2.300MW火电厂厂用电系统设计

1、本毕业设计是对发电厂厂用电进行设计，主要运用发电厂电气部分、高电压 技术、电力系统分析、电力系统自动化、电力系统继电保护等专业知识完成“发 电厂厂用电的设计”，具体设计内容包括厂用电接线设计、负荷分析计算、变压 器选择、电动机自启动校验，继电保护设计、配电装置设计、防雷设计、绘制厂 用电接线图、继电保护二次回路接线图、绘制配电装置图。本设计严格遵循发电 厂电气部分的设计原则，并结合实际情况确定了厂用电母线电压等级确定为 6KV,利用换算系数法进行负荷分析计算，变压器选择低压分裂三绕组变压器， 确定了合适的短路点进行短路电流计算。根据防雷保护要求确定避雷器：最后绘 制了相关的图纸。关键词：发电厂

2、；变压器；继电保护；避雷器.1厂用电的电压等级确定厂用电的电压等级是根据发电机的额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供 电网络的等因素，相互配合，经过技术经济综合比较决定的。为了简化厂用电接 线，且使运行维护方便，厂用电压等级不宜过多。在发电厂和变电站中，低压厂 用电常采用400V,高压厂用电电压有3、6、10KV等。为了正确选择高压厂用电 的电压等级，需进行急速经济论证。火力发电厂常采用3、6、10KV作为厂用电 电压，发电厂中拖动各种厂用机械设备的电动机，容量相差悬殊，从数千瓦到数 千千瓦，而且和电动机的电压和容量有关。在满足技术要求的前提下优先采用电 压较低的电动机，以获得较高的经济效益；

3、而高压电动机，制造容量大、绝缘等 级高、磁路较长、尺寸较大、价格高、空载和负载损耗均较大，效率较低。但是, 结合厂用电供电网络综合考虑，电压等级较高时，可选择截面较小的电缆或导线, 不仅节省有色金属，还能降低供电网络的投资。本设计2x300MW发电厂厂用电设计采用6KV作为厂用电电压。6KV电动机的 功率可制造的较大，以满足大容量负荷的要求；6KV和3KV厂用电系统相比，不仅节省有色金属和费用，而且短路电路亦较小；发电机电压若为6心”寸，可以省 去高压厂用变压器，直接由发电机电压母线经电抗器供厂用电，以防止厂用电系 统故障直接威胁主系统并限制其短路电流。厂用电接线设计300MW汽轮发电机组高压

4、厂用电系统有两种接线方案，如图所示。（a）所示 方案I,不设6KV公用负荷母线，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线 上；如图b所示方案II,单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电, 该公用负荷母线段正常由启动备用变压器供电。方案II的优点是公用负荷集中， 无过度问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。其缺点是由于公 用负荷集中，并因启动备用变压器要用工作变压器做备用，故工作变压器也要考 虑在启动备用变压器检修或故障时带公用负荷母线段运行。因此，启动备用变压 器和工作变压器均较方案I变压器分支的容量大，配电装置也增多，投资较大。 方案I的优点是公用负荷分接于不同机组变压

5、器上，供电可靠性高、投资省，但 也由于公用负荷分接于各机组公用母线上，机组工作母线清扫时，将影响公用负 荷的备用。另外，由于公用负荷分接于2台机组的公用母线上，因此，在机组 G1发电时，必须也安装好机组G2的6KV厂用配电装置，并启动备用变压器供电。 这两种方案各有优缺点，经过技术经济比较后选定方案I oTo.启动备无变E器11厂,高E交E器嬲）方案一一不设公用负荷嚼（b）b）方藻n设置公用负荷母线负荷类 别设备名称电压(kv)额定容量(kw)台数电动给水泵655002汽轮机循环水泵612506负荷凝结水泵63154引风机622404送风机610004一次风机63004排粉机66808磨粉机6

6、10008锅炉负凝结水升压66304荷和输煤负泵荷主汽机调速63501油泵碎煤机63202喷射水泵626021号皮带机630024号皮带机63002机炉变压器1600 ()4电除尘变压1250 ()4器化水变压器1000 ()2公用变压器1000 ()3输煤变压器1000 ()3低压负灰浆变压器1000 ()1荷负压风机房1000 ()1变压器污水变压器315 ()2修配变压器800 ()1水源地变压1000 ()2器照明变压器315 ()2厂用负荷的计算方法换算系数法S = Z(KP)k = 21 cos (p式中s一厂用母线上的计算负荷，KV A产一电动机的计算功率，KWK换算系数，可取表

7、5-2所列的数值Km一同时系数勺一符合系数"一效率cos夕一功率因数表2-2换算系数机组容量(MW)<125>200给水泵及循环水泵电动机凝结水泵电动机其他高压电动机及厂用电低压变压器 (KV> A )其他低压电动机电动机计算功率确定对经常、连续运行的设备和连续而不经常运行的设备，即连续运行的电动机 均应全部计入。按下式计算P = Pn对经常短时及经常断续运行的电动机应按下式计算P = 0.5Pv对不经常短时及不经常断续运行的设备，一般可不与计算P = 0对中央修配厂的用电负荷，通常按下式计算P = 0.14Pr +0.4与、 乙乙。式中心一全部电动机额定功率总和，

8、KWP 一其中最大5台电动机的额定功率总和，KW 乙J煤场机械负荷中，对大型机械应根据机械具体情况具体分析确定。对中小型 机械，应按下式计算P = 0.352 +0.6R-,翻斗机。=0.22+0.545轮斗机P = O.13R+O.3R.S式中Pz3其中最大3台电动机的额定功率之和，KW对照明负荷计算式为p = 3式中七一需要系数，一般“R一安装容量，KW根据表、和负荷运行方式及特点计算如下由公式S=Z(KP)I A段负荷Z8 = 5500 +1250 + 315 = 7065 KWZg =2240 +1000 + 300+1360 + 2000 + 630 + 260 + 300 + 30

9、0 = 8390/CVVS = Z 4 + 0.85 Z 6=7065 + 0.85 * 8390 = 14196 .5KVS5 = 1600+1250+1000+1000 = 4850A3VS. = 0.85 ZS= 0.85 *4850 = 4122.5KW LIB段负荷Z4 =2500 + 315 = 2815 KVZR = 2240 +1000 + 300+1360 + 2000 + 630 + 320 = 7850 KWSH = Z 8 + 0.85 X 鸟=2815 + 0.85 * 7850 = 9487.5KWZS = 1600+1250+1000+1000+1000+1000

10、+315 + 800+1000+315 = 9280鹏Sl = 0.85 SS = 0.85 * 9280 = 7888 KW同理】【A段Z4 = 5550 +1250 +315 = 7065 KWZ 尸，=2240 +1000 + 300+1360 + 2000 + 630 = 7530 KW= Z q + o.85 z 4 = 7065 + 0.85 * 7350 = 13465 .5A3VS5 = 1600+1250+1000 = 3850RVSL = 0.85 ZS = 0.85 * 3850 = 3272.5KW同理IIB段ZB =2500 + 315 = 2815 KVZR =22

11、40 +1000 + 300+1360 + 2000 + 630 + 320 + 260 + 300 + 300 = 8710 KWSh=£P +0.852, =2815 + 0.85 * 8710 = 10218 .5KWS5 = H600+1250+1000+1000+1000+315 + 1000+315 = 7840/fVVS. =0.85SS=0.85 * 7840 = 6385 KWL厂用变压器的选择额定电压厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接出电压确 定,变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致.各种变压器的台数和型式工作变压器的

12、台数和型式主要与厂用高压母线的段数有关，而母线的段数乂 与厂用高压母线等级有关.当只有6kV 一种电压等级时，一般分两段；当10kV 与3kV电压等级同时存在时，则分四段（10kV和3kV两段）。当只有6kV 一种电 压等级时，厂用高压工作变压器可选用1台全容量的分裂绕组变压器，两个分裂 支路分别供两段母线；或者选用2台50%容量的双绕组变压器，分别供两段母线。 如出现10kV和3kV两种电压等级时，厂用高压工作变压器可选用2台50%容量 的三绕组变压器，分别供四段母线。厂用变压器的容量厂用变压器的容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率。因此，对厂 用高压工作变压器的容量应按厂用电高压计算

13、负荷的110%与厂用电低压计算负 荷之和进行选择；而厂用低压工作变压器的容量应留有10%左右的裕度。1）厂用高压工作变压器容量。当为双绕组变压器时按下式选择容量ST > 1. SH +SL式中一厂用电高压计算负荷之和Sl一厂用电低压计算负荷之和当选用分裂绕组变压器时，其各绕组容量应满足高压绕组鼠分裂绕组式中S”一厂用变压器高压绕组容量，KV-A品,一厂用变压器分裂绕组容量，KV - ASc一厂用变压器分裂绕组计算负荷，KV - A, Sc=ASll+SLs,一分裂绕组两支重复计算负荷，KV-A2）厂用高压备用变压器容量。厂用高压备用变压器或启动变压器应与最大一台厂用高压工作变压器的容 量

14、相同；厂用低压备用变压器的容量应于最大一台厂用低压工作变压器容量相 同。3）厂用低压工作变压器容量。可按下式选择变压器容量必> SL式中S一厂用低压工作变压器容量，KV - A端一变压器温度修正系数。一般对装于屋外或由屋外进风小间内的变压器, 可去K广1,但宜将小间进出风温差控制在10。以内：对山住厂进风小间内的变 压器，当温度变化较大时，随地区而异，应当考虑温度进行修正。厂用变压器容量的选择，除了考虑所接负荷的因素外，还应考虑：电动机 自启动时的电压降；变压器低压侧短路容量；留有一定的备用裕度。4）厂用变压器的阻抗变压器的阻抗是厂用工作变压器的一项重要指标。厂用工作变压器的阻抗要 求比

15、一般动力变压器的阻抗大，这是因为要限制变压器低压侧的短路容量，否则 将影响到开关设备的选择，一般要求阻抗应大雨10%;但是，阻抗过大乂将影响 厂用电动机的自启动。厂用工作变压器如果选用分裂绕组变压器，则能在一定程 度上环节上诉矛盾，因为分裂绕组变压器在正常工作时具有较小阻抗，而分裂绕 组出口短路时则具有较大的阻抗。5）变压器选择计算I A段= Z < + 0.85 Z 6=7065 + 0.85 * 8390 = 14196 .5KWS/ = 0.85= 0.85 *4850 = 4122 .5KWLIB段Slf = ZR + 0.85EP, =2815 + 0.85 * 7850 =

16、9487.5KWS5 = 1600+1250+1000+1000+1000+1000+315 + 800+1000+315 = 9280/fWSL = 0.85 ZS = 0.85 * 9280 = 7888 KWI段重复容量负荷EP, =315KWZR = 630 KWS = Z + 0.85 Z 鸟=315 + 0.85 *630 =850.5KW= 1600+1250= 2850KVVS, = 0.85 ZS = 0.85 * 2850 = 2422.5KW LI A 段分裂绕组负荷Sc=1ASh +S, =1.1*14196 .5 + 4122.5 = 19738 .6 KV AI B

17、 段分裂绕组负荷=L1S +S/ =1.1*9487.5 + 7888 = 18324 KV A重复分裂绕组负荷=1.1S +SL = 1.1*850.5 + 2422.5 = 3358 KV A高压绕组负荷ESc-Sr = 19738 .6 +18324 -3358 = 3470.64 KV A根据计算选择I变压器本设计选用三绕组低压分裂变压器，电压比为18/6-6KV,短路电压为“ (%) =15,容量比为 40/20-20MV A。HA段S = Z + 0.85 Zg = 7065 + 0.85 * 7350 = 13465 .5KWS5 = 1600+1250+1000 = 3850K

18、WS. = 0.85 SS = 0.85 * 3850 = 3272.5KW LHB段s =Z + 0.85EP. =2815 + 0.85 * 8710 = 10218 .5KW= 11600+1250+1000+1000+1000+315 +1000+315 = 78407CVVs. =0.85X5=0.85 * 7840 = 6358 KW LH段重复容量负荷ZR =315KWYP2 =630 KWS = Z A + 0.85 Z R = 315 + 0.85 * 630 = 850.5KWZS = 1600+1250= 2850/CVVS/ = 0.85 zs = 0.85 * 285

19、0 = 2422.5KW LI A 段分裂绕组负荷Sc =1.IS” +SL =1.1*13465 .5 + 3272.5 = 18084 .5 KV AI B 段分裂绕组负荷SC=1AS +S, =1.1*10128 .5 + 6358 = 17598 KV A重复分裂绕组负荷=L1S+S, =1.1*850.5 + 2422.5 = 3358 KV A vllL高压绕组负荷ZSc-Sr =18084.5 + 17598 - 3358 = 32324 .5 KV A本设计选用三绕组低压分裂变压器，电压比为18/6-6KV,短路电压为2(%)=15,容量比为 40/20-20MV Ao0短路计

20、算及电气设备选择短路计算的目的及意义1 .短路计算的目的系统的设计和运行都必须考虑到可能发生的故障和不正常运行的情况。而这 些故障多数是由于短路引起的，所以要靠短路电流来选择校验设备。2 .短路计算的规定1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；2）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；3）所有电源的电动势相位角相同；4）所有接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方 式；5）计算容量应考虑电力系统的远景发展规划；6）应按最严重的情况进行校验；7）应注意选择短路点。3 .短路电流计算的意义1）电气主接线的比选；2）选择导体和电器；3）设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间 和相对

21、地安全距离；4）选择继电保护装置和进行整定计算；短路计算图4T短路计算图变压器T=40MVA ，。八%) =15取Ss=100MVA ,乙=嗫,设a处得短路功率为1000MV.A,则它的电抗标幺值Sr 100X.=0.1Ss 1000变压器电抗标幺值为X =0.15x = 0.37540在网络6.3KV电压级的基准电流为= 9A6KA力点短路时X 牙=x = 0.375短路电流为9 161 = KA = 24.43/C40.375八点短路时Xr= x5+ x = 0, 1 + 0.375 = 0.475/ =>2必=19.28%0.475短路点八和L电流相同不做计算基准容量：S尸100M

22、VA系统的正序阻抗为X% = 0.04 发电机= 0.031二蟹、凡=JLx m 100 SN/cos(p 100 300/0.85Xff = 0.375X =0.375 + 0.031 = 0.406计算电抗为：X、=0.406x = 1.218100根据汽轮发电机计算曲线数字表得/ =0.8060电气设备选择的要求和原则1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远 景发展；2）应按当地环境条件校核；3）应力求技术先进和经济合理；4）与整个工程的建设标准应协调一致；5）同类设备应尽量减少品种；6）选用的新产品均应有可靠的试验数据，并经正式验定合格。在特 殊情况下，选用未经正式

23、鉴定的新产品时，应经上级批准。电压：44（4-1）式中："max 电器允许最高工作电压J 最高运行电压电流：兀之屋（4-2）式中：Ie 电器额定电流Iv 持续工作电流由于变压器短路时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度比较大， 故其计算匚作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在 选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。校验的原则及热稳定条件1.校验的一般原则：1）电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定效 验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相 短路或中性点直接接地系统回路中的单相、两相接地短路

24、较三相短路严 重时，则应按严重情况校验。2）用熔断器保护的电器可不验算热稳定；当熔断器有限流作用时， 可不演算动稳定；用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳 定。2 .短路的热稳定条件：I2t>Qk（4-3）Qk =（广+io/：5+/；）x12（4-4）式中：Q,短路电流产生的热效应1 .电动力稳定效验：心之仆<4-5）式中：Idl 短路冲击电流幅值七一一电器允许通过的动稳定电流的幅值3 .下列几种情况下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

25、中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。max1.05收Jn COS 31.05x4OXI->/3x 5,3x0.85= 2246 A根据发电机回路U'S、/max及断路器安装在室内的要求，查表，可选SN10-10111/3000少油断路器短路计算电抗 X. = X*Xs/Sd =0.375 x 300/100 =1.125短路计算时间=39 + 0.06 + 0.06 = 4.02S根据短路计算电抗查短路电路计算曲线，并换算成有名值后，所得短路电路 为I =26.4 KAI、oi =29.3 必Z4O2 = 29.57C4由于ls,不计非周期热效应。短路电流的热效应点等于周期分量热

26、效应QP,即/ 2+10/；/2+Z；26.4?+10x29.32+2952 . 小仆Qk =-tK =x4.02 = 3401 i(KA) SJ1212冲击电流L = 1.9 =2.69 x 26.4 = 71.0(心)表4-1 断路器和隔离开关选择结果及数据比较计算数据S7V10-10III/3000 型断路器G7V10-10T/3000 型隔离 开关Uns%IOKAUn10,max2246A1n3000AIn3000/4KA1 Nbri前130KAQk3401(KA) 2If7499 (KA) - s工;13005 (KA) * slshies130KAJ85KA电流互感器的选择参数的选

27、择1 .按一次额定电压选择：UJUns2 .按一次额定电流选择：INX > 7max为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次额定电流应尽可能与最大工 作电流接近。3 .按二次额定电流选择：一般弱电系统用1A,强电系统用5A,当 配电装置距离控制室较远时亦可考虑用1A。4 .按二次级数量选择：二次级的数量决定于测量仪表、保护装置和 自动装置的要求。一般情况下，测量仪表与保护装置宜分别接于不同的 二次绕组，否则应采取措施，避免互相影响。5 .按准确度级选择：为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准 确级不得低于所测量仪表的准确级。因此，需先要知道电流互感器二次 回路所接测量仪表的类型及对准确级

28、的要求，并按准确等级要求最高的 表计选择电流互感器，具体要求如下：1）装设在发电机、电力变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中 的电度表及所有用于计算电费的电度表用电流互感器，其准确等级应为 级。2）供运行、监视、估算电能的电度表、功率表和电流表用电流互感 器，其准确等级应为1级。3）供指示被测数值是否存在或大致估计被监测数值的表计用的电 流互感器，其等级为3级和10级。6 .热稳定效验：I, >7 .动稳定校验Ies > &型式的选择动稳定效验：10KV及以下配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。综上所述：本设计电流互感器选用LA-10 50/5级电压互感器的选择参数的选择1、按一次回路电压选择：为了保证电压互感器的安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组 所接电网电压应在（）范围内变动，即应满足下列条件：1.2。 M >Un3 > O.8t/jV11 、按准确度级选择：参照电流互感器的准确等级进行选择。、按接线方式选择在满足二次电压和负荷要求的条件下，电压互感器应尽量采用简单接线。在 需要检查和监视一次回路单相接地时，采用三个单相三绕组电压互感器。三个单相三线圈电压互感器适用范围：主二次绕组连接成星形以供电