3×100-MW火力发电厂电气一次部分设计上课讲义

第三章火力发电厂的主要设备一、发电机发电机是电厂的主要设备之一，它同锅炉和汽轮机称为火力发电厂的三大主机，目前电力系统中的电能几乎都是由同步发电机发出的。

根据电力系统的设计规程，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：2-----------------2极100-------额定容量N------------氢内冷F-------------发电机Q------------汽轮机P e =100MW；U e=10.5；I e=6475A；cosϕ=0.85；X d〞=0.183S30=P30/ cosϕ= P e/ cosϕ=100000KV A/0.85=117647.059 KV A二、电力变压器的选择电力变压器是电力系统中配置电能的主要设备。

电力变压器利用电磁感应原理，可以把一种电压等级的交流电能方便的变换成同频率的另一种电压等级的交流电能，经输配电线路将电厂和变电所的变压器连接在一起，构成电力网。

在满足技术要求的前提下，优先采用较低的电厂,以获得较高的经济效益。

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6 KV，因此本厂高压厂用电压等级6 KV。

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6 KV，故高压厂用变压器应选双绕组变压器。

ⅲ、厂用负荷容量的计算,由设计规程知：给水泵、循环水泵、射水泵的换算系数为K=1；其它低压动力换算系数为K=0.85；其它高压电机的换算系数为K=0.8。

厂用高压负荷按下式计算：S g=K∑PK——为换算系数或需要系数∑P——电动机计算容量之和S g =3200+1250+100+(180+4752+5502+475×2+826.667+570+210) ×0.8=?KV A低压厂用计算负荷：S d=(750+750)/0.85=? KV A厂用变压器选择原则：(1)高压厂用工作变压器容量应按高压电动机计算负荷的110℅与低压厂用电计算负荷之和选择，低压厂用工作变压器的容量留有10℅左右的裕度；(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的容量相同。

根据高压厂用双绕组变压器容量计算公式：S B≥1.1 S g+ S d=1.1×8379.333+1764.706=?KV 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①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P1812、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的电容电流，但由于过电压水平高，要求有较高的绝缘水平，不宜用于110KV及以上电网，在6～63KV电网中，则采用中性点不接地方式，但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网；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，直接接地方式的单相短路电流很大，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，是由电力网中性点的接地方式决定。

3、主变压器型号的容量及型号的选择，根据设计规程：单元接线的主变压器的容量按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10℅的裕度，则：S30-S B=（117647.059-10981.9723）×1.1=?KV A由发电机参数和上述计算及变压器的选择规定,主变压器选用1台220KV双绕组的变压器和两台220KV三绕组的变压器。

一台220KV的双绕组变压器选择用SFPZ7-120000/220，两台220KV三绕组的变压器选择用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②②电气设备实用手册P233③③电气设备实用手册P2334、由上述的计算和变压器选择规定火电厂一般均设置备用电源．备用电源的引接应保证其独立性，避免与厂用工作电源由一电源引接，并有足够的供电容量，由此可确定：高压厂用备用变压器选择SFL7-16000/110型号的变压器④④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 系统短路电流的计算1、短路计算的意义在供电系统中，危害最大的故障就是短路。

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的大电流。

造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误操作、雷击或过电压击穿等。

由于误操作产生的故障约占全部短路故障的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的电动力，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的不对称短路电流，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、短路计算的目的（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的整定值和灵敏度计算。

3、短路计算的内容计算发电厂相关节点的三相短路电流。

4、基本假定：（1）正常工作时，三相系统对称运行。

（2）所有电源的电动势相位角相同。

（3）系统中的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1200电气角度。

（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

（5）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

5、短路计算的方法对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的三相短路电流计算，求得I ”、i sh 、I sh 值。

I 〞——三相短路电流；i sh ——三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。

I sh ——三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的的热稳定。

S d ——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，作为选择限流电抗的依据。

一、 电抗图及电抗计算由3×100MW 火电厂电气主接线图和设计任务书中给出的相关参数,可画出系统电抗图如图4-1所示选取基准容量为S j =100MV A U j = U av =1.05U e S j ——基准容量（MVA ）； U av ——所在线路的平均电压（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： X 7=X 8=X 12=X d 〞ej S S =0.183×85.0/100100=?2、SFPZ7-12000/220型双绕组变压器的电抗： X 11=100%k U ejS S =?图(4-1)式中 U k ％——变压器短路电压的百分数（％）； S e ——最大容量绕组的额定容量（MVA ）； S j ——基准容量（MVA ）。

3、SFPSZ7-12000/220型三绕组变压器高压、中压、低压的电抗值： X 9=X 10=2001（U d 高中%+U d 高低%－U d 中低%）ej S S=2001(14+23－7.0)120100=? X 3=X 4=2001(U d 高中%+ U d 中低%－U d 高低%)e j S S=? X 6=X 5=2001( U d 高低%+ U d 中低%－U d 高中%)ej S S=?4、线路阻抗（设计任务书中已给出）：X 1=0.12 X 2=0.068 二、220KV 母线上发生短路时（d 2点）的计算 将系统电抗图简化（如图4-2）并计算： X 13=X 11+X 12=?X 14=21(X 5+X 7) =21(X 6+X 8)= ?3 21X 15=21X 3=21(－0.008)= ?X 16=21X 9=?X 17=X 1+X 15=? X 18=X 17+X 16+141617X X X =0.116+0.063+112.0063.0116.0⨯=?X 19=X 16+X 14+171416X X X =? X 20=X 2∥X 18=244.0068.0244.0068.0+⨯=?X 21=X 13∥X 19=236.0256.0236.0256.0+⨯=?图(4—3)20123.0 2C图(4—５)220KV 系统 220KV 系统110KV 系统图(4—４)短路点短路电流的计算：根据任务书的要求,系统是在最大运行方式下进行短路计算,而且系统为110KV 和220KV 系统为无穷大容量系统：因此对于无限大容量系统：I j =jjU S 3 (基准电流) E ∑=1I *〞= I *z = I *∞=∑*1X ；I *z ——短路电流周期分量的标幺值；I *〞——0秒短路电流周期分量的标幺值； X *∑——电源对短路点的等值电抗标幺值； I *∞——时间为∞短路电流周期分量的标幺值。

I 2〞=I z =I ∞=201X I j2(=I *z I j )=201X 23j j U S =053.01×2303100⨯=? 对于有限电源提供的短路电流按下式计算： ∵I zt =I *zt ·I ez = I *zt ·23av eU S ∑火电厂的总容量：S e ∑=3×85.0100=?MV A 计算电抗：X js2=X 21j eS S ∑=0.123×100941.352=? X js ——额定容量下的计算电抗；S *∑——各电源合并后总的额定容量（KV A ）。

I z ·ts ——t(s)时刻短路电流周期分量的有效值（kA ）。

查汽轮机运算曲线得(0s 、2s 、4s 时)：I *·0s =2.35； I *·2s =2.05； I *·4s =2.30 ∴I z ·0s = I *·0s ·I ez = 2.35×2303941.352⨯=2.336 以下同I z ·2s =2.05×2303941.352⨯=1.728 I z ·4s =2.30×2303941.352⨯=1.524短路容量：S d ·ts =3U av2 I z ·t s S d ·0s =3×230×2.336=930.596 S d ·2 s =3×230×1.728=688.386S d ·4s =3×230×1.524=608.314 短路电流为：I 2·0s 〞= I 2〞+ I z ·0s =4.736+2.336=KA I 2·2s 〞= I 2〞+ I z ·2s =4.736+1.728=KA I 2·4s 〞= I 2〞+ I z ·4s =4.736+1.524=KA 短路功率：S d2=3U p2·I 2·0s 〞=3×230×7.072= ts 时刻短路瞬间短路电流的最大值： I m2·0s 〞=2 I 2·０s 〞=2×7.072= I m2·2s 〞=2 I 2·2s 〞= I m2·4s 〞=2 I 2·4s 〞=短路冲击电流：i sh =2K sh ·I 2〞①无限大容量电源：查电力工程电气设计手册电气一次部分P 141当短路发生在高压母线上,取K sh =1.85 由此可知i shC2=2×1.85×4.736=KA ②火电厂：取K sh =1.90 由此可知i shH2=2×1.90×I z ·0s =2×1.90×2.336KA 所以短路冲击电流i sh2= i shC2+ i shH2= 短路全电流最大有效值： I sh =I 〞·2)1(21-+sh KI shC2= I 2〞·2)185.1(21-+=4.736×285.021⨯+= I shH2= I z ·0s ·2)190.1(21-+=2.336×290.021⨯+= I sh2= I shC2+ I shH2=7.405 + 3.527=10.932KA三、110KV 母线发生短路时（即d 1点）的短路计算： 对电抗图(4-1)进行化简(如图4—6)所示并计算： X 22=X 2+X 16+13162X X X =0.068+0.063+256.0063.0068.0⨯= X 23=X 13+X 16+21613X X X = X 24=X 23∥X 14=图(4—6) 图(4—7)图(4—8) 图(4—9) 图(4—10)X 25=X 15+X 24+222415X X X =-0.004+0.093+145.0093.0004.0⨯-= X 26= X 15+X 22+242215X X X = X 27= X 26∥X 1=短路点短路电流的计算：根据任务书的要求,系统是在最大运行方式下进行短路计算,而且系统为无穷大容量系统：因此，对于无限大容量系统：I j =jjU S 3 (基准电流) E ∑=1086.0 064.027I *〞= I *z = I *∞=∑*1X ；I *z ——短路电流周期分量的标幺值；I *〞——0秒短路电流周期分量的标幺值； X *∑——电源对短路点的等值电抗标幺值； I *∞——时间为∞短路电流周期分量的标幺值。