发电厂220Kv变电站课程设计

1、设计内容：（原始资料16）

（1）待设计的变电站为一发电厂升压站

（2）计划安装两台200MW汽轮发电机机组       

发电机型号：QFSN-200-2    Ue=15750V

            =0.85   Xg=14.13%

Pe=200MW

（3）220KV，出线五回，预留备用空间间隔，每条线路最大输送容量200MVA，Tmax=200MW

（4）当地最高温度41.7℃，最热月平均最高温度32.5℃，最低温度-18.6℃，最热月地面下0.8米处土壤平均温度25.3℃。

（5）厂用电率为8%，厂用电电压为6KV，发电机出口电压为15.75KV。

（6）本变电站地处8度地震区。

（7）在系统最大运行方式下，系统阻抗值为0.054。

（8）设计电厂为一中型电厂，其容量为2×200 MW=400 MW，最大机组容量200 MW，向系统送电。

（9）变电站220KV与系统有5回馈线，呈强联系方式。

2、设计目的

发电厂电气部分课程设计是在学习电力系统基础课程后的一次综合性训练，通过课程设计的实践达到：

  （1）巩固“发电厂电气部分”、“电力系统分析”等课程的理论知识。

  （2）熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。

  （3）掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。

  （4）学习工程设计说明书的撰写。

  （5）培养学生分析问题、解决问题的工作能力和实际工程设计的基本技能。

3、任务要求

（1）分析原始资料

（2）设计主接线

（3）计算短路电流

（4）电气设备选择

4、设计原则、依据

原则：

电气主接线的设计是发电厂或变电站设计的主体。电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、、技术规定和标准为准绳，结合工程实际情况，以保证供电可靠、调度灵活，在满足各项技术要求的前提下，兼顾运行方便、尽可能节省投资、就地取材，力争设备原件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、适用、先进、经济、美观的原则。

依据：

(1) 发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用

(2) 发电厂、变电所的分期和最终建设规模

(3) 负荷大小和重要性

(4) 系统备用容量大小

(5) 设计题目的原始资料

5、设计基本要求

设计要满足可靠性、灵活性、经济性的要求

二 、 原始资料分析

   设计的变电站为一发电厂升压站，其容量为2×200=400（MW）。因为发电机组的总装机容量为400MW，所以此发电厂为大中容量发电厂。该厂为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而发电厂升压站务必考虑其可靠性。

   200ＭＷ的发电机出口电压为15.75Kv，既无直接负荷，又无特殊要求，拟采用单元接线，可节省价格昂贵的发电机出口断路器，又利于配电装置的布置；220Kv出线五回，呈强联系方式，可见该厂220Kv级的接线对可靠性要求应当很高。

三 、 主接线方案确定

1  主接线方案拟定：

根据对原始资料的分析，现将可能采用的较佳方案列出，进而一优化组合方式，组成最佳可比方案。

各种基本接线的的特点和使用范围级各自的优缺点

a）单母线接线特点是整个配电装置只有一组母线，所有电源和出线都在同一组母线上。有简单、清晰、设备少、投资少、运行操作且有利于扩建等优点，但可靠性及灵活性较差。适用于出线较少的配电装置。

b）双母线带旁路接线：双母线接线可以用母联断路器临时代替出现断路器工作，但出线数目较多时，母联断路器经常被占用，降低了工作的可靠性和灵活性，为此可以设置旁路母线。

220Kv电压级：出线回路大于4回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路接线或双母线带旁路接线，以保证其供电的可靠性和灵活性。其进线仅是2台200MW的机组按发电机-变压器单元接线形式接至母线上。

方案I（图a）为旁路断路器兼做分段断路器的接线；

图a

方案II（图b）为旁路断路器兼做分段断路器的接线；

 图b

2 方案的比较与最终确定：

在技术（可靠性和灵活性）上方案II明显占优势，这主要是由于双母带旁路接线方式的高可靠性指标，但在经济上不如方案I.鉴于大中型发电厂机组应以可靠性和灵活性为主，所以，综合分析，决定选图b所示的方案II为设计最终方案。

四、 厂用电（所用电）的设计：

a) 厂用工作电源引接：

一次侧接在发电机出口侧上，二次侧输出为6kV电压供厂用电负荷使用。

b）厂用主变压器的选择：

 1）变压器、副边额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应。

   2）连接组别的选择，宜使用同一电压级的厂用工作、备用变压器输出电压的相位一致。

   3）变压器的容量必须保证常用机械及设备能从电源获得足够的功率。

确定厂用变压器的容量。

c）确定厂用主变压器的容量

按厂用电率确定厂用电主变压器的容量

厂用电率确定为Kp=8%，SNG===18.824 MVA

所用电的变压器选型号为SFF-31500/35.5，

a）主变压器的高压侧与220kV母线相连。

b）容量单元接线中的主变压器SN应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。

                        SN=

PNG-----发电机容量；PNG =200MW’

SN ------通过主变压器的容量。

--------厂用电率；= 8%。  

----- -发电机的额定功率；=0.85.

           SN===238.12MVA

又发电机的参数和上述计算及变压器的选择规定，主变压器选用2台220kV双绕组的变压器。

型号含义：S-----三相

          SP----强迫油循环水冷

          L-----铝芯

由文献【2】可知

           双绕组主变压器：SSPL1-260000/220

a） 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的电流计算，求得I″、ish 、Ish 值。

I″–-------三相短路电流；

ish-------三相短路冲击电流，用来校验电气的动稳定。

Ish-----三相短路全电流最大值，用来校验电器和载流导体的热稳定。

注：SB---------容量（MW）SB =100ＭＶＡ

UB-----基准电压　UB＝Ｕａｖ＝1.05Ue

1 等值阻抗图：

220kV母线上发生短路                  简化图

发电机-双绕组变压器发                        简化图

电机出口短路（d2）

b）短路电流计算表：

15.75~220kV系统短路电流计算

短路点

发电机的最大工作电流 Imax=1.05=1.05=9056A

   220kV侧母线上的最大工作电流为

Ig.max220=1.05=1.05=2756A

过断路器的最大工作电流为Imax=9056/（220/15.75）=679.2A

220kV侧设备明细表

   本次课程设计主要是对15.75/220kV发电厂升压站电气部分的一次设备进行设计。主要包括电气主接线的设计、所用电设计、主变压器的选择、短路电流计算和电气设备的选择。

总之，此次课程设计，使我能把在课堂上学习的理论知识应用到实践中，更好的发现了自己在学习中的不足之处。在设计中，通过查阅资料，咨询老师，解决了在设计中所遇到的一些问题。通过此次课程设计，我受益匪浅，学到了很多东西。

附录A  主接线图另附图

附录B  短路电流的计算

 短路电流计算实际手算采用近似计算，即忽略综合负荷，且认为短路前电源电动势及至网络各点电压均为1，

a） 电抗的计算

选取的基准容量SB=100MW   UB-----基准电压　UB＝Ｕａｖ＝1.05UN

以下各式中 Uk%--------变压器短路电压的百分数（%）

           SN-----------------最大容量绕组的额定容量（MVA）

均采用标幺值计算   

发电机：X1=X2=Xg=0.1413=0.06

变压器X3= X4 =UB（%） =0.14 =0.054

厂用变压器  X5=X6=UB（%） =0.18=0.571

b）短路计算：

1）220kV母线上发生短路(d1点)的计算：

220kV母线上发生短路                               简化图

（最终简化图）

X8=X9=（X1+X3）=（0.06+0.054）=0.114

X10= X8=0.114=0.057

X11=（X10//X7）==0.028

If ===35.71

  有名值的表示：

  If =35.71= 8.96kA

短路冲击电流ish=ksh If=1.98.96=24.09kA

短路电流最大有效值 IM= If==14.5kA

2）发电机-双绕组变压器发电机出口短路（d2）的计算：

发电机：X1=X2=Xg=0.1413=0.06

变压器X3= X4 =UB =0.14 =0.054

X8=（X1+X3）=（0.06+0.054）=0.057

X12=（X8//X5）==0.028

X12= X11+X2=0.028+0.054=0.082

X13=（X12//X1）==0.035

If===28.57

有名值表示: If=28.57=99.97kA

ish=ksh If=1.999.97=268.62kA

IM= If= 99.97=161.82kA

附录C：电气校验：

a）15.75kV侧的隔离开关的校验

（a）额定电压为15.75KV  UNUNs      满足电压选择条件

（b）过隔离开关的最大持续工作电流 

Imax=1.05=1.05=9056A

  10000A>9056A    满足电流选择条件

b）220kV侧的高压断路器的校验

（1）断路器地点的工作电压为220kV，断路器的额定电压为220kV，

即UNUNs      满足电压选择条件

（2）过断路器的最大持续工作电流IMAX=679.2A，

实际环境温度为＋41.7℃， Ie=3150A   修正后：3150x(1-3.6%)=3036.6 A

3036.6A>67902A，符合条件。

 （3）断流能力校验

INbr=50KA> I"=8.96kA 符合条件。

 （4）短路关合电流校验:

      iNc1=125 KA>ish=24.09kA  符合条件。

  （5）动稳定校验：ies=125KA> ish=24.09kA符合条件

  （6）热稳定校验：取=  =

Qk==160.56[(kA)2.s]

因为tk>1s，故不计非周期分量热效应

         It2 t=10000[(kA)2.s]> Qk=160.56[(kA)2.s]  符合条件

c）220kV侧的隔离开关的校验

（1）额定电压为220KV  UNUNs      满足电压选择条件

（2）过隔离开关的最大持续工作电流IMAX=679.2A，

      实际环境温度为＋41.7℃， Ie=1000A

修正后：1000x(1-3.6%)=9 A>679.2A  满足电流选择条件

（3）动稳定校验:

     ies=80KA>ish=24.09kA 符合条件

（4）热稳定校验（短路切除电流时间tk=2s）

It2 t=23.72x4=2246.76 [(kA)2.s] > Qk=160.56[(kA)2.s]  符合条件

故220KV系统可选用GW4-220W/1000-80型隔离开关。