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兩臺600MW大容量機組發(fā)電廠電氣部分一次設(shè)計摘要本次發(fā)電廠電氣部分一次設(shè)計,是以兩臺600MW大容量機組為主的相關(guān)設(shè)計。結(jié)合任務(wù)書和發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范相關(guān)手冊,綜合自己幾年來所學(xué)專業(yè)知識,參考專業(yè)課本,進(jìn)行發(fā)電廠初步設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容包含電氣主接線設(shè)計,廠用電接線,短路電流分析計算,電氣設(shè)備選型,配電裝置布置,繼電保護配置以及防雷保護各方面。其中各個設(shè)計內(nèi)容的方案確定以及相關(guān)計算都參照相關(guān)書籍和手冊的要求進(jìn)行設(shè)計的。關(guān)鍵詞:電氣主接線短路電流電氣設(shè)備高壓配電裝置目錄TOC\o"1-2"\h\u30340第一章概述 概述開始之前,我認(rèn)真分析多方面條件,查詢廠址相關(guān)信息,所處地點地貌特色,思考各種因素會出現(xiàn)什么影響;結(jié)合任務(wù)書,了解工程概況,制定相關(guān)計劃,著手準(zhǔn)備資料,翻閱設(shè)計安規(guī),守則,保證基礎(chǔ)條件,力求最大限度的展現(xiàn)條理清晰,分布羅列的綜合性設(shè)計??偨Y(jié)大致四方面如下:1.1環(huán)境條件內(nèi)蒙古大唐托克托電廠所在地區(qū)歷年最高氣溫可達(dá)39℃,最低氣溫可達(dá)-31℃,歷年平均氣溫大約為7.3℃;歷年平均風(fēng)速3.2m/s,設(shè)計最大風(fēng)速32m/s;最大凍土深度為137cm。廠址及灰場區(qū)域的地震基本烈度為VI度。1.2工程概況本期2臺600MW機組設(shè)計。電廠以500kV主電壓等級接入系統(tǒng)。主線出線四回,向北經(jīng)安定和霸州開閉所,然后接入京津唐電網(wǎng)。1.3設(shè)計內(nèi)容600MW機組接線、500kV電氣主接線設(shè)計;600MW機組高壓廠用電接線設(shè)計;短路電流計算;導(dǎo)體與電氣設(shè)備的選擇;主設(shè)備繼電保護配置;高壓配電裝置設(shè)計;相關(guān)防雷保護規(guī)定。1.4設(shè)計依據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊電力工程電氣設(shè)備手冊高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程第二章電氣主接線的設(shè)計在發(fā)電廠設(shè)計中,電氣主接線是最基礎(chǔ),同樣也是最重要的一部分。因為主接線方式會直接影響系統(tǒng)是否可以安全有序,按照原定計劃去發(fā)電和運行。而且主接線也對廠用電動機的接線,短路電流的故障點的判斷,分析計算電流,以及電氣設(shè)備挑選不同型號,配備靠譜運行保護的配電裝置,二次接線的制定都會有較大的影響。所以,必須經(jīng)過認(rèn)真思考,查閱資料,結(jié)合任務(wù)書,了解工程概況之后,經(jīng)過多方面比較論證,完成最終確定。2.1主接線的基本要求和原則2.1.1主接線的基本要求可靠性:安全可靠性是電力系統(tǒng)生產(chǎn)運營的第一剛需,脫離可靠性,電力系統(tǒng)是不存在的,電力生產(chǎn)將不能正常運營;靈活性:表明系統(tǒng)的一些不同運行狀態(tài)和轉(zhuǎn)換方式,需要滿足基本的操作方便,在系統(tǒng)故障時又能靈活調(diào)度,切除故障要快,不會引起系統(tǒng)瓦解;經(jīng)濟性:指在投資過程中,盡可能少的追加投資,使建設(shè)運營最經(jīng)濟,面積小不占地,較少損耗電能。2.1.2主接線的基本原則由于發(fā)電廠在系統(tǒng)中擁有舉足輕重的位置,發(fā)電廠必須可靠運行,一旦發(fā)生故障將有不可避免的損失和危害;一般情況下,我們需要先認(rèn)真閱讀任務(wù)書,分析所給資料,查詢相關(guān)信息,翻閱資料,按照發(fā)電廠建設(shè)程序,一些基本的安全規(guī)定,從初步分析可行性,再到可行性研究,進(jìn)行初步設(shè)計,方案對比,作圖,最終確定。選擇的主接線無論從形式還是運行可靠等階段分析,都需要滿足最基本的技術(shù)安全等要求。2.2原始資料分析本次設(shè)計為大容量,超高壓的電廠設(shè)計,實際裝機容量為兩臺600MW機組。實屬供電重要范疇,經(jīng)營面很廣,受眾面很強,設(shè)計考察考量中,應(yīng)使系統(tǒng)運行穩(wěn)定,不然一旦發(fā)生故障,將有不可預(yù)估的損失出現(xiàn),包括使系統(tǒng)瓦解這一極其嚴(yán)重的情況。又因高電壓、大電流對電氣設(shè)備的特殊要求,必須綜合分析,采用供電安全、可靈活調(diào)節(jié)的接線形式。避免局部限出力、限送電。根據(jù)不同的環(huán)境對電氣設(shè)備產(chǎn)生的影響應(yīng)采取相應(yīng)措施。廠址平均海拔高度不高,不影響電氣設(shè)備,所以不用校正海拔高度;電氣設(shè)備一般使用的額定環(huán)境溫度為40℃,而該電廠所在地年氣溫變化率在+39℃到-31℃之間,歷年平均氣溫7.3℃,設(shè)備實際運行環(huán)境溫度不超過額定溫度,不影響一般設(shè)備;但要考慮重型設(shè)備的運輸。2.3主接線方案的分析制定2.3.1圖2-1發(fā)電機單元接線發(fā)電機與主變無母線形式的單元接線圖2-1發(fā)電機單元接線這個方式是所有的基礎(chǔ)接線形式中最簡單的,裝設(shè)的開關(guān)電器少,開斷點亦很少,特別方便機組調(diào)試;因為無母線,所以不用擔(dān)心因出口電流大而不好選擇斷路器的問題,這種情況,只需安裝一組隔離開關(guān)在出口,不必設(shè)斷路器在出口側(cè)。2.3.2500KV電壓母線接線1.雙母線四分段接線接線方式作圖如2-2所示。現(xiàn)在的斷路器制造技術(shù)趨于完美,一般已不再使用有備用功能的旁路母線了,參考資料,學(xué)習(xí)規(guī)程,總結(jié)主接線采用SF6斷路器時,旁路設(shè)施最好不要??偨Y(jié)一下雙母四分段的好處:不管母線怎樣例行檢查,出線處都不會沒有電;而且在巡檢一組母線時,所有負(fù)荷都被移接到別的上面。(2)一般情況沒有問題的運行時,電源和線路均勻分布在母線的四段上,當(dāng)合上所有斷路器時,所有母線均投入運行,此時為并列運行。(3)正常檢修隔離開關(guān)時,母線側(cè)是不會影響回路的,均可正常供電。(4)母線一段在運行時突然不正常,而后發(fā)生故障時,此時需要把該線上的回路倒閘到正常母線上運行,可快速恢復(fù)供電。(5)高度靈活。(6)擴建方便。圖2-2雙母線四分段接線綜合雙母四分段接線分析:首先,雙母分段就是為了減少故障,縮小停電范圍而來,若母線故障,繼保動作于QFD,自動開跳,而后,故障處回路QF全部跳開。此時本條線路出現(xiàn)全部停電,與此同時,啟動備用,馬上就恢復(fù)供電了。也就是說,此方式只是簡短跳閘,整條線路可迅速恢復(fù)正常,不會影響系統(tǒng)穩(wěn)定。但是四分段擁有兩個QFD和兩個QFC,不是那么經(jīng)濟。同時,由于QS較多,倒換時特別麻煩,對于二次的保護配置和配電安裝也是耗費經(jīng)濟。2.一臺半斷路器接線參考各方面資料顯示,通常500KV超高壓設(shè)計中,如果系統(tǒng)占據(jù)主要位置,那么最好采用一臺半接線。它是一種用途廣,又靠譜,還能適應(yīng)各種運行方式的優(yōu)良接線。在運行中,所有母線和器件均投入運行,算是一種完整運行方式,就跟系統(tǒng)形成多個圈的網(wǎng)絡(luò)式環(huán)形供電一樣;另一種是不完整的串運行,指的是退出任意串中的一臺斷路器,但不會影響其他的運行元件。但是由于交叉連線,斷路器數(shù)量繁多,在檢修或線路發(fā)生故障時,工作量會相當(dāng)大。如圖2-3所示,首先應(yīng)采用交叉布置一臺半斷路器的方式,這樣同一個回路中交織了不同母線其他串,這樣可避免一個同名回路出現(xiàn)故障,從而導(dǎo)致出線整條線全部沒電的現(xiàn)象。圖2-3一臺半斷路器接線一臺半斷路器可靠性定性分析:(1)元件檢修的情況無論何種情況下,需要檢修母線和斷路器,均不會停止向回路供電。當(dāng)QF1接受例行檢查時,操作步驟:斷QF1,拉兩側(cè)QS11、QS12。(2)一個元件故障的情況1)任種情況,壞一個器件,系統(tǒng)均可以接著運行,不管是短路還是線路斷掉。如W2發(fā)生斷線時,啟動QF3、QF6、QF9開跳,其他進(jìn)出線仍可靠工作,并通過并聯(lián)1母一起運行。2)嚴(yán)重時可使兩條線的用戶被迫不能用電。如QF故障在母線側(cè),通常也就停一回電,如QF1故障跳閘,就只影響了出線L1停止運行。只有當(dāng)用于聯(lián)絡(luò)線路使用的斷路器壞了之后,才會影響兩回線。(3)斷路器一個檢修一個故障的情況1)例如W1母線需定期查看,突然W2壞了,這時母線立即啟動保護,QF馬上起跳,此時電廠可正常向外路供電,如果發(fā)生了系統(tǒng)未連出線的狀況,機組不同,系統(tǒng)各異,千差萬別使發(fā)電機不得均衡發(fā)力,沒有源的存在自然也就不會有荷了,串出線也就沒有能量了。2)斷路器在接受慣例檢查,母線出現(xiàn)狀況,此時系統(tǒng)形勢嚴(yán)峻,如此惡劣形勢,也只影響一條線。比如:斷路器2檢修,母線2突然不好用,變成了斷路,此時變壓器1必然不能再繼續(xù)下去;又如母線1不正常延伸,則線路1斷開。3)線路突然出現(xiàn)嚴(yán)重狀況,需要馬上別隔離開斷,可是斷路器又不知道什么狀況,拒絕了此請求,此狀態(tài)已經(jīng)是所有可能存在的極其惡劣嚴(yán)重,但由于特殊性接線,也最多就會停兩回出線,不影響別的。2.4主接線方案的確定根據(jù)分析對比,從各個方面看來,綜合資料顯示,需要選擇出來一個靠譜的接線。因為機組容量很大,又是超高壓的系統(tǒng),什么非正常情況都可能導(dǎo)致很大的沖擊力對母線和系統(tǒng),造成無法挽回的經(jīng)濟丟失。為了保證電廠運行,可靠給電網(wǎng)供電,綜合判斷,選擇可靠、安全、方便、靈活的一臺半斷路器作為本次設(shè)計的主接線方案。第三章主變壓器的選擇3.1容量和臺數(shù)的選擇主變壓器在選擇時,注意要有適當(dāng)?shù)膸着_,合適的大小,若選用不合適的變壓器,容量大了不僅增加了投資,還影響占地面積。電能損耗太大不符合經(jīng)濟要求。容量過小,發(fā)電機又被限制了效益,剩余功率被封鎖,不符合技術(shù)選擇。對單元接線的變壓器,其容量選擇為(3.1)根據(jù)任務(wù)書已知:,,QUOTE=8%,由式(1.1)得主變壓器的容量為QUOTE=1.1ⅹQUOTE=674667()(3.2)3.2型式和結(jié)構(gòu)的選擇變壓器的選擇關(guān)乎整個電力系統(tǒng)的運行。通常在選擇600MW大容量機組來說,500KV電壓等級的變壓器應(yīng)該多項考慮多種因素,如線路運輸問題,制造困不困難,會不會多余浪費等條件,經(jīng)過比對分析,計算數(shù)據(jù),在滿足經(jīng)濟要求的條件下,選擇由單相變壓器組成的組合,也就是三相變壓器組。但是,考慮到備用相設(shè)備總是不能被充分利用,投資一次也很大,所以此次選擇不考慮。由于機組大容量,和都很大,出口設(shè)備制造特別困難,斷路器價格昂貴,又有一定的安全要求,所以,要采用分相封閉母線在電廠、廠用電回路里。所有分析過后,最終選用單相變壓器組成三相變壓器組。3.3繞組接線方式選擇變壓器并聯(lián)運行應(yīng)穩(wěn)定。連接組必須與發(fā)電機電壓同相。系統(tǒng)中使用的唯一連接是“Y”和“d”。此外,還應(yīng)當(dāng)按照實際應(yīng)用在計劃中確定。綜合考慮多種因素,包括兩者同步,諧波限制等,主變要選用YN,d11點接線的接線組別。3.4主變壓器的選擇主變是由以下參數(shù)三臺額定容量為3ⅹ240000的單相變組成的三相變壓器組,如表3-1陳述各主要標(biāo)準(zhǔn)制定。表3-1類型單相升壓變壓器(選擇無載調(diào)壓方式)額定容量240MVA額定電壓550±2×2.5%/20kV空載損耗140kw負(fù)載損耗485kw阻抗電壓13.75%中心點接線方式Y(jié)n,d11第四章廠用電接線及設(shè)計4.1廠用電接線設(shè)計的要求規(guī)定和準(zhǔn)則4.1.1廠用電線設(shè)計的要求和規(guī)定設(shè)計要求規(guī)定需嚴(yán)格按照運行、檢修、施工等一系列要求,考慮未來電廠運營規(guī)劃,有效積極大膽慎重的采用已經(jīng)發(fā)展成熟的最新設(shè)備和創(chuàng)新技術(shù),力求達(dá)到經(jīng)濟最優(yōu),預(yù)算最少,技術(shù)科學(xué)靠前,還能保證機組可靠運行。綜合分析有以下幾個方面:(1)靈活可靠供電;(2)獨立運行;(3)全廠公用負(fù)荷分散接入;(4)最大化考慮各種運行情況下對于供電安全的要求;(5)各系統(tǒng)連接甚密;(6)未來發(fā)展和各種影響措施。4.1.2廠用電設(shè)計原則設(shè)計原則和電氣主接線設(shè)計原則大致相通,這里不再贅述,可參考選擇主接線時參照的原則進(jìn)行設(shè)計。4.2廠用電壓等級的確定本設(shè)計采用600MW容量機組,經(jīng)一系列技術(shù)比較,有兩種選擇,一個是用6kV作一級電壓,另一種方法是用兩個不同的等級電壓作為廠用電的高壓接線,比如:3KV、10KV。4.3廠用電源的不同引接模式4.3.1發(fā)電廠工作電源的連接引線工作用電源是最基本的電源在發(fā)電廠中,數(shù)量在兩個及以上,此電源在發(fā)電機回路中引接時,要特別注意它和主接線之間的聯(lián)系。如果采用單元接線,該電源應(yīng)可做一般連接,也就是引接至從主變的低壓側(cè)。4.3.2備用電源和啟用電源的引接當(dāng)工作電源突發(fā)事故壞了,或者定期檢查其絕緣老化性能時,必須有備用的電源來代替它工作,在這,這個電源選擇需慎重,電廠設(shè)計時,此備用電可以用啟動源,替其工作。三種方案可選:(1)一級降壓引接;(2)兩級降壓引接;(3)從電網(wǎng)220kV系統(tǒng)引接專用線路。對廠內(nèi)500kV主線而言,該方式由于距離甚遠(yuǎn),使用不同的壓降方式去接,不一樣的引線,會減小備電的可用性;如果采用專門的特殊用途方法去架設(shè)專線路去接,由于距離甚遠(yuǎn),又使經(jīng)濟性不能達(dá)標(biāo)。綜合以上種種考慮,廠內(nèi)兩臺機組時,選擇第一種較合理。4.4廠用電接線形式電廠布線系統(tǒng),一般就是單母分段,和一套完整的配電設(shè)備接收和分配電能。為保證可靠供電,還得竭盡所能減少經(jīng)費,電站高壓母線按鍋爐數(shù)量分為若干段。工廠的母線根據(jù)鍋爐的數(shù)量分為幾個獨立的部分。同一母線與同一鍋爐的廠負(fù)荷和汽輪機與鍋爐同組的廠負(fù)荷相連。工廠低壓母線一般也采用分段單母線。4.5廠用電系統(tǒng)接線4.5.1高壓廠用電接線高電壓等級的工作源:選擇一般的不帶負(fù)荷去做電壓整理,型式為三個繞組并分裂排布,數(shù)量則為兩個;高電壓壓側(cè)的所供自用的主線:可以用一條主線用三個段用專門電器分四部分連用;備啟動電源:和高工電源采用模式差不多,但是有一個較大區(qū)別就是說,在這里使用時,選用一個可以帶著電一起用的電壓管理方式。如4.1展示。圖4.1高壓廠用電系統(tǒng)接線4.5.2低壓廠用電接線分段單母線運行方式,如圖。在正常時QFD斷開運行,突然某電源故障,電源側(cè)QF斷開,才會啟動QFD合閘,另一臺主變壓器將無條件承擔(dān)所有負(fù)荷。圖4.2低壓廠用電系統(tǒng)接4.6廠用變壓器的選擇4.6.1額定電壓的確定廠用工作變選為20千伏變電6千伏規(guī)格,備啟動變壓器用從500千伏變6千伏方式。4.6.2臺數(shù)和形式的選擇當(dāng)電廠裝機充足,容量有很大,就比如這個設(shè)計或者別的相當(dāng)大地機組,參照手冊和不同的規(guī)程,根據(jù)一般思維,會有兩個不一樣的可供參照的選取方法:(1)有且僅有一個時,可以用特別大的承載能力的設(shè)備。(2)可以用簡單又充足的一樣的兩個,此時選擇時可以使用多一個,數(shù)量為2,方式也比較特殊,用分裂變。毫無疑問這里選后者。所以可采用無載調(diào)壓的方式。其接線組別按照常規(guī)接線選,例如:d,yn1,yn1。4.6.3選擇各容量作容量選擇時,有規(guī)定如下:應(yīng)按高壓廠用電1.1倍的計算負(fù)荷和廠用電低壓計算負(fù)荷,合并起來選擇;對高壓廠用分裂繞組變壓器,計算式如下:計算負(fù)荷(4-1)高壓繞組≥(4-2)低壓繞組≥(4-3)4.6.4總結(jié)各主變?nèi)萘勘?-1廠用分裂變壓器定值如下型號SFF9-50000/20額定容量50/25-25額定電壓20±2×2.5%/6.3-6.3kVUd20%聯(lián)結(jié)組標(biāo)號D,yn1,yn1中心點接線方式D,Yn-1,Yn-1表4-2啟/備變壓器分裂規(guī)定參數(shù)型號SFFZ-50000/500額定容量50/30-30額定電壓Ud23%聯(lián)結(jié)組標(biāo)號YN,yn0,yn0中心點接線方式Y(jié)N,Yn-0,Yn-0第五章計算短路電流并分析5.1短路電流計算的目的(1)根據(jù)科學(xué)數(shù)據(jù),加以認(rèn)真思考分析過后,選擇合適最佳的一些設(shè)備電器;(2)對于上述所選的主線連接方式去校對,看看是否真的合理有效,特別重要的一個參考看需不需要用一些別的手段去縮小一下線上電流;(3)對于后面要做的關(guān)于二次方面的設(shè)置來說,此計算是一個有效的對比選擇依據(jù);(4)驗算兩個電壓:接觸和跨步;(5)通訊設(shè)施受此影響程度大小。5.2短路電流計算的規(guī)定5.2.1假定條件在實際選用的情況之下,由于多方多面的因素,并不能真正的了解內(nèi)部,因此需要做一些空想的規(guī)矩以代替可能真的運行系統(tǒng)情況:(1)三相系統(tǒng)差120度在相位上,可靠對稱。(2)不抑制發(fā)電機出力,運行在額定條件下。(3)剛發(fā)生短路時,瞬間電流最大。(4)不考慮電弧阻抗。5.2.2接線方式當(dāng)三相短路發(fā)生時,短路電流是所選工作方式下的最大電流。若三相短路可達(dá)到滿足,則其他情況下的短路均可。所以,選擇最大運行方式。5.2.3短路類型當(dāng)系統(tǒng)一直在正常條件下工作,就是很簡單的負(fù)荷方面的計算值,而且不大。一旦機組故障,或者環(huán)節(jié)中分部發(fā)生了問題,這個電流值會根據(jù)不同的問題出現(xiàn)不一樣的數(shù)值,此設(shè)計中,機組出口用的母線路是封閉且分相的,特別好而且靠得住。綜合看來,這個類型就選數(shù)值最大,最特殊的三條線全部非正常連接的情況,標(biāo)準(zhǔn)稱呼為三相短路短路電流。5.2.4短路計算點綜合分析基本情況,參考實際運行中的發(fā)電廠,結(jié)合資料,在等值電路圖中可設(shè)置四個點,這些點已在圖中標(biāo)記完好。5.3短路電流計算的步驟(1)首先確定出來第一個點;(2)網(wǎng)絡(luò)化簡,要特別關(guān)注那些類型相同的,相鄰的機組,他們簡算時是可以直接加起來的;還有一個必須想到的問題就是,超級無敵大電源是否存在;(3)很多的電流分開量也要算出來,如、、;(4)確定。5.4短路電流的具體計算5.4.1短路電流計算接線圖根據(jù)要求,作系統(tǒng)等值電路圖如下所示。圖5.1短路電流計算接線圖5.4.2元件參數(shù)的計算,。,,系統(tǒng)各電抗標(biāo)么值計算如下:取,分別編號給各電抗,作網(wǎng)值簡圖。圖5.2短路電流計算等值網(wǎng)絡(luò)5.4.3母線出口側(cè)短路處K11.網(wǎng)絡(luò)化簡作簡圖如5.3(a)和5.3(b)所示。G1與G2合并,合并后的等值電抗為(a)(b)圖5.3等值網(wǎng)絡(luò)化簡2.短路電流周期分量有效值有效值G對短路點K1的計算電抗為由運算曲線得,,G歸算至短路點處不同時刻K1的周期分量電流有效值分別為3.沖擊電流5.4.4發(fā)電機出口K2點短路1.網(wǎng)絡(luò)化簡進(jìn)一步化簡分別如圖5.4(a)和(b)所示。為:2.短路電流周期分量有效值利用星角互改,求取G和S到點的抗值分別為(a)(b)圖5.4等值網(wǎng)絡(luò)化G1和G2對K2的計算電抗為當(dāng)時間t分別為0秒、2秒、4秒時,G1和G2供給短路點的分量標(biāo)么值為:,,,,由于周期分量不衰減,所以標(biāo)么值為有效值,歸算至短路點處的G1和G2K2:3.沖擊電流5.4.5廠用變壓器6kv一側(cè)1.變換簡圖如下整個系統(tǒng)等值圖提取部分,如下所作。圖5.5等值網(wǎng)絡(luò)化簡其中2.電流分布系數(shù)及轉(zhuǎn)移電抗基礎(chǔ)條件令E都等于0,加由(a)變成(b)。使,則有,(a)(b)圖5.6電流分布系數(shù)計算圖,各干路的分布參數(shù)為由于完全通過??偟幕芈分卸搪冯娍沟戎祬?shù)為可得到其他點的轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)為13.有效值G1和G2在短路點的計算電抗分別為可以得出、 >3.45,用標(biāo)么值表示為,S供給短路點的穩(wěn)定的電流標(biāo)么值為歸算后的發(fā)電機的額定電流為基準(zhǔn)電流由于周期分量是穩(wěn)定不變的值,因此有4.短路的沖擊電流5.4.6備/啟變K4短路1.網(wǎng)絡(luò)化簡G1和G2合并后的電抗總值為(a)(b)圖5.7簡略網(wǎng)絡(luò)圖2.有效值各等值點相應(yīng)的電抗轉(zhuǎn)化值為電源的電抗等值計算值為可見,說明G所供一定數(shù)值電流,而且不會隨著時間變化,那么計算標(biāo)么值如下同理,系統(tǒng)給的也是不會變化的,為歸算至等值點處G的額定電流為基準(zhǔn)電流計算短路點的周期電流有效分量值為3.沖擊電流5.4.7表格綜合展示上面計算各值從前往后有序排列,單位一律用KA表示,表中不再贅述。表5-1各點編號故障位置各有效值沖擊電流K1母線側(cè)10.268.858.9026.16K2600MWG出口184.59136.46135.89470.70K3廠變低壓側(cè)24.3524.3524.3562.00K4備變低壓側(cè)19.4819.4819.4849.67第六章電氣設(shè)備和導(dǎo)體的選擇6.1電氣設(shè)備的選擇6.1.1一般原則選型電氣設(shè)備選型和選擇導(dǎo)體都是電氣設(shè)計中不可或缺的部分,但是組成系統(tǒng)不同的電力設(shè)備,方法也不盡相同,因為用在不同的地方,工作環(huán)境,要求都不一樣。雖然變化多樣,但是還是有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)的,就拿基本要求來說,要想設(shè)備可靠,系統(tǒng)安全,就得在正常情況下選擇,在故障情況下檢驗,例如短路和斷線故障,但斷線沒有短路嚴(yán)重,所以按最嚴(yán)重的惡劣的狀態(tài)檢驗。6.1.1按正常工作條件選擇1.額定電壓一般可按電氣設(shè)備不低于選擇,即≥(6.1)2.額定電流應(yīng)不小于最大持續(xù)工作電流,即≥(6.2)3.地處環(huán)境影響(1)海拔高度的影響此次設(shè)計中,海拔高度1001米,因此不計海拔高度影響。(2)溫度的影響在本次電廠設(shè)計中,綜合考慮地區(qū)溫度,并不會影響電氣設(shè)備,所以無需考慮廠址所在地溫度變化的影響。6.1.2按短路狀態(tài)校驗1.短路熱穩(wěn)定校驗≥(6.3)(6.4)(6.5)(6.6)可見一般取均會滿足要求。2.電動力穩(wěn)定校驗滿足動穩(wěn)定的條件為≥或≥(6.7)下列特殊無需校驗動、熱性能的幾種方式:(1)熔斷器做設(shè)備保護的,熔斷時間可滿足熱穩(wěn)定,此時不再需要校驗。(2)有限流電阻保護的熔斷器,電流數(shù)值不大,動穩(wěn)定無需重新驗證。(3)當(dāng)裸導(dǎo)體處于電壓互感器回路中時,不再需要動、熱穩(wěn)定的校驗。6.2500kV高壓設(shè)備的選擇回路中可持續(xù)的最大電流:由于,固不計非周期熱效應(yīng)。即沖擊電流6.2.1高壓斷路器的選擇本次采用3/2接線,兩組母線通過4串?dāng)嗦菲飨噙B,進(jìn)出線沒有斷路器,因此高壓側(cè)設(shè)置12臺斷路器。1.種類和型式的選擇高壓斷路器是主系統(tǒng)中必然存在的電氣設(shè)備,相當(dāng)于可以后備保護線路,因為線路突發(fā)故障,必須可靠斷開故障部分,防止大電流沖擊系統(tǒng)。斷路器種類多樣,究其根本,結(jié)合資料,可選SF6斷路器。此設(shè)備采用特殊氣體作滅弧設(shè)備,具有超高優(yōu)秀的開斷性,一般不用維護,適應(yīng)性極強。綜合考量,選用外面使用,材料為瓷柱式支撐的,特殊氣體制造的SF6設(shè)備。2.額定電壓和定值電流參照≥,≥(6.8)注:設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)共同工作,壓值選取一般都會稍微高于電網(wǎng),最下的情況下也需要持平。3.電流開斷能力綜合選取理論上應(yīng)大于。但當(dāng)有相當(dāng)高的數(shù)值時,可精簡,即≥(6.9)4.選擇短路關(guān)合電流一般系統(tǒng)故障,會出現(xiàn)一個極大的數(shù)值會危害網(wǎng)絡(luò)運行安全,所以為保證安全有效的把線路送電成功,與比較選擇如下:≥(6.10)5.校驗任何開關(guān)電器、設(shè)備,選取時必不可少的步驟就是校驗,只有通過驗證,才可以真正被使用,驗證式為≥、≥(6.11)與此刻等值。綜上,可選LW6-500型SF6斷路器。參數(shù)如表6.1所示:表6-1型號LW6-500額定電壓500kV最高工作電壓550kV額定電流3150A額定短路開斷電流50kA2s額定短期耐受電流50kA額定峰值耐受電流125kA分析驗證:全部符合標(biāo)準(zhǔn),所選設(shè)備可行。6.2.2隔離開關(guān)的選擇選型相對簡單,只需要正常流程去選擇就好了。多種多樣多形式的開關(guān)設(shè)備供我們用,根據(jù)地點不同,可安裝內(nèi)部所用在屋中,或者露天形式的安排;又根據(jù)柱根數(shù)分一根,兩根,三根支撐。最終,我選擇了GW17型露天設(shè)備、三根支持柱。參考數(shù)值如表格。表6-2型號GW17-500額定電壓500kV最高工作電壓550kV額定電流4A2s熱穩(wěn)定電流有效值50kA動穩(wěn)定電流峰值125kA6.2.3電流互感器的選擇1.種類和型式的選擇在強電中使用,二次額定電流選用5A。綜上,選則,一種特立的電流互感器,成單個使用,油浸紙作絕緣材質(zhì),瓷箱式的結(jié)構(gòu)。盡可能選擇便宜又好的。2.應(yīng)滿足≥、≥(6.12)3.準(zhǔn)確度在選擇時,一定注意要高于測量儀表,目的是為了保證更加精準(zhǔn)。在這里,因為很多的特殊性,最好選擇0.2級的電流互感器。在往上不得高于0.5;更多保護所用暫穩(wěn)態(tài)等等,這個設(shè)計中暫時不考慮。4.熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗(1)校驗熱穩(wěn)定≥(6.13)(2)內(nèi)部動穩(wěn)定≥(6.14)綜上各方面條件,可選型號如下,數(shù)據(jù)展示如下。表6-3型號LB1-500額定電壓500kv準(zhǔn)確級0.2級、0.5級線圈參數(shù)0.2/5P/TPY/TPY一次電流3000A二次電流1A三秒熱穩(wěn)定校驗50滿足:6.2.4電壓互感器的選擇1.選擇種類和型式電壓互感器在系統(tǒng)中必不可少,用來連接一、二次系統(tǒng),一般來講從低壓等級開始都是用電磁的,等級越高要求會更高,用的也越精準(zhǔn),此時隨著體積的變大,價格越來越昂貴。所以專家特別研制了適合高壓等級的電容式互感器。因此該500kV系統(tǒng)選擇后者。2.一、二次額定電壓的選擇(1)一次值:或/(6.15)(2)二次額定電壓選100V。3.容量和準(zhǔn)確級的選擇在選擇時,根據(jù)不同要求的二次接線來選,并且經(jīng)最大努力將負(fù)荷分配的均勻一點,然后將其分配到各相繞組中。判斷各相分配多少的負(fù)載、二次儀表的精確級別和成熟能力,選擇所需的精度等級和適當(dāng)?shù)乃萌萘俊8鶕?jù)高電壓技術(shù)高壓電器設(shè)備選型中,電壓互感動熱穩(wěn)定不必校驗,選型如下:表6-4額定電壓(kV)初級繞組次級繞組剩余電壓繞組0.2/0.5/0.5/3P√3/0.1:√3/0.1:√3/0.10.16.2.5并聯(lián)電抗器的選擇用電抗器是為了限制短路電流數(shù)值大小,選擇方法都是一樣的。1.種類和型式的選擇市面上種類繁雜,形式多樣,根據(jù)不同要求,選擇不同的設(shè)備。綜合前面所有分析和電壓等級確定,選擇油浸式并聯(lián)電抗器。2.額定電壓的選擇(6.16)3.額定容量的選擇所選電抗器必須能夠限制功率頻率的穩(wěn)態(tài)電勢的增加。當(dāng)母線電壓異常升高時,應(yīng)可靠地降低電壓。根據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗,選取BKD-50000/500型超高壓油浸式并聯(lián)電抗器,具體參數(shù)如表6.5所示。表6-5型號BKD-50000/500額定電壓500/kv額定電抗2016.7額定容量0.05Mvar線圈繞線方式16.36KV高壓開關(guān)柜的選擇高壓開關(guān)柜是一種先接受電能再分配電能的設(shè)備,同時兼具系統(tǒng)重任:保護、控制和監(jiān)測電路。開關(guān)柜由許多一、二次元件組成。一次設(shè)備包括:柜體和主開關(guān)、隔離接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線;二次元件:控制測量保護裝置。開關(guān)柜裝置回路的最大持續(xù)工作電流6.3.1種類和型式的選擇種類、型式多種多樣,在此綜合選擇一種特定的移開方式。6.3.2主開關(guān)的選擇開關(guān)柜內(nèi)主開關(guān)也就是斷路器可以有很多種,比如少油、真空、SF6斷路器和FC等,目前用真空斷路器和FC的網(wǎng)系統(tǒng)特別多。6.3.3參考公式:≥,≥(6.17)對6KV而言(6.18)6.3.4防護等級的選擇最低防護可以選擇的等級為IP2X等級,這個至少可以保護生命,不至于現(xiàn)于危險境地。更高級別的IP3X、IP4X、IP5X。同時配備壓力釋放通道在間隔室,不僅保護人身安全,還可以防止故障擴大。6.3.5開關(guān)電流的取得選擇方法同上,這個電流的選取都是一樣的,即≥,≥(6.19)6.3.6動熱穩(wěn)定≥、≥(6.20)綜合選擇展示參數(shù)如表6-6所示。表6-6型號KYN3-10額定電壓6KV最高壓值7.2KV額定電流3KA開斷定值40KA動穩(wěn)80熱穩(wěn)31.5防護等級IP2X6.4裸導(dǎo)體的選擇6.4.1500KV母線的選擇1.導(dǎo)線選型電力電纜型號超多,銅線和鋁芯不盡相同,各有特點,絕緣不同對應(yīng)種類不同,結(jié)構(gòu)又有很多種,選擇時,綜合考慮各種因素。這里用導(dǎo)線分裂形式。2.選取表面積方法有二:一種是按照不浪費,可持續(xù)的辦法,另一個是對比它一直的通流大小來挑,此設(shè)計中用二者其后,統(tǒng)稱:按長期可通過的電流,即≤(6.21)K值計算式:(6.22)參照修正系數(shù),500KV主線屬重量級的部分在系統(tǒng)當(dāng)中,一般不太會讓它出事,所以應(yīng)當(dāng)按照普通時候的通容流量來計算,所指為長期能夠通過的負(fù)荷值大小,還得考慮一個超高壓線普遍存在的一個發(fā)光發(fā)熱的現(xiàn)象,綜合參數(shù)如表6-7標(biāo)注。表6-7型號70時載流量標(biāo)稱截面外徑拉斷力LGJK-630100063048(mm)206000(N)溫度比對:I最高2000,環(huán)境39攝氏度。6.4.2封閉母線的選擇可選QLFM-24/23000型全連式分相封閉母線,具體參數(shù)如表6-8所示。表6-8型號額定電壓額定電流沖擊值4s熱穩(wěn)有效值外徑×壁厚QLFM-24/2300024KV2.3KA560KA200560KA(mm)6.4.3電暈電壓校驗對分裂導(dǎo)線,有:(6.23)所以:取,,時,,則有:6.4.4熱穩(wěn)定校驗計及集膚效應(yīng)影響時,參照式:(6.24)符合要求。第七章500KV高壓配電裝置設(shè)計7.1配電裝置的基本要求配電裝置,要求都會高一些,因為它關(guān)乎系統(tǒng)安全問題。為了系統(tǒng)不正常故障時,可以少點系統(tǒng)撞擊。因此配電裝置的基本要求有:(1)保證滿足可靠的距離,在此條件下安全運轉(zhuǎn)設(shè)備。(2)操作方便,巡檢維修容易。(3)盡可能少占地,成本低,節(jié)約材料。(4)便于工人干活,減小工作量。7.2配電裝置的型式選擇關(guān)于高壓配電裝置的設(shè)計應(yīng)當(dāng)貫徹國家法律法規(guī),執(zhí)行相關(guān)規(guī)定政策,符合一系列要求,包括環(huán)境保護。根據(jù)工程特點、規(guī)模和未來規(guī)劃。遠(yuǎn)、近結(jié)合;以近期為主,還得要節(jié)約用地。綜上所述:本設(shè)計所選的配電裝置是500kV電壓等級的,這里我選擇的斷路器的布置方式為:三列式;然后用懸掛式管型母線,采用分相中型;此接線必須配備隔離開關(guān),開啟方式為:單柱立式;消波器懸掛在輸出框架上。接入系列中的兩個主變壓器采用低價橫穿方式連接,斷路器母線上的兩個主變壓器從母線端連接到母線上。7.3配電裝置的安全凈距由于本設(shè)計發(fā)電廠所處海拔高度合格。各部分參數(shù)如表7-1所示。表7-1屋外配電裝置500kV電壓等級的安全凈距名稱A1A2B1B2CD安全凈距(mm)3800430045503900750058007.4500kV配電裝置高度的選擇①母線計算:母線構(gòu)架高低取決于母線開關(guān)電器的外圍、靜電感應(yīng)以及所要求的到地保障運輸距離,合計過后,母高16.2m,懸掛架子為20.5m。②門型進(jìn)出線結(jié)構(gòu)高度:進(jìn)出線門型構(gòu)架高度取決于線路弧彎和下面的母高以及相鄰導(dǎo)體里面距離安全等要求,通過計算,沒有低架跨線橫穿的為26m,有低架跨線橫穿的為28m,主變低架進(jìn)線構(gòu)架高度為20.5m,主變高架進(jìn)線構(gòu)架高度為33m。在實際運用中,可將高度一起用參數(shù)28m來使用,當(dāng)然,據(jù)實測來更新實屬最佳選項。③配電設(shè)備中間隔之寬:本設(shè)計500kV屋外配電裝置采用懸吊式管母線,間隔寬度取28m。第八章繼電保護設(shè)計與配置8.1發(fā)電機保護最難的惡劣的情況就是發(fā)電機故障,機組保護也最難實現(xiàn),情況超級特殊。旋轉(zhuǎn)中的電機是最不好配備保護的一種設(shè)備了,由于制造工藝高,對特性有很多的特殊要求,電機本身也是一個相當(dāng)珍貴的東西。一旦出現(xiàn)不好的情況,就伴隨著很多的本不應(yīng)出現(xiàn)的事情發(fā)生,所以呢,關(guān)于這類電氣設(shè)備,要根據(jù)任何有幾率發(fā)生的不好的狀態(tài)去設(shè)計完美又正確,各方面功能都很優(yōu)良的保護配置。每個時刻,所發(fā)生的事故不同,發(fā)電機也會有千奇百怪的狀態(tài)去應(yīng)對,就像突發(fā)大氣過壓,出回線上感受到了巨大的回流值。此時,在系統(tǒng)機組側(cè)感受到了更加偏大的電流,如果沒有相對應(yīng)的制止措施,發(fā)電機可能會引起定轉(zhuǎn)子過熱,無限惡循環(huán),最終面臨報廢。所以,不管它是被波及到的還是自身原因造成的一系列的不好的狀態(tài),比如:定子不正常,轉(zhuǎn)子故障,突然沒了勵磁繞組的負(fù)荷;抑或是過負(fù)荷、過流、過壓,自己主汽門突然非計劃合上這些不按常規(guī)套路的意外狀況。所設(shè)計的保護裝置都應(yīng)該完好無損的去保護發(fā)電機。綜上情況介紹,在本次設(shè)計中,主要為發(fā)電機設(shè)計了以下幾個方案:作用于定子繞組處的發(fā)電機縱差動保護,主要是為了可以更精準(zhǔn)的讓處于啟動還在旋轉(zhuǎn)中的設(shè)備可以有效得到控制,并且停下來;有百分百保證的定子繞組單相接地保護,可以為了給到二次監(jiān)測監(jiān)測器件一個重要又精準(zhǔn)的信號源,收不到的情況下也要穩(wěn)住設(shè)備;匝間保護,主要目的同(1),但可以有效保護繞線;復(fù)合、負(fù)序電壓過流保護,機組發(fā)生非里面的部分故障時,根據(jù)整個運行調(diào)度指令,尋找時機,把系統(tǒng)解開,在短時間內(nèi),如果很長時間還不能滿足重新并網(wǎng)的要求,那就馬上停止該電機;逆功率和頻率過低的保護,與(4)通用解釋,多一項頻率檢查,并有顯示器來顯示累計時限。8.2變壓器保護在現(xiàn)實操作中,變壓器和其他高壓輸配電線路組件故障概率相比非常小,但其失敗后對電力系統(tǒng)的影響是無窮盡的,尤其是通流量很大的變壓器,任何保護設(shè)備本身,因為不合理的行動將會對電力系統(tǒng)造成巨大的傷害或變壓器本身。因此,變壓器的保護配置必須合理。保護變壓器相對于發(fā)電機來講,那還是簡單易行的多了,制定它的具體可行措施時,必然要注意,它的各個可能性指標(biāo),對比分析結(jié)合會更加穩(wěn)得住,可以更好的把各個保護的長處發(fā)揮到最佳最強。綜合翻閱資料,查看課本關(guān)于這方面的防護,做出以下幾個配置:(1)瓦斯保護。這是變壓器器最最基本的,也可以說就是最低配置,是一個氣體,有兩個信號源,一輕一重,各有特點,各司其職。但是一旦有很多這樣的氣體彌漫,就要開啟瞬切除能力。(2)差動保護。為了相間非正常時動作,可立即快速解決故障。(3)發(fā)電機變壓器組共用差動保護。(4)低阻抗保護。(5)零序電流保護。8.3并聯(lián)電抗器保護在超高壓系統(tǒng)中配備電抗器作并聯(lián)使用時,是為了節(jié)省能源,少損失電能,就可以多儲備一點備用,因此,高壓領(lǐng)域中所采用的配件中,它必不可少。它安全,線路就安全,系統(tǒng)也就可安全運轉(zhuǎn)。在這里,簡述一下關(guān)于電抗器并聯(lián)使用時需要給予的防護:(1)針對溫差過大卻不能自降,啟用差別動作、零序測量,馬上準(zhǔn)備起跳,一旦電抗器線圈發(fā)生不可逆的所有故障,抑或是線路接觸地面時,繼電器觸頭閉合,完成工作;(2)TA斷線閉鎖。測量監(jiān)測設(shè)備發(fā)生了故障,馬上把整個回路封鎖;(3)過電流保護。加上一個時間的滯后效應(yīng),起跳過后,可以再一次連接線路,判斷是否可以重回正常;(4)過負(fù)荷保護。帶有正常間隔時間,動作信號源;(5)匝間短路保護。(6)別的不需要電的防護設(shè)施。8.4500kV線路保護1.首要滿足的保護配置(1)無論線路出現(xiàn)在哪個地方,那個時間節(jié)點,必須無條件跳閘,整條線都在范圍中被安全有效的守護。(2)主保護的兩組電路采用交流形式,分別采用電流感應(yīng)器和電壓感應(yīng)器不同的二次邊,此時的直流電路必須被保護,用專門的保險絲回路。(3)每組主保護可對整條線路發(fā)生的各類故障進(jìn)行無時限的故障排除。(4)可獨自判斷相,并可根據(jù)實際運行要求判斷用一個還是多個相。(5)起跳保護圈共計兩個,每組配置一個防護可分別挑一個圈用于動作。(6)遠(yuǎn)距離信號傳遞設(shè)施也在其中。2.后備保護配置(1)第一次不成功,第二次百分百選擇,此為近。(2)后備保護作為基礎(chǔ)存在,必須有連貫性,每一個電器都得有,裝成一組一組的型式。(3)引接線保護用距離,然后成階段展示。(4)接地必然存在零序,此時要想設(shè)計系列保護,采用的對等不同相的間隔。8.5失靈保護1.何為失靈保護在高壓等級的發(fā)電廠和變電站中,某部分突發(fā)不確定性的短路時,需要裝置中的保護設(shè)備馬上把此元件切開,與系統(tǒng)分離,與此同時,可能會有伴隨的不妙情況發(fā)生,比如應(yīng)當(dāng)立即起跳的裝置由于不知名內(nèi)部回路沒有接收到信號,然后它沒有任何表示,稱之為,拒絕響應(yīng)。表明此設(shè)備沒有了可用性,它失靈了。這個時候必須配備一個相近點來動作,此為失靈保護。它是為了保護而生,也極盡其責(zé)。2.斷路器失靈保護(1)當(dāng)保護方式選用一次模式作后方時,工作電器只考慮一相拒絕的時候。(2)線路保護采用二次后備方式時,故障排除的情況下會造成極其惡劣的影響。如果一次沒滿足,可以允許由電流決定,在一定的時間內(nèi)排出即可,當(dāng)然母線電壓也是一個不失重要的參

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