《MW发电厂设计》word版.doc

目 录 摘要 2 前 言 3 第一章 绪 论 4 第 1 1 节 电力系统发展 4 第 1 2 节 发电厂类型 5 第二章 电气主接线设计 6 第 2 1 节 主接线的设计原则和要求 6 第 2 2 节 基本接线的适应范围及本厂的设计 7 第 2 3 主变压器的选择 10 第 2 4 节 主接线设计方案的技术经济比较 11 第三章 短路电流计算 14 第 3 1 节 短路电流计算的目的 14 第 3 2 节 短路电流的一般规定 14 第 3 3 节 计算步骤 15 第 3 4 节 短路电流计算 16 第四章 电气设备的选择与校验 22 第 4 1 节 电气设备选择的一般原则 22 第 4 2 节 断路器的选择与校验 24 第 4 3 节 隔离开关的选择与校验 25 第 4 4 节 高压熔断器的选择与校验 28 第 4 5 节 电压互感器的选择 29 第 4 6 节 电流互感器的选择 31 第 4 7 节 母线的选择与校验 33 第 4 8 节 避雷器的选择 37 第五章 主变保护设计及其整定 39 第 5 1 节 主设备继电保护设计原则 39 第 5 2 节 变压器保护配置 39 第 5 3 节 变压器纵差保护配置的整定 41 结 论 44 附录 1 45 符 号 说 明 45 摘要 4 200MW 发电厂电气主接线 主要电器设备选择 校验 包括母线 封 闭母线 出线 SF6 断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 避雷器 主变压器的保护配置及整定 关键词 主接线 设备校验 保护配置 Abstract 4 200MW power plants in the main electrical wiring design power plant power plant design the main electrical equipment selection calibration including bus bus closed round SF6 circuit breakers isolating switches current transformers voltage transformers surge arresters main transformer protection configuration and tuning Key words Check the main wiring protection device configuration 前 言 随着高速发展的现代社会 电力工业在国民经济中的作用已为人所共知 它 不仅全面的影响国民经济其他部门的发展 同时也极大的影响人民的物质与文化 水平的提高 影响整个社会的进步 其中发电厂在电力系统中起着重要的作用 本次设计的主要任务是设计总装机容量为 800WM 4 200WM 的地区性火电厂 历 时两个多月 其中涉及到发电厂电气 暂态 继电保护等多门知识 现将设计内容 具体介绍如下 1 确定主接线方案并对保留方案做技术经济比较 主接线代表了火电厂或变电所电气部分主体结构 是电力系统网络结构的 主要组成部分 它直接影响运行的可靠性 灵活性并对电器选择和配电装置 布置以及继电保护的整定都有决定性关系 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 确定了 双母接线的方案 2 电气主接线的设计 电器主接线设计应遵循可靠性 灵活性和经济性三个方面 3 厂用电设计主要是对厂用变压器的选择和对厂用电主接线的设计 4 主要电气设备的选择和校验 主要是对母线 出线 SF6 断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 避器 的选择和校验 所选设备满足要求 5 主变保护配置设计及整定计算 6 防雷保护设计 7 200MW 发电机变压器组微机保护配置设计方案专题讨论 现将本次设计的成果作如下介绍 1 毕业设计说明书 包括目录 摘要 前言 计算说明 设计内容 结论 外文翻译 参考文献 2 主接线图一张 4 200MW 发电厂电气主接线 3 外文翻译一篇 关于火力发电厂母线及其厂用接线原版资料一篇 由于我的知识 经验不足 在毕业设计中存在一些错误和纰漏 希望各位老师 予以斧正 第一章 绪 论 本章首先阐述我国电力工业的现状和发展远景 介绍当前电力工业开发的 方针 还简要介绍发电厂和变电所的各种类型和生产过程 以及主要电器作用 同时 还指出本次设计的目的 第 1 1 节 电力系统发展 1 1 1 建设大型矿口电厂 搞好煤 电 运平衡 目前 我国一次能源主要是煤炭 火电仍为主要电源 煤炭产地主要在山 西 内蒙古 河南等省 为了变输煤为输电 把建设大型矿口电厂和港口电厂 作为电厂建设的重点 1 1 2 政企分开 省为实体 联合电网 统一调度 集资办电 为了适应社会主义市场经济和社会化大生产的需要 我国在原有电力系统 的基础上 已成立了华北 东北 华东 华中 西北等电力集团 遵循社会主 义市场经济的准则 形成电力市场 互相调剂 共同发展 1 1 3 因地制宜 多能互补 综合利用 讲究效益 在边远农村和沿海岛屿 因地制宜建设小水电 风力发电 地热发电和太 阳能发电以解决无电 缺电地区的用电问题 重视和做好农村电气化建设 1 1 4 节约能源 降低消耗 减少自身消耗 降低煤耗和水耗 厂用电和线损 发展热电联产 新建电 厂应采用高参数 高效率的大机组 1 15 重视环境保护 积极防止对环境的污染 发展能源应与环境保护相协调 积极贯彻 预防为主 综合治理 的方针 合理布局 合理利用资源 新建和扩建电力项目 要达到国家或地方制定的污染 物排放标准 我国电力工业自动化水平正在逐年提高 20 万 KW 及以上大型机组已采用 计算机监控系统 许多变电所已装设微机综合自动化系统 有些已实现无人值 班 电力系统已实现调度自动化 迄今 我国电力工业已进入了大机组 大电 厂 大电力系统 高自动化的新阶段 第 1 2 节 发电厂类型 发电厂是把各种天然能源 如煤炭 水能 核能等转换成电能的工厂 电 能一般还要由变电所升压 经高压输电线路送出 再由变电所降压才能供给用 户使用 下面简要介绍发电厂类型 1 2 1 发电厂类型 1 火力发电厂 这是指用煤 包括用油和天然气 为燃料的发电厂 火力发电厂的原动机 大都为气轮机 也有个别地方采用柴油机和燃气轮机 火力发电厂又可分为 凝汽式火电厂 锅炉产生蒸汽 送到汽轮机 带动发电机发出电能 已作过功的蒸汽 排入凝汽器中冷却成水 又重新送回锅炉 在凝汽器中 大 量的热量被循环水带走 所以凝汽式火电厂的效率较低 只有 30 40 凝 汽式火电厂 通常简称火电厂 热电厂 热电厂与凝汽式火电厂不同之处在于 汽轮机中一部分作过 功的蒸汽 从中间段抽出供给热用户 或经热交换将水加热后 再把热水供给 用户 这样 可减少被循环水带走的热量损失 现代热电厂的效率高达 60 70 2 水力发电厂 水力发电厂把水的位能和动能转变成电能 通常简称水电厂或水电站 根 据水利枢纽布置的不同 水电厂又可分为堤坝式 引水式等 3 核电厂 核电厂是利用核裂变能转化为热能 再按火电厂的发电方式 将热能转换 为电能 它的原子核反应堆相当于锅炉 4 其它发电方式 利用其它一次能源发电的 尚有风力发电 潮汐发电 地热发电 太阳能 发电等 此外 还有直接将热能转换成电能的磁 流体发电等 1 2 2 本厂类型 本厂属于大型凝汽式火力发电厂 利用内蒙古地区丰富的煤炭资源 采用 空冷机组 并且装设最先进的除尘设备 做到保护环境的要求 第二章 电气主接线设计 第 2 1 节 主接线的设计原则和要求 发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分 它表明了发电机 变 压器 线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式 从而完 成发电 变电 输配电的任务 它的设计 直接关系着全厂电气设备的选择 配电装置的布置 继电保护和自动装置的确定 关系着电力系统的安全 稳定 灵活和经济运行 由于电能生产的特点是 发电 变电 输电和用电是在同一 时刻完成的 所以主接线设计的好坏 也影响到工农业生产和人民生活 因此 主接线的设计是一个综合性的问题 必须在满足国家有关技术经济政策的前提 下 力争使其技术先进 经济合理 安全可靠 设计主接线的基本要求是 1 可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求 电气主接线也必 须满足这个要求 衡量主接线运行可靠性的标志是 断路器检修时 能否不影响供电 线路 断路器或母线检修时 停运出线回路数的多少和停电时间的长 短 以及能否保证对重要用户的供电 发电厂全部停运的可能性 对大机组超高压情况下的电气主接线 应满足可靠性准则的要求 2 灵活性 调度灵活 操作简便 应能灵活地投入某些机组 变压器或线路 调 配电源和负荷 能满足系统在事故 检修及特殊运行方式下的调度要求 检修安全 应能方便地停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安 全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电 3 经济性 投资省 主接线应简单清晰 控制 保护方式不过于复杂 适当限制 断路器电流 占地面积小 电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件 电能损耗少 经济合理地选择主变压器的型式 容量和台数 避免两 次变压而增加电能损失 第 2 2 节 基本接线的适应范围及本厂的设计 2 2 1 大 中型发电厂及配电装置的接线要求 大型发电厂 总容量 1000MW 及以上 单机容量 200MW 以上 一般距 负荷中心较远 电能需用较高压输送 故宜采用简单可靠的单元接线方式 直 接接入高压或超高压系统 名称日期备注 4 20MW电气主接线图 1 9 4 中型发电厂 总容量 200MW 1000MW 单机容量 50 200MW 和小型 发电厂 总容量 200MW 以下 单机 50MW 以下 一般靠近负荷中心 常带 有 6 10KV 电压级的近区负荷 同时升压送往较远用户或与系统连接 发电机 电压超过 10KV 时 一般不设机压母线而以升高电压直接供电 对于 6 220KV 电压配电装置的接线 一般分为两大类 其一为母线类 包括单母线 单母线分段 双母线 双母线分段和增设旁路母线的接线 其二 为无母线类 包括单元接线 桥形接线和多角形接线等 对于 330 500KV 超高压配电装置接线 首先要满足可靠性准则的要求 常用的接线有 3 5 角形接线 一台半断路器接线 双母线多分段接线 变压 器 母线接线 环形母线多分段接线及断路器接线 2 2 2 设计方案的介绍 本厂为 220KV 110KV 和 10KV 三个电压等级 单机容量为 200MW 故 对 220KV 侧宜采用可靠的单元接线 直接接入 220KV 系统 对于 220KV 配电 装置的接线 我们选择了双母线接线 与单母分段带旁路两种接线方案 目前 大型电厂接线都采用双母接线 具有很高的供电可靠性 调度灵活性 扩建方 便 适合目前电力发展需求 两组母线同时工作 并且通过母联断路器并联运 行 电源与负荷平均分配在两组母线上 即称之为固定连接方式运行 这也是 目前生产中最常用的运行方式 它的母线继电保护相对比较简单 单母分段带 旁路接线具有简单清晰 设备少 投资小 运行操作方便 且有利于扩建等优 点 但可靠性和灵活性比较差 由于 110KV 和 10KV 为 类负荷 110KV 采用单母线分段接法 10KV 引用发电机端口电压双母线接法 所以在经济计算是只对 220KV 侧进行计算 2 3 主变压器的选择 2 3 1 200MW 发电机组变压器选择要求 对于 200MW 及以上发电机组 一般与双绕组变压器组成单元接线 主变 压器的容量和台数与发电机容量配套选用 当有两种升高电压之间装联络变压 器 其容量按两种电压网络的交换功率选择 2 3 2 对于中 小型发电厂应按下列原则选择 1 为节约投资及简化布置 主变压器应选用三相式 2 为保证发电机电压出线供电可靠 接在发电机电压母线上的主变压器一 般不少于两台 在计算通过主变压器的总容量时 至少应考虑 5 年内负荷的发 展需要 并要求 在发电机电压母线上的负荷为最小时 能将剩余功率送入电 力系统 发电机电压母线上最大一台发电机停运时 能满足发电机电压的最大 负荷用电需要 因系统经济运行而需限制本厂出力时 亦应满足发电机电压的 最大负荷用电 3 在发电厂有两种升高电压的情况下 当机组容量为 125MW 及以下时 从经济上考虑 一般采用三绕组变压器 但每个绕组的通过功率应达该变压器 容量的 15 以上 三绕组变压器一般不超过两台 4 在高 中系统均为中性点直接接地系统的情况下 可考虑采用自耦变压 器 当经常由低 高压侧向中压侧送电或由低压侧向高 中压侧送电时 不宜 使用自耦变压器 5 对潮流方向不固定的变压器 经计算采用普通变压器不能满足调压要求 是 可采用有载调压变压器 2 3 3 主变压器的选择 由于 110kv 和 10kv 侧最大容量为 90MW 所以在 G1 G2 发电机侧用 三绕组变压器为其供电 选用 SFP9 240000 220 10kv 侧由发电机直接输出 其余两台发电机由两台双绕组变压器直接连到 220kv 电压母线上 表 2 1 火电厂主变压器参数及型号 额定电压 KV 绕组电压 名称 型号 额定容 量 KVA 高压 中压 低压 高 中 高 低 中 低 台数 三绕 组变 压器 SFP9 240000 220 240000 242 121 10 5 25 14 11 2 双绕 组变 压器 SSP9 240000 220 240000 242 10 5 12 68 2 第 2 4 节 主接线设计方案的技术经济比较 经济计算是从国民经济整体利益出发 计算电气主接线各个比较方案的费用 和效益 为选择经济上的最优方案提供依据 在经济比较中 一般有投资 包括主要 设备及配电装置的投资 和年运行费用两大项 计算时可只计算各放案中不同部分 的投资和年运行费用 本次设计的是 200MW 火电机组 结合本地区的实际环境情况 采用空冷机 组发电机 所以 200MW 火电厂发电机的型号选择为 QFSN3 200 2 此型号发 电机的参数为 PG 200WM COS 0 85 UN 10 5 KV IN 8625 A Xd 16 5 2 4 1 方案一 1 计算综合投资 Z 220KV 侧采用单母分段带旁路 有 5 回出线 初选 SF6 断路器 型号 LW 252W 110kv 和 10kv 为 类 类负荷接线 所以在接线时为保障供电 110KV 采用 单母线接线 而 10KV 则直接采用双母线接法 因此 在经济计算时只考虑 220KV 侧 表 2 2 设备型号及综合投资表 单母线分段带旁路 增加或减少一个回路的投资 万元 设 备 型 号 综合投资 万元 主 变 馈 线 SFP9 240000 108 220KV 配电装置 477 4 218 5 2 四台 40 4 五回 经济计算 投资 Z0 主变投资 配电装置投资 108 477 4 585 4 万元 固定投资 Z1 Z0 1 70 585 4 1 70 995 16 万元 2 年运行费用计算 U A 10 10 U1 U2 U1 小修维护费 取 0 032 Z U2 折旧费 取 0 031 Z 电能价格 A 变压器年电能损失总值 KW h U A 10 10 U1 U2 A 10 10 0 032 995 16 0 031 995 16 A 10 10 62 7 万元 2 4 2 方案二 1 计算综合投资 Z 220KV 侧采用双母线接线 有 5 回出线 初选 SF6 断路器 型号 LW 252W 经济计算 投资 Z0 主变投资 配电装置投资 108 473 581 万元 固定投资 Z1 Z0 1 70 581 1 70 987 7 万元 表 2 3 设备型号及综合投资表 双母线接线 增 加 或 减 少 一 个 回 路 的 投 资 万元 设 备 型 号 综 合 投 资 万 元 主 变 馈 线 SFP9 240000 108 220KV 配电装置 473 216 3 2 四台 40 4 五回 2 年运行费用计算 U A 10 10 U1 U2 U1 小修维护费 取 0 032 Z U2 折旧费 取 0 031 Z 电能价格 A 变压器年电能损失总值 KW h U A 10 10 U1 U2 A 10 10 0 032 987 7 0 031 987 7 A 10 10 62 23 万元 结论 在经济性比较中方案 II 比方案 I 占优势 在可靠性中 鉴于目前大型火电厂 接线方式以及目前各种技术的先进 方案 II 为目前大型电厂都采用的双母接线 具有很高的供电可靠性 调度灵活性 扩建方便 适合目前电力发展需求 两 组母线同时工作 并且通过母联断路器并联运行 电源与负荷平均分配在两组 母线上 即称之为固定连接方式运行 这也是目前生产中最常用的运行方式 所以在可靠性和灵活性上较方案 I 占优势 经综合分析 决定选择方案 II 作为本 次设计的最终方案 第三章 短路电流计算 第 3 1 节 短路电流计算的目的 3 1 1 短路电流计算的目的 在发电厂和变电所的电气设计中 短路电流计算是其中的一个重要环节 其计算的目的主要有以下几个方面 1 在选择电气主接线时 为了比较各种方式接线方案 或确定某一接线 是否需要采取限制短路电流的措施等 均需进行必要的短路电流计算 2 在选择电气设备时 为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全 可靠地工作 同时又力求节约资金 这就需要进行全面的短路电流计算 例如 计算某一时刻的短路电流有效值 用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器 的电抗值 计算短路后较长时间短路电流有效值 用以校验设备的热稳定 计 算短路电流冲击值 用以校验设备动稳定 3 在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 地的安全距离 4 在选择继电保护方式和进行整定计算时 需以各种短路电流为依据 5 接地装置的设计 也需用短路电流 第 3 2 节 短路电流的一般规定 3 2 1 短路电流计算的一般规定 验算导体和电器时所用短路电流 一般有以下规定 1 计算的基本情况 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行 所有同步电机都具有自动调整励磁装置 包括强行励磁 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 所有电源的电动势相位角相同 应考虑对短路电流值有影响的所有元件 但不考虑短路点的电弧电阻 对异步电动机的作用 仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以 考虑 2 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式 应是可能最大短路电流的正常接线方式 即最大运行方式 而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 3 计算容量 应按本工程设计规划容量计算 并考虑电力系统的远景发展规划 一般考 虑本工程建成后 5 10 年 4 短路种类 一般按三相短路计算 若发电机出口的两相短路 或中性点直接接地系统 以及自耦变压器等回路中的单相 或两相 接地短路较三相短路情况严重时 则应按严重情况的进行比较 5 短路计算点 在正常接线方式时 通过电器设备的短路电流为最大的地点 称为短路计 算点 3 2 2 本厂等值电路图中短路点的选取 根据本厂主接线的特点 主变压器等值电抗的不同 以及选择设备的要求 选 择三个短路点作为短路计算的短路点 这三个短路点位置为 1 d 1 在 10KV 电压母线上 2 d 2 在 110KV 母线上 3 d 3 在 220KV 电压母线上 第 3 3 节 计算步骤 在工程设计中 短路电流的计算通常采用实用曲线法 现见其计算步骤简 述如下 1 选择计算短路点 2 画等值网络 次暂态网络 图 首先去掉系统中的所有负荷分支 线路电容 各元件的电阻 发电机电抗 用次暂态电抗 Xd 选取基准容量 和基准电压 一般取各级的平均电压 bUb 将各元件电抗换算为同意基准值的标幺电抗 绘出等值网络图 并将各元件电抗统一编号 3 化简等值网络 为计算不同短路点的短路电流值 需将等值网络分别化简 为以短路点为中心的辐射形等值网络 并求出各电源与短路点之间的电抗 即 转移阻抗 Xnd 4 求计算电抗 js 5 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值 运算曲线只作到 3 5 js 6 计算无限大容量 或 3 的电源供给的短路电流周期分量 js 7 计算短路电流周期分量有名值和短路容量 8 计算短路电流冲击值 9 计算异步电动机供给的短路电流 10 绘制短路电流计算结果表 第 3 4 节 短路电流计算 3 4 1 电路元件参数的计算 根据电力系统规划设计中确定或推荐的系统接线图 求出各元件 发电机 变 压器 线路等 的阻抗值 高压短路电流计算一般只计及各元件的电抗 为了计算 方便 一般均计算成 标么值 通常取用基准容量 SB 100MW 基准电压一般取各 级的平均电压标么值计算基本关系如下 1 1 bbIUS3 1 2 bIZ 1 3 bbUS3 1 4 pb 式中 Sb 基准容量 MVA Ub 基准电压 KV Up 电网各级平均额定电压 KV Ib 基准电流 KA Zb 基准阻抗 1 发电机电抗标么值计算 Ub 230KV Sb 100MVA 已知 PG 200WM COS 0 85 UN 10 5KV IN 8625 A Xd 16 5 X1 432SXNbd 071 85 216 0 1 1 0 k v 2 2 0 k v X 9 X 5 X 6 X 1 0 X 1 1 X 1 2 X 7 X 8 X 1 X 2 X 3 X 4 1 0 K V d 1 d 2 d 3 图 1 11 短路计算等值电路图 1 2 变压器电抗标么值计算 1 主变压器电抗计算 1 已知 S N 240000KVA 变比 242 10 5 U d 13 0542 103 UXbST 2 已知 S N 240000KVA 变比 242 121 10 5 1 1 5 32 3 1 火电厂变压器各绕组电抗电压百分数分别为 21 32 31 2 UUKKKK 1 2 25 14 11 14 31 32 21 2 1 2 25 11 14 11 21 32 31 3 KKKK 1 2 11 14 25 0 火电厂变压器各绕组电抗标幺值 046 2140 265 UXK87 058 24109 K 12 0542 13 SXNbT 3 4 2 d1 点 10KV 母线 短路电流计算035 16 165 08 12035 d 21 63js SX 1 0 K V 1 0 K V X 1 X 2 X 1 6 由等值电路图 1 化简等值电路 4 见图 1 11 所示 查汽轮机运算曲线 次暂态 0s 短路电流标幺值为 I 6 4 4s 短路电流标幺值为 I 4 2 47 次暂态短路电流电流有名值 KAUSIN5 4310 685 3av 4s 短路电流有名值 IN78 610 2385 3av 4 短路冲击电流 KAI4 2 18 sh 3 4 3 d2 点 110KV 母线 短路电流计算 1 1 0 K V 1 0 K V X 5 X 6 X 7 X 8 X 1 X 2 X 5 6 X 1 2 由等值电路图 1 化简等值电路 2 见图 1 12 所示 03 46 656 5712128 565 X273 05 10 d 2 1 1js S 查汽轮机运算曲线 次暂态 0s 短路电流标幺值为 I 4 8 4s 短路电流标幺值为 I 4 2 4 次暂态短路电流电流有名值 NS10I 83 1KA35avU 4s 短路电流有名值 N4102 4I 1 53 8av 短路冲击电流 1 82I 3 01964KA shi 3 4 4 d3 点 220KV 母线 短路电流计算 2 2 0 K V X 9 X 1 0 X 1 1 X 1 2 X 7 X 8 X 1 X 2 X 3 X 4 X 1 3 X 1 4 2 2 0 K V 由等值电路图 1 化简等值电路 3 见图 1 13 所示06 20913 1414 35 06 2 315 X296 8 135 d 41 52js S 查汽轮机运算曲线 次暂态 0s 短路电流标幺值为 I 3 65 4s 短路电流标幺值为 I 4 2 25 次暂态短路电流电流有名值 KAUSIN024 165 38 03av 4 4s 短路电流有名值 IN631 0245 8 03av 4 短路冲击电流 KAI6 1 28 1 sh 表 3 4 1 短路电流计算结果汇总表 电源 短路电流 KA 短路电流 KA 短路冲击电流 KA 10KV 母线 43 5 16 78 110 4 110KV 母线 3 01 1 51 9 64 220KV 母线 1 024 0 631 2 6 第四章 电气设备的选择与校验 第 4 1 节 电气设备选择的一般原则 4 1 1 导体和电器的选择与设计 导体和电器的选择设计 同样必须执行国家的有关技术经济政策 并应做 到技术先进 经济合理 安全可靠 运行方便和适当的留有发展余地 以满足 电力系统安全经济运行的需要 1 一般原则 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 展的需要 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 选择导体时应尽量减少品种 5 扩建工程应尽量使新老电器型号一致 6 选用的新产品 均应具有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 2 有关的几项规定 导体和电器应按正常运行情况选择 按短路条件验算其动 热稳定 并按 环境条校核电器的基本使用条件 1 在正常运行条件下 各回路的持续工作电流 应按下表计算 表 4 1 1 各回路的持续工作电流表 回路名称 计算公式 变压器回路 Ig max 1 05In 1 05 USnn3 馈电回路 Ig max 2 COP 注 P N UN IN等都为设备本身的额定值 各标量的单位为 I A U KV P KW S KVA 2 验算导体和电器时 所用短路电流的有关规定见节 短路电流 3 验算导体和 110KV 以下电缆短路热稳定时 所用的计算时间 一般采用 主保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间 断路器全分闸时间包括断路器 固有分闸时间和电弧燃烧时间 4 短路热稳定时 导体的最高允许温度可参照 发电厂电气部分课程设计 参考资料 P106 表 5 2 所列数值 表 4 1 2 导体的最高允许温度表 导体种类和材料 短路时导体允许 工作温度 C 0 导体最长允许工 作温度 C 0 热稳定系数 C 值 母线 铝 200 70 87 5 验算短路动稳定时 硬导体的最大应力大于表 5 3 所列数值 表 4 1 3 导体和电器的选择与校验项目表 材料 硬铜 硬铝 钢 最大允许应力 137 106 69 106 157 106 6 环境条件 选择导体和电器时 应按当地环境条件校核 3 校验的一般规定 1 长期工作条件 电压 选用的电器在允许最高工作电压 Umax不低于该回路的最高运行电压 Ug 即 Umax U g 5 1 电流 选用的电器额定电流 In不得低于所在回路在各种可能方式下的持续工作电 流 I g n I g 5 2 2 短路稳定条件 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稳定校验 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 接接地系统及自耦变压器等回路中的单相 两相接地短路较三相严重时 则应 按严重情况校验 2 用熔断器保护的电器可不校 验热稳定 当熔断器有限流作用时 可 不验算动稳定 用熔断器保护的电压互感器 可不验算动 热稳定 短路的热稳定条件 It t I tdz 5 3 It t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值 kA t 设备允许通过的热稳定电流时间 s 校验短路热稳定所用的计算时间 tdz按下式计算 tdz tb td 5 4 tb 继电保护装置后备保护动作时间 s td 断路器全分闸时间 s 注 验算导体和 110KV 以下电缆适中热稳定时 用的计算时间釆用主保护的动 作时间加相应的断路器全分闸时间 短路的动稳定计算 imax i ch 5 5 ich 短路冲击电流峰值 kA imax 电器允许的极限通过电流峰值 kA 第 4 2 节 断路器的选择与校验 4 2 1 断路器型式的选择 除需满足各项技术条件和环境条件外 还应考虑便于安装调试和运行维护 并经技术经济比较后才能确定 根据当前我国生产制造情况 电压 6 220KV 的电网一般选用少油断路器 电压 110 330KV 的电网 当少油断路器技术条 件不能满足要求时 可选用六氟化硫或空气断路器 大容量机组采用封闭母线 时 如果需要装设断路器 宜选用发电机专用断路器 1 断路器选择的具体技术条件简述如下 1 电压 电网工作电压 5 6 Ug n 2 电流 最大持续工作电流 5 7 Imax I 由于高压开断电器没有连续过载的能力 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 即取最大持续工作电流 Igmax 3 开断电流 或开断容量 或 5 8 Itd brStd kd 式中 断路器实际开断时间 T 秒的短路电流周期分量 Itd 断路器额定开断电流 br 断路器 T 秒的开断容量 Std 断路器额定开断容量 Skd 断路器的实际开断时间 T 为继电主保护动作时间与短路器固有分闸时间 之和 4 动稳定 5 9 ichmax 式中 三相短路电流冲击值 ich 断路器极限通过电流峰值 max 1 热稳定 5 10 tIdz2 t2 式中 稳态三相短路电流 短路电流发热等值时间 又称假想时间 tdz 断路器 T 秒热稳定电流 It 4 2 2 断路器的选择与校验 1 母线侧以及母联断路器的型号都相同 都采用六氧化硫断路器 选用 LW 252W 2000A 40KA 2 校验 额定电压 UUnsnsnKV 20 20 额定电流 61nsKAII 开断电流 NbrNbrA 4 5 开合电流 293 0 nclsh shnclIi i 动稳定校验 10 21 eshshei 热稳定校验 SKtI 4822 2 5 6 6053 dz 2t2 满足要求 第 4 3 节 隔离开关的选择与校验 4 3 1 隔离开关的选择原则 1 为保证检修安全在断路器的两侧和母线等处 皆应装有手动或电动的 接地开关 快速接地开关的作用相当于接地短路器 可就地和远方控制 一般 下列情况需要装设快速接地开关 2 停电回路的最先接地点 用来防止可能出现的带电误合接地造成封闭 电器的损坏 利用快速接地开关来短路封闭电器内部的电弧 防止事故扩大 一般为分相操作 投入时间不小于接地飞弧后 1 秒 3 隔离开关的选择 应根据配电装置的布置特点 和使用要求等因素 进行综合的技术经济比较然后确定 其选择的技术条件与断路器选择的技术条 件 1 2 4 5 相同 选择原则 nxnsnUI 检验项目 1 热稳定 2 动稳定 4 3 2 隔离开关的选择与校验 1 母线附近的隔离开关 均为单接地与不接地两种 架空线出线处为双 接地开关 1 Uns 220KV 2 1 05Igmax ASn 3 6120345 13 选择 GW4 220D 2000A 100KA 型户外式隔离开关 3 热稳定检验 462 4 8464KA2 stI Qk 1085 35 KA2 sdz Q ktI2 满足热稳定校验 4 动稳定校验 i桳 104KA 而 23 21KAsh 满足动稳定校验 2 主变压器高压侧的隔离开关选择 单接地型 1 Un 220KV 2 1 05 Igmax ASn 3 6120345 13 所以选择 JW6 252W 型隔离开关 3 热稳定校验 23 72 4 2246 76 KA2 stI2 Qk 1085 35KA2 sdz Q k 满足要求 tI2 4 动稳定校验 i桳 80KA2 而 i桳 23 21KA2 满足动稳定要求 所有条件满足要求 4 3 3 220KV 断路器及隔离开关的选择 以 220KV 双母线的母联断路器及两侧开关为例 见校验表 4 3 2 表 4 3 1 220KV 断路器及隔离开关的校验 项目 计算数据 断路器 FA1 隔离开关 GW4 220D 合格与否 额定电压 220KVNU 220KVNU 220KVNU合格 额定电流 661AmaxIg 2000AI 1000AI合格 开断电流 5 604KA 31 5KAbr 合格 动稳定 22 4KAshi 80KAmaxi i桳80KA2 合格 热稳定 5 6042 42cqt 402 4th 27 32 4th 合格 4 3 4 110KV 断路器及隔离开关的选择 以 110KV 双母线的母联断路器及两侧开关为例 见校验表 1 8 表 4 3 2 110KV 断路器及隔离开关的校验 项目 计算数据 断路器 FA1 隔离开关 G W4 110 合格与否 额定电压 110KVNU 110KVNU 110KVNU合格 额定电流 787AmaxIg 2000AI 2000AI合格 开断电流 7 97KA 31 5KAbr 合格 动稳定 22 4KAshi 80KAmaxi 80KAmaxi 合格 热稳定 5 72 4cqt 31 52 42th 31 52 4th 合格 4 3 5 10KV 断路器及隔离开关的选择 安装与不同地点的 10KV 断路器所承受的短路电流差别很大 G1 发电机出口 断路器及其隔离开关 列表校验如表 1 10 表 4 3 3 10KV 断路器及隔离开关的校验 项目 计算数据 断路器 SN4 10G 隔离开关 G N10 10T 合格与否 额定电压 10KVNU 10KVNU 10KVNU合格 额定电流 2750AmaxIg 5000AI 5000AI合格 开断电流 46 99KA 105KAbr 合格 动稳定 134 4KAshi 300KAmaxi 200KAmaxi 合格 热稳定 36 042 42cqt 1202 4th 1002 4th合格 第 4 4 节 高压熔断器的选择与校验 4 4 1 选择的技术条件 1 电压 U g U n 5 11 限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中 以免因 过电压而使电网中的电器损坏 故应为 Ug Un 2 电流 I gmax I f2n I f1n 5 12 If2n 熔体的额定电流 If1n 熔断的额定电流 3 根据保护动作选择性的要求校验熔体额定电流 应保证前后两级熔断器之 间及熔断器与电源侧继电保护之间 及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选 择性 4 断流容量 i ch I kd 5 13 ich 三相短路冲击电流的有效值 Ikd 熔断器的开断电流 注 保护电压互感器的熔断器 只需按额定电压和断流容量选择 4 4 2 熔断器的选择与校验 1 发电机出口处与电压互感器相连的熔断器的选择与校验 额定电压 U n 10 5kV 1 1Un U1 0 9 U n 表 4 4 1 熔断器型号表 型号 额定电压 最大开断容量 开断电流 RN2 20kV 1000MVA 28 87KA 断流容量 I 13 2 kA Ikd Skd Un 1000 20 28 87 kA 33 I I kd Skd 熔断器断流容量 I 三相短路电流冲击值有效值 Ikd 熔断器开断电流 所有条件满足要求 4 4 3 熔断器的选择表 表 4 4 2 熔断器的选择表 支路名称 型 号 额定电压 KV 开断容量 MVA 开断电流 10 5KV 侧 RN2 20 1000 28 87KA 第 4 5 节 电压互感器的选择 4 5 1 电压互感器的选择 1 电压互感器的选择 电压互感器的配置原则 应满足测量 保护 同期和自动装置的要求 保证在运行方式改变时 保护 装置不失压 同期点两侧都能方便地取压 母线 6 220KV电压级的每相主母线的三相上应装设电压互感器 旁路母线 则视各回路出线外侧装设电压互感器的需要而确定 线路 当需要监视和检测线路断路器外侧有无电压 供同期和自动重合闸使 用 该侧装一台单相电压互感器 主变压器 根据继电保护装置 自动装置和测量仪表的要求 在一相或三相 上装设 2 型式 电压互感器的型式应根据使用条件选择 6 20KV屋内配电装置 一般采用油浸绝缘结构 也可采用树脂浇注绝缘结 构的电压互感器 35 110KV的配电装置 一般釆用油浸绝缘结构的电压互感器 220KV以上 一般釆用电容式电压互感器 当需要和监视一次回路单相接地时 应选用三相五柱式电压互感器 或有第 三绕组的单相电压互感器组 电压互感器三个单相电压互感器接线 主二次绕 组连接成星形 以供电给测量表计 继电器以及绝缘电压表 对于要求相电压 的测量表计 只有在系统中性点直接接地时才能接入 附加的二次绕组接成开 口三角形 构成零序电压滤过器供电给继电器和接地信号 绝缘检查 继电器 3 一次电压U 1 1 1U n U1 0 9Un 5 14 Un为电压互感器额定一次线电压 1 1和0 9是允许的一次电压波动范围 即 10 Un 4 二次电压 电压互感器二次电压 应根据使用情况 按下表选用所需的二 次额定电压 表 4 5 1 电压互感器二次额定电压选择表 绕 组 主 二 次 绕 组 附 加 二 次 绕 组 高压侧接入方式 接于线 电压上 接于相 电压上 用于中性 点接地 用于中性 点不接地 二次额定电压 V 220 220 3 220 220 3 4 5 2 电压互感器的选择 220KV 架空线电压互感器 选用 TYD220 0 005H 变比 准确级 0 5310 32 发电机电压互感器 选用 1 组 JDZ 20 变比 准确级 0 510 35 2 组 JDZ 15 75 0 1 变比 准确级 0 5 4 5 3 电压互感器的选择表 表 4 5 2 电压互感器的选择表 位 置 220KV 母线 110KV 母线 型 号 TYD220 0 005H3 JDZ 10 5 0 1 单 相油浸式 准确 级 0 5 0 5 变比 10 32 10 3510 35 第 4 6 节 电流互感器的选择 4 6 1 电流互感器的选择 1 电流互感器的选择原则 根据 电力工程电气设计手册 1 一次部分 P71 电流互感器的配置原则 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器 其数量应满足测量仪表 保护和 自动装置要求 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器 发电机和变压器的中性点 出口 对直接接地系统 一般按三相配置 对非直接接地系统 依具体要求按两相 或三相配置 1 型式 电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择 对于6 20KV屋内 JCC 110 0 5 10KV 母线 配电装置 可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器 对于35KV及 以上配电装置 一般用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器 有条件时 应 尽量釆用套管式电流互感器 2 参数选择 电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种 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 a 一次额定电流的选择 当电流互感器用于测量时 其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工 作电流大1 3左右 以保证测量仪表有最佳工作 并在过负荷时 使仪表有适当 的指示 电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平 衡电流选择 一般情况下 可按变压器额定电流的1 3进行选择 当保护和测量 仪表共用一组电流互感器时 只能选用相同的一次电流 一次侧额定电流 I1n I g mas I1n为电流互感器原边额定电流 I g mas为电流互感器安装处一次回路 最大工作电流 b 一次侧额定电压 U n U g 5 15 Ug为电流互感器安装处一次回路的工作电压 U n为电流互感器额定电压 c 准确等级的选择 电流互感器准确等级的确定与电压互感器相同 需先知电流互感器二次回路 所接测量仪表的类型及以准确等级的要求 并按准确等级要求最高的表计来选择 用于电能测量的互感器准确级 0 5电度表应配用0 2级互感器 1 0级有功电度 表应配用0 5级互感级 2 0无功电度表也应配用0 5级互感器 2 0级有功电度表 及3 0级无功电度表 可配用1 0级互感器 一般保护用的电流互感器可选用3级 差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级 零序接地保护可釆用专用的电 流互感器 保护用电流互感器一般按10 倍数曲线进行校验计算 d 热稳定校验 电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流I 1n来校验 I1nKt I tdz 5 16 Kt为CT的1s热稳定倍数 e 动稳定校验 内部动稳定可用下式校验 I1nKdw i ch 2 5 17 I1n 电流互感器的一次绕组额定电流 A Ich 短路冲击电4流的瞬时值 KA Kdw CT的1s动稳定倍数 4 6 2 电流互感器选择 发电机 选用 LRZB 20 0 5 浇注绝缘母线式 电流比 12000 5 准确级 0 5 变压器高压侧 220KV 出线 选用 LRB 220 5P20 瓷绝缘户外式 电流比 1200 5 准确级 0 5 110KV 电流互感器 选用 LCWD2 110 电流比 800 5 10KV 电流互感器 选用 LBJ 10 电流比 6000 5 第 4 7 节 母线的选择与校验 4 7 1 母线的选择及校验原则 1 选型 载流导体一般都采用铝质材料 工业上常用的硬母线为矩形 槽形和管形 矩形母线散热好 有一定的机械强度 便于固定连接 但集肤效应系数大 一 般只用于 35kv 及以下 电流在 4000A 及以下的配电设备中 槽形母线机械强度 较好 载流量大 集肤效应系数小 一般用于 4000 8000A 配电装置中 管形母 线集肤效应系数小 机械强度高 管内可以通水和通风 可用于 8000A 以上的 大电流母线 另 外 由于圆管形表面光滑 电晕放电电压高 可用于 110 及 以配电装置母线 110kv 及以上高压配电装置 一般采用软导线 当采用硬导 体时 宜用铝锰合金管形导体 2 截面选择 软母线的截面选择 按照经济电流密度选择的母线都能满足导体长期发热条件 故按经济电流 密度选择 S Imax J 5 19 Imax 正常工作时的最大持续工作电流 J 经济电流密度 对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数 Tmax 将有不同取值 硬母线的截面选择 硬母线一般用于电压较低的配电装置中 所以 可以按最大持续工作电流 选择导线截面积 Igmax K Iy 5 20 Iy 相应于某一母线布置方式和环境温度为 25 时的导体长期允许载流 量 K 温度修正系数 3 热稳定校验 软母线不需热稳定的校验 硬母线的热稳定校验 Smin sqrt QkKs C 5 21 C 热稳定系数 与导体材料及温度有关 4 动稳定校验 软母线无需动稳定校验 硬母线的动稳定校验 各种形状的硬母线通常都安装在支柱绝缘子上短路冲击电流产生的电动力 将使导体发生弯曲 因此 导体应按弯曲情况进行应力计算 110 及以上单根 圆管母线上产生的应力不能忽略不计 多条母线的应力计算 当母线由多条组成时 母线上最大机械应力由相间作用应力 xj 和同相各 条间的作用力 tj 合成 所以 max xj tj 5 22 1 多条矩形母线的条间应力计算 由于同相条间距离很近 条件作用力 大 为了减少 tj 条间通常设有衬垫 为了防止同相各条矩形导体在条间作 用力下产生弯曲而互相接触 衬垫间允许的最大跨距 临界跨距 Lcr 可由下 式决定 LCr b h fb 5 23 b h 矩形导体的宽和高 系数 铜 双条为 1774 三条为 1355 铝 双条为 1003 三条为 1197 fb 同相各条母线间单位长度的作用力 当同相为 2 条时 fb 2k12 0 5ish 2 10 7 2b 2 5k12i2sh 10 8 b n m 5 24 k12 k13 条 1 2 和条 1 3 的截面形状系数 当同相为 3 条时 边条受力最大 fb fb1 2 fb1 3 8 k12 k13 i2sh 10 9 b n m 5 25 k12 k13 条 1 2 和条 1 3 的截面形状系数 所选衬垫跨距应满足 Lb Lcr b fbL2b 2b2h 5 26 2 母线的相间作用应力计算 ph fphL 10W 5 27 fph 单位长度导体上所受相间电动力 L 导体支柱绝缘子间的跨距 w 导体对垂直于作用力方向轴的截面系数 表 4 7 1 导体的长期允许工作温度的热稳定系数表 导体种类和材料 短路时导体允许 工作温度 C 0 导体最长允许 工作温度 C 0 热稳定系数 C 值 母线 铝 200 80 99 5 200MW 及以上大容量发电机的引出线装置设置 200MW 及以上大容量发电机引出线母线 厂用分支母线和电压互感器分支 母线等 为了避免相间短路 提高运行的安全可靠性和减少母线电流对临近钢 构的感应损耗发热 一般采用全连式分相封闭母线 与封闭母线配套供应的电 压互感器 避雷器和电容器等 分别装在分相封闭式的金属柜内 一般为抽屉 式的 发电机中性点设备 电压互感器和接地电阻等 并装设在单独的封闭金 属柜内 因此 这种具有分相封闭母线的发电机引出线装置的布置与一般中小 型发电机采用敞露母线的引出线装置有很大的区别 首先 由于分相封闭母线及其配套设备的带电部分均被封闭在金属保护外 壳内 而金属外壳是接地的 不会引起人员触电的危险 因而一般都是敞开布 置 取消复杂的发电机出线小室 一些工程存在小室完全是为安装励磁回路设 备而设置的 和一般中小机组的出线小室性质和内容均不同 可设称为励磁设 备小室 简化了土建结构和便于施工安装 也改善了运行条件 其次 由于分相封闭母线及其配套设备是由封闭母线制造厂成套加工制造 再由现场组装连接起来的 因此易于保证质量 提高了长期运行的安全可靠性 减少了工作量 4 7 2 母线的选择 220KV 侧母线 由变压器容量可知 1 05Igmax AUSn 3 6120345 13 选用 LGJ 500 65 110KV 侧母线 1 05Igmax An 2 40813705 3 选用 LGJ 500 65 4 7 3 母线的校验 1 按经济电流密度选择截面 该母线 Imax 661 3A 由于发电机连接母线 传输量大 T max 5500h 5000h 长度超过 20m 故按经济电流密度选择截面 由经济电流密度图可查得 当 Tmax 5500h 时 铝导体的 J 0 9A mm2 导体截面 SJ Imax J 661 3 0 9 734 8mm2 查表 由于没有正好合适的标准截面 故选用 截面相差不多的管型导体 D 140mm d 120mm t 10mm S 1380 mm2 K s 1 02 导体 允许电流 I al 3720A 考虑环境温度的修正 查表得 K 0 88 I 4 6cmIy al30 KI al 3720 0 88 3273 6A 661 3A 2 热稳定校验 Smin 88 59 mm2 1380 mm 2 满足热稳定要求 3 导体共振校验 导体不发生共振的最大绝缘子跨距 L max 1 4m 所取的绝缘子跨距 L 1 2m L L max 所有条件满足要求 所以最终 选用 LGJ 500 65 第 4 8 节 避雷器的选择 4 8 1 避雷器的简介 避雷器是一种保护电器 用来保护配电变压器 电站和变电所等电器设备 的绝缘免受大气过电压或某些操作过电压的危害 大气过电压由雷击或静电感 应产生 操作过电压一般是由于电力系统的运行情况发生突变而产生电磁振荡 所致 1 避雷器有三种 1 阀型避雷器 按其结构的不同 又分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷 器 2 管型避雷器 利用绝缘管内间隙中的电弧所产生的气体把电弧吹灭 用 于线路作为防雷保护 3 氧化锌避雷器 金属氧化物避雷器具有优异的非线形伏安特性 残压随 冲击电流波头时间的变化特性平稳 陡波响应特性好 没有间隙的击穿特性和 灭弧问题 其电阻片单位体积吸收能量大 还可以并