發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)---大型火電廠電氣設(shè)計(jì)

1、<p>　　《發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)》說明書</p><p>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(3#)</p><p><b>　　大型火電廠電氣設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　一、原始資料</b></p><p>　　發(fā)電廠情況：凝汽式大型火電廠。汽輪發(fā)電機(jī)組600MW×2臺(tái)，機(jī)端

2、電壓20kV，300MW×2臺(tái)，機(jī)端電壓10.5kV，功率因數(shù)cosφ＝0.85，廠用電率5%，年運(yùn)行時(shí)間T＝8000h，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax＝6000h。故障計(jì)算時(shí)間Tk=0.6s。</p><p>　　電力系統(tǒng)情況：通過2回500kV架空線與15000MVA的系統(tǒng)1交換功率800MW~900MW，cosφ＝0.9，Tmax＝5500h，系統(tǒng)在500kV母線處的等值短路阻抗為2.0(基值為15

3、000MVA)；通過4回220kV架空線與8000MVA的系統(tǒng)2交換功率400MW~500MW，cosφ＝0.9，Tmax＝5500h，系統(tǒng)在220kV母線處的等值短路阻抗為2.5(基值為8000MVA)。剩余功率通過4條110kV線路供給負(fù)荷，cosφ＝0.9。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1.電氣主接線及廠用高壓接線設(shè)計(jì)；

4、</p><p><b>　　2.短路電流計(jì)算；</b></p><p>　　3.主要電氣設(shè)備選擇；</p><p><b>　　4.繪制主接線圖。</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)今，電能已應(yīng)用到人民生產(chǎn)

5、生活中的各個(gè)領(lǐng)域，成為了國(guó)家建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生產(chǎn)生活不可或缺的主要能源之一。電能生產(chǎn)與消費(fèi)主要由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成。在我國(guó)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，火電設(shè)備容量占總裝機(jī)容量的75%左右，尤其在“十二五”規(guī)劃出臺(tái)后，大型火電廠興建與投入運(yùn)行、關(guān)停整并中小火電廠已成為火電發(fā)展的總體趨勢(shì)。</p><p>　　電氣主接線是發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對(duì)電力系統(tǒng)整體

6、及發(fā)電廠本身的運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性，電氣設(shè)備選擇、廠用電的設(shè)計(jì)、配電裝置選擇及繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大的影響。本文對(duì)裝設(shè)有2臺(tái)600MW和2臺(tái)300MW的凝汽式發(fā)電機(jī)組的大型火電廠的一次部分進(jìn)行初步設(shè)計(jì)探討，包括電氣主接線的形式的比較、選擇；主變壓器及聯(lián)絡(luò)變壓器容量計(jì)算、臺(tái)數(shù)和型號(hào)的選擇；短路電流計(jì)算和高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)等，使該大型火電廠的一次部分具有可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，并且能夠滿足工程建設(shè)規(guī)模要求，且能夠

7、適應(yīng)未來5~10年電力系統(tǒng)的發(fā)展要求及趨勢(shì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：火電廠；主接線；主體設(shè)備</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　能源(energy source)是人類賴以生存的基礎(chǔ)，而對(duì)于電能(electrical energy)的開發(fā)和應(yīng)用，則是人類征服自然過程中取得的具有劃時(shí)代意義的光輝成就。當(dāng)今

8、，電能已成為現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)研究以及人民生活等各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用且不可或缺的重要能源。電能之所以獲得廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗哂幸子谏a(chǎn)、便于傳輸、使用方便、利用率高和污染低的特點(diǎn)。</p><p>　　火力發(fā)電廠(簡(jiǎn)稱火電廠, thermal power plant)，即通過將煤、石油或天然氣等燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(alternator)發(fā)電的電廠，是我國(guó)目前的主力發(fā)電廠，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到

9、至關(guān)重要的作用(李林川等, 2011)。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，2013年1~5月，中國(guó)累計(jì)火力發(fā)電量總計(jì)達(dá)kW·h，僅5月當(dāng)月，我國(guó)火力發(fā)電量為kW·h。</p><p>　　在各類發(fā)電廠中，火電廠布局靈活，裝機(jī)容量的大小可按需要決定，一次性建造投資少，單位容量的投資僅為同容量水電廠的一半左右，建造工期短，發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí)數(shù)較高。為響應(yīng)“十二五”規(guī)劃及中共十八大建設(shè)生態(tài)文明的號(hào)召，我國(guó)正在積極貫徹

10、火電廠“上大壓小”的政策，著力建設(shè)大型火電廠，關(guān)停、整并中小火電廠。因此，本文將就大型火電廠的設(shè)計(jì)進(jìn)行電氣部分初步設(shè)計(jì)方案的探討。</p><p>　　第一章 電氣主接線的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1 電氣主接線概述</p><p>　　電氣主接線(main electrical connection scheme)是由高壓電氣設(shè)備通過連接線按功能要求組

11、成的接受和分配電能的電路，又稱一次接線或電氣主系統(tǒng)，是發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)(electric power system)的重要環(huán)節(jié)。電氣主接線代表了發(fā)電廠電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。因此，電氣主接線的設(shè)計(jì)需要滿足以下幾個(gè)方面的技術(shù)指標(biāo)要求：</p><p>　　(1)可靠性(reliability)。安全可靠是電力生產(chǎn)和供應(yīng)的首要任務(wù)，保證系統(tǒng)供電可靠是電氣主接線的

12、基本要求。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，對(duì)不同地位、不同類型發(fā)電廠電氣主接線的可靠性要求是不同的。因此，在分析電氣主接線可靠性時(shí)，要考慮發(fā)電廠在系統(tǒng)中的地位和作用，供電用戶的負(fù)荷性質(zhì)和類別、設(shè)備制造水平及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等諸多因素。</p><p>　　(2)靈活性(flexibility)。電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式。一般而言，電氣主接線的靈活性與可靠性相輔相成，對(duì)電氣主接線設(shè)計(jì)的靈活性具有操作方便、

13、調(diào)度靈活、便于擴(kuò)建等要求。</p><p>　　(3)經(jīng)濟(jì)性(economic efficiency)。電氣主接線的設(shè)計(jì)在滿足可靠性、靈活性要求的前提下要做到經(jīng)濟(jì)合理，一般要考慮投資、占地面積、電能損失等方面。(李林川等, 2011)</p><p>　　1.1.1 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則</p><p>　　電氣主接線設(shè)計(jì)遵循的總原則：①符合設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求；②符

14、合有關(guān)方針、政策和技術(shù)規(guī)范、規(guī)程；③結(jié)合具體工程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的電氣主接線。一般應(yīng)考慮下列情況：</p><p>　　(1)明確發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和作用；</p><p>　　(2)確定主體設(shè)備的運(yùn)行方式；</p><p>　　(3)確定電壓等級(jí)及接入系統(tǒng)方式；</p><p>　　(4)考慮發(fā)電廠的最終規(guī)模(一般以5~10年的

15、電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計(jì))。(李林川等, 2011)</p><p>　　1.1.2 電氣主接線的設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　電氣主接線的設(shè)計(jì)，一般可以分為如下步驟：</p><p>　　(1)擬定可行的主接線方案，初選幾個(gè)技術(shù)上較好的方案；</p><p>　　(2)對(duì)初選方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計(jì)算，選擇出經(jīng)濟(jì)上的最佳方案；</p>

16、<p>　　(3)對(duì)所選方案進(jìn)行全面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，確定最優(yōu)主接線方案；</p><p>　　(4)電氣主接線可靠性計(jì)算；</p><p>　　(5)繪制電氣主接線圖。(黃純?nèi)A, 1987)</p><p>　　1.2 各電壓等級(jí)系統(tǒng)主接線方案的草擬</p><p>　　1.2.1 原始資料分析</p><

17、;p>　　按照《課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(3#)》的要求，本方案所需設(shè)計(jì)的發(fā)電廠為大型凝汽式火電廠，主機(jī)采用4臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)(Condensing Steam Turbine)，設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量(design total installed capacity)為MW，最大單機(jī)容量(maximum single-machine capacity)為600MW，具有大型容量的規(guī)模、大型機(jī)的特點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算，該電廠全部機(jī)組投入運(yùn)行后，約占電力系統(tǒng)總?cè)萘?/p>

18、的7.83%。因此該廠在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位至關(guān)重要。</p><p>　　該火電廠年運(yùn)行時(shí)間(annual run time)T=8000h，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax=6000h，在電力系統(tǒng)中將主要承擔(dān)基荷(base load unit)，因此，該廠電氣主接線設(shè)計(jì)要求有較高的可靠性。從負(fù)荷特點(diǎn)及電壓等級(jí)(voltage class)可知，該廠具有500kV和220kV兩級(jí)電壓負(fù)荷以及110kV剩余功率

19、系統(tǒng)。500kV具有2回架空線路(aerial conductor)，最大的輸送功率為900MW，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax=5500h，說明對(duì)其可靠性要求較高。220kV電壓等級(jí)有4回架空線路，最大輸送功率為500MW，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax=5500h，對(duì)其可靠性亦有一定的要求。</p><p>　　因此，本方案的設(shè)計(jì)應(yīng)首要考慮滿足可靠性要求。在滿足可靠性要求的前提下，也應(yīng)具有一定的經(jīng)濟(jì)性。另外，在設(shè)

20、計(jì)時(shí)，我們需要同時(shí)考慮該電廠遠(yuǎn)景(一般為5~10年)的發(fā)展規(guī)劃，電氣主接線設(shè)計(jì)應(yīng)考慮方便擴(kuò)建。</p><p>　　1.2.2 方案草擬</p><p><b>　　1.方案一</b></p><p>　　如圖1-2-1所示，在方案一中，500kV系統(tǒng)采用一臺(tái)半斷路器(breaker)接線，220kV系統(tǒng)采用雙母線(bus)分段方式接線，廠用

21、電接線從發(fā)電機(jī)升壓變壓器(transformer)的低壓側(cè)引出。</p><p><b>　　2.方案二</b></p><p>　　如圖1-2-2所示，在方案二中，500kV系統(tǒng)采用一臺(tái)半斷路器接線方式以保證其擁有很高的可靠性，220kV系統(tǒng)采用雙母線(double bus)帶旁路(by pass)接線方式，使得220kV母線在檢修過程中能保證正常供電，可靠性較高。

22、110kV系統(tǒng)采用雙母線接線方式，調(diào)度靈活，供電可靠。</p><p><b>　　3.方案三</b></p><p>　　如圖1-2-3所示，在方案三中，500kV系統(tǒng)采用一臺(tái)半斷路器接線，220kV系統(tǒng)采用雙母線接線方式，110kV系統(tǒng)采用單母線分段接線。</p><p><b>　　4.方案四</b></p&g

23、t;<p>　　如圖1-2-4所示，在方案四中，500kV系統(tǒng)采用一臺(tái)半斷路器接線，220kV系統(tǒng)采用雙母線分段帶旁路方式接線，110kV系統(tǒng)采用雙母線接線方式。</p><p>　　1.3 對(duì)草擬方案的比較和初選</p><p>　　在上述四個(gè)方案中，500kV系統(tǒng)均采用一臺(tái)半斷路器接線方式，每條回路共用3臺(tái)斷路器，即每條回路一臺(tái)半斷路器，每串的中間一臺(tái)斷路器為聯(lián)絡(luò)斷路器

24、。正常運(yùn)行時(shí)，兩組母線和全部斷路器都投入工作，形成多環(huán)狀供電，因此有很高的可靠性和靈活性。其優(yōu)點(diǎn)在于任一母線故障或檢修(所有接于該母線上的斷路器斷開)，均不致停電；當(dāng)同名元件接于不同串，及同一串中有一回出線、一回電源時(shí)，在兩組母線同時(shí)故障或一組檢修兩外一組故障的極端情況下，功率仍能經(jīng)聯(lián)絡(luò)斷路器繼續(xù)輸送；除了聯(lián)絡(luò)斷路器內(nèi)部故障時(shí)(同串中的兩側(cè)斷路器將自動(dòng)跳閘)，與其相連的兩回路短時(shí)停電外，聯(lián)絡(luò)斷路器外部故障或其他任何斷路器故障最多停一個(gè)回

25、路；任一斷路器檢修都不致停電，而且可同時(shí)檢修多臺(tái)斷路器；運(yùn)行調(diào)度靈活，操作、檢修方便，隔離開關(guān)(disconnecting switch)僅作為檢修時(shí)隔離電器。其缺點(diǎn)是這種接線要求電源和出線數(shù)目最好相同；為提高可靠性，要求同名回路接在不同串上，對(duì)特別重要的同名回路，要考慮“交替布置”，即同名回路分別接于不同母線，以提高運(yùn)行的可靠性。而由于配電裝置的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，要求每對(duì)回路中的變壓器和出線向不同方向引出，這將增加配電裝</p>

26、<p>　　1.3.1 方案一的特點(diǎn)</p><p>　　在方案一中，如圖1-2-1所示，220kV系統(tǒng)采用雙母線分段接線方式。雙母三分段接線方式將一般雙母線中的一組母線分為兩段，不僅具有雙母線接線的優(yōu)點(diǎn)，任何時(shí)候都有備用母線(auxiliary bus-bar)?？紤]以下兩種運(yùn)行方式：</p><p>　　1.上面的母線作為備用，下面的兩段分別經(jīng)一臺(tái)母聯(lián)斷路器(bus t

27、ie switch)與備用母線相連。正常運(yùn)行時(shí)，電源、線路分別接于兩個(gè)分段上，分段斷路器(section switch)合上，兩臺(tái)母聯(lián)斷路器均斷開，相當(dāng)于分段單母線運(yùn)行。這種方式又稱為工作母線分段的雙母線接線，具有分段單母線和一般雙母線的特點(diǎn)，而且有更高的可靠性和靈活性。</p><p>　　2.母聯(lián)斷路器和分段斷路器均合上，這種方式在一段母線故障時(shí)，分段斷路器跳開，同時(shí)該段母線的出線停電，隨后切換到備用母線上即

28、可恢復(fù)。這樣只是部分的短時(shí)停電。但是這種接線方式增加了母聯(lián)斷路器和分段斷路器數(shù)量，使投資加大。</p><p>　　廠用電接線從發(fā)電機(jī)升壓變壓器的低壓側(cè)引出。廠用分支通常與發(fā)電機(jī)出口回路一并采用分相封閉母線，因?yàn)楣收下屎苄。刹谎b斷路器和隔離開關(guān)，節(jié)省了投資。但是發(fā)生故障時(shí)或檢修會(huì)使得操作十分困難甚至停運(yùn)機(jī)組。如果在每個(gè)發(fā)電機(jī)側(cè)與廠用電變壓器高壓側(cè)之間加入斷路器和隔離開關(guān)，與將母線作為廠用電源相比斷路器數(shù)量反而增

29、加，投資反而會(huì)加大。</p><p>　　1.3.2 方案二的特點(diǎn)</p><p>　　在方案二中，如圖1-2-2所示，220kV系統(tǒng)采用雙母線帶旁路接線方式，使得220kV系統(tǒng)在檢修過程中能保證正常供電，可靠性較高。</p><p>　　110kV系統(tǒng)采用雙母線接線方式，調(diào)度靈活，供電可靠，通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一

30、組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電。</p><p>　　綜上，該方案的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)功率分配均衡，220kV、500kV及110kV系統(tǒng)在正常工作時(shí)各母線上的功率平衡，母線間的穿越功率(penetrating power)少，減少了功率損耗，降低了風(fēng)險(xiǎn)。</p><p>　　但是，在該方案的設(shè)計(jì)中，220kV系統(tǒng)只有一臺(tái)600MW的發(fā)電機(jī)供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)造成大量的穿越功率很容易發(fā)生故

31、障，可靠性較差。同時(shí)，該方案采用較為復(fù)雜的接線方式，需要的斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備較多，成本較高。由于出現(xiàn)故障時(shí)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)間會(huì)產(chǎn)生大量的穿越功率，因此對(duì)各母線間的線路及其元件設(shè)備有很高的要求，變相增加了成本。</p><p>　　1.3.3 方案三的特點(diǎn)</p><p>　　在方案三中，如圖1-2-3所示，220kV系統(tǒng)采用雙母線接線形式，其調(diào)度靈活、供電較為可靠。但母線故障或檢修時(shí)，需短時(shí)

32、切除該母線上電源與負(fù)荷；饋線(feeder line)斷路器或線路側(cè)隔離開關(guān)故障時(shí)，會(huì)造成該回路供電中斷。</p><p>　　110kV系統(tǒng)采用單母線分段接線，一端有故障的時(shí)候可由另一端電源供電，同時(shí)又具有不影響另一端電源正常供電的特性，由于110kV系統(tǒng)在大型發(fā)電廠中的地位不高，不要求太高的可靠性，因而采用單母線分段接線方式使用斷路器少，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　1.3.

33、4 方案四的特點(diǎn)</p><p>　　在方案四中，如圖1-2-4所示，由于本案例對(duì)可靠性要求較高，因此電機(jī)采用單元接線方式，使發(fā)電機(jī)在短路故障時(shí)相互影響較小，具有較高可靠性。</p><p>　　廠用電采用聯(lián)絡(luò)變壓器，高、中壓側(cè)分別連接500kV、220kV側(cè)，有平衡兩系統(tǒng)功率能量的作用，低壓側(cè)連接廠用設(shè)備。</p><p>　　110kV系統(tǒng)不直接安裝發(fā)電機(jī)，靠

34、變壓器從500kV、220kV系統(tǒng)汲取較少能量，地位不高。110kV系統(tǒng)使用雙母接線方式，短路時(shí)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響較小，只相當(dāng)于500kV、220kV系統(tǒng)的一個(gè)負(fù)載。</p><p>　　220kV系統(tǒng)采用雙母分段帶旁路的接線方式。分段母線可減小停電范圍，當(dāng)一段故障時(shí)，可將負(fù)荷切至備用母線而不用切斷整個(gè)母線上的負(fù)荷。旁路的使用可避免檢修負(fù)荷側(cè)斷路器時(shí)的停電，但其缺點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差。本案例對(duì)供

35、電可靠性要求嚴(yán)格，故而使用旁路。</p><p>　　綜上分析，我們選擇方案三和方案四進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。</p><p>　　第二章 方案經(jīng)濟(jì)性的比較</p><p>　　2.1 經(jīng)濟(jì)計(jì)算方法</p><p>　　經(jīng)濟(jì)計(jì)算(economic calculation)是從國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體利益出發(fā)，計(jì)算電氣主接線各個(gè)比較方案的費(fèi)用和效益，為選擇

36、經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)方案提供依據(jù)。</p><p>　　在經(jīng)濟(jì)比較中，一般有投資(investment, 包括主要設(shè)備及配電裝置的投資)和年最大運(yùn)行費(fèi)用(annual maximum working cost)兩大項(xiàng)。計(jì)算時(shí)，可只計(jì)算各方案不同部分的投資和年運(yùn)行費(fèi)用。</p><p>　　2.1.1 計(jì)算綜合投資Z</p><p>　　方案綜合投資Z的計(jì)算采用如下方法&l

37、t;/p><p>　　(萬(wàn)元)(2-1)</p><p>　　式中，為主體設(shè)備的綜合投資(即包括設(shè)備本體價(jià)格、其它設(shè)備(如控制設(shè)備、母線)費(fèi)、主要材料費(fèi)、安裝費(fèi)等各項(xiàng)費(fèi)用的綜合)，包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、配電裝置等設(shè)備的綜合投資；a為不明顯的附加費(fèi)用比例系數(shù)。綜合投資指標(biāo)可查表獲得。</p><p>　　2.1.2 計(jì)算年運(yùn)行費(fèi)用u</p><p&

38、gt;<b>　　方案年運(yùn)行費(fèi)用</b></p><p>　　(萬(wàn)元)(2-2)</p><p>　　式中，為小修、維護(hù)費(fèi)，一般為，可查表獲得；為折舊費(fèi)，一般為，可查表獲得；為電能電價(jià)()，取當(dāng)?shù)貙?shí)際電價(jià)；為變壓器年電能損失總值()。</p><p>　　關(guān)于的計(jì)算，在已知最大負(fù)荷和最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)時(shí)，若采用n臺(tái)相同容量的雙繞組變壓器并聯(lián)運(yùn)

39、行，則</p><p><b>　　()(2-3)</b></p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　()(2-4)</b></p><p>　　式中，為一臺(tái)變壓器的空載有功損耗(kW)；為一臺(tái)變壓器的空載無功損耗(kVar)；為一臺(tái)變壓器空載電流

40、百分值；為一臺(tái)變壓器的短路有功損耗(kW)；為一臺(tái)變壓器的短路無功損耗(kVar)；為變壓器的短路電壓(或稱阻抗電壓)百分值；為一臺(tái)變壓器的額定容量(kVA)；為n臺(tái)變壓器承擔(dān)的最大總負(fù)荷(kVA)；S為n臺(tái)變壓器承擔(dān)的總平均負(fù)荷(kVA)；為變壓器全年實(shí)際運(yùn)行小時(shí)數(shù)(h)，一般可取8000h；為最大負(fù)荷損耗時(shí)間(h)，可查表獲得；K為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量(即每多發(fā)送(或補(bǔ)償)1kVar無功功率，在電力系統(tǒng)中所引起的有功功率損耗增加(或減少)的

41、值，一般發(fā)電廠取0.02)。</p><p>　　2.1.3 經(jīng)濟(jì)比較</p><p>　　對(duì)技術(shù)上較好的方案，分別進(jìn)行上述投資及年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算后，再通過經(jīng)濟(jì)比較，可選出經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)方案。</p><p>　　在諸方案中，Z與u均為最小的方案優(yōu)先選用。若Z大的方案而u小，或反之，則應(yīng)采用“動(dòng)態(tài)比較法”進(jìn)一步進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。</p><p>　

42、　動(dòng)態(tài)比較法(dynamic comparison method)，即在經(jīng)濟(jì)分析中，對(duì)建設(shè)期的投資、運(yùn)行期的年費(fèi)用和效益都要考慮時(shí)間因素，并按復(fù)利計(jì)算，用以比較在同等可比條件下的不同方案的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　經(jīng)濟(jì)計(jì)算一般可以采用年費(fèi)用最小法，其計(jì)算公式為</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p><b&g

43、t;　　為最小，其中</b></p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　式中，NF為年費(fèi)用(平均分布在從到期間的n年內(nèi), 萬(wàn)元)；Z為折算到第m年的總投資(即第m年的本利和, 萬(wàn)元)；為第t年的投資(萬(wàn)元)；t為從工程開工當(dāng)年()算起的年

44、份；m為施工年數(shù)；為電力工業(yè)投資回收率，或稱電力工業(yè)投資利潤(rùn)率，取0.1；n為工程的經(jīng)濟(jì)使用年限(火電廠為25年)；u為折算年運(yùn)行費(fèi)用(萬(wàn)元)；為第t年所需的年運(yùn)行費(fèi)；為從工程開工當(dāng)年算起，工程部分投運(yùn)的年份。</p><p>　　依上述三式計(jì)算各方案的年費(fèi)用，其中最小者即為經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)方案。(黃純?nèi)A, 1987)</p><p>　　2.2 備選方案的經(jīng)濟(jì)性比較</p>

45、<p>　　2.2.1 方案三的經(jīng)濟(jì)計(jì)算</p><p>　　在方案三中，如圖1-2-3所示，需要使用兩臺(tái)500/20kV主變壓器，兩臺(tái)220/10.5kV主變壓器，一臺(tái)220/110kV自耦變壓器以及一臺(tái)500/220/35kV聯(lián)絡(luò)變壓器?，F(xiàn)根據(jù)變壓器所需容量選擇變壓器型號(hào)及其參數(shù)如表2-1所示(關(guān)于變壓器型號(hào)將在4.2.2節(jié)具體說明)。</p><p>　　方案三中的斷路器

46、需求量如表2-2所示。</p><p>　　表2-2 方案三的斷路器需求量</p><p>　　由表2-1和表2-2所示數(shù)據(jù)及式(2-1)可知，方案三的綜合投資</p><p><b>　　(萬(wàn)元)</b></p><p>　　若無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量K取0.1，功率因數(shù)，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，年運(yùn)行時(shí)間，最大負(fù)荷損耗時(shí)間，由式

47、(2-3)可得變壓器年損耗電能</p><p><b>　　()</b></p><p>　　則由式(2-2)知該方案年運(yùn)行費(fèi)用</p><p><b>　　(萬(wàn)元)</b></p><p>　　采用“動(dòng)態(tài)比較法”可得</p><p><b>　　(萬(wàn)元)</

48、b></p><p>　　2.2.2 方案四的經(jīng)濟(jì)計(jì)算</p><p>　　如圖1-2-4所示，方案四所設(shè)計(jì)的變壓器方案與方案三完全相同，這里不再贅述。方案四中的斷路器需求量如表2-3所示。</p><p>　　表2-3 方案四的斷路器需求量</p><p>　　由表2-1和表2-2所示數(shù)據(jù)及式(2-1)可知，方案三的綜合投資<

49、;/p><p><b>　　(萬(wàn)元)</b></p><p>　　則由式(2-2)知該方案年運(yùn)行費(fèi)用</p><p><b>　　(萬(wàn)元)</b></p><p>　　采用“動(dòng)態(tài)比較法”可得</p><p><b>　　(萬(wàn)元)</b></p>

50、<p>　　2.2.3 經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)論</p><p>　　綜上，經(jīng)過綜合投資、年運(yùn)行費(fèi)用及年費(fèi)用NF的計(jì)算比較，在備選方案中，方案三的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于方案四。但是，方案四的可靠性要遠(yuǎn)高于方案三，并且方案四亦具有一定的經(jīng)濟(jì)性。因此綜合考慮，我們?nèi)匀贿x擇方案四為最終方案。</p><p>　　第三章 短路電流的計(jì)算</p><p>　　3.1 短路電流

51、計(jì)算的規(guī)則</p><p>　　短路電流計(jì)算(Short-Circuit Calculation)，是指電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，對(duì)短路后的電流及其分布的計(jì)算，是發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。(全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì), 2011)</p><p>　　3.1.1 短路電流計(jì)算的目的</p><p>　　在發(fā)電廠的電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算的目的主要有以下幾個(gè)方面：&

52、lt;/p><p>　　(1)以短路計(jì)算為依據(jù)，選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備。</p><p>　　(2)對(duì)電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進(jìn)行計(jì)算和分析，合理地配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù)。</p><p>　　(3)設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠和電氣主接線。通過必要的短路電流計(jì)算比較各種不同方案的接線圖，確定是否需要采取限制短路電流的措施等。</p>

53、<p>　　(4)進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，研究短路對(duì)用戶工作的影響等。</p><p>　　此外，確定輸電線對(duì)通信的干擾，進(jìn)行故障時(shí)機(jī)故障后的安全分析，都必須進(jìn)行短路計(jì)算。(李林川等, 2009)</p><p>　　3.1.2 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定</p><p><b>　　1.計(jì)算的基本情況</b></p>

54、<p>　　(1)電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負(fù)荷(rated load)下運(yùn)行；</p><p>　　(2)所有同步電機(jī)(synchronous machine)都具有自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置(包括強(qiáng)行勵(lì)磁)；</p><p>　　(3)短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間；</p><p>　　(4)所有電源電動(dòng)勢(shì)(Electromotive Force, EM

55、F)的相位角(phase angle)相同；</p><p>　　(5)應(yīng)考慮對(duì)短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點(diǎn)的電弧電阻(arc resistance)。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)(asynchronous motor)的作用，僅在確定短路電流沖擊值和最大全電流有效值時(shí)才予以考慮。</p><p><b>　　2.接線方式</b></p><p>

56、;　　計(jì)算短路電流時(shí)所用的接線方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式(即最大運(yùn)行方式(maximum operating plan))，而不能用僅在切換過程中可能并列運(yùn)行的接線方式。</p><p><b>　　3.計(jì)算容量</b></p><p>　　應(yīng)按本工程設(shè)計(jì)規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃(一般考慮本工程建成后5~10年)。</p>

57、;<p><b>　　4.短路種類</b></p><p>　　一般按三相短路(three phase short circuit)計(jì)算。若發(fā)電機(jī)出口的兩相短路，或中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)(neutral-point solid ground system)以及自耦變壓器(auto-transformer)等回路中的單相(或兩相)接地短路較三相短路情況嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按嚴(yán)重的情況進(jìn)行校驗(yàn)

58、。</p><p><b>　　5.短路計(jì)算點(diǎn)</b></p><p>　　在正常接線方式時(shí)，通過電氣設(shè)備的短路電流為最大的地點(diǎn)，稱為短路計(jì)算點(diǎn)。</p><p>　　對(duì)于帶電抗器(reactor)的6~10kV出線與廠用分支線回路，在選擇母線至母線隔離開關(guān)之間的引線(pigtail)、套管(sleeving)時(shí)，短路計(jì)算點(diǎn)應(yīng)該取在電抗器前。選

59、擇其余的導(dǎo)體和電器時(shí)，短路計(jì)算點(diǎn)一般取在電抗器后。(黃純?nèi)A, 1987)</p><p>　　3.1.3 短路電流計(jì)算的步驟</p><p>　　在工程設(shè)計(jì)中，短路電流的計(jì)算通常分為以下幾個(gè)步驟：</p><p>　　1.選擇短路計(jì)算點(diǎn)。</p><p>　　2.畫等值網(wǎng)絡(luò)(次暫態(tài)網(wǎng)絡(luò))圖：</p><p>　　(1

60、)首先去掉系統(tǒng)中的所有負(fù)荷分支、線路電容、各元件的電阻，發(fā)電機(jī)電抗用次暫態(tài)電抗。</p><p>　　(2)選取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓 (一般取各級(jí)的平均電壓)。</p><p>　　(3)將各元件電抗換算為同一基準(zhǔn)值的標(biāo)幺電抗。</p><p>　　(4)繪出等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號(hào)。</p><p>　　3.化簡(jiǎn)等值網(wǎng)絡(luò)：為計(jì)算不同

61、短路點(diǎn)的短路電流值，需將等值網(wǎng)絡(luò)分別化簡(jiǎn)為以短路點(diǎn)為中心的輻射形等值網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點(diǎn)之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗。</p><p><b>　　4.求計(jì)算電抗。</b></p><p>　　5.由運(yùn)算曲線查出各電源供給的短路電流周期分量標(biāo)幺值。</p><p>　　6.計(jì)算無限大容量(或)的電源供給的短路電流周期分量。</p>

62、<p>　　7.計(jì)算短路電流周期分量有名值和短路容量。</p><p>　　8.計(jì)算短路電流沖擊值。</p><p>　　9.計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)供給的短路電流。</p><p>　　10.繪制短路電流計(jì)算結(jié)果表。(黃純?nèi)A, 1987)</p><p>　　3.2 本方案中短路電流的計(jì)算</p><p>　　在

63、本方案短路計(jì)算中，采取標(biāo)幺值形式，選取，另取</p><p><b>　　則有</b></p><p>　　220kV母線側(cè)等值電抗</p><p>　　500kV母線側(cè)等值電抗</p><p>　　另外，取每臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓。</p><p>　　220kV至500kV聯(lián)絡(luò)變壓器的等值阻抗<

64、/p><p>　　220kV至110kV自耦變壓器的等值阻抗：</p><p>　　3.2.1 220kV母聯(lián)斷路器短路</p><p>　　當(dāng)短路點(diǎn)選擇在220kV母聯(lián)斷路器(K1)處時(shí)，系統(tǒng)等效電抗如圖3-2-1所示。</p><p>　　圖3-2-1 220kV母聯(lián)斷路器短路時(shí)系統(tǒng)等效電抗圖</p><p>　　

65、因?yàn)榇藭r(shí)，且，則有，另有。</p><p><b>　　每臺(tái)發(fā)電機(jī)計(jì)算電抗</b></p><p>　　查汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線得，每臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)時(shí)，在0s、0.2s、0.6s時(shí)刻向K1點(diǎn)提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值分別為、、。</p><p>　　系統(tǒng)2(220kV系統(tǒng))每條出線的計(jì)算電抗</p><p>　　查汽

66、輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線得， 系統(tǒng)2每條出線時(shí)為大容量系統(tǒng)，在0s、0.2s、0.6s時(shí)刻向K1點(diǎn)提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值不變，為、、。</p><p>　　那么，流入K1點(diǎn)的短路電流為</p><p>　　短路點(diǎn)在發(fā)電廠高壓側(cè)母線，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，取沖擊系數(shù)，于是可以得到?jīng)_擊電流</p><p><b>　　短路電流最大有效值</b><

67、;/p><p><b>　　短路容量</b></p><p>　　3.2.2 300MW發(fā)電機(jī)出口短路</p><p>　　當(dāng)短路點(diǎn)選擇在300MW發(fā)電機(jī)出口(K2)處時(shí)，系統(tǒng)等效電抗如圖3-2-2所示。</p><p>　　圖3-2-2 300MW發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)系統(tǒng)等效電抗圖</p><p>

68、　　剩余一臺(tái)300MW發(fā)電機(jī)對(duì)短路點(diǎn)的計(jì)算電抗</p><p>　　查汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線得，汽輪發(fā)電機(jī)時(shí)，在0s、0.2s、0.6s時(shí)刻向K2點(diǎn)提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值分別為、、。</p><p>　　系統(tǒng)2每條出線的計(jì)算電抗</p><p>　　查汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線得， 系統(tǒng)2每條出線時(shí)為大容量系統(tǒng)，在0s、0.2s、0.6s時(shí)刻向K2點(diǎn)提供的短路電流

69、周期分量有效值的標(biāo)幺值不變，為、、。</p><p>　　那么，流入K2點(diǎn)的短路電流為</p><p>　　短路點(diǎn)在發(fā)電廠高壓側(cè)母線，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，取沖擊系數(shù)，于是可以得到?jīng)_擊電流</p><p><b>　　短路電流最大有效值</b></p><p><b>　　短路容量</b></p>

70、;<p>　　3.2.3 220kV系統(tǒng)出線短路</p><p>　　當(dāng)短路點(diǎn)選擇在220kV系統(tǒng)出線(K3)處時(shí)，系統(tǒng)等效電抗如圖3-2-3所示。</p><p>　　圖3-2-3 220kV系統(tǒng)出線短路時(shí)系統(tǒng)等效電抗圖</p><p>　　每臺(tái)發(fā)電機(jī)對(duì)短路點(diǎn)的計(jì)算電抗</p><p>　　查汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線得，汽輪發(fā)電

71、機(jī)時(shí)，在0s、0.2s、0.6s時(shí)刻向K3點(diǎn)提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值分別為、、。</p><p>　　系統(tǒng)2每條出線的計(jì)算電抗</p><p>　　查汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線得， 系統(tǒng)2每條出線時(shí)為大容量系統(tǒng)，在0s、0.2s、0.6s時(shí)刻向K3點(diǎn)提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值不變，為、、。</p><p>　　那么，流入K3點(diǎn)的短路電流為</p&

72、gt;<p>　　短路點(diǎn)在發(fā)電廠高壓側(cè)母線，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，取沖擊系數(shù)，于是可以得到?jīng)_擊電流</p><p><b>　　短路電流最大有效值</b></p><p><b>　　短路容量</b></p><p>　　3.2.4 600MW發(fā)電機(jī)出口短路</p><p>　　當(dāng)短路點(diǎn)選擇

73、在600MW發(fā)電機(jī)出口(K4)處時(shí)，系統(tǒng)等效電抗如圖3-2-4所示。</p><p>　　圖3-2-4 600MW發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)系統(tǒng)等效電抗圖</p><p>　　每臺(tái)600MW發(fā)電機(jī)對(duì)短路點(diǎn)的計(jì)算電抗</p><p>　　查汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線得，汽輪發(fā)電機(jī)時(shí)，在0s、0.2s、0.6s時(shí)刻向K4點(diǎn)提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值分別為、、。</p&g

74、t;<p>　　系統(tǒng)1(500kV系統(tǒng))每條出線的計(jì)算電抗</p><p>　　查汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線得， 系統(tǒng)1每條出線時(shí)為大容量系統(tǒng)，在0s、0.2s、0.6s時(shí)刻向K4點(diǎn)提供的短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值不變，為、、。</p><p>　　那么，流入K4點(diǎn)的短路電流為</p><p>　　短路點(diǎn)在發(fā)電廠高壓側(cè)母線，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，取沖擊系數(shù)，于是可

75、以得到?jīng)_擊電流</p><p><b>　　短路電流最大有效值</b></p><p><b>　　短路容量</b></p><p>　　3.2.5 110kV線路出線短路</p><p>　　當(dāng)短路點(diǎn)選擇在110kV線路出線(K5)處時(shí)，系統(tǒng)等效電抗如圖3-2-5所示。</p>&

76、lt;p>　　圖3-2-5 110kV線路出線短路時(shí)系統(tǒng)等效電抗圖</p><p>　　由于110kV母線是由220kV母線通過降壓自耦變壓器供電的，所以110kV線路出線處短路與220kV母聯(lián)斷路器短路相似，只是多了自耦變壓器的阻抗值，計(jì)算過程略，計(jì)算結(jié)果見表3-1。</p><p>　　第四章 主體設(shè)備的選擇</p><p>　　4.1 主體設(shè)備

77、選擇的一般條件</p><p>　　為保證電氣設(shè)備工作的可靠性及安全性，選擇電氣設(shè)備時(shí)需要分別按正常工作條件選擇、按短路條件校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。</p><p>　　4.1.1 按正常工作條件選擇設(shè)備</p><p>　　1.設(shè)備額定電壓選擇</p><p>　　電氣設(shè)備的額定電壓(rated voltage)一般就是指其銘牌上所標(biāo)出的線

78、電壓(line-to-line voltage)，另外設(shè)備還規(guī)定有允許最高工作電壓(maximum working voltage, MWV)。要使設(shè)備能正常運(yùn)行必須保證其允許最高工作電壓不低于安裝位置處系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高運(yùn)行電壓(maximum operating voltage)，即。通常情況下，只要滿足設(shè)備額定電壓不低于安裝位置處的系統(tǒng)額定電壓，即，就可保證設(shè)備正常運(yùn)行。</p><p>　　2.設(shè)備額定電

79、流選擇</p><p>　　電氣設(shè)備的額定電流(rated current)是指在額定環(huán)境條件(環(huán)境溫度、日照、海拔、安裝條件等)下，電氣設(shè)備的長(zhǎng)期允許載流(current capacity)。</p><p>　　經(jīng)綜合修正后的長(zhǎng)期允許電流不得低于所在回路在各種可能運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流，即</p><p><b>　　(4-1)</b>

80、;</p><p>　　式中，k為綜合修正系數(shù)，與實(shí)際環(huán)境條件及設(shè)備布置情況等因素有關(guān)。</p><p>　　4.1.2 按短路狀態(tài)校驗(yàn)</p><p><b>　　1.短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)</b></p><p>　　短路電流通過電氣設(shè)備時(shí)，設(shè)備各部件溫度(或發(fā)熱效應(yīng))應(yīng)不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定(thermal stabi

81、lity)的條件為</p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　式中，為所在回路短路電流的熱效應(yīng)；、t分別為電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流(有效值)和時(shí)間，一般由制造廠直接給出。</p><p><b>　　2.短路動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)</b></p><p>　　動(dòng)穩(wěn)定(dynamic

82、 stability)就是設(shè)備承受短路沖擊電流所產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)的能力，滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件為</p><p><b>　　或(4-3)</b></p><p>　　式中，、分別為電氣設(shè)備允許通過的動(dòng)穩(wěn)定電流幅值及其有效值(kA)；、分別為所在回路短路沖擊電流幅值及其有效值(kA)。</p><p>　　下列幾種情況可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定或動(dòng)穩(wěn)定：<

83、/p><p>　　(1)用熔斷器(high voltage fuse)保護(hù)的電氣設(shè)備，其熱穩(wěn)定由熔斷時(shí)間保證，可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定。</p><p>　　(2)采用有限流電阻的熔斷器保護(hù)的設(shè)備，可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。</p><p>　　(3)裝設(shè)在電壓互感器(potential transformer,PT)回路中的裸導(dǎo)體和電氣設(shè)備可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。(李林川等, 2011)

84、</p><p>　　4.2 本方案中主體設(shè)備的選定</p><p>　　分工：各變壓器-張?zhí)煊?，電壓互感?戴文凱，電流互感器-鄧永迪，母線-張?zhí)煊?amp;甘青山，避雷器-崔彥博，限流電抗器&隔離開關(guān)-陳令英。</p><p>　　4.2.1 變壓器的選定</p><p>　　4.2.1.1 變壓器的技術(shù)數(shù)據(jù)</p&g

85、t;<p>　　在我國(guó)，變壓器的通用型號(hào)(type)表示為圖4-2-1所示形式。</p><p>　　圖4-2-1 變壓器型號(hào)表示方式</p><p>　　其中，各部分表示方式為：相數(shù)(S—三相，D—單相)，冷卻方式(J—油浸自冷，E—油浸風(fēng)冷，S—油浸水冷，N—氮?dú)饫鋮s，P—強(qiáng)迫油循環(huán)，F(xiàn)P—強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷，SP—強(qiáng)迫油循環(huán)水冷，G—干式)，繞組數(shù)(S—三繞組(雙繞組不表

86、示))，特性(Z—有載調(diào)壓，Q—全絕緣，O—自耦，L—鋁芯(銅芯不表示))。</p><p>　　4.2.1.2 主變壓器的選定</p><p>　　1.主變壓器的選定原則</p><p>　　主變壓器(Generator Step-Up transformer, GSU transformer)，是指用來向系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器。</p>&l

87、t;p>　　在確定主變壓器容量時(shí)，應(yīng)該考慮以下幾個(gè)方面：</p><p>　　(1)發(fā)電機(jī)全部投入運(yùn)行時(shí)，在滿足發(fā)電機(jī)電壓供電的日最小負(fù)荷(daily minimum load)，并扣除廠用負(fù)荷(station’s auxiliaries)后，主變壓器應(yīng)能將發(fā)電機(jī)電壓母線的剩余有功和無功容量送入系統(tǒng)。</p><p>　　(2)接在發(fā)電機(jī)電壓母線上的最大一臺(tái)機(jī)組檢修或故障時(shí)，主變壓器

88、應(yīng)能從電力系統(tǒng)倒送功率，保證發(fā)電機(jī)電壓母線上最大負(fù)荷的需要。</p><p>　　(3)若發(fā)電機(jī)電壓母線上接有兩臺(tái)或以上的主變壓器時(shí)，當(dāng)其中容量最大的一臺(tái)因故退出運(yùn)行時(shí)，其它主變壓器在允許正常過負(fù)荷范圍內(nèi)，應(yīng)能輸送母線剩余功率的70%以上。</p><p>　　(4)在電力市場(chǎng)環(huán)境下，主變壓器應(yīng)具有從系統(tǒng)倒送功率的能力，以滿足發(fā)電機(jī)電壓母線上最大負(fù)荷的要求。</p><

89、p>　　另外，變壓器三相繞組的接線組別必須和系統(tǒng)的相位一致，否則不能并列運(yùn)行。我國(guó)110kV及以上電壓等級(jí)，變壓器三相繞組都采用YN連接方式；35kV電壓等級(jí)采用Y接方式，其中性點(diǎn)多通過消弧線圈接地；35kV以下電壓等級(jí)，變壓器三相繞組都采用D接方式。</p><p>　　2.本方案中主變壓器的選定</p><p>　　本方案主變壓器的選定情況如表4-1所示，其中550/20kV主變

90、壓器2臺(tái)，242/10kV主變壓器2臺(tái)。</p><p>　　表4-1 本方案主變壓器的選定</p><p>　　4.2.1.3 聯(lián)絡(luò)變壓器的選定</p><p>　　1.聯(lián)絡(luò)變壓器選定的原則</p><p>　　聯(lián)絡(luò)變壓器(system interconnection transformer)，是指在發(fā)電廠升壓變電站中連接有交換功率的兩

91、種電壓等級(jí)母線的變壓器(全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì), 2011)。</p><p>　　在確定聯(lián)絡(luò)變壓器容量時(shí)，應(yīng)該考慮以下方面：</p><p>　　(1)聯(lián)絡(luò)變壓器容量應(yīng)能滿足兩種電壓網(wǎng)絡(luò)在各種不同運(yùn)行方式下，網(wǎng)絡(luò)間的有功功率和無功功率的交換。</p><p>　　(2)聯(lián)絡(luò)變壓器容量一般不應(yīng)小于接在兩種電壓母線上最大一臺(tái)機(jī)組的容量，以保證最大一臺(tái)機(jī)組故障或檢修

92、，通過聯(lián)絡(luò)變壓器來滿足本側(cè)負(fù)荷的要求，同時(shí)，也可在線路檢修或故障時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)變壓器將剩余容量送入另一系統(tǒng)。</p><p>　　2.本方案中主變壓器的選定</p><p>　　本方案所選聯(lián)絡(luò)變壓器參數(shù)如表4-2所示。</p><p>　　表4-2 本方案聯(lián)絡(luò)變壓器的選定</p><p>　　4.2.1.4 自耦變壓器的選定</p&g

93、t;<p>　　在本方案中，我們選擇自耦變壓器一臺(tái)如表4-3所示。</p><p>　　表4-3 本方案自耦變壓器的選定</p><p>　　4.2.2 高壓斷路器的選定</p><p>　　高壓斷路器(high voltage circuit breaker)不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過繼電保護(hù)裝置的

94、作用，可以切斷過負(fù)荷電流和短路電流。它具有相當(dāng)完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力，一般分為油斷路器(多油斷路器、少油斷路器)、SF6斷路器、真空斷路器和壓縮空氣斷路器等。</p><p>　　1.高壓斷路器的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　常見高壓斷路器型號(hào)表示一般具有如圖4-2-2所示形式：</p><p>　　圖4-2-2 高壓斷路器型號(hào)表示形式</p>

95、<p>　　其中，各部分表示方式為：斷路器種類(S—少油式，D—多油式，K—壓縮空氣式，Z—真空式，L—SF6式)，裝設(shè)地點(diǎn)(N—戶內(nèi)式，W—戶外式)，補(bǔ)充特性(C—手車式，G—改進(jìn)型，W—防污型，Q—防震型)。</p><p>　　2.本方案中高壓斷路器的選定</p><p>　　在本方案中，110kV側(cè)有4回出線，220kV側(cè)有4回出線，500kV側(cè)有2回出線，故接入11

96、0kV、220kV和500kV側(cè)的應(yīng)選擇SF6斷路器。</p><p><b>　　(1)額定電壓</b></p><p><b>　　110kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kV)</b></p><p><b>　　220kV側(cè)</b>&l

97、t;/p><p><b>　　(kV)</b></p><p><b>　　500kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kV)</b></p><p><b>　　(2)額定電流</b></p><p>　　為簡(jiǎn)化選擇的復(fù)雜性，

98、本方案采用雙繞組回路上最大的額定電流作為所選高壓斷路器的額定電流值。</p><p>　　1)300MW發(fā)電機(jī)雙繞組回路</p><p><b>　　110kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　220kV側(cè)</b></p

99、><p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　500kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p>　　2)600MW發(fā)電機(jī)雙繞組回路</p><p><b>　　220kV側(cè)</b>

100、</p><p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　500kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p>　　綜上，本方案以600MW發(fā)電機(jī)雙繞組回路的額定電流作為斷路器的額定電流。</p><p>

101、<b>　　(3)開斷電流</b></p><p>　　高壓斷路器的額定開斷電流不應(yīng)小于實(shí)際開端瞬間的短路電流周期分量。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可應(yīng)用暫態(tài)電流進(jìn)行選擇，即需滿足。</p><p><b>　　110kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p&g

102、t;<b>　　220kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　500kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　(4)短路關(guān)合電流</b>

103、</p><p>　　為了保證高壓斷路器在關(guān)合短路時(shí)的安全，規(guī)定其額定關(guān)合電流不應(yīng)小于短路電流最大沖擊值，即需滿足。</p><p><b>　　110kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　220kV側(cè)</b></p&g

104、t;<p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　500kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　(5)熱穩(wěn)定校驗(yàn)</b></p><p><b>　　取短路切除時(shí)

105、間s。</b></p><p>　　由110kV側(cè)kA，kA，kA，可得周期分量熱效應(yīng)</p><p><b>　　((kA)2·s)</b></p><p>　　因，故可不計(jì)入非周期分量(下同)，則有</p><p><b>　　((kA)2·s)</b></

106、p><p>　　由220kV側(cè)kA，kA，kA，可得周期分量熱效應(yīng)</p><p><b>　　((kA)2·s)</b></p><p>　　由500kV側(cè)kA，kA，kA，可得周期分量熱效應(yīng)</p><p><b>　　((kA)2·s)</b></p><p

107、><b>　　(6)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)</b></p><p>　　根據(jù)規(guī)程，動(dòng)穩(wěn)定應(yīng)滿足。</p><p><b>　　110kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　220kV側(cè)</b></p>

108、<p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　500kV側(cè)</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p>　　綜上所述，根據(jù)計(jì)算值及高壓斷路器選擇原則，110kV側(cè)高壓斷路器選擇LW11-110型，220kV側(cè)高壓斷路器選擇LW2-220型，5

109、00kV側(cè)高壓斷路器選擇FA4-500型，具體參數(shù)及計(jì)算值對(duì)比如表4-4、表4-5、表4-6所示。</p><p>　　表4-4 110kV高壓斷路器選擇情況及計(jì)算值對(duì)比</p><p>　　表4-5 220kV高壓斷路器選擇情況及計(jì)算值對(duì)比</p><p>　　表4-6 500kV高壓斷路器選擇情況及計(jì)算值對(duì)比</p><p>　　4

110、.2.3 隔離開關(guān)的選定</p><p>　　隔離開關(guān)在電路中起隔離作用，它沒有滅弧能力，只能在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路。</p><p>　　1.隔離開關(guān)的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　一般，隔離開關(guān)的型號(hào)表示具有圖4-2-3所示形式：</p><p>　　圖4-2-3 隔離開關(guān)型號(hào)表示形式</p><p>

111、;　　其中，隔離開關(guān)標(biāo)志統(tǒng)一用G表示，其余各部分表示方式為：使用環(huán)境(N—戶內(nèi)型，W—戶外型)，其它標(biāo)志(T—統(tǒng)一設(shè)計(jì)，G—改進(jìn)型，D—帶接地開關(guān)，K—快分閘型，E—帶支持導(dǎo)電桿，W—防污型，TH—濕熱帶型，TA—干熱帶型，Z—適合強(qiáng)震地區(qū))。</p><p>　　2.隔離開關(guān)的選定原則</p><p>　　隔離開關(guān)的額定電壓應(yīng)滿足，額定電流應(yīng)滿足，其中k為溫度修正系數(shù)。</p>

112、;<p><b>　　(1)熱穩(wěn)定校驗(yàn)</b></p><p><b>　　或</b></p><p>　　其中，為短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，為短路時(shí)導(dǎo)體和電氣設(shè)備允許的熱效應(yīng)，為s內(nèi)允許通過的短時(shí)熱電流(或短時(shí)耐受電流)。</p><p><b>　　(2)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)</b></p&

113、gt;<p><b>　　或</b></p><p>　　其中，、為允許通過穩(wěn)定電流的幅值和有效值。</p><p>　　3.本方案中隔離開關(guān)的選定</p><p>　　本方案各電壓等級(jí)隔離開關(guān)的選定情況如表4-7所示。</p><p>　　隔離開關(guān)的校驗(yàn)方法同母線的校驗(yàn)方法類似(詳見后文，此處不再贅述)，

114、如表4-7所示，對(duì)隔離開關(guān)進(jìn)行查表選擇，其中參數(shù)都提供了動(dòng)穩(wěn)定電流。顯然，，，所選隔離開關(guān)均符合動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定要求，故本方案所選設(shè)備符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4.2.4 母線的選定</p><p>　　1.220kV系統(tǒng)母線</p><p>　　對(duì)于220kV系統(tǒng)的母線，發(fā)電機(jī)組額定功率為300MW，額定電壓為10.5kV，功率因數(shù)為0.9，最大負(fù)荷利用

115、小時(shí)數(shù)為5500小時(shí)，當(dāng)三相水平布置導(dǎo)體平放時(shí)，相間距為1.4m，環(huán)境溫度為40℃，母線上短路計(jì)算時(shí)間為0.6s。由于母線電流過大，需加裝母線電抗器，母線短路電流為13.0584kA，為11.7637kA，為9.6548kA。</p><p>　　(1)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面</p><p><b>　　母線最大持續(xù)電流為</b></p><p

116、><b>　　(A)</b></p><p>　　采用鋁母線，查表得時(shí)，A/mm2，有</p><p><b>　　(mm2)</b></p><p>　　查表選用矩形鋁導(dǎo)體，平放時(shí)A，。當(dāng)℃時(shí)允許電流</p><p>　　滿足長(zhǎng)期允許發(fā)熱條件。</p><p><

117、;b>　　(2)熱穩(wěn)定校驗(yàn)</b></p><p>　　短路電流周期分量熱效應(yīng)</p><p><b>　　((kA)2·s)</b></p><p><b>　　((kA)2·s)</b></p><p>　　母線正常運(yùn)行最高溫度</p><

118、;p><b>　　℃</b></p><p>　　查表得出熱穩(wěn)定系數(shù)，得</p><p><b>　　滿足熱穩(wěn)定。</b></p><p><b>　　(3)共振校驗(yàn)</b></p><p>　　不發(fā)生共振的最大絕緣子跨距</p><p><

119、b>　　(kg/m)</b></p><p><b>　　(m4)</b></p><p><b>　　取，Hz，則有</b></p><p><b>　　(m)</b></p><p><b>　　選取m，則。</b></p>

120、;<p><b>　　(4)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)</b></p><p>　　短路沖擊電流為33.2413kA，則相間應(yīng)力</p><p><b>　　(N/m)</b></p><p><b>　　(m3)</b></p><p><b>　　(Pa)</

121、b></p><p>　　由，，查表可得，則同相條間應(yīng)力</p><p>　　(N/m) (m)</p><p>　　，即每跨內(nèi)滿足動(dòng)穩(wěn)定所必須的最少襯墊數(shù)為1個(gè)，實(shí)際襯墊跨距</p><p><b>　　臨界跨距</b></p><p><b>　　(m)</b>

122、;</p><p><b>　　故。</b></p><p><b>　　綜上，滿足動(dòng)穩(wěn)定。</b></p><p>　　300MW發(fā)電機(jī)和主變壓器之間的連接母線及廠用分支母線采用全連離相封閉母線。主回路封閉母線為φ500mm×12mm(外徑×壁厚)的圓管型鋁母線，屏蔽外殼為φ1050mm×8