1、 本科生畢業論文（設計）中文題目1000MW火力發電機組的電氣主接線及廠用電接線的設計及仿真 英文題目Design and Simulation of the Main and Auxiliary Power Wiring for 1000MW Thermal Power Units 學生姓名 班級 學號 學 院 儀器科學與電氣工程學院 專 業 電氣工程及其自動化 指導教師 職稱 中文摘要摘要：隨著我國經濟的發展，用電需求的增大，1000MW容量的發電機組開始成為電力系統的主力機組，由于機組容量的增大和廠用電壓等級的提高，帶來了電動機起動困難、短路電流過大等問題。本文利用電力設計專用仿真軟件構

2、建了1000MW容量發電機組的電氣主接線和廠用電接線系統模型，計算了整個系統所有母線處的潮流、短路電流，給出了短路電流與專業設計值對比結果，為開關電氣設備的選擇提供依據，并對系統中最大一臺容量的電動機起動、電動機成組及串聯自啟動進行了檢驗計算，給出電機啟動校驗仿真數據與實際計算結果的對比，分析了系統設計方案的優劣，為今后大容量機組系統優化設計提供參考。關鍵詞：1000MW機組、電氣主接線、廠用電接線、設計、仿真、潮流、短路、電動機起動外文摘要Title Design and Simulation of the Main and Auxiliary Power Wiring for 1000MW

3、 Thermal Power Units AbstractAs Chinas economy developing and electricity demand growing, 1000MW capacity of generating units has become the main force, With the increased capacity and enhanced voltage grade of the plant, serious problem is coming, such as motor starting, short-circuit current is to

4、o large and so on; In this paper, the power designing simulation software was adopt to build the model of the main and auxiliary power wiring for 1000MW thermal power units. Calculated power flow and short circuit of all buses in this system, then compared the short circuit value with the value of p

5、rofessional design, it provides a basis for the choice of switching equipment. And the largest capacity motor starting, the group motor and the series motor starting were tested, then give the comparison of starting checking data and actual simulation values, analyses the designing project of system

6、. it will be a reference for Optimal design of Large-capacity unit system.Keywords: 1000MW unit the electric main power connection auxiliary power wiring designing simulating power flow short circuit motor starting目錄1 引言11.1 電氣主接線的設計、仿真的目的和意義11.2 廠用電接線的設計、仿真的目的和意義。21.3 ETAP及其在電力系統中的應用21.4 本文的主要工作42

7、1000MW火電機組電氣主接線設計52.1 電氣主接線設計的要求52.2 電氣主接線方案的選擇52.3 主接線方案的論證62.4 主變壓器的選擇73 1000MW火電機組廠用電接線的設計93.1 廠用起動、備用電源的接線方案選擇93.2 廠用電電壓等級的選擇93.3 廠用電接線方案的論證114 電氣系統設備模型及參數124.1 分裂變壓器124.2 雙繞組變壓器124.3 電動機134.4 電纜135 電氣系統的軟件仿真145.1 潮流145.2 短路電流的計算165.3 電動機的起動校驗215.4 開斷設備的選擇24總結25參考文獻26致謝28附錄29附錄一：一臺機組的廠用電主要負荷29附錄

8、二：廠用電接線的分配及變壓器的選擇31附錄三：雙繞組變壓器參數表36附錄四：主接線潮流仿真數據36附錄五：廠用電接線潮流仿真數據37附錄六：主接線短路電流仿真數據38附錄七：廠用電接線的短路電流仿真數據39附錄八：整體方案的仿真數據41附錄九：部分仿真軟件計算截圖42英文文章44中文翻譯511 引言1.1 電氣主接線的設計、仿真的目的和意義目前世界上的大型發電廠一般是指總容量在千兆瓦及以上, 單機容量在300-1300MW不等。我國在20世紀80年代以來, 已將原來的小火電、小水電建設轉向以單機容量200-600MW為主的大火電,目前1000MW容量的機組在國內已經逐漸成為主流。隨著用電需求量

9、急增,大規模的城市電網和農村電網改造也同時展開,系統容量也在不斷擴大,以500KV為主網, 主干線的全國性網架已逐步形成,長江三峽水利發電工程的建成和西電東送工程的實施,促成全國聯網的必要性。為此發電廠電氣主接線的可靠性對電力系統的安全運行將提出更高的要求。電氣主接線主要指發電廠、變電所及電力系統中傳送電能的通路, 這些通路中有發電機、變壓器、母線、斷路器、隔離開關、電抗器、線路等設備。它們的連接方式, 對供電可靠、運行靈活、檢修方便以及經濟合理等起著決定性的作用, 它反映出電廠的整個供電系統全貌和其所選用的電氣設備、元件型號規格和數量以及它們之間的相互關系。它不僅是初步設計審查的重要內容之一

10、, 同時也是將來電氣值班運行人員進行各種操作的重要依據。所以電氣主接線的設計是否合理, 將直接影響到電廠基本建設投資效益和今后的安全及可靠運行，同時也是搞好發電廠電氣設計的關鍵。電氣主接線的設計是變電所電氣設計的主體。它與電力系統，電廠功能參數，基本原始資料以及電廠的運行可靠性，經濟性的要求等密切相關，并對電器選擇和布置，繼電保護和控制方式等都有較大的影響。因此，主接線的設計顯得尤為重要。因此，電氣主接線已經成為電廠輸送電最為關鍵的環節，關系著發電量的安全輸送，關系著居民用電的可靠保障，電氣主接線的好壞顯得尤為重要，其設計方案的仿真更是在投入運行之前的重中之重的環節。本文依托某1000MW機組

11、電廠進行設計主接線，對潮流和短路等進行仿真最后得出可靠的主接線方案。1.2 廠用電接線的設計、仿真的目的和意義。隨著機組容量的加大,廠用電系統的規模和主要輔機的容量較600MW機組有較大幅度的提高,會帶來高壓廠用電系統的短路水平增大和單臺最大容量電動機啟動困難等諸多問題。如何解決好這些問題,是今后電氣專業面臨的課題之一。廠用電系統是發電廠的重要組成部分,它的確定就代表著電廠基本輪廓的確定，基本組成設備的確定，投資成本的確定，因此合理的廠用電接線,適當的電壓等級,對于保證機組的安全連續滿發、降低廠用電率、方便操作和維護、節約投資、縮短建設工期、控制造價等有著重要的作用。由上述可見廠用電系統對于電

12、力系統來說也是及其重要的組成部分，它是電能的源頭，是保障安全可靠供電的最最基本的因素，對廠用電方案的設計必須嚴格按照廠技規的要求，達到指定的指標。目前國內1000MW容量及以上的機組在技術上相對600MW不夠成熟，但是發展很迅猛，技術投資很大，主要是要解決大容量機組自身存在的短路電流限制和起動性能加強等問題，本文主要是對1000MW容量機組進行電壓等級和接線形式的選擇，最后在仿真軟件進行上述項目的校驗仿真，最后確定最終的廠用電接線方案。1.3 ETAP及其在電力系統中的應用 ETAP軟件的簡介ETAP PowerStation是一個最全圖形界面的電力系統仿真分析、計算高級應用軟件，能夠運行在M

13、icrosoft NT SP6、Windows 2000SP2、Me和XP平臺上。ETAP 由美國OTI 公司(Operation Tech2nology Inc) 開發, 最初的版本于1983 年發行。ETAP在美國確立了電力系統設計和分析軟件的標準,也是全美第一個特許提供給核電站進行電力系統分析的商用軟件。經過多年的開發與完善,ETAP 已具備智能建模、多維數據管理模式、多種輸入表達方式、統一數據庫、虛擬現實操作、無限復合網絡嵌套及電機嵌套、集成全面的電力和物理數據庫以及大量工程數據庫、用戶自定義動態模型等特點。用ETAP 可以制作電力系統單線圖、阻抗圖、繼電保護圖、分析計算圖、配電柜接線

14、圖等100 多種不同的圖形。 ETAP軟件的優點1、綜合性以一個統一的符合現實觀念的并具有開放性的數據平臺為基礎,可進行電力系統的各個專業方向和應用領域中的定量計算與定性分析,并具有簡單直觀的優點。2、數學模型多樣在同一分析領域中,對同類元件提供多種數學模型,使用者可根據需要在多種模型中進行選擇。在其自定義動態模塊中可允許用戶自己增加數據庫中沒有的數學模型。3、電氣操作直觀可直觀的接入開關設備、各種繼電保護設備,使在計算機上的操作與現實更相近。4、使用簡單、上手快人機界面非常友好,所用的原始資料輸入都以圖形編輯方式。對于同一版的原始數據,可提供不同的外觀顯示,以方便用戶強調不同的內容。計算結果

15、的輸出也提供多種方式,如單線圖上顯示,分類計算報告,曲線圖顯示。由于此方面的優點,就可以使計算人員將主要精力放在數學模型的選擇和計算結果的分析歸納上。 ETAP在電力系統中的應用ETAP的計算分析設計模塊種類繁多,功能強大。其中針對電力電氣系統設計和保護部分的模塊有:潮流計算,短路計算(ANST和IEC標準),繼電保護配合,弧閃分析,諧波分析(諧波潮流、頻率掃描和濾波器自動設計) ,電機參數估計,變壓器容量自動選擇,地下電纜管道系統的設計與分析,電纜拉力分析(多重電纜和三維立體視圖),接地網設計,低壓配電系統的設計。針對直流系統的模塊有:直流系統潮流計算,直流系統短路計算,直流系統蓄電池容量估

16、計,交直流控制系統接線圖設計。針對暫態及穩定分析的模塊有:電機啟動(動態及靜態加速) ,發電機啟動,暫態穩定分析,用戶自定義動態模塊設計。針對輸電及配電系統的模塊有:優化潮流,不平衡潮流,可靠性分析,補償電容器最佳位置選擇,傳輸線的弧垂、張力以及容量計算。除此之外，ETAP還有實時在線功能，ETAP的實時在線功能是通過PSMS 來實現的。PSMS 是ETAP 電力系統分析軟件的一個實時在線的擴展。結合Window的終端一服務器模塊架構和最新的在線監測、實時模擬以及遠程控制應用,PSMS可與計算機工作站、歷史數據庫、智能儀表以及其他SCADA 系統的任意組合進行接口連接。PSMS有在線監測、實時

17、分析、在線控制、優化管理、數據反演等主要功能。1.4 本文的主要工作1、學習關于電氣主接線和廠用電接線的設計方法，熟悉設計的流程。2、根據廠技規的規定對主接線和廠用電方案進行設計，對有限的資料進行合理的設計分配，最終形成初步方案。3、對已設計的方案在ETAP軟件中進行重建，對主接線和廠用電接線進行仿真，其中指標包括潮流、短路計算和電動機起動分析等幾項。4、將所仿真的結果與廠技規的規定范圍進行校驗，再將仿真值與專業設計人員的計算值進行對比，從而判斷方案的合理與否。2 1000MW火電機組電氣主接線設計2.1 電氣主接線設計的要求對一個電廠而言,電氣主接線在電廠設計時就根據機組容量、電廠規模及電廠

18、在電力系統中的地位等,從供電的可靠性、運行的靈活性和方便性、經濟性、發展和擴建的可能性等方面,經綜合比較后確定。它的接線方式能反映正常和事故情況下的供送電情況。電氣主接線又稱電氣一次接線圖。電氣主接線應滿足以下幾點要求:1、運行的可靠性:主接線系統應保證對用戶供電的可靠性,特別是保證對重要負荷的供電。2、運行的靈活性:主接線系統應能靈活地適應各種工作情況,特別是當一部分設備檢修或工作情況發生變化時,能夠通過倒換開關的運行方式,做到調度靈活,不中斷向用戶的供電。在擴建時應能很方便的從初期建設到最終接線。3、主接線系統還應保證運行操作的方便以及在保證滿足技術條件的要求下,做到經濟合理,盡量減少占地

19、面積,節省投資。2.2 電氣主接線方案的選擇電氣主接線是保證電網的安全可靠、經濟運行的關鍵，是電氣設備布置、選擇、自動化水平和二次回路設計的原則和基礎。按照火力發電廠設計技術規程(DL5000一2000)中第13:213之規定“330一500kV配電裝置的接線必須滿足系統穩定性和可靠性的要求，同時也應考慮運行的靈活性和建設的經濟性。當進出線回路數為六回及以上，配電裝置在系統中具有重要地位時，宜采用一臺半斷路器接線;進出線回路數少于六回，如能滿足系統穩定性和可靠性的要求時，也可采用雙母線接線。在一臺半斷路器的接線中，電源線宜與負荷線配對成串，同名回路配置在不同串內。初期僅兩串時，同名回路宜分別接

20、入不同側的母線，進出線應裝設隔離開關。當一臺半斷路器接線達三串及以上時，同名回路可接于同一側母線，進出線不宜裝設隔離開關”。本課題為1000MW機組容量的采用500KV電壓等級，主接線采用最常用的一臺半斷路器接線方案如下圖2-1所示：圖2-1 一臺半斷路器接線示意圖2.3 主接線方案的論證一臺半斷路器接線的定義:兩個元件引線用三臺斷路器接往兩組母線組成一個半斷路器接線，每一回路經一臺斷路器接至母線，兩回路間設一聯絡斷路器，形成一串，又稱二分之三接線，一臺半斷路器接線是現代國內外大型電廠和變電所超高壓配電裝置廣泛應用的一種接線。運行時，兩組母線和全部斷路器都投入工作，形成多環狀供電，具有較高的供

21、電可靠性和運行靈活性。任一母線故障或檢修，均不致停電;除聯絡斷路器故障時與其相連的兩回線路短時停電外，其他任何斷路器故障或檢修都不會中斷供電;甚至兩組母線同時故障(或一組檢修時另一組故障)的極端情況下，功率仍然繼續輸送。此種接線運行方便，操作簡單，隔離開關只在檢修時作為隔離電器。一臺半斷路器接線的特點:1、有高度可靠性。每一回路由兩臺斷路器供電，發生母線故障時，只跳開與此母線相連的所有斷路器，任何回路不停電。2、運行調度靈活。正常時兩組母線和全部斷路器都投入工作，從而形成多環形供電，運行調度靈活。3、操作檢修方便。隔離開關僅作檢修時用，避免了將隔離開關作操作用時的倒閘操作。檢修斷路器時，不需帶

22、旁路的倒閘操作。檢修母線時，回路不需要切換。2/3斷路器接線的缺點是使用設備較多,特別是斷路器和電流互感器,投資費用大, 二次控制接線和繼電保護都比較復雜。綜上所述，本課題采用一臺半斷路器接線形式是合適的。2.4 主變壓器的選擇主變壓器的結構型式推薦采用單相變壓器組，不設備用相。因為三相變壓器的運輸較難實現，其運載設備以及對路橋等的加固措施的費用遠遠高于設備費，且國產三相變壓器的制造和運行業績不多，如有事故，三相變壓器返廠檢修困難，運輸費用高。單相變壓器雖然初投資較高，但其運輸較易實現，公路與鐵路都可運輸，即使出現主變故障返廠維修也比較容易，影響停役時間較短，其經濟性明顯占優勢;單相變壓器已有

23、成熟的運行經驗，且質量可靠，為節約工程投資，因此本工程不設備用相。發電機與主變壓器為單元連接，按照電力工程電氣設計手冊1中“發電機與主變壓器為單元連接時，主變壓器的容量可按下列條件中較大者選擇:1、按發電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度。2、按發電機的最大連續輸出容量扣除本機組的廠用負荷。”經計算，機組負荷為65MVA，發電機的容量為1000MW,按上述兩種方法計算后容量基本相當，約為1109MVA，故主變壓器容量選擇結果為3x380MVA。其接線形式如下圖2-2所示：圖2-2 主接線形式圖3 1000MW火電機組廠用電接線的設計對于1 000MW超超臨界火力發電機組,鍋爐

24、、汽機、發電機輔機系統與600MW機組有所區別,有自己本身的特點, DL5000 - 94火力發電廠設計技術規程及其他相關規程還未作出相關的規定。3.1 廠用起動、備用電源的接線方案選擇目前國內主要采用兩種引線方式，第一種是起動備用變壓器從廠內220KV母線引接，經過220KV斷路器和隔離開關接入廠用高壓段，作為廠用設備的起動備用電源；第二種是起動備用變壓器直接從廠外500KV母線直接經過500KV斷路器和隔離開關進行引接，作為廠用高壓母線的起動備用電源用。對于方案一，當220KV斷路器檢修或者故障時，將直接導致起動備用變壓器失去電源，使2臺1000MW機組失去啟動/備用電源,影響2臺機組的安

25、全停機。對于方案二，起動備用變壓器單獨由500KV母線直接供電，任一回路故障或者檢修時，由于廠外高壓母線不會停電，所以能夠保障起動備用變壓器的安全供電，也就能夠保障機組的安全停機，方案一在斷路器故障前將切除整個起動備用電源，方案二在任一回路故障時，對另一回路將不造成影響，但從2臺1000MW機組的安全起停考慮,盡管方案1投資較低,仍選擇方案2，即由500KV母線直接引線。3.2 廠用電電壓等級的選擇在DL5000-94火力發電廠設計技術規程中,對600MW機組規定其廠用電壓可根據具體情況采用6kV一級或10kV、3kV兩級。目前,我國600MW機組以上2種接線、電壓等級均存在。當前,國內大型發

26、電廠廠用高壓系統采用3種電壓等級方案:6kV一級電壓;10kV一級電壓;10kV及3kV(或6kV)2個等級電壓。對于上述提到的“10kV及3kV(或6kV)2個等級電壓”方案，其電壓等級為兩級，有過運行業績，但是從當前看，在建和擴建的電廠中已經不再采用兩級電壓的接線形式，原因是目前大部分設備的額定電壓都是6KV或者10KV，并且有都向10KV發展的趨勢，從經濟性角度看雖然3KV會節約投資，但是兩級的電壓接線形式從管理角度看很混亂，加重了運行人員的負擔，增加了備品備件的種類和數量，不便于設備的管理、維護和檢修，因此本課題只對60KV和10KV一級電壓接線形式討論。從目前已建和再建的1000MW

27、等級的機組中來看，高壓廠用電電壓很多采用10kV 1級電壓的，如：山東鄒縣發電廠等等。10KV和6KV等級接線將從以下幾個方面進行綜合經濟技術比較：共箱母線：6kV電壓等級目前一般仍采用10 kV共箱母線, 2種方案電壓等級一致,而6kV電流為4 000A,熱穩定電流50 kA, 10 kV 電流為2500A,熱穩定電流40kA,因此,6kV共箱母線價格要貴一些。開關柜：6 kV開關柜熱穩定電流50 kA產品目前在常熟、太倉等電廠均已經應用; 10 kV開關柜真空斷路器為40 kA常規產品,而F - C回路熔斷器及真空接觸器產品型號不多,可選擇余地較小。電動機：采用6kV電壓等級時,電動機啟動

28、電壓降較大,啟動比10 kV要困難。10 kV或6 kV電壓等級電動機均有大量成型產品,10kV電動機體積較大,布置成本比6kV的稍高。高壓電纜：相同截面電纜10 kV價格比6 kV高,且電纜外徑比6 kV大,但相同容量6 kV電纜需采用更大截面或更多電纜,綜合比較,兩者相差不大。綜上所述,高壓廠用電源采用10 kV及6 kV電壓等級在技術上均可滿足要求。采用6 kV電壓等級,短路水平大、啟動壓降大,需增加軟起動器、短路試驗升壓變壓器等設備;采用10 kV電壓等級, 2臺機組總體投資比6 kV電壓等級約增加一些,但10 kV級短路水平較小,啟動壓降滿足規程要求,且10 kV電動機有功損耗比6

29、kV 小,因此,該期2臺1000MW機組廠用中壓系統采用10 kV一級電壓。3.3 廠用電接線方案的論證兩臺機組設置2臺65/38-38MVA、電壓272X2.5%/10.5kV-10.5kV分裂變壓器作為高壓廠用變壓器，兩臺機組設置一臺65/38-38MVA、電壓5008X1.25%/10.5kV-10.5kV高壓起動/備用變壓器作為兩臺高壓廠用變壓器的備用電源。同時，每兩臺機組設置兩臺38MVA的雙繞組變壓器作為高壓公用變壓器，帶兩臺機組的脫硫和輸煤等公用負荷，兩臺高壓公用變壓器互為備用。在機組起動時，采取臨時措施，用高壓起動/備用變壓器給高壓廠用母線和高壓公用母線供電，作為起機電源。20

30、0kW及以上的電動機由10kV供電。額定功率1500kW及以下的電動機和2000kVA及以下的變壓器，使用接觸器加熔斷器的方案（F-C回路）；大于1500kW的電動機和大于2000kVA的變壓器，采用真空斷路器。起動/備用變壓器電源取自廠外500kV配電裝置。其接線示意圖如下圖3-1所示。圖3-1 廠用電接線示意圖4 電氣系統設備模型及參數4.1 分裂變壓器在國外，基于ETAP軟件，可以根據下述方法應用三繞組變壓器建立分裂變壓器的模型。分裂系數Kf和穿越電抗X1-23是分裂變壓器的兩個重要技術參數。分裂變壓器的等值電抗X1、X2和X3與分裂系數Kf和穿越電抗X1-23之間的關系正如公式（4-1

31、）和（4-2）。 X1=(1-Kf/4)X1-23 （4-1） X2X3(Kf/2)X1-23 （4-2）繞組 1、2 和 3 之間的等值電抗 X12、X13 和 X23 的計算公式分別如下列公式（4-3）、（4-4）和（4-5）。 X12= X1+ X2 （4-3） X13= X1+ X3 （4-4） X23= X2+ X3 （4-5）進而得到三繞組變壓器的阻抗電壓百分數：Ups(%)=X12、Upt(%)=X13、Ust(%)X234.2 雙繞組變壓器雙繞組變壓器為低壓段提供電能功率，在這里采用型網絡對低壓變壓器建模，計算公式如下： （4-6） （4-7）則有： （4-8） （4-9）其中

32、：為額定值。廠用雙繞組變壓器的主要參數見下附錄三。4.3 電動機異步電機在做電動運行時，有結構簡單、操作方便、運行可靠，性能價格比好等優點，因此在廠用電系統得到了普遍的應用中。在正序、負序網絡中，異步電動機的阻抗為： （4-10）式中為電動機額定電壓為電動機額定電流為電動機額定容量為電動機堵轉電流與額定電流之比在高壓段（廠用變壓器低壓側）設置=400；在低壓段（PC段和MCC段）設置=500。4.4 電纜對于電纜長度的選定，電動機的連接電纜長度大概在50m左右，變壓器的連接電纜長度大概在150m左右，這樣設置更接近于實際情況，算出的數據可信度更高；電纜橫截面積的選擇取決于所連接線路的額定電流的

33、大小，一般來說，中壓段電纜的截面積選為95 mm2，低壓段電纜的截面積選為185 mm2。其它參數可以按照ETAP的庫選定。5 電氣系統的軟件仿真5.1 潮流潮流是指電力網絡中功率的流動，母線電壓水平是潮流一個直接的體現，所以母線電壓的波動范圍是評價潮流優劣的標準。電力系統的潮流計算是電力系統分析中的一種最基本的計算，它是分析電力系統的基礎，它的任務是根據給定的運行條件確定網絡中的功率分布、功率損耗，以及各母線的電壓。NewtonRaphso法是數學上解非線性方程式的有效方法，有較好的收斂性，將N-R法用于潮流計算是以導納矩陣為基礎的，由于利用了導納矩陣的對稱型、稀疏性及節點編號順序優化等技巧

34、，使N-R法在收斂性、占用內存、計算速度方面的優點都超過了阻抗法，成為了20世紀60年代末以來普遍采用的方法。 根據廠用電系統的復雜性，本文采用牛頓-拉夫遜方法進行以下潮流等式的計算： （5-1）其中和 分別是母線有功功率和無功功率設定值和計算值的差相量。和表示母線電壓相角和幅值的相量增量。到構成了一個基本函數行列式。牛頓-拉夫遜方法的收斂標準一般為0.001MW和Mvar。對于任何系統來說，牛頓-拉夫遜算法都是首選。本文采用最前沿的牛頓-拉夫遜方法進行討論各個母線的電壓波動范圍。其計算結果波動如下圖5-1和圖5-2所示，其數據見附錄四、附錄五。圖5-1 主接線部分母線潮流圖5-2 廠用電部分

35、母線潮流潮流分析：從計算結果來看，所有母線段的電壓值都在5%范圍內（見附錄四及附錄五），滿足電廠設計相關規范。5.2 短路電流的計算短路電流是指某段母線發生短路時母線中流動的電流水平，短路水平的大小是選擇電力系統中開斷設備的決定性因素。配電系統中有三相，線地，線線，線線地幾種短路故障，三相交流系統短路電流計算是電氣工程設計中一項十分重要的內容。在國內，對短路電流的計算主要采用GB/T 15544-1995三相交流系統短路電流計算（簡稱GB/T 15544 標準法）和DL/T 5153-2002火力發電廠廠用電設計技術規定（簡稱廠技規）進行計算。IEC 909算法與廠技規算法相比, 雖然計算項目

36、多, 但概念明確, 算法簡單扼要, 準確性高, 容易使用, 必將得到設計部的普遍使用。本文對如下幾個短路電流值進行計算：初始對稱短路電流、短路電流峰值和對稱短路中斷電流。計算公式如下：對稱短路電流值為： （5-2）式中c為用于計算最大或最小短路電流的電壓系數，其值在0.951.10之間。為短路點的系統標稱電壓，為歸算至短路點的短路阻抗。短路電流峰值： （5-3）式中k為峰值系數，其大小取決于短路回路的。穩態短路電流： （5-4）式中為計算穩態短路電流的系數。本文采用IEC909算法，通過建立模型在ETAP軟件仿真進而判斷方案的開斷能力，其計算數據波形圖見圖5-3到圖5-8所示，其數據見附錄六、

37、附錄七。圖5-3 主接線短路電流初始值圖5-4主接線短路電流峰值圖5-5 主接線短路電流穩態值圖5-6 廠用電短路電流初始值圖5-7廠用電短路電流峰值圖5-8 廠用電短路電流穩態值整體方案的仿真部分母線段短路電流數據見附錄八，波形圖略。從仿真數據可以看出，所有廠用電段母線的短路電流值相同，不受主接線的影響，即初始值在40KA以內，峰值在100KA以內，滿足實際需要。故數據只列出了主接線的母線段短路電流值，其數值與單獨仿真時有點差別，但是在允許的范圍內。 短路分析：通過下表的對比可以看出，本文仿真值與原始計算值基本一致，但是有少數母線段不一致（如500KV母線段），現分析原因如下：表5-1 軟件

38、仿真值與原始計算值對比表值的類型初始值峰值穩態值10KV廠用母線1A段仿真值31.6081.8418.24計算值32.5285.5018.3810KV公用母線A段仿真值29.3463.7615.43計算值32.0984.3518.38發電機出口母線段仿真值276.95755.69119.78計算值271.15719.40189.01500KV母線段仿真值33.5789.2823.34計算值47.42124.0743.061、對于專業設計值，電力設計人員對廠用電和主接線部分進行了簡化計算，并沒有將負荷具體分配并列出，而是全部用了等效代替的方法，這就導致了可供參考的專業設計值只有很少的一部分母線段

39、，對于廠用高壓段負荷也只是用了等效電機代替，PC段和MCC段沒有列出，這在工程設計上是允許的，但是不夠嚴謹。2、在主接線部分，專業的設計是對兩期工程四臺機組的全部等效仿真，本文所做的是對本期工程兩臺機組進行仿真，所以會導致500KV母線段的短路電流值與設計值相差較大，如果將四臺機組全部仿真，結果是相一致的，但是對于等效仿真是很簡單的事；對于要全部細化的仿真卻是相當繁瑣的，由于負荷太多，所以本設計沒有做出擴建的四臺機組。3、廠用電接線部分的高壓公用變壓器低壓側也就是10KV公用段的短路電流值比專業值要小，原因是對于專業的仿真，是把所有的負荷用一個大容量的電機代替（與廠用母線1A段相同），但是這從

40、計算值的角度是不合理的，原因是公用段連接的電動機容量都很小，雖然總的電動機容量與廠用1A段相同，但是小容量電機和容量相等的大容量電機對短路的貢獻是不一樣的，大容量的貢獻短路電流值會大很多，從設計的角度只是會增大短路電流值，從而選擇開斷電流更大的開斷設備，從安全的角度無疑是增加了可靠性，但是卻大幅度的提高了投資成本，從工程的角度考慮是可以接受的，但是從學術的角度考慮是沒有必要的，只要可靠性能夠滿足即可，沒有必要用增加投資來增加額外的不需要的可靠，所以本設計符合實際情況，從相關運行數據也可以得到驗證。5.3 電動機的起動校驗在電機起動期間，正在起動的電機對于系統來說就像是一個連接在母線上的小阻抗負

41、荷。它從系統中吸取很大的電流，相當于電機額定電流的六倍，使系統產生電壓降，并對其它系統負荷的正常動作產生干擾。因為電機加速轉矩由電機終端電壓決定，所以很多情況下，正在起動的電機由于終端電壓較低而無法達到額定速率。這就使電機起動分析變得重要。電機起動分析的目的有兩個：分析電機能否在運行條件下成功地起動，另一個是看電機起動時是否嚴重的阻礙了系統中其它負荷的正常運行。目前最新的電機起動計算方法有：動態電機加速和靜態電機起動。在動態電機加速計算中，以動態模型模擬發動機，用程序模擬電機的整個加速過程。用這種方法來確定電機是否可以以這種形式起動，電機要用多長時間達到它的額定速率，以及確定電壓降對系統的影響

42、。在靜態電機起動方法中，在加速期間，用堵轉的方法，起動電機，模擬對正常運行負荷最壞的影響。1、單臺電動機啟動或者成組電動機啟動時的母線電壓計算公式均如下： （5-5）式中-電動機正常啟動時的母線電壓，；-廠用母線上的空載電壓，對電抗器取1，對無激磁調壓變壓器取1.05，對有載調壓變壓器取1.1；（在本計算中取1.05）-變壓器或電抗器的電抗，；（見附錄三）-合成負荷，；（見附錄二）2、高、低壓串聯自啟動時的母線電壓計算公式如下：自啟動時高壓廠用母線電壓標幺值按下式計算： （5-6）式中高壓廠用母線的合成負荷；（見附錄二）高壓廠用變壓器或電抗器的電抗；（見附錄二）自啟動時低壓廠用母線電壓標幺值按

43、下式計算： （5-7） 式中低壓廠用母線的合成負荷；（見附錄二）低壓廠用變壓器的電抗；（見附錄三） （5-8） 本課題進行靜態電動機啟動校驗,對#1機組的重負荷母線段校驗結果如下表5-2所示：表5-2 電動機起動計算結果表啟動校驗項目母線段名稱起動電壓值(%)可靠起動范圍成組自起動校驗10KV廠用母線1A段仿真值70.65%65%70%計算值71.18%10KV廠用母線1B段仿真值72.21%65%70%計算值71.24%0.38KV鍋爐PC A段仿真值85.70%60%計算值92.49%0.38KV汽機PC B段仿真值87.01%60%計算值90.21%單臺最大容量電動機起動校驗10KV廠用

44、母線1A段仿真值90.13%80%計算值87.19%10KV廠用母線1B段仿真值89.58%80%計算值87.23%高壓與低壓串聯自啟動校驗10KV廠用母線1A段仿真值66.05%65%70%計算值80.71%0.38KV鍋爐PC A段仿真值57.25%55%計算值66.16%10KV廠用母線1B段仿真值66.63%65%70%計算值80.77%0.38KV汽機PC B段仿真值55.81%55%計算值63.35%電動機起動分析：從表5-1可以看出，系統的仿真值和原始計算值相比稍小，但是兩種值都是合理的都滿足要求，只是仿真值更接近于實際，校驗的結果使得電廠系統的開機起動更加安全。差別的主要原因是

45、手算計算結果很多是要等效代替的，由于其系統龐大，要做到全部細化是辦不到的，這也是相比之下手算的一個小缺點，但是不影響電廠的校驗結果。從整體看電動機起動滿足要求。5.4 開斷設備的選擇通過對方案的仿真計算及結果的分析，看出本設計完全符合實際及工程的要求，所有數據均正確。根據已經計算的短路電流數據，高壓母線的短路電流初始值在40KA以內，峰值電流在100KA以內，故高壓斷路器的開斷電流選擇為40KA，峰值電流為100KA；低壓母線的短路電流也在40KA以內，但是除塵段接近40KA，一般工程要求低壓段在65KA以內，所以選擇低壓斷路器的開斷電流為65KA，其峰值控制在143K以內，從結果看符合要求；

46、隔離開關只在倒閘操作的時候才會使用，一般只要額定電壓符合要求即可；F-C回路安裝在高壓母線段處，故其參數值的選擇與高壓斷路器相同。現選擇開斷設備參數如下表5-3所示：（高壓斷路器、低壓斷路器、隔離開關和F-C回路）。表5-3 開斷設備選擇值額定電壓(KV)額定電流(A)峰值電流(KA)開斷電流(KA)高壓斷路壓斷路器0.415125014365隔離開關13.81200F-C回結發電廠電氣主接線和廠用電接線的設計是發電廠最最核心的部分，其他部分如化學水、冷卻循環等都是輔助性的設施，本文只要進行核心部分非硬件的設計，從細化的角度進行了設計仿真，打

47、破了傳統的等效設計仿真做法，從結果可以看出與實際和專業仿真值基本一致，達到預期的指標，結果都符合廠技規的要求。對部分與專業值有差距的母線段做了分析。這樣的細化設計在以前是沒有的。本文通過目前外國最流行的ETAP軟件進行仿真，計算結果具有說服力，從設計過程中體現出了大容量機組的啟動難、短路電流大的特點，在計算潮流時有些母線段負荷比較重，最終采取調節低壓變壓器分接頭的辦法；對于短路電流計算，發現電動機對短路電流的貢獻很大，從設計和實際的角度都是電流越小越好，這就要求電動機的參數要達到一個很高的水平，比如說電動機的堵轉電流倍數，目前有很多學者在討論這個問題，總之堵轉電流倍數越小越好，但是同時會增加投

48、資，本文參考IEC標準的一個算法中的算例對電動機進行參數選擇，結果滿意；在啟動時，影響最大的變壓器的阻抗的大小，原則是越小越好，但是越小會使短路電流又增大，它們之間是相互制約的，必須綜合全面去對各個元器件的參數進行合理的選擇，最終達到合理的結果。 本文在設計仿真時按照常規電廠經驗值設置的斷路器參數、F-C回路參數、隔離開關參數、電動機的堵轉電流倍數等的選擇都是合理的，正確的。整體設計方案達到專業的要求，可以被電廠采納。參考文獻1、孫淑琴 周磊 王健 孟令帥 韓亮 諶隨 600MW空冷機組廠用電系統運行狀態模擬J 2008中國國際供電會議 2008.12SUN Shu-qin, ZHOU Lei

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