1、4300MW 发电厂电气部分初步设计 - 1 - 第 一 章 选 择本厂主变压器 和 厂用变压器 的容量、台数、型号及参数 1.1 厂用变压器的选择 1.1.1 负荷计算 1方法 负荷计算一般采用换算系数法 ， 换算系数法的算式为 S= （ KP） （ 2.1） 式中 S 计算负荷 (KVA) K 换算系数 P 电动机的计算功率（ KW） 由于发电机额定功率已经给出， fS =353MVA ，则主变选择应按 BS 1.1 (1- pK ) fS 计算 式中 BS 主变的最小容量（ MVA） pK 厂用电量所占总发电量的比例（ %） 1.1.2 容量 选择原则 (1)高压厂用工作变压器容量应按高
2、压电动机计算负荷的 110%，与低压厂用电 计算负荷之 和 选择。 (2)高压厂用备用变压器或起动 /备用变压器应与最大一台高压厂用工作变压器的容量相同；当起动 /备用变压器带有公用负荷时，其容量还应满足最大一台高压厂用工作变压器的要求，并考虑该起动 /备用变压器检修的条件。 1.1.3 容量计算公式 高压厂用工作变压器 : dgB SS1.1S （ 2.2） BS 厂 用变压器高压绕组额定容量（ KVA） gS 高压电动机计算负荷之和 1要确定发电厂的电气主接线，必须要先计算本厂负荷。 - 2 - dS 低压厂用计算负荷之和 由电力工程电气设备手册及所给原始资料，本厂选用 SFPF PZ -
3、40000/20 的变压器，其额定容量为 40000/25000-25000（ KVA），高压额定电压为 20 8 1.25%，低压额定电压为 6.3-6.3， 周波为 50HZ，相数为 3，卷数为 3，结线组 别为 NY 、 11d - 11d ，阻抗为 14， 空载电流 0.31%，空载损耗 41.1KW，负载损耗 178.9KW， 冷却方式为 ONAN/ONAF。 1.2 主变压器的选择 2 1.2.1 容量和台数选择 发 电机与主变压器为单元接线时，主变压器的容量 按发电机的量大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷 来选择。 1.2.2 相数的选择 主变压器采用 三相或是单相，主要考虑变压
4、器的制造条件，可靠性要求及运输条件 等因素 。 特别是大型变压器，尤其需要考查其运输可能性，保证运输尺寸不超过隧洞， 涵 洞，桥洞的允许通过限额，运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工 具 的允许承载能力。 当不受运输条件限制时，在 330KV 及以下的发电厂，应选用三相变压器。 1.2.3 绕组连接方式的选择 变压器的绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有 Y和 ，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。 按照设计要求及所给原始资料，本厂选择装设的主变压器 型号为7SFP -370000/220，额定容量为 370MVA，额定电压为 24
5、222.5%/20KV ， 额定电流为 /10681A，周波 50Hz，相数为 3，卷数为 2，结线组别 NY ， 11d ，阻抗为14.15%，空载损耗 203.7KW，空载电流 0.22%，负载损耗 951.5KW，冷却方式为ODAF，油量为 37.2T，器重 167T，总重 249.7T。 2 选择主变应从容量和台数，相数，绕组数和接线组别，结构型，调压方式和冷却方式多方面 选择。 4300MW 发电厂电气部分初步设计 - 3 - 第 二 章 设 计本厂 电气主接线方案 电 气主 接线是 发电厂、变电所 电气 设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂
6、、变电所本身 运行 的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择 、 配电装置布置 、 继电保护和控制方式的拟定有较大影响。 2.1 主接线设计的基本要求 主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 2.1.1 可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要 要 求，主接线首先应满足这个要求。 主接线可靠性的具体要求 （ 1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电 ； （ 2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停 运 的回 路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电 ； （ 3）尽量避免发电厂、变电所停运的可能性 ； （ 4）大机组超高压电 气主 接线应满足可靠性
7、的特殊要求 。 2.1.2 灵活性 主接线应满足在调度 、 检修及扩建时的灵活性 。 （ 1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运 行 方式下的系统调度要求。 （ 2） 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电 。 （ 3）扩建时，可 以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。 - 4 - 2.1.3 经济性 主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做
8、到经济合理 。 （ 1）投资省 a.主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器，避雷器等一次设备 ； b.要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆 ； c.要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器 ； d.如能满足系统安全运行及继电保护要求 ， 110KV 及以下终端可 采 用简易电器。 （ 2）占地面积小 主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。 （ 3）电能损失少 经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失，此外在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级
9、一般不超过两种。 2.2 高压配 电 装置的基本接线形式及适用范 围 2.2.1 双母线接线 四分段 带旁路 双母线 四分段 带旁路 的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。 由于母线继电保护的要求，一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定连接的方式运行。 4300MW 发电厂电气部分初步设计 - 5 - 图 3-1 双母线 四分段 带旁路 接线 （ 1）优点 : a.供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路 ； b.调度灵活。各个电源和各回路
10、负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要 ； c.扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建， 均 不影响两组母线的电源和负荷均匀分配 ，不会引起原有回路的停电。 当 有双回架 空线 路时，可以顺序布置 ； d.便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。 （ 2）缺点 : a.增加 一 组母线就需要增加一组母线隔离开关。 b.当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。 这种接线适用于出线回路数或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求
11、迅速恢复供电，母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统 运 行调度对接线的灵活性 有一定要求时采用 ,或当 110-220KV 配电装置，在系统中居重要地位，出线回 路 数为 4 回及以上时采用。 为了保证采用双母线 四分段 的配电装置，在进出线断 路 器检修时，不中断对用户的供电，可增设旁路母线或旁路隔离开关。 第 三 章 设计本厂 厂用电接线方案 3.1 厂用电接线总的要求 : 厂用电设计应按照 运 行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划， 妥 善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进 ， 保证机组安全、经济和满发地运行。 -
12、6 - 3.2 厂用电接线应满足下列要求 ： （ 1）各机组 的厂用电系统应是独立的。一台机组的故障停运或其辅机的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行，并能在短时间内恢复本机组的运行。 （ 2）充分考虑机组起动和停运过程中的供电要求。一般均应配备可靠的起动电源。在机组起动停运和事故时的切换操作要少，并能与工作电源短时并列。 （ 3）充分考虑到电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽少改变接线和更换设备。 （ 4） 200MW 及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源，当全厂停电时，可以快速起动和自动投入 ， 向保安负荷供电，还要设置
13、电能 质量 指标，合格的交流不间断供电装置，保证不允许间断供电的热工负荷的用电。 由设计手册，发电机容量为 300MW，宜采用 6KV 的高压厂用电压，而且当厂用电压为 6KV 时， 200KW 以上的电动机采用 6KV， 200KW 以下的采用 380V；另外 300MW 机组火电厂主厂房通用设计的厂用电接线中 6KV 为中性点不接地系统，380V 为中性点经高电阻 接 地系统。每台机组设 A、 B两段 6KV 母线，由一台分裂绕组高压厂用工作变压器供电，该变压器由发电机 出口 引接。两台机组设一台起动变压器，供给机组起动和停机负 荷，并兼 作 厂用工作变压器的事故备用。 在本厂厂用电设计中
14、，因锅炉辅助机械多、容量大、供电网络复杂，为了提高供电可靠性，厂用电接线系统通常采用单母线分段接线形式，而且为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，且便于灵活调度，一般 采用“按炉分段”原则 ，即将厂用电母线按锅炉的台数分成若干独立段，既便于运行、检修，又能使事故影响范围局限在一机一炉。 4300MW 发电厂电气部分初步设计 - 7 - 图 4-3 厂用电主接线 第 四 章 电气部分各种类型短路电流的计算 4.1 短路电流计算 3的目的： （ 1）电气主接线比选； （ 2）选择导体和电器； （ 3）确定中性点接地方式； （ 4）计算软导体的短路摇摆； （ 5）选择继电保护装置和进行整定计算等。
15、 4.2 短路计算原则 短路电流实用计算中 ,采用以下假设条件和原则： （ 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；定子三相绕组空间位置相差0120 电气角度； （ 4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变 化； （ 5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中 50%负荷接在高压母线上， 50%负荷接在系统侧； （ 6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）； （ 7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间
16、； （ 8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流； （ 9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计； （ 10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围； 3 短路电流计算是本次设计中最为繁琐的一段，要求多次计算，一定要严谨认真，否则一点出错就没办法计算下去了。 - 8 - （ 11）输电线路的电容略去不计； （ 12）用概率统计法指定短路电流运算曲线。 第 五 章 主要电气设备的选择 4 5.1 电器选择的一般要求 5.1.1 一般原则 选择的高压电器应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 （ 1）长期工作条件 a.
17、电压 选择 的电器 允许 最高工作电压 maxU 不得 低 于该回路的最高运行电压 gU 。 即 、 maxU gU （ 6.1） b.电流 选用的电器额定电流 eI 不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流 gI ， eI gI ，高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。 c.机械荷载 所 选 电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。 （ 2）短路稳定条件 a.校验的一般原则 电 器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动 、 热稳定校验。校验的短路电流一般取 三 相短路时的短路电流，若发电机出口
18、的两相短路较 三 相短路严重时，则应按严重情况校验。 b.短路的热稳定条件 dtt QtI2 （ 6.2） 式中 4 电气设备的选择需要短路电流计算的参数作为支持，所以应在短路电流计算的后面。 4300MW 发电厂电气部分初步设计 - 9 - dtQ 在计算时间 jst 秒内短路 电流 的热效应 )SKA( 2 tI t秒内设备 允许 通过的热稳定 电流有效 值（ KA） t 设备允许通过的热稳定电流时间（ S） 校验短路热稳定所用的计算时间 jst 按下式计算 dbjs ttt （ 6.3） 式中 tb 继 电保护装置后备保护动作时间（ S） td 断路器的全分闸时间（ S） c.短路的动稳
19、定 条件 5 chi dfi chI dfI （ 6.4） 式中 chi 短路冲击电流峰值（ KA）； chI 短路全电流有效值（ KA）； dfi 电器允许的极限通过电流有效值（ KA）； dfI 电器允许的极限通过电流有效值（ KA）。 5.2 母线的选择 在大型发电机组中主要采用分相封闭母线 ,共 箱母线和电缆母线 。 5.2.1 分相封闭母线 特点和使用范围 : （ 1） 在 300MW 发电机引出线回路中采用分相封闭母线的目的 : a.减少接地故障，避免 相 间短路 ； b.消除钢构发热 ； c.减少相间短路电动力 ； d.母线封闭后，便有可能采用微正压运行方式，防止绝 缘 子结露，
20、提高运 行安全可靠 性，并为母线采用通风冷 却方 式创造了条件 ； e.封闭母线由工厂成套生产， 质量 较有保证，运行维护工作量小，施工安装简便，而且不需设置网栏，简化了结构，也简化了对土建结构的要求。 （ 2） 使用范围 分相封闭母线 在 大型发电厂中的使用范围为： 5 设备的动热稳定校验是设备安全运行的前提。 - 10 - 从发电机出线端子开始，到主变压器低压侧引出端子的主回路母 线 ，自主回路母线引出至厂用高 压 变压器和电压互感器，避雷器等设备柜的各分支线，采用全连式分相封闭母线。 5.2.2 共箱母线 共箱母线主要用于单机容量为 200 300MW 的发电厂 的 厂用高压变压器低压侧
21、到厂用高 压配电装置之间的连接线。 5.2.3 经济电流密度的选择 6 （ 1） 对于全年负荷利用小时数较大，母线较长，传输容量较大的回路，均应按经济电流密度选择导体截面，并按下式计算： Sj=Ig/j （ 6.5） 式中 Sj 经济截面 )mm( 2 Ig 回路的持续工作电流（ A） j 经济电流密度 )mm/A( 2 （ 2） 按短路热稳定校验 C/QS d （ 6.6） S 导体截流截面 Qd 短 路电流的热效应 C 与导体材料及发热温度有关 的 系数 5.3 高压断路器、隔离开关及电流、电压互感器的选择 高压断路器是发电厂主系统的重要设备之一，在正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或推出运行，起控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起保护作用。 隔离开关是发电厂常用的 电器，它需要与断路器配套使用。它的主要用途有隔离电压、倒闸操作，分合小电流。 互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器和电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。其作用6 需要全年负荷利用小时数作为 计算前提。
