发电厂设计

某中型发电厂电气主接线设计明确任务和设计原理一、原始资料1、凝汽式发电厂的规模（1）、装机容量：装机4台，容量分别为2×50MW，UN＝10.5kV，2×300MW，UN＝15.75kV。（2）、机组年利用小时：取Tmax＝6500小时/年。（3）、气象条件：最高温度42℃，年平均温度25℃，气象条件一般无特殊要求（台风、地震、海拔等）（4）、厂用电率：按6％来考虑。2、电力负荷及如电力系统连接情况（1）、10.5kV电压级：电缆馈线6回，每回平均输送容量3600kW。10kV最大负荷20MW，最小负荷15MW，功率因数为0.8，Tmax＝5200小时/年。（2）、220kV电压级：架空线5回，每回平均输送容量5000kW。220kV最大负荷250MW，最小负荷200MW，功率因数为0.85，Tmax＝4500小时/年。（3）、500kV电压级：架空线4回，备用线1回。500kV与电力系统连接，接受该发电厂的剩余功率。电力系统容量为3500MW，当取基准容量为100MVA时，系统归算到500kV母线上的电抗为0.021。二、设计任务1、主电路设计（1）选择主变压器台数、容量及型式；（2）主接线设计，通过技术经济比较，确定主接线方案；2、进行各电压等级的短路电流计算；3、选择各电压级主要电气设备，并校验各电压级的开关设备；4、绘制图纸：发电厂升压站一次接线图。三、设计成品1、.设计说明书：每人一份，独力完成所要求的设计内容。书写工整，简明扼要，分析论证条理清晰。且附必要的数据计算书（整理过的计算过程）。2、图纸一张：整洁，线条粗细分明；布置匀称，比例适宜；文字、图形符号准确、尺寸标注规则无误。原始资料的分析设计电厂为中型凝汽式发电厂，其容量为2*50+2*300=700(MW),占电力系统容量700/(3500+700)*100%=16.7%,超过了电力系统的检修备用容量8%～15%和事故备用容量10%的限额,说明该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要,而且年利用小时数为6500h5000h,远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数（如2006年我国电力系统发电机组年最大负荷利用小时数为5221h）。该厂为凝汽式火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。从负荷特点及电压等级可知，10.5KV电压等级上的地方负荷容量不大，共有6回电缆馈线，与50MW发电机的机端电压相等，采用直馈线为宜。20KV电压为300MW发电机出口电压，既无直配负荷，又无特殊的要求，拟采用单元接线的形式，可以节省价格昂贵的发电机出口断路器，又利于配电装置的布置；220KV电压级出现回路数为5回，为了保证检修出线断路器不致对该回路停电，拟采用带旁路母线接线形式为宜；500KV与电力系统有4回馈线，备用线1回，呈强联系形式并送出本厂最大可能的电力为700-15-200-700*6%=443（MV）。可见，该厂500KV级的接线对可靠性要求应当很高。方案的设计、论证和选择方案设计根据对原始资料的分析,现将各电压级可能采用的较佳方案列出，进而以优化组合方式,组成最佳的方案。（1）10.5KV电压级。单母线接线可靠性比较差，且调度不方便，一般只在出现回路较少，没有重要负荷的发电厂使用；单母线分段接线每段容量12MW左右，且每段出现不超过5回。本次设计，由于10.5KV出线回路比较多，而且发电机的单机容量为50MW，远大于每段12MW，应确定为双母线分段接线的形式，不但具有双母线供电可靠性，调度灵活，扩建方便的优点，而且双母线互为备用，更加提高了供电可靠性。2台50MW发电机分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压220KV。10.5KV电压级与220KV电压级之间按弱联系考虑，只设1台主变压器；同时，由于10.5KV电压最大负荷20MW，远远小于2*50MW发电机组装机容量，即使在发电机检修或升压变压器检修的情况下，也可以保证该电压等级负荷的要求。由于2台50MW机组均接于10.5KV母线上，有较大的短路电流，为了选择合适的电气设备，应在分段处加装母线电抗器，同时各条电缆馈线上装设线路电抗器。（2）220KV电压级。出线回路数为5回，为了使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路母线接线或双母线带旁路母线接线，以保证供电的可靠性和灵活性。其进线仅从10.5KV送来剩余容量2*50—[（100*6%）+20]=74MW，并不能够满足220KV最大负荷250MW的要求。为此，拟采用以1台300MW机组按照发电机——变压器单元接线形式接至220KV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500KV接线连接，彼此之间相互交换功率。(3)500KV电压级。500KV电压级，负荷容量比较大，其主接线是本厂向电力系统输送功率的主要接线方式，为保证可靠性，可能有多种接线方式，经过定性分析筛选后，可以选用的方案为双母线带旁路母线接线和一台半断路器接线，通过联络变压器与220KV连接，并通过一台三绕组变压器和10.5KV电压联系，以提高可靠性。一台300MW机组与变压器构成单元接线，直接将功率送到500KV电力系统。根据上述的分析，我们通过选择、组合讨论出了两种可能的接线方案：方案Ⅰ为10.5KV侧采用双母线分段接线，220KV侧也采用双母线带旁路母线接线，500KV侧采用一台半断路器接线，两台50MV的机组连接到10.5KV侧，一台300MW机组连接到220KV侧，另一台300MV连接到500KV侧。如附图（一）所示：方案Ⅱ为10.5KV侧采用双母线分段接线，220KV侧采用单母线分段带旁路母线接线，500KV侧采用双母线带旁路母线接线。两台50MV的机组连接到10.5KV侧，一台300MW机组连接到220KV侧，另一台300MV连接到500KV侧。方案的比较和选择由上述的两个方案可以知道，方案Ⅰ和方案Ⅱ的10.5KV侧是相同的，不同的是220KV侧和500KV侧。对拟订的两方案进行经济比较，以上两方案中的相同部分不参与比较计算，只是对不同的部分进行计算。计算内容包括综合总投资，运行期的年运行费。综合总投资的计算公式：I=I0(1+a/100)I0－主体设备的综合投资，包括变压器、开关设备、母线、配电装置及明显的增修桥梁、公路和拆迁等费用。a－不明显的附加费用比例系数，如基础加工、电缆沟道开挖费用等。220KV系统取70，500KV取50。年运行费用C’：主要包括变压器的电能损耗费及设备的检修、维护、折旧费(按投资百分率计算)。计算公式为：C’=αΔA+α1I+α2Iα1－检修维护费率，一般取为0.022～0.042；α2－折旧费率，一般取为0.005～0.058；α－损耗电能的电价，元/KW.h，可参考各地区实际电价，本设计中取0.45；ΔA－变压器年电能损耗，KW.h。经过计算，方案Ⅰ参与比较部分的设备折算到施工年限的综合总投资为6954.7万元，年运行费用为1016.29万元；同理，计算出方案Ⅱ的综合总投资比方案Ⅰ为6647.3万元和年运行费用为1016.34万元。可以看出方案Ⅰ的综合总投资比方案Ⅱ的要少，两个方案的年运行费用差不多。而从主接线图也可以知道方案Ⅱ的设备较多，投资较大。所以从经济上考虑最佳方案为方案Ⅰ，而且方案Ⅰ的主接线简单清晰，设备少，无论检修母线或者设备故障检修，均不致全厂停电，机组的配置也比较合理，使传递能量在变压器中损耗最小。500KV高压侧还采用一台半断路器接线方式，一台半断路器接线方式具有较高的可靠性和灵活性。经过综合的分析，主接线方案选择方案Ⅰ。发电机型号的选择本发电厂设计为2*50MW，2*300MW的凝汽式火电厂，综合容量和电压等级需要，参考《电力工程电气设备手册》，可选发电机型号为：QFN-50-2和QFQS-300-2。主要技术参数如下表所示型号额定容量(MV)额定电压(KV)额定电流(A)功率因数电抗值Xd’（%）QFN-50-25010.564750.8012.39QFQS-300-230015.7586250.8514.44主变压器型号的选择本设计中的主变选择如下：两台双绕组变压器容量确定公式为：选定变压器的容量为360MVA。（1）220KV双绕组为SFP7-360000/220型主要技术参数如下表所示：型号额定容量（KVA）额定电压(KV)联结组别损耗（KW）阻抗电压（%）高压低压空载短路SFP7-360000/2203600002424*2.5%18YNd1119586014.0（2）500KV双绕组为GB/T6451-2008油浸式变压器主要技术参数如下表额定容量（KVA）额定电压(KV)联结组别损耗（KW）空载电流（%）阻抗电压（%）高压低压空载短路36000055020YNd112009500.2014.0（3）三绕组变压器为SFPSZ7-360000/500型主要技术参数为：额定容量（MVA）电压组合及分接范围阻抗电压（%）容量分配高压（KV）中压（KV）低压（KV）3605502422*2.5%15.75高-中12.4高-低28-34中-低18-24（100/100/50）联结组标号为：YNa0d11（4）联络变压器为OSFPSZ7-360000/500型主要技术参数为：额定容量（MVA）电压组合及分接范围阻抗电压（%）容量分配高压（KV）中压（KV）低压（KV）3605502422*2.5%10.5高-中12.4高-低34-38中-低20-22（100/100/30）联结组标号为：YNa0d11短路电流的计算在电力系统中，出现次数比较多的严重故障就是短路。所谓短路是指电力系统中不等电位的导体在电气上被短接。产生短路的主要原因，是由于电气设备载流部分绝缘损坏所造成。而绝缘损坏主要是因为绝缘老化、过电压、机械性损伤等引起。人为误操作及鸟兽跨越裸导体等也能引起短路。发生短路时，由于系统中总阻抗大大减少，因而短路电流可能达到很大数值（几万安至十几万安）。这样大的电流所产生的热效应和机械效应会使电气设备受到破坏；同时短路点的电压降到零，短路点附近的电压也相应地显著降低，使此处的电力系统受到严重影响或被迫中断；若在发电厂附近发生短路，还可能使整个电力系统运行解列，引起严重后果。在电力系统中，短路可分为对称短路和不对称短路，常用对称短路（即三相短路）作为最严重的故障方式，来验算电器设备的运行能力。为了限制发生短路时所造成的危害和故障范围的扩大，需要进行短路电流计算，以便校验电气设备的动热稳定性、选择和整定继电保护装置、确定限流措施及选择主接线方案。本设计中，短路电流计算采用近似方法计算，且设发电机和系统的次暂态电势E〞=1。短路点共设4点，分别为10.5KV侧母线短路（d1点）、10.5KV侧母线电抗器短路（d2点）、220KV侧母线短路（d3点）、500KV侧母线短路（d4点）。下图是系统的等值电路图和各短路点的分布。短路计算的一般规则短路电流计算的一般规定：（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。对带电抗器的6~10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外，其它导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。短路电流计算过程另附纸张。短路电流计算结果汇总如下表所示：电流短路点10.5KV侧母线