3100MW火力发电厂电气部分设计课程设计doc.docx

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3100MW火力发电厂电气部分设计课程设计doc

前言

一、设计任务的内容

3×100 MW火力发电厂电气部分设计

1、电厂为3台100MW汽轮发电机组，一次设计完成。

2、有220 kV 和110kV两级电压与系统连接，220KV出线有4回，每回出线最大

输送容量为50MVA；110KV出线有3回，每回出线输送容量为35MVA。

本厂无

6～10 kV及35 kV出线。

3、气象条件：

年最高温度38℃，年最低温度-7℃。

4、系统阻抗在最大运行方式下（SJ=100MVA），与110kV系统的联系阻为0.012，

与220kV系统的联系阻抗为0.068，两系统均视为无穷大容量系统。

5、发电机参数：

型号：

QFN-100-2  Pe=100MW  Ue=10.5kV  Ie=6475A  

cosφ=0.85  Xd”=0.183

二、设计的目的

发电厂电气部分课程设计是在学习电力系统基础课程后的一次综合性训

练，通过课程设计的实践达到：

1、巩固“发电厂电气部分”、“电力系统分析”等课程的理论知识。

2、熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。

3、掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。

4、学习工程设计说明书的撰写。

5、培养学生独立分析问题、解决问题的工作能力和实际工程设计的基本技能。

三、设计的原则

电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。

电气主接线设计的基本原则是以设计任务书问为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，以保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便、尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

四、设计的要求

1、分析原始资料

2、设计主接线

3、计算短路电流

4、电气设备选择

五、主接线设计的依据

1、发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用

2、发电厂、变电所的分期和最终建设规模

3、负荷大小和重要性

4、系统备用容量大小

5、系统专业对电气主接线提供的具体资料

六、对电气主接线的基本要求

可靠性、经济性、灵活性

原始资料的分析

一、本工程情况：

从原始资料分析，所要求设计的发电厂类型为大中容量火电厂，

总装机容量为300MW，单机容量为100MW。

二、电力系统情况：

一次设计完成。

系统阻抗在最大运行方式下（SJ=100MVA），与110kV系统的联系阻抗为0.012，与220kV系统的联系阻抗为0.068，两系统均视为无穷大容量系统。

三、负荷情况：

有220 kV 和110kV两级电压与系统连接，220KV出线有4回，

每回出线最大输送容量为50MVA；110KV出线有3回，每回出线输送容量为35MVA。

本厂无6~10 kV及35 kV出线。

四、气象条件：

年最高温度38℃，年最低温度-7℃。

主接线方案的确定

一、主接线方案拟定

1、变压器台数：

根据原始资料，该厂除了本厂的厂用电外，其余向系统输送功率，所以不设发电机母系，发电机与变压器采用单元接线，保证了发电机电压出线的供电可靠，为了能使电源和线路功率均衡的分配，采用两台三绕组变压器与两种升高电压母线连接，另外一台变压器选用双绕组变压器只与220kV母线连接。

2、变压器的容量：

单元接线中的主变压器容量SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10％的裕度选择，为

（2.1）

—发电机容量；—通过主变的容量

—厂用电：

　—发电机的额定功率，

发电机的额定容量为200MW，扣除厂用电后经过变压器的容量为：

（2.2）

由发电机参数和上述计算及变压器的选择规定,主变压器选用1台220KV双绕组的变压器和两台220KV三绕组的变压器。

一台220KV的双绕组变压器选择用SFP-120000/220，两台220KV三绕组的变压器选择用SSPSL-120000/220。

型号含义：

S——三相

F——风冷/SP——强迫油循环水冷

P——无励磁调压

S——三绕组

L——铝芯

由文献【2】可知：

表1双绕组主变压器：

SFP-120000/220

额定容量（kVA）

额定电压（kV）

连接组标号

损耗（kW）

阻抗电压（%）

空载电流

（%）

运输重量（t）

参考价格（万元）

综合投资（万元）

高压

低压

空载

短路

120000

220±2×2.5℅

10.5

YNd11

281

1020

13

1.015

119

78

90.4

两台三绕组主变压器SSPSL-120000/220

参数为：

额定容量比（%）：

100/100/50

额定电压（kV）：

220/121/10.5

空载损耗（kW）：

123.1

短路损耗（kW）：

高—中510，高—低165，中—低227

阻抗电压（%）：

高—中24.7，高—低14.7，中—低8.8

空载电流（%）：

1.0

运输重量（t）：

106

参考价格（万元）：

71.7

综合投资（万元）：

84.6

二、主接线方案：

1、220kV电压级。

出线回路数为4回，每回出线最大输送容量为50MVA。

为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母分段带旁路接线或双母线带旁路接线，以保证其供电的可靠性和灵活性。

因为本厂无6～10kV及35kV出线，所以直接是发电机与变压器相连升压。

2、110kV电压级。

出线回路数为3回，每回出线输送容量为35MVA。

同样为使其出现断路器检修时不停电，应采用单母分段带旁路接线或双母线带旁路接线，这里的旁路断路器不用设专用旁路断路器，可以用分段断路器兼作旁路断路器。

根据变压器的组合方案拟定主接线的初步方案，并依据对主接线的基本要求，从技术上进行论证各方的优、缺点，淘汰了一些较差的方案，保留了两个技术上相对较好的方案。

如图

（1）和

（2）：

三、比较主接线方案

1、技术上的比较：

方案1供电可靠，检修出线断路器时不至使供电中断。

方案2供电更加可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至使供电中断；调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；扩建方便，向双母的左右任何一个方向扩建均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电；便于试验，而且能使电源和线路功率均衡的分配。

2、经济上的比较，由于方案1使用更多的断路器与隔离开关，以致使方案1的投资比方案2要大很多，增加了旁路间隔和旁路母线，每回间隔增加一个隔离开关，大大的增加了投资，同时方案1方案2多占用了土地，当今我国的土地资源比较缺乏。

图

（1）双母带旁路接线（方案1）

图

（2）单母分段带旁路接线（方案2）

四、主接线方案的确定

从技术和经济的角度论证了两个方案，方案2都要比方案1明显占优势，主要是方案2使用两种主变压器，使电源和线路功率均衡分配；使用比方案1更少的断路器，减少了经济投资。

所以比较论证后确定采用方案2。

厂用电的设计

一、厂用电源选择

1、厂用电电压等级的确定：

厂用电供电电压等级是根据发电机的容量和额定电压、厂用电动机的额定电压及厂用网络的可靠、经济运行等诸方面因素，经技术、经济比较后确定。

因为发电机的额定容量为100MW，由文献【1】可知；比较后确定厂用电电压等级采用6kV的等级。

2、厂用电系统接地方式：

厂用变采用不接地方式，高压低压都为三角电压。

当容量较小的电动机采用380V时，采用二次厂用变，将6kV变为380V，中性点直接接地；启备变采用中性点直接接地，高压侧为星型直接接地，低压侧为三角电压。

3、厂用工作电源引接方式：

因为发电机与主变压器采用单元接线，高压厂用工作电源由该单元主变压器低压侧引接

4、厂用备用电源和启动电源引接方式：

采用两台启备变，独立从220kV母线引至启备变，启备变采用低压侧双绕组分裂变压器。

二、厂用主变压器选择

1、厂用电主变压器选择原则：

（1）变压器、副边额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应。

（2）连接组别的选择，宜使同一电压级的厂用工作、备用变压器输出电压的相位一致。

（3）阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及厂用电负荷正常波动范围内，厂用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的±5％。

（4）变压器的容量必须保证常用机械及设备能从电源获得足够的功率

2、确定厂用电主变压器容量：

按厂用电率确定厂用电主变压器的容量

厂用电率确定为，

选型号为：

SFL-10000/10

额定容量为：

10000/3×9410；电压比为：

10±2×2.5%/6.3-6.3；

启备变压器的容量为厂用变压器的总和，为30MVA，选用三台10MVA的变压器，型号为：

SFL-10000/110，额定容量为：

10000/9410，电压比为：

110±8×1.5%/6.3kV。

短路电流计算

一、短路电流计算的目的

1、电气主接线的比选。

2、选择导体和电器。

3、确定中性点接地方式。

4、计算软导线的短路摇摆。

5、确定分裂导线间隔棒的间距。

6、验算接地装置的接触电压和跨步电压。

7、选择继电保护装置和进行整定计算。

二、短路电流计算的条件

1、基本假设

（1）正常工作时，三项系统对称运行。

（2）所有电流的电功势相位角相同。

（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。

（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻略去

不计。

（6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流。

（7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。

（8）输电线路的电容略去不计。

2、一般规定

（1）验算导体的电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。

（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点。

（4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

三、短路电流的计算方法

对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的三相短路电流计算，求得I”、ish、Ish值。

I〞——三相短路电流；

ish——三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。

Ish——三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的的热稳定。

Sd——三相短路容量，用来校验断路器和遮断容量和判断容量是否超过规定值，作为选择限流电抗的依据。

注：

选取基准容量为Sj=100MVAUj=Uav=1.05Ue

Sj——基准容量（MVA）；

Uav——所在线路的平均电压（kV）。

1、等值阻抗图

2、短路电流计算表

表2110~220KA系统短路电流小结

短路点

电流值

110KV母线上发生短路（d1点）

220KV母线上发生短路（d2点）

发电机-双绕组变压器发电机出口短路（即d3点）

发电机-三绕组变压器发电机出口短路（即d4点）

0s时刻短路

电流（kA）

13.51

7.072

77.028

163.152

短路冲击

电流（kA）

35.747

18.167

204.753

433.921

短路全电流的最大有效值（kA）

21.437

10.932

122.952

260.609

电气设备