2×600MW发电厂电气部分初步设计 毕业设计论文.doc
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1、- I - 摘 要 本毕业设计论文是 2 600MW 发电厂电气部分初步设计。全论文除了摘要、毕业设计 书之外,还详细的说明了各种设备选择的最基本的要求和原则依据。 变压器的选择包括: 发电厂主变压器、高压备用变压器及高压厂用变压器的台数、容量、型号等主要技术数 据的确定;电气主接线主要介绍了电气主接线的重要性、设计依据、基本要求、各种接 线形式的优缺点以及主接线的比较选择,并制定了适合本厂要求的主接线; 厂用电接线 包括:厂用电接线的总要求以及厂用母线接线设计。短路电流计算是最重要的环节,本 论文详细的介绍了短路电流计算的目的、假定条件、一般规定、元件参数的计算、网络 变换、以及各短路点的计
2、算等知识; 高压电气设备的选择包括母线、高压断路器、隔离 开关、电流互感器、电压互感器、高压开关柜的选择原则和要求,并对这些设备进行校 验和产品相关介绍 。而根据本论文所介绍的高压配电装置的设计原则、要求和 500KV 的 配电装置,决定此次设计对本厂采用分相中型布置。继电保护和自动装置的规划,包括 总则、自动装置、一般规定和发电机、变压器、母线等设备的保护, 而发电厂和变电 所的防雷保护则主要针对避雷针和避雷器的设计。此外,在论文适当的位置还附加了图 纸(主接线、平面图、防雷保护等)及表格以方便阅读、理解和应用。 关键词 电力系统,短路计算,设备选择,母线,高压断路器 - II - 目 录
3、摘 要 I AabstractII 第一部分 说明书 .1 第 1 章 主变压器的选择 .1 1.1 容量和台数的确定 1 1.2 型式和结构的选择 1 1.2.1 相数 1 1.2.2 绕组数与结构 1 1.2.3 绕组接线组别 2 1.2.4 调压方式 2 1.2.5 冷却方法 2 第 2 章 电气主接线的设计 .3 2.1 主接线设计的要求和原则 3 2.1.1 主接线设计的基本要求 3 2.1.2 大机组超高压主接线可靠性的特殊要求 3 2.1.3 主接线设计的原则 3 2.2 原始资料分析 4 2.3 主接线方案的拟定 4 2.3.1 发电机-变压器单元接线 .4 2.3.2 500
4、KV 电压母线接线 .4 2.4 主接线方案的比较 7 2.5 主接线方案的确定 7 第 3 章 厂用电系统设计 .8 3.1 厂用电接线的设计原则 8 3.2 厂用电压等级的确定 8 3.3 厂用电源的引接方式 .8 3.3.1 厂用工作电源的引接 8 3.3.2 备用/启动电源的引接 .8 3.4 厂用电接线形式 9 3.5 厂用高压变压器的选择 .9 3.5.1 额定电压的确定 9 3.5.2 台数和型式的选择 9 3.5.3 容量得选择10 3.5.4 电抗的选择 10 3.6 厂用电系统接线 11 3.6.1 高压厂用电接线 11 - III - 3.6.2 低压厂用电接线 11 第
5、 4 章 短路电流计算 .12 4.1 短路电流计算的主要目的 12 4.2 一般规定 12 4.2.1 计算的假定条件 12 4.2.2 接线方式 12 4.2.3 短路类型 12 4.2.4 短路计算点 13 4.2.5 短路电流计算方法 13 4.3 短路电流计算步骤 13 4.4 计算公式 14 4.4.1 元件参数计算 14 4.4.2 网络变换 14 4.4.3 计算电抗 16 4.4.4 短路点短路电流周期分量有效值的计算 16 4.4.5 短路的冲击电流 16 4.4.6 电流分布系数及转移电抗 16 第 5 章 电气设备和导体的选择 .18 5.1 电气设备选择的一般原则 1
6、8 5.1.1 按正常工作条件选择 .18 5.1.2 按短路状态校验 19 5.2 500kV 高压设备的选择 19 5.2.1 高压断路器的选择 19 5.2.2 隔离开关的选择 20 5.2.3 电流互感器的选择 21 5.2.4 电压互感器的选择 21 5.2.5 并联电抗器的选择 22 5.3 6KV 高压开关柜的选择 .22 5.3.1 种类和型式的选择 22 5.3.2 主开关的选择 23 5.3.3 额定电压和额定电流的选择 23 5.3.4 防护等级的选择 23 5.3.5 开断和关合短路电流的选择 23 5.3.6 短路热稳定和动稳定校验 24 5.4 裸导体的选择 24
7、5.4.1 500KV 母线的选择 .24 5.4.2 封闭母线的选择 24 5.4.3 电晕电压校验 25 - IV - 5.4.4 热稳定校验 25 第 6 章 500KV 高压配电装置设计 26 6.1 配电装置的基本要求 26 6.2 配电装置设计的基本步骤 26 6.3 配电装置的型式选择 26 6.4 配电装置的安全净距 26 6.5 屋外配电装置的布置原则 27 第 7 章 继电保护和自动装置配置 .28 7.1 继电保护配置 28 7.1.1 发电机保护 28 7.1.2 变压器保护 29 7.1.3 并联电抗器保护 30 7.1.4 500kV 线路保护 31 7.1.5 母
8、线和断路器失灵保护 31 7.2 自动装置配置 32 第 8 章 防雷保护设计 .33 8.2 直击雷的防护 33 8.2.1 直击雷防护措施 33 8.2.2 避雷针装设的基本原则 33 8.2.3 避雷针的保护范围 33 8.3 入浸雷的防护 34 8.3.1 入浸雷防护措施 34 8.3.2 避雷器的配置要求 34 8.3.3 避雷器的配置原则 34 8.3.4 避雷器参数选择 35 8.4 防雷接地 35 第二部分 计算书 .36 第 9 章 变压器的选择计算 .36 9.1 主变压器的选择 36 9.2 厂用高压变压器的选择 36 第 10 章 短路电流计算 .38 10.1 短路电
9、流计算接线图 38 10.2 参数计算 38 10.3 500kV 母线短路 (k1).39 10.4 发电机出口短路(k2) 40 10.5 厂用高压工作变压器 6kV 一段短路(k3) .42 10.6 备用/启动变压器 6kV 一段短路(k4) .44 - V - 10.7 计算结果列表 46 第 11 章 电气设备和导体的选择计算 .47 11.1 500kV 高压设备的选择 .47 11.1.1 高压断路器的选择 47 11.1.2 高压隔离开关的选择 47 11.1.3 电流互感器的选择 48 11.1.4 电压互感器的选择 48 11.1.5 并联电抗器的选择 49 11.2 6
10、kV 高压开关柜的选择 49 11.3 裸导体的选择 50 11.3.1 500kV 主母线的选择 50 11.3.2 发电机出口主封闭母线选择 52 11.3.3 共箱封闭母线选择 52 第 12 章 防雷保护设计 .54 12.1 避雷针的布置图 54 12.2 避雷针高度的确定 54 总 结 .56 致 谢 .57 参考文献 .58 附 录 .59 - 1 - 第一部分 说明书 第 1 章 主变压器的选择 1.1 容量和台数的确定 主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。如果变压器容量 选得过大、台数过多,不仅增加投资,增大占地面积,而且也增加了运行电能损耗,设 备未能
11、充分发挥效益;若容量选得过小,将可能“封锁”发电机剩余功率的输出,这在 技术上是不合理的,因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦的变电设备投资。为此, 必须合理地选择变压器。 对单元接线的变压器,其容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后,留有 的裕度来确定,即%10 (1.1)cos1.NPjBKS 式中 变压器的计算容量, kVA;jBS 发电机的额定功率,kW;NP 发电厂的厂用电率,%;K 发电机的功率因数。cos 1.2 型式和结构的选择 1.2.1 相数 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。由于大型变压器随着容量的增大,尺寸和重量也
12、增大。所以当发电厂与系统连 接的电压等级为 500kV 时, 600MW 机组单元连接的主变压器综合考虑运输和制造条件, 经技术经济比较,可采用单相组成的三相变压器。 采用单相变压器时,由于备用单相变压器一次性投资大,利用率不高,故应综合考虑系 统要求、设备质量以及按变压器故障率引起的停电损失费用等因素,确定是否装设备用 单相变压器。若确需装设,可按地区(运输条件允许)或同一电厂 34 组的单相变压器 (容量、变比与阻抗均相同) ,合设一台备用单相变压器考虑。 1.2.2 绕组数与结构 电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式;按电磁结构分 为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压
13、绕组分裂式等型式。 - 2 - 容量为 200MW 以上大机组都采用与双绕组变压器成单元接线,而不于三绕组变压器 组成单元接线。这是由于机组容量大,其额定电流及短路电流都很大,发电机出口断路 器制造困难,价格昂贵,且对供电可靠性要求较高,所以,一般在发电机回路及厂用分 支回路均采用分相封闭母线,而封闭母线回路中一般不装高断路器和隔离开关。 1.2.3 绕组接线组别 变压器三相绕组的接线组别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星形“Y”和三角形“d”两种。而在发电厂中,一般考虑系 统或机组的同步并列要求以及限制 3 次谐波对电源的影响等因素,主变压器接线组别
14、一 般都选用 YN,d11 常规接线。 全星形接线变压器用于中性点不接地系统时,3 次谐波无通路,将引起正弦波电压畸 变,并对通信设备发生干扰,同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。在我国, 全星形接线变压器均为自耦变压器,电压变比多为 220/110/35、330/220/35、330/110/35、500/220/110kV,由于 500、330、220、110kV 均系中性点直接接地系统,系统的零序阻抗较小,所以自耦变压器设置三角形绕组用以 对线路 3 次谐波的分流作用已显得不十分必要。 1.2.4 调压方式 调压是通过变压器的分接开关切换,改变变压器高压侧绕组匝数,从而改变其变比
15、, 实现电压的调整。切换方式有两种:一种是不带电切换,称为无激磁调压,调整范围通 常在 以内;另一种是带负荷切换,称为有载调压,调整范围可达 ,但结构%5.2 %30 复杂、价格昂贵,只有在两种情况下才予以选用:接于出力变化大的发电厂的主变压器, 特别是潮流方向不固定,且要求变压器二次电压维持在一定水平时;接于时而为送端,时 而为受端,具有可逆工作特点的联络变压器,为保证供电质量,要求母线电压恒定时。 通常发电厂主变压器中很少采用有载调压,因为可以通过调节发电机励磁来实现调 节电压,一般均采用无激磁调压。 1.2.5 冷却方法 电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异,一般有自然风冷却、
16、强迫风 冷却、强迫循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。大容量变压器一般 采用强迫油循环风冷却,在发电厂水源充足的情况下,为压缩占地面积,也可采用强迫 油循环水冷却。强迫油循环水冷却的散热效率高,节省材料,减小变压器本体尺寸,但 要一套水冷却系统和有关附件,在冷却器中,油与水不是直接接触,在设计时和运行中, 以防止万一产生泄漏时,水不至于进入变压器内,严重地影响油的绝缘性能,故对冷却 器的密封性能要求较高。 - 3 - 第 2 章 电气主接线的设计 2.1 主接线设计的要求和原则 电气主接线是发电厂电气部分的主体结构,是电力系统网络结构的重要组成部分, 直接影响运行的可靠性、灵活性
17、,并对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动 装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此,主接线的正确、合理设计,必须综合 处理各个方面的因素,经过技术、经济论证比较后方可确定。 2.1.1 主接线设计的基本要求 1.可靠性 定量分析主接线的可靠性时,考虑发电厂在系统中的地位和作用、用户的负荷性质 和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。 定性分析主接线的可靠性考虑:断路器检修时,能否不影响供电;线路、断路器或母 线故障时以及母线或母线隔离开关检修时,停运出线回路数的多少和停电时间的长短, 以及能否保证对 I、II 类负荷的供电;发电厂或变电站全部停电的可能性;大型机组突 然停运时,对电
18、力系统稳定运行的影响与后果等因素。 2.灵活性 电气主接线应能适应适应运行状态,并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括: 操作的方便性、调度的方便性和扩建的方便性。 3.经济性 在设计主接线时,主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可 靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要考虑:节省一次投资、占地面积少和电 能损耗少。 2.1.2 大机组超高压主接线可靠性的特殊要求 任何断路器检修,不影响对系统的连续供电;任何一进出线断路器故障或拒动以及 母线故障,不应切除一台以上机组和相应的线路;任何一台断路器检修和另一台断路器 故障或拒动相重合、以及当母线分段或母线联络断路器故障或
19、拒动时,不应切除两台以 上机组和相应的线路。 2.1.3 主接线设计的原则 根据发电厂在电力系统中的地位和作用,首先应满足电力系统的可靠运行和经济调 - 4 - 度的要求。根据规划容量、输送电压等级、进出线回路数,供电负荷的重要性、保证供 需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境等条件确定。应满足可靠性、灵 活性和经济性的要求。 2.2 原始资料分析 本次设计的凝汽式发电厂,装机容量为 2 600MW,属大型发电厂,在系统中有举足 轻重的地位,供电容量大、范围广,发生事故可能使系统运行稳定遭到破坏,甚至瓦解, 造成巨大损失,又因为高电压、大电流对电器设备又有特殊的要求,所以必须采用供电
20、 可靠性高、调度灵活的接线形式,并要进行定性分析。以最大限度的避免由于主接线结 构引起的局部限出力、限送电。 考虑环境条件对电气设备的影响,尤其是温度和海拔高度超过电气设备的使用条件 时,应采取相应措施。由于厂址平均海拔高度为 50 米,一般不会超过设备额定使用高度, 所以不用考虑高度对电气设备的影响;电气设备一般使用的额定环境温度为 ,而C40 电厂所在地的年最高温度为 ,平均温度为 15 ,最低温度为零下 33 ,设备实C40C 际运行环境温度不会超过其额定温度,所以对一般设备不会造成影响;但裸导体的额定 环境温度为 ,其允许电流必须根据实际环境温度进行修正。另外要考虑重型设备25 运输问
21、题。 2.3 主接线方案的拟定 2.3.1 发电机-变压器单元接线 600MW 发电机组大都采用发电机-双绕组变压器单元接线, 如图 2.1 所示。这种接线开关设备少,操作简便,有利于实现 机、炉、电的集中控制。由于省去了高压配电装置,明显地减 少了设备检修工作量,以及因不设发电机电压级母线,在发电 机出口可不装断路器,而在发电机和变压器之间采用分相封闭 母线,使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相 对减小,避免了由于额定电流或短路电流过大,使得选择出口 断路器时,受制造条件或价格甚高等原因造成的困难。 2.3.2 500KV 电压母线接线 1.双母线四分段接线 双母线四分段(双母双
22、分段)接线方式如图 2.2 所示。由于随着断路器制造质量的提 高,旁路母线的应用已逐渐减少,按规定采用 SF6 断路器的主接线不宜增设旁路设施。 双母线四分段接线具有如下优点: QSQF T 图 2.1 发电机-双绕组 变压器单元接线 - 5 - (1) 母线可以轮流检修而不致使供电中断。当一组母线检修时,可将该组母线上的 电源和负荷切换到另一组母线上运行。 (2) 正常运行时,电源和线路均分在四段母线上,母联和分段断路器均合上,四段 母线同时并列运行。当任意一段母线故障时,只有 1/4 电源和负荷停电;当任一分段或 母联断路器故障时,只有 1/2 电源和负荷停电。 (3) 当进出线母线侧隔离
23、开关需要检修时,只需该进线(或出线)和与该隔离开关 相连的母线停电,而不影响其他回路的正常供电。 (4) 运行中如一段母线故障,可将故障母线上的负荷和电源,倒到正常母线上运行, 能迅速恢复供电。 (5) 高度灵活。各电源和负荷可以任意在一组母线上运行,并可根据潮流变化或其 它要求改变运行方式。 (6) 扩建方便。向双母线左右任何方向扩建,均不会影响两组母线的电源和负荷自 由组合分配,在施工中也不会造成原有回路停电。 QF1 QFD1 QFC2 QF2 QFC1 QFD2 WL2WL1 WL3 WL4 图 2.2 双母线四分段接线 双母线四分段接线也存在缺点:当母线故障或检修时,隔离开关作为倒换
24、操作电器, 倒闸操作比较复杂,容易造成误操作。由于双母线四分段接线具有较高的可靠性,而且 运行经验也比较丰富,所以可用于 500kV 系统。 2.一台半断路器接线 一台半断路器(3/2)接线是 600MW 机组电压母线广泛采用的接线形式,不但兼有及环 形接线的全部优点,而且可靠性和灵活性更高。另外与双母线四分段接线相比,隔离开 关少,配电装置结构简单,占地面积小,土建投资少,隔离开关也不用参加倒闸操作,减 少了因误操作引起事故的可能性。但由于每一回路包含 2 个断路器,进出线故障将引起 2 个断路器动作,增加了断路器的维护工作量。 如图 2.3 所示,一台半断路器采用交叉布置的方式,即将同名回
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