中型发电厂电气主接线设计

1、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2X 100+2X 300=800MW, 占电力系统总容量 800/ (3500+800)X 100%=18.6%超过了电 力系统的检修备用8% 15呀口事故备用容量10%勺限额，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 电压上的地方负荷容量 不大，共有

2、6回电缆馈线，与100MV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 800-200-25-800 X 8%=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，力争使其技术先

3、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勺规定，应确定为双母线接线形式，2台100MWB 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，应在各条电缆

4、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，以提高可靠性。2台300MV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：表1-1发电机参数型号额定功率

5、/MW额定电压/kV功率因数电抗（标 幺值）”发电机G1,G2QFQ-100-210010.50.850.124发电机G3, G4,QFSN-300-2300200.850.143（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SFP7-360000/220360MVAYn d11180KW828KW0.7%13.1三绕组 变压器SFP7-180000/220/110/10180MVAYny

6、nd11178KW650KW0.7%14.023.07.01.4年运行费用的计算（1）双绕组变压器 Po=180KW Q=2520Kvar Pk=828KW Q=47160KvarS=527MVA S N=360MVAt maX=4500h/aT=5000h/aK=0.02n=2a =0.32 元/ (kW- h) A=n ( Po+KAQ) T+ t maJn( Pk+KQ)(S/ S n) 2 =10844166 (kW- h)(2) 三绕组变压器P0=178KW Q0=1260KvarP1k=650KWP2k=650KWP3k=650KW Q1k=27000Kvar Q2k=-1800K

7、var Q3k=14400Kvart1max =5000h/at2max =4500h/at3max =5000h/aT=5000h/an=2K=0.02 Ae=n ( Po+KAQ0) T+1/n( P1k+KAQk) t 1max+( P2k+K Q2k) t 2maX+( Psk+K Qk) t 3max=8733500 (kW- h)C= a ( Ai+A?) a =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 QF、 QS母线等电气设备，两相短路电流

8、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SB 100MVA基准电压U B = U av n( 1 )发电机电抗标幺值的计算100MVA发电机电抗标幺值X*gi = 0.12

9、4 X 100X 0.85/100=0.105300MVA发电机电抗标幺值X*G2= 0.143 X 100X 0.85/300=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*T1 = 0.131 X 100/360 = 0.036(3) 三绕组变压器电抗标幺值LK1% 1/2 X Uk(1-2)附 UK(3-1) %-U(2-3) %=15Lk% 1/2 X Uk(1-2) % + 匕(2-3) %-L(3-1) %=-1.0U<3%= 1/2 X U K(3-1) %+ LK(2-3) %-LK(1-2) % = 8.0X*T2.1 = 0.15 X 100/18

10、0 = 0.083X*T2.2 = (-0.01) X 100/180 = -0.006X*T2.3 = 0.08 X 100/180 = 0.044 系统归算到220kV则的电抗标幺值：X 0.021s2.3 短路电流计算2.3.1 系统的简化图M MM23 2 220KV母线短路等值电路图如下:0.036/2AC简化后:220kv0.041/20.083/20.0210.044/20.105/2AC短路电流标幺值：I *1 = 1/0.014+1/0.116=80.48 短路电流：| 1= | *1 x 100/( V3X 220)=21.1KA 短路冲击电流：I sh1= 1.9 V2I

11、 1=56.7KA2.3.3 110KV母线短路等值电路图如下：ACfS 10.036/2A Al0.041/2r 0.083/2r L.jf.10.021JAAAV V v110kv0.044/2-0.006/20.105/2AC简化后:短路电流标幺值：I *2 = 1/0.029=36.2短路电流：12= I*2 X 100/( V3X 110)=11.1KA 短路冲击电流：I sh2= 1.9 V212=29.8KA2.3.4 10.5KV母线短路等值电路图如下：10.5kv0.036/20.041/20.083/20.044/20.105/2简化后:短路电流标幺值：I *3 = 1/0

12、.053+1/0.077=33.4 短路电流：I 3= I*3 X 100/( V3X 10.5)=183.6KA 短路冲击电流：I Sh3= 1.9 V213=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：U NUmax2）额定电流选择：IN I max3）开断电流：IN

13、brI w （短路电流有效值）4）动稳定：ies ish （短路冲击电流）5）热稳定：QrQk隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求。3.1.1 220KV 侧断路器选择（1）双绕组变压器出口最大电流：I imax= 1.05 X 360000/（ V3X 220）=992A 三绕组变压器220KV侧最大电流：12max= 1.05 X 180000/（ V3X 220）=496A母线上流过的最大电流I max =2I 1max= 1984A短路电流：I '' = 21.1KA短路冲击电流：I shi = 56.7KA为了检测与校验方便，可均选择 SFM-220

14、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-220220KV2000A40kA100kA40kA0.10.253.1.2 220kV断路器校验额定电压：UN> UNs=220kV 额定电流：I n=2000心 I ma>=1984A 额定断开电流：I Nbr=40kAI'' =21.1kA额定闭合电流：I Nci=100kA> I shi=56.7kA动稳定校验：I es=lNd=100kA> Ishi=56.7kA热稳定校验：112 x t=480

15、0(kA 2 S)t k= t pr2+ta+tin =2.35S经查资料得到：Itk=18.4KA, I tk/2=17.45kA则 q= 1l( I ''2+10XI tk2+Itk/2 2) =749.8(kA 2 S) 因此 It 2x t> Q12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。3.1.3 110KV侧断路器选择(1)母线的最大电流：I max= 300000/(0.8 x 110XV3)= 1968 A 三绕组变压器110KV侧最大电流：I max= 1.05 X 180000/( V3X 110)=992A短路电流：I 2= 11.1

16、KA短路冲击电流：I sh2 = 29.8 KA为了检测与校验方便，可均选择 LW6-110H型号的断路器。表3-2 LW6-110 H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LW6-110n110KV2000A31.5kA80kA31.5kA0.040.0253.1.4 110kV 断路器校验额定电压：UnUMS=110kV 额定电流：In=2000AA lmaR968A 额定断开电流:l Nbr=31.5kA> l2=11.1kA额定闭合电流：l Nci=80kA> l sh2=29.8kA动稳定校验：l es=

17、l nci =80kA> l sh2=29.8kA热稳定校验：It 2X t=2976.8(kA 2 S)t k= t pr2 +t a+t in =2.065S经查资料得到：l tk=19.28 kA l tk/2=18.0kA则 Q=630.3(kA2 S) 因此，It 2X 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)发电机出口侧最大电流l max= 1.05 X 100000/( V3X 10.5 X 0.85)=6792A(2) 负载出线的最大电流：l max= 42000/( V3X 10.5 X 0.8)

18、=2886A(3三绕组变压器10.5KV侧最大电流：l max= 1.05 X 90000/( V3X 10.5)=5196A短路电流：l 3= 183.6 KA短路冲击电流：l sh3 = 494.1 KA为了检测与校验方便，可均选择 SN10-10型号的断路器。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SN10-1010.5KV8000A100kA230kA100kA0.10.153.1.6 10.5kV 断路器校验额定电压：UN> U=10.5kV 额定电流：In=8000A> l ma

19、X=6792A 额定断开电流：l Nbr=100kAW 13=183.6kA额定闭合电流：l Nd=230kAW l sh3=494.1kA动稳定校验：I es=lNd=230kAC lsh3=494.1kA热稳定校验：11 2X t=40000(kA2 S)t k= t pr2 +t a+t in =2.25S经查资料得到：ltk=192.45 kA I tk/2 =182.8kA则 Q=69046(kA2 S) 因此，It 2X t < Q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647

20、0A 10.5KV出线采取出线 电抗器，线路最大工作电流值I max 一般取发电机额定电流的5%8%,照此标准选电抗器XKK-10-600-4型，额定电流In = 600A, Un = 10kV,电抗百分比数 XL(%) = 4,基准：Sd=100MVA , Ud=10.5KV , I d =5.5KA,由此得电抗标么值为：Xr =XL % I dU n100 In5=0.04 X5500 10000600 10500X*L 二 X*L + X *' L =0.349 + 0.031=0.380I *3 =1.05/0.380=2.76丨3 = I*3 X 100/( V3X 10.5

21、)=15.19 KAI sh3=1.9 V2 Is=40.9KA电抗器校验：xL% I短路时残压为 Ure%三乔厂 X 100%=74% 60%- 70%100 In额定电压：LN> U=10.5kV 额定电流：In=8000A> I ma>=6792A 额定断开电流：I Nbr=100kA> 13=15.19kA额定闭合电流：I Nci=230kA> I sh3=40.9kA动稳定校验：I es=I Ncl=230g I sh3=40.9kA热稳定校验：11 2X t=40000(kA2 S)t k= t pr2 +t a+t in =2.25S经查资料得到：I

22、tk二 15.19kA I tk/2 =15.19 KA则 Q=507.6(kA2 S) 因此，It 2X t > Q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)GW6-220220250010040 (3s)GW4-110110200010446 (4s)GN10-10T109000300100 (5s)3.3.1 220kV隔离开关的校验额定电压：UN> UN

23、S=220kV 额定电流：I n=2500A> I ma>=1984A 动稳定校验：I es =100kA > I sh1=56.7kA热稳定校验：It 2X t=4800(kA2 S)Q=749.8(kA2 S) 因此，It 2X 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：UN> UNS=110kV 额定电流：In=2000A> I ma>=1968A 动稳定校验：I es =104kA > I sh2=29.8kA热稳定校验：11 2X t=8464(kA2 S)Q=63

24、0.3(kA2 S) 因此，It 2X 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。3.3.3 10.5kV隔离开关的校验额定电压：UN> UNS=10.5kV 额定电流：In=9000A> I ma>=6792A 动稳定校验：I es =300kA > I sh3=40.9kA 热稳定校验：It 2X t=50000(kA2 S) Q=507.6 (kA 2 S) 因此，I t2X 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。3.4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

25、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：Uns Un3. 一次回路电流：Imax (次回路最大工作电流)I1N (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：S2 Sn式中，S2N I 2nZ2n (VA)S2 I 2nZ 26. 动稳定：iSh 2hNKes式中，Kes是电流互感器动

26、稳定倍数，等于电流互感器极限值， 过电流峰值ies与一次绕组额定电流Im峰值之比，即 3 ：几N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)2X 1200/540 KA102 KALCWB6-110B2X 1000/545 KA115 KALBJ-108000/550倍90倍341 220kV电流互感器校验一次回路电压：UN> UNs=220kV一次回路电流：I n=2400Q I ma>=1984A动稳定校验：I es=102kA> I sh=56.7kA热稳定校验：112=1600> Q=

27、749.8(kA2 S) 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。342 110kV 电流互感器校验一次回路电压：UN> UNs=110kV一次回路电流：I n=2000A> I ma>=1968A动稳定校验：I es =115kA > I sh=29.8kA 热稳定校验：112=2025> Q=630.3(kA2 S) 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。343 10.5kV 电流互感器校验一次回路电压：UN> Us=10.5kV一次回路电流：I N=8000A> I ma>=6972A动稳定校验

28、："2INKES=1018.2kA > I sh=40.9kA热稳定校验：(InKes) 2=160000> Q=507.6(kA2 S) 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

29、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%!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表3-6电压互感器参数表型号额定电压（kV）二次绕组额定容量（V A）最大容量（V- A）一次二次三次0.513JDZJ1-1010/ V30.1/ V30.1 V 35080200300JCC2-110110/ V

30、 30.1/ V30.150010002000JCC2-220220/ V 30.1/ V30.1500100020003.6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，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

31、过1250mm2,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 40008000A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）hb220KV双槽形75351.01222801040110KV双槽形75351.0122280104010.5KV管型(D)350(d)3301.0214150102003.6.1 220kV导体的校验环境因素：海拔小于1000米，环境温度25C,母线运行温度80C, 经查表得出 C=83 , S ph=70000000R p =1 , Li = 1 , W=bh2/6。 热稳定校验：Smin=1/CV (QkK)=331.9 mm2<1040 mr2 符合要求。 动稳定校验：f bma=1.73 x L i2hx 10 7 =1.73