2×600MW发电厂电气部分初步设计毕业设计论文

..2×600MW发电厂电气部分初步设计摘要本毕业设计论文是2600MW发电厂电气部分初步设计。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设计。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。关键词电力系统,短路计算,设备选择,母线,高压断路器AabstractThispaperisthedesignationto2×600MWthermalpowerplantelectricitypart.Wholethesisbesidessummarygraduatetodesignthebookoutside,returnedtheexpatiationeverykindofmostbasicrequestthatequipmentschoosewithprincipleaccordingto.Thechoiceofthetransformerincludes:Maintransformer,highpressureinpowerplantbacktransformerandhighpressurefactoriesusethemaintechniqueinnumber,capacity,modelnumber...etc.insetdataofthetransformertoreallysettle;Theelectricitylordconnectedthelinetointroduceprimarilytheelectricitylordconnectsthelinearimportance,designaccordingto,thebasicrequest,everykindofmeritandshortcomingandlordsthatconnectthelineformconnectsthelinearchoosingmore,thelordthatcombinetoestablishtheinkeepingwithmyplanttherequestconnectstheline;Thefactoryconnectswiththeelectricitythelineincludes:Thefactoryconnectthelineartotalrequestandfactorytoconnectthelinedesignwiththemotherlinewiththeelectricity.Theshort-circuitgalvanometerisregardedasthemostimportantlink,thisthesisintroducedthecalculatingpurposeinshort-circuitelectriccurrent,assumptionterm,generalprovision,thecalculation,networktransformationofaparameterdetailedly,andeachcalculationetc.knowledgethatshortcircuitorder;Thechoiceofthehighpressureelectricityequipmentsincludesthemotherline,highpressurebreakstheroadmachineandinsulatetheswitch,electriccurrenttofeelswitheachotherthemachine,electricvoltagefeelswitheachotherthechoiceprincipleofthemachine,highpressureswitchcabinetwithrequest,andproceedtotheseequipmentsesestheschoolcheckwiththerelatedintroductioninproduct.Butgotogetherwiththedesignprincipleoftheelectricitydevice,requesttogotogetherwiththeelectricitydevicewith500KVsaccordingtothisthesisahighpressureforintroducing,decidethistimedesigntoadoptthecentthemutuallymedium-sizedarrangingtothemyplant.Afterelectricityprotectionwiththeprogrammingoftheautomaticdevice,includetotal,automaticdevice,generalprovisionwiththeprotectionofgenerator,transformer,motherlineetc.equipments,butpowerplantwithchangetogiveorgetanelectricshockadesignfordefendingthunderprotectingthenprimarilyaimingatlightningrodwithlightningarrester.Inaddition,returnintheappropriatepositioninthesisadditionaldiagrampaper<thelordconnectstheline,planechartanddefendthunderprotectionetc.>andformsread,comprehendwiththeconveniencewithapplied.KeyWordsPowersystem,shortcircuitcalculation,Theequipmentschoice,Bus,Highvoltagecircuitbreaker目录TOC\h\z\t"zmb1,1,zmb2,2,zmb3,2"摘要IAabstractII第一部分说明书1第1章主变压器的选择11.1容量和台数的确定11.2型式和结构的选择11.2.1相数11.2.2绕组数与结构11.2.3绕组接线组别21.2.4调压方式21.2.5冷却方法2第2章电气主接线的设计32.1主接线设计的要求和原则32.1.1主接线设计的基本要求32.1.2大机组超高压主接线可靠性的特殊要求32.1.3主接线设计的原则32.2原始资料分析42.3主接线方案的拟定42.3.1发电机-变压器单元接线42.3.2500KV电压母线接线42.4主接线方案的比较72.5主接线方案的确定7第3章厂用电系统设计83.1厂用电接线的设计原则83.2厂用电压等级的确定83.3厂用电源的引接方式83.3.1厂用工作电源的引接83.3.2备用/启动电源的引接83.4厂用电接线形式93.5厂用高压变压器的选择93.5.1额定电压的确定93.5.2台数和型式的选择93.5.3容量得选择…………..103.5.4电抗的选择103.6厂用电系统接线113.6.1高压厂用电接线113.6.2低压厂用电接线11第4章短路电流计算124.1短路电流计算的主要目的124.2一般规定124.2.1计算的假定条件124.2.2接线方式124.2.3短路类型124.2.4短路计算点134.2.5短路电流计算方法134.3短路电流计算步骤134.4计算公式144.4.1元件参数计算144.4.2网络变换144.4.3计算电抗164.4.4短路点短路电流周期分量有效值的计算164.4.5短路的冲击电流164.4.6电流分布系数及转移电抗16第5章电气设备和导体的选择185.1电气设备选择的一般原则18按正常工作条件选择185.1.2按短路状态校验195.2500kV高压设备的选择195.2.1高压断路器的选择195.2.2隔离开关的选择205.2.3电流互感器的选择215.2.4电压互感器的选择215.2.5并联电抗器的选择225.36KV高压开关柜的选择225.3.1种类和型式的选择225.3.2主开关的选择235.3.3额定电压和额定电流的选择235.3.4防护等级的选择23开断和关合短路电流的选择235.3.6短路热稳定和动稳定校验245.4裸导体的选择24500KV母线的选择245.4.2封闭母线的选择245.4.3电晕电压校验255.4.4热稳定校验25第6章500KV高压配电装置设计266.1配电装置的基本要求266.2配电装置设计的基本步骤266.3配电装置的型式选择266.4配电装置的安全净距266.5屋外配电装置的布置原则27第7章继电保护和自动装置配置287.1继电保护配置287.1.1发电机保护287.1.2变压器保护297.1.3并联电抗器保护307.1.4500kV线路保护317.1.5母线和断路器失灵保护317.2自动装置配置32第8章防雷保护设计338.2直击雷的防护338.2.1直击雷防护措施338.2.2避雷针装设的基本原则338.2.3避雷针的保护范围338.3入浸雷的防护348.3.1入浸雷防护措施348.3.2避雷器的配置要求348.3.3避雷器的配置原则348.3.4避雷器参数选择358.4防雷接地35第二部分计算书36第9章变压器的选择计算369.1主变压器的选择369.2厂用高压变压器的选择36第10章短路电流计算3810.1短路电流计算接线图3810.2参数计算3810.3500kV母线短路<k1>….…………….….………………..3910.4发电机出口短路<k2>4010.5厂用高压工作变压器6kV一段短路<k3>4210.6备用/启动变压器6kV一段短路<k4>4410.7计算结果列表46第11章电气设备和导体的选择计算4711.1500kV高压设备的选择4711.1.1高压断路器的选择4711.1.2高压隔离开关的选择4711.1.3电流互感器的选择4811.1.4电压互感器的选择4811.1.5并联电抗器的选择4911.26kV高压开关柜的选择4911.3裸导体的选择5011.3.1500kV主母线的选择5011.3.2发电机出口主封闭母线选择5211.3.3共箱封闭母线选择52第12章防雷保护设计5412.1避雷针的布置图5412.2避雷针高度的确定54总结56致谢57参考文献58附录59..第一部分说明书第1章主变压器的选择1.1容量和台数的确定主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。如果变压器容量选得过大、台数过多,不仅增加投资,增大占地面积,而且也增加了运行电能损耗,设备未能充分发挥效益；若容量选得过小,将可能"封锁"发电机剩余功率的输出,这在技术上是不合理的,因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦的变电设备投资。为此,必须合理地选择变压器。对单元接线的变压器,其容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后,留有的裕度来确定,即<1.1>式中——变压器的计算容量,kV·A；——发电机的额定功率,kW；——发电厂的厂用电率,%；——发电机的功率因数。1.2型式和结构的选择相数主变压器采用三相或是单相,主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。由于大型变压器随着容量的增大,尺寸和重量也增大。所以当发电厂与系统连接的电压等级为500kV时,600MW机组单元连接的主变压器综合考虑运输和制造条件,经技术经济比较,可采用单相组成的三相变压器。采用单相变压器时,由于备用单相变压器一次性投资大,利用率不高,故应综合考虑系统要求、设备质量以及按变压器故障率引起的停电损失费用等因素,确定是否装设备用单相变压器。若确需装设,可按地区〔运输条件允许或同一电厂3～4组的单相变压器〔容量、变比与阻抗均相同,合设一台备用单相变压器考虑。绕组数与结构电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。容量为200MW以上大机组都采用与双绕组变压器成单元接线,而不于三绕组变压器组成单元接线。这是由于机组容量大,其额定电流及短路电流都很大,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高断路器和隔离开关。绕组接线组别变压器三相绕组的接线组别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。而在发电厂中,一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素,主变压器接线组别一般都选用YN,d11常规接线。全星形接线变压器用于中性点不接地系统时,3次谐波无通路,将引起正弦波电压畸变,并对通信设备发生干扰,同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。在我国,全星形接线变压器均为自耦变压器,电压变比多为220/110/35、330/220/35、330/110/35、500/220/110kV,由于500、330、220、110kV均系中性点直接接地系统,系统的零序阻抗较小,所以自耦变压器设置三角形绕组用以对线路3次谐波的分流作用已显得不十分必要。调压方式调压是通过变压器的分接开关切换,改变变压器高压侧绕组匝数,从而改变其变比,实现电压的调整。切换方式有两种：一种是不带电切换,称为无激磁调压,调整范围通常在以内；另一种是带负荷切换,称为有载调压,调整范围可达,但结构复杂、价格昂贵,只有在两种情况下才予以选用：接于出力变化大的发电厂的主变压器,特别是潮流方向不固定,且要求变压器二次电压维持在一定水平时；接于时而为送端,时而为受端,具有可逆工作特点的联络变压器,为保证供电质量,要求母线电压恒定时。通常发电厂主变压器中很少采用有载调压,因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压,一般均采用无激磁调压。冷却方法电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异,一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却,在发电厂水源充足的情况下,为压缩占地面积,也可采用强迫油循环水冷却。强迫油循环水冷却的散热效率高,节省材料,减小变压器本体尺寸,但要一套水冷却系统和有关附件,在冷却器中,油与水不是直接接触,在设计时和运行中,以防止万一产生泄漏时,水不至于进入变压器内,严重地影响油的绝缘性能,故对冷却器的密封性能要求较高。第2章电气主接线的设计2.1主接线设计的要求和原则电气主接线是发电厂电气部分的主体结构,是电力系统网络结构的重要组成部分,直接影响运行的可靠性、灵活性,并对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此,主接线的正确、合理设计,必须综合处理各个方面的因素,经过技术、经济论证比较后方可确定。主接线设计的基本要求1.可靠性定量分析主接线的可靠性时,考虑发电厂在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。定性分析主接线的可靠性考虑：断路器检修时,能否不影响供电；线路、断路器或母线故障时以及母线或母线隔离开关检修时,停运出线回路数的多少和停电时间的长短,以及能否保证对I、II类负荷的供电；发电厂或变电站全部停电的可能性；大型机组突然停运时,对电力系统稳定运行的影响与后果等因素。2.灵活性电气主接线应能适应适应运行状态,并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括：操作的方便性、调度的方便性和扩建的方便性。3.经济性在设计主接线时,主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要考虑:节省一次投资、占地面积少和电能损耗少。大机组超高压主接线可靠性的特殊要求任何断路器检修,不影响对系统的连续供电；任何一进出线断路器故障或拒动以及母线故障,不应切除一台以上机组和相应的线路；任何一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动相重合、以及当母线分段或母线联络断路器故障或拒动时,不应切除两台以上机组和相应的线路。主接线设计的原则根据发电厂在电力系统中的地位和作用,首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、输送电压等级、进出线回路数,供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。2.2原始资料分析本次设计的凝汽式发电厂,装机容量为2600MW,属大型发电厂,在系统中有举足轻重的地位,供电容量大、范围广,发生事故可能使系统运行稳定遭到破坏,甚至瓦解,造成巨大损失,又因为高电压、大电流对电器设备又有特殊的要求,所以必须采用供电可靠性高、调度灵活的接线形式,并要进行定性分析。以最大限度的避免由于主接线结构引起的局部限出力、限送电。考虑环境条件对电气设备的影响,尤其是温度和海拔高度超过电气设备的使用条件时,应采取相应措施。由于厂址平均海拔高度为50米,一般不会超过设备额定使用高度,所以不用考虑高度对电气设备的影响；电气设备一般使用的额定环境温度为,而电厂所在地的年最高温度为,平均温度为15,最低温度为零下33,设备实际运行环境温度不会超过其额定温度,所以对一般设备不会造成影响；但裸导体的额定环境温度为,其允许电流必须根据实际环境温度进行修正。另外要考虑重型设备运输问题。2.3主接线方案的拟定发电机-变压器单元接线图2.1发电机-双绕组变压器单元接线600MW发电机组大都采用发电机-双绕组变压器单元接线,如图2.1所示。这种接线开关设备少,操作简便,有利于实现机、炉、电的集中控制。由于省去了高压配电装置,明显地减少了设备检修工作量,以及因不设发电机电压级母线,在发电机出口可不装断路器,而在发电机和变压器之间采用分相封闭母线,使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对减小,避免了由于额定电流或短路电流过大,使得选择出口断路器时,受制造条件或价格甚高等原因造成的困难。图2.1发电机-双绕组变压器单元接线2.3.2500KV电压母线接线1.双母线四分段接线双母线四分段<双母双分段>接线方式如图2.2所示。由于随着断路器制造质量的提高,旁路母线的应用已逐渐减少,按规定采用SF6断路器的主接线不宜增设旁路设施。双母线四分段接线具有如下优点：<1>母线可以轮流检修而不致使供电中断。当一组母线检修时,可将该组母线上的电源和负荷切换到另一组母线上运行。<2>正常运行时,电源和线路均分在四段母线上,母联和分段断路器均合上,四段母线同时并列运行。当任意一段母线故障时,只有1/4电源和负荷停电；当任一分段或母联断路器故障时,只有1/2电源和负荷停电。<3>当进出线母线侧隔离开关需要检修时,只需该进线〔或出线和与该隔离开关相连的母线停电,而不影响其他回路的正常供电。<4>运行中如一段母线故障,可将故障母线上的负荷和电源,倒到正常母线上运行,能迅速恢复供电。<5>高度灵活。各电源和负荷可以任意在一组母线上运行,并可根据潮流变化或其它要求改变运行方式。<6>扩建方便。向双母线左右任何方向扩建,均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配,在施工中也不会造成原有回路停电。图2.2双母线四分段接线双母线四分段接线也存在缺点：当母线故障或检修时,隔离开关作为倒换操作电器,倒闸操作比较复杂,容易造成误操作。由于双母线四分段接线具有较高的可靠性,而且运行经验也比较丰富,所以可用于500kV系统。2.一台半断路器接线一台半断路器<3/2>接线是600MW机组电压母线广泛采用的接线形式,不但兼有及环形接线的全部优点,而且可靠性和灵活性更高。另外与双母线四分段接线相比,隔离开关少,配电装置结构简单,占地面积小,土建投资少,隔离开关也不用参加倒闸操作,减少了因误操作引起事故的可能性。但由于每一回路包含2个断路器,进出线故障将引起2个断路器动作,增加了断路器的维护工作量。如图2.3所示,一台半断路器采用交叉布置的方式,即将同名回路交叉布置在不同串中的不同母线侧,可避免同名回路全部停运的现象。主变压器与500kV的配电装置之间常采用干式电缆连接,不会增加间隔布置的困难,反而提高了供电可靠性。图2.3一台半断路器接线一台半断路器可靠性定性分析：<1>元件检修的情况任何一组母线或一台断路器检修需退出工作时都不会影响机组运行。例如：500kVW1母线检修,只要断开QF1、QF4、QF7、QS12、QS42、QS72等即可,不影响供电,并可以检修W1母线上的SQ11、QS41、QS71等母线隔离。QF1检修时,只需断开QF1及QS11、QS12即可。<2>一个元件故障的情况1>任何一组母线故障不影响机组和出线运行。如500kVW2母线故障时,保护动作,QF3、QF6、QF9跳闸,其他进出线能继续工作,并通过W1母线并联运行。2>一台半断路器故障最多影响二回进出线停电。靠近母线侧断路器故障时,只影响一回线停电,如QF1故障,QF2、QF4和QF7跳闸,只影响L1出线停运。进出线之间联络断路器故障时,影响二回线停电。例如QF2故障,QF1、QF3跳闸,将使T1和L1停运。<3>一个元件检修并发生另一元件故障的情况1>500KVW1母线检修〔QF1、QF4、QF7断开,W2母线又发生故障时,母线保护动作,QF3、QF6、QF9跳闸,但不影响发电厂向外供电,但若出线并未通过系统连接,则各机组将在不同的系统运行,出力可能不均衡,母线上如有无电源串的出线将停电。2>一台半断路器检修,另一组母线故障,最多影响一回线停电。例如QF2检修,W2母线故障,T1停运；又如W1母线故障,则L1停运。3>线路故障而断路器拒动,最多停二回进出线。例如L2线路故障,QF4跳闸,而QF5拒动,则由QF6跳闸,使T2停运。若QF5跳闸,QF4拒动,扩大到QF1、QF7跳闸,使W1母线停运,但不影响其他进出线运行。4>一台半断路器检修,另外一台断路器故障,由于采用交叉接线,一般情况只使二回进出线停电。例如,当只有T1、T2两串时,QF2检修,QF6故障,QF3、QF5、QF9跳闸,T2和L1停运,但T1和L2仍继续运行,不会发生同名回路全部停运现象。2.4主接线方案的比较为了确定出技术上合理,经济上可行的最终方案,现将双母线四分段接线与一台半断路器接线的优缺点进整理,并逐项比较,如表2.1所示。表2.1双母线四分段接线与一台半断路器接线技术经济比较双母线四分段接线一台半断路器接线可靠性<1>任何断路器检修,影响用户的供电；<2>任何一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动时,切除两回以上的线路；<3>任一母线故障,1/4电源和负荷停电,分段或母联断路器故障,有1/2电源和负荷停电<1>任何断路器检修,不影响用户的供电；<2>任何一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动时,不切除两回以上的的线路；<3>任一段母线故障,不影响进出线的供电灵活性<1>不形成多环供电,一个回路由一台断路器供电,调度较不方便；<2>隔离开关作为操作电器,需要进行倒换操作,易造成误操作；<3>在没有旁路设施时,检修断路器,要向调度部门报告；<4>成对双回线路可能要交叉；<5>扩建较方便<1>形成多环状供电,一个回路由两台断路器供电,调度灵活,但增加了断路器维护工作量；<2>隔离开关只作为检修电器,不需要进行倒换操作；<3>检修断路器时,可任意停下检修；<4>成对双回线路可按地理位置布置在不同串上,减少交叉；<5>扩建同样方便经济性<1>进出线共8回及以下时,双母线四分段接线较贵〔进出线6回时,共需10台断路器；<2>占地面积较大<1>进出线共9回及以下时,一台半断路器接线较经济〔进出线6回时,共需9台断路器；<2>占地面积较小2.5主接线方案的确定综上述分析,对大容量机组、超高压输电系统,无论什么原因,诸如断路器临时检修、母线故障、人员误操作等造成线路或电源进线停用或发电机限制出力,均可能影响几十万千瓦电力的生产,对系统将造成较大冲击,造成的损失将十分巨大。综合经济、技术比较,一台半断路器接线的运行方式比较灵活性,供电可靠性更显突出,因而500kV电压母线最终采用一台半断路器接线。第3章厂用电系统设计3.1厂用电接线的设计原则厂用电接线是否合理,对保证厂用负荷的连续供电和发电厂安全经济运行至关重要。由于厂用电负荷多、分布广、工作环境差和操作频繁等原因,厂用电事故在电厂事故中占有很大比例。因此,必须对厂用电系统设计予以重视。厂用电接线的设计原则主要有:厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电,使发电厂主机安全运转；接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；厂用电源的对应供电性,本机、炉的厂用负荷由本机组供电,这样,当厂用电系统发生故障时,只影响一台发电机组的运行,缩小故障范围,接线也简单；设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备,使厂用电接线具有可行性和先进性；在设计厂用电接线时,还应对厂用电的电压等级、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析。3.2厂用电压等级的确定容量为600MW及以上的机组,高压供电网络可采用6kV一级厂用电压或3kV、10kV两级厂用电压,目前国内新建600MW机组电厂基本上采用6kV一级高压厂用电压；低压供电网络通常为0.4kV<380/220V>。3.3厂用电源的引接方式厂用工作电源的引接发电机与主变压器采用单元接线时,高压厂用工作电源从主变压器低压侧引接,供给该机组的厂用负荷。而低压厂用工作电源,由高压厂用母线通过低压厂用变压器引接。备用/启动电源的引接发电厂的厂用电源,必须供电可靠,且能满足各种工作状态的要求,除应具有正常的工作电源外,还应设置备用电源、启动电源。一般电厂中,都以启动电源兼作备用电源。600MW大型机组通常采用500KV超高压接入系统,由于厂网分开等原因,机组的备用/启动电源引接方式成为影响电气主接线的重要因素。目前主要有以下三种方案：1.从厂内500kV电压母线一级降压引接机组采用500kV一级电压接入系统,备用/启动电源从厂内500kV母线一级降压方式引接。此接线方式需采用500/6kV变压器设备,从500kV降压至6kV的厂用高压电压等级,直接与厂用配电装置连接。早期,由于500/6kV有载调压分裂变压器变比过大,而容量较小,变压器的制造难度较大,但随着工程需求的增加,目前国内已有不少公司生产出了这种变压器。所以,接线合理时应考虑选用。2.从厂内500kV电压母线两级降压引接此接线方式考虑设置500/35～110kV变压器,将500KV降至30～110kV,厂内设置35～110kV配电装置,机组备用电源从此配电装置引接。中间电压等级的选择,一般以35kV比较经济,且35kV配电装置可以选择35kV开关柜,设备布置也比较简单。3.从电网220kV系统引接专用线路机组采用500kV一级电压接入系统,备用/启动电源从电网220kV引接。这是最直接、简单的引接方式,采用此种方式,在目前厂网分开的前提下,主要考虑220kV线路引接距离的经济性问题。对厂内500kV系统主接线采用三列式布置的一台半断路器接线,如果从母线两级降压引接,因两组母线距离较远,所采用的引接方式会使备用电源的可靠性降低；如果铺设专用线路引接,因厂网相距150公里,建设资金和运行维护费用比较大。所以,综合考技术经济的原因,在机组数量为两台时,选择从厂内500kV母线一级降压的引接方案较为合理。3.4厂用电接线形式发电厂厂用电系统接线通常采用单母线分段接线,并多以成套配电装置接受和分配电能。为了保证厂用电系统的供电可靠性和经济性,高压厂用母线均采取按锅炉分段的原则,即将高压厂用母线按锅炉台数分成若干独立段,凡属同一台锅炉的厂用负荷均接在同一段母线上,与锅炉同组的汽轮机的厂用负荷一般也接在该段母线上,而该段母线由其对应的发电机组供电。低压厂用母线一般也采用按锅分段。3.5厂用高压变压器的选择额定电压的确定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处的电压确定,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。根据前面分析,厂用工作变压器的额定电压选为20/6kV,备用/启动变压器的额定电压选为500/6kV。台数和型式的选择1.厂用工作变压器当机组容量增大至600MW及以上等级时,对于厂用工作变压器的设置有以下两种方式：<1>采用一台大容量分裂变压器。这种方式下由于变压器供给的短路电流也大,需要将厂用电系统的断路器开断电流提高到50A及以上。<2>采用两台较小相同容量的分裂变压器。这种方式可降低厂用电系统的短路电流水平以及每个低压绕组出口断路器的额定电流,提高厂用电源的运行可靠性。目前,国内600MW机组的厂用高压工作电源,都采用了较小的两台同容量分裂变压器并列运行的方式。由于厂用高压工作变压器引至发电机出口,而机端电压又十分稳定,所以可采用无载调压的方式。其接线组别选用d,yn1,yn1常规接线。2.备用/启动变压器由于每台600MW机组使用了两台高压厂用分裂变压器并列运行,将高压厂用母线分成四段,因此需用两台备用变压器,而且是从500kV系统引接。为使提供的电压稳定,可采用三绕组分裂式有载调压变压器。四个备用电源分别从其四个低压分裂绕组引接至四段高压四段母线。考虑主变压器和高压厂用工作变压器的连接组别,保持高压厂用母线和备用电源电压的相位一致,备用变压器接线组别采用YN,yn0,yn0。这样当备用变压器代替厂用高压变压器时,可以短时并列运行,避免厂用电源的断电。容量的选择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,对厂用工作变压器的容量应按厂用电高压计算负荷的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。厂用高压备用/启动变压器应与最大一台厂用高压工作变压器的容量相同；厂用低压备用变压器的容量应与最大一台厂用低压工作变压器容量相同。对厂用高压分裂组变压器,其各绕组容量应按下式计算计算负荷<3.1>高压绕组≥<3.2>低压绕组≥<3.3>式中——厂用电高压计算负荷之和；——厂用电低压计算负荷之和；——厂用变压器分裂绕组计算负荷,kV·A；——分裂绕组两分支重复计算负荷,kV·A。电抗的选择厂用工作变压器的电抗要求比一般电力变压器的电抗大,这是因为要限制变压器低压侧的短路电流,否则将影响到电气设备的选择,一般要求电抗应大于10%；但是,电抗过大又将影响厂用电动机的自启动。厂用工作变压器常采用分裂绕组变压器,正常工作时,其电抗较小,可改善厂用电动机的自启动能力；而分裂绕组出口短路时,则电抗较大,可有效地限制短路电流。3.6厂用电系统接线高压厂用电接线每台机组的厂用高压工作电源采用两台三绕组分裂式无载调压变压器,高压厂用母线采用单母线四分段接线,备用/启动电源共采用两台三绕组分裂式有载调压变压器,其低压侧分别连接到各机组的四段厂用工作母线上,如图3.1所示。图3.1高压厂用电系统接线低压厂用电接线低压厂用电接线也采用单母线分段接线方式,如图3.2所示。分段断路器可以保证低压厂用电源的互为备用,提高运行可靠性。正常运行时分段断路器断开,两半段低压厂用母线分别由各自的电源变压器供电,只有当其中一个电源断路器因变压器停运或其他原因断开时,分段断路器才会合闸,由另一台变压器负担全部负荷。图3.2低压厂用电系统接第4章短路电流计算4.1短路电流计算的主要目的电力系统短路电流计算的主要目的有:<1>选择导体和电气设备；<2>电气主接线的比较与选择；<3>选择继电保护装置和整定计算；<4>验算接地装置的接触电压和跨步电压；<5>分析送电线路对通讯设施的影响。本次设计,进行短路电流计算主要是为了导体和电气设备的选择。4.2一般规定计算的假定条件短路电流实用计算中,作如下假设：<1>正常工作时三相系统对称运行。<2>系统中所有发电机都在额定负荷下运行。<3>短路发生在短路电流最大的瞬间。<4>非无限大容量电源供电时,发电机的等值电抗为。<5>发电机电动势均采用次暂态电动势,且同相位。认为在短路瞬间不变,即。<7>短路点以外的负荷可以去掉,当短路点附近有大容量电动机时,则要计及电动机反馈电流的影响。<8>不考虑短路点的电弧阻抗。<9>忽略线路对地电容和变压器的励磁支路,计算110kV及以上高压电网时,忽略线路电阻的影响,只计电抗。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方式,即最大运行方式。但不考虑在切换过程中可能短时并列运行的接线方式<如切换厂用变压器时的短时并列>。对3/2接线主系统,最大运行方式应是将每一串中的3台断路器都投入工作。短路类型一般按三相短路计算。通常三相短路时的短路电流最大,若其他类型短路较三相短路严重时,则应按最严重的情况计算。在本设计的电气主系统中,由于发电机出口采用分相封闭母线,故障几率小,所以运行可靠性高,及不可能出现比三相短路更为严重的短路类型,所以只需计算三相短路电流。短路计算点在计算电路图中,同电位各短路点的短路电流值均相等,但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。校验电器和载流导体时,必须确定电气设备和载流导体处于最严重情况的短路点,使通过的短路电流校验值为最大。例如：两侧均有电源的断路器,如发电厂与系统相联系的出线断路器和发电机、变压器回路的断路器,应比较断路器前、后短路时通过断路器的电流值,择其大者为计算短路点；母联断路器应考虑当采用该断路器向备用母线充电时,备用母线故障流过该备用母线的全部短路电流；带电抗器的出线回路由于干式电抗器工作可靠性较高,且断路器与电抗器间的连线很短,故障几率小,电器一般可选电抗器后为计算短路点,这样出线可选用轻型断路器,以节约投资。当6KV厂用母线短路时,如果高备变代替其中一台厂高变工作,流经厂高变和高备变的短路电流,要经过计算才能比较大小。综上述分析,计算电路图中的短路点可设置为四点,即母线、发电机出口、厂高变分裂绕组一侧和高备变分裂绕组一侧。短路电流计算方法在工程设计中,短路电流计算均采用实用计算法,即在一定假设的条件下,计算出短路电流的各个分量。4.3短路电流计算步骤实用计算中,用运算曲线法计算短路电流的具体步骤：<1>选择短路计算点；<2>系统元件参数计算<标么制>,取基准容量,基准电压<各级平均额定电压>,按平均额定电压之比计算元件电抗的标么值；<3>对电动势、负荷的简化,取各发电机次暂态电动势,电抗用次暂时态电抗表示,略去非短路点的负荷,只计短路点附近大容量电动机的反馈电流；<4>绘出等值网络,并将各元件电抗统一编号；<5>网络化简,在离短路点的电气距离很近时,可将同一类型的发电机进行合并,但无限大容量电源应单独考虑；<6>求转移电抗<分别是等值电源和无限大容量电源对短路点的转移电抗>；<7>求计算电抗,即将前面求出各等值电源的转移电抗按各相应等值电源的容量进行归算；<8>由计算电抗分别查出0、2、4s时各等值电源供出的三相短路电流周期分量有效值的标么值,由无限大容量电源供给的三相短路电流不衰减,其周期分量有效值的标么值；<9>计算短路电流周期分量有值、、；<10>计算短路的冲击电流。4.4计算公式元件参数计算1.发电机<4.1>式中——发电机电抗标么值；——发电机次暂态电抗；——基准容量<一般取100或1000>,；——发电机的额定容量,。2.双绕组变压器<4.2>式中——变压器电抗标么值；——变压器短路电压百分数或阻抗电压百分数,%；——变压器额定容量,MV·A。3.分裂绕组变压器<4.3>式中——分裂变压器高压绕组与一个低压绕组间的电抗标么值；——分裂变压器半穿越电抗百分数,%；——分裂分压器的额定容量。网络变换1.两支路有源网络等值变换<4.4>式中——合并后的等值电源——合并后的等值电抗<a>变换前的网络<b>变换后的网络图4.1网络变换图2.Y/Δ等值变换Y/Δ网络变换如图4.2所示：<a>Y形网络<b>Δ形网络图4.2网络变换图Y/Δ变换<4.5>Δ/Y变换<4.6>计算电抗<4.7>……式中、…——等值电源1、2…短路点的转移电抗、…——等值电源1、2…的额定容量,。短路点短路电流周期分量有效值的计算<4.8>其中……式中——短路点k所在电压级的平均额定电压,kV；、——归算至短路点电压级各等值电源的额定电流,kA。短路的冲击电流<4.9>式中——起始次暂态电流；——冲击系数,一般取1.8。电流分布系数及转移电抗用单位电流法可以比较方便地求得开式网络各支路的电流分布系数和转移抗。如图4.3<a>的网络,令,在短路点加电动势,使之将图4.3<a>网络等效变为图4.3<b>等值网络。在此网络中可使为单位电流,则有,,根据电流分布系数的定义,各支路的电流分布系数为<a>网络图<b>等值网络图4.3用单位电流法求电流分布系数从而得各支路的转移电抗为式中为短路回路总等值电抗。第5章电气设备和导体的选择5.1电气设备选择的一般原则尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样,具体选择方法也不完全相同,但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠地工作,必须按正常工作条件进行选择,并按短路状态来校验热稳定和动稳定。按正常工作条件选择1.额定电压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化,有时会高于电网的额定电压,故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。通常,规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1～1.15倍,而电气设备所在电网的运行电压波动,一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此,在选择电气设备时,一般可按电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择,即≥<5.1>2.额定电流电气设备的额定电流是指在额定环境温度下,电气设备的长期允许电流。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,即≥<5.2>由于发电机和变压器在电压降低5%时,出力保持不变,故其相应回路的应为发电机和变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有可能过负荷运行时,应按过负荷确定<1.3～2倍变压器额定电流>。3.环境条件对设备选择的影响<1>海拔高度的影响当地区海拔超过制造厂家的规定值时,由于大气压力、空气密度和温度相应减少,使空气间隙和外绝缘的放电特性下降。一般非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过1000m,当海拔在1000～3500m范围内,若海拔比制造厂家规定值每升高100m,则电气设备允许最高工作电压要下降1%。<2>温度的影响电气设备的额定电流是指在基准环境温度下,允许长期通过的是最大工作电流。我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度,如周围环境温度高于〔但≤时,其允许电流一般可按每增高,额定电流可增加0.5%,但其最大电流不得超过额定电流的20%。按短路状态校验1.短路热稳定校验短路电流通过电器时,电气设备各部件温度〔或发热效应应不超过允许值,即满足热稳定的条件≥<5.3>式中——短路电流产生的热效应,；、——电气设备允许通过的热稳电流和时间,kA、s。其中<5.4><5.5><5.6>式中——短路的计算时间,s——继电保护动作时间,一般取后备保护动作时间3.9s；——断路器的全开断时间,s；——断路器固有分闸时间,SF6断路器一般为0.03s；——断路器开断时电弧持续时间,约为0.02～0.04s；可见,短路的计算时间最大为3.97s,所以进行短路的热稳定校验时,一般取均会满足要求。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≥<5.7>下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：<1>用熔断器保护的电气设备,其热稳定由熔断时间保证,固可不验算热稳定。<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中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。5.2500kV高压设备的选择5.2.1高压断路器的选择本次采用的3/2接线,两组母线通过4串断路器相连,而进出线不设断路器,所以高压侧共需12台断路器。断路器的选择应在各种合理的运行方式下,按流过断路器的长期工作电流和短路电流最大的一台进行选择。1.种类和型式的选择高压断路器根据灭弧介质不同,可分为少油断路器、压缩空气断路器、真空断路器和六氟化硫SF6断路器四种。其中SF6断路器有断口耐压高、灭弧能力强、开断性能好、无噪声和干扰、制作精度高和密封性能好、体积和面积小等特点,而且维护工作量小、检修周期长和寿命长,目前SF6断路器已被广泛应用于电力系统。所以为满足可靠性的要求,本设计选用户外瓷柱式SF6断路器。2.额定电压和电流的选择≥,≥〔5.8式中、——分别为电气设备和电网的额定电压,kV；、——分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流,A。3.开断电流的选择高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流周期分量。但当断路器的较系统短路电流大很多时,可简化计算,即≥<5.9>由于仅计入了20%的非周期分量,一般中、慢速断路器,开断时间较长<≥0.1s>,短路电流非周期分量衰减较多,能满足标准规定的要求。但对SF6断路器,其全开断时间最大为0.07s<<0.08s>,为高速断路器,其开断电流的最短时间应为主保护动作时间<一般为0.05～0.06s与固有分闸时间之和,最大为0.09s<<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%,需要用短路全电流进行校验。但如果在500KV侧,由于离电源的电气距离较远,同样非周期分量衰减较多,固可不计非周期热分量效应。4.短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时的安全,断路器的额定关合电流不应小于短路电流的最大冲击值,即≥<5.10>5.短路热稳定和动稳定校验校验式为≥、≥<5.11>断路器的额定短路关合电流等于其额定动稳定电流峰值。隔离开关的选择隔离开关与断路器配套使用,对3/2接线,进出线不设隔离开关。但在500KV系统中,电压互感器与电网之间需装设隔离开关。隔离开关与断路器相比,额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流,故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。隔离开关型式的选择。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、双柱式各三柱式。型式对配电装置的布置和占地面积有很大影响,由于组合电器结构紧凑,占地面积小,有利于配电装置的布置。而GW7系列户外、三柱式隔离开关便于发展成组合电器,所以可选用此形式的隔离开关。电流互感器的选择1.种类和型式的选择按用途分测量用和保护用<B>两种,而保护用电流互感器又可分为稳态保护用<P>和暂时态保护用<TP>两种；按安装地点可分为户内式和户外式。在强电系统中,二次额定电流选用5A。2.一次回路额定电压和电流和选择一次回路额定电压和电流应满足≥、≥<5.12>为确保所供仪表的准确度,电流互感器一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。3.准确级的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供测量仪表的准确级。500KV电流互感器的准确级不应低于0.5级；而稳态保护用电流互感器的准确级常用的有5P和10P,暂态保护用电流互感器的准确级分别有TPX、TPY、TPZ三个级别。4.热稳定和动稳定校验<1>热稳定考验,一般以时允许通过的稳定电流或一次额定电流的倍数来校验,即≥或≥<5.13><2>动稳定校验包括内部动稳定和外部动稳定校验,这里只进行内部动稳的校验,通常以额定动稳定电流或动稳定电流倍数表示,即≥或≥<5.14>电压互感器的选择1.种类和型式的选择对500KV采用的3/2接线,应在每条母线上装设一组单相电压互感器,每回出线上装设一组三相电压互感器；由于500kV配电装置中,通常配有双套主保护,并考虑到后备保护、自动装置和测量的要求,电压互感器应具有三个二次绕组,即两个主二次绕组和一个辅助二次绕组；另外500kV系统广泛采用电容式电压互感器。2.一次额定电压和二次额定电压的选择<1>为保证测量的准确性,电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的90%～110%之间。如果用相电压,则为电网额定电压的1/,即或/<5.15><2>二次额定电压。对单相电压互感器,一次绕组接于电网线电压时,二次绕组额定电压为100V；一次绕组接于电网相电压时,二次绕组额定电压为100/V；在电网中性点直接接地系统中,互感器开口三角形辅助绕组额定电压为100V。3.容量和准确级的选择根据仪表和继电器接线要求选择互感器接线方式,尽可能将负荷均匀分布在各相上,然后按各相负荷大小,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。并联电抗器的