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论文案例分享-新疆嘉润资源控股有限公司动力站5×350MW工程
时间:2021-04-22 11:12:44

  火力发电厂在电力行业是一个重要的角色,占我国发电量70%以上,仍然是当今时代的中流砥柱,本次为嘉润集团设计5×350MW一期工程,也体现在电力在当今时代的重要性,尤其是工业领域的关键作用。

  本次任务首先是选择合适的主系统方案,主接线方案的确定,是整个方案的骨架,通过分析各种方案优缺点,考量个方案可靠与否,灵活程度如何,性价比是否足够,之后要选各个位置的变压器,随后确定厂用电的接线方案,就可以初步绘制主系统图。短路电流计算也要认真计算,可为后面内容提供数据上的参考。在选择设备时要计算最大工作电流,之后用短路电流进行校验,选择设备时不仅要考虑参数的满足,并且还要适当考虑经济性。然后对配电装置要进行设计,这是一个实际问题,要参考地理位置,环境因素。最后对发电厂进行防雷和接地设计,避免各类设备受到过电压、过电流的侵害。

  主变在发电厂中的作用就是向系统输送功率,主变的选择是该工程一个重要的任务,是工程的基础。主变的选择包含,台数、冷却方式、潮流量、相数、绕组数目、结构、联结组号、调压方式。根据原始任务书,发变之间是单元接线,而电厂厂用电率取8%则:

  S=350×(1-8%)×(1+10%)/0.85=416.7MVA

  1.1.2主变的相数

  本次设计选用三相变压器。该工程是220KV,350mw,可以选择三相的设备,单相的设备因为花钱多,损耗又特别大,占用面积多,十分昂贵,不适合本工程,并且由于配电装置复杂,不利于后期维修。

  1.1.3主变的绕组数与结构

  该工程主变由20KV直接升至220KV,没有别的回路,所以应该选择双绕组变压器。如果还有一个电压等级的话,可以考虑三绕组,但本工程不考虑。

  1.1.4主变的选择

  联结组号:由20KV接入220KV大接地系统,为了消除三次谐波的影响,选择YN,d11接线

  调压方式:选择无激磁调压。

  冷却方式:强迫油循环风冷却

  

  依据以上考量,并通过查阅各种资料,本工程要选择如下变压器。

  型号 容量 电压 联结组号 调压方式

   高压 低压

  SFPT-420000/220 420000KVA 220±2×2.5%KV 20KV YN,d11 0.85 12.14 无励磁调压

  1.2高厂变及起备变的选择

  1.2.1概述

  阅读原始资料,高厂变一次侧为20KV,二次侧是6.3KV,共5台。起备变一次侧为220KV,二次侧是6.3KV,共2台。一期工程中厂用高压只选择2台全功率的分裂绕组的变换设备,起备变应该选择一台全功率的分裂变压气。

  1.2.2容量

  厂用电容量计算公式:

  Sc=8%×0.35÷0.85=32.94MVA

  因此高厂变全功率应该是:

  Sn≥1.1Sc=1.1×32.94=36.234MVA

  起备变的全功率和厂变的全功率一样。

  1.2.3型号

  依据以上计算结果,最终选择如下型号:

  型号 额定容量(KVA) (KVA) (KW) 阻抗电压(%) 联结组号

   高 低 全 半

  SFF7-40000/20 40000 20±2×2.5% 6.3 0.23 184.3 6.76 12.71 YN,d11-d11

  SFF-40000/220 40000 220±8×1.5% 6.3 1.3 50 12.1 23 YN,d11-d11

  第2章主接线选择

  2.1主接线方案选择

  2.1.1概述

  电气主接线是本次设计的一大重点,是整个设计任务的基础骨架,重点强调可靠,重点强调灵活,重点强调经济。

  可靠性是要保证做到尽可能不停电,如果停电,尽可能减少断电的范围;灵活性是要保证调度灵活,方便检修人员操作,并且考虑到后期工程需要扩建,也要有便于扩建的特点;经济性是指花钱少,费用低,保养便宜。

  根据原始任务书的要求,本次5×350工程,一期只上马2台机组,两回出线,但是要保留扩建的余地。

  2.1.2主接线方案确定

  下面先介绍各类型方案

  1)单母接线方案:由于只有一条母线,所以接线非常简单,而且选用设备较少,但是缺点也十分明显,就是可靠性不高,当母线出问题短路的时候,所有出线都会停电,或者任一出线故障,都会影响其他的回路,效果十分不理想。适用于220KV≤2回

  2)单母线分段接线:在单目的基础上设置了分段,这样两组母线就能分列运行,如果一组出线故障,那么断开分段QF,就会把有问题的母线切除,保证另一组没问题母线正常运行。但仍有缺点,在检修母线时,不想影响该母线所联用户,但是该方案做不到,只能停电。同事出线容易交叉,也是一个缺点。适用于220KV在3到4回出线。

  3)双母方案:由两条母线构成,中间通过母联QF联接,电源、出线和两条母线都有联接,保证了负荷平均分,当一组母线准备保养的时候,或者修QS时,可以将该母线负荷全部转移到另一组母线上,这样就保证了不断电操作,除此之外运行起来也更加灵活,可以固定方式运行,也可以仅在一条母线上运行,调度灵活。扩建也更加方便,可以均匀向两边建设,解决了单母分段的交叉问题。

  缺点很明确,接线比较复杂,容易在倒闸过程中发生失误。投资比较大。

  根据原始任务书的分析,可以确定符合一期工程要求的最合适的方案是以下两种。

  1、单母分段放案

  2、双母线接线放案

  下面来比较它们。

  1)从可靠性上看,可靠性更高,保证了一条母线故障不影响另一母线,但是对比双母方案来讲,双母线可以保证任一母线故障不停电,可以满足这个任务对可靠性的严谨程度。

  2)从灵活性上看,虽然两方案都具有扩建的可能,但是在运行过程中,双母线方案灵活,可以一母停运,一母运行,也可以双母分列运行。

  3)从经济性上看,两方案使用断路器数量一样,一次投资差别不大。

  所以综合以上考量,最适合一期工程的方案用该是双母线系统。

  2.2厂用电接线方案的选择

  厂用电接线最后方案的确定,影响电厂中各种类型的辅助异步电机和全厂供电的连续性,一般要求发电安全可靠,全负荷运行,工作灵活方便。

  火电厂,而其中各类型的大型异步电机用电量又占厂用电量的70%以上。而其中个种大型异步电机用电量又占厂用电量的70%以上。

  根据原始任务书,分段设置A、B段,不设置公用段。

  2.3主接线图

  最终绘制的主接线图如下

  注:一二号机组是一期工程

  第3章短路电流计算

  3.1短路电流计算的目的及意义

  短路故障在电力系统中是一个重要严肃的问题,短路会损害整个系统安全运行,所以在运行过程中要严格限制短路电流,并且要选择合适的设备,导体和互应器,这都需要计算短路电流。计算结果不仅为设备选择提供根据,还能为接地设计,保护设计提供依据。

  3.2短路

  短路的原因有很多,风吹导线使得金属碰在一起、电气设备外绝缘不行,劣化的非常严重、遭受外界压力比如地震、或者雷电击中导线、不按照操作步骤规范操作导致短路等等。

  短路的后果十分严重,会在短时间内发热过度,如果故障没有及时排除,那么电气设备将会受到不可逆伤害。强大的电动力会拉扯导线,造成更大事故。使得母线电压下降,用户收到影响,故障线路停电,造成供电事故。

  基本假设:系统三相完全对称,Eφ相同,E也相同,系统中磁炉不饱和,电抗为定值,高压忽略R/C,短路点之间无过渡电阻。

  3.3短路电流计算

  3.3.1选短路点

  选取如图所示,220高压汇流的K1点,发电机紧连的K2点,以及6KV厂用电的K3点为短路点,等值电路如图所示。

  设

  3.3.2220KV母线短路计算

  1)K1点短路时等值电路图为

  =(0.029+0.073)/2

  =0.051

  计算电抗:

  =0.051×(2×350/0.85)/100=0.42

  查运算曲线表得到

   0s 2s 4s

  0.42 2.351 2.052 2.151

  计算得各时间短路电流为

  220KV母线K1短路初始电流

  (KA)

  稳态电流

  (KA)

  冲击电流

  =13.688(KA)

  2)K4点短路时的等值电路

  =(0.029+0.073)/3=0.034

  计算电抗

  =0.034×3×(350/0.85)/100=0.42

  查运算曲线表得到

   0s 2s 4s

  0.42 2.351 2.052 2.151

  220KV母线K4短路初始电流

  (KA)

  稳态电流

  (KA)

  冲击电流

  (KA)

  3.3.3发电机出口短路

  1)K2点三相短路:等值电路图如下

  计算电抗

  差运算曲线得

   0s 2s 4s

  0.54 1.913 1.785 1.953

  0.30 3.603 2.360 2.347

  K2三相短路初始电流

  稳态电流

  冲击电流

  2)K5点三相短路等值电路如下:

  计算电抗

   0s 2s 4s

  0.34 3.159 2.252 2.238

  0.30 3.603 2.360 2.347

  K5三相短路初始电流

  稳态电流

  冲击电流

  3.3.46KV厂用母线短路

  1)K3三相短路等值电路图

  变换过程:令

  计算得到

  计算电抗

  由于

  查运算曲线

   0s 2s 4s

  2.340 0.435 0.438 0.438

  计算各时间短路电流

  K3点三相短路初始电流

  稳态电流

  冲击电流

  2)K6点三相短路等值电路如下

  变换过程:令

  计算得:

  计算电抗

  差运算曲线

   0s 2s 4s

  3.072 0.327 0.327 0.327

  2.804 0.363 0.364 0.364

  K6点三相短路初始电流

  稳态电流

  冲击电流

  3.3.5计算结果

  两台机组运行:

  短路点 I’’(KA) I∞(KA) Ish(KA)

  220KV母线K1点 5.232 4.447 13.688

  发电及出口K2点 54.688 42.594 143.080

  6KV厂用电母线K3点 25.396 25.509 66.443

  

  三台机组运行:

  短路点 I’’(KA) I∞(KA) Ish(KA)

  220KV母线K1点 7.848 6.670 20.533

  发电及出口K2点 66.981 45.41 175.242

  6KV厂用电母线K3点 26.037 26.075 68.120

  第4章电气设备选择

  主要一次设备的选择是本工程的重点,要保证无论是在运行良好的时候或者故障时,所选设备都不会被损坏,并要安全可靠的运行,发挥他们在电厂中应承担的职责。在选择设备的时候,不光要考虑满足要求,经济性也要合理考量。

  一般要求:

  1)满足日常要求,并具备承担过电压,大电流的能力

  2)适应工程本地的地理环境。

  3)设备要足够新,跟得上技术潮流,并要具备经济性

  4)要留有发展的余地

  4.1最高工作电流的计算

  220KV母线处最大工作电流

  220KV引线最大工作电流

  发电出口的工作最高电流:

  4.2断路器的选择

  4.2.1断路器的功能

  断路器是电厂不可缺少的开关电器,当线路负荷超出承受范围的时候,就有可能烧断线路引发事故,断路器的作用就是在过载的时候切断线路,保证系统的安全。而且还能切换运行方式,为线路检修提供帮助。并且还可以分配电能。

  4.2.2断路器的种类

  断路器按照灭弧的方法分为:多油断路器,少油断路器,,真空断路器

  查阅手册,根据原始任务书要求,选择LW6-220

  型号 额定工作电压(KV)

   额定电流(A) 额定开端电路(KA) 额定闭合电流(KA) 4s热稳定电路(KA) 额定动稳定电流(KA) 固有分闸时间(S)

  LW6-220 220 3150 50 100 50(3s) 125 0.036

  下面进行校验:

  额定开断:

  额定关合:

  热效应时间

  热效应:

  热稳定校验:

  动稳定校验:,满足

  4.3隔离开关设计

  4.3.1隔离开关的作用

  1)检修的时候,可以隔离电压,保证检修人员的安全

  2)参与倒闸操作,变换系统运行方式

  3)对于电流不是很大的地方,可以直接当做开关电器,分开或者闭合小电流的情况。

  4.3.2选择

  1)母线侧隔离开关

  型号 额定电压(KV) 额定电流(A) 动稳定电流峰值(KA) 热稳定电流有效值

  GW10-220W 220 1600 100 40KA(3s)

  GW10-220DW 220 1600 100 40KA(3s)

  动稳校验:

  热稳校验:

  2)线路侧隔离开关

  型号 额定电压(KV) 额定电流(A) 动稳定电流峰值(KA) 热稳定电流有效值

  GW11-220-2DW 220 1600 100 40KA(3s)

  为双接地QS

  动稳校验:

  热稳校验:

  4.4CT的选择

  为了满足测量和保护的要求,系统中要选择CT及时发现故障,在选择CT的时候,要根据安装地点,方式,选出最合适的设备。同时也要满足所要求的准确级。

  依据以上计算和查阅资料,220KV额定一次电流大于1134.63KA,选择如下CT:

  型号 绝缘介质 结构型式 外绝缘材质 额定 额定

  2TA-FV-1P SF6气体 倒立式 瓷套式 1A 2×800A

  额定电流比 3s热稳定电流 额定动稳定电流 测量级 P级保护 TP级保护

  2×800/1A 50KA 100KA 20 20 15

  准确级选择0.5级

  动稳校验:Imax=125KA>ish=13.688KA,合格

  热稳校验:,合格

  4.5PT的设计

  45.1PT配置的原则

  母线:工作和备用的母线都应该装设一组PT

  发电机:应装设2~3组PT,一组负责自动激磁调节。另一组负责测量

  变压器:装设在低压侧以满足继电保护的有关操作

  4.5.2选择

  110KV以上要采用电容式PT。二次侧的U等级,单个单项PT二次为100V,接相间的PT二次侧是100/V。根据资料,选择如下PT

  型号 额定电压比 额定准确级组合 型式 安装地点

  2CVT-T-5P KV 0.5/3P 电容式 出线

  2CVT-T-5P KV O.2/0.5/O.5/0.5/3P 电容式 母线

  2CVT-T-5P KV O.2/0.5/O.5/3P 电容式 发电机

  4.6导线的选择

  4.6.1汇流母线的选择

  220kV等级要选择铝锰合金管型导体。

  导体尺寸

   导体截面

   导体最高允许温度为下值时的载流量(A) 截面系数

  W

   惯性半径

   惯性矩

  J

   质量

   70℃ 80℃

  110/100 1649 2569 2217 41.4 3.72 228 4.5

  1)温度修正系数:

  2)热稳定的校验

  ,满足要求。

  2)挠度计算

  条件:,,按照9级地震。

  则合成挠度是,合格

  4.6.2封闭母线选择

  发变之间采取封闭汇流导线,根据手册,要采用离相式的封闭,每一相都有单独的金具套筒,把线路封闭起来,然后再将他们的外壳短接,并通入大地。采用这种做法有以下几个好点

  1)很少出现短接故障,避免事故

  2)减少钢具发热量

  3)削弱电动力

  4)与外界隔离,避免风吹雨雪霜。

  5)削弱电场

  针对本工程,选型如下:

  绝缘水平(kV)

  额定电压(A) 外形尺寸(mm)

  

  24 14000 1050 1400 ≈780

  第5章配电装置设计

  5.1配电装置设计步骤

  配电装置是发电厂必不可少的的组成单元,在正常运行的时候他的任务之一就是接受电能,还有一个任务就是分配电能,在发生故障时可以切掉出线问题的部分,在选择的时候要考量,电压级别,地理条件设备种型,选择适当的组合方式,由母线、开关柜等、测表装置,机电保护装置和其他重要组成部分构成。设计步骤如下

  1)分析的型式,参考电压等级,出线回数,地理条件。

  2)拟定配电装置图

  3)绘制平面图和断面图

  5.2设计内容

  配电装置分为:屋内和屋外,又分为:成套式和组合式

  分析原始任务书,

  本工程高压是220KV,采用敞开式电气设备,

  低压6KV采用成套装置,6KV开关柜选真空QF并添加开关柜。

  配电装置必须确保操作人员的生命安全,工作可靠,方便相关人员操作,检修,保养,在此基础上还要尽量追求经济性,节约成本,最后要留有扩建的资本。

  在装设的时候,一定注意要满足安全警局的要求,除此之外,还要考量噪声,和电晕的影响,尽量屏蔽周围的电磁场。

  所有配电装置最后绘制出平面图、断面图,作为施工参考。

  第6章防雷接地设计

  6.1避雷器

  如果说断路器是串联在线路中的过电流保护装置,那么避雷器就是并联在系统中的过电压保护设备,避雷器可以保护设备免受突然的高压伤害,在发电厂的保护中发挥极其特别重要的作用,对入侵波有很好的的防护作用。

  避雷器的选择要根据在系统中的位置选择特定的种类,需要考虑的参数分别是额定电压、残压、灭弧电压以及50HZ频率下的放电电压。

  选型:

  1)发电机端

  持续运行

  额定

  这里应该选择HY5W-25/56.2型号的避雷器

  2)中性点

  所以选择HY1.5W-144/320W型号的避雷器

  3)引接线

  所以选择Y10W5-204/532W的避雷器

  6.2接地网

  6.2.1概述

  把电气设备的接地点和大地相连就叫接地,依靠金属和引线将电流导到大地里面,能够非常有效果的降低电阻,以防止可能的过电流伤害系统,在发电厂中,接地是非常重要的一环。

  按种类有一个工作接地,是第一类,有一类是防雷接地,是第二类,有一类是保护接地,是第三类。

  第一类主要是为了平衡系统对地电位。这样就降低了系统的整体绝缘要求。

  第二类是为了防止雷电流伤害电厂,常见的装置有避雷针,能后有效将雷电流引接进大地,防止雷电直接击中电厂,造成不可挽救的损失。

  第三类是为了保证操作人员的毛发无损,在进行检修,维护的时候,必须接地,形成0电位,否则会对操作人员产生安全威胁。

  6.2.2设计

  首先要在电厂下面建设接地网,接地网是由圆钢插入地面焊接而成的装置,一般做成蜂窝状,这样不仅可以保证良好的导流能力,而且还减小了跨步电压,保证电厂设备以及人员的安全,接地网要埋到地下60分米之下,保护的范围要与电厂一般大,各别地方的设计要根据情况调节,接地体之间距离在三到十米之内。