火力发电厂电气主接线设计2ED3D.docx

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火力发电厂电气主接线设计2ED3D

摘要

发电厂是电力系统的重要组成部分，也直接影响整个电力系统的安全与运行。

在发电厂中，一次接线和二次接线都是其电气部分的重要组成部分。

在本次设计中，主要针对了一次接线的设计。

从主接线方案的确定到厂用电的设计以及电气设备的选择，都做了较为详尽的阐述。

设计过程中，综合考虑了经济性、可靠性和可发展性等多方面因素，在确保可靠性的前提下，力争经济性。

关键词：

凝汽式火电厂电气主接线

第一章发电厂电气主接线设计

1-1设计要求及原始资料分析

1、凝汽式发电机的规模

（1）装机容量装机5台容量3×25MW+2×50MW，UN=10.5KV

（2）机组年利用小时TMAX=6500h/a

（3）厂用电率按8%考虑

（4）气象条件发电厂所在地最高温度38℃，年平均温度25℃。

气象条件一般无特殊要求（台风、地震、海拔等）

2、电力负荷及电力系统连接情况

（1）10.5KV电压级电缆出线六回，输送距离最远8km，每回平均输送电量4.2MW，10KV最大负荷25MW，最小负荷16.8MW，COSφ=0.8，Tmax=5200h/a。

（2）35KV电压级架空线六回，输送距离最远20km,每回平均输送容量为5.6MW。

35KV电压级最大负荷33.6MW，最小负荷为22.4MW。

COSφ=0.8，Tmax=5200h/a。

（3）110KV电压级架空线4回与电力系统连接，接受该厂的剩余功率，电力系统容量为3500MW，当取基准容量为100MVA时，系统归算到110KV母线上的电抗X*S=0.083。

（4）发电机出口处主保护动作时间tpr1=0.1S，后备保护动作时间tpr2=4S。

原始资料分析

设计电厂总容量3×25+2×50=175MW，在200MW以下，单机容量在50MW以下，为小型凝汽式火电厂。

当本厂投产后，将占系统总容量为175/（3500+175）×100%=4.1%＜15%，未超过电力系统的检修备用容量和事故备用容量，说明该电厂在未来供电系统中的地位和作用不是很重要，但Tmax=6500h/a>5000h/a，又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该电厂主接线的设计务必着重考虑其可靠性。

从负荷特点及电压等级可知，它具有10.5KV，35KV，110KV三级电压负荷。

10.5KV容量不大，为地方负荷。

110KV与系统有4回馈线，呈强联系形式，并接受本厂剩余功率。

最大可能接受本厂送出电力为175-16.8-22.4-175×8%=121.8MW，最小可能接受本厂送出电力为175-25-33.6-175×8%=102.4MW，可见，该厂110KV接线对可靠性要求很高。

35KV架空线出线6回，为提高其供电的可靠性，采用单母线分段带旁路母线的接线形式。

10.5KV电压级共有6回电缆出线其电压恰与发电机端电压相符，采用直馈线为宜。

1-2主接线方案的拟订

在对原始资料分析的基础上，结合对电气接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。

在满足技术，积极政策的前提下，力争使其技术先进，供电安全可靠、经济合理的主接线方案。

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，以保证供电的连续性，因而根据对原始资料的分析，现将主接线方案拟订如下：

（1）10KV电压级鉴于出线回路多，且为直馈线，电压较低，宜采用屋内配电。

其负荷亦较小，因此采用单母线分段的接线形式。

两台25MW机组分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压35KV。

由于25MW机组均接于10KV母线上，可选择轻型设备，在分段处加装母线电抗器，各条电缆馈出线上装出线电抗器。

（2）35KV电压级出线6回，采用单母线分段带旁路接线形式。

进线从10KV侧送来剩余容量3×25-[（175×8%）+25]=36MW，不能满足35KV最大及最小负荷的要求。

为此以一台50MW机组按发电机一变压器单元接线形式接至35KV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与110KV接线相连，相互交换功率。

（3）110KV电压级出线4回，为使出线断路器检修期间不停电，采用双母线带旁路母线接线，并装有专门的旁路断路器，其旁路母线只与各出线相连，以便不停电检修。

其进线一路通过联络变压器与35KV连接，另一路为一台50MW机组与变压器组成单元接线，直接接入110KV，将功率送往电力系统。

据以上分析，接线形式如下：

1-3主接线方案的评定

该电气主接线的设计始终遵循了可靠性、灵活性、经济性的要求。

在确保可靠性、灵活性的同时，兼顾了经济性。

在可靠性方面该主接线简单清晰，设备少，无论检修母线或设备故障检修，均不致造成全厂停电，每一种电压级中均有两台变压器联系，保证在变压器检修或故障时，不致使各级电压解列。

机组的配置也比较合理，使传递能量在变压器中损耗最小。

但是10KV及35KV母线检修将导致一半设备停运。

在灵活性方面，运行方式较简单，调度灵活性差，但各种电压级接线都便于扩建和发展。

在经济性方面，投资小，占地面积少，采用了单元接线及封闭母线，从而避免了选择大容量出口断路器，节省了投资，有很大的经济性。

通过以上分析，该主接线方案对所设计的这一小型火电厂而言，是比较合理的，可以采纳。

1-4发电机及变压器的选择

1、发电机的选择查《电力工程设计手册》（第三册），三台25MW发电机选用QF2-25-3型汽轮发电机，两台50MW的发电机选用QFS-50-2型汽轮发电机。

2、变压器的选择35KV电压母线所接的主变压器容量S=50/0.8=62.5MW，查《电力工程设计手册》（第三册），变压器选用SSPL—60000/35型，其短路电压百分数UK%=8.5；110KV电压母线所接的主变器容量S=50/0.8=62.5MW，查《电力工程设计手册》（第三册），变压器选用SFPL1—63000/110型，其短路电压百分数为UK%=10.5；用于联络三级电压的联络变压器，通过它向110KV传输的最大容量为50-22.4+[（25×3）-16.8-175×8%]=71.8MW，当35KV母线所连机组和10.5KV母线所连机组各有一台检修时，通过联络变压器的最大容量为14.2+12=26.2MW。

综合考虑，联络变压器应选48.8÷0.8=61MW，故选SFSL—60000/110型，其中UK（1-2）%=17.5，UK（2-3）%=6.5，UK（3-1）%=10.5。

现将发电机和变压器的选择结果列表如下，以供查询：

表1-1

发电机G1,G2

QF2-25-2

发电机G3,G4

QFS-50-2

变压器T1

SSPL—60000/35,UK%=8.5

变压器T2

SFPL1—63000/110,UK%=10.5

变压器T3

SFSL—60000/110，UK（1-2）%=17.5，UK（2-3）%=6.5，UK（3-1）%=10

第二章厂用电设计

2-1负荷的分类与统计

发电厂在电力生产过程中，有大量的电动机械，用以保证主要设备和辅助设备的正常运行。

这些电动机及全厂的运行操作、试验、修配、照明等用电设备的总耗电量，统称为厂用电或自用电。

厂用负荷，按其用电设备在生产中的作用和突然中断供电时造成危害程度可分为四类：

（1）Ⅰ类厂用负荷凡短时停电会造成设备损坏，危及人身安全，主机停运及大量影响出力的厂用负荷，都属于Ⅰ类负荷。

如火电厂的给水泵，凝结水泵，循环水泵，引风机，送风机，给粉机等以及水泵的调速器，压油泵，润滑油泵等。

通常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。

（2）Ⅱ类厂用负荷允许短时停电，恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷，均属于Ⅱ类负荷。

如火电厂的工业水泵，疏水泵，灰浆泵，输煤设备和化学水处理设备等，一般它们应由两段母线供电，并采用手动切换。

（3）Ⅲ类厂用负荷较长时间停电，不会影响生产，仅造成生产上的不方便者，都属于Ⅲ类厂用负荷。

如试验室，中央修配厂，油处理室等负荷，通常由一个电源供电。

（4）事故保安负荷指在停机过程中及停机后一段时间内仍应保证供电的负荷，否则将引起主要设备损坏，重要的自动控制装置失灵或推迟恢复供电，甚至可能危及人身安全的负荷称为事故保安负荷。

它分为直流保安负荷，如发电机组的直流润滑油泵等，其直流电源由蓄电池组供电；交流保安负荷，如盘车电动机，实时控制用的电子计算机等都属于交流保安负荷。

现将火电厂的主要负荷统计如下（见表2-1）

表2-1

分类

名称

负荷类别

运行方式

备注

锅炉

部分

引风机

鼓风机

磨粉机

给粉机

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ或Ⅱ

Ⅰ

经常，连续

无煤粉仓时为Ⅰ

汽机

部分

凝结水泵

循环水泵

给水泵

给水油泵

生水泵

工业水泵

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅱ

经常，连续

给水泵不带主油泵时

电气及

公用部分

充电机

变压器

变压器冷却风机

通讯电源

硅整流装置

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅰ

不经常，断续

经常，短时

经常，连续

经常，连续

经常，连续

出灰

负荷

灰浆泵

碎渣机

电气除尘器

冲灰水泵

Ⅱ

经常，连续

辅助

车间

油处理设备

中央修理车间

起重机

电气实验室

Ⅲ

经常，连续

经常，连续

不经常，断续

不经常，断续

2-2厂用电接线的设计

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，应保证对厂用电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；还应适当注意经济性和发展的可能性并积极慎重的采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。

此外，在设计厂用电系统接线时还要对供电电压等级，厂用供电电源及其引接进行分析和论证。

火电厂的辅助机械多、容量大，供电网络复杂，其主要负荷分布在锅炉、气机、电气、输煤、出灰、化学水处理以及辅助车间和公用电气部分，因此，厂用电电压必须由10KV和0.4KV两级电压，以单母线分段接线形式合理地分配厂用各级负荷。

一、厂用供电电压等级的确定

发电厂厂用电系统电压等级是根据发电机额定电压，厂用电动机的电压和厂用电网络的可靠运行等诸方面因素，由上一节负荷分析可知，取两级厂用电压，高压级取6KV，由两组厂用主变压器从25MW机组的电压母线上取，低压级取380V，采用母线分段式。

1、6KV电压等级供电分析

对同样的厂用系统，6KV网络不仅节省有色金属及费用，且短路电流也较小，同时6KV电压等级电动机功率可制造得较大，满足大量负荷要求。

拟采用两段6KV的厂母线，另外再设置两段6KV备用母线，以提高供电可靠性。

2、380V电压级低压供电分析

380V厂用电一般采用动力和照明共用的三相四线制接地系统，在技术经济合理时，采用动力和照明分开供电及其引接。

二、厂用电工作电源及其引接

厂内装在二机三炉，发电机电压为10.5KV，6KV厂用高压母线分单母线，按锅炉台分为三段，通过T11、T12、T13厂用高压变压器分别接于主母线上两个分段上，380/220V低压厂用母线，由于机组容量不大，设启动电源和事故保安电源，低压厂用母线分为两段，备用电源采用明备用形式，即专设一台T10备用厂用高压变压器，平时断开，当任一段厂用工作母线的电源回路发生故障时QF3断开，QF1和QF2在备用电源自动投入装置作用下合闸。

于是，T10厂用高压变压器代替T11厂用高压变压器工作。

为了在主母线上发生故障时，仍有可靠的备用电源，运行中可将T10备用厂用高压变压器和主变压器T2都接到备用母线上，并将主母线第段的母联断路器QF4合上，使备用母线和工作母线均带电运行。

这样，当主母线发生事故时，QF4断开，T10变压器还可通过T2供电。

2-3厂用变压器的选择

厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素为：

（1）变压器原、副边电压必须与引接电源电压和厂用网络电压一致。

（2）变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。

（3）厂用高压备用变压器或起动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器容量相同；低压厂用设备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。

据此，厂用变压器T4，T5，T6，T7，选择如下：

S=（25×3+50×2）×8%/0.8×3=5000KVA，查设计手册，应选SJL1-6300/10型双绕组铝线电力变压器。

第三章导体、电缆、架空导体的选择

3-1导体的选择

一、10.5KV母线的选择

选用铝质，矩形截面；三相水平布置，平放，相间距a＝0.75m，绝缘子跨距L＝1.2m，弹性模量E＝7×1010Pa。

按长期发热允许电流选截面

Imax≤Ial，

式中Imax——导体所在回路最大持续工作电流。

Ial——在额定环境温度θ0=25℃时的导体允许电流。

Imax＝2×25×103/×10.5×0.8＝3437A，查手册，选3条125mm×10mm矩形铝导体，平放允许电流Ial＝3903A，集肤效应系数Ks＝1.8，可见合乎要求。

热稳定校验

短路持续时间为：

tk=4s

周期分量的热效应：

Qp＝×4＝6525[KA2·S]

因t>1s，故忽略非周期分量热效应。

QK=QP

正常运行时导体温度：

θ＝θ0+（θal-θ0）Imax2/Ial2＝25+（70-25）×34372/39032＝60（℃）

查手册，C＝91满足导体短路时发热的最小导体截面：

Smin＝/C＝/91＝1191（mm2）＜3×125×10＝3750（mm2）满足热稳定要求。

动稳定校验

导体的自振频率由以下求得：

m＝h×b×ρw＝0.125×0.01×2700＝3.375（kg/m）

I＝bh3/12＝0.01×0.1253/12＝1.63×10-6（m4）

按汇流母线为两端简支多跨梁查手册，Nf＝3.56，则

f1＝＝＝454.5（HZ）＞155（HZ），故β＝1。

发电机出口短路时，冲击系数K＝1.9，则

ish=1.9I〞＝2.69×54.73＝147KA。

母线相间应力：

fph＝1.73×10-7×ish2/a＝1.73×10-7×1470002/0.75＝4984（N/m）

导体截面系数W＝0.5bh2＝0.5×0.01×0.1252＝78.125×10-6m3，则

σph＝fph·l2/10W＝4984×1.22/10×78.125×10-6＝9.2×106Pa

同相条间作用应力计算：

＝＝0.08，＝10/（10+125）＝0.074，＝30/135＝0.222

查设计手册导体形状系数K12＝0.37，K13＝0.57，得

fb＝8（K12+K13）×10-9×ish2/b＝8（0.37+0.57）×10-9×1470002/0.01

＝16250Pa

条间衬垫跨距计算：

每相三条铝导体λ＝1197，临界跨距

lcr＝λb4＝1197×0.014＝0.63m

бbal＝бal-бph＝（70-9.2）×106＝60.8×106Pa

条间衬垫最大跨距：

lbmax＝b＝0.01×＝0.31m＜0.63m

为了便于安装，每跨绝缘子中设三个衬垫：

lb＝l/4＝1.2/4＝0.3m

二、35KV母线和110KV母线均用钢芯铝绞线，其型号分别为：

LGJQ－600和LGJ－400。

3-2电缆的选择

按经济电流密度选截面

通过每回电缆的最大持续工作电流：

Imax＝1.05×25×103/×10.5×6＝240（A），查手册Tmax＝5200h/a,J＝0.9A/mm2,则δ＝Imax/J＝240/0.9＝267mm2,

选用6根10KVZLQ2-3×240三芯油浸纸绝缘铝芯铅包钢带铠装防腐电缆，每根电缆S＝240mm2，Ial25℃＝325A，正常允许最高温度60℃，X＝0.073Ω/km，r＝0.155Ω/km。

按长期发热允许电流校验

Ial25℃＝325A＞240A。

热稳定校验

周期分量热效应Qp=×4＝113[KA2•S]

由于tk＞1，故Qk＝Qp＝113[KA2•S]

短路前电缆最高运行温度为：

θ＝θ0+（θal-θ0）Imax2/Ial2

＝25+（60-25）×2632/3252＝50℃

电缆的热稳定系数：

C＝×10-2

＝×10-2

＝69.5

热稳定所需最小截面积为

Smin＝/C＝/69.5＝153mm²＜240mm²

电压降校验

ΔU%＝173ImaxL（rcosφ+xsinφ）/U

＝173×263×8×（0.155×0.8＋0.073×0.6）/10500

＝5.5%

3-3架空导线的选择

一、选择原则

架空线路导线的选择，目前，一般均选用铝线或钢芯铝绞线。

送电线路和高压配电线路的导线截面，一般根据经济电流密度选择。

二、经济电流密度选导线截面：

Imax＝1.05×（33.6÷6）×10³/×35×0.83＝123（A）

查手册,Tmax＝5200h/a，J＝0.9A/mm²,则

S＝Imax/J＝123/0.9＝136mm²

选用LGJ-120型钢芯铝绞线。

2、按全线电压损失校验导线截面

负荷矩M＝PL＝（33.6÷6）×20＝112（MW-km）

查手册，cosφ＝0.8时，ΔU%＝0.0416%（MW-km），全线电压损失

ΔUL%＝ΔU%·M＝0.0416%×112＝4.7%＜5%

10.5KV母线

3条125mm×10mm矩形铝导体

10.5KV电缆

6根ZLQ2-3×240型

3KV架空线6根LGJ-120型

结束语

在黄文力副教授的精心指导下，我对凝汽式火电厂的电气主接线进行了精心设计。

在这次设计中，我对本专业的几门课程进行了一次全面深入的复习，使得本来看似孤立的知识面得以贯穿，紧密地联系起来。

通过本次设计，锻炼了独立解决问题的能力，同时，也感到了实践经验的缺乏，就提醒我在今后要注意理论联系实际，学以至用。

通过这次课程设计，使我加深了专业知识的应用、锻炼了解决问题分析问题的能力。

对凝汽式火力发电厂电气部分的电气主接线有了较为深刻的认识和很好的理解。

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