发电厂电气主接线的设计

第一章电气主接线的设计

方案选择

根据给定的任务书，进行分析 1、10KV 出线回路数为12回。 2、110KV 出线回路数为7回。

3、I 、II 类负荷占百分数为60%以上。

4、电厂在系统中所占的重要比重为100/1000=10%。 5、电厂直配负荷

P =18M W z m a x

o s φ=0. 8

，电厂的功率因数c ，。

5⨯2+50=100M W 6、发电厂运行方式最大负荷时三台机组满发时为2，最小负荷时5⨯2+409=0M W 两台机组满发时为2，多余功率送回系统，功率缺额由系统供给。

7、12回近区负荷加限流电抗器。

8、两台25MW 机组由于给近区负荷供电应该采用有母线的接线形式，采用单母分段或者双母线的接线形式。

9、配电装置的每组接线上，应装设避雷器，单元连接的发电机出线应装一组避雷器直接接地，系统加装避雷器容量为25MW 以上的直配发电机，应在每台电机出线处装一组避雷器。

10、互感器的加装，凡装有断路器回路的应装设电流互感器，发电机和变压器的中性点，发电机和变压器的出口加电流互感器，6—220KV 电压等级的每组母线的三相上应装设电压互感器，出线侧的一相上应装设电压互感器。

电抗器的选择和确定：

2=I 0. 22K A g m a x

故障时：电缆出线上的电抗器

正常时：单母分段上的电抗器

I gm ax =1.05

P ⨯70%=1.05

25⨯70%=1262.8A

方案设置

根据工程情况、电厂在电力系统中的地位和作用、负荷情况及其他因素的影响，对发电厂的主接线进行设计，然后选出两种比较好的方案如下所示。

- 1 - -

方案一

- 2 - -

方案二

技术比较由于10KV 侧的两台发电机容量比较小采用单母分段和双母线均可满足可靠性和灵活性要求. 经济比较计算综合投资：

Z =Z +(1)(万元) 0

100

---为主体设备的综合投资，包括变压器，开关设备，配电装备等设备的综合投资 --为不明显的附加费用比例系数，一般220KV 取70，110KV 取90

根据经济技术比较得出方案一为最优方案

- 3 - -

第二章厂用电的设计

根据设计要求，参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》得到设计方案

厂用变压器容量的选择：厂备用变压器容量

(2⨯25+50) ⨯7%S =8. 75M V A

0. 8 257⨯%257⨯%

S =2. 19M V A N 1

c o s φ0. 8

25MW 变压器容量

50MW 变压器容量

507⨯%507⨯%

S =4. 38M V A N 2

c o s φ0. 8

- 4 - -

第三章短路计算

1．等值电抗的计算： ①发电机

S 1000b

X =X =X =0. 43=13. 95G 1G 2F N

25S n

0. 8

S 1000b

X =X =0. =3. 184G 3F n

50S N

0. 8

②主变

X T 1=X T 2

10. 51000==4. 2=⨯S 10025000N 100

U K

S b

U S 1. 501000b K

X =0. 875T 3

10S 0101020000N

③厂变

U S 5. 51000b K

X =X =22C 1C 2

10S 01020. 5N

U S 5. 51000b K

X =11C 3

10S 01005. 0N

④电抗器

I b

U S 121000b K X =12b

10S 01010. 0N

S b ⨯U b

1000

=5KA 5

⨯1. 50

X I U 5⨯5104b N K

X =6. 98K 1

10I 0U 0. 3⨯1. 50100N b

⑤系统

X I U 5⨯5108b N K

X =2. 79K 2

10I 0U 1. 5⨯1. 50100N b

S 1000b

X =0. 0⨯X l =0. 0⨯3⨯00. 4=01. 55S 022

115U b

- 5 - -

2．做等值电路及短路点的选择：

短路 1. f 1短路

发电厂一页图一

, X , X T 1T 2K 2将X 三个电抗∆→Y . 576

得 X 1=1

X =X =1. 023

求

+X )⎡(X ⎤G 12

X f f =+X 1⎥

2⎣⎦X

(X G 3+X T 3)

)713. 95+1. 04⎡(⎤+1. 576⎥2)3. 184+0. 875⎦=⎣//0.55//(=0.46

分布系数

C 1=

C 2=

0. 464. 06

=0. 11

0. 460. 55

=0. 84

1-0. 8-40. 11

C =C =0. 02578

X fs =0. 55

0. 46

X =X =18. 412

0. 025

X f 3=4. 06

求计算电抗

X js =0. 55

P 25N

X =X =X =1. =0. 575j 1j 2f 1

S c o s 1⨯00. 800b

X =4. 0=0. 25j 3

10⨯00. 08

- 6 - -

2. f 2短路:等值电路

同1的计算, 得:

X X X

91011

=0. 48=1. 576=X

=1. 047

变换后得:

X ff =2. 378

分布系数

- 7 - -

C 2. 378E 1

13. 95

⨯1=0. 17C 2

=1-C

E 1

=0. 83C 1. 819E 2

=0. 83⨯

15. 526

=0. 097

C E 3

=0. 83-0. 097=0. 733C

0. 480. 55

=0. 733=0. 64

则C E 3

=0. 733-0. 64=0. 093

各支路转移电抗:

X f f

2. 378f 1

C =13. 99

E 10. 17X

X f f

2. 378f 2

=C ==24. 52

E 20. 097X

X f f

2. 378f 3

C =0. 093=25. 57

E 3X

X f f

2. 378f

=0. 64

=3. 72

E S

求计算电抗:

X ⨯

S =13. 99⨯25

j 1

f 1

1000

=0. 35

X =24. 52⨯25

j 2

1000=0. 613

X =25. 57⨯

j 3

1000=1. 28X j

=3. 72I

13. 72

=0. 269

f 3

短路:

等效化简同f 2短路: 则为:

X ff

=2. 378+12=14. 37

分布系数同f 2短路则: 各支路短路电抗:

- 8 - -

X X X X

f 1

====

14. 3780. 1714. 3780. 09714. 3780. 09314. 3780. 64

=84. 58=148. 23=154. 6=22. 47

f 2

f 3

f S

=84. 58⨯=2. 1110001000=3. 7110002525

求计算电抗:

X X I X I X I

*j 1

f 1

⨯

j 2

=14. 823⨯=

13. 71

j 2

=0. 27

=7. 73100050

j 3

=15. 46⨯=

j 3

=0. 1297. 73S =22. 47

122. 47

=0. 045

X =2. 378+6. 98=9. 35ff

f 4短路: 转移电抗:

分布系数同上, 则:

X X X X

f 1

====

9. 3580. 179. 3580. 0979. 3580. 0939. 3580. 64

=55. 05=96. 47=100. 62=14. 62

f 2

f 3

f S

求计算电抗

- 9 - -

X X X X I I

j 1

=55. 05⨯=96. 47⨯

[***********]

=1. 38=2. 41=5. 53

j 2

j 3

=100. 62⨯=14. 62=0. 181=

114. 62

J S j 3*j 3

=0. 068

f 5

短路:

X =2. 378+22=24. 37ff

转移电抗:

分布系数同上.

则:

X X X X

f 1

====

24. 3780. 11724. 3780. 09724. 3780. 09324. 3780. 64

=143. 4=251. 32=262. 13=38. 091

f 2

f 3

251000

求计算电抗:

X X I I X

j 1j 2j 1

=143. 4⨯=3. 585=6. 283

j 2

=251. 32⨯=0. 279=0. 16

j 3

=262. 13⨯

501000

=13. 11

X I

j 3j s j s

=38. 091=0. 076=0. 026

短路:

- 10 - -

等效变换

0.55+1.576=2.126

13. 95+1. 047

=7. 499

2 2. 12⨯67. 499

=1. 656

2. 12+67. 499

1.656+0.875=2.53

1.41+11=12.41

2. 53⨯3. 184

=1. 41

2. 53+3. 184

- 11 - -

X ff =12. 41

分布系数

C 3=

1. 413. 1841. 6562. 126

⨯1=0. 443

C 2=1-0. 443=0. 557C S =

⨯0. 557=0. 434

C . 557-0. 434=0. 12312=0C =1

12C =12

⨯0. 123=0. 0675

各支路转移电抗:

X X X

f 1

===

12. 410. 067512. 410. 44312. 410. 434

=201. 79=X

f 2

f 3

=28. 01=28. 6

f s

[1**********]0

求计算电抗:

X X I

*j 1

=201. 79⨯=28. 01⨯s

=0. 198

=5. 04

=1. 4

j 1

X I

j s

=28. 6=

128. 6

=0. 035

j s

- 12 - -

点路

X ff =1. 41

转移电抗

分布系数同上

各支路转移电抗为:

X X X

f 1

s =

1. 410. 06151. 410. 4431. 410. 434

=22. 93=X

f 2

f 3

=3. 183=3. 25

求计算电抗:

X X

j 1

j 2

=22. 93⨯

=0. 571000

j 3

=3. 183⨯

=0. 161000

=3. 25

- 13 - -

第四章导体和设备的选择和校验

参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》，导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术经济政策，并作到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有余地，以满足电力系统的需要。

- 14 - -

、根据满足条件的电压和电流选择：

- 15 - -

、选择电气设备

根据得到的最大电流表，我们选择以下电气设备

将得到的各个电气设备参数列表

隔离开关参数表

- 16 - -

电缆参数表

2．选择母线：选择10KV 母线：

=10. 5

C O S ϕ=0. 8T m

=a 6x 45H 4

1. 05P J =0. 65I m S =

=a I J ⨯U =a

⨯C O S ϕ

1. 05⨯25⨯10. 5⨯0. 8

=1804

18042

=277. 358m m 0. 65

mm ⨯10选用每想2条 125 矩形铝导体，平放 I K

N S a l

=3152=1. 45=70

︒

θC

︒

=3+25=3C 7最热月平均温度为32C ，10KV 母线是屋内设备，则θ

I =. 4-=. 4-3⨯3097=21. 9>6152982704a l a c

满足长期载流量要求。

选择110KV 母线

由于110KV 母线是屋外设备所以选择软母线，又根据载流量的要求选择型号LGJ-300的母线

断路器的校验 SN4-106

β=

'I'I∞

=41. 4638. 95

=1. 06

热稳定校验：

后备保护时间5S ，固有分闸时间0.15查手册图5-1得

t =z

t =t +0. 05=4. 6+1. 06⨯=0. 054. 66d z z

Q d =I t =38. 955⨯4. 66=7071. 5[()]K A S ∞d z

222

- 17 - -

I t =173⨯1=29929[(K A ) S ]t

222

It t >Q d

满足

i =1s n

0K 5A

i e >i s

热稳定校验：

i e s =300K A

满足

S N -10(3) 10

在所有用到

S N -10(3) 10

短路的位置发电机出口短路情况最严重

''I=14. 85+2. 32+2. 165=19. 34K A

I=39. 938+6. 02+5. 621=51. 59K A s h

I=14. 79+2. 232+2. 08=19. 11K A ∞

β=

'I'I∞

19.3419.11

=1.01β=

'I'I∞

19.3419.11

=1.01

热稳定校验：

后备保护时间5S ，固有分闸时间0.06S 查手册5-1

t z =4.45+0.06=4.51S

t dz =t z +β⨯0.05=4.51+1.01⨯0.05=4.56S

Q d =I∞ t dz =4.56⨯19.11=1665.28⎡(KA ) S ⎤

⎣⎦22

It t =40⨯4=6400⎡(KA ) S ⎤

⎣⎦

It t >Q d

满足

SN1-10

热稳定校验：

''β

3. 73

=0. 99I ∞3. 735 'I '

后备保护时间5S ，固有分闸时间0.1S 查手册5-1 得

t z =4.45+0.06=4.51S

t dz =t z +β⨯0.05=4.51+1.06⨯0.05=4.57S

Q d =I∞⨯t dz =10.928⨯4.57=545.75⎡(KA )S ⎤

⎣⎦2

It t =(1.2⨯60)⨯1=5184⎡(KA )S ⎤

⎣⎦

It t >Q d

t =4. 4+0. 1=4. 5S z

- 18 - -

t dz =t z +β⨯0.05=4.6+1.06⨯0.05=4.66S

Q d =I∞⨯t dz =38.955⨯4.66=7071.5⎡(KA )S ⎤

⎣⎦22

It t =85⨯1=36125⎡(KA )S ⎤

⎣⎦

It t >Q d

动稳定校验：

β=

1.06

I∞10.928'11.53I'

后备保护时间5S ，固有分闸时间0.06S

查手册5-1 得

t =4. 450+. 06=4. 51S z

t dz =t z +β⨯0.05=4.51+1.06⨯0.05=4.57S

Q d =I∞⨯t dz =10.928⨯4.57=545.75⎡(KA )S ⎤

⎣⎦22

It t =32⨯1=1024⎡(KA )S ⎤

⎣⎦

It t >Q d

动稳定校验：

i e s =80K A i s h =51. 59K A i e s >i s h

校验母线：热稳定校验：

β=

I ∞

23. 46

=1. 02

23. 01

主保护时间为0.5秒，固有分闸时间为0.14秒

t =0. 4+0. 1+0. 0=40. 54z

t =t +0. 0β5=0. 5+40. 0⨯15. 0=20. 6S 1d z z

θ=2. 031⨯0. 61=13(2k (A ) 3. S ) d

θ=θ+(θ-θ). I (/I )

a c

m a x a l

=37+(70-37) ⨯(

2697. 92)

=59. 1C

︒

查表得C=91.6

- 19 - -

S 236. 3m m

m i n

C 91. 6

满足热稳定 . 共振校验

mh =2b =2⨯0. 125⨯0. 01⨯27001=. 75k g /m W J =b h /60=. 01⨯0. 125/63=. 255⨯10m

取N

33-64

=3.56

f 1=160H Z

代入公式

L 2. 02m >1. 5m m a x

符合条件.

3. 动稳定校验：

f ph =1.73⨯10-7

121i sh β=1.73⨯10-7(62.129⨯103) 2=1908(N /m ) a 0.35

w =

⨯0.01⨯0.125=0.52⨯10

-4

f ph 10w

190810⨯0.52⨯10

-4

=3.67⨯10Pa

2b -h b +h

1010+125

=0.074

k 12=0.37

-7

f b =0.25⨯10=0.25⨯10

-7

ish b

k 12

⨯

[62.129⨯10]

0.01

⨯0.37=3.57⨯

10Pa

L b m ax ==0.01⨯L L b m ax

=0.08m

=1.5/0.68=2.2 所以应该在母线间加三个绝缘垫

L b =

L 3=1.53

=0.5

- 20 - -

电缆的校验热稳定校验

'=β'

5. 88

=1. 02I ∞5. 8 'I '

主保护时间为0.5s ，固有分闸时间0.14s

t =0. 4+0. 10+. 04=0. 54z

''⨯t =t +β0. 05=0. 541+. 02⨯0. 05=0. 61d z z

Q =0. 61⨯⨯[5. 810]=

20. 52(K A ) S d

322

K t

1. 1

查附表得

K =1. 0⨯K =1I N =245A 34

I =K K K I =1. 1⨯1⨯1⨯245=269. 5A a l t 34N I m =217A a x

I al >I m

符合

θ=θθ+(-w

a l

2172o

) =+18(60-1) =45I 269. 5a l

m a x 2

查表得

C =

S 46. 7m m m i n

C 97

46. 7m m

满足热稳定要求。

电抗器的校验： 10kv 出线

电压损失校验：

正常运行时的电压损失校验

X b %=4

I m =217A a x

I N =300A

ϕ=o ⇒s ϕ=0

I 217m a x

∆U %=X i n =⨯0. 6=1. 74%

I 300N

满足

残压校验

''I 5. 88

∆U %=X ==78. 4%>70%r e L

I 0. 3N

满足

热稳定校验

'=β'

5. 88=1. 02I ∞5. 8

- 21 - -

'I '

后备保护时间5s, 固有分闸时间0.14s 查图5-1得

t =4. 250+. 14=4. 39s z

''t =t +⨯0. 05=4. 39+⨯1. 020. 05=4. 44s d z z

Q =t ⨯I ∞=4. 44⨯[5. 8⨯=10]149. 4(K A ) S d d z

2322

I t =17. 51⨯=304. 5(K A ) S t

I t t >Q d

满足

动稳定校验

I e s =19. 5K A I es >I sh

I s =1h

5K A .

满足

分段电抗器压校验

X L %=8

I m =1263A a x

I N =2000A

ϕ=o ⇒s ϕ=0

满足

I 1263m a x

∆U %=X i n =⨯0. 6=3. 03%

I 2000N

热稳定校验：

''β

41. 46=1. 06I ∞38. 955 'I '

后备保护时间固有分闸时间0.14s 查图5-1得

t =4. 250+. 14=4. 39s z

''t =t +⨯0. 05=4. 39+⨯1. 020. 05=4. 44s d z z

Q =t ⨯I ∞=4. 44⨯23. 011=2351()K A S d d z

222

It =56. 81⨯=3226(K A ) t

SI t t >Q d

满足

动稳定校验

I =63. 75K A e s

I =6s h

2K A .

Q d =I t z =38. 955⨯4. 66=7071. 5[(K A ) S ]∞d I t =173⨯1=29929[(K A ) S ]t

I es >I sh

满足

S N -10(3) 10

- 22 - -

校验隔离开关：

GN10-10T ：

β=

稳定校验：

'11. 53I'41. 46

==1. 06β===1. 06I∞10. 928I∞38. 955

'I'

后备保护时间5S ，固有分闸时间0.06S

查手册5-1 得

t =4. 45+0. 15=4. 6S z

t =t +β⨯0. 05=4. 61+. 06⨯0. 05=4. 66S d z z

222

⎡⎤Q =I⨯t =38. 955⨯4. 66=7071. 5K A S ()d ∞d z

⎣⎦222

⎡⎤I t =85⨯1=36125K A S ()t

⎣⎦

热稳定校验：

i e s =160K A i s h =105.178K A i e s >i s h

满足

GN1-10

在所有用到GN1-10型号隔离开关处，发电机出口短路电流最大

''=I14. 85+2. 32+2. 16=19. 34

Is h =39. 398+6. 026+5. 621=51. 59K A I∞=14. 792+2. 232+2. 082=19. 11K A

热稳定校验：

β=

'I'I∞

=19.3419.11

=1.01

后备保护时间5S ，固有分闸时间0.06S

查手册5-1 得

t z =4.45+0.06=4.51S

t dz =t z +β⨯0.05=4.51+1.01⨯0.05=4.56S

Q d =I∞⨯t dz =19.11⨯4.56=71665.28⎡(KA )S ⎤

⎣⎦22

It t =26⨯5=3380⎡(KA )S ⎤

⎣⎦

It t >Q d

满足

动稳定校验：

- 23 - -

i e s =80K A i s h =51. 59K A i e s >i s h

电流互感器的校验： LAJ-10：

在所有用到LAJ-10的位置，50MW 机组出口处短路。故障最严重热稳定校验：

SN4-10G 的固有分闸时间0.15S

β=

'I'I∞

=41. 4638. 955

=1. 06

查手册5-1 得

t z =4.45+0.15=4.6S

t dz =t z +β⨯0.05=4.6+1.06⨯0.05=4.66S

Q d =I∞⨯t dz =38.955⨯4.66=7071.5⎡(KA )S ⎤

⎣⎦2

It t =(50⨯4)⨯1=4000⎡(KA )S ⎤

⎣⎦

It t >Q d

满足

热稳定校验：

1k e s 60⨯1.2=101.8K A

i sh =28.631K A 1k e s >

i sh 1k e s

000⨯90=509.1K A

i sh =105.178K A 1k e s >i sh

满足

LFZ1-10：

在所有用到此型号的电流互感器位置10KV 出线处短路最严重。热稳定校验：

后备保护时间5S ，断路器SN1-10固有分闸时间0.1S 查手册5-1 得

β=

'I'I∞

=5.885.8

=1.02

- 24 - -

t z =4.4+0.1=4.5S

t dz =t z +β⨯0.05=4.5+1.02⨯0.05=4.55S

Q d =I∞⨯t dz =5.8⨯4.55=153.1⎡(KA )S ⎤

⎣⎦2

It t =(75⨯0.4)⨯1=900⎡(KA )S ⎤

⎣⎦

It t >Q d

满足

动稳定校验：

1k e s 130⨯0.40=73.5K A

i sh =15.66K A 1k e s >i sh

满足

LCWDL-110GY 热稳定校验

β=

11. 53==1. 06I∞10. 928'I'

：

后备保护时间5S ，断路器SW4-10固有分闸时间0.06S 查手册5-1 得

t z =4.45+0.06=4.51S

t dz =t z +β⨯0.05=4.51+1.06⨯0.05=4.57S

Q d =I∞⨯t dz =10.928⨯4.57=545.75⎡(KA )S ⎤

⎣⎦2

It t =(1.2⨯60)⨯1=5184⎡(KA )S ⎤

⎣⎦

It t >Q d

满足动稳定校验

- 25 - -

发电厂电气主接线的设计

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