MW火力发电厂电气部分初步设计.docx
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MW火力发电厂电气部分初步设计
第一章选择本厂主变压器和厂用变压器的容量、台数、型号及
参数
1.1厂用变压器的选择
1.1.1负荷计算方法
负荷计算一般采用换算系数法，换算系数法的算式为
S=E（KP（2.1）
式中
S――计算负荷（KVA）
K――换算系数
P――电动机的计算功率（KW
由于发电机额定功率已经给出，Sf=353MVA则主变选择应按
Sb-1.1（1-Kp）Sf计算
式中
SB――主变的最小容量（MVA）
Kp――厂用电量所占总发电量的比例（%）
1.1.2容量选择原则
（1）高压厂用工作变压器容量应按高压电动机计算负荷的110%与低压厂用电计算负荷之和选择。
（2）高压厂用备用变压器或起动/备用变压器应与最大一台高压厂用工作变压器的容量相同；当起动/备用变压器带有公用负荷时，其容量还应满足最大一台高压厂用工作变压器的要求，并考虑该起动/备用变压器检修的条件。
1.1.3容量计算公式
（2.2）
高压厂用工作变压器：
Sb—1.1Sg£d
SB――厂用变压器高压绕组额定容量（KVA
Sg――高压电动机计算负荷之和
Sd――低压厂用计算负荷之和由电力工程电气设备手册及所给原始
资料，本厂选用SFPFZp-40000/20的变压器，其额定容量为40000/25000-25000（KVA,高压额定电压为20±8X1.25%,低压额定电压为636.3，周波为50H乙
相数为3,卷数为3,结线组别为Yn、，阻抗为14,空载电流0.31%,空载损耗41.1KW负载损耗178.9KW冷却方式为ONAN/ONAF
1.2主变压器的选择
1.2.1容量和台数选择
发电机与主变压器为单元接线时，主变压器的容量按发电机的量大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷来选择。
1.2.2相数的选择
主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件，可靠性要求及运输条件等因素。
特别是大型变压器，尤其需要考查其运输可能性，保证运输尺寸不超过隧洞，涵洞，桥洞的允许通过限额，运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力。
当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂，应选用三相变压器。
1.2.3绕组连接方式的选择
变压器的绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接方式只有丫和厶，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。
按照设计要求及所给原始资料，本厂选择装设的主变压器型号为SFP-370000/220，额定容量为370MVA额定电压为242±2X2.5%/20KV，额定电流为/10681A，周波50Hz,相数为3,卷数为2,结线组别Yn,du，阻抗为14.15%,空载损耗203.7KW空载电流0.22%,负载损耗951.5KW冷却方式为ODAF油量为37.2T，器重167T,总重249.7T。
选择主变应从容量和台数，相数，绕组数和接线组别，结构型，调压方式和冷却方式多方面选择。
第二章设计本厂电气主接线方案
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、变电所本身运行的可靠性、灵
活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制
方式的拟定有较大影响。
2.1主接线设计的基本要求
主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。
2.1.1可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。
主接线可靠性的具体要求
（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时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电；
（3）尽量避免发电厂、变电所停运的可能性；
（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。
2.1.2灵活性
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
（1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
（2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。
（3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
2.1.3经济性
主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
（1）投资省
a.主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器，避雷器等一次设备；
b.要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；
c.要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；
d.如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端可采用简易电器。
（2）占地面积小
主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。
（3）电能损失少
经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因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枢纽，为简化主接线,发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。
2.2高压配电装置的基本接线形式及适用范围
2.2.1双母线接线四分段带旁路
双母线四分段带旁路的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。
由于母线继电保护的要求，一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定连接的方式运行。
A—
图3-1双母线四分段带旁路接线
（1）优点：
a.供电可靠。
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致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路；
b.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；
c.扩建方便。
向双母线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。
当有双回架空线路时，可以顺序
布置；
d.便于试验。
当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
（2）缺点：
a.增加一组母线就需要增加一组母线隔离开关。
b.当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。
为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。
这种接线适用于出线回路数或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电，母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，或当110-220KV配电装置，在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上时采用。
为了保证采用双母线四分段的配电装置，在进出线断路器检修时，不中断对用户的供电，可增设旁路母线或旁路隔离开关。
第三章设计本厂厂用电接线方案
3.1厂用电接线总的要求：
厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到
经济合理、技术先进，保证机组安全、经济和满发地运行。
3.2厂用电接线应满足下列要求：
（1）各机组的厂用电系统应是独立的。
一台机组的故障停运或其辅机的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行，并能在短时间内恢复本机组的运行。
（2）充分考虑机组起动和停运过程中的供电要求。
一般均应配备可靠的起动电源。
在机组起动停运和事故时的切换操作要少，并能与工作电源短时并列。
（3）充分考虑到电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。
特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽少改变接线和更换设备。
（4）200MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源，当全厂停电时，可以快速起动和自动投入，向保安负荷供电，还要设置电能质量指标，合格的交流不间断供电装置，保证不允许间断供电的热工负荷的用电。
由设计手册，发电机容量为300MWV宜采用6KV的高压厂用电压，而且当厂用电压为6KV时，200KW以上的电动机采用6KV200KW以下的采用380V;另外300MV机组火电厂主厂房通用设计的厂用电接线中6KV为中性点不接地系统，380V为中性点经高电阻接地系统。
每台机组设A、B两段6KV母线，由一台分裂绕组高压厂用工作变压器供电，该变压器由发电机出口引接。
两台机组设一台起动变压器，供给机组起动和停机负荷，并兼作厂用工作变压器的事故备用。
在本厂厂用电设计中，因锅炉辅助机械多、容量大、供电网络复杂，为了提高供电可靠性，厂用电接线系统通常采用单母线分段接线形式，而且为了保证厂
用电系统的供电可靠性与经济性，且便于灵活调度，一般采用“按炉分段”原则,即将厂用电母线按锅炉的台数分成若干独立段，既便于运行、检修，又能使事故
影响范围局限在一机一炉。
图4-3厂用电主接线
第四章电气部分各种类型短路电流的计算
4.1短路电流计算的目的：
（1）电气主接线比选；
（2）选择导体和电器；
（3）确定中性点接地方式；
（4）计算软导体的短路摇摆；
（5）选择继电保护装置和进行整定计算等。
4.2短路计算原则
短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：
（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相同；
（3）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差1200电气角度；
（4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；
（5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧；
（6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；
（7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；
（8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；
（9）除计算短路电流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；
（10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围；
（11）输电线路的电容略去不计；
（12）用概率统计法指定短路电流运算曲线
第五章主要电气设备的选择
5.1电器选择的一般要求
5.1.1一般原则
选择的高压电器应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持
正常运行。
（1）长期工作条件
a.电压
选择的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug。
即、Umax>Ug（6.1）
b.电流
选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig,Ie>Ig，高压电器没有明确的过载能力，所以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。
C.机械荷载
所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。
（2）短路稳定条件
a.校验的一般原则
电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。
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较三相短路
严重时，则应按严重情况校验。
b.短路的热稳定条件
It2tQdt（6.2）
式中
Qdt――在计算时间J秒内短路电流的热效应（KA2S）
It――t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KAt――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tjs按下式计算
tjs=tbtd（6.3）
式中
tb――继电保护装置后备保护动作时间（S）
td――断路器的全分闸时间（S）
c.短路的动稳定条件
ichWidfIchW1df（6.4）
式中
ich——短路冲击电流峰值（KA）;
Ich——短路全电流有效值（KA）;
idf——电器允许的极限通过电流有效值（KA）;
Idf——电器允许的极限通过电流有效值（KA）0
5.2母线的选择
在大型发电机组中主要采用分相封闭母线
共箱母线和电缆母线
5.2.1分相封闭母线
特点和使用范围：
（1）在300MV发电机引出线回路中采用分相封闭母线的目的：
a.减少接地故障，避免相间短路；
b.消除钢构发热；
c.减少相间短路电动力；
d.母线封闭后，便有可能采用微正压运行方式，防止绝缘子结露，提高
运行安全可靠性，并为母线采用通风冷却方式创造了条件；
e.封闭母线由工厂成套生产，质量较有保证，运行维护工作量小，施工
安装简便，而且不需设置网栏，简化了结构，也简化了对土建结构的要求。
（2）使用范围
分相封闭母线在大型发电厂中的使用范围为：
从发电机出线端子开始，到主变压器低压侧引出端子的主回路母线，自主回路母线引出至厂用高压变压器和电压互感器，避雷器等设备柜的各分支线，采用全连式分相封闭母线。
522共箱母线
共箱母线主要用于单机容量为200-300MW勺发电厂的厂用高压变压器低压侧到厂用高压配电装置之间的连接线。
5.2.3经济电流密度的选择
（1）对于全年负荷利用小时数较大，母线较长，传输容量较大的回路，均应按经济电流密度选择导体截面，并按下式计算：
Sj=lg/j（6.5）
式中
Sj经济截面（mm2）
lg――回路的持续工作电流（A）
j经济电流密度（A/mm2）
（2）按短路热稳定校验
S_,Qd/C（6.6）
S――导体截流截面
Qd短路电流的热效应
C――与导体材料及发热温度有关的系数
5.3高压断路器、隔离开关及电流、电压互感器的选择
高压断路器是发电厂主系统的重要设备之一，在正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或推出运行，起控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起保护作用。
隔离开关是发电厂常用的电器，它需要与断路器配套使用。
它的主要用途有隔离电压、倒闸操作，分合小电流。
互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器和电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。
其作用
4：
＜300MW发电厂电气部分初步设计
是：
（1）将一次回路的咼电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，
使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装。
（2）是二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。
以上设备的选择标准都是允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运
行电压Ug；所选设备的额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig；设备的允许开断电流「br不低于次暂态电流I'';设备的动稳定电流峰值Inci不低于该回路的最大短路电流。
第二部分设计计算书7
第一章变压器的选择
附录一：
每台机组配套的高压厂用电动机及低压变压器容量
序号
设备名称
额定容量（KW）
台数
备注
1
电动调速给水泵
5100
1
2
凝结水泵
315
2
一运一备
3
凝结水升压泵
1250
2
一运一备
4
循环水泵
1600
2
5
送风机
800
2
6
一次风机
400
2
7
引风机
1800
3
二运一备
8
锅炉强制循环泵
198
3
9
钢球磨煤机
550
8
10
排粉风机
500
4
11
循环冷却水泵
310
2
一运一备
12
灰渣泵
380
2
一运一备
13
碎煤机
400
2
一运一备
14
雨水排水泵
480
2
15
酸洗炉清洗泵
350
1
16
低压工作厂变
1250（KVA）
2
17
380公用变
1250（KVA）
1
18
厂外除灰变
1000（KVA）
1
19
输煤变压器
1000（KVA）
2
20
照明变压器
400（KVA）
1
计算上就没什么了，只要认真细心就行，由于太多且是考验个人基本功底，就不一一细看了
7
21
备用变压器
1250（KVA）
1
22
启动锅炉变
630（KVA）
1
23
化学水变压器
630（KVA）
1
全厂公用
24
全厂公用变压器
630（KVA）
1
25
检修变压器
400（KVA）
1
1.1变压器容量计算
0.85
S5100-4315申250申600x：
24800辺4400x：
2半800>2屮98x34550边4500x；4*310+380+4004480x：
2杆5029716KVA
S2=125041000363034002=10690KVA
Sc=35=2971610690=40406KVA
工程装设四台QFSN-300-2型发电机组，发电机额定电压20KV额定容量353MVA额定功率300MVA，COS「=0.85
厂用电的比例占发电量的6%
根据已知Sf=353MVA可以算出：
SB-1.1（1-Kp）Sf=1.1（1-6%）353=365.002MVA
通过以上计算，可以选择出主变，厂变和高备变，具体参数如下：
1.2主变压器参数：
表1-2主变压器参数表
制造厂
沈阳变压器厂
型号
SFP-370000/220
7
额定容量（KVA）
370000
额定电压（KV）
242±2X2.5%/20
额定电流（A）
/10681
周波（Hz）
50
相数
3
卷数
2
结线组别
YN.d11
阻抗（%）
14.15
空载损耗（KW）
203.7
空载电流（%）
0.22
负载损耗（KW）
951.5
冷却方式
ODAF
油量（T）
37.2
器重（T）
167
总重（T）
249.7
根据计算结果选择变压器
1.3高压厂用变压器参数:
表1-2高压厂用变压器参数表
制造厂
沈阳变压器厂
型号
SP冃-40000/20
额定容量（KVA）
40000/25000—25000
额定电压（KV）
20±2X2.5%/6.3—6.3
额定电流（A）
/2291—2291
周波（Hz）
50
相数
3
卷数
3
结线组别
阻抗（%）
15
空载损耗（KW）
D.do~'do
33.36
空载电流（%）
0.39
负载损耗（KW）
160.1
冷却方式
ONAN/ONAF
油量（T）
11.92
1.4咼压备用变压器参数：
表1-3高压备用变压器参数表
制造厂
沈阳变压器厂
型号
额定容量（KVA）
40000/25000—25000
额定电压（KV）
220±8X1.25%/6.3—6.3
相数
3
卷数
3
结线组别
Yn.du-du
阻抗（%）
14
空载损耗（KW）
41.1
空载电流（%）
0.31
负载损耗（KW）
178.9
冷却方式
ONAN/ONAF
周波（Hz）
50
第二章短路计算
2.1计算各元件参数的标么值电抗
取SB=100MVA
Ub二u
发电机电抗:
X*G二Xd"
二Xd
"鱼
SN
100=0.2359
300
0.85
二0.0668
主变压器电抗:
14.15100
100飞70
X*T1-
-0.0392
Ur（%）_lSb15100
100Sn10040
=0.375
高备变电抗:
X*T2
14j100
100—SN10040
Ur（%）|Sb
=0.35
2.2根据计算结果，画出Ki〜k4点短路时，电气主接线的等值网络
如下所示:
下面分别进行各短路点的对称三相电流计算
2.2.1K1点短路:
图2-1Ki点短路电流图
发电机Gi〜G4合并发电机侧计算如下：
300
S4=1411.76MVA
乙0.85
Xk=（0.06680.0392）/4=0.0265门
图2-1简化如下：
0.0265
K1
图2-2Ki点短路化简图
Xjs=Xk=0.02651411.76=0.374门
Sb100
通过查表得出0s
1.5s3s的值：
表2-1K1点短路电流值表
T
0
1.5
3
I*
2.95
2.14
2.23
系统侧计算：
11
I*57.47KA
X*0.0174
_Si_
3Uav
10°--2.75KA
2K3
_S二
3Uav
-1000.251KA
230.3
短路周期分量的有效值为
1（0）1
10*1IB1=2.953.544=10.45
1（0）2”=I（1.5）2I⑶2”=I*沃Ib2=57.41X0.251=14.41KA
l（1.5）1”=l（1.5）*1“B1=2.14汉3.544=7.58KA
I（3）1I（3）*1Ib1=2.233.544=7.90ka
所以：
I。
"=la"I%"=10.4514.41=24.86KA
h.5"=I（i.5）i"+I（1.5）2"=7.58+14.41=21.99KA
|3"=l（3）1"l（3）2"=7.9014.41=22.31KA
如取冲击系数Kmp=1.85，则冲击电流为
imp=、■.2Kimp10"=i,21.8524.68=65.03KA
短路电流的最大有效值为：
limp=1.561。
"=1.5624.86=38.78KA
短路电流的热效应为
（0）
10I
（1.5）
12
td
222
24.681021.9922.31
12
3=1487.8KA2|_S
2.2.2k2点短路:
图2-3K2点短路电流等值电路图
发电机G2G3G4合并
发电机侧计算：
300
S3=1058.82MVA
J0.85
XK=（0.06680.0392）/^0.035'1
图2-3简化如下：
0.0174
0.0392
0.035
图2-4K2点短路化简图
人=0.03920.01740.03920.0174=0.076门
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