1、火电厂厂用电系统设计 说明书 简介 发电厂厂用电系统的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。发电厂厂用电系统 的设计的设计内容多，范围广，不同电压等级，不同类型，不同性质负荷的发电厂设计时基本原理、方法和规定都大致相同。本设计为 2100KW变电站站用电系统，主要阐述变电站站用电设计原理。1、 确定 站用电电压等级，高压侧用35KV，低压侧用0.4KV，且均选择单母线连接形式。2、 选择 站用电接线以及工作电源，备用电源以及事故保安电源的引接。3、计算自用电负荷4、站用变压器的选择：做到原、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，变压器的容量必须保证厂用机械及设备能从电源获得
2、足够的功率，从而选出站用变压器。5、电气设备的选择包括：导线的选择、断路器和隔离开关、电压互感线圈、电流互感线圈的选择，电流、电压互感器的选择。6、绘制厂用电电接线图.7.电气图纸。8、参考文献。1、电压等级的确定变电站的站用电负荷主要主要包括变压器的冷却装置，直流系统中充放电装置和晶闸管整流设备，照明、检修以及供水和消防系统用电。而站用电电压等级主要取决于发电机的额定电压、站用电动机的电压、站用电供电网络的因素，相互配合，经过技术经济综合比较后确定的。1.1站用电负荷分类站用电负荷对站系统的重要性来说可以分为三类。1.（1）I类站用电负荷 凡是属于短时停电会造成主副设备损坏、以及危及人身安全
3、、主机停转还影响大量输出力的厂用负荷，都是I类站用电负荷。一般情况下他们都设有两套设备互为备用，分别接到两个独立电源的母线上，当一个电源断电后，另一个电源就会立即投入使用。 （2）II类站用电负荷 允许段时间停电（几秒甚至是几分钟），经运行人员操作恢复供电后不致造成紊乱的站用电负荷，都属于II类站用电负荷。对II类负荷，一般有不同的两段母线供电，但可以采用手动进行切换。 （3）III类站用电负荷 较长时间停电而不会直接影响电能生产的站用电负荷，如修配车间、实验室、油处理室等用电负荷，一般可由一个电源供电。2、不间断供电负荷在机组运行期间，以及正常或事故停机过程中，甚至在停机期后的一段时间内，需
4、要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷。不间断供电电源一般是由蓄电池供电的电动机组或者配备数控特性的静态逆变装置。3、 事故保安负荷在电厂中，自动化程度要求比较高，需要在事故停机过程中以及停机后的一段时间内，仍必须保证供电，否则可能引起主要设备损坏，重要的自动控制失灵或者危机人身安全的负荷，称作事故保安负荷。1.2站用电源分类变电站的站用电源必须保证供电可靠，且能满足各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源时，还应设置备用电源和事故保安电源。站用工作电源是保证正常运行的基本电源。通常工作电源应不少于两个。现代变电站，一般都投入系统并联运行。站用备用电源，用于工作电源因事故或者检修而失电时替代工作
5、电源，起后备作用。备用电源应该具有独立性和足够的供电容量。事故保安电源，当站用工作电源和备用电源都消失时，为确保在严重的事故状态下能安全停机，事故消除后又能及时恢复供电，应设置事故保安电源，以保证事故保安负荷。1.3电压等级分类方法1、 按发电机容量、电压 确定站用电压。容量在60MW及以下，发电机电压为10.5KV，可采用3KV作为站用高压电压；容量在100300MW时，宜采用6KV作为站用高压电压；容量在300MW以上时，若技术经济合理，可采用两种高压电压作为站用电压，即3KV和10KV两级电压。2、 按站用电动机容量、站用电供电网络确定高压站用电压等级10KV电压：10KV电压电动机的功
6、率可制造的更大一些，以满足大容量负荷，例如200KW以上大容量电动机的要求300MW汽轮发电机的站用电压等级可以分为两级，高压为6KV，低压为0.4KV1.4本设计电压等级确定 对本设计来 说站用电设计不存在大功率用电电机，故为了简化站用电接线，且使运行维护方便，站用电压的等级不宜过多，在变电站中，低压站用电压采用0.4kV，高压站用电压采用35KV或者10KV，分别取自变电站不同的母线上。2、全站站用电接线及电源接引方式 2.1 原始资料分析该设计，其自用电容量为100KW，高压侧电压为35KV和10KV。站用电一般采用高压和低压两种电压等级供电。低压站用电压为0.4KV，其中0.4KV 供
7、电 机用电，220V供照明和单相负荷用电。高压厂用电采用35KV和10KV两种电压。 2.2 电气接线的基本要求电气接线代表了变电所的电气主体结构，是自用电的重要组成部分，直接影响变电所运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置的布置、自动装置和控制方式的拟订都有决定性的关系。主接线的正确、合理设计、必须综合处理各个方面的因素，经过技术，经济论证后方可确定。因此，主接线必须满足以下基本要求。断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电，即满足一定的可靠性要求。具有一定的灵活性。接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达
8、到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且在检修时可以保证检修人员的安全。 操作应尽可能简单、方便。主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会 给运行造成不便或造成不必要的停电。经济上合理，接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，使其尽地发挥经济效益。 2.3主接线设计主要考虑因素在对设计原始资料分析的基础上，结合对电力系统电气接线的可靠性、经济性及灵活性等基本要求
9、综合考虑，在满足技术、经济政策的前提下，本次设计力争使其成为技术先进，发电可靠、经济合理的接线方案。可靠发电是本设计变电站应该考虑的首要问题，兼顾到经济性和变电站自用电重要性等问题，主接线方案从以下几个方面考虑：尽量缩小站用电系统的故障影响范围，避免引起全站停电事故。万一发生全站停电，尽快从系统取得启动电源。本变电站有无全站停电的可能性。高压厂用母线一般按工作区域分段，即发电机供给各自机、炉的用电。低压厂用变压器由一般由高压厂用母线段上引接。高低压，厂用母线均采用单母线，双电源供电，即设有备用电源和事故保安电源。线路、断路器、主变或母线故障或检修时，对机组的影响，对发电机出力的影响。主接线是否
10、具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修事故状态下操作方便，调度灵活，检修安全等。在满足技术要求的前提下，尽可能考虑投资省、易操作，电能损失小和年运行费用少。2.4本设计接线最佳方案的确定经过对上述资料分析综合后，对于本设计35KV变电站属于小型变电站，站用各级电压均采用单母线分段（按供电区域配电柜）接线方式，具有以下特点：若某一段母线发生故障，只影响其对应的一个区域配电柜的运行，使事故影响范围局限在小部分区域；站用电系统发生短路时，短路电流较小，有利于电气设备的选择；降 同一站用电负荷接在同一段母线上，便于运行管理和维修。2.5站用电源的引接站用高压工作电源是保证正常运行的基本电
11、源。通常工作电源应不少于两个。现代变电站，一般都投入系统并联运行。若从发电机电压回路 通 过站用高压变压器 取得站用工作电源，即使发电机组群不停止运行，仍可以从电力系统倒送电能 供给站用电源。这种方式（如图）供电可靠，操作简单，调度方便、投资、运行费都比较省。站用低压工作电源，从35KV高压站用母线通过低压变压器引接。备用电源采用明备用方式直接从35KV高压母线侧引接（如图）以保证在变电所两台变压器均停电或者进行系统检修时，仍能给系统进行供电。事故保安电源通过蓄电池组以及逆变器将直流直接变为交流以保证工作电源和备用电源都消失时，确保给系统供电。3计算站用电负荷经过查资料知，变电站负荷和主要有以
12、下几类，列表格形式给出。序号 设备名称额定容量（KW）功率因数台数所需电压1主充电机50.881380V2浮充电机4.50.851380V4屋内配电装置通风1.10.792220V5交流电焊机10.50.51380V6检修试验用电130.81220V8照明负荷808220V9生活用电 085220V10空调2083220V111台主变主变冷却用风机05088380V12其他508220V经计算站自用电负荷共68.2KW，其中高压负荷为24KW,低压负荷为44.8KW.4. 站变压器的选择4.1 额定电压的选择站用变压器的额定电压根据站用电系统的电压等级和电源引接线出的电压确定，变压器一、二次侧
13、电压必须与引接电源和站用网络电压一致。故本设计选择35/0.4KV。4.2 工作变压器的台数站用变压器的台数和型式主要与站用高压母线的段数有关，而母线的电压等级有关。本设计可选用2台变压器，分别供两段母线使用。4.3站用变压器的容量站用变压器的容量必须满足 站负荷从电源获得足够的功率。因此，对 站电压工作变压器应按站电压计算负荷的110%与站用低电压计算负荷之和进行选择。（1） 站用高压工作变压器的容量 当为双线绕组变压器按下式计算 St1.1Sh+Sm=1.1X24+44.8=71.2KW式中,St-站用高压计算负荷Sh-站用低压计算负荷之和故本设计单台变压器的容量可选为100KW。查发电厂
14、电气部分附表1-2可选S7-100/35和S7100/10型号变压器名称参数备用型号S7-100/35额定容量(KVA)100额定电压(KV)3522.5%/6.3联结组别Dyn11，Yyn0阻抗电压(%)6.5空载电流(%)1.80空载损耗(KW)0.29负载损耗(KW)2.02 表12 5 电气设备的选择5.1 电气设备选择的一般原则额定电压：所选电器和电缆允许最高工作电压UN不得低于回路所接电网的最高运行电压UNS即 UnUns额定电流：导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，导体和电器的长期允许电流IN应不小于该回路的最大持续工作电流Imax即 INImax由于变压器在电压降低5
15、%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax = 1.05Ie（Ie为电器额定电流）。电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流。a)短路热稳定校验满足热稳定条件为 或 Qd 短路电流产生的热效应Qr 短路时导体和电器允许的热效应4秒内允许通过的短时热电流短路计算时间验算热稳定的短路计算时间为继电保护动作和相应断路器的全开断时间之和，即=+一般取保护装置的后备保护动作时间，这是为考虑到主保护有死区或拒动；而是指对断路器的 分 闸脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后的电弧完全熄灭为止的时间段。显然，包括两个部分，即=+式中，为断路器
16、固有 分 闸 时间，它是由断路器到分 闸命令（ 分 闸电路接通）起，到灭弧触头刚分离的一段时间，此值可在相应手册中查出。b)短路的动 稳定校验满足动稳定条件为：或式中 ，短路冲击电流幅值及其有效值；，电气设备允许通过的动 稳定幅值及其有效值。 5.2 35KV高压母线 出线的选择母线上最大长期工作电流KA采用铝导线，由发电厂电气部分图6-17查得变电所的母线经济电流密度曲线得， Tmax=2500h 时 j=1.15A/则查发电厂电气部分附表2-1得由于电流过大，所以选用槽行铝导体。查槽行铝导体长期允许载流量，选用矩形铝导体的参数如下：表10-19截面尺寸（mm）导体截面积（）集肤效应系数导体
17、载流量hbCr100100101697601.422613选用 每相2条10010矩形铝导体（平放）， In=2613A Ks=1.42 。由长期允许电流Ia不得低于所在回路的最大持续工作电流Imax，取环境温度40满足长期允许发热条件。热稳定校验由发电厂电气部分查得非周期分量等效时间=0.2因，所以不计非周期分量，即：母线正常运行最高温度为：由发电厂电气部分查得C=97得母线最小截面Smin 满足热稳定要求动稳定校验相间距离a=0.35 选取L=1.5 = 相间引力的值为 =（除2是选双铝排）查书 铝的最大允许应力为70Pa满足动稳定条件所以35KV高压侧母 线出线选10010矩形铝导体（平
18、放）5.3 高压断路器和隔离开关的选择火电厂自用电电气主接线中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。断路器是电力系统最重要的控制和保护设备。断路器的功能是接通和断开正常工作电流、过负荷电流和故障电流。本次设计采用真空断路器，真空断路器是利用真空（气体压力在以下）的高介质强度来实现灭弧的断路器。真空断路器开断能力强，灭弧迅速，触头不易氧化、运行维护简单、灭弧室不需检修、结构简单、体积小、质
19、量轻、噪声小、寿命长、无火灾和爆炸危险等优点。但制造工艺、材料和密封要求高，开断电流和电压不能做的很高。目前国内只生产35KV及以下电压等级的产品。断路器和隔离开关选择的方法：电压和电流选择，式中，分别为电气设备和电网的额定电压，kV；，分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流，A。按开断电流选择设备的额定开断电流，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量，即当设备的较系统短路电流大很多时，简化计算可用进行选择，为短路电流值。短路关合电流的选择在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，
20、且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流iNcl 不应小于短路电流最大冲ish击值。即： 短路热稳定和动稳定校验校验式为： 0.4KV母线侧断路器和隔离开关的选择 设备参数ZN32-10GN23-20计算数据UN（KV）1010UN（KV）0.4IN(A)2500250024254021143.451100.231101650.23 35KV侧高压断路器隔离开关的选择设备参数GW5-35IIDWSW2-35计算数据UN（KV）3535UN（KV）6IN(A)20002000153910030.211143
21、.4511037.661108537.66 5.4 互感器的选择互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：1、将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。2、使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。互感器的配置1为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；2在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如
22、：发电机和变压器的中性点；3对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；46220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；5当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。电流互感器的特点1一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；2电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电流互感器的选择1一次回路额定电压和电流的选择。一次回路额定电压和电流应满足，为确保所供仪表的准确度，电流互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流
23、接近。2. 准确级和额定容量的选择。互感器按选定准确级所规定的额定容量应大于或等于二次侧所接负荷，即=+式中，分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻（忽略电抗）；为接触电阻，一般可取0.1；为连接导线电阻。3热稳定和动稳定校验：a）只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流或一次额定电流的倍数来表示，热稳定校验式为：b）动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验，以及不同相的电流相互作用产生的外部电动力校验。显然，多匝式一次绕组主要经受内部电动力。 动稳定校验式为：式中Ih, Kes电流互感器的动稳定电流及动稳定
24、电流倍数，有制造厂提供。电流互感器选择结果：35KV侧电流互感器的选择由此得，初选LCWB-35（600/5）电流互感器，其技术参数如下：型号额定电流A级次组合准确级次二次负荷10%倍数1S热稳定动稳定准确等级00.51352.012.0二次负荷倍数电流倍数电流倍数V.ALLCWB-35（600/5）15-600/50.5/B0.5/BBB12.02.01.221540900.4KV侧电流互感器的选择型号额定电流A级次组合准确级次二次负荷10%倍数1S热稳定动稳定准确等级0.2V.A0.5135P10P二次负荷倍数电流倍数电流倍数V.A D/DD1.280160 6接地为保护人身及设备在正常和
25、事故情况下的安全，电气设备都应装设接地装置。按用途可分为四种：工作接地。即为运行需要所设的接地。保护接地。为保护人身和设备的安全，将电气设备正常不带电而由于绝缘损坏有可能带电的金属部分接地，称为保护接地。防雷接地。为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。防静电接地。为防止静电对易燃油、天然气等危害而设的接地，称为保护接地接地的一般要求：1）在正常和事故情况下，电气设备外壳要接地。首先应能同与地有可连接的各种金属结构、管道和设备等自然接地体。2）将各种不同用途和各种不同电压的电气设备接地，应使用一个总的地装置。接地装置的接地电阻，应满足其中接地电阻最小的电气设备的要求。3）电气设备的人工接地体
26、（管子、扁铁和圆钢等，垂直接地体和水平地体两类）应尽可能使在电气设备所在地点附近的对地电压分布均匀。 6.1厂用电系统中性点接地方式发电机绕组发生单相接地故障时，电流超过允许的对地电容电流时将烧伤定子铁芯。 高压厂用电系统的中性点接地方式。高压厂用电系统中性点接地方式的选择，与单相接地电容电流Ic的大小有关。电厂的高压厂用电系统多采用中性点经电阻接地的方式。选择适当的电阻可以抑制单相接地故障电压不超过额定电压的2.66倍，避免故障扩大。低压厂用电系统中性点接地方式，中性点经高电阻接地方式对火力发电厂的低压厂用电系统都可以采用。因此我们选择；发电机采用中性点不接地方式，35KV系统，中性点经电阻
27、接地，保护动作于信号。0.4KV系统，中性点经高电阻接地， 6.2接地装置的选择接地可采用20mm4mm=80的扁钢。接地装置接地体的截面接地装置的计算：计算土壤电阻率，据发电厂电气部分假设得季节系数经过处理使土壤电阻率=o=1.540=60（m），l为 接地体长度，根据规程规定，统一的接地装置共接地电阻R0.5，采用b=0.4md 扁钢，则d=0.2m.垂直接地体：l=5m,=(ln-1)= (ln-1)=8.2110，则避雷针选用单根接地体。接地电阻R=0.5=0.5*=0.463采用以40*4扁钢制作的水平接地为主，垂直钢管接地为辅的复合式人工接地网，接地装置埋于冻土 层只下。热稳定校验
28、；可见 ，接地线可采用20mm4mm=80的扁钢。接地装置接地体的截面；垂直接地体（钢管壁 厚按 最小厚度3.5mm计）为（），水平接地体截面为，均大大超过接地线截面的。满足要求。第7章 设计图纸第8章 参考文献参考文献电力工程电气设计200例 卓 乐友 中国电力出版社变压器实用技术大全 马丁J.希思科特 机械工业出版社供电技术 何 首 贤 中国水利水电出版社发电机及电气设备 倪红 中国电力出版社电力工程CAD 刘国亭 中国水利水电出版社电力系统分析 何仰 赞 华中科技大学出版社 发电厂电气部分 熊 信 银 中国电力出版社 供电技术 余健明 机械工业出版社 继电保护原理 刘学军 中国电力出版社
29、 变电所设计技术规则 丁 宗文 中国科技文化出版社 高电压技术 刘吉来 中国水利水电出版社 电力工程基础 王 锡 凡 西安交通大学出版社 电力工程 吴 希 再 华中科技大学出版社目录变电所概况第1章 电压等级的确定 1.1站用电负荷的分类 1.2站用电源的分类 1.3电压等级的分类方法 1.4本设计电压等级的分类第2章 站用电接线及电源接引方法 2.1原始资料分析 2.2电气接线基本要求 2.3主接线设计主要考虑因素 2.4本设计最佳方案的确定 2.5站用电源的接引第3章 计算电用负荷 3.1电用负荷表第4章 站用变压器的选择 4.1额定电压的选择 4.2额定变压器工作台数的确定 4.3站用变压器容量的选择 第五章 电气设备的选择 5.1电气设备选择的原则 5.2 35KV高压母线的选择 5.3 高压断路器和隔离开关的选择 5.4 互感器的选择 第六章 接地装置 6.1 站用中性点接地方式 6.2 接地装置的选择第7章 设计图纸第8章 参考文献
