3×100 MW火力发电厂电气一次部分设计.docx

大学毕业论文第三章 火力发电厂的主要设备一、发电机发电机是电厂的主要设备之一，它同锅炉和汽轮机称为火力发电厂的三大主机，目前电力系统中的电能几乎都是由同步发电机发出的。根据电力系统的设计规程，在125MW以下发电机采用发电机中性点不接地方式，本厂选用发电机型号为QFN1002及参数如下：型号含义：2-2极100-额定容量N-氢内冷F-发电机Q-汽轮机Pe =100MW； Ue=10.5； Ie=6475A；cos=0.85； Xd=0.183S30=P30/ cos = Pe/ cos=100000KVA/0.85=117647.059 KVA 二、电力变压器的选择电力变压器是电力系统中配置电能的主要设备。电力变压器利用电磁感应原理，可以把一种电压等级的交流电能方便的变换成同频率的另一种电压等级的交流电能，经输配电线路将电厂和变电所的变压器连接在一起，构成电力网。1、6kv厂用电工作变压器负荷计算及容量的选择：名称容量（KW）安装台数工作台数给水泵320033循环水泵125063凝结水泵18063射水泵10063吸风机47566送风机55066磨煤机47586排粉机31088碎煤机57011冲灰泵21022低压厂变75033输煤变75011、厂用电压等级：火力发电厂采用3KV、6 KV和10KV作为高压厂用电压。在满足技术要求的前提下，优先采用较低的电厂,以获得较高的经济效益。由设计规程知：按发电机容量、电压决定高压厂用电压，发电机容量在100300MW，厂用高压电压宜采用6 KV，因此本厂高压厂用电压等级6 KV。、厂用变压器容量确定 由设计任务书中发电机参数可知，高压厂用变压器高压绕组电压为10.5KV，而由知，高压厂用变压器低压绕组电压为6 KV，故高压厂用变压器应选双绕组变压器。、厂用负荷容量的计算,由设计规程知：给水泵、循环水泵、射水泵的换算系数为K=1；其它低压动力换算系数为K=0.85；其它高压电机的换算系数为K=0.8。厂用高压负荷按下式计算：Sg=KP K为换算系数或需要系数P电动机计算容量之和Sg =3200+1250+100+(180+4752+5502+475×2+826.667+570+210) ×0.8 =?KVA低压厂用计算负荷：Sd=(750+750)/0.85=? KVA厂用变压器选择原则：(1)高压厂用工作变压器容量应按高压电动机计算负荷的110与低压厂用电计算负荷之和选择，低压厂用工作变压器的容量留有10左右的裕度；(2)高压厂用备用变压器或起动变压器应与最大一台（组）高压厂用工作变压器的容量相同。根据高压厂用双绕组变压器容量计算公式：SB1.1 Sg+ Sd=1.1×8379.333+1764.706=?KVA由以上计算和变压器选择规定,三台厂用变压器和一台厂用备用变压器均选用SF7-16000/10型双绕组变压器 厂用高压变压器：SF7-16000/10 (双绕组10KV变压器)额定容量(KVA)额定电压(KV)连接组标号损耗(KW)空载电流%阻抗电压%重量(t)轨距(mm)高压低压空载负载1600010±2×2.56.3Y,yn019770.710.524.51435注：SF7-16000/10为三相风冷强迫循环双绕组变压器。 电气设备实用手册P1812、电力网中性点接地方式和主变压器中性点接地方式选择： 由设计规程知，中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流，但由于过电压水平高，要求有较高的绝缘水平，不宜用于110KV及以上电网，在663KV电网中，则采用中性点不接地方式，但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网；中性点经消弧线圈接地，当接地电容电流超过允许值时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过电压；中性点直接接地，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，增加了断路器负担，降低供电连续性。但由于过电压较低，绝缘水平下降，减少了设备造价，特别是在高压和超高压电网，经济效益显著。故适用于110KV及以上电网中。主变压器中性点接地方式，是由电力网中性点的接地方式决定。3、主变压器型号的容量及型号的选择，根据设计规程：单元接线的主变压器的容量按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10的裕度，则：S30-SB=（117647.059-10981.9723）×1.1=?KVA由发电机参数和上述计算及变压器的选择规定,主变压器选用1台220KV双绕组的变压器和两台220KV三绕组的变压器。一台220KV的双绕组变压器选择用SFPZ7-120000/220，两台220KV三绕组的变压器选择用SFPS7-120000/220型号含义：S三相风冷强迫油循环F风冷P无励磁调压S为铜导线,L为铝导线 Z有载7设计序号 双绕组主变压器：SFPZ7120000/220 额定容量(KVA)额定电压(KV)连接组标号损耗(KW)空载电流%阻抗电压%重量(t)轨距(mm)高压低压空载负载120000220±2×2.510.5YNd111243850.8121711435电气设备实用手册P233 两台三绕组主变压器SFPS7-120000/220额定容量(KVA)额定电压(KV)连接组标号损耗(KW)空载电流%阻抗电压重量(t)轨距(mm)高低高中中低空载负载高中高低中低120000220±2×2.512110.5YN，yn0，d111444800.9142371711435电气设备实用手册P2334、由上述的计算和变压器选择规定火电厂一般均设置备用电源备用电源的引接应保证其独立性，避免与厂用工作电源由一电源引接，并有足够的供电容量，由此可确定：高压厂用备用变压器选择SFL7-16000/110型号的变压器SFL7-16000/110型号主要参数如下额定容量(KVA)额定电压(KV)连接组标号损耗(KW)空载电流%阻抗电压%重量(t)轨距(mm)高压低压空载负载16000121±2×2.56.3Y0dn23.5860.9734.21435电气设备实用手册P205第四章 火力发电厂短路电流计算第一节 110220KV系统短路电流的计算1、短路计算的意义在供电系统中，危害最大的故障就是短路。所谓短路就供电系统是一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误操作、雷击或过电压击穿等。由于误操作产生的故障约占全部短路故障的70%在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍甚至大几十倍，通可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆。在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电机正常，发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信工程线路产生干扰，并且短路点还可使整个系统运行解列。2、短路计算的目的（1）对所选电气设备进行动稳定和热稳定校验；（2）进行变压器和线路保护的整定值和灵敏度计算。3、短路计算的内容计算发电厂相关节点的三相短路电流。4、基本假定：（1）正常工作时，三相系统对称运行。（2）所有电源的电动势相位角相同。（3）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间相差1200电气角度。（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（5）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。5、短路计算的方法对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的三相短路电流计算，求得I”、ish、Ish值。I三相短路电流； ish三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。Ish三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的的热稳定。Sd三相短路容量，用来校验断路器和遮断容量和判断容量是否超过规定值，作为选择限流电抗的依据。一、 电抗图及电抗计算由3×100MW火电厂电气主接线图和设计任务书中给出的相关参数,可画出系统电抗图如图4-1所示选取基准容量为Sj=100MVA Uj= Uav =1.05UeSj基准容量（MVA）； Uav所在线路的平均电压（kV）。以下均采用标幺值计算方法，省去“*”。1、对于QFN-100-2发电机电抗：X7=X8=X12=Xd=0.183×=?2、SFPZ7-12000/220型双绕组变压器的电抗：X11=?220KV系统G3C2110KV系统C1G2G1图(4-1)式中 Uk变压器短路电压的百分数（）； Se最大容量绕组的额定容量（MVA）； Sj基准容量（MVA）。3、SFPSZ7-12000/220型三绕组变压器高压、中压、低压的电抗值：X9=X10=（Ud高中%+Ud高低%Ud中低%） =(14+237.0)=?X3=X4= (Ud高中%+ Ud中低%Ud高低%) =?X6=X5=( Ud高低%+ Ud中低%Ud高中%) =?4、线路阻抗（设计任务书中已给出）： X1=0.12 X2=0.068二、220KV母线上发生短路时（d2点）的计算将系统电抗图简化（如图4-2）并计算：X13=X11+X12=?X14=(X5+X7) =(X6+X8)= ?X15=X3=(0.008)= ?C2C1d2220KV系统110KV系统图(42)图(43)C2C1d2220KV系统110KV系统d2CG图(4)220KV系统d2C2C1220KV系统110KV系统图(4)X16=X9=? X17=X1+X15=?X18=X17+X16+=0.116+0.063+=?X19=X16+X14+=? X20=X2X18=?X21=X13X19=?短路点短路电流的计算：根据任务书的要求,系统是在最大运行方式下进行短路计算,而且系统为110KV和220KV系统为无穷大容量系统：因此对于无限大容量系统：Ij= (基准电流) E=1I*= I*z = I*=； I*z短路电流周期分量的标幺值；I*0秒短路电流周期分量的标幺值；X*电源对短路点的等值电抗标幺值；I*时间为短路电流周期分量的标幺值。I2=Iz=I=Ij2(=I*zIj)= =×=?对于有限电源提供的短路电流按下式计算：Izt=I*zt·Iez= I*zt·火电厂的总容量：Se=3×=?MVA计算电抗：Xjs2=X21=0.123×=?Xjs额定容量下的计算电抗；S*各电源合并后总的额定容量（KVA）。Iz·tst(s)时刻短路电流周期分量的有效值（kA）。查汽轮机运算曲线得(0s、2s、4s时)：I*·0s=2.35； I*·2s=2.05； I*·4s=2.30Iz·0s= I*·0s·Iez= 2.35×=2.336 以下同Iz·2s=2.05×=1.728Iz·4s=2.30×=1.524短路容量：Sd·ts =Uav2 Iz·t s Sd·0s=×230×2.336=930.596Sd·2 s =×230×1.728=688.386Sd·4s =×230×1.524=608.314短路电流为：I2·0s= I2+ Iz·0s=4.736+2.336=KAI2·2s= I2+ Iz·2s=4.736+1.728=KAI2·4s= I2+ Iz·4s=4.736+1.524=KA短路功率：Sd2=U p2·I2·0s=×230×7.072=ts时刻短路瞬间短路电流的最大值：Im2·0s= I2·s=×7.072=Im2·2s= I2·2s=Im2·4s= I2·4s=短路冲击电流：ish=Ksh·I2无限大容量电源：查电力工程电气设计手册电气一次部分P141当短路发生在高压母线上,取Ksh=1.85 由此可知ishC2=×1.85×4.736=KA火电厂：取Ksh=1.90 由此可知ishH2=×1.90×Iz·0s =×1.90×2.336KA所以短路冲击电流ish2= ishC2+ ishH2=短路全电流最大有效值：Ish=I·IshC2= I2·=4.736×=IshH2= Iz·0s·=2.336×=Ish2= IshC2+ IshH2=7.405 + 3.527=10.932KA三、110KV母线发生短路时（即d1点）的短路计算：对电抗图(4-1)进行化简(如图46)所示并计算：X22=X2+X16+=0.068+0.063+=X23=X13+X16+= X24=X23X14=d1220KV系统C2110KV系统C1110KV系统d1C2C1GGG3 图(46) 图(47)110KV系统d1C1C110KV系统C1d1CCG图(48) 图(49) 图(410)X25=X15+X24+=-0.004+0.093+=X26= X15+X22+=X27= X26X1=短路点短路电流的计算：根据任务书的要求,系统是在最大运行方式下进行短路计算,而且系统为无穷大容量系统：因此，对于无限大容量系统：Ij= (基准电流) E=1I*= I*z = I*=； I*z短路电流周期分量的标幺值；I*0秒短路电流周期分量的标幺值；X*电源对短路点的等值电抗标幺值；I*时间为短路电流周期分量的标幺值。对于无限大系统提供的短路电流：I1=Iz=I=Ij1(=I*zIj)= =×=对于有限电源提供的短路电流按下式计算：Izt=I*zt·Iez= I*zt·火电厂的总容量为Se=3×=计算电抗：Xjs1=X25=0.086×=查汽轮机运算曲线得(0s、2s、4s时)：I*·0s=3.50； I*·2s=2.70； I*·4s=2.65Iz·0s=3.50×=Iz·2s=2.70×=Iz·4s=2.65×=短路容量：Sd·ts =Uav1 Iz·t s Sd·0s=×115×5.670=Sd·2 s =×115×4.164=Sd·4s =×115×3.721=短路电流为：I1·0s= I1+ Iz·0s=7.840+5.670=13.51KAI1·2s= I1+ Iz·2s=7.840+4.164=12.004KAI1·4s= I1+ Iz·4s=7.840+3.721=11.562KA短路功率：Sd1=U av1·I1·0s=×115×13.51=2691.001t(s)时刻短路瞬间短路电流的最大值：Im1·0s= I1·s=×13.51=KAIm1·2s= I1·2s=×12.004=KAIm1·4s= I1·4s=×11.562=KA短路冲击电流：ish=Ksh·I1无限大容量电源：查电力工程电气设计手册电气一次部分P141当短路发生在高压母线上,取Ksh=1.85 由此可知ishC1=×1.85×7.840=KA火电厂：取Ksh=1.90 由此可知ishH1=×1.90×Iz·0s =×1.90×5.670=KA所以短路冲击电流ish1= ishC1+ ishH1=20.512+15.235=KA短路全电流最大有效值：Ish=I·IshC1= I1·=4.736×=IshH1= Iz·0s·=5.670×=Ish1= IshC1+ IshH1=12.259 + 9.178=21.437KA四、发电机-双绕组变压器发电机出口短路时（即d3点）的短路计算：对电抗图(4-1)进行化简并计算：X28=X1+X15=0.12+(0.004)=0.116X29=X16+X28+=0.063+0.116+=X30=X16+X14+=0.063+0.116+=X31=X29X2=X32=X31+X11+=0.1+0.053+= X33=X11+X30+=X34=X31+X30+=X35= X12X33=110KV系统C1220KV系统d3C2220KV系统d3C2110KV系统C1图(411) 图(412) 110KV系统220KV系统C1d3C2d3Cd3CG图(413) 图(414) 图(415)计算短路点的短路电流对于无限大系统提供的短路电流：I3=Iz=I=Ij3(=I*zIj)= =×=KA有限电源提供的短路电流按下式计算：Izt=I*zt·Iez= I*zt·火电厂的总容量：Se=3×=MVA计算电抗：Xjs3=X35=0.130×=查汽轮机运算曲线得(0s、2s、4s时)：I*·0s=2.35； I*·2s=1.90； I*·4s=2.20Iz·0s=2.35×=Iz·2s=1.90×=Iz·4s=2.20×=短路容量：Sd·ts =Uav3 Iz·t s Sd·0s=×10.5×45.607=829.433Sd·2 s =×10.5×36.874=670.610Sd·4s =×10.5×42.696=776.492短路电流为：I3·0s= I3+ Iz·0s=31.421+45.607=77.028KAI3·2s= I3+ Iz·2s=31.421+36.874=68.295KAI3·4s= I3+ Iz·4s=31.421+42.696=74.117KA短路功率：Sd3=U av3·I3·0s=×10.5×77.028=1400.872t(s)时刻短路瞬间短路电流的最大值：Im3·0s= I3·s=×77.028=108.934KAIm3·2s= I3·2s=×68.295=96.584KAIm3·4s= I3·4s=×74.117=104.817KA短路冲击电流：ish=Ksh·I3无限大容量电源：查电力工程电气设计手册电气一次部分P141当短路发生在高压母线上,取Ksh=1.85 由此可知ishC3=×1.85×31.421=82.207KA火电厂：取Ksh=1.90 由此可知ishH3=×1.90×Iz·0s =×1.90×45.607=122.546KA所以短路冲击电流ish3= ishC3+ ishH3=?KA短路全电流最大有效值：Ish=I· IshC3= I3·=31.421×=?IshH3= Iz·0s·=45.607×=?Ish3= IshC3+ IshH3=49.131+ 73.821=122.952KA五、发电机-三绕组变压器发电机出口短路时（即d4点）的短路计算：由电抗图4-1可作化简如图所示，X6=X50，并计算：d4C1C2GGG 图(416) C2C1d4G1G2G3d4G2G3C2C1G1图(417) 图(418) X36=X1+X4+=0.12+(0.008)+=?X37=X4+X3+=0.016+=?GGGC2C1d4C2Gd4C1 图(419) 图(420)Cd4GX38=X37+X7+=0.017+0.154+=0.116 X39=X37+X9+=0.017+0.125+ =0.094X40=X8X38=0.067 图 (421) X41=X39X10=0.055 X42=X41+X2+=0.055+0.068+=0.138X43=X41+X13+=0.055+0.256+=0.518X44=X36X42=0.087X45=X40X43=0.060计算短路点的短路电流对于无限大系统提供的短路电流：I4=Iz=I=Ij4(=I*zIj)= =×=63.204KA有限电源提供的短路电流按下式计算：Izt=I*zt·Iez= I*zt·火电厂的总容量：Se=3×=352.941MVA计算电抗：Xjs4=X45=0.060×=0.212查汽轮机运算曲线得(0s、2s、4s时)：I*·0s=5.15； I*·2s=2.58； I*·4s=2.44Iz·0s=5.15×=99.948Iz·2s=2.58×=50.071Iz·4s=2.44×=47.354短路容量：Sd·ts =Uav1 Iz·t s Sd·0s=×10.5×99.948=1817.654Sd·2 s =×10.5×50.071=910.591Sd·4s =×10.5×47.354=861.176短路电流为：I4·0s= I4+ Iz·0s=63.204+99.948=163.152KAI4·2s= I4+ Iz·2s=63.204+50.071=113.275KAI4·4s= I4+ Iz·4s=63.204+47.354=110.558KA短路功率：Sd4=U av4·I4·0s=×10.5×163.152=2967.082t(s)时刻短路瞬间短路电流的最大值：Im4·0s= I4·s=×163.152=230.732KAIm4·2s= I4·2s=×113.275=160.195KAIm4·4s= I4·4s=×110.558=156.353KA短路冲击电流：ish=Ksh·I4无限大容量电源：查电力工程电气设计手册电气一次部分P141当短路发生在高压母线上,取Ksh=1.85 由此可知ishC4=×1.85×63.204=165.360KA火电厂：取Ksh=1.90 由此可知ishH4=×1.90×Iz·0s =×1.90×99.948=268.561KA所以短路冲击电流ish4= ishC4+ ishH4=165.360+268.561=433.921KA短路全电流最大有效值：Ish=I· IshC4= I4·=63.204×=98.829IshH4= Iz·0s·=99.948×=161.780Ish4= IshC4+ IshH4=98.829+161.780 =260.609KA第二节 6KV厂用电系统的短路电流计算6KV厂用电系统的短路电流计算应计及电动机的反馈电流,即它由厂用电流和电动机两部分供给,并按相角相同取算术和进行计算.对于厂用电源供给的短路电流,其周期分量在整个短路过程中可认为不衰减，其非周期分量可按厂用电源的衰减时间常数计算。对于异步电动机的反馈电源，其周期分量和非周期分量可按相同的等效衰减时间常数计算。一、三相短路电流周期分量的起始值=式中 短路电流周期分量的起始有效值（KA）；厂用电源短路电流周期分量的起始有效值（KA）；电动机反馈电流周期分量的起始有效值（KA）基准电流（KA）；系统电抗标么值，=；厂用电源引接点的短路容量（MVA）；基准容量；（MVA）；厂用变压器或电抗器的电抗标么值；电动机平均的反馈电流倍数，一般10万KW及以下机组的厂用电动机取5，12.5万KW及以上机组的厂用电动机取5.56.0；计及反馈的电动机额定电流之和（A）；计及反馈的电动机额定功率之和（A）；电动机的额定电压（KV）；电动机平均的效率和功率因数乘积，一般取0.8。所以6KV厂用电的短路计算如下：XT*=·=·=0.656UK%阻抗电压百分数；STN厂用变压器的容量。= /(+0.656)=9.165/(100/829.433+0.656)=9.165/0.777=11.795KA= /(+0.656)=9.165/(100/1817.654+0.656)=9.165/0.711=?KAID=5××10-3=?KA二、短路冲击电流=式中， 短路冲击电流（KA）；厂用电源的短路冲击电流（KA）；电动机的反馈冲击电流（KA）；厂用电源短路电流的冲击系数，可取下表（4-1）所列数值；电动机反馈电流的冲击系数，一般100000KW及以下机组的厂用电动机取1.41.6，125000KW及以上机组的厂用电动机取1.7。表（4-1）厂用电源非周期分量的衰减时间常数和冲击系数值时间常数冲击系数电抗器双绕组变压器分裂绕组变压器Ud%10.5Ud%10.5TB(s)0.0450.0450.060.06Ksh,B1.801.801.851.85所以6KV厂用电短路冲击电流为：=×（1.8×11.795+1.1×1.5×6.1）=KA=×（1.8×12.890+1.1×1.5×6.1）=KA110220KA 系统短路电流小结 短路点电流值220KV母线上发生短路（d2点）110KV母线上发生短路（d1点）发电机-双绕组变压器发电机出口短路（即d3点）发电机-三绕组变压器发电机出口短路（即d4点）0s时刻短路电流7.072KA13.51KA77.028KA163.152KA短路冲击电流18.167KA35.747KA204.753KA433.921KA短路全电流的最大有效值10.932KA21.437KA122.952KA260.609KA第 19 页 共 19 页