3100MW火力发电厂电气一次部分设计.docx
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3100MW火力发电厂电气一次部分设计
第三章火力发电厂主要设备
一、发电机
发电机是电厂主要设备之一,它同锅炉和汽轮机称为火力发电厂三大主机,目前电力系统中电能几乎都是由同步发电机发出.根据电力系统设计规程,在125MW以下发电机采用发电机中性点不接地方式,本厂选用发电机型号为QFN—100—2及参数如下:
型号含义:
22极
100-------额定容量
N氢内冷
F发电机
Q汽轮机
Pe=100MW;Ue=10.5;Ie=6475A;
cos=0.85;Xd=0.183
S30=P30/cos=Pe/cos=100000KVA/0.85=117647.059KVA
二、电力变压器选择
电力变压器是电力系统中配置电能主要设备.电力变压器利用电磁感应原理,可以把一种电压等级交流电能方便变换成同频率另一种电压等级交流电能,经输配电线路将电厂和变电所变压器连接在一起,构成电力网.
1、6kv厂用电工作变压器负荷计算及容量选择:
名称
容量〔KW〕
安装台数
工作台数
给水泵
3200
3
3
循环水泵
1250
6
3
凝结水泵
180
6
3
射水泵
100
6
3
吸风机
475
6
6
送风机
550
6
6
磨煤机
475
8
I6
排粉机
310
8
8
碎煤机
570
1
1
冲灰泵
210
2
r2
低压厂变
750
3
3
输煤艾
750
1
1
i、厂用电压等级:
火力发电厂采用3KV、6KV和10KV作为高压厂用电压.在满足技术要求前提下,优先采用较低电厂,以获得较高经济效益.
由设计规程知:
按发电机容量、电压决定高压厂用电压,发电机容量在100~300MW,厂用高压电压宜采用6KV,因此本厂高压厂用电压等级6KV.ii、厂用变压器容量确定
由设计任务书中发电机参数可知,高压厂用变压器高压绕组电压为10.5KV,
而由i知,高压厂用变压器低压绕组电压为6KV,故高压厂用变压器应选双绕组变压器.
出、厂用负荷容量计算,由设计规程知:
给水泵、循环水泵、射水泵换算系数为K=1;
其它低压动力换算系数为K=0.85;
其它高压电机换算系数为K=0.8o
厂用高压负荷按下式计算:
Sg=KEP
K——为换算系数或需要系数
EP——电动机计算容量之和
Sg=3200+1250+100+(180+4752+5502+475<2+826.667+570+210)义0.8=?
KVA
低压厂用计算负荷:
Sd=(750+750)/0.85=?
KVA
厂用变压器选择原那么:
(1)高压厂用工作变压器容量应按高压电动机计算负荷110%与低压厂用电计算负
荷之和选择,低压厂用工作变压器容量留有10%左右裕度;
(2)高压厂用备用变压器或起动变压器应与最大一台(组)高压厂用工作变压器容
量相同.
根据高压厂用双绕组变压器容量计算公式:
Sb11.1Sg+Sd=1.1义8379.333+1764.706=?
K\A
由以上计算和变压器选择规定,三台厂用变压器和一台厂用备用变压器均选
用SF7---16000/10型双绕组变压器
厂用高压变压器:
SF7---16000/10(双绕组10KV变压器)①
额定容量(KVA)
额定电压(KV)
连接组标号
损耗(KW)
空载电流%
阻抗电压%
重量
(t)
轨距
(mm)
高压
低压
空载[
16000
10±
2X
2.5%
6.3
Y,yn0
19
77
0.7
10.5
24.5
1435
注:
SF7---16000/10为三相风冷强迫循环双绕组变压器.①电气设备实用手册P181
2、电力网中性点接地方式和主变压器中性点接地方式选择:
由设计规程知,中性点不接地方式最简单,单相接地时允许带故障运行两小时,供电连续性好,接地电流仅为线路及设备电容电流,但由于过电压水平高,要求有较高绝缘水平,不宜用于110KV及以上电网,在6〜63KV电网中,那么采用中性点不接地方式,但电容电流不能超过允许值,否那么接地电弧不易自熄,易产生较高弧光间歇接地过电压,涉及整个电网;中性点经消弧线圈接地,当接地电容电流超过允许值时,可采用消弧线圈补偿电容电流,保证接地电弧瞬间熄灭,以消除弧光间歇接地过电压;中性点直接接地,直接接地方式单相短路电流很大,线路或设备须立即切除,增加了断路器负担,降低供电连续性.但由于过电压较低,绝缘水平下降,减少了设备造价,特别是在高压和超高压电网,经济效益显著.故适用于110KV及以上电网中.主变压器中性点接地方式,是由电力网中性点接地方式决定.
3、主变压器型号容量及型号选择,根据设计规程:
单元接线主变压器容量按发电机额定容量扣除本机组厂用负荷后,留有10%裕度,那么:
S30-Sb=(117647.059-10981.9723X1.1=?
KVA
由发电机参数和上述计算及变压器选择规定,主变压器选用1台220KV双绕
组变压器和两台220KV三绕组变压器.
一台220KV双绕组变压器选择用SFPZ7-120000/220,两台220KV三绕组变
压器选择用SFPS7-120000/220
型号含义:
S——三相风冷强迫油循环
F——风冷
P——无励磁调压
S——为铜导线,L为铝导线
Z有载
7——设计序号
双绕组主变压器:
SFPZ7—120000/220
额定容量
(KVA)
额定电压(KV)
连接组标号
损耗(KW)
空载电流%
阻抗电压%
重量
(t)
轨距
(mm)
高压
低压
空载
r娓
120000
220士2X
2.5%
10.5
YNd11
124
385
0.8
12
171
1435
②电气设备实用手册P233
两台三绕组主变压器SFPS7-120000/226
额定容量(KVA)
额定电压(KV)
连接组标号
损耗(KW)
空载电流%
阻抗电压%
重量
(t)
轨距
(mm)
上下
高中
中低
空载
负载
高中
高低
中低
12000
220±2
121
10.5
Yn,
144
48
0.9
14
23
17
1435
0
X
2.5%
yn0,du
0
7
1
③电气设备实用手册P233
4、由上述计算和变压器选择规定火电厂一般均设置备用电源.备用电源引接应保证其独立性,防止与厂用工作电源由一电源引接,并有足够供电容量,由此可确定:
高压厂用备用变压器选择SFL7-16000/110型号变压器
SFL7-16000/110型号主要参数如下④
额定容量(KVA)
额定电压(KV)
连接组标号
损耗(KW)
空载电流%
阻抗电压%
重量
(t)
轨距
(mm)
高压
低压
空载
16000
121±2X2.5%
6.3
Y0dn
23.5
86
0.9
7
34.2
1435
④电气设备实用手册P205
第四章火力发电厂短路电流计算
第一节110~220KV系统短路电流计算
1、短路计算意义
在供电系统中,危害最大故障就是短路.所谓短路就供电系统是一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值大电流.造成短路主要原因是电气设备载流局部绝缘损坏、误操作、雷击或过电压击穿等.由于误操作产生故障约占全部短路故障70%在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍甚至大几十倍,通可达数千安,短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大电动力,并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆.在短路点附近电压显著下降,造成这些地方供电中断或影响电机正常,发生接地短路时所出现不对称短路电流,将对通信工程线路产生干扰,并且短路点还可使整个系统运行解列.
2、短路计算目
(1)对所选电气设备进行动稳定和热稳定校验;
(2)进行变压器和线路保护整定值和灵敏度计算.
3、短路计算内容
计算发电厂相关节点三相短路电流.
4、根本假定:
(1)正常工作时,三相系统对称运行.
(2)所有电源电动势相位角相同.
(3)系统中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;定子三相绕组空间相差120°电气
角度.
(4)短路发生在短路电流为最大值瞬间.
(5)不考虑短路点电弧阻抗和变压器励磁电流.
5、短路计算方法
对应系统最大运行方式,按无限大容量系统,进行相关短路点三相短路电流计算,求得I、ish、Ish值.
I——三相短路电流;
ish——三相短路冲击电流,用来校验电器和母线动稳定.
Ish——三相短路全电流最大有效值,用来校验电器和载流导体热稳定.
Sd——三相短路容量,用来校验断路器和遮断容量和判断容量是否超过规定值,
作为选择限流电抗依据.
一、电抗图及电抗计算
由3X100MW火电厂电气主接线图和设计任务书中给出相关参数,可画出系
统电抗图如图4-1所示
选取基准容量为Sj=100MVAUj=Uav=1.05Ue
S——基准容量(MVA;
Uv——所在线路平均电压(kV).
以下均采用标幺值计算方法,省去“*〞.
1、对于QFN-100-2发电机电抗:
Si100-
X7=X8=X12=Xd'=0.183X=?
Se100/0.85
2、SFPZ7-12000/220型双绕组变压器电抗:
Xii=
Uk%
100
Sj
S
图〔4-1〕
式中Uk———变压器短路电压百分数〔%〕;
Se——最大容量绕组额定容量〔MVA;
Sj——基准容量〔MVA.
3、SFPSZ7-12000/220型三绕组变压器高压、中压、低压电抗化
1Sj
X9—X10—(Ud高中%+Ud上下%—Ud中低%)
200Se
1(14+23-7.0)200
1Si
X3=X4=(Ud高中%+Ud中低%—Ud上下%)
200Se
=?
、,、,1Sj
X6=X5=(Ud上下%+Ud中低%-Ud高中%)
=?
4、线路阻抗〔设计任务书中已给出〕:
X1=0.12X2=0.068
二、220KV母线上发生短路时〔d2点〕计算将系统电抗图简化〔如图4-2〕并计算:
X13=X11+X12=?
X14=-(X5+X7)=-(X6+X8)=
1
Xl5=X3=
2
1-(-0.008)=
22220W^
110KV系统
20
图(4—5)
1八X16=X9=?
2
X17=X1+X15=?
X18=X17+X16+X17X16
X14
X19=X16+X14+"6"4=?
X17
X20=X2//X18=.068.244=?
0.0680.244
X21=X13//X19=
02560.236=?
0.2560.236
短路点短路电流计算:
而且系统为110KV
根据任务书要求,系统是在最大运行方式下进行短路计算和220KV系统为无穷大容量系统:
因此对于无限大容量系统:
Sj
Ij=73Uj
J
〔基准电流〕
Ee=1
1〃*
I*z
卜00
X*
I*z——短路电流周期分量标幺值;
|*〃一一0秒短路电流周期分量标幺值;X*E——电源对短路点等值电抗标幺值;
I———时间为8短路电流周期分量标幺值.
11Sj
I2=Iz=I00=Ij2〔=I*zIj〕=,二=X—―=?
X20X203Uj20.0533230
对于有限电源提供短路电流按下式计算:
..Se
•Izt=I*zt,Iez=I*zt,-
-3Uav2
火电厂总容量:
Sez=3X—=?
MVA
0.85
计算电抗:
Xjs2=X21——=0.123X352.941=?
Sj100
Xjs——额定容量下计算电抗;
S*三一一各电源合并后总额定容量〔KVA〕.
Izts——t〔s〕时刻短路电流周期分量有效值〔kA〕查汽轮机运算曲线得〔0s、2s、4s时〕:
I*4s=2.30
k0s=2.35;卜2s=2.05;
以下同
Iz2s=2.05潭2.941=1.728
3230
Iz4s=2.30潭2.941=1.524
3230
短路^岩31t:
Sdts=,;3Uav2Izts
Sd0s=M>230>2.336=930.596
Sd2s=73>230>1.728=688.386
Sd4s=J3>230X1.524=608,314
短路电流为:
|2os〃=|2〃+Iz0s=4.736+2.336=KA
|22s〃=|2〃+Iz2s=4.736+1.728=KA
|24s〃=I2〃+Iz4s=4.736+1.524=KA
短路功率:
Sd2=V3Up2•|20s〃=<3>230X7.072=
ts时刻短路瞬间短路电流最大值:
Im20s"=22I2os〃=.5><7,072=
Im22s〃=42122s〃=
Im24s=22124s=
短路冲击电流:
ish=,2Ksh•|2〃
①无限大容量电源:
查电力工程电气设计手册电气一次局部P141当短路发生在高
压母线上,取Ksh=1.85由此可知ishC2=J2X1,854.736=KA
②火电厂:
取Ksh=1.90由此可知ishH2=T2X1.900s=<2X1,902.336KA
所以短路冲击电流ish2=ishC2+ishH2=
短路全电流最大有效值:
Ish=|〃•,12(Ksh1)2
IshC2=I2〃•小2(1.851)2=4.736X’120,852=
|shH2=|z0s-,12(1.901)2=2.336X'120,902=
Ish2=IshC2+IshH2=7.405+3.527=10.932KA
三、110KV母线发生短路时〔即d1点〕短路计算:
对电抗图〔4-1〕进行化简〔如图4—6〕所示并计算:
X23=X13+X16+"""
X2
X24=X23//X14=
图(4—7)
图(4—6)
图(4—8)
27
X25=X15+X24+
X26=X15+X22+
X15X24
X22
X15X22
X24
图(4—9)
0.0040.093
=-0.004+0.093+=
0.145
图(4—10)
X27=X26//Xl=
短路点短路电流计算:
而且系统为无穷
根据任务书要求,系统是在最大运行方式下进行短路计算大容量系统:
因此,对于无限大容量系统:
『舟〔基准电流〕『1
1〃*
I*z
卜00
X*
I*z——短路电流周期分量标幺值;
|*〃一一0秒短路电流周期分量标幺值;X*E——电源对短路点等值电抗标幺值;
|———时间为OO短路电流周期分量标幺值.对于无限大系统提供短路电流:
Si
11j_1100
11=|z=|oo=Ij1(=|*z|j)=/T..=X—;=
X27X27,3Uj10.064.3115
对于有限电源提供短路电流按下式计算:
Se|zt=|*zt,|ez=|*zt,—
J3Uav1
火电厂总容量为SeE=3X〃0
0.85
Se352941
计算电抗:
Xjs1=X25=0.086X
Sj100
查汽轮机运算曲线得〔0s、2s、4s时〕:
|*0s=3.50;
卜2s=2.70;
4s=2.65
|z0s=3.50
Iz2s=2.70
^352.941=
3115
J352.941_
Iz4s=2.65
3115^352.941
3115
短路容量:
Sdts=:
<3Uav1|zts
Sd0s=V3>115>5.670=
Sd2s=V3X115>4.164=
Sd4s=疵X115>3.721=
短路电流为:
|10s〃=|1〃+Iz0s=7.840+5.670=13.51KA
|12s〃=|1〃+Iz2s=7.840+4.164=12.004KA
|14s〃=|1〃+Iz4s=7.840+3.721=11.562KA
短路功率:
Sd仁加Uav1•|10s〃=6x115X3.51=2691.001
t(s)时刻短路瞬间短路电流最大值:
Im10s〃=&|1os〃=42X13.51=KA
|m12s〃=72|12s〃=<2>12.004=KA
Im14s〃=72|14s〃=J2M1.562=KA
短路冲击电流:
ish=.2Ksh•I1〃
①无限大容量电源:
查电力工程电气设计手册电气一次局部P141当短路发生在高
压母线上,取Ksh=1.85由此可知ishC1=V2X1.857.840=KA
②火电厂:
取Ksh=1.90由此可知ishH1=V2X1.90版0s=V2X1.905.670=
KA
所以短路冲击电流ish1=ishC什ishH1=20.512+15.235=KA
短路全电流最大有效值:
Ish=I〃-Vi2(Ksh1)2
IshC1=I1〃•v;12(1.851)2=4.736刈20.852=
IshH1=Iz0s,,12(1.901)2=5.670*120.902=
Ish1=IshC1+IshH1=12.259+9.178=21.437KA
四、发电机-双绕组变压器发电机出口短路时(即d3点)短路计算:
对电抗图(4-1)进行化简并计算:
X28=X1+X15=0.12+(—0.004)=0.116
X16X280.0630.116
X29=X16+X28+=0.063+0.116+=
X140.112
X16X140.0630.116
X30=X16+X14+=0.063+0.116+=
X280.112
70.2440.068
X31=X29IIX2==
0.2440.068
、/、,、,X31X110.0530.1
X32=X31+X11+=0.1+0.053+=
X300.236
X33=X11+X30+X30'1==
X31
X34=X31+X30+'31"o=
X11
图(4—13)图(4—14)图(4—15)
计算短路点短路电流
对于无限大系统提供短路电流:
S;
,11j—1100
|3=|z=|-=|j3(=|*z|j)===X-=KA
X32X32^3Uj30.175.310.5
有限电源提供短路电流按下式计算:
火电厂总容量:
Sez=3X=MVA
0.85
计算电抗:
Xjs3=X35S—=0.130X352-941=Sj100
查汽轮机运算曲线得(0s、2s、4s时):
k0s=2.35;卜2s=1.90;卜4s=2.20
352.941
Iz0s=2.35=
310.5
Iz2s=1.90X352,941=310.5
Iz4s=2.20潭空41=,310.5
短路容量:
Sdts=j3Uav3Izts
Sd0s=7aM0.545.607=829.433
Sd2s=73X10.536.874=670.610
Sd4s=J3X10.542.696=776.492
短路电流为:
I30s〃=I3〃+Iz0s=31.421+45.607=77.028KA
I32s〃=I3〃+Iz2s=31.421+36.874=68.295KA
I34s〃=I3〃+Iz4s=31.421+42.696=74.117KA
短路功率:
Sd3=V3Uav3•I30s〃=4iX10.577.028=1400.872
t(s)时刻短路瞬间短路电流最大值:
Im30s〃=V2I3os〃=V2X77.028=108.934KA
Im32s〃=42I32s〃=<2>68.295=96.584KA
Im34s〃=42I34s〃=<2X74.117=104.817KA
短路冲击电流:
ish=2Ksh•I3〃
①无限大容量电源:
查电力工程电气设计手册电气一次局部P141当短路发生在高
压母线上,取Ksh=1.85由此可知ishC3=V2X1.8531.421=82.207KA
②火电厂:
取Ksh=1.90由此可知ishH3=石M.90K.0s
=2X1.9045.607=122.546KA
所以短路冲击电流ish3=ishC3+ishH3=?
KA
短路全电流最大有效值:
Ish=I〃-y'12(Ksh1)2
|shC3=|3〃•W2(1.85I)2=31.421Ml20.852=?
|shH3=|z0s,寸12(1.90I)2=45.607¥120.902=?
Ish3=IshC3+IshH3=49.131+73.821=122.952KA
五、发电机-三绕组变压器发电机出口短路时(即d4点)短路计算:
由电抗图4-1可作化简如下图,X6=X5=0,并计算:
图(4—16)
图(4—17)图(4—18)
XiX40.120.008、
X36=Xi+X4+=0.12+(—0.008)+=?
X30.008
X37=X4+X3+XX
Xi
=—0.016+
0.00064
=?
0.12
图(4—19)
图(4-20)
vv,v,X37X70.0170.156
X38=X37+X7+=-0.017+0.154+
X9
0.125
=0.116
X39=X37+X9+.37"
X7
=-0.017+0.125+^F=0.094
X40=X8//X38=.1560.116=0.067
0.1560.116
图(4—21)
v7…0.0970.125,
X41=X39//X10=--=0.055
0.09
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- 3100 MW 火力发电厂 电气 一次 部分 设计