与第与第 6 6 个工作电源同时设置第个工作电源同时设置第 2 2 个备用电源个备用电源 与第与第 8 8 台低压厂用工作变压台低压厂用工作变压 器同时设置第器同时设置第 2 2 个备用电源个备用电源 300MW300MW 机组机组3 3 台机组及以下设台机组及以下设 1 1 个 超过个 超过 3 3 台时 每台时 每 2 2 台设台设 1 1 个起动备个起动备 用电源用电源 每台机组设每台机组设 1 1 台备用变压器 台备用变压器 或采用两台变压器互为备用或采用两台变压器互为备用 的方式 的方式 2 高压厂用备用电源的引接方式 发电机与主变压器成单元连接时 厂内有两级升高电压母线 备用电源应由与系统 有联系的最低电压级母线引出 对于仅有 500KV 母线的电厂高压厂用备用电源可从厂外 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 9 较低电压电网上引接 3 低压厂用备用电源引接方式 低压厂用备用变压器应避免与需要由它充当备用电源的低压厂用工作变压器接在同 一段高压母线上 否则当该高压母线段故障或停电时 低压备用变压器也将失去电源 发电机电压母线上的馈线不带电抗器时 低压厂用备用变压器可由该母线引接 但也应 满足上述要求 经过以上分析 本设计厂用接线采用单母线分段的接线方式 图 3 1 单母线分段的接线方式 第第 4 4 章章 短路电流的计算短路电流的计算 4 1 短路电流计算的主要目的短路电流计算的主要目的 1 电气主接线的比较与选择 2 选择断路器等设备 或对这些设备提出技术要求 3 为继电保护的设计以及调试提供依据 4 评价确定网络方案 研究限制短路电流的措施 5 分析计算送电线路对通讯设施的影响 4 2 短路电流计算一般规定短路电流计算一般规定 4 2 14 2 1 计算的基本情况 1 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行 2 所有同步电机都具有自动调整励磁装置 包括强行励磁 3 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 4 所有电源的电动势相位相同 5 应考虑对短路电流值有影响的所有元件 但不考虑短路点的电弧电阻 对异步 沈阳工程学院毕业设计 10 电动机的作用 仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑 4 2 24 2 2 接线方式 计算短路电流所用的接线方式 应是可能发生最大短路电流的正常接线 即最大运 行方式 而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 4 2 34 2 3 计算容量 应按工程设计的规划容量计算 并考虑电力系统的远景规划 一般取工程建成后的 5 10 年 4 2 44 2 4 短路种类 一般按三相短路计算 若发电机出口的两相短路 或中性点直接接地系统及自耦变 压器等回路中的单相 两相接地短路较三相短路情况严重时 则应按严重情况进行校验 因为本设计为 2 300MW 发电厂设计 由规程可知 200MW 及以上机组出口为封闭母线与 变压器相连 不装设断路器 故不可能发生短路 而线路发生短路情况 只有三相短路 时短路电流最大 所以只计算三相短路即可 4 2 54 2 5 短路计算点 在正常接线方式时 通过设备的短路电流最大的地点 称为短路计算点 对于带电 抗器的 6 10KV 出线与厂用分支线回路 在选择母线至母线隔离开关之间隔板前的引线 套管时短路计算点应选在套管前 选择其余的导体和电器时 短路计算点一般取在电抗 器后 4 2 64 2 6 短路计算方法 在工程设计中 短路电流计算均采用实用计算法 是指在一定的假条件下计算出短 路电流的各个分量 而不是用微分方程去求解短路电流的完整表达式 计算法中有分布 系数法与星网变换法 本设计采用分布系数法 即如图 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 11 1 2 X1 X2 2 X1a Xn 1 MM 2 X1 X2 M 2Xn 图 4 1 分布系数法 n 个支路 4 1 xxx x n e 1 11 1 21 xxx ae 4 2 x x c e 1 1 x x c e 2 2 4 3 x x c n e n c x x 1 1 c x x 2 2 沈阳工程学院毕业设计 12 4 4 c x x n n 1 将转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归算 便得到各等值发电机对短 路点的计算电抗 i 1 2 g ijs x fi x B Ni S S 4 5 式中为 i 台等值发电机的额定容量之和 Ni S 2 由 分别根据适当的计算曲线找出指定时刻 t 各等值发电机提供 ijs x 2 js x gjs x 的短路周期电流的标幺值 计算曲线只作到 3 45 为止 当3 45 1pt I 2pt I ptg I js x js x 时 可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变 直接按下式计算即可 4 6 ps I js x 1 3 网络中无限大功率电源供给的短路周期电流是不衰减的 并由下式确定 4 7 ps I js x 1 4 计算短路电流周期分量的有名值 第 i 台等值发电机提供的短路电流为 4 8 ipt I pti I Ni I pti I av Ni U S 3 无限大功率电源提供的短路电流为 4 9 ps I ps I B I ps I av B U S 3 短路点周期电流的有名值为 4 10 pt I g i 1 pti I av Ni U S 3 ps I av B U S 3 式中 应取短路处电压级的平均额定电压 av U 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 13 为归算到短路处电压级的第 i 台等值发电机的额定电流 Ni I 对应于所选基准功率在短路处电压级的基准电流 B I B S 5 冲击电流的计算 三相短路发生后的半个周期 t 0 01s 短路电流的瞬时值达最大 称为冲击电流 ich 其值近似计算为 4 11 2 55 chd II 发电机 变压器与系统之间 4 12 1 852 chd II 4 3 计算步骤计算步骤 1 选择计算短路点 2 绘出等值网络 次暂态网络图 并将各元件电抗统一编号 3 化简等值网络 将等值网络化简为以短路点为中心的辐射等值网络 并求出各电 源与短路点之间的电抗 x 4 求出计算电抗 xjs 5 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值 6 计算无限大容量电源供给的短路电流周期分量的标幺值 7 计算短路电流周期分量有名值和短路容量 8 计算短路电流冲击值 9 计算异步电机供给的短路电流 10 绘制短路电流计算结果表 第第 5 5 章章 电气设备选择电气设备选择 5 1 电气设备选择总则电气设备选择总则 电器选择的一般条件 1 按正常工作条件选择电器 1 额定电压和最高工作电压 电器所在电网的运行电压因调压或负荷的变化 常高于电网的额定电压 故所选电 器允许最高工作电压 U 即 UUsm 一般电器允许的最高工作电压 当额定电压在 220KV 及以下时为 1 15UN 额定电压为 330 500KV 时为 1 1UN 而实际电网的最高运行电压 沈阳工程学院毕业设计 14 Usm一般不超过 1 1UNS 因此在选择电器时 一般可按照电器的额定电压 UN不低于装置 地点电网额定电压 UNS的条件选择 发即 UN UNS 2 额定电流 电器的额定电流 IN是指在额定周围环境温度 o下 电器的长期允许电流 IN应不 小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 Imax 即 INImax 由于发电机 调相机和变压器在电压降低 5 时 出力保持不变 故其相应回路的 Imax为发电机调相机 或变压器的额定电流的 1 05 倍 若变压器有过负荷运行时 Imax应按过负荷确定 1 3 2 倍变压器额定电流 母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压 器的 Imax 母线分段电抗器的 Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时 保证该段母线负 荷所需的电流 或最大一台发电机额定电流的 50 80 出线回路的 Imax除考虑正常负 荷电流 包括线路损耗 外 还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷 2 按短路情况校验 1 短路热稳定校验 短路电流通过电器时 器各部件温度 或发热效应 应不超过允许值 满足热稳定 的条件为 5 1 2 tk I tQ 式中 短路电流产生的热效应 k Q 电器允许通过的热稳定电流和时间 2 t I t 2 电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力 亦称动稳定 满足动稳定的条件 为 或 essh ii shes II 式中 短路冲击电流幅值及其有效值 sh i sh I 电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值 es i es I 下列几种情况可不效验热稳定或动稳定 1 用熔断器保护的电器 其热稳定由熔断时间保证 故可不验算热稳定 2 采用有限泳流电阻的熔断器保护的设备 可不校验动稳定 3 装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动 热稳定 3 短路电流计算条件 为使所选电器具有足够的可靠性 经济性和性 并在一定时期内适应电力系统发展 的需要 作验算用的短路电流应按下列条件确定 1 容量和接线 按本工程设计最终容量计算 并考虑电力系统远景规化其接线应采 用可能发生最大短路电流的正常接线方式 2 短路种类 一般按三相短路验算 若其它种类短路较三相短路严重时 则应按最 严重的情况验算 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 15 3 计算短路点 选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点 4 短路计算时间 校验电器的热稳定和开断能力时 还必须合理地确定短路计算时间验算热稳定的计 算时间为继电保护动作时间和相应断路器的全开断时间之和 k t pr t ab t 即 而 abprk ttt ainab ttt 式中 断路全开断时间 ab t 后备保护动作时间 pr t 断路器固有分闸时间 in t 断路器开断时电弧持续时间 对少油断路器为 0 04 0 06s a t 和压缩空气断路器约为 0 02 0 04s 6 SF 5 2 高压断路器的选择高压断路器的选择 高压断路器种类和型式的选择 按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式 一般可分为 多油式断路器 少油式断路器 压缩空气高压断路器 SF6断路器 真空断路器等 高压断路器的操动机构 大多数是由制造厂配套供应 公部分少油式断路器有电磁 式 弹簧式或液压式等几种型式的操动机构可供选择 一般电磁式操动机构需配专的直 流合闸电源 但其结构加工精度要求较高 操动机构的型式 可根据安装调试方便和运 行可靠性进行选择 1 额定电压选择 5 2 NSN UU 2 额定电流选择 5 3 MAXN II 3 开断电流选择 压断路器的额定开断电流 不应小于实际开断瞬间的短路电周期分量 即 nbr I pt I 当断路器的较系统短路电流大很多时 为了简化计算 出可以用次暂态电 ptnbr II nbr I 流进行选择 即 I IInbr 一般断路器开断单相短路的能力比开断三相短路要大 国外研究结果表明 约大 15 但国内尚无正式数据 如单相短路电流大于三相短路电流时 暂以单相短路为选择条件 我国生产的高压断路器 由于开断时间较长 0 1s 短路电流非周期分量幅值 20 的要 求 对于使用快速保护和高速断路器者 其开断时间小于 0 1s 当在电源附近短路时 短路电流的非周期分量可能超过周期分量的 20 因此需要进行验算 短路电流 IK为 IK 5 4 22 2 a T r b t w eIIpt 沈阳工程学院毕业设计 16 式中 Ipt 开断瞬间短路电流周期分量有效值 当开断时间小于 0 1s 时 Ipt A I tbr 开断计算时间 S Ta 非周期分量衰减时间常数 Ta rd r x 其中 电源至短路点的等效总电抗和总电阻 x r 如计算结果非周期分量超过 20 以上时 订货时应向制造部门提出要求 装有自动 重合闸装置的断路器 当操作循环符合厂家规定时 其额定开断电流不变 4 短路关合电流的选择 在断路器合闸之前 若线路上已存在故障 则在断路器合闸过程中 动 静触头间 在未接触时即有巨大的短路电流通过 预击穿 更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损 坏 且断路器在关合短路电流时 不可避免地在接通后又自动跳闸 此时还要求能够切 断短路电流 因此 额定关合电流是断路器重要参数之一 为了保证断路器在关全短路 时的安全 断路器的额定关合电流 iNC1不应小于短路电流最大冲击值 ish 即 iNC1ish 5 热稳定校验 kt QtI 2 5 5 6 动稳定校验 5 6 shes ii 5 3 隔离开关的选择隔离开关的选择 隔离开关种类和型式的选择 隔离开关的型式较多 按安装地点不同 可分为屋内式和屋外式 按绝缘支柱数目 又可分为单柱式 双柱式和三柱式 它对配电装置的布置和占地面积有很大影响 选型 时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定 1 额定电压选择 5 7 NSN UU 2 额定电流选择 5 8 MAXN II 3 热稳定校验 5 9 kt Qti 2 4 动稳定校验 5 10 shes ii 5 4 电流互感器的选择电流互感器的选择 4 300MW 发电厂第二期工程电气部分初步设计 17 5 4 15 4 1 一次回路额定电压和电流的选择 电流互感器一次回路额定电压和电流应满足 5 11 NSN UU 1MAXN II 1 式中 为电流互感器一次额定电压和电流 1N U N I 为了确保所供仪表的准确度 互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近 5 4 25 4 2 二次额定电流的选择 电流互感器的二次额定电流有 5A 和 1A 两种 般弱电系统用 1A 强电系统用 5A 当 配电装置 例如超高压 距离控制室较远时 为能使电流互感器能多带二次负荷或减小电 缆截面 提高准确级 应尽量采用 1A 5 4 35 4 3 电流互感器种类和型式的选择 在选择互感器时 应根据安装地点 如屋内 屋外 和安装方式 如穿墙式 支持式 装入式等 选择其型式 选用母线型时应注意校核窗口尺寸 5 4 45 4 4 电流互感器准确级和额定容量的选择 为了保证测量仪表的准确度 互感器的准确级不得不低于所供测量仪表的准确级 当所供仪表要求不同准确级时 应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级 为了保证互感器的准确级 互感器二次侧所接负荷 S2应不大于该准确级所规定的额 定容量 即 2N S 5 12 21 2 222 ZISS NNN 5 4 55 4 5 热稳定和动稳定校验 电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行 电流互感 器热稳定能力常以 1S 允许通过的热稳定电流 It或一次侧的额定电流 IN1的倍数 Kt来表示 故热稳定应按下式校验 t 1 5 13 KNtKt QIKQti 2 1 2 或 电流互感器内部动稳定能力常以允许通过的动稳定电流 ies或一次额定电流最大值 IN1 的倍数 Kes 动稳定电流倍数表示 故内部动稳定可用下式校验 iesish或2 IN1Kesish 由于邻相之间电流的相互作用 使电流互感器绝缘瓷帽上受到外力的作用 2 因此 对于瓷绝缘型电流互感器校验套管的机械强度 瓷套管的作用力可由一般电动力 公式计算 故外部动稳定应满足 沈阳工程学院毕业设计 18 5 14 1073 1 5 0 27 N a li F sh al 式中 作用于电流互感器瓷帽端部的允许力 al F 电流互感器出线端至最近一个母线支柱绝缘子之间的跨距 l 系数 0 5 表示互感器瓷套端部承受该跨电动力的一半 5 5 电压互感器的选择电压互感器的选择 5 5 15 5 1 一次回路电压的选择 为了确保电压互感器的安全和在规定的准确等级下运行 电压互感器一次绕组所接 电网电压 UNS应在 0 8 1 2 UN1范围内变动 即应满足下列条件 0 8 UN1 UNS 1 2UN1 5 15 5 5 25 5 2 二次回路电压的选择 电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求 5 5 35 5 3 种类和型式的选择 220kV 及以上配电装置 当容量和准确度等级要求时 一般采用电容式电压互感器 5 5 45 5 4 容量和准确级选择 首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接线方式 并尽可能将负荷均匀 分布在各相上 然后计算各相负荷大小 按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准 确级和额定容量 5 5 55 5 5 电压互感器的配置 1 电压互感器的数量和配置与主接线方式有关 并满足测量 保护 同期和自动 装置的要求 电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时 保护装置不能失压 同期 点的两侧都能提取到电压 2 6 220KV 电压等级的每组母线的三相上应装设电压互感器 3 当需要监视和检测线路侧有无电压时 出线侧的一相上应装设电压互感器 4 发电机出口一般装设两组电压互感器 供测量 保护和自动电压调整装置需要 5 500KV 电压互感器按下述原则配置 对双母线接线