221512mw凝汽式火力發電廠電氣部分設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 確定除依據傳遞容量基本原始資料外，還應根據電力系統 5～ 10 年發展規劃、輸送功率大小、饋線回路數、電壓等級以及接入系統 的緊密程度等因素，進行綜合分析和合理選擇。如果變壓器容量選得過大，臺數過多，不僅增加投資，增大占地面積，而且也增加了運行電能損耗，設備未能充分發揮效益；若容量過小，會滿足不了變電站負荷的需要，這在技術上是不合理的 。所以，主變壓器的選擇應該秉著經濟可靠的原則，在容量和臺數的選擇上都盡量需求相符合。 ○ 1 單元接線的主變容量的確定原則 單元接線時主變壓器應按發電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有 10%的裕度來確定。采用擴大單元接線時，應盡可能采用分裂繞組變壓器，其容量亦應按單 元接線的計算原則算出的兩臺機容量之和來確定。 ○ 2 變壓器臺數的確定原則 發電廠或變電所主變壓器的臺數與電壓等級、接線形式、傳輸容量以及和系統的聯系有密切關系。通常與系統具有強聯系的大、中型發電廠和重要變電所，在一種電壓等級下，主變壓器應不少于 2 臺；而對弱聯系的中、小型發電廠和低壓側電壓為 610KV 的變電所或與系統只是備用性質時，可只裝一臺主變壓器；對地區性孤立的一次變電所或大型工業專用變電所，可設 3 臺主變壓器。 根據本廠的主接線方式可以確定，兩臺 25MW 的發電機組分別通過單元 接線接入 110V 母線，將電能送入遠方系統。而另外兩臺 12MW 發電機組主要負責本地負荷， 10KV 母線上剩余電能通過兩臺變壓器送入 110KV 母線。所以，本設計中一共選擇四臺變壓器作為火電廠的主變壓器。 變壓器型式和結構的選擇原則 主變壓器型式的確定原則 選擇主變壓器型式時，應從相數、繞組數、繞組接線組別、冷卻方式、調壓方式等方面考慮，通常只考慮相數和繞組數以及繞組接線組別。 在 330KV 及以下電力系統，一般都應選用三相變壓器。因為單相變壓器組相對來講投資大、占地多、運行損耗也較大，同時配電裝置結構復雜， 增加了維修工作量。對于大型三相變壓器，當受到制造條件和運輸條件的限制時，則宜選用兩臺小容量的三相變壓器來取代一臺大容量三相變壓器，或者選用單相變壓器。一般當最大機組容量為 125MW 及以下的發電廠多采用三繞組變壓器，對于最大機組容量為 200MW 及以上的發電廠，通常采用雙繞組變壓器加聯絡變壓器，當采用擴大單元接線時，應優先選用低壓分裂繞組變壓器，這樣，可以大大限制短路電流。 變壓器三繞組的接線組別必須與系統電壓相位一致，否則，不能并列運行。本科畢業論文 2 電氣主接線 6 電力系統采用的繞組連接方式只有星型“ Y”和三角形“ D”兩種。變壓器三相繞組的連接方式應根據具體工程來確定。我國規定， 110KV 及以上電壓等級，變壓器三繞組都采用“ YN”連接； 35KV 采用“ Y”連接，其中性點通過消弧線圈接地；35KV 以下高壓電壓，變壓器三繞組都采用“ D”連接。在發電廠和變電所中，一般考慮系統或機組的同步并列要求以及限制三次諧波對電源的影響因素，根據以上繞組連接方式的原則，主變壓器接線組別一般選用 YN， d11 常規接線。 綜上，該電廠接于 330KV 以下電力系統，變壓器相數選三相；又該發電廠最大機組容量為 25MW，則選雙繞組變壓器加聯絡變。 110KV 及以上電壓等級，變 壓器的接線方式為“ YN”連接，選常規接線 YN， d11常規接線。 變壓器的選擇與計算 按照 變壓器容量、臺數和型式的確定原則，該發電廠主接線采用四臺三相雙繞組主變壓器和一臺聯絡變壓器。四臺主變壓器分別和四臺發電機組組成單元接線，聯絡變壓器選用三相三繞組降壓自耦變壓器。 ○ 1 主變壓器的選擇 與 兩臺 25MW 機組相連的主變壓器容量和型式一樣，其每臺的容量： S=( Pc – Pt ) （ 1+10%） /cos 式（ ） ST3 = ST4=（ 2424 10%17） （ ） ST1 = ST2=（ 2525 10%） （ ） ○ 2 廠用變壓器的選擇 本次設計廠用電系統主接線采用單母線分段接線方式，廠用電分別從四臺發電機的出口端引接，因此，需要四臺廠用變壓器。由于四臺發電機都屬于小型機組，為限制短路電流，提高可靠性，四臺變壓器均采用低壓分裂繞組變壓器，兩低壓側分別接 到兩段母線上，達到相互備用的效果。這個低壓分裂繞組降壓變壓器選擇 SFF740000/3低壓側容量為 20MVA 的變壓器。單機容量在 60KW 以下的發電廠，廠用電通常采用 3KV 電壓等級，所以對應于 25MW 機組的廠用變壓器，由 于 機 端 電 壓為 ， 其各 側 電 壓為 ， 容量 為 2510%/=，選用 SFFL25000/15 雙分裂兩繞組變壓器，其高壓側容量為25 MVA,低壓側容量為 16 MVA。對應于 12MW 機組的廠用變壓器，由于機端電壓為 ，其各側電壓為 ，容量為 12 10%/=，選用雙分裂兩繞組變壓器。 本科畢業論文 2 電氣主接線 7 表 所選變壓器型號及參數表 發電機 型 號 額定電壓(KV) 額定容量 (MW) 同步電抗 （ dx ） 功率因數 G G2 QF2122 12 G G4 QF2252 25 表 所選發電機型號及參數表 變 壓 器 型 號 額定 容量 (KVA) 額定電壓 (KV) 空載 電流 (%) 聯 結 組 高壓 中 / 低壓 主 變T1,2 110/63007 ?S 6300 110 YNd11 主 變 T3,4 110/315007 ?SFL 31500 110 YNd11 廠用變 12501SJL 1250 10 12/ 0 ?YY 本科畢業論文 3 廠用電設計 8 3 廠用電設計 廠用電接線方式的選擇 廠用電按 其負荷的重要性一般分為事故保安負荷、Ⅰ類負荷、Ⅱ類負荷、Ⅲ類負荷。 對廠用電接線的基本要求 廠用電接線除應滿足正常運行安全、可靠、靈活、經濟和檢修、維護方便等一般要求外，還應該滿足以下幾點： ○ 1 考慮發電廠在正常、事故、檢修、啟動等不同運行方式下的供電要求，盡量簡化切換操作，使備用電源能在短時間內投入使用。 ○ 2 盡量縮小廠用電系統故障影響范圍，避免引起全廠性停電事故。對于大型機組，廠用電應相互獨立，以保證當一臺機組出現故障停運或其輔助機械 的電氣故障時，不會影響另一臺機組的正常運行。 ○ 3 由于本電站工程分兩期進行，所以在廠用電設計上應當充分考慮連續施工或分期擴建時的供電問題。對于公共廠用負荷的供電，必須結合遠景規劃進行統籌安排，盡量避免改變接線和更換設備。 ○ 4 積極慎重地采用經過試驗鑒定的新技術和新設備，保證廠用電系統的先進性，使其更經濟合理，最大程度低保證機組安全滿發運行。 火力發電廠廠用電接線的設計原則 廠用電接線的設計原則與主接線的設計原則基本相同。首先，廠用電接線應保證對廠用負荷進行可靠和連續供電，使電站主機安全運轉；其次，接線應能靈活地適應正常、事故、檢修等各種運行方式的要求；還應適當注意其經濟性和發展的可能性、并積極慎重地采用新技術、新設備，使其具有可行性和先進性。 資料顯示：對于火電廠，當發電機容量在 60MW 及以下，發電機電壓為 時，可采用 3KV 作為廠用高壓電壓；當容量在 100MW— 300MW 時，宜選用 6KV 作為廠用高壓電壓；當容量在 300MW 以上時，若技術經濟合理，可采用 3KV 和 10KV兩段電壓。該火電站發電機單機容量低于 60MW，所以選擇 3KV 作為 常用高壓電壓更為合理 火電廠廠用電率較大，為了保證廠用電系統的供電可靠性與經濟性，且便于運行、檢修，一般都采用“按爐分段”的接線原則，即將廠用電母線按鍋爐的臺數分成若干獨立段，這樣既便于運行、檢修，又能使事故影響范圍局限在一機一爐，不會影響正常運行的完好機爐。低壓 380/220V 廠用電的接線，對大型火電廠，一般采用單母分段接線，即按爐分段。 本科畢業論文 3 廠用電設計 9 廠用電接線形式的擬定 依據對廠用電接線的基本要求，在本次設計中，廠用電接線采用單母線分段的接線方式。分段采取“按爐分段”的接線原則，由于本廠發電機組的容量均小 于 125MW，其鍋爐的容量較小，每個鍋爐用一段廠用母線供電，即共分為 4段，并且保證廠用負荷在各段上盡可能分配均勻。本廠機組單機容量遠低于 60MW，選用 3KV 作為廠用高壓電壓。 廠用工作電源從發電機出口端引接，通過分裂繞組廠用高壓變壓器給 3KV廠用高壓母線供電，廠用高壓變壓器兩低壓側分別接在兩段廠用母線上。備用電源從聯絡變壓器的低壓側 引接，經低壓分裂繞組變壓器降壓后接在兩段共用備用母線上。從 3KV 廠用母線上以變壓器分別引接到低壓廠用段母線，構成廠用低壓系統。廠用各高壓和低壓分段母線互為備用。 本科畢業論文 4 短路電流的計算 10 4 短路電流的計算 在發電廠的電氣設計中，短路電流計算是其中一個非常重要的環節。①通過短路電流計算，可以在選擇電氣主接線時，比較各種接線方案。②在選擇電氣設備時，為了保證設備在正常運行和故障運行情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節約資金，也需要進行全面短路電流計算。③在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，需以短路時的短路電流為依據。當短路發生時，對電廠供電的可靠性會產生很大影響；嚴重時，可能會導致電力系統失去穩定，甚至造成系統解列。因此，短路電流計算是一個非 常有必要、而且必須進行的工作。 短路計算的一般規則 ○ 1 驗算導體和電器動穩定、熱穩定以及電器開斷電流所用的短路電流，應按本工程的設計規劃內容計算，并考慮電力系統的遠景發展規劃（一般為本工程建成后 5至 10年）。確定短路電流時，應按可能發生最大短路電流的正常接線方式，而不應按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。 ○ 2 選擇導體和電器用的短路電流，在電氣連接的網絡中，應考慮具體反饋作用對異步電機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。 ○ 3 選擇導體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點，應選擇在正常接線方式時短路電流最大的點。對帶電抗器的 6KV 至 10KV 出線與廠用分支回路，除其母線與母線隔離開關之間隔離板前的引線和套管的計算短路點選擇在電抗器前外，其余導體和電器的計算短路點選擇在電抗器后。 ○ 4 導體和電器的動穩定、熱穩定以及電器的開斷電流，一般按三相短路驗算。若發電機出口的兩相短路或中性點直接接地系統以及自耦變壓器等回路中的兩相短路嚴重時，則應按嚴重的情況計算。 短路電流的計算中，常采用以下假 設和原則： ○ 1 正常工作時，三相系統對稱運行； ○ 2 所有電源的電動勢相位角相同； ○ 3 系統中的同步和異步電機均為理想電機，不考慮電機磁飽和、磁滯、渦流以及導體集膚效應等影響；轉子結構完全對稱；定子三相繞組空間位置相差 120度電角度； ○ 4 電力系統中，各個器件的磁路不飽和，即帶鐵心的電氣設備電抗值不隨電流大小變化而變化； ○ 5 同步電機都具有自動調整勵磁裝置（包 括強行勵磁 ） ； 本科畢業論文 4 短路電流的計算 11 ○ 6 短路發生在短路電流為最大值的瞬間； ○ 7 不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流； ○ 8 除計算短路電流的衰減時間常數和低壓網絡的短路電流外，器件的電阻都忽略不計； ○ 9 器件的參數都取其額定值，不考慮參數的誤差和調整范圍； ○10輸電線的電容略去不計； ○11用概率統計法制定短路電流運算曲線。 短路電流的 計算 短路電流由于其值很大，在極短的時間內就能產生較大的損耗，由于來不急散發熱量而造成電氣設備的溫度急劇升高，引起設備的老化或損壞，對供電的可靠性產生影響。當所選設備不能滿足短路電流的限制時，對供電的可靠性將產生極為嚴重的影響。為此，在設計主接線時，應計算短路電流。 短路電流計算的目的是為設備的選型提供依據；初步考察短路事故對發電廠以及系統的可靠性和穩定性的影響，為電廠主接線形式的選定、繼電保護裝置的選擇和整定計算提供依據。此外，通過對短路電流的計算，還可初步確定系統的損耗，為發電廠的經濟運行提供依 據。 本次短路計算中，選取了三個短路電流計算點， 10KV 母線和 110KV 母線上各一個； 25MW 發電機組接入 110KV 母線的單元接線處一個。短路類型定為對系統影響最為嚴重的三相短路。 選取 SB=100MVA UB=Uav 短路等效電路圖如圖所示：本科畢業論文 4 短路電流的計算 12 圖 短路等效電路圖 1) 12 0 .2 3 2 1 0 0 / (1 2 / 0 .8 ) 1 .5 4 7xx? ? ? ? 式