精编MW区域性火力发电厂电气部分及继电保护部分.docx
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精编MW区域性火力发电厂电气部分及继电保护部分
（精编）MW区域性火力发电厂电气部分及继电保护部分
880MW区域性火力发电厂电气部分及继电保护部分
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中的地位。
作用；依据可靠性，灵活性，经济性，对电气主接线进行分析，从而选择最合适本厂情况的主接线方案，为了选择最合适的电器设备及继电保护装置进行了短路电流保护的配置及整定，从而满足可靠，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
Thegradoationprojeetoftheelectriepart&protetiverelayingofaregionovlthermalpowerplantof880mw．
Abstract
Afteranalyzeingtheoriginaldataandreaiizdmyplant’scase.Thegualityofsysotmby
Credibilitydexterityandeconomy,Iselectthe
Bestmainconnectionproject.Inordertoselect
thebestelectriceqoipmentandrelary
protectionequipment,Imaketheshore-circuit
alculation.Baseontheselectingofelectric
equipment.Idosecletthesuitableprotection
andgenerater-transformer.Sothatitcanreach
thereliabilitysensitrityalternativityand
highspeed
.Thekeyword:
theelectricpowersystem
electricequipmentrelayprotection.
绪论
一.设计在工程建设中的作用
设计是工厂建设的重要组成部分，是先进技术转化为生产力的纽带。
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.设计工作应遵循的主要原则
（1）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，特点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，合理地确定设计标准，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，立足于自力更生。
三．设计内容:
本次设计的内容是4x200MW火力放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，关系到系统供电的可靠性，运用调度的灵活性和经济性。
为了保证电力系统的稳定运行，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
短路电流计算是电气设计中的主要环节，本设计中短路电力的计算方法采用标么值，折算法，在网络的等值变换与化间中利用分布系数法化间。
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，按短路条件验算具体热稳定，并按环境条件较验电器的条件。
3．继电保护的设计与配置
电力系统继电保护的设计与配置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，灵活性和速动性的要求。
设计各种电气设备的保护时，对下列各项作了综合考虑：
（1）电力系统和电力系统的结构特点和运行特性；
（2）故障出现的概率及可能造成的后果；
（3）电力系统的近期发展的情况；
（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求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。
第一章原始资料分析
第二章1.电气主接线
2.短路计算
第三章继电保护配置及整定
第四章全厂继电保护及自动装置
第一章原始资料分析
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，努力提高机械化、自动化水平、改善职工的工作条件和生活条件，做出最优方案，为提高发电厂的可靠性，可用率，劳动生产率、降低造价、煤耗、厂用电率、节约电源、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、规范和规程的规定。
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、远期与进期、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，采用中等使用的先进技术，合理地确定设计标准，对生产工业，主要设备和主体工厂要做到可靠、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，要注意专业化和协作化，要节约用地，要合理使用劳动力，要力足于自力更生。
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。
厂区地势较不平坦，地址条件教好，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，冻土层１.５m,履冰层厚度１０mm，最大风速
20m/s，年平均气温+6℃，最高温度+38℃，土壤电阻率>500欧.
2.机组参数:
锅炉:
4×HG-670/140-1
气轮机:
4×N200-130/535/535
发电机:
4×QFQS-200-2
3.系统情况（图）
其中:
火电厂:
2×QFS-300-22×TSs1264/160-48
2×SFPL-360/220KV2×SFPL-360/220KV
水电厂:
3×TSS1264/160-483×SFPL-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，矿内地址条件较好，有较好的公路、铁路、交通方便，器材便于运输。
.厂址附近水量丰富，宜采用以淡水作为冷却水水源，且不需要进行处理即可作为工业用水，一河网作为冷却池和
水源。
.厂址属于六级地震区，规定裂度低，在选择电器时，可不考采用防震措施。
.冰土层1.5m，符合一般条件，可以不对屋外装置作特殊考虑。
.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。
.最大风速25m/s，符合一般条件，可不做特殊考虑。
.年平均气温+6℃,最高温度+38℃,最低气温-30℃,在选择导体与电器设备时应考虑温度修正系数.
.土壤电阻率大于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4×200MW机组，总装机容量为800MW，属于大型发电厂，系统容量为4×300+2×100MW，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，220KV出线5回，所以设计时应严格要求。
第二章2.1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，配电装置配置，继电保护和控制方式的拟订有较大影响，本厂的电压等级为220KV，对于220KV配电装置的接线方式应接发电厂在电力系统中的地位，复合情况，出线回路数、设备特点、周围环境以及发电厂的规划容易等条件确定。
1、220KV侧
.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。
.当配电装置变化大且出线回路较多时，宜采用双木线或双母线分段的接线，有条件时220kv配电装置也可采用一个半断路器接线。
采用单母线或双母线的110-220kv配电装置，当配电器为少油型或少油型式压缩空气型时，除继路器有条件停电检修时，应设置旁路装置，当220kv出线为4回及以上，宜采用专用旁路继路器的旁路母线。
一、在对原始治疗分析的基础上，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，经济合理的主接线方案。
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
时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电连续性，为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，拟以下几方面考虑。
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Ⅰ、Ⅱ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，故应充分考虑长期积累的运行时间经验；
6、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，不能脱离发电厂和变电所在系统中的地位合作用，所以对大、中型发电厂主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行可靠性定量计算。
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）应能灵活的投入（或切除）一些机组或线路，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且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要改造很少。
在满足可靠的前提下，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，隔离开关电压和电流互感器，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，主接线要为配电装置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子几安装费用；
3、电能损失小，主接线要为配电装置创造条件，经济合理地选择主变压器的型式容量和数量，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枢纽为简化主接线，发电厂接入系统的电压等级一般不超过两种。
二、根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4*200MW，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支，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，使得出口断路器制造困难，造价甚高。
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，而采用双绕组式变压器时，就可不装设断路器和隔离开关。
3）布置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，增加了中压侧引线的构架，并且变压器可能为单相，将造成布置的复杂和困难。
容量为200MW及以上发电机与双绕组变压器为单元接线时，在发电机与变压器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220KV，仅向系统供电，出线回路数5回，电压高，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
（一）
方案
（二）
方案（三）
两方案进行比较：
一方案的可靠性
由于220KV电压高，输电线路长，须对两种可行的接线方案进行可靠性计算，由于所给资料有限，
仅作以下估算：
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
双母带旁路主接线的，缺点：
优点1.可以轮流检修母线而不致供电中断；
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，因而可以灵活地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拘动时，导致母线回路停电；
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有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，（如每回接线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）可以较容易地实现分段扩建；
4）当一段母线故障时或联接在母线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，因此其可靠性必须有严格的保证，母线电压等级为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220KV母线短路电流或系统解列运行的要求，必须得用双母四分段，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，且其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双母线四分段的投资，建设标准提高太多，所以，一般不宜在220KV配电装置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是，主变压器的容量为按下述要求计算；按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度，
则（200-200*8%）*10%/0.85=238.1MVA
2、型式的选择：
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220KV，故选用三相变压器。
故选择型号为SFPL-240000的主变压器，参数如下
型号
额定电压（KV）
阻抗电压
空截电流
X/R
高压侧
低压侧
Ud%
Io%
SFPL-240000
242
15.75
14.0
0.8
17.5
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
第二部分：
表示冷却方式J：
油浸自冷F：
油浸风冷
S：
油浸水冷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O：
自耦L：
铝芯
第二段：
表示变压器容量和电压
分子：
额定容量（KVA）
分母：
额定电压（KV）
2、厂用变压器及备用变压器
本厂工作变压器的容量按单机容量的8%给定
Sjs=200/0.85*8%=18.82MVASjs：
厂用电计算负荷
SJS：
SJS/KtKfSn：
厂用变压器额定容量.
Kf：
对应于同负荷率的允许过负荷倍数Z1.04
Kt：
对应于年平均气温的温度修正系数kt
故Sn≥17.24MVA
因此选用三绕组分裂变的型号SFPFL-25/12.5-12.5KV型
半穿越电抗X'1-2=X1-2=Ud%=15X*=0.6（Ud%/100。
Sb/Sw）
高备变为：
220/6.3KVx'1-2=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，保护配制的方式有关，直接影响电网的绝缘水平，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以及通信线路的干扰等。
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方式与分析：
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110-500kv中性点接线接地。
1）凡中、底压有（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）变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比Xo/X1小于3，以使单相接地时健全相工频过电压不超过阀型避雷器的灭弧电压，XoX1尚应大于1-15，以使单相短路电流不超过三相短路电流。
3）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点，当变压器中性点可能断开运行时，若该变压器的中性点，绝缘不按线电压设计，应在中性点装设避雷器保护。
4）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，双母线接地线有两台及以上主变压器时可考虑两台变压器中性点接地。
3、发电机中性点接地方式：
发电机中性点接地方式采用用非直接接地方式，
220MW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：
<1>限制过电压不超过26倍额定电压；<2>限制接地故障电流不超过10-15A；
<3>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接接入数百欧姆的高电阻。
4、电压互感器的配置
1）的数量和配制与主接线方式有关，并满足测量、保护、周期和自动装置的要求，电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。
2）6-220KV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侧线路有无电压时，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置。
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置需要，当发电机配有双套的自动电流互感器的配电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可增设一组电压互感器。
5、电流互感器的配置：
1）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。
2）在未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，桥形接线的跨条上等。
3）对直接接地系统一般按三相配置，对非直接接地依具体条件按三相或两相装置。
6、隔离开关的配置
1）电机、变压器引出线或中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置隔离开关，以便在断路器检修是隔离电源。
4）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地，自耦变压器的中性点可不必装设隔离开关。
7、接地刀闸的配置
1）为保证电器和母线的检修安全，35KV及以上每段母线根据长度宜装设1-2组。
2）63KV及以上装置的配电装置的断路器的两侧，隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀闸，双母线接线两组母线隔离开关的断路器侧可公用一但接地刀闸。
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的和母联隔离开关上，也可装于其他回路母线隔离开关的基准上。
4）旁路母线一般装设一组接地刀闸，设在旁路回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宜装设一组接地刀闸。
8避雷器的配置1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，组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）220KV及以下变压器避雷的电压距离超过允许值时，
应在变压器附近增设一组避雷器
4）三绕组变压器低压侧的一相上宜装社一台逼雷器。
5）自耦变压器必须在两个自耗合的绕组出线上装社逼雷器，并应接在变压器的断路器之间。
6）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘，且有放电间隙时，应装设逼雷器。
7）单元接线的发电机出线装设一组逼雷器。
8）110-220KV侧一般不装设避雷器。
第二节短路计算
1、短路计算的目的
在发电机和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中一个重要环节。
共计算的目的主要如下：
（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，为了保证设备在正上运行和故障情况下都能安全、可靠地运行，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
（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时的短路电流为依据。
（5）接地装置的设计，也需用短路电流。
2、短路电流计算时一般规定
1）计算的基本情况；
〈1〉电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。
〈2〉所有同步电机都具有自动调整励磁装置。
〈3〉短路发
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