【文章內(nèi)容簡介】 電能。 電力工業(yè)的發(fā)展概況 隨著我國電力事業(yè)迅猛發(fā)展，工程規(guī)模在不斷擴大，所采用的電氣設備在不斷更新?lián)Q代。通過具體實踐摸索及不斷總結(jié)、積累和豐富了很多寶貴的運行經(jīng)驗和設計經(jīng)驗。 自九十年代起，我 國陸續(xù)修訂了所有的規(guī)程和規(guī)范，電氣標準全面向 IEC 標準靠攏，并等效地被采用。從 1982 年起，分十幾批淘汰了大量的落后機電產(chǎn)品，多次整頓生產(chǎn)秩序，加強了對電氣產(chǎn)品的質(zhì)量管理，努力縮小了發(fā)達國家的差距，引進和開發(fā)了具有國際先進水平的電氣設備。 二十多年來我們無論是在設計標準、設計依據(jù)和設計方法上，還是在設計所選用的先進技術和設備上都有了騰飛性的發(fā)展。隨著對大中型水電站推廣 “ 無人值班、少人值守 ” 的運行方式，電站的自動化水平越來越高，要更廣泛地采用高水準的設備，相應地對廠用電系統(tǒng)設計和廠用設備選型上也提出了更高的要 求。 發(fā)電廠預設規(guī)模 1．廠址概況：本廠為坑口電廠，所有燃料由煤礦直接供給。電廠生產(chǎn)的電能除用于廠用外，全部 220kV線路送入周邊系統(tǒng)。廠區(qū)地勢較不平坦，地質(zhì)條件好，有新的公路、鐵路通向礦區(qū)，交通方便。廠址附近有大河通過，水量豐富，凍土層 米深，覆冰厚10mm；最大風速 20m/s；年平均溫度 +6℃，最高氣溫 +38℃，最低氣溫 36℃，土壤電阻率 500 m?? 。 2．機組參數(shù)： 鍋爐： 4?HG670/1401 汽機： 2?N200130/535/535 發(fā)電機： 4?QFQS2002 3． 電力系統(tǒng)接線圖，如圖 11。 圖 11 電力系統(tǒng)接線圖 發(fā)電廠接入系統(tǒng)的原則 在擬定發(fā)電廠接入系統(tǒng)的方案時，應明確該廠規(guī)劃裝機容量、單機容量、送電方向、功率、供電距離及在電力系統(tǒng)中的地位和作用，對于不同規(guī)模的發(fā)電廠及發(fā)電機組，應根據(jù)在系統(tǒng)中的地位，接入相應電壓等級的電力網(wǎng)。在 負荷中心的中小發(fā)電廠，在發(fā)電機端設立母線，發(fā)電機經(jīng)母線及升壓變壓器接入系統(tǒng)；對遠離負荷中心的火力發(fā)電廠，應直接接入高壓主網(wǎng)。單機容量為 100~125MW 的機組，當系統(tǒng)有穩(wěn)定性要求時，應直接升壓接入 220kV 電力網(wǎng)；單機容量為 500MW及以上的機組，一般直接升壓接入 500kV電力網(wǎng) [1]。 本次設計中要求將電廠生產(chǎn)的電能除廠用電外，全部送入系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)電廠接入系統(tǒng)的原則，預設 4臺發(fā)電機組全部升壓接入 220kV 電力網(wǎng)。 3 第 2 章 電氣主接線設計 概述 電氣主接線設計的基本要求 電氣 主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體，它反映各設備的作用、連接方式和回路的相互關系。所以，它的設計直接關系到全廠電氣設備的選擇、配電裝置的布置，繼電保護、自動裝置和控制方式的確定，對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行起著決定的作用。概括地說包括以下五個方面： [2] 1．可靠性； 2．靈活性； 3． 經(jīng)濟性 ； 4． 操作應盡可能簡單、方便 ； 5． 應具有擴建的可能性 ； 220kV 電壓等級常用接線方式 220kV 電壓級常用接線方式及適用范圍總結(jié)見表 21。 表 21 220kV電壓級常用接線方式及適用范圍 電壓 接線方式 適用范圍 220 雙母線或單母線 采用 SF6全封閉組合電器時，不設旁路措施；采用 SF6 斷路器時，不宜設旁路措施；采用少油斷路器出線在 4回及以上時，采用帶專用旁母斷路器的旁路母線 雙母線分段 安裝 200MW 及以下機組，電廠容量在 800MW 及以上，進出線 10~14回；采用雙母線雙分段配置困難的配電裝置 雙母線雙分段 安裝 200MW及以下機組，電廠容量在 1000MW及以上，進出線 15 回及以上 擬定可行的主接線方案 方案一 采用雙母線分段接線方式，將雙回路分別接于不同的 母線段上，可縮小母線故障的影響范圍，主接線形式見圖 21。 圖 21 方案一接線圖 方案二 采用雙母線接線，斷路器采用高可靠性的 6SF 斷路器。主接線形式見圖 22。 圖 22 方案二接線圖 5 方案的比較與選定 1．可靠性 方案一將雙回路分別接于不同的母線段上，保證了系統(tǒng)的供電可靠性，減小了停電的幾率，縮小了母線的故障范圍。 方案二可以通過兩組母線隔離開關的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不至使供電中斷。在檢修任意線路斷路器時，該回 路需短時停電。斷路器采用 6SF 斷路器，檢修周期長，不需要經(jīng)常檢修減小了斷路器檢修停電的幾率。 通過對比可見，可靠性方面方案一的可行性稍高于方案二。 2．經(jīng)濟性 方案一多裝了價高的斷路器及隔離開關，投資增大，占地面積增加。 方案二設備相對少，投資小，年費用小，占地面積相對較小。 通過對比可見，經(jīng)濟性方面方案二的可行性明顯優(yōu)于方案一。 通過對實際情況的分析，方案二在可靠性上略低于方案一，但斷路器采用 SF6 斷路器，它的檢修周期長，不需要經(jīng)常檢修。這樣就可以減小了斷路 器檢修停電的幾率。在經(jīng)濟性上，方案二明顯高于方案一，因而綜合考慮選擇方案二。 變壓器的選型 主變壓器在電氣設備投資中所占比例較大，同時與之相適應的配電裝置，特別是大容量、高電壓的配電裝置的投資也很大。因此，主變壓器的選擇對發(fā)電廠、變電所的技術性影響很大。 本次設計中變壓器均為單元接線形式，單元接線時變壓器容量應按發(fā)電機的額度容量扣除本機組的廠用負荷后，留有 10%的裕度來確定。 GNGN c o s )1( ?? PKPS （ 21） 式中 NGP — 發(fā)電機容量，為 200MW； NS — 通過主變的容量； ?K — 廠用電，為 8%； Gcos? — 發(fā)電機的額定功率，為 。 發(fā)電機的額定容量為 200MW，扣除廠用電后經(jīng)過變壓器的容量為： M V )( os )1( G PNGN ????? KPS 選定三相風冷自然循環(huán)雙繞組無勵磁調(diào)壓變壓器，型號為： SF10240 ，參數(shù)為24 00 00 24 2 2 % / 15 .75? ? ?。 第 3章 火電廠廠用電接線的選擇 概述 發(fā)電廠在啟動、運轉(zhuǎn)、停役、檢修過程中，有大量由電動機拖動的機械設備，用以保證機組的主要設備和輸煤、碎煤、除灰、除塵及水處理等輔助設備的運行。這些電動機及全場的運行、操作、試驗、檢修、照明等用電設備等都屬于廠用負荷。總的耗電量，統(tǒng)稱為廠用電。廠用電的可靠性，對電力系統(tǒng)的安全運行非常重要。提高廠用電可靠性的目的，是使發(fā)電廠長期無故障運行，不致因廠用電局部故障而被迫停機，為此必須認真考慮合理廠用供電電源的取 得方式、工作電源和接線方式。 方案的比較與選定 發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)接線通常采用單母線分段接線形式，并多以成套配電裝置接受和分配電能。火電廠的廠用負荷容量較大，分布面較廣。其用電量約占廠用電量的 60%以上。為了保證廠用電系統(tǒng)的供電可靠性與經(jīng)濟性，且便于靈活調(diào)度，一般都采用“安爐分段”的接線原則，廠用負荷在各段上應盡量分配平均，且符合生產(chǎn)程序要求。全廠公用性負荷應適當集中，可設立公用廠用母線段低壓 380/220V廠用電的接線，對于大型火電廠，一般宜采用單母線分段接線，即按爐分段，對于中小型電廠，則根據(jù) 工程具體情況，廠用低壓負荷的大小和重要程度，全廠可只分 2— 3段，仍采用低壓成套配電裝置供電 [3]。 本次設計中裝機容量為 4 200MW，屬于大中型發(fā)電廠，依據(jù)上述原則，確定廠用電接線形式采用單母線分段接線，按爐分段。 廠用電的電壓等級 發(fā)電廠中一般采用的低壓供電網(wǎng)絡電壓為 380/220V；高壓供電網(wǎng)路電壓有 10kV。為了簡化廠用電接線，且使運行維護方便，電壓等級不宜過多。對于火電廠當發(fā)電機容量在 60MW及以下，發(fā)電機電壓為 ，可采用 3kV作為廠用高電壓；當發(fā)電機容量在 100— 300MW時，宜選用 6kV 作為廠用高電壓；當發(fā)電機容量在 300MW 以上時可采用 3kV、 10kV兩種電壓 [5]。 本次設計單機容量為 200MW，因此采用 6kV 作為廠用高壓供電網(wǎng)路， 380/220V 作為廠用低壓供電網(wǎng)絡。 廠用電系統(tǒng)中性點接地方式 高壓廠用電系統(tǒng)及低壓廠用電系統(tǒng)的中性點接地方式及其特點、適用范圍詳見表31。 7 表 31 廠用電系統(tǒng)中性點接地方式 類別 中性點接地方式 特點 適用范圍 高壓 中性點不接地 單向接地電容電流 10A 時，允許繼續(xù)運行 2h 接地電容電流小于 10A的高電壓廠用 電系統(tǒng) 高電阻接地 (二次側(cè)接電阻的配電變壓器接地 ) 選擇適當電阻值，可抑制單相接地故障時健全相的過電壓倍數(shù)≤ 倍相電壓，避免擴大故障 接地電容電流 10A，需要降低間歇性電弧接地過電壓水平和便于尋找故障點的情況 消弧線圈接地 按不同保護方式對靈敏度和選擇性的要求，在中性點接低值電阻，將單相接地故障電流加大至100~600A，接地保護動作于跳閘 接地電容電流大于 10A的場合 低壓 中性點直接接地 網(wǎng)絡比較簡單，動力、照明和檢修網(wǎng)絡可以共用；單相接地故障時，中性點不發(fā)生位移，相電壓不會出現(xiàn)不對稱和 超過 250V；保護裝置立即動作于跳閘，廠用電動機停運 原有低壓廠用電系統(tǒng)為中性點直接接地的擴建廠及主廠房外Ⅱ、Ⅲ類負荷輔助車間供電網(wǎng)絡； 125MW 及以下機組；低壓不采用熔斷器的供電系統(tǒng) 高電阻接地 單相接地故障時，避免開關立即跳閘和電動機停運；防止了熔斷器一組熔斷造成電動機兩相運轉(zhuǎn)；需設接地故障檢測和保護裝置；要安裝專用的照明、檢修變壓器 200MW及以上機組主廠房 由上表可以看出，中性點不接地方式適用于接地電容電流小于 10A 的高電壓廠用電系統(tǒng)。而 200MW 及以下機組的高壓廠用電系統(tǒng)中，電容電流一般 不會大于 5~10A，所以傳統(tǒng)上一直采用不接地系統(tǒng)，而且這種接地方式較簡單，接線也方便，因而本次設計中高壓廠用電系統(tǒng)采用中性點不接地方式。 DL500《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》中規(guī)定“主廠房內(nèi)的低壓廠用電系統(tǒng)宜采用高電阻接地方式，也可采用中性點直接接地方式?！苯Y(jié)合上表中， 200MW 及以上機組主廠房適宜采用高電阻接地，因而本次設計中低壓廠用電系統(tǒng)采用中性點經(jīng)高電阻接地方式。 廠用電源及其引接 火力發(fā)電廠廠用電源分為工作電源和備用工作電源，廠用電源的引接方式見表 32。 表 32 廠用電源的引接方式 電氣接線 廠用工作電源 廠用備用、啟動 /備用電源 高壓 低壓 高壓 低壓 發(fā)電機 —變壓器組 引自升壓變壓器低壓側(cè) 引自對應的高壓廠用母線 引自升壓站最低電壓級母線或聯(lián)絡變壓器低壓繞組，也可由外部電網(wǎng)引接專用線路 引自高壓廠用母線或啟動 /備用變壓器 有發(fā)電機電壓母線 引自連接該機組的發(fā)電機電壓母線 引自高壓廠用母線或發(fā)電機電壓母線 引自發(fā)電機電壓母線或升壓站母線 引自高壓廠用母線或發(fā)電機電壓母線 本次設計中電氣接線為發(fā)電機 — 變壓器組形式，升壓電壓級僅 220kV 一級，因而確定廠用高壓工作電源引自升 壓變壓器低壓側(cè)，高壓備用啟動電源引自 220kV 母線，低壓工作電源與備用電源分別引自對應的高壓廠用母線。 廠用電系統(tǒng)的設計及確定 本廠用電系統(tǒng)共設 4 臺高壓廠用變壓器，根據(jù)廠用備用電源數(shù)量的設置原則， 3 臺以上 200MW 機組一般每兩臺機組設一臺啟動 /備用變壓器，因而共設置兩臺啟動 /備用變壓器。廠用電源及其啟動 /備用電源的引接已在主接線圖中標明。圖中顯示為兩臺變壓器及一臺啟動 /備用變壓器，其余兩臺不再繪圖說明。 9 圖 31 廠用電接線 第 4 章 短路電流的計算 概述 電力系統(tǒng)運行有三種狀態(tài)：正常運行狀態(tài)、非正常運行狀態(tài)和短路故障。在供電系統(tǒng)的設計和運行中，還要考慮到可能發(fā)生的故障以及不正常運行情況。對供電系統(tǒng)危害最大的是短路故障。短路電流將引起電動力效應和發(fā)熱效應以及電壓的降低等。因此，短路電流計算是電氣主接線的方案比較、導體及電氣設備的選擇、接地計算以及繼電保護選擇和整定的基礎。短路就是指不同電位導電部分之間的不正常短接。如電力系統(tǒng)中，相與相之間的中性點直接接地系統(tǒng)中的相與地之間的短接都是短路。為了保證電力系統(tǒng)的安全，可靠運行，在電力系統(tǒng)設計和運行分析中，一定 要考慮系統(tǒng)等不正常工作狀態(tài)。造成短路的原因通常有以下幾種： 1．導體及電氣設備因絕緣老化、或遭受機械損傷，或因雷擊、過電壓引起的絕緣損壞。 2．架空線路或因大風或?qū)Ь€覆冰引起的電桿倒塌等，或因鳥獸跨界裸露導體等都可能導致短路。 3．電氣設備因設計、安裝、維護不良和運行不當或設備本身不合格引發(fā)的短路。 4．運行人員違反安全操作規(guī)程而誤操作，如運行人員帶負荷拉隔離開關，線路或設備檢修后未拆除接地線就加上電壓等都會造成短路。根據(jù)國外資料顯示，每個人都有違反規(guī)程操作的意識。 5．其它原因，如輸電線斷線、倒桿、碰線、 或人為盜竊、破壞等原因都可能導致短路。 短路電流計算條件 短路計算的基本假定 1． 正常工作時，三 相 系統(tǒng)對稱運行。 2． 所有電流的電功勢相位角相同。 3． 電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷下運行。 4． 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。 5． 不考慮短路點的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡的短路電流外，元件的電阻略去不計。 6． 不考慮短路點的電流阻抗和變壓器的勵磁電流。 7． 元件的技術參數(shù)均取額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍。 8． 輸電線路的電容略去不 計 [7]。 11 短路計算的一般規(guī)定 1．驗算 導體電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應按本工程設計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)遠景的發(fā)展計劃。 2．選擇導體和電器用的短路電流，在電器連接的網(wǎng)絡中，應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流影響。 3．選擇導體和電器時，對不帶電抗回路的計算短路點，應選擇在正常接線方式時短路電流最大地點。 4．導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和以及電器的開斷電流，一般按三相短路計算 [9]。 短路計算 選擇流過所要校驗的設備內(nèi)部和載流導體的短路電流最大的短路點為短路計算點，本次計算中選取的 短路點為發(fā)電機出口短路點 d 220kV母線短路點 d廠用 6kV高壓母線短路點 d3。 畫等值網(wǎng)絡圖 1．去掉系統(tǒng)中的所有負荷分支、線路電容和各元件的電阻，發(fā)電機電抗用次暫態(tài)電抗 dX 。 2．計算網(wǎng)絡中各發(fā)電機的基本參數(shù)見表 41，各變壓器的基本參數(shù)見表 42。 表 41 發(fā)電機參數(shù) 型號 額定容量 額定電壓 額定電流 功率因數(shù) dX QFQS2002 200MW 8625A % QFS3002 300MW 18kV 11320A % TS1264/30048 300MW 18kV 11000A % 表 42 變壓器參數(shù) 型號 額定電壓 (kW) 短路阻抗 (%) SF10240000 242/ 13 SF1031500 SFP7360000 242/18 14 本設計的系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡圖如圖 41 所示。 圖 41 等值網(wǎng)絡圖 3．將各元件電抗換算為同一基準的標 么電抗 取基準容量 BS =100MVA， 電壓基準值為各段的平均