300MV火电厂电气部分设计.docx
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300MV火电厂电气部分设计
装机四台，容量2x100MW，2x50MW,发电机额定电压10.5KV，功率因数分别为cosφ=0.85，cosφ=0.8，机组年利用小时数4800h，厂用电率7%，发电机主保护时间0.05s，后备保护时间3.9s，环境条件可不考虑。
接入电力系统情况
（1）10.5KV电压等级最大负荷10MW，最小负荷8MW，cosφ=0.8，架空线路6回，二级负荷。
通过发电机出口断路器的最大短路电流：
（2）剩余功率送入220KV电力系统，，架空线路4回，系统容量1800MW，通过并网断路器的最大短路电流：
，厂用电采用6kv及380/220三级电压。
摘要
本设计是对发电厂厂用电进行设计，主要运用发电厂电气部分、高电压技术、电力系统分析、电力系统自动化、电力系统继电保护等专业知识完成“发电厂厂用电的设计”，具体设计内容包括厂用电接线设计、负荷分析计算、变压器选择、电动机自启动校验，继电保护设计、配电装置设计、防雷设计、绘制厂用电接线图、继电保护二次回路接线图、绘制配电装置图。
本设计严格遵循发电厂电气部分的设计原则，并结合实际情况确定了厂用电母线电压等级确定为6KV，利用换算系数法进行负荷分析计算，变压器选择低压分裂三绕组变压器，确定了合适的短路点进行短路电流计算。
根据防雷保护要求确定避雷器；最后绘制了相关的图纸。
本文300MW发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计。
包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验;并作了变压器保护。
关键词：
发电厂变压器电力系统电气设备
第1章绪论
由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。
它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。
由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。
因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。
据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、 控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。
到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位。
工业用电量已占全部用电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。
电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。
电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。
我国的电力系统从50年代开始迅速发展。
到1991年底，电力系统装机容量为14600万千瓦，年发电量为6750亿千瓦时，均居世界第四位。
输电线路以220千伏、330千伏和500千伏为网络骨干，形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千的省电力系统，大区之间的联网工作也已开始。
此外，1989年，台湾省建立了装机容量为1659万千瓦的电力系统[3]。
电能是一种清洁的二次能源。
由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。
因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。
绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。
本设计的主要内容包括：
通过原始资料分析和方案比较，确定发电厂的电气主接线。
计算短路电流，并根据计算结果来选择和效验主要电气设备。
第2章电气主接线的选择
电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。
所以，由文献[1]可知；它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。
2.1电气主接线的基本要求
对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济型三方面[1]。
1.可靠性：
安全可靠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的要求。
停电不仅给发电厂造成损失，而且给国民经济各部门带来的损失经更加严重，在经济发达地区，故障停电的经济损失是实时电价的数十倍至上百倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量。
因此，电气主接线必须保证供电可靠。
2.灵活性：
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。
包括操作的方便性、调度的方便性和扩建的方便性。
3.经济性：
在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济型之间。
通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。
包括节省一次投资、占地面积少和电能损耗少。
2.2电气主接线的基本形式及特点
2.2.1双母线及双母线接线
双母线接线具有两组母线，如图2.1中Ⅰ为工作母线，Ⅱ为备用母线，两组母线通过母线联络断路器QF连接。
每一回线路都经过线路隔离开关、断路器和两组母线隔离开关分别与两组母线连接。
图2.1双母线接线
双母线接线与单母线相比，停电的机会减少了，必需的停电时间缩短了，运行的可靠性和灵活性有了显著的提高。
双母线接线在扩建时比较方便，但是，设备较多，投资较大，配电装置较为复杂。
当母线上的出线回路或电源数较多、输送和穿越功率较大、母线或母线设备检修是不允许对用户停电、母线故障时要求迅速恢复供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时一般采用双母线接线。
6~10kV配电装置，当短路电流较大、出线需带电抗器时。
35~63kV配电装置，当出线回路数超过8回或连接的电源较多、负荷较大时。
110~220kV配电装置，当出线回路数为5回及以上或该配电装置在系统中居重要地位、出线回路数为4回及以上时。
2.2.2双母线带旁路母线接线
双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。
双母线带旁路母线接线有好多接线形式，这里只介绍常用的一种接线形式，如图2.2所示：
，
图2.2双母线带旁路母线接线
优点：
（1）供电可靠。
通过母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一接入旁路进出线的断路器时，该回路不停电。
（2）调度灵活。
各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的要求。
（3）扩建方便。
（4）便于试验。
当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
（5）此种接线可以保证使某一回路检修时，不中断对外供电及操作简便。
缺点：
（1）增加一组母线、一台断路器和若干台隔离开关。
（2）增大了投资和占地面积.
（3）当母线故障和检修时，容易误操作。
（4）接线所用设备多（特别是隔离开关），配电装置复杂，故经济性较差。
当110kV出线为7回及以上，220kV出线为5回及以上时，可采用有专用旁路断路器的双母线带旁路母线接线；对于在系统中居重要地位的，110kV出线在6回及以上和220kV出线在4回及以上时，也可装专用旁路断路器。
2.2.3双母线分段接线
双母线分段接线：
220KV进出线回路数较多,双母线需要分段,其分段原则是：
当进线回路数为10~14时,在一组母线上用断路器分段；当进线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段；在双母线接线中,均装设两台母联兼旁断路器；为了限制220KV母线短路电流或系统解列运行的要求,可根据需要将母线分段。
如图2.3
图2.3双母线分段接线
结构特征：
将一组母线用分段断路器QFd分为两段（W1和W2），两个分段母线（W1和W2）与另一组母线（W3）之间都用母联断路器连接，也称为双母线三分段接线。
分段双母线，比双母线具有更高的可靠性，运行方式更为灵活。
（1）W1和W2作为工作母线，W3作为备用母线，全部进出线均分在W1和W2两个分段上运行。
（2）也可以将两个母联断路器中的一个和分段断路器合上，全部进出线合理地分配在三段上运行，三段母线并列运行。
此种运行方式降低了全厂ni停电事故的可能性；可以减小母线故障的停电范围，母线故障时的停电范围只有1/3，此时没有停电部分还可以按双母线或单母线分段运行。
为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。
2.2.4带旁路母线的单母线接线
为了能使采用单母线分段或双母线分段的配电装置检修断路器时，不致中断该回路供电，可增设旁路母线。
如下图2.4为带旁路母线的单母线接线：
图2.4带旁路母线的单母线接线
2.4主线路设计方案的确定
现设计2种方案：
电压等级
方案
方案
10.6KV
单母线分段
单母线带旁路
220KV
双母线接线
单母线分段
本次设计主要考虑主接线的可靠性、经济性，通过综合比较，现确定方案二为课程设计的最终方案。
两方案中的相同部分不参与比较计算，只对在所实现的目的要求相差不大的情况下相异部分进行计算，很容易知道当采用双母线的时候倒闸操作时接线比较复杂易发生误操作，安全性不高，这在稳定的可靠性，及经济上都是不具有优势的，因此采方案二。
主接线图在附录。
[4]
第3章发电机和变压器的选择
3.1发电机型号的选择
根据要求，本次设计发动机容量为2台50MW，2台100MW，所以选择的发动机型号分别为QFS-100-2何QFS-50-2。
其主要参数分别如表3.1和表3.2所示。
表3.1QFS-100-2发电机技术参数
型号
额定功率
（MW）
额定电压
（KV）
额定电流
（A）
功率因数
转速
（r/min）
同步电抗
（%）
瞬变电抗
（%）
超瞬变电抗
（%）
QFS-100-2
100
10.5
6470
0.85
3000
162.8
22.8
15.77
表3.2QFS-50-2发电机技术参数
型号
额定功率（MW）
额定电压（KV）
功率因数
TD（s）
瞬变电抗（%）
转换惯量T-M2
QFQ-50-2
50
10.5
0.8
11.22
12.4
9.3
3.2变压器的选择
3.2.1主变压器的概述
变压器是变电所中最重要的和最贵重的设备，变压器的选择在变电所中是比较重要的。
在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。
电厂里主变都是升压变压器，主要作用是将发电机发出的电进行升压到电网电压，然后将发出的电并入电网。
3.2.2主变压器的容量确定
根据《火力发电厂设计技术规程》DL5000-94中第5.1.11条中容量为200MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择：
为保证发电机电压出线供电可靠，主变压器容量应根据5-10年的规划进行选择，并考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力，每台变压器的额定容量一般按下式选择：
nnPS6.0＝（nP为发电厂的最大负荷）。
3.2.3主变压器型号的选择
1.相数
根据《火力发电厂设计技术规程》DL5000-94中第3.1.11条发电厂与电力系统连接的主变压器，若不受运输和制造条件的限制，应采用三相变压器。
2.发电厂主变压器绕组的数量
根据《火力发电厂设计技术规程》DL5000-94中第7.1.11条对于容量为200MW及以上的机组，故采用三绕组变压器。
3.绕组连接方式由《电力工程设计手册电气一次部分》知：
我国110KV及以上电压等级为中性点直接接地系统，变压器绕组都要采用“Y”连接；35KV及以下高压电压，为消去二次谐波影响，变压器绕组都采用“D”连接，所以主变接线方式采用YN,d11。
第4章主电气设备的选择
4.1主电气设备的选择
正确地选择设备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。
在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。
根据《导体和电器选择技术规定》SDGJ14-1986第1.1.2条规定选择导体和电器的一般原则如下：
应力求技术先进、安全适用、经济合理；应满足正常运行、检修、短路、过电压情况下的要求，并考虑远景发展；应按当地环境条件校准；选择的导体品种不宜过多；应与整个工程建设标准协调一致；选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。
4.2电气设备选择的原则
1.应满足正常运行、检修、短路和过电压情况的要求，并考虑远景发展；
2.应按当地环境条件校核；
3.应力求技术先进和经济合理。
4.3电气设备的选择
4.3.1最高工作电压的计算
10.5KV侧：
Unlm≥Unm=1.1×1.05KV=11.55KA
220KV侧：
Unlm≥Unm=1.1×220KV=242KV
100MW机组出口：
Unlm≥Unm=1.1×10.5KV=11.55KV
4.3.2额定电流的计算
电气设备所选择的额定电流IN不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，即：
10.5KV侧：
IN≥Imax=
=
=15.88KA
220KV侧：
：
IN≥Imax=
=
=0.76KA
机组出口：
100MW侧：
IN≥Imax=
=
=6.79KA
50MW侧：
IN≥Imax=
=
=3.6KA
固发电机有分根据间回路的
、
及断路器的安装要求，查表，可选以下型号断路器和隔离开关，选择结果如下表4.1示：
表3主要电气设备选择结果表
器件
电压级
（KV）
型号
额定电压
（KV）
最高电压
（KV）
额定电流
（KA）
额定开断电流
（KA）
短路关和电流
（KA）
断
路
器
10.5
SW-10.5
10.5
13
1250
81.2
126
220
SW-220
220
252
1250
15.8
41
隔离
开关
10.5
GW4-10.5D
10.5
1250
220
GW4-220D
220
1250
第5章厂用电接线设计
发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量由电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备（如锅炉、气轮机或水轮机、发电机等）和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理的正常运行。
这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。
厂用电设计按照运行，检修和施工的要求，考虑全厂发展规划,妥善解决分期建设引起的问题。
积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、保证机组安全、经济和满发地运行。
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