火电厂电气主系统设计

毕业设计论文题目 大型热电厂电气主系统设计 学生 徐蓉 * 2012152201 专业电气工程及其自动化 班级 20121972 指导教师 铁 评阅教师完成日期2016 年5月20日毕业设计论文课题任务书2014-2015 学年学院名称：电气与新能源学院课题名称 大型热电厂电气主系统设计学生徐蓉 专业 电气工程 及其自动化*2012152201指导教师 铁任务书下达时间2015年11月 20 日课题概述：本次设计为电气一次局部初步设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该发电厂为热电厂，包括2台凝气式机组300MW额定电压15.75kV，COS=0.9，和2台供热机组50MW额定电压10.5kV，COS=0.9，厂用电率5%,机组的年利用小时数6300h。110.5kV电压级最大负荷20MW，最小负荷15MW，0.8,电缆溃线10回；2220kV电压级最大负荷250MW，最小负荷200MW， 0.85，4500h，架空线5回； 3 500kV电压级与容量为3500MW的电力系统相连，系统归算到500kV母线上的标么电抗*0.021,基准容量100)，500kV架空线4回，备用线1回。本设计包括：发电厂电气主接线设计，主变压器的台数、容量、型号等主要技术数据确实定，短路电流计算，主要电气设备选择及校验；绘制电气接线图。要求阅读或检索的参考资料及文献：1弋.电力工程电气设计手册电气一次局部M ;中国电力, 1989。12。2熊信银.发电厂电气局部M;中国电力，2009. 3王成江. 发电厂变电站电气局部M; 中国电力，2008.4何仰赞. 电力系统分析M;华中科技大学，2002.5黄纯华. 发电厂电气局部课程设计参考资料M;水利电力，1987，6.6国家电力公司成套设备部。城乡电网建立改造设备使用手册技术参数分册；中国电力，2001，107中国工程建立标准化协会电气工程委员会。注册电气工程师执业资格考试必备标准规汇编；2003，8.8跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册：中国水利水电，2003.89胡国根. 高电压技术；大学，1996.1.10芙蓉.电气工程专业毕业设计指南.:中国水利水电,200311樊灵孟.对我国500KV线路防雷的新思考.中国电力,2004,37(12):182112断.电气装置的过电压保护.:电力工业,198213尚发. 大型发电厂电气主接线优化方案的研究, 电力建立，200614立权. 热电厂电气的主接线分析, 科技论坛，2014 15 焦玉宝.探讨热电厂电气主接线特点. 科技风，2010 16 戴平.发电厂电气主接线可靠性比拟分析. .电气技术,2014 17 许清萍.浅谈电气主接线各种连接方式及应用. 科技向导，2013 18 F. Goderya, FAST DETECTION AND IDENTIFICATION OF ISLANDS IN POWER NETWORKS, IEEE，1980学位论文原创性声明本人重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进展研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承当。 作者签名： 年 月 日学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保存并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或局部容编入有关数据库进展检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、 ，在_年解密后适用本授权书。2、不 。请在以上相应方框打“作者签名：必须本人签字 年 月 日 导师签名：必须本人签字 年 月 日 目 录摘要1前言21绪论21.1课题来源21.2课题研究的目的和意义31.3国外的研究现状和开展趋势31.4课题设计任务41.4.1 设计主接线的方案4确定主变形式4短路电流计算4合理地选择主要的电气设备4完成图纸设计42电气主接线的选择52.1电气主接线的根本要求52.2电气主接线的根本形式52.3电厂主接线的设计9原始资料9对该热电厂容量负荷分析设计10主接线方案的拟定102.4主接线方案的选择133变压器的选择143.1发电机及变压器中性点的接地方式14电力网中性点接地方式143.1.2 变压器中性点接地方式153.1.3 发电机中性点接地方式153.2 发电机的选型153.2.1 选型153.3 变压器的选型163.3.1.变压器容量确实定原则163.3.2.变压器台数确实定原则183.3.3.绕组连接方式确实定183.3.4.变压器调整方式的选择183.3.5.变压器的选型183.4 电气设备的配置19断路器的配置19隔离开关的配置19接地刀闸的配置20电压互感器的配置20电流互感器的配置20避雷器的配置204短路电流计算214.1 短路电流概述21短路的原因及后果21短路计算的目的和简化假设224.2 各系统短路电流的计算23短路计算的根本假定和计算方法23电抗图及电抗计算24短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算255电气设备的选择335.1电气设备的选择条件33按正常工作条件选择34按短路条件进展校验365.2 电气设备的选择37系统各个回路的最大工作电流37断路器的选择39高压隔离开关的选择47互感器的选择53电抗器的选择62导线及电缆的选择及校验63避雷器的选择69参考文献70致71大型热电厂电气主系统设计学 生：徐蓉指导教师：铁三峡大学 电气与新能源学院摘要：经济社会的不断开展，人们不断提高生活质量，对电的需求也越来越大，从而促进了多种事业的开展，热电厂在这样的形势下逐渐开展起来。热电厂通常都建在大城市及工业区的电、热用户附近。它不仅发电，还可向用户供热，这样可以减少被循环水带走的热量损失，提高总效率。本设计是对热电厂电气一次局部进展设计，在理论上，通过对几种电气主接线的分析比拟，考虑其经济性和灵活性确定最优接线方案；以此为依据，选出发电机、变压器的型号并作出等值电抗图，进展短路电流计算，通过所得的短路电流选择各种电气设备并进展校验。结合新编电气工程规，采用CAD软件绘制出电气图，进一步完善设计。关键词：热电厂； 电气主接线 ；短路电流；配电装置；电气设备选择Design of main electric system in large scale thermal power plantStudent:*uRongSupervisor：ChenTieCollege of Electrical Engineering and New Energy, China Three Gorges UniversityAbstract:With the development of economic and social people continue to improve the quality of life, the demand for electricity is also increasing, thus promoting the development of a variety of career, thermal power plant gradually developed in such a situation.Thermal power plants are usually built in large cities and the heat user near industrial areas of electricity. It is not only supply electricity, but also to the users heating, so that can be taken away by circulating water heat loss, improve the total efficiency.This design is a part of the power plant electrical on the design, in theory, through analysis of several main electrical wiring and parison, consider the economy and fle*ibility to determine the optimal connection scheme. Taking this as the basis, choose the generator, transformer model and make equivalent reactance diagram, short-circuit current calculation, short circuit current through ine choose all kinds of electrical equipment and check. bined with the new electrical engineering specification, using CAD software to draw the electrical diagram, to further improve the design.Key words: thermal power plant; electrical main wiring; short-circuit current; power distribution equipment; electrical equipment selection前言电能是经济开展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其他能源形式。提供电能的形式有水利发电，火力发电，风力发电，随着人类社会跨进高科技时代又出现了太阳能发电，磁流体发电等。但对于大多数开展中国家来说，火力发电仍是今后很长一段时期的必行之路。火力发电是现在电力开展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有局部核电机组，但火电仍占领电力的大局部市场，近年电力开展滞后经济开展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高开展，才能适应和谐社会的要求。1绪论1.1课题来源 本课题为大型热电厂电气主系统设计，课题来源于生产实际，具有工程背景，课题类型为论文型。本课题涉及到发电厂电气主接线设计；主变压器台数、容量、型号等主要技术数据确实定；短路电流的计算；主要电气设备的选型及校验以及绘制电气接线图。这要求我们对所学的专业知识学会灵活运用，结合实际，综合分析，从而使该设计得以顺利进展。1.2课题研究的目的和意义在热电厂中，电气主接线是将各种电气设备之间相互连接起来的电路，它具有传输电能的作用，对整个热电厂电气设备的正常运行具有决定性作用，因此它们的连接方式显得尤其重要。如果出现电气主接线连接不当的情况，会导致整个热电厂电气设备瘫痪，最终造成热电厂停顿运行，供热系统受到破坏，在寒冷的冬天，这种情况是灾难性的，因此，我们必须对整个热电厂电气设备的主接线进展分析研究，确保接线合理性，提高供热平安。 本课题的设计需要对电气工程专业所有课程有整体的理解和反思，掌握使电力系统平安运行以及如何排除其不正常运行故障的知识，能运用电机，发电厂、变电所电气局部，高电压技术，电力系统自动化，电力系统继电保护等专业知识解决实际问题，为本次毕业设计做了充分的知识原料准备。1.3国外的研究现状和开展趋势 新中国成立以后，特别是改革开放以来，我国电力工业得到了迅速开展。在党中央、国务院的正确领导下，广阔电力职工发奋图强，辛勤耕耘，中国的电力工业取得了令人瞩目的成就。1987年，全国电力装机容量迈上1亿千瓦台阶；1995年突破2亿千瓦；到2000年底，全国电力装机容量已达3.19亿千瓦。从1949年到改革开放前的1978年，我国电力装机由185万千瓦增加到5712万千瓦，增长了29.9倍；年发电量由43亿千瓦时增加到2566亿千瓦时，增长了58.7倍。而从1978年到二十世纪末，我国电力装机和年发电量又分别增长了4.58和4.33倍。目前，我国的电力装机容量和年发电量均居世界第2位；我国的电力工业也已从大电网、大机组、超高压、高自动化阶段，进入了优化资源配置、实施全国联网的新阶段1。我国是开展中国家，工业的迅速开展推动了用电的高速增加。由于技术和人才限制，我国电力行业的技术水平和装备配置稍落后于其他兴旺国家，因此，通过不断地引进新技术进展吸收和创新，坚持不懈的创立一流的工作条件，提高我国电力企业的管理水平，尽早达成与兴旺国家并肩的企业目标。此外，我国人均用电水平较低，电力企业仍然面临着许多挑战。我国发电技术突飞猛进，不断地开展创新。为实现全国节能减排的目标，“十一五期间，电力行业已累计关停小火电机组7077万KW，国产30万60万KW火电机组已成为主力机组；60万KW及以上清洁机组占火电机组比重到达34%，其中在运百万KW超超临界 机组已经到达30多台，我国成为世界上拥有超超临界机组最多的国家；灵武电厂二期工程百万千瓦机组建成投产，成为世界上首个百万KW超超临界空气冷却发电机组。21.4课题设计任务1.4.1 设计主接线的方案:分析原始资料、确定主接线。进展经济比拟并确定最正确方案、合理的选择 各侧接线方式、确定厂用电接线方式。1.4.2确定主变形式：包括主变压器台数、容量和型号的选定。1.4.3短路电流计算：合理选择计算短路点、计算各点的短路电流、并列出计算结果表。 1.4.4合理地选择主要的电气设备： 对主要电气设备进展合理地选型及校验1.4.5完成图纸设计2 电气主接线的选择电气运行人员在进展各项操作和事故处理的时候，电气主接线图显得尤为重要，它为运行人员的操作处理提供重要依据。因此，不仅要求电气运行人员必须熟悉本厂电气主接线，而且要了解主接线电路中所有电器设备的用途和性能，检修维护的步骤和工程。此外，电气主接线图很直观说明了发电机、变压器、断路器等电气设备的数量和连接方式，发电厂电气一次局部的投资大小根本可由主接线确定。电能生产过程中需要发电、变电、输电、用电在同一时刻完成，所以主接线的形式与电力系统是否能够平安稳定运行密切相关。电气主接线的拟定是一个综合性的问题，必须在满足国家有关技术和经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，平安可靠。2.1电气主接线的根本要求电气主接线应满足以下几点要求：（1） 运行的可靠性：在电力企业始终秉承“平安第一的生产观念，供电的可靠性对城市用电，工业用电至关重要，一旦故障发生，将会导致十分严重的后果，比方变压器停运，全部电源进线停运，甚至全厂停电事故等。因此，对电气主接线的要求也会更严格，优先选择可靠性更高的接线形式，促进电力平安生产。（2） 运行的灵活性：在电力生产过程中由于供需、自然环境、检修的影响，需要在多种运行方式中自由切换，因此所设计的电气主接线必须要符合灵活性的要求，能够在不同情况下适应多种运行状态。3运行的经济性：在保证技术先进，平安可靠后，尽量要满足节约投资，控制占地面积，用料省，效用大的要求。我国国土面积有限，特别是工业的迅速开展，土地显得尤为珍贵，并且电气设备的价格昂贵，应尽量节省一次设备的投资。因此使电气主接线占地面积小，投建费用低必须要在设计过程中着重考虑。2.2电气主接线的根本形式根据是否有母线，主接线的根本形式可以分为有母线和无母线两大类，有母线的连接方式又分为单母线接线、双母线接线等不同形式。而桥型接线桥，外桥、单元接线和角型接线均属于无母线类接线。1.单母线接线单母线接线只有一组母线，如图2-1所示是一个典型的单母线接线图。特点是电源和供电线路都连在同一母线上，接线简单清晰。为了方便投入或切除，任何一条进、出引线都装有可以切除故障电流和负荷电流的断路器。从图中知该接线方式所用设备少，故投资本钱小。在进展操作或检修时十分方便，扩建容易。单母线接线一般只适用于一台发电机或一台变压器，电压等级在6220KV，并且出线回路少的小容量发电厂或变电站中。 它的缺陷是母线停运母线检修、故障，线路故障后线路保护或断路器拒运将使全部支路停运，即停电围为该整段母线，并且停电时间很长，一旦母线自身损坏，则需要待母线修复之前方能使各支路恢复运行。2.单母线分段接线可以通过将母线分段的方法来克制单母线接线的缺点。如图2-2所示，通过装设隔离开关和断路器将母线分成两段，可从两段母线引出两条回路由两个电源供电，增加其稳定性。这种接线方式可以满足对重要用户的供电。当其中一段母线故障，分段断路器能够在保证正常段继续供电的同时自动切除故障段。与单母线分段相比，仅仅增加了一组断路器，接线简单清晰，但供电可靠性大大提高，经济性好，故广泛应用于中小容量发电厂。表1 适用围接线方式配电装置电压等级出线回路数单母线分段610KV6回及以上单母线分段3563KV48回单母线分段110220KV34回 但是该接线方式也有其局限性，一旦其中一段母线或母线隔离开关故障检修时，需要全面检修停电。当出线为双回路时会使架空线路出现穿插跨越；扩建时需要向两个方向均衡扩建。由此，对于大容量发电厂来说，该接线方式仍需改良。3.双母线接线 该接线方式有两组母线，由母联断路器相连，即工作母线和备用母线并列运行。这种接线方式既可以作单母线运行，也可以在合上母联断路器后作为单母线分段方式运行，操作断路器的原则是：在等电位下先断后通。 双母线在与单母线相比具有供电可靠性大的优势，为了防止供电中断现象的发生，应采用轮流对母线进展检修的方式进展保障，当其中一组母线出线故障时，应在另一组母线与故障母线相倒换，促使供电得到迅速恢复；另一方面，双母线还具有调度、扩建及方便检修的优势，其缺点是每一回路都增加了一组隔离开关，使配电装置的构架及占地面积，投资费用都相应增加；同时由于配电装置的复杂，在改变运行方式倒闸操作时容易发生误操作，且不宜实现自动化；尤其是当母线故障时，需短时切除较多的电源和线路，这对特别重要的大型发电厂和变电站是不允许的。3许静萍表2 适用围：接线方式配电装置电压等级出线回路数双母线6220KV回路数较多双母线3560KV 超过8回双母线110KV6回及以上双母线220KV4回及以上4.单元接线发电机和变压器直接串联连接成一个单元，组成发电机-变压器组，称为单元接线。单元接线的特点是几个元件直接连接，不设母线之类的横的连接，这样不仅减少了电器的数目，简化配电装置的构造以及降低工程造价，同时也大大减少了故障发生的可能性。（1） 发电机-双绕组三绕组变压器组成的单元接线。在图2-4a和b中，发电机和变压器连接成为一个单元组，电能经变压器升压后直接进入高压电网。这种接线由于发电机和变压器无法单独运行，因此，二者的容量应当相等。单元接线的缺点是两个根本原件其中之一损坏或检修时，整个单元都将被迫停顿工作。这种接线形式适用于大型的发电厂。（2） 发电机-变压器-线路单元接线。如图2-4c所示，该接线方式不需在发电厂或变电所中建造高压配电装置，占地面积大大减少，造价降低，并简化了运行。但这种接线也具有一样的局限性，线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时，线路停运。5.桥型接线将两个“变压器-线路连接，便构成桥型接线，分为桥接线和外桥接线两种。由于变压器的可靠性远远大于线路，在应用中多采用桥接线，下面只介绍桥接线。桥型接线： 优点：所用高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。缺点：a 需要对两台断路器进展操作来投入或切除变压器，操作过程比拟 复杂，甚至导致其中一回线路暂时停运。 b 桥联断路器检修时，两个回路需解裂运行。c 出线断路器检修时，线路需较长时期停运。因此，在检修断路器时保证变压器的正常运行，需要在桥形外侧附近增设一组隔离开关，即长期开环运行的四边形接线。在变压器不经常切换的情况下可采用该接线方式。2.3电厂主接线的设计2.3.1原始资料该热电厂包括两台凝汽式机组2300MW和两台供热机组250MW，厂用电率为5，年利用小时数为6300h，；10.5kV电压级最大负荷20MW，最小负荷15MW，,电缆溃线10回；220kV电压级最大负荷250MW，最小负荷200MW， ，架空线5回；500KV出线共有5回，其中4回架空线，1回为备用线，通常在进展标幺值计算为计算方便都选择基准容量，归算后500KV母线电抗标幺值2.3.2对该热电厂容量负荷分析设计经计算，机组总容量，假设理想情况下全部投入运行，可计算出，此计算结果超过规定的检修备用容量一般为815，事故备用容量为10。超过此限值说明在电力系统中该热电厂占有一定主导地位。此外，机组年利用小时为6300h年,远超我国电力系统中发电机组平均最大负荷利用小时数5000h年，所以该电厂为基荷电厂，因此，在进展主接线设计时，应着重考虑其可靠性。 2.3.3主接线方案的拟定 1方案一 a.10KV电压等级的方案选择：由于10KV电压等级有10回电压馈线,可选择单母线分段接线。b.220KV电压等级的方案选择：根据原始资料，220KV电压等级拟选双母线接线。c.500KV电压等级的方案选择：由原始资料分析，拟选双母线分段带旁路母线接线，两台300MW发电机接在双母线的两段母线上。主接线形式表示如图2-5所示： 图2-5 方案一接线图(2)方案二 a.10KV电压等级的方案选择：10KV电压等级仍选择单母线分段接线形式。因为在进展主接线的设计中，必须时刻考虑可 靠性、灵活性和经济性的要求。 b.220KV电压等级的方案选择：由于220KV电压等级的电压馈线数目5回，可选择双母线接线形式，工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，从而恢复用户供电；可用母联断路器代替任意回路需要检修的断路器，在这种情况下，只需短时停电。 c.500KV电压等级的方案选择：由于500KV 电压等级的电压馈线数目是5回，为使接线简单方便，使用设备少以节省投资，可以选择单母线接线形式。主接线形式如图2-6所示： 图2-6 方案二接线图3方案三 500KV电压等级的接线方式选择单母线接线，220KV电压等级选择单母线分段接线，10KV电压等级上将原来方案一的500KV电压等级两个上的发电机组全部接至10KV电压等级上。主接线形式如图2-7所示： 图2-7 方案三接线图2.4主接线方案的选择电气主接线的形式是多种多样的，在此对上述三种接线方案及其特点进展分析比拟。在选择电气主接线时首先要考虑其可靠性和灵活性，显然，在技术上分析，双母线接线方式相对单母线接线有更高的可靠性，能够满足电力系统的平安稳定性的需要，但同时投资增加，所用电气设备数量相应增加。在10KV电压等级上的出线上多为、类负荷，对这类用户可以进展短时停电，并不会造成人身危险以及设备的破坏，也不会给国民经济带来巨大的损失，综合考虑，可以选择单母线分段的接线形式。方案一和方案三的比拟，方案一将两台发电机直接接入500KV的系统中，方案三是把四台发电机接入10KV母线上造成浪费，在10KV母线上有两台发电机已经足够；由于500KV电压等级与无穷大系统连接，承受该发电厂的剩余功率。所以考虑将剩余两台发电机通过发电机-变压器接线方式连接到500KV系统中。由于发电机-变压器接线方式单元性强，可在机组单元控制室集中控制，不设网控室，使运行管理较灵活方便。通过对三种方案的比拟，并且连同电气主接线的可靠性、经济性和灵活性的设计原则综合考虑，选择出的最优方案是方案一。3变压器的选择3.1发电机及变压器中性点的接地方式3.1.1电力网中性点接地方式电力系统中性点是指发电机和变压器绕组的中性点，其接地方式的选择是一个综合性问题，它与电压等级、过电压水平、单相接地短路电流、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、发电机和变压器的运行平安以及对通信线路的干扰等因素有关。4敏江垭电力网中性点接地方式有以下几种：1、中性点非直接接地a.中性点不接地中性点不接地方式最简单。单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流等几项优点，但是，由于该方式对电网电容电流及负荷水平有严格的限制，超过一定数值后将引起电弧接地过电压，因而适用围有限。5宁中性点消弧线圈接地消弧线圈的作用是用来补偿电容电流，保证在接地电容电流超过规定值的条件下，能够瞬间将电弧熄灭，从而消除接地过电压弧光间歇产生。中性点经高电阻接地当接地电容电流超过允许值时，也开采用中性点经高电阻接地。此接地方式降低弧光间隙接地过电压，同时可以提供足够的电流和零序电压，使接地保护可靠动作，一般用于大型发电机中性点。b.中性点直接接地单相短路一旦发生在直接接地系统中，将会产生很大的短路电流，必须立即切除线路或设备来降低故障损失，如此便会使供电连续性减弱，也会加重断路器的负担。但在高压或超高压电网中，这种接地方式产生的过电压比拟低，所以绝缘水平也下降，可使设备投资减少，具有比拟显著的经济效益。故适用于110KV及以上电网中。3.1.2 变压器中性点接地方式由上文110KV及以上电网采用中性点直接接地方式，由于主变压器中性点的接地方式由电力网中性点接地方式来决定，因此该接线方式同样可适用与主变压器的110-500KV侧。1但凡自耦变压器，其中性点需要直接接地或经小阻抗接地。 2终端变电所的变压器中性点一般不接地。 3假设需要灵活选择接地点使调度方便，则所有的普通型变压器都要接地,此时需要用到隔离开关。 4选择接地时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地的系统。双母线接线有两台以上主变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。3.1.3 发电机中性点接地方式发电机中性点采用非直接接地方式，当单相接地故障发生时，发电机定子绕组接地点有电流，该电流是它本身和它相连接元件的对地电容电流。本次设计采用发电机中性点经消弧线圈接地方式。消弧线圈可接在直配线发电机的中性点上。当发电机为单元接线时，则应接在发电机的中性点上。3.2 发电机的选型3.2.1 选型1. 选择：QF502型号含义： 22极 50额定容量 F发电机 Q汽轮机QFSN-300-2型号含义： 22极 300额定容量 N氢冷 F发电机 Q汽轮机 S水冷表3 汽轮发电机主要参数型号额定容量MW 电压KV电流KA功率因数电抗标幺值QF502型5010.53.440.850.124QFSN-300-2300201.010.850.171本次设计容装机容量装机4台，分别为供热式机组250MW, 凝气式机组2300MW，所以可以选四台发电机。3.3 变压器的选型 在发电厂中，用来向电力系统输送功率的变压器是主变压器。用于在两种电压等级之间起交换功率的变压器称之为联络变压器。 3.3.1.变压器容量确实定原则当变压器为单元接线时，它的容量是发电机额定容量与本机组厂用负荷差值的1.1倍。分裂绕组变压器应该用于扩大单元接线比拟合理，它的容量确定方法跟单元接线类似。主变压器容量和台数与主接线的形式相互影响，主接线形式最正确则主变压器的台数和容量的选型也会相对更优。不仅要从原始资料入手，还要看电力系统的开展规划，以及电压等级的大小和输送功率的多少，它们都对主变压器的选择有影响。容量选的大，比拟浪费资源，不能将应有的作用发挥到极致，如果选的太小，又容易造成线路发生故障，导致严重损失。为此，在选择发电厂主变压器时，应遵循以下根本原则:a.单元接线的主变压器容量应按以下条件中较大者选择。b.发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%裕度。c.按发电机的最续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温升，在标准环境温度或冷却水温度不超过65K的条件进展选择。6浅谈大容量机组主变压器的选择 王建方该65是依据我国电力变压器标准，即在正常使用条件下，油浸变压器在连续额定容量稳态下的绕组平均温度。（1） 单元接线的主变压器：式中 -发电机的额定功率；-额定功率因数；-厂用电率该电厂*3、*4发电机的额定容量为300MW,扣除厂用电后经过变压器的容量为： 2具有发电机电压母线接线的主变压器： 连接在发电机电压母线和系统间的主变压器的容量应考虑以下素： a.在发电机全部工作并且满足其供电的日最小负荷的情况下，主变压器应该在去除厂用负荷后将母线上剩下的容量有功和无功输入到系统里。 b.在检修发电机电压母线上连着的最大一台机组时，或者热负荷的变动使得本厂的输出功率被限制时，则主变压器需要具有从电力系统倒送功率的特点，这样才能满足电压母线的要求。 c.当有两台或者更多的主变压器接在发电机电压母线上时，由于*种原因，最大容量的一台机组退出了运行，则其余的主变压器为了满足运行要求，至少要输送大于70%的母线剩余功率。 综上，本设计各电压等级计算结果如下： a.10KV电压等级下的最大容量 b.220KV 电压等级下的最大容量 c.500KV电压等级下的最大容量从上述计算结果可知低压侧的容量为最大，故以此为基准可以选择一个三绕组的变压器.3.3.2.变压器台数确实定原则 发电厂主变压器的台数与电压等级，接线形式，传输容量以及和系统的联系有密切关系，对于大中型火电厂在一种电压等级下，主变压器应不少于2台，而中小型发电厂，只装一台主变压器。3.3.3.绕组连接方式确实定变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则无法并列运行。Y型和型是电力系统中最常见的绕组连接方式，但是具体如何排列组合高中低三侧绕组视实际情况而定。三相变压器的三个绕组在一样电压的条件下可以连接成星型、三角型、曲折型，通常，以字母Y、D或Z表示高压绕组，字母y、d 或z则表示中低压绕组。如果星型连接或曲折型连接的中性点是引出的，则分别以YN、ZN表示，带有星三角变换绕组的变压器，应在两个变换间以“-隔开。Y型绕组连接方式在我国110KV及以上的电压等级中，变压器绕组采用此种方式。35KV以下电压，变压器绕组都采用连接。3.3.4.变压器调整方式的选择变压器有分接头，用作电压调整，即通过分接开关切换至不同的档位，改变了变压器的变比，从而改变电压。有两种切换方式，其中一种切换后电压调整围在5%左右，因为它不带负荷切换，故可以称为无励磁调压，另一种是带负载切换，称为有载调压，调整围可达20%-30%。一般变压器在110KV以下电压等级时才考虑有载调压方式。综合考虑发电厂的发电机运行出力变化不大，所以在本次的设计中采用的变压器调整方式是无励磁调压。3.3.5.变压器的选型500KV发电机侧变压器 SFP-360000/500表4 SFP-360000/500型变压器参数额定容量KVA额定电压KV阻抗电压%损耗W高压低压空载短路36000052518162251060500KV母线侧变压器OSFPSZ-360000/500表5 OSFPSZ-360000/500型变压器参数额定容量(VA)额定电压(KV)阻抗电压(%)负载损耗W高中上下中低高中上下中低高中上下中低36000055024610%101026418003.4 电气设备的配置3.4.1断路器的配置断路器实际上是一种开关设备，在正常工作情况下接通电路，故障条件下则断开电路以保护线路。SF6断路器和真空断路器目前应用广泛，少油断路器因其本钱低，构造简单，依然被广泛应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中，压缩空气断路器和多油断路器根本被淘汰。3.4.2隔离开关的配置隔离开关在10KV配电装置中的每回出线都应该装设，因为10KV出线上装设有电抗器来限制短路电流，并且断路器和电抗器为不同供电用户所共用。1接在变压器因出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。2当避雷器和电压互感器同时都接在母线上时，只需合用一组隔离开关。接在母线上的避雷器和电压互感器可以合用一组隔离开关。3一组断路器应该配置两个隔离开关，在检修线路时，由于断路器的灭弧能力，应先断开断路器，隔离电源，防止事故发生。4当普通型变压器的接地方式为中性点直接接地时，应该通过隔离开关来接地。3.4.3接地刀闸的配置接地刀闸配置的意义在于维护运行设备及母线线路的检修平安，应该配置几组接地刀闸需要根据电压等级以及母线长度等因素来确定。接地刀闸装设时还应考虑它们的间距适中。对于母线来说，其接地刀闸既可以安装在母线隔离开关基座上，也可以装在其电压互感器的隔离开关上。3.4.4电压互感器的配置1.电气主接线的形式不仅对主变压器的配置有影响，也对电压互感器的选择有关键性的作用。保证保护装置不会失压是对电压互感器的最根本要求，同时也要符合保护同期和自动装置的要求。2.6220KV电压等级的每组主母线上的三相上装设电压互感器。 3.电压互感器可以用来检测线路侧是否有电压，因此电压互感器应该装设在需要检测有无电压的出线侧的一相。3.4.5电流互感器的配置1电流互感器应该安装在有断路器的回路，即断路器必须装设有电流互感器，并且要满足保护和自动装置的要求。2再在未装设断路器的变压器的中性点变压器出口桥形接线的跨条上也装设电流互感器。3对直接接地系统 ，一般按三相配置。对非直接接地系统，配置情况应根据不同的条件择优选择两相或者三相。3.4.6避雷器的配置1配电装置的每相母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器是除外。2避雷器应该装设在电气距离超过允许值的变压器附近。3当变压器采取三绕组变压器时，避雷器应该装设在其低压侧。4变压器中性点也应装设避雷器，因为在直接接地的系统中，变压器的中性点安装有隔离开关。4 短路电流计算4.1 短路电流概述电力系统运行时有多种状态，当所有电气设备良好线路良好时，运行正常即为正常运行状态，相对应的也有非正常运行状态，短路故障是运行过程中危害最大的一种情况。所以在设计过程中，要考虑到在该种接线方式或此种电气设备配置情况下可能出线的故障情况，以此配置各种保护保证电力系统稳定运行。 对供电系统危害最大的是短路故障。短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。因此，短路电流计算是电气主接线的方案比拟、电气设备及载流导体的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的根底。4.1.1短路的原因及后果1.短路原因造成短路的原因通常有以下几种：1电气设备在运行正常使用过程中可能会因摩擦碰撞遭受机械损伤，在雷暴天气会因打雷，电压过大对设备的绝缘保护造成危害，载流导体也是如此，绝缘老化也是造成电气设备短路的重要原因之一。2电线杆塔由架空线路相连，因此受天气的制约非常大，在大风或严重冰雪天气，导线结冰增加了重量，可能会使杆塔承重减弱而倒塌；此外，鸟类飞禽也是导致短路的一个主要因素，可能会跨接裸露导体造成伤亡。3电气设备因设计、安装、维护不良和运行不当或设备本身不合格引发的短路。4由于人为因素导致的短路，如在检修线路时，运行人员倒闸操作时由于技术不娴熟或者专业知识不到位违反操作原则等原因带负荷拉隔离开关，再者检修完线路或者设备忘记了将之前安装的接地线去除就直接给设备加压投运。这些都是难以防止的未知因素，因此在操作时一定要专业技术人员强烈按照操作原则来执行。5其他原因。如输电线断线、倒杆、碰线、或人为盗窃、破坏等原因都可能导致短路。2短路后果系统*处一旦发生短路，作出该处回路的等值电抗图可以计算出相对于正常情况下，短路电抗减小很多，由于电源电压瞬间没有变化，因此可以计算出此时的电流相当于正常工作电流的几倍甚至几十倍，即为短路电流，电流过大的危害显而易见。1电气设备都应在适宜的温度下运行，超过此适宜温度将会对设备造成不良影响，而设备流过电流的大小是影响设备温度的一个重要原因，电流越大，设备发出的热量就越多并且发热速度越快，使设备周围温度急剧上升，时间越久设备可能会被烧坏。2电气设备可以看作一个良好的导体，导体之间有力的作用，如果此时有短路电流通过并且电流很大时，则导体间会有很大的电动力产生，力的冲击作用加速了导体的损害，当到达*种程度导体会扭曲变形，设备彻底被摧毁。3短路虽然在短时间使通过电气设备的电流骤然上升，但却降低了系统电压，在系统中异步电动机是将电能转变为机械能的设备，由于系统电压下降，转矩下降，异步电动机减速甚至停转。长此以往，设备势必会报废，重新购置又增加了投资。4正常运行时，功率分布正常。一旦短路发生，原本稳定的系统将会瞬时间产生巨大变化，功率分布的变化使的原本并列运行的发电厂失步，这样的后果是大局部供电将会受损，引起大面积停电，会给国民经济带来严重损失，必须要防止这类情况的发生。5电生磁，因此短路电流越大，磁场越强，磁场对各种重要系统都会造成影响，磁场越强会干扰通讯，信号减弱，特别是现在发电厂采用自动化装置，如果周围磁场很强，这些装置将无法顺利将设备的运行数据及时反应到管理系统，会造成工作的缺失和管理的不便。4.1.2短路计算的目的和简化假设如何衡量短路造成后果的严重性就需要短路电流的大小来决定，根据短路电流的数据计算结果，在选择电气设备时必须按照最大允许电流一定要大于短路电流的条件来选择，选择导流载体是也要分析短路电流，并且在安装继电保护装置时仍然离不开对短路电流的参考，因此短路电流计算是故障分析和排除的大前提。概括起来，计算短路的主要目的在于：1电气设备在选型之后必须要进展动稳定和热稳定的校验，只有校验合格后才能投入使用，而检验的标准就是该电气设备所在回路发生短路时的短路电；2为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；3继电保护装置是每个电厂投入运行后必须装设的，至于装设设备的选型是通过整定计算来确定的，整定参数需要短路电流作为参考依据，最终做到合理配置，做到不浪费并保证平安度。在实际短路计算中，为了简化计算工作，通常采用一些简化假设，其中主要包括：1符合用恒定电抗标识或忽略不计；2如果是在高压网络中，各种元件的电阻和导纳相对很小要忽略不计，并且参数不会随之发生变化，可认为是稳定不变化的，不涉及复数运算，因为对发电机来说，它的电势相位一样，给计算带来方便。3认为系统是三相对称的。4.2 各系统短路电流的计算4.2.1短路计算的根本假定和计算方法1根本假定 1正常工作时，三相系统对称运行。 2所有电源的电动势相位角一样。 3不考虑电机本身因素如集肤效应，涡流等对电抗电流造成的影响，为了方便计算，假想系统中所选择的电机都是理想状态。 4短路发生在短路电流为最大的瞬间； 5短路电流发生时，*些情况下可能会产生电弧阻抗，变压器也会产生励磁涌流，此时都不予考虑。 2短路电流计算的方法 将系统视作无限大容量系统，短路电流的计算要求要在最大运行方式下来计算，选取适宜短路点，求得需要的、值。 三相短路电流； 三相短路冲击电流。4.2.2电抗图及电抗计算短路电流的计算需要电路图直观简洁，而电气主接线图此时不满足直观的条件，因此转换为等值电抗图十分必要，相关参数在任务书中给出，相应要标注在等值电抗图中，如图3-1所示，才会更加清晰，方便计算。 选取基准容量为 ； 基准容量； 所在线路的平均电压注：以下均采用标幺值计算方法，省去“*1 对于QF502型发电机的电抗 ； 其中 2对于QFSN-300-2型的双绕组变压器的电抗；其中 式中 %变压器短路电压的百分数%；最大容量绕组的额定容量MVA；基准容量MVA。 图3-13 对于OSSPSL360000/220型三绕组的电抗(线路阻抗)4.2.3短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算无限大容量电力系统是指容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压根本保持不变，可将该电力系统视作无限大容量电力系统。7何仰赞电力系统分析但是，在实际电力系统中，它的容量和阻抗都有一定的数值，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压相应的有所变动。通常都是线路发生短路都是在小容量的供电系统，母线电压几乎没有任何变化可忽略不计。由于无限大容量电力系统的三相短路电流是对称的，所以它的变化规律只需考虑一相的。短路点的选择应选择通过导体和电器的短路电流为最大的那些点作为短路计算点。首先，应在三条电压等级的母线上选择三个短路计算点d1、d2、d3。由于10KV电压等级有电缆馈线10回，所以在10KV的出线上需加设电抗器。当d4 点短路时，因受电抗器的限制，流过出线上的断路器的电流较小，所以在工程计算中选取d4点为短路计算点，以便使出线断路器选择轻型的。由于 ，即阻抗为零，端电压也为零，因此短路电流的周期分量不会改变，这是无限大容量系统最主要的特点。虽然非周期分量随指数率而衰减，但一般情况下只需计及它对冲击电流的影响。因此，在电力系统短路电流计算中，其主要任务是计算短路电流的周期分量。而在无限大功率系统的条件下，周期分量的计算就变得简单。如取平均额定电压进展计算，则系统的短电压，假设选取，则无限大功率系统的短电压的标幺值 ,短路电流周期分量的标幺值为 式中 无限大系统功率系统对短路点的组合电抗即总电抗的标幺值 短路电流的有名值为 则冲击电流为式中 冲击系数，表示冲击电流对周期分量幅值的倍数，当随时间常数变化，时， 在以下的计算中，取;1、500KV母线上短路d1点的计算图 3-2 图 3-3 短路点短路电流的计算： 2、220KV母线上发生短路d2时的计算 图 3-4 图 3-5 图 3-6 图 3-73、10KV母线上发生短路电流d3时的计算限流电抗器的初选 选型为 *KK10400012 所以，限流电抗器的电抗值应为 图 3-8 图 3-9图 3-10 图 3-11 图 3-124、10KV出线上发生短路d4时的短路计算 出线上限流电抗器的初选 选型为 *KK102008 所以，限流电抗器的电抗值应为图 3-13 图 3-14图3-15 图3-16 图 3-17 图 3-18表6 系统短路电流小结电流短路点500KVd1点220KVd2点10KVd3点10KVd4点电流周期分量标幺值96.3638.767.5511.61电流周期分量有名值10.59KA9.69KA41.51KA63.84KA短路冲击电流26.95KA24.66KA105.65KA162.486KA1 电气设备的选择5.1电气设备的选择条件在设计发电厂电气主系统时，除了设计适宜的电气主接线外，最主要的就是选择各种电气设备来满足电气运行条件，电力系统是否能够平安稳定的运行与电气设备密切相关，不管是正常运行还是故障检修，平安是第一原则，在选择时还要遵循经济合理。5.1.1按正常工作条件选择1额定电压 电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压。最高允许工作电压是110%-115%额定电压。当在220KV及以下时其为1.15，当为330-500KV是，其为 。在选择电气设备时，为了保证能够正常运行，要求电气设备的额定电压必须要大于安装处电网的额定电压才能满足运行条件，否则会烧坏电气设备。即