发电厂电气部分课程设计报告文档格式.docx
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三、设计成果:
设计说明计算书一份;
1号图纸一张。
设计时间:
两周。
第一部分设计说明书
第一章概述
课程设计的目的
本次课程设计为初步了解设计流程,建立设计项目的整体观念,融会贯通本学期所学知识,锻炼分析和解决实际工程问题的能力。
本课程设计的内容
1.2.1本次设计的主要内容
(1)、电厂分析及发电机、主变选择。
(2)、电气主接线设计。
(3)、短路电流计算。
(4)、选择短路点计算三相对称短路电流和不对称短路电流并汇总成表。
(5)、选择各电压等级的电气设备(断路器、隔离开关、母线、支柱绝缘子、穿墙套管、电抗器、电流互感器)并汇总成表。
1.2.2本次设计最终的设计成品
(1)、设计说明计算书一份。
(2)、主接线图一张。
第二章电气主接线设计
原始资料分析
2.1.1原始资料
发电机组2×
2.1.2原始资料分析
根据设计任务书所提供的资料可知:
该火电厂为小火电,不担任重要负荷的供电,对设计的可靠性、安全性、灵活性等没有很严格的要求,拟定4台变压器。
其地形条件限制不严格,但从节省用地考虑,尽可能使其布置紧凑,便于运行管理。
另外,周围的环境和气候对设备的选择的制约也不大。
综上,在设计中要充分分析所给的原始资料,同时结合实际的情况,做到设计的方案具有可靠性、安全性、经济性等。
电气主接线设计依据
电气主接线设计是火电厂电气设计的主体。
它与电力系统、枢纽条件、电站动能参数以及电站运行的可靠性、经济性等密切相关,并对电气布置、设备选择、继电保护和控制方式等都有较大的影响,必须紧密结合所在电力系统和电站的具体情况,全面地分析有关影响因素,正确处理它们之间的关系,通过技术经济比较,合理地选定接线方案。
电气主接线的主要要求为:
1、可靠性:
衡量可靠性的指标,一般是根据主接线型式及主要设备操作的可能方式,按一定的规律计算出“不允许”事件的规律,停运的持续时间期望值等指标,对几种接线形式的择优。
2、灵活性:
投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便、调度灵活。
3、经济性:
通过优化比选,工程设计应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗小。
主接线图
见附录图(a);
(b)
由于图(a)设计可靠性、灵活性、经济性皆强于图(b),故选择图(a)为主接线设计方案。
发电机的选择
由原始资料可知,需选用两台25MW发电机G3、G4,同时选择两台50MW发电机G1、G2。
查《电气工程手册》可知这两类发电机参数如下:
G1、G2的参数:
;
X’’d2=;
G3、G4的参数:
X’’d1=;
主变压器的选择
火电厂的厂用电较少(10%),且没有地区负荷,因此,选择主变压器的容量应大致等于与其连接的发电机容量。
水电厂多数担任峰荷,为了操作方便,其主变压器经常不从电网切开,因此要求变压器空载损耗尽量小。
2.5.1相数的选择
主变采用三相或单相,主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素。
根据设计手册有关规定,当运输条件不受限制时,在330KV及以下的电厂及变电所均选用三相变压器。
因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节省投资,占地面积小,运行过程损耗小的优点,同时本电厂的运输地理条件不受限制,因而选用三相变压器。
2.5.2绕组数量和连接方式的选择
(1)绕组数量选择:
根据《电力工程电气设计手册》规定:
“最大机组容量为125MW及以下的发电厂,当有两种升高电压向用户供电与或与系统相连接时,宜采用三绕组变压器。
结合本电厂实际,因而采用双绕组变压器。
(2)绕组连接方式选择:
我国110KV及以上的电压,变压器绕组都采用
连接,35KV一下电压,变压器绕组都采用
连接。
结合很电厂实际,因而主变压器接线方式采用
2.5.3普通型与自偶型选择
“在220KV及以上的电压等级才宜优先考虑采用自偶变压器。
自偶变压器一般作为联络变压器和连接两个直接接地系统。
从经济性的角度出发,结合本电厂实际,选用普通型变压器。
综上所述,需要两种容量的变压器:
20000KVA(两台台)和6300KVA(两台)。
结合本电厂实际,从经济性的角度出发,选择型式为:
110kV级三绕组电力变压器SFS9-20000/110和双绕组电力变压器SF9-6300/110。
第三章短路电流计算
短路电流计算的基本假设
(1)短路过程中各发电机之间不发生摇摆,并认为所有发电机的电势都相同电位。
(2)负荷只作近似估计,或当作恒定电抗,或当作某种临时附加电源,视具体情况而定。
(3)不计磁路饱和。
系统各元件的参数都是恒定的,可以用叠加原理。
(4)对称三相系统。
除不对称短路故障处不对称之外,实际系统都是对称的。
(5)忽略了高压线的电阻电容,忽略变压器的电阻和励磁电流,这就是说,发电机、输电、变电和用电的元件均匀纯电抗表示。
(6)金属性短路,即不计过度电阻的影响,认为过渡电阻为零的短路情况。
电路元件的参数计算
选取基准容量为150MVA,归算到100KV侧进行标么值计算。
具体的计算过程详见设计计算书。
网络变换与化简方法
综合运用Y—
变换,网络中间点消去法,对该电厂的接线与外界接线进行变换和简化。
短路电流实用计算方法
工程计算中短路电流的计算常采用实用曲线法,其计算步骤如下:
(1)选择计算短路点;
(2)画等值网络图;
A、选取基准容量
和基准电压
。
B、首先去掉系统中的所有负荷分支。
线路电容、各元件的电阻,发电机电抗用次暂态电抗
C、将各元件电抗换算为同一基准的标么值电抗。
D、汇出等值网络图,并将各元件电抗统一编号。
E、化简等值网络:
为计算不同短路点的短路电流值,需要将等值网络分别化简为短路点为中心的辐射形等值网络,并求出各电流与短路点之间的电抗,即转移电抗
以及无限大电源对短路点的转移电抗
(3)求出计算电抗,
式中
为第i台等值发电机的额定容量。
(4)由运算曲线查出个电源供给的短路电流周期分量标么值(运算曲线只作到
)。
(5)计算无限大功率的电源供给的短路电流周期分量。
(6)计算短路电流周期分量有名值和短路容量。
(7)计算冲击电流。
(8)绘制短路电流计算结果表(表)。
第四章电气设备选择
电气设备选择的一般规定
选择与校验电气设备时,一般应满足正常工作条件及承受短路电流的能力,并注意因地制宜,力求经济,同类设备尽量减少品种,同时考虑海拔、湿热带、污秽地区等特殊环境条件。
本设计主要考虑温度和海拔两个环境因素。
4.1.1按正常工作条件选择
电器、电缆允许最高工作电压
不得低于该回路的最高运行电压
,即
;
电器、导体长期允许电流
不得小于该回路的最大持续工作电流
在计算发电机变压器回路最大持续工作电流时,应按额定电流增加5%。
这是考虑到在电压降低5%时,为确保功率输出额定,则电流允许超5%。
在选择导体、电器时,应注意环境条件:
1、选择导体、电器的环境温度一般采用表所列的数值。
表选择导线、电器时使用的环境温度
类别
安装起点
环境温度(
)
最高
最低
裸导体
屋外
最热月平均最高温度
屋内
该处通风设计温度。
无资料时,可取最热月平均最高温度加5
电缆
屋外电缆沟
年最低气温
屋内电缆沟
屋内通风设计温度。
无资料时,可取最热月平均最高温度
电缆隧道
电气
年最高温度
屋内电抗器
该处通风设计最高排风温度
屋内其它电器
按《交流高电压电器在长期工作时的发热规程》规定:
电器使用在环境温度高于+40
(但不高于60
)时,环境温度没增加1
,建议较少额定电流%;
当环境温度低于+40
,每低1
建议增加额定电流%,但最大过负荷不得超过额定电流的20%。
2、110KV及以下电器,用于海拔不超过2000米时,可选用一般产品。
4.1.2按短路条件校验
包括动稳定、热稳定以及电器的开断电流,一般按三相短路验算。
1、短路热稳定校验
式中:
—电器设备允许通过的热稳定电流及相应时间
—短路电流产生的热脉冲
计算
用下式:
、
—分别为短路发生瞬间、
短路切除时间、短路切除时间的短路电流周期性分量(KA)
—短路切除(持续)时间,为继电保护时间与断路器的全开断时间之和(S)
T—短路电流非周期分量等效时间,对于发电机出口可取~,发电厂升压母线取~,一般变电所取。
若切除时间大于1S,只需考虑周期分量。
2、短路动稳定校验
动稳定校验一般采用短路冲击电流峰值,当回路的冲击系数与设备规定值不同,而且冲击电流值接近于设备极限通过电流峰值时,需要校验短路全电流有效值。
校验条件:
或
—短路冲击电流峰值(KA);
—短路全电流有效值(KA);
—电器允许极限通过电流峰值(KA);
—电器允许的极限通过电流有效值(KA)。
3、电器的开断电流校验时,电器的开断计算时间取主保护时间及断路器固有分闸时间之和。
这里,我们按最坏的情况考虑,主保护失灵,机端断路器取后备保护时间2S,其余的取4S。
4、《导体和电器选择设计技术规定》
“用熔断保护的导体和电器可不验算热稳定,除用有限流作用的熔断器保护者外,导体和电器的动稳定仍应验算。
”
断路器和隔离开关的选择和校验
断路器可按下表进行选择和校验
项目
额定电压
额定电流
开断电流
短路关合电流
热稳定
动稳定
断路器
应满足要求
因此,220KV处断路器的额定电压取220KV,最高工作电压选用252KV,额定电流选用1600A,开断电流选用40KA,最高工作电压选用26KV,额定电流选用1600A,开断电流选用。
采用LW11-110
隔离开关可按下表进行选择和校验
隔离开关
采用GW7-220和GW5-110W,GM7-220额定电流为1250A,动稳定电流为80KA,GW5-110W额定电流为1600A,动稳定电流为80A。
电流互感器的选择和校验
根据相关规定,在机端和110kV及以上等级的互感器的接线均采用三相星型接线,设互感器离测量仪表的距离均为100m,厂用变进线互感器采用两相星型接线,设互感器离测量仪表的距离为40m。
选择步骤大致如下:
一、根据相关原始资料选择种类和型式。
二、一次回路额定电压和额定电流的选择。
三、准确级和额定容量的选择。
四、热稳定和动稳定的校验。
选择结果如下:
电压等级
型号
额定电流(A)
准确等级
热稳定倍数
动稳定倍数
二次负荷
110kV
LB-110
2000/1
40
100
第二部分设计计算书
第一章变压器选择计算
在此主接线设计中,共有4台变压器T1、T2、T3、T4。
T1、T2选用三绕组变压器,采用发电机有母线的接线方式;
T3、T4选用双绕组变压器,采用单元接线方式。
首先,计算T1、T2两台三绕组变压器的容量,如下:
1.当母线上负荷最小,且两台发电机满发时:
则美台变压器的容量:
2==30940KVA;
又因为35KV侧最大供电容量为20MW,则每台承担10MW;
则中压绕组=10/ωSφ=;
在发电厂有两种升高电压的情况下,当机组容量为125MW以下时,一般采用三绕组变压器,但每个绕组的通过功率应达到变压器容量的15%以上。
所以:
35KV侧变压器绕组所占百分比为:
=%>
15%满足要求。
2.当母线符合最小,且T1、T2退出时有:
根据上边计算结果应选20000KVA的变压器,选用型号为SFS9-20000/110,其参数如下:
额定容量(KVA):
20000
额定电压(高/中/低)(KV):
/
联机组号:
YNynod11
短路阻抗电压:
高中17-18
中低
高低
接下来对两台采用单元接线的双绕组变压器T3、T4进行容量计算:
查《电工手册》选定变压器型号为双绕组SF9-6300/110,参数如下:
6300
连接组号:
YNd11
额定电压(KV):
高压侧:
%
低压侧:
短路阻抗电压(%):
第二章短路电流计算
2.1等值电抗图
根据主接线图画出计算短路电流等值电抗图,如下图:
2.2计算电抗
选取各设备电抗值的计算
选取SB=100MW;
UB=Uav;
发电机G3、G4的X’’d1=;
UB=;
则G3、G4的电抗:
X7=X10=
25=;
发电机G1、G2的X’’d2=;
UB=;
则G1、G2的电抗:
X2=X4=
50=;
对绕组变压器T1、T2的电抗:
X1=X2=
63=
三绕组变压器T3、T4的电抗:
2.3d1点的短路计算
110kV母线短路点d1的短路电流计算:
2.3.1转移阻抗
系统对d1的转移阻抗:
XS=;
发电机组G1、G2对d1的转移阻抗:
X13=;
发电机组G3、G4对d1的转移电抗:
X34=X14+X15=
2.3.2计算电抗
系统:
发电机组G1、G2:
发电机组G3、G4:
2.3.3标幺值
有计算电抗查运算曲线的短路电流的标幺值:
2.3.4短路点总短路电流
2.4d2点的短路计算
35kV母线上短路点d2的短路电流计算:
2.4.1电抗图化简如下:
2.4.2转移电抗计算
2.4.3计算电抗计算
2.4.4标幺值计算
由计算电抗查运算曲线得短路电流的标幺值为:
2.4.5短路总电流
2.5d3的短路计算
母线短路电流d3的计算
2.5.1电抗图化简如下:
2.5.2转移阻抗计算
2.5.3计算电抗计算
2.5.4标幺值计算
由计算电抗运算曲线查得短路电流的标幺值为:
2.5.5短路总电流
短路电流汇总表
短路电流计算:
短路点
短路支路
基准容量
(MVA)
基准电压
(KV)
基准电流
(KA)
转移电抗
(标幺值)
计算电抗
短路电流
短路容量
发电机G1、G2
115
220
发电机G3、G4
490
系统S
505
附录
电气设备选择结果
断路器选择
UNS
IMax
I’’
Ish
QK
LW11-110
110
UN
IN
INbr
INU
It2(3s)
Ies
1600
隔离开关选择
GW5-110W
It2(5s)
电流互感器选择
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