某4x200MW火力发电厂电气接线及继电保护方案设计书.docx
《某4x200MW火力发电厂电气接线及继电保护方案设计书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《某4x200MW火力发电厂电气接线及继电保护方案设计书.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
某4x200MW火力发电厂电气接线及继电保护方案设计书
4x200MW火力发电厂
电气部分及继电保护设计
摘要
本文通过对原始资料的分析，了解本厂的具体情况及其在系统申的地位，
作用:
依据可靠性、灵活性、经济性，对电气主接线进行分析，从而选择最适合
本厂情况的主扫线方案，为选择最适合的电器设备及继电保护装臵进行了短路
电流保护的配臵及整定，从面满足可靠、灵敏、快速且有选择的要求。
关键词:
电气主接线电气设备继电保护
绪论
第一章电气主接线设计
1．1原始资料分析
1．2主接线方案的确定
第二章主设备的选择
第三章发电机变压器及发一变组保护方式的选择及整定
第四章短路计算
第五章全厂继电保护及自动装臵配臵
绪论
一〃设计在工程建设中的作用
设计是工程建设的重要组成部分，是先进技术转化为生产力的组带。
合理的设计对工程
建设的工期、质量、投资费用以及投产的运行安全和生产的经济效益起着决定性的作用。
设计的基本任务是，在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合
实际，安全适用、技术先进、综合经济效益好的设计，有效地为电力建设服务。
二〃设计工作应遵循的度原则
（1）遵守国家得法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，特别应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。
（2）要运用系统工程的方法从全局出发，正确处理中央与地方、工业与农业、沿海与内地、城市与乡村、远期与近期、平时与战时，技改与新建、生产与生活、安全与经济等方面的关系。
（3）要根据国家规范，标准与有关规定，结合工程的不同性质，不同要求，从国情出发，采用中等适用的技术，合理的确定设计标准，对生产工艺，主要设备和主体工程要做到可靠、适用、先进、对非生产性的建设，应坚持适用、经济，在可能条件下注意美观的原则。
（4）要实行资源的综合利用，要节约能源、水源、要保护环境，注意专业化和协作，节约
用地，合理利用劳动力，产足于自力更生。
三〃设计内容
本次设计的内容是4*200MW火力发电厂的电气部分及继电保护部分，包括以下几个方面的
内容:
1〃电气主接线的设计
电气主接线是构成电力系统的主要环节，关系到系统的供电的可靠性、运行调度的灵活
性和经济性。
为了保证电力系统稳定运行，必须提高大机组超高压电气主接线的可靠性。
2.短路电流计算及设备的选择
短路电流计算是电器设计重的主要环节能，本设计中短路电流的计算方法采用标么值折
算法，在网络的等值变换与化简利用分布系数法化简。
电气设备的选择是国家有关技术经济政策，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的前提下的正常运行情况选择，按短路条件验算其动热稳定，并
按环境条件校验电器的条件。
3〃继电保护的设计与配臵
电力系统继电保护的设计与配臵是否合理直接影响到电力系统的安全运行，设计在选择
保护方式时，希望能全面满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求:
设计各种电器设备的
保护时，对下列各项作了综合考虑:
（1）电力系统的结构特点和运行特性;
（2）故障出现了概率及可能造成的后果;
（3）电力系统的近期发展情况;
（4）经济上的合理性;
（5）国内外的成熟经验。
所选用的保护方式要满足电力系统结构和发电厂主接线的要求。
并宜考虑电
力系统和发电厂运行方式的灵活性。
第一章电气主接线设计
1．1原始资料分析
一〃发电厂设计总则
1〃发电厂的规划和设计必须树立全局观点，依靠技术进步，认真勘测、精心设计、不断总结经验和极慎重地，有步骤地推广国内外先进技术，因地制宜地采用新材料、新设备、新工艺、新结构、从实际出发，努力提高机械性、自动化水平、改善职工的工作条件和体后条件，做出最优方案，为提高发电厂的可靠性，可用充，劳动生产率、降低造价、煤耗、厂用电率、节约电能、缩短工期打下基础。
2．发电厂的设计必须按国家规定的基本建设程序进行，发电厂设计的一般程序是:
初步可行性研究，项目建议书编制，可行性研究，设计任务书编制，初步设计施工图设计。
3〃在发电厂设计中，除应执行《火力发电厂设计技术规程》外，还应执行有关国家标准、专业标准、规范和规程的确定。
二〃设计中应遵循的主要原则
1．要遵守国家的法律、法规。
贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，特别应贯彻执行提高综合经济效益和基本建设促进技术进步的方针。
2．要运行系统工程的方法从全局出发，正确处理中央与地方、工业与农业、沿海与内地、城市与乡村、远期与近期，平时与战时、技改与新建、生产与生活、安全与经济等全面的关系。
3．要根据国家规范、标准下有关规定，结合工程的不同性质、不同要求，从我国实际
情况出发，采用中等适用的先进技术，合理地确定设计标准，对生产工业，主要设备和主
体工程要做到可靠、适用、先进、对非生产性的建设，应坚持适用、经济，在可靠条件下，
注意美观的原则。
4．要实行资源的综合利用，要节约能源、水源、要保护环境，要注意专业化协作化，
要节约用地，要合理作用劳动力，要立足于自力更生。
三〃原始资料
1〃厂址概况:
厂址在一大型煤矿区内，为一坑口电站，所用燃料由煤矿直接供给。
电厂生产的电力除
厂用电外，全部由5回220KV线路送到系统。
厂区地势不平坦，地址条件较好，有新建公路、
铁路，通往矿区，厂址附近有大河通过，水量丰富，属于六级地震区，冻土屋1〃5米，履冰
层厚度lOmm，最大风速20M/S，年平均气温+6。
C，最高温度+38。
C，土壤电阻率500欧。
2〃机组参数:
锅炉:
4XHG-670/140-1
汽轮机:
4KN2O0-130/535/535
发电机:
4XQFQS-200-2
3〃系统情况
其申:
火电厂:
2XQFS-300-22XTSS1264/160-482XSFPL-360/22OKV水电力:
3XTSS1264/160-483XSFPL-360-220
四〃原始数据分析:
1〃环境条件
厂址在一大型煤矿区内，为一坑口电站，所用燃料由煤矿直接供给，矿内地
质条件较好，在较好的公路、铁路、交通方便，器材便于运输。
厂址附近水量丰富，宜采用淡炎作为冷却水水源，且不需进行处理即可作为工业用水，以河网作为冷却地和水源。
厂址
属于六级地震区，规定裂皮低，在选择电器时，可不考虑采用防震措施。
冰土层1〃5米，符合一般条件，可以不对屋外装臵作特殊考虑。
履冰层为10MM，在选择隔离开关时，应考虑其破冰厚度应大于安装场所的最大履冰厚度。
最大风带25m/S，符合一般条件，可不做特殊考虑。
年平均气温年+6℃，最高温度+38℃，最低温度-30℃，在选择导体与电气设备时应考虑温度修正系数。
土壤电阻率50欧．米。
2〃本厂在电力系统中的地位，作用及其它电力系统的联系。
本厂有4X200MW机组，总装机容量为800MW，属于大型发电厂，系统容量为4X300+2X100MW，总共1400MW，本厂占57.1%，所以本厂在系统中占有重要地位，且以220KV输送，输送距离长、功率大、一旦停电，影响范围大，22OKV出线5回，所以设计时应严格要求。
1．2电气主接线
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节，主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择，配电装臵配臵，继电保护和控制方式的拟定有较大影响，本厂的电压
等级为22OKV，对22OKV配电装臵的接线方式应按发电厂在电力系统中的地位，负荷情况，出
线回路数、设备特点、周围环境以及发电厂的规划容量等条件确定。
接在母线上的避雷
器和电压互感器，宜用1组隔离开关，接在发电机、变压器引线或中性点上的避雷器可装设隔
离开关。
当配电装臵变化大且出线回路较多时，宜采用双母线或双母线分段的接线，有
条件时22OKV配电装臵也可采用一个半断路器接线。
采用单母线或双母线的1lOKV-220KV配电
装臵，当断路器为少油型或少油型式压缩空气时型时，除断路器有条件停电检修时，应设臵
旁路装臵，当22OKV出线为4回及以上，宜采用专用旁路断路器的旁路母线。
一、原始资料分析
1．1在对原始资料分析的基础上，结合电气主接线的可靠性，灵活性及经济性等基本条件，
综合考虑，在满足技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电安全可靠，经济合理的
主接线万案。
发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计，首先应保证其满
发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少能量过程中的损失，以保证供电边疆性，为此，
对大、中型发电厂主接线的可靠性拟以下几万面考虑:
1〃线路检修时，是否影响连续供电;
2〃线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成停电馈线停运的回
路多少和停电时间的长短，能否满足1、11类负荷对供电的要求;
3〃本发电厂有无全厂停电的可能性;
4，大型机组全部停电，对电力系统特定运行的影响与产生的后果等因素。
5〃可靠性的客观衡量标准是运行实际，故应考虑积累的运行实践经验;
6，主接线的可靠性是它的机组或元件在运行中的可靠性、综合性，因此不仅要考虑一次设备（母线、断路器、隔离开关。
互感器等）的故障率及其对供电的影响，还要考虑继电器保护等，二次设备的故障率及其对供电的影响。
当然，可靠性并不是绝对的，分析和评估主接线的可靠性时，不能脱离了发电厂和变电所在系统中的地位和作用，所以对大。
中型发电
厂主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行可靠性定时计算。
主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事故等情况下操作方便，调度灵活，检修
安全，扩建发展方便，具体要求如下:
1）应能灵活的（的切除）-引起机组或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故，检修及特殊方式下的调度要求。
2）能方便的停运断路器，母线及继电保护设备进行安全检修时不影响电力网的正常运行供电。
3）应能容易地从初期过渡到最终接线，在扩建时，一次和二次设备所需改造很少。
在满足可靠的前提厂，尽量可能做到经济，应按如下要求:
1．投资省;主接线应简单清晰，以节约断路器，隔离开关电流和电压互感器，避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护，不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投
资，要能限制短路电流，以便合理的选择电气设备或轻型电器;
2〃占地面积小，主接线要为配电装臵创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子
及安装费用。
3〃电能损失小:
主接线要为配电装臵创造条件，经济合理地选择主变压器的形式容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。
此外在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作本世纪为简化主接线，发电厂接入系统的电压等级一般不过超过两种。
二〃据对原始资料的分析，现将各种电压等级可能采用的最佳方案列出，以优化组合，组成最佳方案。
A〃由于本厂的机组为4X2OOMW，属于大型机组，所以采用发电机——变压器单元接线。
且发电机引出线和厂用分友，电压互感器，应采用全连式分相封闭母线。
B〃主变压器采用双绕组变压器，而不采用三绕组变压器。
1）采用三绕组变压器时，发电机出口要求装设断路器，但由于额定电流及短路电流太大，使得出口断路吕制造困难，造价高。
2）机组要求避免在出口发生短路，除采用安全可靠的分相封闭母线外，主回路力求简单，尽量不装设断路器和隔离开关，而采用双绕组变压器时，就可不装设断路器和隔离开关。
3）布臵在主厂房的主变压器，厂用变压器和备用变压器的参量较多，若主变压器为三绕组时，增加了中侧引线的构架，并且变压器可能为单相，将造成布臵的复杂和困难。
容量为200MW及以上发电机与双绕组变压器为单元接线时，在发电机与变压之间不应装设断路器，也不宜装隔离开关，但可有可拆连接点。
本电厂仅有一个电压等级等级22OKV，仅向系统供电，出线回路数5回，电压调，输送距离远，为保证其可靠性，可能有多种连接方式，经定性分析，连线较可能为双母线四分段，
双母带旁路接线。
根据以上分析，经筛选，可保留下面几种可能的方案;
电气主接线方案及确定根据规程可以拟订以下几种方案
方案进行比较:
一〃方案的可靠性
由于22OKV电压高，输电线路长，须对两种可行的接线方案进行可靠性比较，主要考虑以
下几个方面：
1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；
2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运运，并要保证
对一级负荷及全部重要负荷的供电；
3）尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性；
220KV线路5条且线路较长，输送功率大，停电影响大并且断路器检修停电时间长，因此，一
般只考虑装设双母线以上接线方式：
3/2断路器接线在检修和故障重合的情况下，停运回路不超过两回，具有高度的可靠性。
双母四分段任何一进出断路器故障或一段母线故障，停运范围为整个母线的1/4，一段母线故障、分段或母联拒动的双重故障，停运两段母线，不过这种故障概率极低。
根据以上要求选用双母线、双母线带旁路和一台半断路器接线都能满足要求，重要是进行操作灵活性和经济性比较；
Ⅱ灵活性
3/2断路器接线：
（1）成多环状供电，一个回路由两台断路器供电，高度灵活，可断开任何断路器而不影响供电。
（2）隔离开关只作为检修电器，而不作为操作电器，不需要任何操作，消除事故迅速。
（3）成对的双母线不能交叉布臵。
（4）不利于分段运行，自由度较小，且继电保护复杂。
双母四分段：
（1）不能形成多环状供电，调度不如3/2断路器接线灵活，但系统要求分裂运行时灵活。
（2）隔离开关作为操作电器，改变运行方式需要进行倒闸操作，处理事故时需要操作隔离开关，速度缓慢。
（3）断路器检修时停电。
（4）成对的双母线可能要交叉。
（5）有利于分段运行，且继是民保护容易实现。
并且有利于扩建。
二．方案的经济性比较
1）最小费用法;a，计算综合投资
b〃计算年运行费用
2）静态比较法
双母线带旁路主接线的优点:
优点:
1〃可以轮流检修母线而不致供电申断;
2〃检修任一回路的母线隔离开关时，只停该回路
3〃母线故障后，能迅速恢复供电;
4．调度灵活，各个电源和回路的负荷可以任意分配到某一组母线上，因
而可以灵活在适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要;
5〃检修任一回路的母线隔离开关时，无需中断其余回路的供电;
6〃扩建方便;
7〃便于实验;
缺点:
1〃母线故障而母联DL拒动时，导致母线回路供电;
2〃旁路断路器的继电保护为适应各进线的要求，其整定较复杂。
具备下列条件时，可不装设旁路母线
;
1
〃采用可靠性高，检修周期长的
SF6断路器，或采用可以迅速替换的手
车式断路器;
2
〃系统条件允许线路停电检修时，
（如又母线或负荷点可由系统的其它电
源供电，线路利用小时不高，允许安全断路器检修而不影响供电的）。
3
〃接线条件允许断路器停电进行检修时，（如每回线接有两台断路器的多
角形接线时）。
双母线四分段的特点:
1）母线分为四分段，可以分段运行。
系统构成方式的自由度大，两个元
件可完全分接到不同母线上，对大容量且需相互联系的系统中是十分有用的;
2）由于这种技术是传统技术的延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面不会发行问题;
3）可以较容量地实现分段扩建
4）当一段母线故障时或联接在母引上的进出线断路器故障时。
-停电范围不超过整个母线的四分之一，当一段母线故障合并分段或母联断路拒动时，停电范围不超过整个母线的二分
之一。
由于本发电厂在系统中的地位十分重要，因此共可靠性必须有严格的保证。
母线电压等级为
220KV，线电压等级为220KV，故需选择SF6断路器，且出线有两种双回线，另一条出线又可由
系统的另外发电厂保证;故可以不考虑用双母线旁路。
同时为了限制22OKV母线短路电流或系
统解列运行的要求，必须用双母四分段，而且此接线方式在技术上也比较先进。
由于一台半断路器虽然可靠性高，但造价也高，且保护的二次部分过于复杂，为解决继
电保护校验问题，保护必须双重化，且一次设备的投资超过及母线四分段的投资，建设标准
提高太多，所以，一般不宜在220KV配电装臵中采用一台半断路器接线。
三、主变压器的选择，
1、主变压器容量的选择:
根据设计手册，发电机与变压器为单元连接时，主变压器的容量为按下述要求计算;按民电机的额定容量扣除本机组的）用负荷后，留有10%的裕度，则
[200-200X8%）XlO%0〃85=238.lWVA
2、型式的选型:
根据主接线的设计，主变压器选用双绕组变压器;
3、相数:
因为母线电压等级为22OKV，故选用三相变压器。
故选择型号为SFPL-240000
的变压器，参数如下
变压器型号由两段组成
第一段:
表示变压器的型式及材料
第一部分:
表示相数S:
三相D:
单相
第一部分:
衰不冷却方式J:
油浸自冷F：
油浸风冷S:
浸水冷
N：
氧气冷却P:
强迫油循环
第三部分:
表示绕组数:
S——三绕组
第四部分，表示变压器特性;Z:
带负荷调压Q：
全绝缘0:
自耦
L：
铝芯
第二段:
表不变应器容量和电压
分子:
额定容量（KVA）
分母;额定电压（KV）
本厂工作变压器的容量按单机容量的8%给定
Sjs=200/0.85x8%=18.82MVASjS:
三用电计算负荷
SJS:
SjS/KtKfSn:
三用变压器额定容量
Kf:
对应于同负荷率的允许过负荷倍数Z1.04
KT:
对应于年平均温度的温度修正系数:
Kt=l.05
Sn小于等于17.24MVA
因此选用三绕组分裂变的型号为SFPFL-25/12〃5-12.5KV型，半穿越电抗X’1-2=X1-2=Ud%15
X=0.6（UD%10O〃SB/Sw）
高备变为:
220/6.3KVX’=23X*=0.435
四〃主接线设计的相关问题
1〃电力网中性点接地方式
选择电力网中性点接地方式是一个综合的问题，它与电压等级，单相接地短路电流，过
电压水平，保护配臵的方式有关，直接影响向电网的绝缘水平，各级各级系统供电的可靠性
和连续性，主变压器和发电机的运行安全与通信线路的干扰等。
本厂属于110KV及以上电网，故选中性点直接接地方式，直接接地方式的单相短路电流很
大，线路或设备须立即切除，增加了断路器的负担，降低了供电的连续性，但由于过电压较
低，绝缘水平可下降，减少了设备的造价，特别是高压和超高压电网，经济效益显著。
2、主变压器中性点接地点直接接电力网中性点接地方式与分析:
电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式，主变压器的
110-5OOKV中性点直接接地。
1）凡中、低压有（源）电源的升压站和降压变电所，至少应有一台变压器直接接地。
2）变压器中性点接地的数量应使电网忽有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比
X0/X1小于3，以使单相接地时健全相式频过电压不超过阀型避雷器的灭弧电压，X0/X1尚应大
于1-15，以使单相短路电流不超过三相短路电流。
3）所有普通变压器的中性点都应该经隔离开关接地，以便于运行调度灵活选择接地，当
变压器中性点可能断开运行时，若该变压器的中性点，绝缘按线电压设计，应在中性点装设
避雷器保护。
4）选择接地点时应保证任何故障形成都不应使电网解列成中性点不接地系统。
双母线
接线不两台及以上主变压器进可考虑两台主变压器中性点接地。
3〃发电机中性点接地方式:
发电机中性点接地方式采用非直接接地方式，2OOMW及以上的大规模机组采用发电机中
性点经高电阻接地方式，容量为200MW及以上发电机，应采用中性点经消弧线圈或单相配电变
压器的接地方式。
1）发电机中性点经高阻接地后可选:
限制过电压不超过26倍额定电压;限制接地故障电流不超
过0-15A;为定子接地故障保护提供电源便于检修。
2）为减少电阻值，一般经配电变压器接入中性点，电阻接地配电变压器的二次侧，部分引进机组，也有不接配电变压器而直主费要入数百欧姆的高电阻。
4〃电压互感器的配臵
1）电压互感器的数量和配臵与主接线有关，并满足测量、保护、仪表和自动装臵的要求，电压互感器配臵应能保证在运行方式改变时，保护装臵不得失压，同期点的两侧都能提取到
电压。
2）6-200KV电压等级的每组主接线母线的三相应装设电压互感器，旁路上是否需要装设
电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器的，情况和需要确定。
3）当需要监视和检测线路有无电压时，出线侧一相上应设电压互感器。
4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容方式套管
上的电压抽取装臵。
5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量和自动电压调整装臵需要，当发电机配有双套的自动电流互感器的配电压调整装臵，且采用零序电压间保护时，可增设一组电压互感器。
电压互感器在型式上应根据使用条件选择：
7）220KV及以上配电装臵，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。
在
需要检查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具有第三绕组的单相电压互
感器。
5〃电流互感器的配臵:
1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应滞测量仪表，保护和自动装臵要求。
2）在末装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，发电机和变
压器的出口，桥列接线的跨条上等。
3）对直接接地系统一般按三相配臵，对非直接接地依具体条件按三相或两相配臵。
电流互
感器的选择在型式上：
6-20KV屋内配电装臵，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及以上配电装臵，一般采用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器，有条件时尽量采用套
管式电流互感器。
6〃隔离开关的配臵
1）接地发电机、变压器引出线或申性点上的避雷器可不装设隔离开关。
2）接在母线上的避雷器和电压互感器宜采用一组隔离开关。
3）断路器的两侧均应配臵隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。
4）中性点可不必装设隔离开关。
7〃接地刀闸的配臵
1）为保证元件和母的检修安全，35KV及以上每段母线根据长度宜装设1-2组。
2）63KV及以上装臵的配电设备的断路器的两侧，隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配臵接
地刀闸，双母线接线两组母线隔离开关的断路器侧可公用一把接地刀闸。
3）接地刀闸:
母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上，也可装于其它回路母线隔离开关的上。
4）旁路母线一般装设一组接地刀闸，设在旁路隔离开关的旁路母线侧。
5）63KV及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧T装设一组接地刀闸。
8〃避雷器的配臵
1）配电装臵的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装避雷器时除外。
2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护的电气距离是否满足要求。
3）22O
升级会员 