燕山大学发电厂电气部分课程设计大型骨干电厂电气主接线

1、目录第一章 原始资料的分析 01.1 电压等级 0第二章 电气主接线方案 02.1 电气主接线设计的基本原则 02.2 具体方案的拟定 1第三章 主要电气设备的选择 33.1 发电机 33.2 主变压器 33.4 断路器和隔离开关 43.5 电压互感器 73.6 电流互感器的选择 83.7 母线的导体 9第四章 方案优化 10第五章 短路电流计算 115.1 等效阻抗网络图 115.2 阻抗标幺值计算 115.3 短路点短路电流计算 135.4 短路电流热效应 QK 的计算 14第六章 校验动、热稳定（设备） 166.1 断路器稳定校验 166.2 隔离开关稳定校验 176.3 电流互感器稳定

2、校验 186.4 母线导体稳定校验 19第七章 心得体会 19参考资料 20大型骨干电厂电气主接线第一章原始资料的分析1.1电压等级根据原始资料的分析可知，需要设计的是一个大型骨干凝汽电厂，共有两个电压等级：220KV 500KV1.2系统(电源)、负荷电压等级进出线回数负荷(max)负荷(mi n)220kv4600MW300MW500kv61.3发电机、主变压器容量及台数发电机容量和台数为 6X 300MW (QFSN-300-2 )因此主变压器的台数选为6台。1.4联络变压器选择三绕组变压器，连接两个电压等级，剩余一端引接备用电源第二章电气主接线方案2.1电气主接线设计的基本原则电气主接

3、线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家的经济建设方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际 情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下、 兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备 元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、 美观的原则。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成 接受和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，它要 求用规定的设备文字和图形符号，并按工作顺序排列，详细地表 示电气设备或成套装置全部基本组成和连接关系， 代表该变电站 电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重要组成部分。主接线设计的合理性直接影响电

4、力系统运行的可靠性， 灵活 性及对电器的选择、配电装置、继电保护、自动控制装置和控制 方式的拟定都有决定性的关系。2.2 具体方案的拟定(1) 220KV电压等级。出线回数6回，大于4回，为使其出 线断路器检修时不停电， 应采用单母线分段带旁路或双母线带旁 路，以保证其供电的可靠性和灵活性。220KV侧最大负荷为600MWV 其进线拟以3台300MV机组按发电机一变压器单元接线形式接至 220K V母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500KV接线相连，相互交换功率。(2) 500KV电压等级。500KV负荷容量大，其主接线是本厂 向系统输送功率的主要接线方式，为保证可靠性，有

5、多种接线方 式，经定性分析筛选后，可选用的方案为一台半断路器接线和双母线带旁路接线，通过联络变压器与 220KV侧连接，3台300MW 机组按发电机一变压器单元接线形式接至500KV侧母线上。方案1，220KV母线选双母线带旁路，500KV母线选一台半断路器 接线。方案2, 220KV母线选单母线分段带旁路，500KV母线选双母线带 旁路。2方案第三章主要电气设备的选择3.1发电机由原始资料可知，需选用 6台300MW的发电机，型号为QFSN 300 2表3.1 QFSN 300 2的主要参数视在功率MWA用功功率MW额定电压V额定电流A功率因数35330020000101890.853.2

6、主变压器300MW发电机组中发电机与主变压器的接线采用发电机一变压器 单元接线。主变压器的容量为发电机的额定容量扣除本机组厂用 负荷后，留有10%勺裕度。St 1.1Pgn 1 Kp /COS 1.1 300 1 6% 0.85364.9 MVAPgn 发电机容量，Kp 厂用电率，COS 功率因数联络变压器容量应该不小于两种电压母线最大一台机组容量(300MW)查电气工程电气设备手册选择主变压器及联络变压器型号为表3.1主变压器和联络变压器的参数用途型号连接组号额定电压KV 高/中/低阻抗电压U %u K空载电流%空载损耗kW负载损耗kW500K V 侧主变压器SFP-360000YNd d1

7、1高压：525低压：20162551060220K V 侧主变压器SFP-360000YNd d11高压：242 2 2.5%低压：2014.30.28190860联络变压器ODFPSZ-360000/360000/4000YN a0，d11高压：550中压：246 10%低压：35高-低：26高-中：10中-低：411908003.4断路器和隔离开关341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，并经济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勺电网一般选用少 油断路器，电压110300KV勺电网，当少油

8、断路器不能满足要求时， 可以选用SF6断路器，大容量机组采用封闭母线时，如果需要装设 断路器，应选用发电机专用断路器。(1) SF6断路器的特点：1.灭弧能力强；介质强度高，单元灭弧室的工作电压高，开断 电流大然后时间短。2开断电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低。3电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作。4.操作功小，机械特性稳定，操作噪音小。(2) 选择原则：1. 1 N1 MAX2. U n A USn220k V侧发电机出口断路器Pn1.05 360Imax 1.05 N0.992kA3Un 3 220 500kV侧发电机出口断路器FN1.05 360I max1.050.436kA3

9、Un,3 5002) 联络变压器出口侧断路器（Pn 联络变压器各相对应的绕组功率）220KV 侧1 MAX1.05Pn、3Un1.05 360 100043 2200.992 KA500KV狈寸I max1.05 Pn3U n1.05 360 1000v3 5000.436 KA35KV 侧1 MAX1.05 Pn3U n1.05 4 1000350.069 KA3）出线断路器220K V侧出线上PmaxMAX 3UnCOS (N 1)0.370KA3 220 0.85 5FMax 该出线侧最大负荷500K V侧出线上1 MAXp3U nCOS (N 1)1800 300 1800 6%、3

10、500 0.85 30.630 KAFMax 送出厂的最大电力4）旁路断路器旁线上最大负荷电流Imax与出线上最大负荷电流Imax相等220KV 侧Ipmax1 MAX .3U NCOS (N 1)0.370 KA3 220 0.85 5500KV 侧1 MAXP3UnCOS (N 1)1800 300 1800 6%3 500 0.85 30.630 KA5) 220KV侧母联断路器Pn3 300.3 2202.36 KA(3) 查电气工程电气设备手册选定断路器表3.2高压SF6断路器的参数型号额定电流In(kA)额定电 压Un(kV)额定开 断电流I N6r(kA)额定关 合电流I res

11、 ( kA)热稳定 电流It(kA)固有分 闸时间(s)LW7-2203.152204010040 (4S)0.043SFM25004010040(3S)1 0.02LW-2201.62204010040(3S)0.04LW8-351.636256325(4S)0.06342隔离开关的选择(1) 隔离开关与断路器相比，在额定电压、额定电流的选择是 相同的。(2) 选择原则：（3）查电气工程电气设备手册选定隔离开关表3.3屋外型高压隔离开关的参数型号额定电流In（kA）额定电压Un（ kV）动稳定电 流峰值（kA）3s热稳定 电流It（kA）GW4-220 DW2.522012550GW4-22

12、01.252208031.5GW7-5002.550010040GW4-35W1358025(4S)3.5电压互感器（1） 一次回路额定电压和电流的选择原则：1 N 1 MAX U N U sn浇注式用于335KV,油浸式主要用于110KV及以上，SF6气体 绝缘电压互感器一般为110KV及以上与GIS配套使用。（2）查电气工程电气设备手册选定隔离开关 表3.4电压互感器的参数用途型号额定电压（初级绕 组）KV额定电压 （次级绕组）KV二次负荷 （0.5 级）VA绝缘方式发电机出口 侧JDJ2-35 发电机出口350.1150油浸式220KVM 母线TYD22(T(3-0.005220/730

13、.1 / 寸3150电容式500KV侧母线TYDa500/匸0.0057 30.005H500/730.1 / (3300电容式3.6电流互感器的选择(1) 一次回路额定电压和电流的选择原则:1 N 1 MAXU N U SN发电机出口侧20KV侧,1.05P1.05 3004 nQ7 IZAI maxJ3U nCOS3 20 0.85220K V侧母线,1.05P1.05 3002.36 KA1 MAX3U nCOS.3 220 0.85500K V侧母线I1.05P1.05 3000.63 KA1 MAX、3U nCOS、 3 500 0.85(2)查电气工程电气设备手册选定隔离开关 表3

14、.5电流互感器的参数型号额定电流 比次级组合二次负荷(0.5级)VA准确级次LMZB3-2015000/ 50.5 /0.530.5级LRBT-2202500/1200.5级LRBT-5001200/1250.5级变压器侧电流互感器的选择型号额定电流比准确级数1s热稳定倍数动稳定倍数LCWD3-2201200/50.5352.5 X 35型号额定电流比准确级数短时热稳疋电流KA动稳定电流KALB2-5002X 1250/10.52550(3s)62.512.53.7母线的导体110K V及以上高压配电装置，一般采用软导线。当采用硬导线时, 宜采用铝锰合金管型导体。选择原则：为节约投资允许选择小

15、于经济截面的导体，按经济电流密度选 择的导体截面的允许电流还必须满足按导体长期发热允许电流 选择的要求。（1）按经济电流密度选择查阅发电厂电气部分课程设计参考资料得，最大负荷利用 小时在5000以上，铝裸导体的经济电流密度 J=0.9220KV 侧|MAx.05Pn1.05 60 1.945KAV3U NCOSV3 220 0.85经济截面 Sj 应 1.945 1000 2160mm2J0.9500KV 侧,1.05Pn1.05 （1800 300 1800 6%）, “八I MAX 1 986 KA3U nCOS3 500 0.85经济截面 Sj 5竺 1.986 10002207mm2J

16、0.9查阅电力工程电气设计手册可知，没有满足导体截面小于经 济截面要求的导体，则选择导体截面最小的导体。选择结果：S 3800mm2 打 5720A（涂漆）（2）按导体长期发热允许电流选择查阅发电厂电气部分附表 3可知K=0.72均满足 IMAX KI al 0.72 5.724.118KA 的要求。第四章方案优化方案的经济比较项目（1）综合总投资I I0（1 ）元100（2）运行期的年运行费用 C A iI 21（元）其中：双绕组变压器1sAn （ P。K Qo）T -（ Pk K Qk ）（ ） max （KW h）nSn三绕组变压器1An （P。KQo）T（RkK値） 1MAX （F2k

17、K Q2K ）2MAXn(P3KK Q3K ) 3MAX (KW h)（3）抵偿年限法可用抵偿年限法用产品单位和单如果比较方案的产量不同, 位成本进行比较。抵偿年限法计算公式:Ta丨2丨1C1C2由于两种方案采用相同型号，相同数量的变压器，只能通过 断路器数量来比较经济性。1方案使用25个断路器，而2方案只 用22个断路器，在经济上方案II最优；然而，主接线最终方案 的确定，还必须从可靠性、灵活性等多方面综合评价。一、可靠性：1方案中220KV母线可靠性较高，无论是母线或者断路器检修都不至于部分线路停电；500KV 一台半 断路器可靠性较高。二、灵活性：2方案中500KV母线在检修时基本无需操

18、作，而方案II中500KV操作复杂，容易误操作。通过定性分析和可靠性及经济计算，在技术上（可靠性、灵 活性）1方案明显占优势，但在经济上则不如 2方案。鉴于本课题设计 大型骨干电厂，应以可靠性和灵活性为主，所以经综合分析，决 定选1方案为最终设计方案。第五章短路电流计算5.1等效阻抗网络图5MWXG4Kli5.2阻抗标幺值计算U K1 %2 (U K (1 2) %U K(1 3)% U k(2 3)%)2.5U K3 %三(U k (1 3) %U K (2 3) %U K(1 2) %)28.5取Sd100MVA联络变压器电抗标幺值*XiU Ki%Sd2.5 1000.00690100SN

19、100 360*X2U K2 %Sd12.5 1000.035100Sn100 360*X3U K3 %100SdSn28.5 100100 47.125*Xti*Xt2*Xt3U K % Sd14.31000.0397100 Sn100360*XT4*XT5*XT6U K % Sd161000.044100 Sn100360*XG1*XG2*XG3* * *XG4XG5XG6鱼 Xd100 0.143 0.041SN353等效电路图计算时，可将母线两侧等值阻抗并联计算，如图*XGT1Xg1Xt10.041 0.03970.026933*X GT2X；4X；4 卜0.041 0.04413H

20、*S30.02 0.012*X12*X1*X20.0355.3短路点短路电流计算取Sd100MVA取Udi220kV取Ud2500 kV100I di kA 0.262kAJ3 220100Id2 kA 0.115kA,3 500K1点短路：总值阻抗0.0269 0.035 0.012。们0.0269 0.035 0.012* * *X *XgT1 X12 XgT2XGT1 0.0269 0.0350.012三相短路断流周期分量有效值标幺值12 XGT2三相短路断流周期分量有效值标幺值*(3)Ki0.017158.48三相短路电流周期分量有效值l(3) I(f Idi 58.48 0.262

21、15.32kA三相短路冲击电流iShl 2.55I (?2.55 15.32kA39.066 kAK2点短路:总值阻抗(Xgti Xi2 )X GT2* * *Xgti Xi2 XgT20.0101(0.0269 0.035) 0.012*(3)K 210.010199.01三相短路电流周期分量有效值I 号I (32Id2 99.01 0.115 11.39kA三相短路冲击电流iS322.551 (322.55 11.39kA 29.035kA1.2s，断路器燃弧时5.4短路电流热效应Qk的计算已知：发电机出口处后备保护时间tpr2间一般为 ta0.02 0.04s。短路电流作用时间tktpr

22、2 tinta1s，短路电流的热效应QkQp (I 10I冷|2tk)(1) 220KV母线侧，断路器固有分闸时间tin 0.043stk tpr2 tin ta 1.2 0.043 0.04 1.283s额定容量Se下的计算电抗Xjs1X* 1鱼Sd1800 MW100 MVA0.01710.308(X* 1各电源合并后的计算电抗标幺值，Se各电源合并后总的额定容量MVA根据Xjs1的值，查阅电力工程电气设计手册的汽轮发电机 运算曲线得：II* Ij3.38 4.72415.96kAt 如 0.6时，I *2.232Itk 2I*1 j2.23 4.72410.53kAItk*I I 115

23、32kAQ K15.9621010.53215.32 2 “c121 .283170 .88t=Os 时，I*3.38各电源合并后总的额定电流为：lj 180MW 4.724kAJ3 220(2)kA 2 s500K V母线侧，断路器固有分闸时间t0.02stk 1.2s 0.02s 0.04s 1.26s额定容量Se下的计算电抗Xjs2Sd1800 MW100 MVA0.01010.1818(X* 2 各电源合并后的计算电抗标幺值，Se各电源合并后总的额定容量MVA根据Xjs2的值，查阅电力工程电气设计手册的汽轮发电机 运算曲线得：t=0s 时，I*5.98各电源合并后总的额定电流为：lj

24、180MW 2.078kA3 500I I* I j 5.98 2.0786.63kAt 如0.6时L 3.19I* I j3.19 2.078 6.63kAItk11.39kA212 .432 2106.6311.391221.2676.00 (KA ) s第六章校验动、热稳定（设备）热稳定的条件为It2t Qk或（Kg）2 Qk式中Qk短路电流产生的热效应；It，t电气设备允许通过的热稳定电流和时间1 1N一次额定电流Kt一次额定电流的倍数动稳定的条件为i esi sh 或 IsI sh 2I 1 n K esish式中ish，I sh -短路冲击电流幅值及其有效值；i es，I es-电

25、气设备允许通过的动稳定电流幅值及有效值；Kes动稳定电流倍数6.1断路器稳定校验（1）热稳定校验220kV电压等级2 2 2It2 t 40kA 2 4s 6400(kA 2 s)由第五章中短路电流热效应的计算可知，在220kV母线上2Qk 170 .88 kA s二It2t Qk成立，则220kV母线侧断路器满足热稳定校验500kV电压等级I t 2 t 40kA 2 4s 6400(kA 2 s)由第五章中短路电流热效应的计算可知，在500kV母线上2Q k 76.00 kA 2 s二It2t Qk成立，则500kV母线侧断路器满足热稳定校验(2)动稳定校验 由第五章短路冲击电流的计算可知

26、i s(3h1) 2.55I (31)2.55 15.32kA 39.066kAis(h3)22.55I (32) 2.55 11.39kA 29.035kAiesish 均成立，即所选断路器满足动稳定校验。6.2 隔离开关稳定校验(1)热稳定校验220kV电压等级2 2 2It2 t50kA 2 3s 7500(kA2 s)2 2 2I t2 t 31.5 kA 2 3s 2976.75(kA2 s)由第五章中短路电流热效应的计算可知，在220kV母线上2Qk 170 .88 kA 2 sIt2t Qk成立，则220kV母线侧隔离开关满足热稳定校验500kV电压等级It上述求得220KV母线

27、上Qk 170 .88 kA s二Kt - 2 Qk成立，则220kV侧电流互感器满足热稳定校验500kV电压等级KtI 1N 2252=625 KA 2S2上述求得500KV母线上Qk 76 .00 kA s2KtI1nQk成立，则500kV电流互感器满足热稳定校验。(2) 动稳定校验220kV电压等级 t 40kA 2 3s 4800(kA2 s)由第三章中热稳定校验Qk的计算可知，在220kV母线上2Q k 76.00 kA 2 sIt2t Qk成立，则500kV母线侧隔离开关满足热稳定校验。(2)动稳定校验 由第五章短路冲击电流的计算可知i s(3h1) 2.55I (31)2.55 15.32kA 39.066kAis(h3)2 2.55I (32) 2.55 11.39kA 29.035kAies ish 均成立，即所选隔离开关满足动稳定校验。6.3 电流互感器稳定校验(1) 热稳定校验220K V电压等级2 2 2KtI1N 235 1200 2=1764 KA 2S、2l1nKes二 2 X 2.5 X 35X 1200=148KAish1 39.066kAies ishi成立，则220kV电流互感器满足动稳定校验。500kV电压等级ies 62.5kAish2 29.035kAies ish2