电力设计

华北水利水电学院毕业设计第页共90页1第一部分设计说明书1主变压器的选择1.1主变压器容量的选择原则1.单元接线的主变压器的选择单元接线时变压器的容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用电负荷后，留有10%的裕度确定。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则计算出的两台机组容量之和来确定。2.具有发电机电压母线的主变压器的选择连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素：（1）在发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除常用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余功率和无功容量送入系统。（2）当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或因供热机组热负荷变动而需要限制本厂出力时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线最大负荷的需要。（3）若发电机电压母线上接有两台及以上的主变压器时，当其中容量最大的一台机组因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70%以上。（4）电力市场环境下，中小火电机组的高成本电量面临“竞价上网”的约束，特别是在夏季丰水季节处于不利地位，加之“以热定电”的中小热电厂在夏季热力负荷减少的情况下，可能停用火电厂的部分或全部机组，主变压器应具有从系统倒送功率的能力，以满足发电机组电压母线上最大负荷的要求。3.连接两种升高电压母线的联络变压器联络变压器的台数一般只设置一台，最多不超过两台，这是考虑到布置和引线的方便。（1）联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下有功和无功的交换。（2）联络变压器容量一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求；同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。1.2主变压器形式的选择选择主变压器时应从相数，绕组数，冷却方式，接线组别等方面选择。华北水利水电学院毕业设计第页共90页2容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力变压器中，一般都选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。所以综合各种考虑，本设计选用三相变压器。因为是发电机-变压器单元接线，所以变压器都采用双绕组，YNd11接线方式，强迫油循环冷却方式。在容量相同的情况下，一台三相变压器比由三台单项变压器组成的变压器组便宜许多，且占地和运行损耗小，因此，凡能够采用三相变压器时都应首先选择三相变压器。当机组为125MW及以下容量的发电厂有两级电压等级时，一般优先考虑采用三相变压器。因此，本设计可选用四台SFP7-120000/220变压器和一台SFP7-240000/500，具体参数如下：表1-2型号额定容量(kVA)额定电压(kV)连接组别阻抗电压(%)高压低压SFP7-120000/220120000220±8×1.25%10.5YNd1112--14SFP7-240000/500240000500±2×2.5%15．75YNd11142电气主接线方案设计2.1电气主接线设计的基本要求与选择原则电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路间的相互关系。变电所的主接线应满足变电所在电力系统中的地位、回路数、设备和节约投资等要求，且便于扩建。概括地说即可靠性、灵活性和经济性三方面。(1)可靠性安全可靠是电力生产和分配的首要任务，电气主接线的可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力。电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂或变电站来说是可靠的，而对另一些发电厂或变电站则不一定能满足可靠性的要求。所以，在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在电力系统中的华北水利水电学院毕业设计第页共90页3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。此外，在保证可靠性的同时不可片面地追求更高的可靠性而忽视对灵活性和经济性的要求。(2)灵活性①操作的方便性。电气主接线应该在满足可靠性的条件下，接线简单，操作方便，尽可能的使操作的步骤少，以便运行人员掌握，不致在操作过程中出错。②调度时的方便性。电气主接线在正常运行时,能根据调度的要求,方便的改变运行状态,并且在发生事故时,能尽快的切除故障,使停电时间最短,影响范围最小,不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。(3)经济性方案的经济性体现在以下三个方面：①投资省。主接线力求简单，以节省一次设备的使用数量，继电保护和二次回路在满足技术要求的前提下，简化配置，优化控制电缆的走向，以节省二次设备和控制电缆的长度；采取措施，限制短路电流，得以采用价廉的轻型设备，节省投资。②占地面积小。主接线的选型和布置方式，直接影响到整个配电装置的占地面积。③电能损耗小，在变电所中，电能损耗主要来自变压器，因此要经济合理的选择变压器的类型，容量，数量和电压等级。此外，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。设计时不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，将来可顺利完成过渡方案的实现，使改造的工作量最少。2.2电气主接线设计方案1.对原始材料的分析：本设计电厂为大、中型火电厂，其容量为4×100+1×200=600（MW），其占电力系统总容量为600/(600+3500)×100%=14.63%,超过了电力系统的检修备用容量8%-15%和事故备用容量10%的限额内，说明该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要。且年利用小时数为6500h＞5000h，远远大于电力系统发电机组的平均最大利用小时数，所以该厂在电力系统中将承担基本负荷，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：发电机的出口电压既无直配负荷，又无特殊要求，拟采用单元接线形式可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电压级出线回路数为4回，为保证检修出线断路器不致对该回路造成停电，拟采用带旁路母华北水利水电学院毕业设计第页共90页4线接线形式为宜。500kV与系统有4回馈线，其送出本厂最大可能的电力为600-350-600×8%=202（MW），可见，该厂500kV级的接线对可靠性要求很高。2.主接线方案的拟定：(1)220kV电压级220kV侧出线回路共4回，为保证检修出线断路器，不致对该回路造成停电，拟采取带旁路母线接线形式为宜，可以采用单母分段带旁路母线接线或双母线带旁路母线接线，以保证其供电的可靠性和灵活性,因其负荷为350MW，为此，拟以4台100MW机组按发电机-变压器单元接线形式接至220kV母线，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500kV母线相连，互相交换功率。由于该侧承担的是对一级负荷的供电，且最大负荷利用小时数Tmax=6500小时，对供电可靠性要求比较高。故忽略经济性要求，选用双母线带旁路母线接线。(2)500kV电压级500kV侧出线回路共4回，其最小负荷容量为600-350-600×8%=202（MW），由于电压等级较高，必须保证它的供电可靠性，且该侧承担的是对一级负荷的供电，且最大负荷利用小时数Tmax=6500h。为此，可能有多种接线方案，经定性分析筛选后，可选用的方案为双母线带旁路母线接线或一台半断路器接线。通过联络变压器与220kV母线相连，互相交换功率。用一台200MW机组与变压器组成单元接线，直接将功率送入500kV电力系统。（3）方案比较如下表2-3220kV母线方案比较接线方式比较项目单母分段带旁路母线接线双母线带旁路母线接线技术性任一段母线检修，不造成任何停电；线路断路器检修，仅造成本回路短时停电；母线隔离开关检修，不造成任何停电；任一组母线故障，可很快恢复供电任一组母线检修，不造成任何停电；线路断路器检修，不造成任何停电；母线隔离开关检修，不造成任何停电；任一组母线故障，可很快恢复供电经济性后者比前者多用了一条母线及多台隔离开关，增加投资很多华北水利水电学院毕业设计第页共90页5方案比较如下：表2-4500kV母线方案比较接线方式比较项目3/2接线双母线带旁路母线接线技术性运行时，两组母线和同一串的3台断路器都投入工作，形成多环路状供电具有很高的可靠性。其任一母线故障或检修，均不致停电；任一断路器检修也不引起停电；甚至于在两组母线同时故障（或一组母线检修另一组母线故障）的极端情况下，功率仍能继续输送。任一组母线检修，不造成任何停电；线路断路器检修，不造成任何停电；母线隔离开关检修，不造成任何停电；任一组母线故障，也快恢复供电经济性因3/2接线每一串都有3台断路器及其隔离开关，投资费用很大，但与因供电可靠性不足而引起停电，导致的国民经济的损失相比，这投资还是值得的。根据以上分析，筛选，组合，可保留两种可能的接线方案：方案一如图所示，方案二为：500kV侧为双母线带旁路母线接线，220kV侧为单母分段带旁路母线接线，示意图略。（4）主接线最终方案的确定：通常，经过经济比较计算，求得费用最小方案者，即为经济上最优方案。然而，主接线最终方案的确定还必须从可靠性，灵活性等多方面综合评估，包括大型电厂，变电站。对主接线可靠性若干指标的定量计算，最后确定最终方案。通过定性分析和可靠性及经济计算，在技术上（可靠性，灵活性）方案一明显占优势，这主要是一台半断路器接线方式的高可靠性指标，但在经济上则不如方案二。鉴于大，中型发电厂大机组应以可靠性和灵活性为主，所以，经综合分析，决定选图所示的方案一为设计最终方案。由以上比较结果可做出如下电气主接线：华北水利水电学院毕业设计第页共90页6厂用电厂用电厂用电厂用电厂用电220kV500kV220kV系统500kV系统厂用电图2-2所选方案主接线图2.3高压厂用电设计1.确定高压厂用电等级①容量为12MW~60MW发电机，当有发电机电压直配线时，应根据地区网络的需要，采用6.3kV或10.5kV。发电机与变压器单元连接且有厂用分支引出时，一般采用6.3kV。②100MW发电机电压为10.5kV，一般与变压器单元连接，但也可接至发电机电压母线。125MW发电机组则与变压器单元连接。连接与6kV配电装置的发电机总容量不超过120kV，连接与10配电装置的发电机总容量不超过240MW，以免母线分段过多和短路电流太大。发电厂采用3、6kV或10kV作为高压厂用电压，在满足技术要求的前题下，优先考虑采用较低的电压等级。电压等级的确定，从发电机容量和出口电压来说，高压厂用电压等级的选择，对容量在60MW及以下时，可采用3kV；容量在100MW~300MW时，宜采用6kV；发电机容量在300kW以上时，在技术和经济上合理时，也右采用两种高压厂用电压等级，如3kV、10kV。发电厂在电力生产中,有大量电动机拖动的机械设备,用以保证主要设备和辅助设备的正常运行，这些电动机以及全厂的运行操作，试验，修配，照明等用电设备的总电量。统称为厂用电中自用电。确定厂用工作电源、备用电源及其引接线方式。华北水利水电学院毕业设计第页共90页72.厂用电的特点①备用电源应尽可能的从可靠性较高的独立电源处引线，②正常，事故，检修启动等运行方式，下的供电要求尽可能使操作简便，启动（备用）电源能短时内投入。3.确定厂用电接线形式分析本厂厂用电量情况，发电厂的厂用电系统均采用单母线按炉多分段的形式，以满足灵活性和可靠性的要求。所以厂用高压电压等级为6kV。3短路电流的计算3.1短路的类型短路故障分为对称短路和不对称短路。三相短路是对称短路，造成的危害最为严重，但发生的机会较少。其它的短路都是不对称短路，其中单相短路发生的机会最多，约占短路总数中的70％以上。所以在做短路计算时，选择最严重的一种，三相短路计算。3.2短路计算的目的为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热