2300MW煤矸石自备电厂新建工程电气设计.docx

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2300MW煤矸石自备电厂新建工程电气设计

2×300MW煤矸石自备电厂新建工程

电气设计

1概述1

1.1工程概述1

1.2设计依据1

1.3气象条件2

1.4地震基本烈度2

1.5污秽等级2

1.6设计范围2

2电气主接线2

2.1发电机-主变压器回路接线3

2.2220kV配电装置接线4

3短路电流计算5

3.1原始数据5

3.2短路电流计算结果5

4导体及设备选择6

4.1导体及电气设备选择原则6

4.2导体和设备的选型及规范6

5厂用电接线及布置10

5.1主要设计原则10

5.26kV厂用电接线10

5.30.4kV厂用电接线16

5.4厂用电气设备选择及布置28

5.5厂用电压水平验算29

5.6厂用电率29

6事故保安电源30

6.1事故保安电源的接线方式30

6.2保安负荷31

6.3柴油发机组的选择31

6.4保安电源设置布置31

6.5脱硫保安段设置31

6.6交流不停电电源系统32

7电气设备布置33

7.1主厂房A排外变压器场地布置33

7.2分相封闭母线的布置33

7.3共箱封闭母线的布置33

7.4220kV配电装置布置33

8直流电系统33

8.1单元机组直流电源系统33

8.2网控直流电源系统40

8.3辅助车间直流电源系统40

8.4交流不停电电源（UPS）系统41

9二次线、继电保护及自动装置41

9.1二次线41

9.2继电保护44

9.3发电机励磁系统46

10过电压保护及接地46

10.1过电压保护46

10.2接地48

11照明与检修网络49

11.1照明网络49

11.2检修网络51

12厂内通信52

12.1概况52

12.2行政管理通信52

12.3生产调度通信52

12.4煤调度通信53

12.5厂内设置一套无线通信系统53

12.6其它53

12.7系统通信53

13检修及试验53

13.1电气试验室53

13.2电气检修设施53

14电缆设施53

14.1电缆选择原则53

14.2电缆敷设型式54

14.3电缆桥架及布置55

14.4电缆防火55

1概述

1.1工程概述

某化工园区是内蒙古某市海南区拉僧庙化工园区的重要组成部分，是某市某工贸有限公司在某地区打造的年产50万吨PVC、40万吨烧碱、30万吨糊树脂、120万吨电石、160万吨白灰和200万吨电石渣制水泥的综合利用、循环经济产业园区，本项目是某化工园区的自备电厂，作为循环产业链关键环节，为循环产业链园区提供充足的电能和热能。

本项目建成后不仅能够利用煤矸石变废为宝，节约能源和降低企业运营成本；同时在供电方面可以缓解某市电源容量不足的局面，提高地区供电可靠性，满足当地新增负荷的供电需求，而且解决了园区工业用热和冬季采暖的需求，大大地改善某市环境和质量，进一步促进某市的经济发展。

根据业主要求本项目建设规模为新建2×300MW亚临界煤矸石直接空冷发电机组（最终规模）。

1.2设计依据

1.2.1工程设计任务书

1.2.2东电二公司关于本工程开展初步设计的《委托书》

1.2.3《某市某工贸有限公司循环产业链2×300MW煤矸石自备电厂新建工程可行性研究报告》

1.2.4主要设计标准

a）GB50660-2011—《大中型火力发电厂设计规范》；

b）DL/T5427-2009—《火力发电厂初步设计文件内容深度规定》；

c）DL/T5153-2002—《火力发电厂厂用电设计技术规定》；

d）DL/T5222-2005—《导体和电器选择设计技术规定》；

e）DL/T5352-2006—《高压配电装置设计技术规程》；

f）DL/T620-1997—《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》；

g）DL/T621-1997—《交流电气装置的接地》；

h）DL/T5136-2001—《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定》；

i）DL/T5044-2004—《电力工程直流系统设计技术规定》；

j）GB50229-2006—《火力发电厂与变电站设计防火规范》；

k）GB311.1-1997—《高压输变电设备的绝缘配合》；

l）DL/T5390-2007—《火力发电厂和变电站照明设计技术规定》；

m）GB50217-2007—《电力工程电缆设计规范》；

n）国家及行业现行的法令、法规、政策和设计规程、规范、规定等。

1.3气象条件

历年年平均最高气温：

40.2℃

历年年平均最低气温：

-32.6℃

历年平均相对湿度：

冬：

63%夏：

68%

冬季大气压：

89.725kpa

夏季大气压：

88.525kpa

历年夏季盛行风向：

东南风

历年冬季盛行风向：

西北风

历年平均降水量：

156.5mm

历年平均蒸发量：

3496.0mm

标准冻土深度：

150cm

历年最大冻土深度：

178cm

历年最大积雪厚度：

9cm

1.4地震基本烈度

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，拟选厂址地震动峰值加速度为0.20g，地震基本烈度为8度，抗震设计分组为第一组。

1.5污秽等级

由于本电厂厂址地处化工园区内，因此污秽等级按Ⅳ级进行设计，电气设备外绝缘爬电比距为3.1cm/kV（对最高工作线电压）。

1.6设计范围

满足本期工程投产发电所需的厂内电气相关内容，其中220kV升压站以出线门型构架挂线点为界。

2电气主接线

本工程装机容量为两台300MW发电机组，电厂2×300MW机组采用发电机－变压器组接线方式接至厂内220kV母线，220kV配电装置采用双母线接线。

电厂规划以220kV一级电压就近接入某市220kV电网。

目前本工程电厂接入系统方案尚未审核，现阶段电气主接线暂按可研报告接入系统方案设计，最终接线方案将根据电厂接入系统审查意见确定。

2.1发电机-主变压器回路接线

2.1.1概述

本工程建设2×300MW发电机组，采用发电机-变压器单元接线，发电机出口不设断路器，发电机经主变压器升压后接入厂内220kV配电装置。

发电机出线端和中性点端各设4组电流互感器，发电机出线端配置3组电压互感器和1组避雷器。

发电机与主变之间的连接采用全连式分相封闭母线，高压厂用变压器和励磁变压器由发电机与主变低压侧之间经分相封闭母线“T”接。

发电机中性点经二次侧接地电阻的单相变压器接地，以减少接地故障电流对铁芯的损害和抑制故障暂态电压不超过额定相电压的2.6倍。

单相接地变压器的容量约为50kVA，一次侧电压为20kV，二次侧电压为220V，二次侧接地电阻约为0.5，带有100V抽头。

2.1.2发电机主要参数（最终根据发电机厂技术协议确定）

a）额定容量389MVA

b）最大连续功率330MW（与汽轮机的最大连续出力相匹配）

c）额定功率330MW

d）额定功率因数0.85（滞后）

e）额定电压20kV

f）额定电流11207A

g）额定转速3000r/min

h）频率50Hz

i）相数3

j）极数2

k）定子线圈接法YY

l）效率（保证值）≥99%

m）发电机定子出线端数目6个

n）冷却方式水-氢-氢

o）旋转方向从汽轮机向发电机方向看为顺时针方向

p）相序从汽端向发电机端看，从左至右，应为

A，B，C（U，V，W）。

q）次暂态电抗Xd″18.09%

2.1.3主变压器主要参数

a）额定容量390MVA

b）型式三相、油浸式

c）变比2422×2.5%/20kV

d）阻抗18%

e）冷却方式ODAF

f）接线组别YN，d11

2.2220kV配电装置接线

2.2.1概述

本工程新建2×300MW发电机组采用发电机—变压器组单元制接线。

电厂暂按建设2回220kV出线接入系统考虑，同时为满足工业园区供电需要，暂定由电厂内220kV变电所引接4回线路用于园区配电。

厂内新建220kV屋外配电装置一座，接线方式为双母线。

高压起动/备用电源由本期新建的220kV配电装置引接。

本方案供电可靠，I母线发生故障时，可利用II母线使无故障电路迅速地恢复正常工作；运行调度灵活，便于试验；扩建方便，向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电；出线回路可以顺序布置，连接不同的母线段时不会出线导线交叉跨越。

2.2.2220kV配电装置的设备配置

220kV配电装置采用敞开采用普通中型屋外配电装置。

2.2.2.1220kV隔离开关的配置

a）主变压器进线断路器两侧离开关的设置：

由于在检修该断路器时，变压器侧不带电，且可随发电机回路同时检修。

所以，在主变压器侧不装设隔离开关，而在另一侧装设隔离开关。

b）母联回路和线路断路器两侧均装设隔离开关。

2.2.2.2220kV电压互感器的配置

a）每回出线的A相上装设单相电压互感器；

b）主母线上装设三相电压互感器；

2.2.2.3220kV电流互感器的配置

每台断路器均配置了一组电流互感器，每组电流互感器有7个二次绕组。

2.2.2.4220kV避雷器的配置

a）每回220kV母线上均配置一组避雷器；

b）每回220kV变压器出口侧上均配置一组避雷器。

2.2.2.5220kV起动/备用变压器电源接线

本工程两台机组共设一台起动/备用变压器，起动/备用变压器电源经架空线引自新建220kV母线上。

起动/备用变压器高压侧中性点接地型式：

直接接地。

3短路电流计算

3.1原始数据

3.1.1装机容量：

2×300MW（最终建设规模）。

3.1.2系统短路容量：

本期工程接入系统尚未审核，短路电流暂按2×300MW机组以220kV一级电压接入系统，电厂220kV电气设备短路电流水平暂按50kA（有效值）计算。

3.1.3各元件的阻抗（标么值）

见附图FA03021C-D-04《短路电流计算结果表》。

3.2短路电流计算结果

额定电压

三相短路电流（周期分量）

220kV侧（三相短路）

37.02kA

220kV侧（单相短路）

38.29kA

#1机20kV侧

121.20kA

#2机20kV侧

121.20kA

#1机厂用分支6.3kV侧

37.41kA

起动/备用变压器6.3kV侧

38.28kA

4导体及设备选择

4.1导体及电气设备选择原则

导体及电气设备选择遵照《导体和设备选择设计技术规定》DL/T5222-2000。

并考虑以下特殊气象条件。

4.1.1选择屋外导体时，日照强度取0.1W/cm2，风速为0.5m/s，屋外导体在日照下载流量为电器额定电流的80%。

4.1.2220kV设备的最大设计风速为30.6m/s（离地面10m高、30年一遇10min平均最大风速）。

4.1.3电器设备连续性噪音水平不大于80dB，非连续性噪音水平屋内不大于90dB，屋外不大于110dB（测试位置距声源设备外沿垂直面的水平距离为2m，离地高度1-1.5m处）。

4.1.4电器及金具在1.1倍最高相电压下，晴天夜晚不出现可见电晕。

4.1.5选择导体及设备的最高环境温度为40.2℃，屋外设备耐受的最低环境温度为-32.6℃。

4.1.6电厂厂址位于化学工业园区，周围属IV级污区，电气设备外绝缘泄漏比距大于等于3.1cm/kV。

4.1.7选择设备时，考虑地震基本裂度为8级。

4.1.8电厂厂址海拔高度为1100m，在选择电气设备应适当考虑海拔高度的影响。

4.2导体和设备的选型及规范

4.2.1导体

4.2.1.1离相封闭母线

a）发电机主封闭母线

·额定电压20kV

·额定电流12500A

·热稳定电流（2S）150kA

·动稳定电流350kA

·冷却方式自冷式

·导体/外壳材质铝

·相间距1400mm

b）高厂变高压侧及励磁变高压侧分支离相封闭母线

·额定电压20kV

·额定电流2000A

·热稳定电流（2S）150kA

·动稳定电流350kA

·冷却方式自冷式

·导体/外壳材质铝

·相间距1000mm

c）设微正压装置

4.2.1.2厂用共箱封闭母线

·额定电压6kV

·额定电流3500A

·热稳定电流（2S）40kA

·动稳定电流100kA

·导体材质铝

4.2.1.3励磁共箱封闭母线

a）励磁交流共箱母线

·额定电压1kV

·额定电流3150A

·导体/外壳材质铜/铝合金

b）励磁直流共箱母线

·额定电压1kV

·额定电流4500A

·导体/外壳材质铜/铝合金

4.2.1.4220kV主母线

·额定电压220kV

·额定电流2500A

·热稳定电流（3S）50kA

·动稳定电流125kA

·导体材质铝镁合金管母线

·导体尺寸φ120/110

·安装方式本工程地震烈度为8度，采用悬吊式进行安装

4.2.1.5220kV导线

220kV架空导线采用钢芯铝绞线，型号为2×LGJ-400/50。

4.2.2设备

4.2.2.1220kV电气设备

a）220kV断路器

·型式SF6，柱式，单断口

·额定电压252kV

·额定电流4000A

·额定开断电流50kA

·3s热稳定电流50kA

·额定动稳定电流125kA

·基本冲击电压水平（BIL）950kV

b）220kV隔离开关

·型式单柱（母线）、三柱（母线及出线）

·额定电压252kV

·额定电流3150A

·3s热稳定电流50kA

·额定动稳定电流125kA

·基本冲击电压水平（BIL）950kV

c）220kV电流互感器

·型式SF6

·额定电压220kV

·额定一次电流2×1250A（出线及母联），2×750A（主变进线），

2×600A（起备变进线及工业园区馈线）

·额定二次电流1A

·基本冲击电压水平（BIL）950kV

d）220kV电压互感器

·型式电容式

·电压比

kV（母线）

kV（出线）

·二次负载200VA

·基本冲击电压水平（BIL）950kV

·额定电容值（µF）0.01

e）220kV避雷器

·型式氧化锌阀式

·额定电压200kV

·标称冲击电流残压520kV

4.2.2.26kV厂用电系统

a）真空断路器柜

·额定电压6kV

·额定开断电流40kA

·额定电流1250（馈线）/4000A（进线）

b）F-C回路

·额定电压6kV

·额定短路电流水平40kA

·额定电流400A

c）6kV动力电缆最小截面

·真空断路器回路3×95（铜）

·F-C回路3×70（铜）

设备导体选择结果见图FA03021C-D-05《主要设备导体选择结果表》。

5厂用电接线及布置

5.1主要设计原则

5.1.1本工程厂用电系统采用6kV和380V两级电压。

低压厂用变压器和容量大于等于200kW的电动机负荷由6kV供电，容量小于200kW的电动机、照明和检修等低电压负荷由380V供电。

5.1.2在正常的电源电压偏移和厂用负荷波动的情况下，厂用电各级母线的电压偏移应不超过额定电压的±5%。

最大容量的电动机（给水泵电动机）正常起动时，厂用母线的电压不低于额定电压的80%。

5.1.3高压母线起动最大电动机和低压PC发生三相短路时，不使高压母线上其它运行电动机停转和反应电压的装置误动作。

5.1.4厂用电系统内各级保护元件，在短路故障时能有选择的动作。

5.26kV厂用电接线

5.2.1概述

每台机组设一台高厂变，高厂变为分裂变压器，引自各自的发电机出口，低压绕组电压为6.3kV，两台机组共设一台起动/备用变压器，起备变为分裂变压器，电源从220kV配电装置引接，低压绕组电压为6.3kV。

经计算，6kV厂用电接线系统的接地电容电流大于7A，根据DL/T5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》4.2.1条规定，当接地电容电流大于7A时，其中性点宜采用低电阻接地方式。

因此本工程6kV厂用电系统中性点采用低电阻接地方式，并将单相接地故障电流限定在400A。

6kV厂用电接线系统不设公用段，每台机组6kV母线分为A、B两段，单元机组的负荷分别接到厂用A段，B段上，两台机组公用负荷平均分配在两台机组厂用A段，B段上。

5.2.2高压厂用工作变压器的主要技术数据

a）型式三相、油浸式、分裂变压器

b）额定容量55/35-35MVA

c）电压比20±2×2.5%/10.5-6.3kV

d）冷却方式ONAF

e）阻抗21%（以55MVA为基准）

f）接线组别D,Yn1-Yn1

g）中性点接地方式经低电阻接地

高压厂用电负荷统计见表5-1。

表5-1

序号

设备名称

额定容量（kW）

安装台数

备用台数

#1厂用变压器负荷计算

重复容量（kW）

#2厂用变压器负荷计算

重复容量（kW）

第1A段

第1B段

第2A段

第2B段

连接台数

工作台数

工作容量（kW）

连接台数

工作台数

工作容量（kW）

连接台数

工作台数

工作容量（kW）

连接台数

工作台数

工作容量（kW）

电动定速给水泵

5400

10800

5400

10800

5400

凝结水泵

630

1260

630

1260

630

P1（kW）

11430

6660

6030

11430

6660

6030

一次风机

3200

二次风机

2600

引风机

5600

高压流化风机

450

900

450

900

450

辅机循环冷却水泵

355

除灰空压机

400

800

1200

800

1200

细粒碎煤机

1120

斗轮机

250

C-4胶带机

220

P2（kW）

13255

15195

450

13005

14840

450

Sg=P1+0.85*P2（kW）

22696.75

19575.75

6413

22484.25

19274

6413

厂用变压器（kVA）

2500

公用变压器（kVA）

1600

照明检修变压器（kVA）

800

空冷岛变压器（kVA）

2000

4000

2000

4000

2000

除尘除灰变压器（kVA）

1250

输煤变压器（kVA）

1600

化学变压器（kVA）

1250

厂前区变压器（kVA）

1000

脱硫变压器（kVA）

1000

灰场变压器（kVA）

315

Se（kVA）

11800

9700

4500

12115

9700

4500

Sd=0.85*Se（kVA）

10030

8245

3825

10297.75

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