220kv凝汽式发电厂.docx
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220kv凝汽式发电厂
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第一节原始资料
一、标题：
200MW凝汽式热电厂二期电气部分设计。
原始设计数据1。
原始设计数据：
1）某地区根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为200mw的凝汽式火力发电厂，发电厂安装2台50mw机组，1台100mw机组，发电机端电压为10.5kv,电厂建成後以10kv电压供给本地区负荷，其中有机械厂、钢厂、棉纺厂等，最大负荷48mw,最小负荷为24mw，最大负荷利用小时数为4200小时，全部用电缆供电，每回负荷不等，但平均在4mw左右，送电距离为3-6km，并以110kv电压供给附近的化肥厂和煤矿用电，其最大负荷为58mw,最小负荷为32mw，最大负荷利用小时数为4500小时，要求剩余功率全部送入220kv系统，负荷中ⅰ类负荷比例为30%，ⅱ类负荷为40%，ⅲ类负荷为30%。
2）计划安装两台50MW汽轮发电机组，型号为QFQ-50-2，功率因数为0.8。
安装顺序为#1和#2单元；安装一台100MW启动发电机组，型号tqn-100-2，功率因数0.85，安装顺序为#3汽轮机；厂用电率为6%，机组年利用小时Tmax=5800。
3）按负荷供电可靠性要求及线路传输能力已确定各级电压出现列于下表：
4）工厂与系统的简单连接如下图所示：
5）计算短路电流资料：
220kV电压水平连接到容量为2000MW的电力系统。
基于100MVA，阻抗为0.048，系统功率因数为0.85。
6）厂址条件：
厂址位于江边，水源充足，周围地势平坦，具有铁路与外相连。
7）气象条件：
绝对最高气温400℃；最高月平均气温为260℃；年平均气温10.7度；风向主要是东北风。
2.基本设计内容：
1）发电厂电气主接线的设计；2）短路电流计算；3）主要电气设备选择；4）配电装置规划及设计。
1）一份设计说明书2）一份电气主接线图3）一份10kV配置图4）一份220kV进、出线截面图
第二节对原始资料的分析
根据原始数据，电厂为中型电厂，相对靠近负荷中心。
发电厂向全区所有工厂、企业供电，并接入220千伏系统，承担向城区供电和保障城市居民生产生活用电的责任。
由于工厂地理位置优越，一般容易获得燃料，可保证该地区及附近工厂和城区的正常供电，也可提供220kV的电能。
有资料我们可知，10kv侧可以不用变压而直接向用户供电，本电厂还通过升压，以110kv的电压等级向用户送电。
这里有两电压等级，分别是110kv，有四回出线；220kv，有二回出线，全部负荷有ⅰ、ⅱ、ⅲ级负荷。
10kv侧（12回出线，预留2回）
10kV配电装置出线回路数在6条及以上时，一般采用单母线分段接线。
对于供本地负荷的10kV配电装置，由于厂家生产的成套开关柜，以及区域电网运行维护水平的迅速提高，单母线分段接线基本能满足运行要求。
为保证可靠供电，三台发电机均接入10kV母线侧。
2.2110kv侧（4条出线，预留2条）
按照《发电厂电气部分课程设计参与资料》规定，在110kv~220kv配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线，当出线不超过4回时，一般采
采用单母线分段连接或双母线连接。
因此，拟设计的电厂110kV接线可考虑以下方案，并进行经济技术比较：
1）单母线分段
单母分段的主接线方式如图1
优点：
母线分段后，可向重要用户提供不同的电源段。
另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能自动排除故障，保证正常段母线不间断供电。
缺点：
当母线故障时，该母线上的回路都要停电，而且扩建时需要向两个方向均衡扩建。
2）双母线接线
双母线接线如图2所示：
优点：
供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于设计。
缺点：
增加一组母线，每条回路增加一组母线隔离开关，增加投资，操作复杂，占地面积大。
2.3220kv侧（2回出线，预留1回）
根据《电厂电气部分课程设计参考资料》，在110kV~220kV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥式接线。
因此，拟设计的电厂220kV母线接线可考虑以下方案，并进行经济技术比较。
1）双总线设计双总线连接方式如图3所示
优点：
供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。
缺点：
220kV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，操作复杂，对操作人员要求高。
2）带旁路的双母线
双母线带旁路接线方式如图4
优点：
提高供电可靠性，
运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。
缺点：
多装了一台断路器，增加了投资和占地面积，断路器整定复杂，容易造成误操作。
上述双方所需的110kV和220kV断路器和隔离开关数量如下表所示：
由于110kv主要向两家工厂供电，综合考虑供电可靠性与经济性，又方便扩建，我们选择单母线分段的接线方式。
220kV系统更为重要。
综合考虑供电可靠性和经济性，便于调度运行。
同时，考虑到电流断路器的运行性能比较稳定可靠，为了节约用地，方便操作，我们决定采用双母线接线方式。
第二章主变压器的选择
3.1主变压器的选择原则
1、主变容量一般按变电所建成后5—10年的规划负荷来进行选择，并适
当考虑10-20年的长期负荷发展时。
2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。
对于有重
对于要加载的变电站，当一台主变压器停运时，其他变压器的容量应确保在考虑过载能力后，在允许的时间内满足用户的一级和二级负荷。
对于一般变电站，当一台主变压器关闭时，其他变压器的容量应确保所有负载的70%~80%。
3、为保证供电的可靠性，变电站一般配备两台主变压器，条件允许时应考虑
三台主变的可能性。
1）主变容量的确定
容量确定公式：
因此：
查《发电厂电气部分课程设计资料》，选定变压器的容量为180mw.由于升压变压器有两个电压等级，所以这里选择三绕组变压器，查《大型变压器技术数据》选定主变型号为：
sspsl-18000/220主要技术参数如下：
额定容量：
18000/18000/18000（千伏安）
额定电压：
高压—242±2×2.5%；中压—121；低压—10.5（kv）连接组标号：
yo/yo/δ12-11空载损耗：
239（kw）
短路损耗：
高、中：
592；中低:
810;；高和低：
986（kw）阻抗电压（%）：
高和中：
24.1；中低:
8.3;；高度：
13.7空载电流（%）：
2.2参考价格：
906200元
所以一次性选择两台sspsl-18000/220型变压器为主变。
2）厂用电变压器的选择
根据设计资料，可确定厂用电负荷s'n
所以，我们分别从10kvⅰ母现和10kvⅱ段母线取电共3组，其中10kv厂用。
变压器型号选择：
sjl1-6300/10额定容量：
6300（kVA）
额定电压：
10±5%；低压—6.3（kv）连接组标号：
y/δ-11
损耗：
空载-9.1总损耗-61.1阻抗电压（%）：
5.5空载电流（%）：
1.3
第三章短路电流计算
4.1短路电流计算的目的
在发电厂和变电所电气设计中，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，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取措施限制短路电流，有必要计算必要的短路电流。
2）在选择电气设备时，为了确保设备在正常运行和故障条件下能够安全可靠地工作。
同时，尽量节省资金，这需要根据短路情况进行全面验证。
3）在设计室外高压配电装置时，有必要根据短路条件验证软导线与相对地之间的安全距离。
4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。
5）接地装置的设计也需要短路电流。
4.2短路电流的计算条件
1、基本假定：
1）在正常运行期间，三个系统对称运行
2）所有电流的电功势相位角相同
3）电力系统中的所有电源均在额定负载下运行。
4）短路发生在短路电流为最大值的时刻
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，元件的电阻都略去不计
6）未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）用于检查导线电气动态稳定性、热稳定性和电气开断电流的短路电流应根据本项目的设计和规划容量进行计算，并应考虑电力系统的长期发展计划。
2）选择导体和电器的短路电流。
在与电器连接的网络中，应考虑具有反馈功能的异步电动机和电容补偿装置的放电电流的影响。
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）导线和电器的动态稳定性、热稳定性和开断电流一般按三相短路计算。
4.3主变电路
系统电路图如图5所示，等效电路如图6所示
4.4发电机和变压器的参数（以100mva为基准）
220kV系统短路计算电抗：
50mw汽轮发电机的xd”=14.5%,100mw的汽轮发电机的xd”=17.5%所以
由于三侧容量相等，主变压器各绕组阻抗计算如下：
变压器各绕组阻抗标幺值：
4.5系统等效电路图如下：
4.6短路计算：
1.D点短路时，简化电路如图7所示，短路单位值如下：
所以：
有名值：
冲击电流：
全电流最大有效值：
短路容量：
2。
D2点短路
当短路点为d2时，最后简化的等效电路图所示：
短路电流单位值：
标称值：
冲击电流：
全电流最大有效值：
短路容量：
3、d3点短路
短路点为D3时，最终简化等效电路图如下：
短路电流的标幺值：
有名值：
冲击电流：
全电流最大有效值：
短路容量：
短路计算结果列表于下：
第四章导线和电气设备的选择
正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。
在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。
尽管电力系统中各种电器的功能和工作条件不同，具体的选择方法也不尽相同，但对它们的基本要求确实是相同的。
为了可靠工作，必须根据正常工作条件选择电气设备，并根据短路状态验证其动态和热稳定性。
本设计，电气设备的选择包括：
短路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择。
5.1电气设备选择的一般原则：
1、应满足正常运行、维护、开路、过电压等要求，并考虑长期发展的需要。
2、应按当地环境条件校验3、应力求技术先进与经济合理4、选择导体时应尽量减少品种
5、扩建工程尽量做到新旧电气设备型号一致
6、选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格5.2技术条件
所选用的高压电器应能在长期工作条件下以及在过压、过流情况下保持正常运行。
同时，所选电线和电气设备应在短路条件下进行动作和热稳定性验证。
各种高压设备的一般技术条件如下：
第一节断路器和隔离开关的选择
断路器的选择除应满足各种技术和环境条件外，还应考虑安装、调试、操作和维护的方便性，只有在经济和技术比较后才能确定。
根据我国断路器的生产现状，电压等级为10kV~220kV的电网一般选用低油断路器，当低油断路器不能满足要求时，可选用SF6断路器。
断路器选择的具体技术条件如下：
1）额定电压校验：
2）
3）分断电流（或分断能力）：
其中：
idt——断路器开断时间t秒时的断路电流周期分量ikd——断路器的额定开断电流sdt——断路器t秒开断时的容量skt——断路器的额定开断容量
注：
断路器的实际短路分闸时间t是继电保护动作时间和断路器固有分闸时间之和。
4）动态稳定性
其中，ich——三项短路电流冲击值.imax——断路器极限通过电流峰值5）热稳定
地点：
我∞-稳态三项短路电流TDZ——短路电流的等效加热时间
it——断路器t秒热稳定电流
同样，隔离开关的选择和验证条件与断路器相同，要求可适当降低。
5.1.1220kv侧断路器和隔离开关的选择
1、主变220kV侧
1）流过断路器的最大持续工作电流
检查电厂电气部分，选择sw6-220/1200无油断路器。
固有开启时间为0.04s。
如果继电器保护时间为2S，则TDZ=2.04s>1s。
具体参数如下：
极限通过电流为：
根据额定电压和额定电流，隔离开关应为gw4-220d/1000-80型，其中UN=220kV，in=1000A，极限通过电流峰值：
热稳定性电流：
it=23.7ka3）热稳定性验证
下表列出断路器及隔离开关选择计算结果及相关技术参数进行比较
从表中可以看出，所选断路器和隔离开关的所有项目均符合要求。
2、220kv母联断路器及隔离开关的最大工作条件与变高220kv侧应满足相同的要求，故选用相同设备。
即选用sw6-220/120型少油断路器和gw4-220d/1000-80型隔离开关。
3、220kv出线
出线回路设备按最大负荷选择，本次设计采用的220kV出线最大负荷为P250+50+100-24-32=144MW
所以流过断路器的工作电流最大时为系统全部出力通过一回220kv送入系统时：
根据电厂电气部分选择sw6-220/1200断路器，其固有分闸时间为0.04s，设备保护时间为3S，然后TDZ=3+0.04=3.04s>1s，选择gw4-220d/600-50隔离开关。
从表中可知，sw6-220/1200与gw4-220d/600-50均满足要求。
5.1.2主变10kV侧
（一）110kV侧断路器、隔离开关的选择
1、流过断路器的最大持续工作电流
检查电厂电气部分，选择PT（b）-110/1600SF6断路器。
其固有分闸时间为TKD=0.03s，继电保护时间为TKD=3S。
具体参数如下：
un=110kv，in=1600a，额定开断容量为极限热稳定通过电流：
imax=100ka
隔离开关应按额定电压和额定电流进行校验。
选用Gw4-110d/1600型，其参数为：
un=110kv，in=1600a，动稳定电流40ka，极限通过电流imax=100ka
3.热稳定性验证
下表列出断路器和隔离开关选择计算结果及相关技术参数，并与计算数据进行比较。
=3+0.03=3.03，
由选择结果比较表中，我们可以清晰地看到，断路器和隔离开关都能满足要求。
（二）110kV母线耦合器
由于当一台主变停运时，母联才会有大电流流过，所以其最大运行条件与变中110kv侧有着同样的要求，故可以选用相同型号的断路器和隔离开关。
即：
ofpt（b）—110/1600型断路器和gw6-110d/1600型隔离开关。
（三）110kv出线
1.通过出线断路器的最大电流应根据其最大负载进行考虑和选择。
最大载荷为：
p=58/4=14.5mw，
因此，断路器的最大工作电流为：
查相关《电力系统规划设计手册》选用ofpt（b）—110/1250型sf6断路器，其固有分闸时间为
如果备份保护时间为t=4.0s
隔离开关按额定电流和额定电压选用gw4-110d/1250相关参数比较，如下表
从表中可以看出，ofpt（b）-110/1250和gw4-110d/1250能够满足动态热稳定性的要求。
5.1.310kv侧的断路器及隔离开关的选择
（一）主变压器低压侧
流过断路器的最大工作电流：
查阅相关设备手册，选择sn4-10g/11000低油断路器，固有分闸时间为
，后备保护时间为t=3.5s，则
隔离开关选择gw410-10t/11000。
相关结果如下表所示：
从表中可知，sn4—10g/11000与gw410—10t/11000均满足要求。
（二）10kv母联的断路器及隔离开关的选择
由于10kV母线耦合器只有在一台主变停运时才有大电流，且选择与主变低压侧相同，因此选择sn4-10g/11000断路器和gw410-10t/11000隔离开关。
（三）#1发电机端10kv断路器
#1.#2发电机端断路器的最大电流应根据发电机容量选择
查相关设备手册，选择sn4-10g/5000少油断路器，其固有分闸时间为
如果后备保护时间为t=2.5s
隔离开关按额定电压和额定电流选用gn10—10t/5000，具体参数比较如下.
从表中可以看出，sn4-10g/5000和gn10-10t/5000满足要求。
（4）#3发电机端子10kV断路器
#3机端断路器的最大电流按发电机容量来选择
因此，选择与主变压器低压侧相同的断路器和隔离开关。
（5）10kV出线
出线回路设备的选择应按最大负荷所在回路进行考虑选择。
这里，最大负荷48mw，所以，流过断路器的最大持续工作电流
查阅相关手册，选择sn4-10g/5000低油断路器，固有分闸时间为
，后备保护时间为t=2.5s，则
Gn4-10/5000根据额定电压和额定电流选择。
具体参数比较如下：
由上表比较可知，断路器与隔离开关都满足要求。
第二节电流互感器的选择
电流互感器的选择和配置应按下列条件：
1.型式：
电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品条件选择。
6~20kV室内配电装置可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。
35kV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱绝缘结构的独立电流互感器。
如有可能，应尽可能使用套管式电流互感器。
2.一次回路电压：
3。
一次电路电流：
4、准确等级：
要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。
5、二次负荷：
式中，6、动稳定：
式中，峰值
是电流互感器的动态稳定倍数，塔架等于电流互感器的极限，过电流等于一次绕组的额定电流
为电流互感器的1s热稳定倍数。
5.2.11220kv侧电流互感器的选择
（一）主变220kV侧CT的选择
一、一次回路电压：
2、二次回路电流：
根据以上两项，初选下：
级别组合：
D/D/0.5
户外独立式电流互感器，其参数如
精度等级：
d05二次负载：
1s热稳定性倍数：
3、动稳定校验：
满足动态稳定性要求。
4.热稳定性验证：
满足热稳定要求。
综上所述，所选
（二）220kv出线回路CT的选择
根据以上两类要求，同样选择器，其参数如下：
额定电流比：
精度等级：
d051s热稳定性倍数：
5、动稳定校验：
满足动态稳定性要求。
6.热稳定性验证：
满足热稳定要求。
综上所述，所选
（三）220kV母线耦合器CT
户外独立式电流互感
级别组合：
D/D/0.5
由于220kv母联与变高220kv侧的运行条件相应，故同样选用
5.2.2110kV侧CT的选择
（一）主变110kV侧CT的选择
一、一次回路电压：
二.二次回路电流：
根据以上两项，主要参数如下：
额定电流比：
准确级次：
0.51s热稳定倍数：
3.动态稳定性验证：
4、热稳定校验：
满足热稳定性的要求。
综上所述，需要选择电流互感器。
（二）110kv出线ct的选择
一.一次回路电压：
2。
二次电路电流：
户外独立式电流互感器，其
水平组合：
0.5/d/d
满足动热稳定性要
根据以上两项，参数选择如下：
额定电流比：
户外独立式电流互感器，
精度等级：
0.5二次负载：
1s热稳定性倍数：
3、动稳定校验：
3.热稳定性验证：
满足热稳定性要求。
综上所述，所选的电流互感器求。
（三）110kv母线耦合器CT的选择
母联的工作条件与变中110kvct应相同，所以同样选择
5.2.310kV侧电流互感器的选择
（一）10kV主变进线回路CT的选择
一、一次回路电压：
2、二次回路电流：
根据以上两项，初选如下：
户外独立式电流互感器及其参数
满足动热稳定性要
额定电流比：
二次负载：
1s热稳定性倍数
3、动稳定校验：
4.热稳定性验证：
满足热稳定性要求。
综上所述，所选的电流互感器
精度等级：
0.5/d
满足动热稳定性要求。
（二）10kv母线耦合器CT的选择
由于10kv母联只在一台主变停运时才有大电流通过，与变低10kv断路器相同，所以同样选择
（三）选择#1、#2发电机端子CT
一、一次回路电压：
2、二次回路电流：
根据以上两项，初选数如下：
额定电流比：
室外独立电流互感器是指室外独立电流互感器。
准确级次：
0.5/d二次负荷:
1s热稳定倍数
3.动态稳定性验证：
4、热稳定校验：
满足热稳定性的要求。
综上所述，选择的电流互感器
（四）#3发电机端ct的选择
一.一次回路电压：
2。
二次回路电流：
根据以上两项选择：
额定电流比：
准确级次：
0.5/d1s热稳定倍数：
3.动态稳定性验证：
4、热稳定校验：
满足热稳定性的要求。
总之，选择
（五）10kv出线回路ct的选择1、一次回路电压：
二.二次回路电流：
满足动热稳定性要求。
户外独立式电流互感器及其参数
二次负荷：
动稳定倍数：
型式独立的室外CT符合要求。
根据以上两项，初选如下：
额定电流比：
户外独立式电流互感器及其参数
准确级次：
0.5.d二次负荷：
1s热稳定倍数：
3.动态稳定性验证：
4、热稳定校验：
满足热稳定性的要求。
综上所述，选择的电流互感器
满足动热稳定性要求。
第三节电压互感器的选择
电压互感器的选择和配置应按下列条件：
1.型式：
6~20kV户内变压器根据使用条件选用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35kV~110kV配电设备一般采用油浸式电压互感器；对于220kV以上的配电装置，当容量和精度水平满足要求时，一般采用容性电压互感
器。
在需要检查和监视一次回路单项接地时，应选用三项五柱式电压互感器或具有第三绕组的单项电压互感器。
2、一次电压
，UN是电压互感器的额定一次线类型。
3、二次电压：
按表5-8所示选用所需二次额定电压u2n
4.精度等级：
电压互感器的精度等级应根据所连接的测量仪表、继电器、自动装置等设备的精度等级要求确定。
规定如下：
用于发电机、变压器、调光器、辅助馈线和出线等电路的电度表
所有计算的电度表，其准确等级要求为０.５级。
供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为１级。
对于用于估计测量值的标记，如电压表，精度等级通常要求为3级。
在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。
5.3.1220kv侧Pt选择
（一）220kV侧母线Pt选择
1、型式：
采用串联绝缘瓷箱式电压互感器，作电压，电能测量及继电保护用。
2.电压：
额定一次电压：
3、准确等级：
用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级，查相关设计手册，选择pt的型号：
jcc2—220
（二）220kV出线回路PT的选择
1、型式：
采用串联绝缘瓷箱式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用，并兼作电力线载耦合电容器用。
4、电压：
额定一次电压：
2.精度等级：
用于估算电压值。
它用于循环。
其精度等级为3级。
根据电厂电气部分，选用的Pt型号为yrd-220，额定变比为：
5.3.2110kv侧pt的选择
（一）110kv母线设备pt的选择
1.型式：
电压、电能计量及继电保护采用串联绝缘瓷箱电压互感器。
5、电压：
额定一次电压：
2.精度等级：
对于用户保护、测量和测量，精度等级为0.5。
根据电厂电气部分，
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