电力系统论文
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摘要 在发电厂和变电所中,根据电能生产、转换和分配等各个环节的需要,配置了各种电气设备及其一次接线系统。不同类别的电气设备承担的任务和工作条件各不相同,因此他们的具体选择方法也不同。但是,为了保证工作的可靠性和安全性,在选择时的基本要求是相同的,即按照正常运行条件下选择,以短路条件去检验其东稳定性和热稳定性。对于断路器、熔断器等,还要单独还要检验其开断电流的能力。 发电所一次接线系统中所用设备最多的是高压断路器和高压隔离开关,为此一次系统方案设计中主要以高压断路器和高压隔离开关等设备和一次接线方式的选择为主,分析一次系统的最佳方案的确定;主要是比较全桥双母线接线、3/2断路器双母线接线方式的经济性。
关键词:高压断路器 高压隔离开关 变压器 经济系 可靠性 灵活性 一次接线方式
一、设计的目的: a.根据系统运行方式、负载大小,性质、企业要求等确定电力系统主接 形式; b.选择设备型号、组合电气、移动式开关柜等; c.确定系统运行方案。 二、设计的要求: 选取两种以上主接线系统方案做比较,满足电力系统基本要求、技术要求和经济费用最低的要求,完成电力系统结构优化设计等。 三、设计内容: 1、基本资料 变电所一次接线必须满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。一次接线的技术比较主要的是个方案的供电可靠性和运行灵活性的定性分析。一次接线的经济比较包括计算综合投资、计算年运算费用和所选方案综合比较三方面内容。本次计算分析时,只计算考虑各方案中不同的部分。 (1)电力系统简图如图1所示,系统中有两台变压器、双电源、双回路进线与多条引出线。
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(2)选择吉林省长春市的自然条件:平均温度22.9℃,最高温度38℃,最低温度-36.5℃,雷暴日35.8℃,最热月地面下0.8m处土壤平均温度19.3℃。 (3)年最大负荷小时数Tmax=5000h。最大损耗所需利用时间τ=3200h,地区电价0.55元/kWh。 (4)设备参数
1)查表得发电机参数为:PN=60 MW,''0.264,cos0.8dX5。
图1 电力系统简图 2)查表得变压器参数为:阻抗电压百分值Uk%=8;额定容量SNT=18MV·A;额定电压U1N=110kV;U2N=10.5Kv;空载损耗010.9PkV;短路损耗
455.8PkW;空载电流百分值0%1I;价格120万元;两台升压变压器允许过负载的倍数为1.05~1.1。 3)线路参数:单位长度电抗X1wo=X2wo=0.3Ω/km,120Lkm,25Lkm。
4)负载参数:''0.35LX,负载容量SL=18+j4MV﹒A由负载计算确定容量。 2、方案拟定 主接线初步选择两种方案,方案一选择全桥双母线接线如图2所示;方案二3/2母线接线方式如图3。
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技术要求如下。 方案一:二次侧采用双母线接线,其可靠性、灵活性都比较高,因为双母线可以在不停电的情况下检修其任意母线。同时变压器两侧均装有断路器,所以当其出现故障时,又随时对它进行维修,可将电能从一台变压器送出,即可保证一、二级负载不停电,又提高操作的灵活性。一次侧采用了全桥接线,能提高供电可靠性。
图2 全桥双母线接线 方案二:3/2断路器双母线接线方式: 3/2断路器接线是由两个引出回路通过三台串接断路器(称作一串)分别接到两组主母线上的电气主接线。在此接线中,每台断路器的两侧均装设一台隔离开关,供检修断路器时隔离之用,在一些变电所和发电厂中,侮条引出回 路上也设置一台隔离开关,当该回路停止运行时,可以断开此隔离开关,以保 持该串能够继续运行。 (1) 可靠性高。在正常运行方式下, 任何一台电气设备或一组主母线停运都不会造成引出回路的停电。当一台断路器检修。另一回线路或断路器故障时,停电的回路不会超过两回,即使当引出回路(线路)故障而断路器又拒绝动作时,情况也相同。 (2 )两组母线之间的电气连接点比“双母线”方式少很多,使双母线同时故障停运的。 (3) 正常运行方式下,检修任何一台断路器时,不需进行隔离开关的倒换操作,也不影响任一引出回路停电。运行操作简单,没有“倒母线”、‘旁路代’,等较复杂的操作。 (4) 不需要装设选择故障母线的装置,母线保护的二次回路比较简单。但是,由于此接线的继电保护电流需要取自两组电流互感器,而流经此两组电流互感器中的短路电流经常不一致,且这两组电流互感器的误差也常不相同,所以需要采取必要的措施。考虑到保护的范围和灵敏度还要增设短线保护等。 (5) 对线路自动重合闸,由于此接线中的每一回路需要由两台断路器控制,所以二次回路也比较复杂。 (6) 此种接线方式需在每回线路上装设电压互感器,使继电保护装置能取得可靠的电压电源。 综上所述,根据技术比较,方案一、二均适合,满足可靠性、灵活性。 3、负载计算 由需用系数法确定负载大小,当负载总容量SL=18+j4MV﹒A,其中一、二级
负载占总容量的70%等于(4*418*18)*70%=18.44*70%=12.91MV﹒A,此值用于变压器等设备选择的参考量。因此选择变压器为10MV.A的容量变压器两个,型号为S7-10/110.
变压器一次侧最大电流1NTI为
I1NT = 1*3NUSL =3*11044.18=96.79(A)
过负载时的电流为 ITmax1=1.05*96.79=101.63(A) 变压器二次侧最大电流2NTI为 I2NT=5.10*732.144.18 =1013.97(A) 过负载时的电流为 ITmax2=1.05*1073.97=1127.67(A) 4、正常运行条件选设备 选择条件:设备电压电流均大于等于实际值,安装地点等选择设备如下。 1.断路器参数 型号SW2-110/600A:额定开断电流6.6kA,热稳定电流(时间)6.6kA(4s),动稳定电流17kA,固有分闸时间为0.06s,合闸时间问哦0.02s,价格5600元。 型号SN3-10G/2000A:额定开断电流29kA,热稳定电流(时间)43.5kA(1s),动稳定电流75kA,固有分闸时间为0.05s,合闸时间为0.2s,价格1150元。 2.隔离开关参数 型号GW5-110G/600A:动稳定电流72kA,热稳定电流(时间):16kA(4s),价格1200元。 型号GN6-10T/1000A:动稳定电流80kA,额定电流为1000 A,动稳定电流为25kA,热稳定电流(时间)31.5 kA(4s),价格240元。 3.互感器参数
电流互感器型号LCW-110:2/NTNTII200A/5A。级次组合0.5/3,1s的热稳定倍数为65,动稳定倍数为100,价格160元。 选用LFZJ1-10C(复匝贯穿式、环氧树脂浇注绝缘,加大容量,设计序号为1):800/5,1s的热稳定倍数为65,动稳定倍数为130,价格160元。
电压互感器型号JDJJ-35(单相油浸绝缘有接地保护用辅助线圈):35/3,最大容量为1000V·A。型号JDJ-10(单相油浸绝缘):一次侧电压为10kV,二次侧为0.1kV,最大容量为640V·A。 4.避雷器FZ的选择 型号FZ-110:组合方式为2×FZ-15(电站普通阀型中性点非直接接地),额定电压为110kV,灭弧电压为41kV,工频放电电压在84~104之间(参考价500元)。 型号FZ-10:组合方式为单通元件(电站普通阀型中性点非直接接地),额定电压为10kV,灭弧电压有效值为12.7kV,工频放电电压为26~31kV之间,5kA下冲击电流下的残压不大于45kV,10kA冲击电流的残压不大于50kV。 5.线路及母线的选择
架空线选择LGJ(普通型钢芯铝绞线):标称截面为1502mm,允许载流量70℃时为445A,基准环境温度为25℃。单位长度电阻0.21Ω/km,单位长度电感0.358Ω/km(DM=2km,35kV)。 母线选50·5,单条扁铝,平方母线的布置。允许载流量665A,最高温度为70℃,基准环境温度为25℃(10kV),参考价格3000元。 5、短路电流计算
设:基准容量100BSMV﹒A。基准电压BavUU(平均额定电压)。 1.发电机电抗标幺值 %cos100GBGNNXSXP (1-1)
式中%GX——发电机电抗百分数,由发电机铭牌参数的''100%dGXX; ''dX——发电机铭牌参数的次暂态电抗标幺值; BS——已设定的基准容量(基值功率),MV·A; NP——发电机额定的有功功率,MW; cosN——发电机额定有功功率因数。 各元件电抗标幺值如图4所示,发电机G: 12*1*2GGXXXX, X1=X2=X"d*)cos(PNSN=0.3740,系统外部参数/100/4000.25BOKXSS
(OKS为断路器开断容量),本例近似取发电机的参数。 2.负载电抗标幺值
22LLLUXQS (1-2) 式中 U——元件在网络的电压标幺值; LS——负载容量标幺值;
LQ——负载无功功率标幺值。 负载L X9=X10=0.35*18100=1.94 3.变压器电抗标幺值
%100KBTNTUSXS (1-3)
变压器中主要是指电抗,因其电抗TTXR,即TR忽略,由变压器电抗有名值推出变压器电抗标幺值为
22%100NTBKTBNTUSUXUS (1-4)
式中 %KU——变压器阻抗电压百分数; BS ——基准容量,MV·A; NTS、NTU——变压器铭牌参数给定额定容量,MV·A、额定电压,kV;