发电厂电气一次部分设计—2×300+2×200MW【参考】Word文件下载.doc
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Tmax=6500h/a
1.1.2电力系统与本厂的连接情况
（1）电厂在电力系统中的作用与地位：
区域性电厂
（2）发电厂联入系统的电压等级：
220KV，出线回路数：
10回
（3）电力系统总装机容量：
6000MW，短路容量：
9000MVA
（4）发电厂在系统中所处的位置、供电示意图
1.1.3电力负荷水平:
（1）220KV电压等级：
架空线10回，I级负荷，最大输送500MW，Tmax＝4500h/a
（2）110KV电压等级：
架空线8回，I级负荷，最大输送110MW，Tmax＝4000h/a
（3）穿越本厂功率为50MVA。
（4）厂用电率：
6%
1.1.4环境条件
（1）当地年最高温40℃，最低温－10℃，最热月平均最高温度28℃，最热月平均最低温度24℃
（2）当地海拔高度为50m
（3）气象条件无其它特殊要求（台风、地震等）。
1.2设计内容
1.2.1发电厂电气主接线设计
1.2.2厂用电设计
1.2.3短路电流的计算
1.2.4主要电气设备的选择
1.2.5配电装置
2、设计要求
2.1独立完成设计的全部内容
2.2设计说明书一份；
2.3设计图一份。
3、进度安排
布置任务，教师讲解设计方法及要求……………………2011.5.29
学生查找阅读资料，初定方案,小组讨论并确定方案……2011.5.29—2011.6.1
设计及计算………………………………………………
论文整理、成稿、答辩……………………………………
指导教师：
年月日
前言
电力行业是国民经济发展的基础和关键，高质量的电力资源和可靠的供电水平是衡量电力行业发展的指标。
做好设计工作对工程的建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。
本设计的目的是使树立工程观点，加强基本理论的理解和工程设计基本技能的训练，了解现代大型发电厂的电能生产过程及其特点，掌握发电厂电气主系统的设计方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到训练，为今后从事电气设计、运行管理和科研工作，奠定必要的理论基础。
本设计是对2×
200MW+2×
300MW总装机容量为1000MW的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用电高压部分的设计，它主要包括了四大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。
其中详细描述了主接线的选择、短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并对设计进行了理论分析。
摘要:
本次凝汽式火电厂电气一次部分设计是在老师的指导下，以自己平时所学的理论知识为基础，结合相关专业用书按照工程设计程序综合考虑而设计的。
由主接线部分和和厂用电接线部分组成。
首先，分析原始资料，拟定几种主接线接线方案，进行比较，综合考虑可靠性、灵活性和经济性，选择最优方案，确定厂用电的接线形式和电压等级。
接着，根据发电机容量、负荷容量和厂用电率分别确定主变压器、联络变压器和厂用变压器的容量和台数、结构和型式。
最后，选择短路点，按照最严重的情况计算出短路点的最大短路电流，再根据短路电流的大小选择合适的断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等电器设备。
综合各个步骤绘制出电气主接线图。
关键字：
凝汽式火电厂、理论知识、工程设计程序、发电机、变压器、双母带旁路、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器。
1.电气主接线
1.1系统与负荷资料分析
⑴凝汽式发电厂的规模
①装机容量：
装机4台，容量分别为：
2×
200MW
300MW
②机组年利用小时数：
气28○C，最热月平均最低温24○C，海拔60米，气象条件无其他特殊要求。
③厂用电率：
6%
⑵负荷及电力系统连接情况
①220KV电压等级：
架空线14回，I级负荷，最大输送900MW，Tmax=5000h/a，110KV电压等级：
架空线8回，I级负荷，最大输送120MW，Tmax=4500h/a，总装机容量10000MW，短路容量12000MW。
设计电厂为中型凝汽式火电厂，其容量为2×
200+2×
300=1000MW，最大单机容量为300MW，即有中型容量规模，中型机组的特点，年利用小时数为6500h/a>
5000h/a，又为火电厂，在系统中将主要承担基荷，故该厂主接线务必考虑其可靠性及经济性。
它占电力系统总容量1000/（10000+1000）×
100%=9%<
15%，未超过系统的事故备用和检修备用容量。
1.2主接线方案的选择
对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方面，下面简要分析一下。
⑴可靠性
可靠安全是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本要求。
它可以从以下几方面考虑：
①发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用；
②发电厂和变电所接入电力系统的方式；
③发电厂和变电所的运行方式及负荷性质；
④设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性；
⑤长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。
⑵灵活性
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
①调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求；
②检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；
③扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
⑶经济性
主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。
一般从以下几方面考虑。
①投资省；
②占地面积少；
③电能损耗少。
此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。
发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电连续性。
为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，应从以下几方面考虑：
①断路器检修时，是否影响连续供电；
②线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回路数多少和停电时间的长短，能否满足重要的Ⅰ，Ⅱ类负荷对供电的要求；
③本发电厂有无全厂停电的可能性；
④大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。
所以对大、中型发电厂电气主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行
可靠性的定量计算。
主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事
故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。
主接线的可靠性与经济性综合考虑、辨证统一，在满足技术要求的前提下，尽可能投资省、占地面积少、电压损耗少、年费用（投资与运行）为最小。
根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。
进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。
110KV电压级：
出线回路数12回>
4回且为I级负荷，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。
220KV电压级：
出线回路数6回>
4回且为I级负荷，应采用双母带旁路或一台半。
拟订两方案如表1.1
表1.1拟定的两种方案
电压等级
方案Ⅰ
方案Ⅱ
110KV
双母
双母带旁路
220KV
一台半
表1.2主接线方案比较
方案
项目
可
靠
性
①可靠性高，无论检修母线或设备故障、检修就不会全厂停电。
但线短路可能会短时停电。
②220KV检修进线断路器也不会
停电。
③220KV设备少，设备本身故障率低。
④两台联络变压器还满足本厂的厂备用和启动电源的要求。
②两种电压有两台变压器联结提高可靠性。
③220KV隔离开关不作为操作电器，减少了故障几率。
④联络变压器起了联络和厂备用的作用。
灵
活
①110KV、220KV均有多种运行方式。
②各种电压级接线都便于扩建和发展。
③相应的保护装置相对简单。
①110KV、220KV均有多种运行式。
②220KV属于环网结构运行调度灵活但相应的保护装置较复杂。
③易于扩建和实现自动化。
经
济
①相对投资少、设备数量少，年费用低。
②220KV是双母接线，相对占地面积少。
①投资高、设备数量多，年费用大。
②220KV采用交叉接线，占地面积大。
表1.3比较结果
方案一
方案二
可靠性
较高
较差
灵活性
经济性
相对较低
相对较高
所以选择的主接线方式为双母。
1.3厂用电接线方式的选择
厂用电接线的设计原则基本上与主接线的设计原则相同。
首先，应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；
其次，接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；
还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。
实践经验表明：
对于火电厂，当发电机容量在60MW及以下，发电机电压为10.5KV时，可采用3KV作为厂用高压电压；
当容量在100MW—300MW时，宜选用6KV作为厂用高压电压；
当容量在300MW以上时，若技术经济合理，可采用3KV和10KV两段电压。
火电厂厂用电率较大，为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，且便于运行、检修，一般都采用“按炉分段”的接线原则，即将厂用电母线按锅炉的台数分成若干独立段，既便于运行、检修，又能使事故影响范围局限在一机一炉，不致影响正常运行的完好机炉。
低压380/220V厂用电的接线，对大型火电厂，一般采用单母分段接线，即按炉分段。
厂用接线图如图1.3.1所示
图1.3.1厂用接线图如图
1.4变压器的选择与计算
1.4.1首先选择300MW和200MW发电机的参数如下表1.4：
表1.4发电机参数
型号
额定功率（MW）
额定电压（KV）
额定电流（KA）
功率因数（）
同步电抗（Xd%）
瞬变电抗（X'
d%）
超瞬变电抗（X"
QFSN-200-2
200
15.75
8625
0.85
203.5
24.3
14.8
QFSN-300-2
300
18
11320
236.35
31.93
19.15
1.4.2变压器容量的确定原则
㈠接有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定的原则
连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素：
①发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线的剩余有功和无功容量送入系统。
②接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。
③若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。
㈡主变压器型式的选择原则
①相数的确定
在330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。
若受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。
②组数的确定
一般当最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上。
对于最大机组为200MW以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。
其联络变压器宜选用三绕组变压器。
③绕组接线组别的确定
变压器三相绕组的接线组别必须和系统的相位一致，否则，不能并列运行。
我国110KV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接，35KV采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。
根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线。
为使变压器型号易选，常将两台容量相同的发电机接在同一侧，故将2台200MW的发电机接在110KV侧，2台300MW的发电机接在220KV侧，容量可通过联络变压器传送。
变压器容量的确定：
S=（PG－P厂）×
（1+10%）/cos
ST1，2=（200－200×
6%）×
1.1/0.85=243.3MW
ST3，4=（300－300×
1.1/0.85=364.9MW
故与200MW发电机相连的变压器的容量为240MW
与300MW发电机相连的变压器的容量为360MW
所选变压器参数见表1.5。
（二）连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定原则
①联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有
功功率和无功功率的交换。
②联络变压器容量一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以
保证最大一台机组故障或检修，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求，同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。
③联络变压器为了布置和引线方便，通常只选一台，在中性点接地方式允许条
件下，以选自耦变压器为宜。
其第三绕组，及低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置。
根据原则，可得容量为:
ST=PG/cos=300/0.85=352.9MW
根据以上分析，选得OSSPS-360000/220，其参数见表1.5。
（三）厂用变压器的选择：
300MW机组的发电厂厂用电一般采用6KV，所以发电机电压级的变压器要用15.75/6.3/6.3，而联络变压器低压侧用10.5/6.3，发电机旁的厂用变压器容量是：
ST6，7=PG×
6%=300×
6%=18MW
200MW侧ST8，9=PG×
6%=200×
6%=12MW
联络变压器低压侧的厂用备用变压器容量应该满足厂用电,所以其容量取18MW。
根据以上分析，发电级电压级厂用电变压器选为，联络变压器低压侧选为，其具体参数见表1.5。
表1.5变压器各参数
变
压
器
型
号
短路
阻抗电压
%
额定
容量
（MVA）
联
结
组
高压
中/
低压
主变
压器T1,T2
SFP-360000/220
242±
2.5%
14.3
360
YN，d11
压器T3,T4
SSPS-240000/220
121/
高中24.5
高低14.5
中低8.5
YN,yn0,
d11
联络
变压器T5
OSSPS-360000/220
高中12.1
高低12
中低18.8
360000/360000/180000
YN,a0,d11
厂用
变压器T6,T7
SFPF9-40000/18
18±
6.3/6.3
全穿越
8.18
半穿越15.3
400000/2×
20000
D,d11,d11
变压器T8,T9
SFF9-31500/15.75
15.75±
6.3/6.3
9.5
半穿越16.6
31.5/2×
20
D,d0,d0
厂备用变压器T10
SFPFL-31500/15.75
31.5
Y,d12,d12
2.短路电流的计算
2.1短路计算的一般规则
短路电流计算的一般规定：
（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划
确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
对带电抗器的6~10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外，其它导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。
（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。
若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。
2.2短路电流的计算
本设计的短路计算只计算在母线上短路的情况。
短路电流计算的过程见附录,短路电流计算结果见下表2.1。
表2.1短路电流计算结果
短
路
点
编
短路
点平
均电
（kv）
基准
电流
IB
（KA）
分支线
名称
分支
电抗
xjs
额定
电流
IN
短路电流标么值
短路电流值
0s
0.01s
1s
2s
4s
0.1s
d1
230KV
2.51
无限大系统
0.127
7.874
19.763
300MW发电机分支
0.332
1.772
3.085
3.035
2.169
2.199
2.229
5.467
5.378
3.843
3.897
3.949
200MW发电机分支
0.233
1.181
4.394
4.292
2.561
2.442
2.354
7.988
7.803
4.656
4.439
4.279
d2
115KV
5.021
0.083
12.084
30.33
2.092
3.544
0.675
0.672
0.702
2.392
2.382
2.488
4.951
2.363
0.431
0.429
0.434
1.018
1.014
1.026
3.电气设备的选择
3.1电气设备选择的一般规则
（1）所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；
在满足可靠性要求的前提下，应尽可能的选用技术先进和经济合理的设备，使其具有先进性；
（2）应按当地环境条件对设备进行校准；
（3）所选设备应予整个工程的建设标准协调一致；
（4）同类设备应尽量减少品种；
（5）选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。
在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。
3.2电气选择的条件
正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。
在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。
尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。
电器要能可靠的工作，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
⑴按正常工作条件选择电器
①额定电压和最高工作电压
所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即
Ualm≥Usm。
一般电器允许的最高工作电压：
当额定电压在220KV及以下时为1.15UN；
额定电压是330~500KV时是1.1UN。
而实际电网的最高运行电压Usm一般不会超过电网额定电压的1.1UNs，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装置点电网额定电压UNS的条件选择,即
UN≥UNs。
②额定电流
电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度θ下，电器的长期允许电流。
IN不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax
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