电力系统常规设计毕业设计.doc

I 目 录 1 引言.1 2 电力系统有功功率平衡和发电厂装机容量的确定 3 3 确定电力网的最佳接线方案 5 3.1 网络方案的初选 5 3.2 确定电力网络的最佳接线方式 6 4 发电厂及变电所电气主接线的确定 .16 4.1 电气主接线设计原则 .16 4.2 发电厂及变电所的电气主接线确定 .16 5 选择发电厂及变电所的主变和高压断路器 .18 5.1 主变压器的选择 .18 5.2 高压断路器的选择与校验 .19 6 各种运行方式下的潮流计算 .45 6.1 丰水期的潮流计算 .46 6.2 枯水期的潮流计算 .60 7 电力系统无功功率平衡及调压计算 .75 7.1 电力系统无功功率平衡的计算 .75 7.2 调压计算 .76 8 总结 .80 参考文献 81 谢 辞 82 1 1 引言 电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关 系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。作为一种先进的生产 力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到重要作用。近些年来，随着 我国经济的持续快速健康发展，电力工业也突飞猛进，电力建设项目在全国遍地开花。因此， 做好电力系统的设计规划工作，事关国家的长治久安和人民群众的切身利益，也是我们这些 即将走上工作岗位的大学生义不容辞的责任。 1 随着我国各大区域电网公司的组建，在区域电力市场发展的同时，需要加强区域电网的 统一调度，运行方式的统一安排和电网的统一管理。包括负荷的统一安排，电厂检修的统一 安排，负荷的统一平衡。同时，在区域电网之间建立一个机制来加强计划、协调、沟通和控 制，也是亟待考虑的一个重要课题。强制性的电力可靠性标准和规程可以在电力系统控制的 基础层面帮助解决计划，协调和沟通系统之间的崩溃。中国实行“厂网分开”以后，必须建 立合理的电网投资回报机制，设计合理的输电电价体系，以吸引电网的持续投资。与此同时， 为适应电力需求快速增长，电网规划需要有一定的提前性，适度超前以较好地适应发展的需 求。 随着电力系统规模不断扩大，电网逐渐加强，电力系统中短路电流水平逐年攀升，部分 变电站的 220 kV 与 500 kV 母线的短路电流超过 50kA，甚至直逼 63kA。由于短路电流是 2 电网导体与设备选择、计算的基础数据，短路电流的增大过快己成为电力系统规划、设计、 运行面临的重大问题。而合理规划电网结构是限制短路电流的根本措施，特高压交直流电网 的建设对电网规划提出新的要求。在现有电网结构基础上，局部适当调整电网运行方式，是 抑制短路电流较为便捷的手段。采用传统的高阻抗设备、限流电抗器等，可以较好地限制短 路电流，同时投资增加不大，目前在国内外电网中己经广泛应用，但使用时要考虑系统结构 与运行方式等限制条件。提高中压配电网的电压等级，在增大输送容量的同时有效降低了配 电网的短路电流。采用高遮断容量的开关设备只是一种适应性的手段，并不是限制手段。新 型短路电流限制器与可控式串联电抗器，具有正常运行时不改变系统阻抗，短路时增大系统 阻抗的特点，是具有发展前景的短路电流限制技术。对于限制不对称短路电流的零序分量， 主要从增大变压器中性点阻抗方面入手，目前多采用加装变压器中性点小电抗与适当增加电 网三线圈变压器数量来实现。总之，短路电流对于电网的规划、设计影响重大，与电网建设 2 的投资关系密切，作为电力工作者应合理使用各种限制电网短路电流措施，以有效抑制目前 短路电流水平增长过快的势头。 本次设计的课题内容为电力系统常规设计，是电气工程及其自动化专业学生学习完该专 业的相关课程后，在毕业前夕所做的一次综合性的设计。 该次毕业设计的目的在于：学生在学习完该专业的相关课程后，能够对所学知识有一个 系统而全面地认识，从而达到加强巩固的目的，为以后的工作奠定一定的基础。同时了解国 家对电力系统的规划和发展的近期和远期目标；电力系统发展的规模及其速度和未来国民经 济的发展对其规划和设计的要求；了解动力资源和其它经济资源的合理分配，从而测算出用 户对电力、电量的需求，分析合理地电源构成和布局、装机规模及单机容量，研究新的输电 方式和更高的电压等级，以及对电网新运行方式的需求，估算未来电力系统发展所需求的资 金和各类燃料数量；提出电力工业发展所需超前研究的科研课题和建设方针、设计以及新设 备试制等任务。 通过该次设计，学生能够独立地设计出合理地电源和网络建设方案，统一和协调输、变 电工程的配套建设方案项目，确定设计年度内系统发展的具体实施方案，从整体出发，深入 论证各种方案的可行性。 该设计解决的问题就是通过进行必要的安全校核计算，从众多方案中选择出技术指标 （可靠性、灵活性和经济性）较高的方案，确定电厂、变电所主接线及对网络的中性点运行 方式和不对称故障分析，力争做到创新。 设计的内容主要包括计算书、说明书、与本专业的相关一篇外文翻译及附录。通过此次 设计，我们不仅掌握了各种运行方式下电力网的潮流分布和故障分析，培养解决实际工程问 题的能力，并为以后在电力系统行业的工作打下基础。 3 2 电力系统有功功率平衡和发电厂装机容量的确定 电力系统有功功率平衡是指运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和 ，在 3 max P 任何时刻都等于该系统的总负荷。 maxi P 1）求取系统综合最大发电负荷 系统综合最大用电负荷: 式中：为最大负荷同时率，本设计取=0.9； max0maxi PkP 0 K 0 K =150+120+90+90+60=510（MW） ； =5100.9=459（MW） maxi P max P 系统综合最大供电负荷： 通过系统的最大用电负荷和供电负荷的 10%网损率可算出最大供电负荷，其公式为 ，为网损率,取 10%；=459/(1-10%)=510(MW) l s K P P 1 max max l K maxs P 系统综合最大发电负荷 式中：为厂用电率，本设计中取值为 6%)1 ( maxmaxpsg KPP p K =510/(1-6%)=542.55（MW） maxg P 2）求取系统的有功备用容量PR 事 故 备 用 ：取最大负荷的 10%，但不得小于最大一台机组的容量。 10%=542.550.1=54.26(MW） maxg PP事故备用 负 荷 备 用 ：取最大负荷的(25)%，大系统取小值，小系统取大值，本系统取大值 5%=542.550.05=27.13(MW） maxg PP负荷备用 即 系统的有功备用容量54.26+27.13=81.39(MW） R P 负荷备用事故备用 PP 3）确定电厂的装机容量 系统总装机容量：542.55+81.39=623.94(MW) RgGN PPP max 水电厂的装机容量：P=-=459-5100.94800/8760=207.49(MW) 峰max P 平均负荷 P =P0.5=207.49/0.5=414.98(MW) 水GN P 峰 式中：P系统有功日负荷曲线的峰头部分 峰 4 0.5水电厂在枯水期用 50%的容量调峰 水厂厂用电率为 1%；强迫功率 32MW；枯水期水厂可发电容量为丰水期的 50%。 根据任务书所述，最多选定 6 台 TS425/94-28 机组，水轮机型号、参数见下表 2-2 所示： 表 2-1 水轮机型号、参数 型号 额定功率 (MW) 额定电压 ( kV) 额定功率 因数 xdxd xd xqx2 6TS425/94-281010.50.801.0700.3050.2190.7490.228 火电厂的装机容量：=623.94-60/0.5=593.94（MW） 水火 PPP GNGN 查电气工程电气设备手册 ，拟建火电厂的容量为 50MW 机组共 10 台，25MW 机组共 4 台； 汽轮机型号、参数见下表 2-1 所示： 表 2-2 汽轮机型号、参数 型号 额定功率 (MW) 额定电压 ( kV) 额定功率 因数 xdxd xd x2x0 4TQG-25-2256.30.82.1660.2050.1260.1540.083 10QFS-50-25010.50.801.730.2160.1410.1720.0651 5 3 确定电力网的最佳接线方案 3.1 网络方案的初选 根据地理位置，考虑可能的网络连接方式，对显然不合理的方案予以淘汰，其首要依据 4 为电力系统的供电可靠性，其次可通过满足备用情况的线路长度、高压断路器的数量及调度的 灵活性等指标来取舍，最后只保留少数几个方案进行下一步的经济比较。 从可靠性角度分，电网接线基本上可以分为无备用网络和有备用网络两大类。无备用网络 又可分为单回路放射式和单回路链式；有备用网络又可分为双回路放射式、双回路链式、环网 和双回路与环网混合型等。 从电网结构繁简程度分，并从如何分析、控制稳定水平着眼，电网结构又可分为简单结构 和复杂结构两种。属于简单结构的电力系统是分析机电暂态过程时可以归结为等值两机系统的 电力系统。如果在分析电力系统机电暂态时不能归结为两机系统，则电力系统应该用 3 台或更 多台等值发电机来表示，这就属于复杂结构的电力系统了。本题目属于复杂电力系统。电力网 络初选的情况见表 3-1 所示： 表 3-1 电力网络方案的初选 1 供电不可靠，电力网过于复杂且不安全，不宜 采用 2 供电不可靠，所用导线过长过多，经济性差， 不宜采用 3 供电可靠，但所用导线过长，经济性差，不宜 采用 4 供电不可靠，所用导线过长过多，经济性差， 不宜采用 6 5 供电可靠性高，接线简单，运行方便，可采用 6 供电可靠性高，投资小，可采用 7 供电可靠，投资少，但调度复杂，不宜采用 8 供电可靠，投资少，但故障时会造成某些线路 过负荷，不宜采用 综上比较：初步选出了方案 5 与方案 6 两个比较合理的结线方案 3.2 确定电力网络的最佳接线方式 针对网络方案初选后所取的两个方案，从总投资和总年运行费两个方面进行经济技术比 较。若总投资和总年运行费同时为小时，则取之；若总投资和总年运行费一大一小时，则采 用偿还年限法进行经济比较，最后确定其中之一为最佳接线方案。 一般，标准抵偿年限T 为 68 年（负荷密度大的地区取最小值；负荷密度小的地区 5 取最大值） 。当 T 大于标准抵偿年限时，应选择投资小而年费用较多的方案；反之，则选择 投资多而年费用少的方案。 3.2.1 方案 5 的总投资和总年运行费 1）计算方案 5 的总投资 计算方案 5 的线路总投资 a.首先确定各段线路的电压等级 我国各级电压传输能力统计表 3-2 表 3-2 各级电压架空线路与输送容量、输送距离的关系 输电电压（kV）输送容量（MW）传输距离（kM） 7 0.380.1 及以下0.6 及以下 30.11.013 60.11.2415 100.22.0620 352102050 110105050100 220100500100300 3302001000200600 50060015004001000 根据上表可选各线路电压等级分别见表 3-3 表 3-3 各线路电压等级 项目 线路H1S1H2S3S4H5 最大负荷（MW）413.94263.94120909060 距离（km）181.11100.5082.46100106.3042.43 电压等级（kV）220220220220220220 H：火电厂 S：水电厂 b.计算导线截面积及型号 火电厂到变电所 1、2、5 与水电厂到变电所 1、3、4 均采用双回线路，当其中一回发生 故障时，另一回应能承担变电所最大负荷的 70%供电。 按经济电流密度法确定各个导线型号 通过线路的传输功率和传输距离，确定电压等级，按经济电流密度法 S=P/（cosUJ） ，3 J 取值：1.15，求出导线截面积,确定方案导线型号，各回线路所选导线型号结果见表 3-2 =选取导线型号为 LGJ-4002 1H S 2 3 mm79.524 5.11.902203 10%5094.413 =选取导线型号为 LGJ-400 1S S 2 3 mm62.334 5.11.902203 10%5094.263 =选取导线型号为 LGJ-240 2H S 2 3 mm13.152 5.119 . 02203 10%50120 =选取导线型号为 LGJ-240 3S S 2 3 mm10.114 5.119 . 02203 10%5090 8 =选取导线型号为 LGJ-240 4S S 2 3 mm10.114 15 . 1 .902203 10%5090 =选取导线型号为 LGJ-240 5H S 2 3 mm07.76 5.119 . 02203 1050%06 表 3-4 方案 5 所选架空导线 参数 线路 线路型号R()/ kmX()/ km 电压等级 （kV） 单价 km万 距离 （km） 投资 （万） 1H LLGJ-40020.080.417220302181.1121733.2 1S LLGJ-4000.080.417220302100.506030 2H LLGJ-2400.1310.43222030282.464947.6 3S LLGJ-2400.1310.4322203021006000 4S LLGJ-2400.1310.432220302106.306378 5H LLGJ-2400.1310.43222030242.432545.8 合计：导线投资为 47634.6 万元 c.对所选导线的截面积进行校验 按机械强度校验导线截面积 为了保证架空线路必要的安全机械强度，对于跨越铁路，通航河流、运河、公路、 通信线路和居民区的线路，其导线截面不得小于 35 mm ，所选导线都符合要求。 2 按电晕校验导线截面积 电力设计手册规定：电压等级为 220kV 的输电线路，导线最小直径不小于 21.4mm 不必验算电晕，所选导线都符合要求。 按发热校验导线截面积 表 3-5 各种型号导线长期运行时能通过的最大电流值 型号LGJ-150LGJ-185LGJ-240LGJ-300LGJQ-400 载流量445A515A610A700A845A 根据公式=可得 H I COSU P N MAX 3 10%70 3 9 = 1H I AA284508.1317 9 . 02203 10.7094.413 3 = 1S I AA84581.839 9 . 02203 10.7094.263 3 = 2H I AA61082.381 9 . 02203 10.70120 3 = 3S I AA61036.286 9 . 02203 10.7090 3 = 4S I AA61036.286 9 . 02203 10.7090 3 = 5H I AA61091.190 9 . 02203 10.7060 3 故所选导线都符合要求。 计算变压器总投资 a.选取变压器的台数 由于本系统有 5 个变电所，所以每个变电所均装设 2 台变压器，即共选取 10 台变压器， 当一台变压器发生故事另一台应能承担总容量的 70%。 b.选取变压器型号 利用公式： 计算出变压器所需容量 COS P S MAX %70 =116667(kVA) 1# S .90 10%70150 3 =93333(kVA) 2# S .90 10%70120 3 =70000(kVA) 3# S .90 10%7090 3 =70000(kVA) 4# S .90 10%7090 3 =46667(kVA) 5# S .90 10%7060 3 表 3-6 各个变电器的型号、价格及各个实验参数 变 压 器 型号额定容量高压低压 0 P kW S P kW % 0 I% S U价格（万） #1SF-120000/22012000022081.25%38.51306000.511.23752 #2SF-120000/22012000022081.25%38.51306000.511.23752 10 #3SF-90000/2209000022081.25%38.5642760.710.52792 #4SF-90000/2209000022081.25%38.5642760.710.52792 #5SF-50000/2205000022081.25%38.5451750.710.5140.992 合计：变压器总投资为 2897.98 万元 计算方案 5 的一次性投资 一次性投资=线路总投资+变压器总投资=47634.6+2897.98=50532.58（万元） 2）计算方案 5 的年总运行费 年运行费用包括折旧费、小修费、维护管理费、电能损耗费。其中折旧费、小修费、维 护管理费之和约占线路总投资的 7%与变压器总投资的 13%，电网全年的电能损耗可通过最大 负荷损耗时间法计算电网全年的电量损耗，电能损耗计算公式为， 3 22 2 max 10 cos U RP W 其中损耗小时数可由线路传输的最大年利用小时数和线路传输功率因数查得； max Tcos 计算系统设备的运行维护管理费、小修费、折旧费￥1 ￥1=47634.67%+2897.9813%=3711.16（万元） 计算电网全年的电能损耗费用￥2 a.利用电能损耗计算公式计算线路中的全年能量损耗： 3 22 2 max 10 cos U RP W 50.66(kWh) 1LH W 3 22 2 3 10 220.90 4320011.18108. 0 4 1094.413 6 10 22.86(kWh) 1LS W 3 22 2 3 10 220.90 2320050.10008. 0 2 1094.263 6 10 6.35(kWh) 2LH W 3 22 2 3 10 220.90 2320046.82131 . 0 2 10120 6 10 4.33(kWh) 3LS W 3 22 2 3 10 220.90 23200100131 . 0 2 1090 6 10 4.60(kWh) 4LS W 3 22 2 3 10 220.90 2320030.106131 . 0 2 1090 6 10 11 0.82(kWh) 5LH W 3 22 2 3 10 220.90 2320043.42131 . 0 2 1060 6 10 故，线路中线路全年能量损耗为 89.62（kWh） L W 6 10 b.计算变压器的全年能量损耗 T W 6 2 1 103.433200 1202 .90150 600287601302320087602 TOT PPW (kWh) (kWh) 6 2 2 1046 . 3 3200 1202 .90120 600287601302320087602 TOT PPW (kWh) 6 2 3 105.023200 902 .9090 27628760642320087602 TOT PPW (kWh) 6 2 4 1084 . 13200 902 .9090 27628760642320087602 TOT PPW (kWh) 6 2 5 1084 . 13200 502 .9060 17528760452320087602 TOT PPW 故，变压器全年能量损耗为 11.90(kWh) T W 6 10 系统的总电能量损耗=+=(89.62+11.90)=101.52(kWh)W L W T W 6 10 6 10 电网全年的电能损耗费用（0.5 元/度）￥2=0.5=50760000(元)W 电网总年运行费用=5076+3711.16=8787.16（万元） 综合： 方案 5 一次性投资为 50532.58 万元 方案 5 总年运行费为 8787.16 万元 3.2.2 方案 6 的总投资和总年运行费 1）计算方案 6 的总投资 计算方案 6 的线路总投资 a.首先确定各段线路的电压等级 88.77(MW) 2H P 43.4246.8245.110 43.426043.4245.110120 91.23(MW) 5H P 43.4246.8245.110 46.8212046.8245.11060 12 60(MW) 90(MW) 90(MW) 413.94(MW) 263.94(MW) 25 P 3S P 4S P 1H P 1S P 表 3-7 各段线路电压等级 项目 线路H1S1H2S3S4H525 最大负荷（MW）413.94263.9488.77909091.2360 距离（KW）181.11100.5082.46100106.342.43110.45 电压等级（KV）220220220220220220220 H：火电厂 S：水电厂 b.计算导线截面积及型号 火电厂到变电所 2、5 采用环网，火电厂到变电所 1、水电厂到变电所 1、3、4 采用双回 导线，按经济电流密度法确定各个导线型号 通过线路的传输功率和传输距离，确定电压等级，按经济电流密度法 S=P/(cosUJ)，3 J 取值：1.15，求出导线截面积,确定方案导线型号，各回线路所选导线型号结果见表 3-2 = 1H S 2 3 mm79.524 5.11.902203 10%5094.413 = 1S S 2 3 mm62.334 5.11.902203 10%5094.263 = 2H S 2 3 mm08.225 5.119 . 02203 1077.88 = 25 S 2 3 mm13.152 5.119 . 02203 1060 = 3S S 2 3 mm10.114 15 . 1 .902203 10%5090 = 4S S 2 3 mm10.114 15 . 1 .902203 10%5090 = 5H S 2 3 mm32.231 5.119 . 02203 1023 . 1 9 表 3-8 方案 6 所选架空导线 参数 线路 线路型号R()/ kmX()/ km 电压等级 （kV） 单价 km万 距离 （km） 投资 （万） 1H LLGJ-40020.080.417220302181.1121733.2 1S LLGJ-4000.080.417220302100.506030 13 2H LLGJ-3000.1070.42203582.462886.1 25 LLGJ-2400.1310.4322030110.453313.5 3S LLGJ-2400.1310.432203021006000 4S LLGJ-2400.1310.43220302106.36378 5H LLGJ-3000.1070.42203542.431485.05 合计：导线投资为 47825.85（万元） c.对所选导线的截面积进行校验 按机械强度校验导线截面积 为了保证架空线路必要的安全机械强度，对于跨越铁路，通航河流、运河、公路、 通信线路和居民区的线路，其导线截面不得小于 35 mm ，所选导线都符合要求。 2 按电晕校验导线截面积 电力设计手册规定：电压等级为 220kV 的输电线路，导线最小直径不小于 21.4mm 不必验算电晕，所选导线都符合要求。 按发热校验导线截面积 表 3-9 各种型号导线长期运行时能通过的最大电流值 型号LGJ-150LGJ-185LGJ-240LGJ-300LGJQ-400 载流量445A515A610A700A845A 根据公式=可得 H I COSU P N MAX 3 10%70 3 = 1H I AA284508.1317 .902203 107 . 094.413 3 = 1S I AA84581.839 .902203 107 . 094.263 3 = 2H I AA70050.403 .902203 1077.88 3 = 25 I AA61073.272 .902203 1060 3 = 3S I AA61036.286 .902203 10.7090 3 14 = 4S I AA61036.286 .902203 10.7090 3 = 5H I AA70068.414 .902203 1023.91 3 故所选导线都符合要求。 计算变压器总投资 方案 6 的变压器总投资计算方法与结果同方案 5 一致，即：变压器总投资为 2897.98 万元。 计算方案 6 的一次性投资 一次性投资=线路总投资+变压器总投资=47825.85+2897.98=50723.83（万元） 2）计算方案 6 的年总运行费 年运行费用包括折旧费、小修费、维护管理费、电能损耗费。其中折旧费、小修费、维 护管理费之和约占线路总投资的 7%与变压器总投资的 13%，电网全年的电能损耗可通过最大 负荷损耗时间法计算电网全年的电量损耗，电能损耗计算公式为， 3 22 2 max 10 cos U RP W 其中损耗小时数可由线路传输的最大年利用小时数和线路传输功率因数查得； max Tcos 计算系统设备的运行维护管理费、小修费、折旧费￥1 ￥1=47825.857%+2897.9813%=3724.55（万元） 计算电网全年的电能损耗费用￥2 a.利用电能损耗计算公式计算线路中的全年能量损耗： 3 22 2 max 10 cos U RP W 50.66(kWh) 1LH W 3 22 2 3 10 220.90 4320011.18108. 0 4 1094.413 6 10 22.86(kWh) 1LS W 3 22 2 3 10 220.90 2320050.10008. 0 2 1094.263 6 10 10.37(kWh) 2LH W 3 22 2 3 10 220.90 320046.82107 . 0 10120 6 10 4.25(kWh) 25L W 3 22 2 3 10 220.90 320045.110131 . 0 1060 6 10 4.33(kWh) 3LS W 3 22 2 3 10 220.90 23200100131 . 0 2 1090 6 10 15 4.60(kWh) 4LS W 3 22 2 3 10 220.90 2320030.106131. 0 2 1090 6 10 10.37(kWh) 5LH W 3 22 2 3 10 220.90 320043.42107. 01023.91 6 10 故，线路中线路全年能量损耗为 107.44kWh L W 6 10 b.计算变压器的全年能量损耗： T W 变压器全年能量损耗的计算方法与结果同方案 5 一致，故变压器全年能量损耗为 11.90 T W kWh 6 10 系统的总电能量损耗=+=(107.44+11.90)=119.34(kWh)W L W T W 6 10 6 10 电网全年的电能损耗费用（0.5 元/度）￥2=0.5=59670000（元）W 电网总年运行费用=5967+3724.55=9691.55（万元） 综合： 方案 6 一次性投资为 50723.83 万元 方案 6 总年运行费为 9691.55 万元 3.2.3 通过技术经济比较确定最佳方案 在本设计中，方案 5 的工程投资小于方案 6 的工程投资： =50723.83-50532.58=191.25(万元) 56 ZZ 而方案 5 的年运行费用也小于方案 6 的年运行费用： =9691.55-8787.16=904.39（万元） 56 TT 本设计中方案 5 的总投资和年运行费都小于方案 6。方案 5 不仅技术可行，经济上也比 较合理，因此不需要抵偿年限来判断。最终选取方案 5 最为本区域网络的最佳接线方案。 16 4 发电厂及变电所电气主接线的确定 4.1 电气主接线设计原则 电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成 6 为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。对主接线的基本要求，概 括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。 本设计主要进行技术比较，经济性只作定性论证。技术比较是根据发电厂及变电所的容 量、规模、运行方式、电压等级、负荷性质、回路数及其在系统中的作用等进行全面的分析 论证。一般从以下几个方面进行分析： 供电的可靠性； 运行的灵活性； 检修与维护的方便性； 接线与继电保护的简化； 4.2 发电厂及变电所的电气主接线确定 4.2.1 火电厂电气主接线的确定 QFS-50-2 汽轮机，发电机出口电压为 10.5KV，且没有发电机机压负荷，可直接采用发 电机变压器单元接线方式升到 220kV，其适用范围为只有一台变压器和一回线路时；当发 电厂内不设高压配电装置、直接将电能送至系统枢纽变电所时。由于本系统为区域小系统， 火厂主接线方式得从供电的可靠性考虑，且为了能灵活地适应系统各种运行方式调度和潮流 变化的需要，所以 220kV 采用双母线接线； TQG-25-2 汽轮机，发电机出口电压为 6.3KV，由于本系统的最大机组容量为 50MW，考 虑到供电的可靠性，扩建的灵活性，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，虽出线回路少，但 220kV 最终 采用双母线接线。 4.2.2 水电厂电气主接线的确定 6 台 TS425/94-28 的水轮机，分别采用发电机双绕组变压器单元接线方式升到 220kV，这种单元接线简单，开关设备少，避免了由于额定电流或短路电流过大时，使得选 择出口断路器时，受到制造条件等原因造成的困难；220kV 采用双母线接线。 4.2.3 变电所电气主接线的确定 考虑到#1#5 个变电所的高压侧母线较为重要，分析供电的可靠性，扩建的灵活性，可 17 考虑用双母线，本系统的各回路负荷可以任意分配到某一组母线，且其中一条母线故障后， 可迅速恢复供电，符合本区域系统要求，又由于变电所的高压侧均采用了可靠性高的六氟化 硫（）断路器，其检修周期长，故不设旁路设施，最终变电所高压侧母线选取双母线接 6 SF 线。 综上所述，本设计系统的高压侧母线均采用双母线接线，高压侧均采用了可靠性高的 7 六氟化硫（）断路器，其检修周期长，均不设旁路设施。 6 SF 图 4-1 电气主接线图 18 5 选择发电厂及变电所的主变和高压断路器 5.1 主变压器的选择 发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的额定容量可按发电机的额定容量扣除本机 组的厂用负荷后，留有 10%裕度来确定； cos %1011 . 1PS火 cos %211 . 1PS水 5.1.1 火电厂主变压器容量和型号的选择 QFS-50-2 发电机采用的变压器 T1，容量为： 61.88(MVA) 1T S 8.0 %101501.1 T1 选用 SSP3-75000/220TH 型号的双绕组变压器，具体参数详见表 5-1 TQG-25-2 发电机采用双绕组变压器 T2: 30.94(MVA) 2T S 8.0 %101251.1 选用 SFP7-40000/220 型号的双绕组变压器，具体参数详见设计说明书表 5-1 然后结合低压侧和高压侧的电压，可以查阅设计手册选择发电厂的主变的型号，选型如下： 8 表 5-1 火电厂主变压器型号、参数 名称型 号 额定电压 (kV) 阻抗电压() % S U 负载损耗 (kW) S P 空载损 耗(kW) 空载电 流(%) T1 SSP3- 75000/220TH 24222.5% 10.5 13.8534279.61.3 T2 SFP7- 40000/220 24222.5% 6.3 12175521.1 5.1.2 水电厂主变压器容量和型号的选择 TS425/94-28 发电机采用变压器 T3: 13.48 (MVA) 3T S 8.0 %21101.1 选用 SFP7-40000/220 型号的双绕组变压器，具体参数详见设计说明书表 5-2 表 5-2 水电厂主变压器型号、参数 19 名称型 号 额定电压 (kV) 阻抗电压() % S U 负载损耗 (kW) S P 空载损 耗(kW) 空载电 流(%) T3 SFP7- 40000/220 24222.5% 10.5 12175521.1 5.1.3 变电所主变压器容量和型号的选择 表 5-3 各个变电器的型号及各个实验参数 变压器型号 额定容 量 高压低压 （kW 0 P ） （kW S P ） % 0 I% S U #1SF-120000/22012000022081.25%38.51306000.511.2 #2SF-120000/22012000022081.25%38.51306000.511.2 #3SF-90000/2209000022081.25%38.5642760.710.5 #4SF-90000/2209000022081.25%38.5642760.710.5 #5SF-50000/2205000022081.25%38.5451750.710.5 5.2 高压断路器的选择与校验 5.2.1 高压断路器的选择 计算各断路器回路的最大持续工作电流。然后按断路器所处的电网的额定电压和额定电 流来选择断路器：， N U NS U Nmax II 式中：，断路器的额定电压和额定电流； N U N I 断路器安装处的网络额定电压； NS U 断路器回路的最大持续工作电流。 max I 以断路器回路的最大持续工作电流、额定电压来选取，其中最大持续工作电流 max I N U 可以取负荷最重的一个回路的电流 max I 1）火电厂 220kV 侧高压断路器： QFS-50-2 型发电机出口断路器的最大持续工作电流为： 20 =172.22(A) N N g U P I cos3 05.1 max.1 2208.03 105005.1 3 经过比较，确定172.22A =220kV 初步选取为 LW2-220 型号断路器、GW4-220 型 max I N U 号隔离开关，详细参数见表 5-4、5-5。 TQG-25-2 型发电机出口断路器的最大持续工作电流为： =86.11(A) N N g U P I cos3 05.1 max.2 2208.03 102505.1 3 经过比较，确定86.11A =220kV 初步选取为 LW2-220 型号断路器、GW4-220 型号 max I N U 隔离开关，详细参数见表 5-4、5-5。 2）水电厂 220kV 高压侧断路器： TS425/94-28 型发电机出口断路器的最大持续工作电流为： =34.44(A) N N g U P I cos3 05.1 max. 2208 . 03 101005 . 1 3 经过比较，确定34.44A =220kV 初步选取为 LW2-220 型号断路器、GW4-220 型号 max I N U 隔离开关，详细参数见表 5-4、5-5。 3）变电所高压侧断路器的选择 #1 变电所： =321.48(A) 70% Ucos3 05 . 1 N max1# N g P I70% 2200.93 150000 1.05 #2 变电所： =257.18(A) 70% Ucos3 05 . 1 N max2# N g P I70% 0220.93 120000 1.05 #3 变电所： =192.89(A) 70% Ucos3 05 . 1 N max3# N g P I70% 0220.93 90000 1.05 #4 变电所： =192.89(A) 70% Ucos3 05 . 1 N max4# N g P I70% 0220.93 90000 1.05 #5 变电所： 21 =128.59(A) 70% Ucos3 05 . 1 N max5# N g P I70% 0220.93 60000 1.05 根据各高压母线侧的、及断路器安装的要求，查电气设备手册，变电所 220kV 高 N U maxg I 压侧断路器初步全都选取为 LW2-220 型号断路器，其具体参数见表 5-4、5-5 。 表 5-4 断路器的额定参数 断路器型号断路器（LW2-220） 额定电压 N U220kV 额定电流 N I2500A 表 5-5 隔离开关的额定参数 隔离开关型号隔离开关（GW4-220） 额定电压 N U220kV 额定电流 N I2500A 5.2.2 高压断路器的校验 .短路电流的计算 9 最终选定的网络方案后，分别对火电厂高压（220kV） ，水电厂高压（220kV） ，以及各个 变电所的高压侧母线进行三相短路电流计算。短路计算时，忽略线路、变压器电阻以及负荷 的影响，其步骤为: 根据电气主接线画出等值电路图（见图 5-1） ； 选统一功率基准值 S SB B，令电压基准值 U UB B =U=Uav av，求各元件的电抗标么值； 确定短路计算点； 采用星网变换法，求出各电源点到对各短路计算点的转移电抗和计算电抗； 由计算曲线查出各电源供给短路电流的标么值；计算出各短路计算点的三相短路起 始次暂态电流 II、短路冲击电流；2 秒及 4 秒时的短路电流周期分量有效值； sh I 填制短路电流计算结果表（见表 5-6） 。 22 图 5-1 短路计算等值电路图 (一)各元件电抗标幺值的计算 发电机： 变压器： 线路： GN B dG S S XX * TN BS T S SU X 100 % * 2 * B B LL U S XX 取基准容量： 基准电压：AMVSB100 avB UU 火电厂发电机 G1-G9 的电抗标幺值： 346 . 0 8 . 0 50 100 216 . 0 * 1098765432 * 1 XXXXXXXXXX 火电厂发电机 G10-G14、的电抗标幺值： 656 . 0 8 . 0 25 100 205. 0 1413 * 12 * 11 XXXX 水电厂发电机 G15-G20 的电抗标幺值： 440 . 2 8 . 0 10 100 305 . 0 * 20 * 19 * 18 * 17 * 16 * 15 XXXXXX 火电厂所用双绕组变压器 T1 的电抗标幺值： 0.185 * 30 * 29 * 28 * 27 * 26 * 25 * 24 * 23 * 22 * 21 XXXXXXXXXX 75 100 100 85.13 火电厂所用双绕组变压器 T2 各绕组的电抗标幺值为： 300. 0 40 100 100 12 * 34 * 33 * 32 * 31 XXXX 水电厂所用双绕组变压器 T3 的电抗标幺值： 23 =0.300 * 40 * 39 * 38 * 37 * 36 * 35 XXXXXX 40 100 100 12 各回线路的电抗标幺值： 火电厂#2： 034. 0 230 100 324 . 046.82 2 1 2 * 41 X 火电厂#5： 069 . 0 230 100 23.4043.42 2 1 2 * 42 X 火电厂#1： 036 . 0 230 100 417 . 0 11.181 4 1 2 * 43 X 水电厂#1： 040. 0 230 100 17.4050.100 2 1 2 * 44 X 水电厂#3： 041 . 0 230 100 23.40100 2 1 2 * 45 X 水电厂#4： 043 . 0 230 100 23.4030.106 2 1 2 * 46 X (二)点（火电厂 220kV 母线）短路电流计算 1 K 由等值电路图 1 化简可得等值电路 2，见图 5-2 所示 图 5-2 等值电路 2 0.053 * 30 * 10 * 22 * 2 * 21 * 1 * 47 /./XXXXXXX 0.239 * 34 * 14 * 32 * 12 * 31 * 11 * 48 /./XXXXXXX 0.036+0.040=0.076 * 44 * 43 * 49 XXX 0.457 * 40 * 20 * 36 * 16 * 35 * 15 * 50 /./XXXXXXX 由等值电路 2 化简成等值电路 3，可得电源点到短路点的短路电抗。 1 K 24 图 5-3 等值电路 3 0.076+0.457=0.533 * 50 * 49 * 51 XXX 0.043 .2390.0530 392 . 0530 . 0 / * 48 * 47 * 52 XXX a.火电厂供给的短路电流 计算电抗：323 . 0 100 8 . 0 600 043 . 0 X （火）js 查汽轮机计算曲线，次暂态(0s)短路电流标幺值为：；2s 短路电流标幺值为：368 . 3 I * ；4s 短路电流标幺值为：；360 . 2 * 2 I316 . 2 * 4 I 因此：次暂态短路电流的有名值为 =3.368=6.34(kA) av N U S II 3 * 23038 . 0 600 2s 短路电流的有名值 =2.360=4.44(kA) av N U S II 3 * 22 23038 . 0 600 4s 短路电流的有名值 =2.316=4.36(kA) av N U S II 3 * 44 23038 . 0 600 短路冲击电流：16.14(kA) 28 . 1IIsh34 . 6 28 . 1 b.水电厂供给的短路电流 计算电抗：400 . 0 100 8 . 0 60 533. 0X （水）js 25 查水轮机计算曲线，次暂态(0s)短路电流标幺值为：；2s 短路电流标幺值为：767 . 2 * I ；4s 短路电流标幺值为：；600 . 2 * 2 I728 . 2 * 4 I 因此：次暂态短路电流的有名值为 =2.767=0.52(kA) av N U S II 3 * 23038 . 0 60 2s 短路电流的有名值 =2.6=0.49(kA) av N U S II 3 * 22 23038 . 0 60 4s 短路电流的有名值 =2.728=0.51(kA) av N U S II 3 * 44 23038 . 0 60 短路冲击电流：1.32 (kA) 28 . 1IIsh25 . 028 . 1 c.各电源供给的短路电流汇总表 各电源供给的短路电流汇总表见表 5-6 表 5-6 火电厂 220kV 母线（K1 点）短路电流计算结果汇总表(单位：kA) 电 源 0s 短路电流 I 2s 短路电流 2 I4s 短路电流 4 I冲击电流 火电厂（575MW） 火 S6.344.444.3616.14 水电厂（60MW） 水 S0.520.490.511.32 总和6.864.934.8717.46 短路电流热效应=104.614 12 10 2 4 2 2 2 III QK4 12 87 . 4 93 . 4 1086 . 6 222 skA 2 (三)点（水电厂 220kV 母线）短路电流计算 2 K 由等值电路图 1 化简可得等值电路 4。 26 图 5-4 等值电路 4 0.053 * 30 * 10 * 22 * 2 * 21 * 1 * 53 /./XXXXXXX 0.239 * 34 * 14 * 32 * 12 * 31 * 11 * 54 /./XXXXXXX 0.036+0.040=0.076 * 44 * 43 * 55 XXX 0.457 * 40 * 20 * 36 * 16 * 35 * 15 * 56 /./XXXXXXX 等值电路图 4 进一步化简，最终化简成等值电路图 5。 图 5-5 等值电路 5 0.119 * 55 * 54 * 53 * 57 /XXXX a.火电厂供给的短路电流 计算电抗：893 . 0 100 8 . 0 600 119 . 0 X （火）js 查汽轮机计算