热电厂二期工程2×300MW电气部分初步设计

中图分类号： S611 文献标识码： A

1 电气主接线设计

热电厂规划装机容量为4×300MW，二期工程2×300mw，发电机出口电压20kV，功率因数为0.85；220kV线路4回。220kV系统电抗以100MV・A为基准折到220kV高压母线电抗为0.016。

1.1发电机的选择

查阅《电力工程电气设备手册》[4]，发电机具体参数如下：

型号：QFN-300-2型额定功率：300MW

额定电流：10190A额定电压：20 kV

额定转速：3000r/min冷却方式： 水氢氢

功率因数：0.85 超瞬变电抗：0.1915

1.2主变压器容量及台数的选择

容量的确定

⑴ 容量为300MW的发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量可按：单元接线的变压器容量按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。本热电厂的厂用电率为8%，计算功率如下：

MV・A

因此选择容量为360MV・A的变压器作为发电机的主变压器，具体参数如下：

型号：SFP7-360000/220；额定容量：360000 kV・A；

连接组别：YN,d11；额定电压：kV；

阻抗电压：14.3%。

台数的确定

因为发电机与变压器组成单元连接，故选择2台主变压器。

1.3300MW机组主接线

300MW发电机回路设备配置：

发电机与主变压器采用单元接线，在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电。

在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器。

发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器4只。

发电机中性点接有中性点接地变压器。

高压厂用变压器高压侧，每相装有电流互感器3只。

发电机和主变压器之间的连接母线及厂用分支母线均采用全连分相母线。

1.4220kV电气主接线

通过对原始资料的分析，电厂规划装机容量为4×300MW，二期工程2×300MW。接线形式选择双母线接线方式。其原则性接线图如图2-1所示。

图1-1 双母线原则性接线图

1.5厂用电接线及设计

1.5.1厂用电的电压等级

容量为300MW的机组，高压厂用电压采用高压6kV，低压为380V。

1.5.2厂用电源及其引接

由于300MW发电机和主变压器采取单元接线，厂用工作电源从主变压器的低压侧引接。低压380V厂用工作电源，由高压厂用母线通过低压厂用变压器引接。每台300MW汽轮发电机需要从各单元机组的变压器低压侧接引一台高压工作厂用变压器作为6 kV厂用电系统的工作电源，因此该热电厂应设置2台高压厂用变压器，共设置4段厂用高压母线。

1.5.3厂用电接线形式

发电厂厂用电系统接线采用按锅炉分段的接线原则。

1.5.4 厂用变压器的选择

该厂用电系统的电压等级为6.3kV，厂用变压器电源引接处的电压为20 kV。

(MV・A)

(MV・A)

(MV・A)

选择容量为40000Kv・A的分裂绕组变压器，查《电力工程电气设备手册》[4]选择如下：

型号：SFF7-40000/20；额定容量：40000kV・A；

电压：；半穿越阻抗电压：12.71%；

连接组别：。

1.5.5备用、启动变压器

本次热电厂设计高压厂用变压器的高压侧从220kV母线上引接，降至6.3kV。由上面的分析，选择容量为40000kV・A的分裂绕组变压器，查《电力工程电气设备手册》[4]选择如下：

型号: SFPFZ1-40000/220；额定容量：40000 kV・A

连接组别：；额定电压：kV；

半穿越阻抗电压：25%。

2短路电流计算

2.1短路点的确定

由系统图画出电路图，如图3-1所示。

图2-1系统电路图

为选择和校验电气设备，进行短路电流计算，短路点确定如下：

d1点：220kV母线短路

d2点：G1发电机出口处短路

d3点：启动、备用变压器低压侧短路

d4点：G1厂用变压器低压侧短路

2.2短路电流的计算

取SB=100MV・A，UB=UAV,计算电抗的标幺值。

绘制系统的等值电路如图2-2所示

图2-2系统等值电路图

发电机：

主变压器：

厂用变压器：

启动备用变压器：

负荷LD：

2.2.1d1点短路

由图2-2的等值电路图可得d1点短路时的等值电路如图2-3所示。

图2-3 d1点短路时的等值电路图

（1）求计算电抗

系统的起始次暂态电流

(KA)

系统的冲击电流：

（KA）

发电机提供的短路电流

查短路电流运算曲线，查得相应的0s、2s、4s时刻的电流标幺值分别为：， ，

其有名值为：

(KA)

(KA)

(KA)

冲击电流为：

（kA）

2.2.2d2点短路

由图2-2的等值电路图可得d2点短路时的等值电路如图2-4所示。

图2-4 d2点短路时的等值电路图

d2点短路转移阻抗图如图2-5所示。

图2-5 d2点短路转移阻抗图

求计算电抗

系统的起始次暂态电流

系统的冲击电流：

（kA）

②发电机提供的短路电流

G1提供的短路电流：

查短路电流运算曲线，查得相应的0s、2s、4s时刻的电流标幺值分别为：,,其有名值为：

（KA）

（KA）

（KA）

冲击电流为：

（kA）

G2～G4提供的短路电流

查短路电流运算曲线，查得相应的0s、2s、4s时刻的电流标幺值分别为：， 其有名值为：

（kA）

（KA）

冲击电流为：

（KA）

2.2.3d 3点短路

由图2-2的等值电路图可得d3点短路时的等值电路如图2-6所示。

图2-6 d3点短路时的等值电路图

d3点短路转移阻抗图如图2-7所示。

图2-7 d3点短路转移阻抗图

（1）求计算电抗

系统的起始次暂态电流

（KA）

冲击电流为：

（KA）

发电机提供的短路电流

因为计算电抗Xjs≥3.45，因此短路电流周期分量的标幺值为：

其有名值为：（KA）

冲击电流为：

（KA）

2.2.4d4点短路

由图2-2的等值电路图可得d4点短路时的等值电路如图2-8所示。

图2-8 d4点短路时的等值电路图

d4点短路转移阻抗图如图2-9所示。

图2-9 d4点短路转移阻抗图

求计算电抗

系统的起始次暂态电流：

(kA)

冲击电流为：

（kA）

发电机提供的短路电流

发电机G1提供的短路电流

查计算曲线相应的0s、2s、4s时刻的电流标幺值分别为：

，

其有名值为：

（kA）

（kA）

冲击电流为：

（kA）

发电机G2～G4提供的短路电流

因为计算电抗Xjs≥3.45，因此短路电流周期分量的标幺值为：

其有名值为：

（kA）

冲击电流为：

（kA）

3导体和电气设备的选择

3.1导体的选择

3.1.1220kV主母线的选择

最大持续工作电流为：

220kV及以上室外高压配电装置应选用软导线，并根据负荷电流选择导体截面。

220kV主母线的选择可按经济电流密度选择，导体的经济截面SJ为： mm 2

查《电力工程电气设备手册》[4]选用型号为：LGJ-800/55 mm 2

3.1.2发电机出口母线

300MW发电机出口母线采用全连分相封闭母线。其参数为：主母线ф500 mm×12 mm (外径×壁厚)圆管形铝母线；屏蔽外壳为ф1050mm×8 mm的铝管；相间距离为1400mm。

3.1.3高压厂用变压器分支母线

高压厂用分支选择分相封闭母线，其参数为：主母线ф150 mm×10 mm圆管形铝母线；屏蔽外壳为ф700mm×5.mm的铝管；相间距离为1000mm。

3.2高压断路器和隔离开关的选择

3.2.1断路器的选择

220kV断路器

最大持续工作电流：

（A）

由短路电流计算可知：

（kA）

（kA）

（kA）

冲击电流：

（kA）

周期分量热效应：

[(kA)2・S]

UN≥ UNS, UNS=220 kV

IN≥ Imax，Imax=991.993A

额定开断电流：INbr ≥ Ipt，Ipt = 27.21 （kA）

根据以上条件，以及本次设计的具体要求，查《电力工程电气设备手册》[4]，选择LW2-220型断路器（单注式）其参数如表4-1所示。

表3-1 LW2-220型断路器的参数

型号 额定工作电压（kV） 最高工作电压（kV） 额定电流

（kA） 额定开断电流（kA） 4S热稳定电流（kA） 动稳定电流（kA）

LW2-220 220 252 2500 40 50 125

短路热稳定校验：

[(kA)2・S]

动稳定校验：

kA

kA

6.3 kV高压开关柜

厂用电母线最大持续工作电流：

A

由短路电流计算可知：

冲击电流为： kA

启备变母线最大持续工作电流：

A

冲击电流为： kA

根据以上条件，以及本次设计的具体要求，查《电力工程电气设备手册》[4]，选择：GC5-6CF型手车式高压开关柜。

其参数如表4-2所示。

表3-2 GC5-6CF型手车式高压开关柜的参数

型号 额定电压（kV） 最高工作电压（kV） 额定电流（A） 母线系统 外形尺寸（宽×深×高）

GC5-6CF 6 7.2 1000 单母线 840×1470×2185

3.2.2隔离开关的选择

220 kV母线隔离开关的选择

根据设备的选择条件，查《电力工程电气设备手册》[4]选GW16-220 DW/2500型垂直断口隔离开关，其参数如表3-3所示。

表3-3 GW16-220 DW/2500型垂直断口隔离开关的参数

型号 额定工作电压（kV） 最高工作电压（kV） 额定电流

（kA） 3S热稳定电流（kA） 动稳定电流（kA）

GW16-220DW/2500 220 252 2500 30 125

UN≥ UNS, UNS=220 kV

IN≥ Imax，Imax=991.993 A

热稳定校验：

[(kA)2・S]

动稳定校验：

kA

经过校验所选设备满足要求。

220 kV线路隔离开关选择

根据设备的选择条件，查《电力工程电气设备手册》[4]选GW17-220 DW/2500型双柱水平断口式隔离开关，其参数如表3-4所示。

表3-4 GW17-220 DW/2500型双柱水平断口式隔离开关的参数

型号 额定工作电压（kV） 最高工作电压（kV） 额定电流

（kA） 3S热稳定电流（kA） 动稳定电流（kA）

GW17-220DW/2500 220 252 2500 50 125

UN≥ UNS, UNS=220 kV

IN≥ Imax，Imax=991.993 A

热稳定校验：

[(kA)2・S]

动稳定校验：

kA

经过校验所选设备满足要求。

220 kV母线接地隔离开关选择

母线隔离开关用于检修母线时，确保人身安全，选用JW2-220型接地隔离开关，其参数如表4-5所示。

表3-5 JW2-220型接地隔离开关的参数

型号 额定工作电压（kV） 最高工作电压（kV） 2S热稳定电流（kA） 动稳定电流（kA）

JW2-220 220 252 40 100

UN≥ UNS, UNS=220 kV

热稳定校验：

[(kA)2・S]

动稳定校验：

kA

经过校验所选设备满足要求。

3.3电流互感器的选择

3.3.1220 kV电流互感器

最大持续工作电流：

（A）

根据电流和电压条件选择电流互感器的型号的为：LCWB-220(W)3952(W)，其参数如表3-6所示。

表3-6 LCWB-220(W)3952(W)型电流互感器的参数

型号 额定电流比 二次组合 3S热稳定电流（kA） 动稳定电流（kA）

LCWB-220(W)3952(W) 2×1250/5 5p/5p/5p/5p/0.2/0.2 40 100

热稳定校验：

由已知条件得：

[(kA)2・S]

动稳定校验：

由已知条件得：

（kA）

经过热稳定和动稳定校验，此设备满足要求。

3.3.2发电机回路电流互感器

最大持续工作电流：

（A）

根据电流和电压条件选择电流互感器的型号的为：LMZ1-20母线环氧树脂全浇注绝缘户内型，其参数如表3-7所示。

表3-7 LMZ1-20型电流互感器的参数

型号 额定电流比 次级组合

LMZ1-20 1250/5 0.5/0.5/0.5/B/B/B

3.3.3高压厂用变压器高压侧电流互感器

最大持续工作电流：

（A）

根据电流和电压条件选择电流互感器的型号的为：LRD-20,其参数如图表3-8所示。

表3-8 LRD-20型电流互感器的参数

型号 额定电流比 额定一次电流（A）

LRD-20 1500/5 1500

3.4电压互感器选择

220kV电压互感器

220 kV电压互感器选择成套式电容式电压互感器，其型号为：TYD220/-0.005。

其参数如表4-9所示。

表3-9 TYD220/-0.005型电压互感器的参数

型号 初级绕组 次级绕组 剩余电压绕组

TYD220/-0.005 220/ 0.1/ 0.1

发电机出口电压互感器

发电机出口电压互感器选择单相油浸绝缘式户内电压互感器，其型号为：JDJ-20 。

其参数如表3-10所示。

表3-10 JDJ-20型电压互感器参数

型号 初级绕组 次级绕组

JDJ-20 20 0.1

厂用低压侧电压互感器

厂用低压侧电压互感器选择单相浇注绝缘式电压互感器，其型号为：JDZ-6 。

其参数如表3-11所示。

表3-11 JDZ-6型电压互感器参数

型号 初级绕组 次级绕组

JDZ-6 6 0.1

参考文献

[1] 熊信银主编. 发电厂电气部分（第三版）.中国电力出版社,2004年8月

[2] 戈东方主编.电力工程电气设计手册电气一次部分.中国电力出版社

[3] 董柏林主编. 电力工程电气设计手册电气二次部分.中国电力出版社

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