5×300MW凝汽式火电厂电气一次部分设计 (1).doc
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郑州航空工业管理学院
课程设计
2011届电气工程及其自动化专业110697228班级
题目5×300MW凝汽式火电厂电气一次部分设计
姓名王月
学号110697228
指导教师黄文力职称副教授
二О一二年十二月五日
15/16
目录
目录 1
5×300MW凝汽式火电厂电气一次部分课程设计 2
1．原始资料 2
1．1发电厂建设规模 2
1．2电力系统与本厂的连接情况 2
1．3电力负荷水平:
2
1.4环境条件 2
2.设计任务 2
3.设计成果 2
摘要 2
引 言 2
2.3.1隔离开关的配置 2
2.3.2电压互感器的配置 2
2.3.3电流互感受器的配置 2
参考文献 15
5×300MW凝汽式火电厂电气一次部分课程设计
1．原始资料
1．1发电厂建设规模
1.1.1类型:
凝汽式火电厂
1.1.2最终容量、机组的型式和参数：
5×300MW、年利用小时数：
6000h/a
1．2电力系统与本厂的连接情况
1.2.1电厂在电力系统中的作用与地位：
地区电厂
1.2.2发电厂联入系统的电压等级：
220KV
1.2.3电力系统总装机容量：
16000MW，短路容量：
10000MVA
1.2.4发电厂在系统中所处的位置、供电示意图
1．3电力负荷水平:
1.3.1220KV电压等级：
架空线8回，备用2回，I级负荷，最大输送200MW，
Tmax＝4000h/a
1.3.2110KV电压等级：
架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，Tmax＝4000h/a
1.3.3穿越本厂功率为50MVA。
1.3.4厂用电率：
8%
1.4环境条件
1.4.1当地年最高温40℃，最低温－6℃，最热月平均最高温度28℃，最热月平均最低温度24℃
1.4.2当地海拔高度为50m
1.4.3气象条件无其它特殊要求。
2.设计任务
2.1发电厂电气主接线设计
2.2厂用电设计
2.3短路电流的计算
2.4主要电气设备的选择
2．5配电装置
3.设计成果
3.1设计说明书、计算书一份
3.2图纸一张
摘要
本设计是对5×300MW总装机容量为600MW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，它主要包括了五大部分，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、安全保护装置。
其中详细描述了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，列出各设备选择结果表。
并对设计进行了理论分析。
最后的设计总图包括主接线，厂用电，断路器，隔离开关等。
［关键词］：
主接线；发电机；变压器；短路电流；厂用电；厂备用；安全保护
引 言
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。
而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。
本设计是对配有2台300MW的汽轮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，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。
1.电气主接线
1.1系统与负荷资料分析
（1）工程情况
由原始资料可知，。
本设计根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为1200MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装2台600MW机组，总容量占相联电力系统总容量的＝,没有超过电力系统检修备用容量—和事故备用容量的要求，这说明了该火电厂在未来电力系统中的不占主导作用和地位，主要是负责地区供电，而且年利用小时数为6000>5000,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此该电厂的电气主接线要求有较高的可靠性。
该发电机端额定电压为20KV，电厂建成后以6KV电压供+给本厂负荷，厂用电为8%。
以220KV电压等级供给系统，架空线8回，属于I级负荷，最大输送200MW，Tmax＝4000h/a并以110KV电压等级供给负荷，架空线8回，也属于I级负荷，最大输送180MW，Tmax＝4000h/a。
并且本设计需要做到的技术指标要求保证供电安全、可靠、经济，且功率因数达到0.85。
（2）电力系统情况
该发电厂在电力系统中的作用与地位为地区电厂，地区电厂靠近城镇。
电力系统总装机容量为16000MW，短路容量为10000MVA。
该发电厂联入系统的电压等级为220KV。
（3）负荷分析
该发电厂有两个电压等级，其负荷分析分别如下：
220KV电压等级：
有架空线8回，备用两回，即十回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送200MW，最大负荷小时数为4000h/a，功率因数为0.85。
110KV电压等级：
有架空线8回，即8回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送180MW，最大负荷小时数为4000h/a，功率因数为0.85。
由于两个电压等级所联负荷均为一级负荷，且最大负荷小时数为4000h/a，故对主接线的可靠性要求很高。
（4）环境情况
由原始资料可知，当地海拔高50m，故可采用非高原型的电气设备；当地年最高温度为40度，年最低温度为-6度，最热月平均最高温度为28度，最热月平均最低温度为24度，气象条件无其他特殊要求。
（5）设备情况
原始资料中给出了两台发电机的容量，这里对单台300MW发电机设备的型号进行选择。
根据原始资料中给出了发电机的容量，课选择出发电机的型号，选择结果如表1.1
表1.1发电机型号及参数
发电机
型号
额定
电压（KV）
额定
功率（MW）
功率
因数
次暂态电抗
G-1~~G-2
QFSN-300-2
20
300
0.9
0.062
型号含义；2——2极
200/300——额定容量
N——氢内冷
F——发电机
Q——汽轮机
S——水内冷
1.2主接线方案的选择
（1）主接线方案的拟定
可拟定两种主接线方案：
方案一：
发电机出口采用分相封闭母线；110KV电压等级采用单母分段带旁路接线形式，分段断路器兼作旁路断路器；220KV电压等级采用双母接线形式，两台发电机与分别与两台变压器接成发电机-变压器单元接线形式接至220KV电压母线上；220KV电压母线和110KV电压母线之间设有两台联络变压器；通过这两台联络变压器由220KV电压母线给110KV侧负荷供电。
方案二发电机出口采用分相封闭母线；110KV电压等级采用双母线带接线形式。
220KV电压等级采用双母线带接线形式。
两台发电机与分别与两台变压器接成发电机-变压器单元接线形式接至220KV电压母线上；220KV电压母线和110KV电压母线之间设有两台联络变压器；通过这两台联络变压器由220KV电压母线给110KV侧负荷供电。
（2）主接线方案的比较原则
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。
1.3主变压器的选择与计算
1.4所选变压器的型号及参数
变
压
器
型
号
额定电压（KV）
短路
阻抗
%
额定
容量
（MVA）
联
结
组
高压
中/
低压
主变
压器
SSPL－90000/220
242±2×2.5%
10.5
13.750
900
YN，d11
联络
变压器
SFPSL0-240000/220
242
121±4×2.5%
/15.75
高中2.58
高低41.0
中低6.07
100/100/50
YN,a0,
d11
厂用
变压器
SFF10－31500/20
20
6.3/
6.3
15
31.5/2×20
D,d12，d12
2.电气设备的选择
2.1电气设备的选择
2.1.1高压断路器和隔离开关的选择
（1）断路器的种类和形式的选择
因为110KV侧有8回出线，220KV侧有12回出线，所以接入110KV,220KV侧的高压断路器应选择SF6断路器。
（2）额定电压的选择
110KV侧:
==1.1×110KV=121KV
220KV侧:
==1.1×220KV=242KV
（3）额定电流的选择
110KV侧:
≥=1.05×200×1000/×110×0.85=1.373KA
220KV侧:
≥=1.05×200×1000/×220×0.9=0.686KA
（4）开断电流的选择
高压断路器的额定开断电流不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量,为了简化计算可应用此暂态电流I"进行选择,即≥I"。
110KV侧:
≥I"=37.214KA
220KV侧:
≥I"=17.007KA
（5）短路关合电流的选择
为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值，即≥。
110KV侧:
≥=1.9×37.214=96.116KA
220KV侧:
≥=1.9×17.007=45.698KA
（6）热稳定校验
2t≥
取（短路切除时间）=4s。
110KV侧:
I"=37.214KAI2=31.627KAI4=30.961KA
周期分量热效应=（I"2+10I22+I42）×/12=3207.176（KA）2·s
t>1s不计非周期分量=
220KV侧:
I"=17.007KAI2=15.288KAI4=15.244KA
周期分量热效应=（I"2+10I22+I42）×/12=714.712（KA）2·s
t>1s不计非周期分量=
（7）动稳定校验
≥
110KV侧:
≥96.116KA
220KV侧:
≥45.698KA
2.1.2电压互感器的选择
电压互感器的选择和配置应按下列条件：
（1）型式：
6~20KV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV~110KV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220KV级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互器。
在需要检查和监视一次回路单项接地时，应选用三项五柱式电压互感器或具有第三绕组的单项电压互感器。
（2）准确等级：
电压互感器影子哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下：
用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，共所有计算的电度表，其准确等级要求为0.5级。
供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为１级。
用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为３级即可。
在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。
2.1.3电流互感器的选择
电流互感器的选择和配置应按下列条件：
（1）型式：
电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。
对于
6~20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。
对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。
有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。
（2）一次回路电压：
≥
（3）一次回路电流：
≥
（4）准确等级：
要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准
确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。
（5）二次负荷：
互感器按选定准确级所规定的额定容量应大于或等于
二次侧所接负荷，即
≥
=+++
式中，、分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻（忽
略电抗）；为接触电阻，一般可取0.1Ω；为连接导线电阻。
（6）动稳定：
内部动稳定校验式为：
≥或≥
式中、—电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，有制造厂提供。
外部动稳定校验式为：
≥0.5×1.73×10-7（N）
式中—作用于电流互感器瓷帽端部的允许力，有制造厂提供；
—电流互感器出现端至最近的一个母线支柱绝缘子之间的跨距；
a—相间距离；
0.5—系数，表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。
（7）热稳定：
电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流或一次额定电流的倍数来表示，热稳定校验式为：
≥或（）2≥
2.2电气设备选择结果表
表2.2.1110KV侧的断路器选择
110KV侧
计算值
项目
LW11－110
UNs
110KV
UN
110KV
Imax
1297A
IN
1600~3150A
I"
37.214KA
INbr
40/31.5KA
Ish
96.116KA
INcl
100/80KA
Qk
3207.176（KA）2·s
It2t
402×3=4800（KA）2·s
Ish
56.554KA
Ies
100/80KA
表2.2.2220KV侧的断路器选择
220KV侧
计算值
项目
LW6－220
UNs
220KV
UN
220KV
Imax
648.5A
IN
3150A
I"
17.007KA
INbr
50KA
Ish
45.698KA
INcl
125KA
Qk
714.712（KA）2·s
It2t
7500（KA）2·s
Ish
26.531KA
ies
125KA
表2.2.3110KV侧的隔离开关选择
110KV侧
计算值
项目
GW4－110D
UNs
110KV
UN
110KV
Imax
1297A
IN
2.0KA
Qk
3207.176（KA）2·s
It2t
6400（KA）2·s
Ish
56.554KA
ies
100KA
表2.2.4220KV侧的隔离开关选择
220KV侧
计算值
项目
GW6－220D
UNs
220KV
UN
220KV
Imax
648.5A
IN
1.0KA
Qk
714.712（KA）2·s
It2t
1764（KA）2·s
Ish
26.531KA
ies
50KA
表2.2.5各部分电压互感器的选择
项目
型号
一次/KV
二次/V
剩余电
压绕组/V
ImaxA
110KV
JCC1M-110
110/30.5
100/30.5
100
1297A
220KV
JCC5-220
220/30.5
100/30.5
100
648.5A
主变压器侧
JDZ8-35
35
100
100
/
发电机
出口端
JDZ6-20
20
100
100
/
表2.2.6各部分电流互感器的选择
项目
型号
额定电流
比/A
短时热稳
电流/KA
额定动稳
电流/KA
满匝额定输出/VA
准确
级
110KV
LCWB6-110
2×300/5
31.5
80
50
0.2
220KV
LCWB7-220
2×600/1
2×21
2×55
40
0.2
主变压器
LZZB7-35
800/5
31.5
80
50
0.2
发电机出口
LDZJ1-10
1500/5
80
163
40
0.2
J-电压互感器（油浸式）L-电流互感器C-瓷绝缘（串级式）W-户外B-
保护
2.3主接线中设备配置的一般原则
2.3.1隔离开关的配置
（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关；容量为200MW及以上大机组与双绕组变压器的单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。
（2）在出线上装设电抗器的6~10KV配电装置中，当向不同用户供电的两回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。
（3）接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。
（4）一台半断路器接线中，视发变电工程的具体情况，进出线可装设隔离开关也可不装设隔离开关。
（5）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。
（6）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。
2.3.2电压互感器的配置
（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护
同期和自动装置的要求。
电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。
（2）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。
旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感顺的情况和需要确定。
（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。
（4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。
（5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。
当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。
2.3.3电流互感受器的配置
（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。
（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器；发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。
（3）对直接接地系统，一般按三相配置。
对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。
（4）一台半断路器接线中，线路一线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。
3.安全保护装置
在电力系统中，一定的保护装置是必要的，主要是防雷保护和继电保护。
3.1避雷器的选择
避雷器应按下列条件选择：
表3.1避雷器的选择
装设地点
型号
额定电压有效值（KV）
灭弧电压有效值（KV）
工频放电电压峰值（KV）
冲击放电电压峰值不大于（KV）
不小于
不大于
220KV母线侧
FCZ2-20N
220
250
340
390
520
110KV母线侧
FCZ2-110N
110
250
255
290
345
参考文献
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中国电力出版社,2004.
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