凝气式火电厂一次部分课程设计.docx

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发电厂电气部分课程设计

题 目 凝气式火电厂一次部分课程设计指导教师 刘新

职 称 讲师

班 级 0705051

学 号 070505152

学生姓名 刘德华

2011年 12月22日

凝汽式火电厂一次部分课程设计

1.原始资料

1.1发电厂建设规模

1.1.1 类 类 型:

凝汽式火电厂

1.1.2 最 最 终容量、机组的型式和参数：

2×300MW、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 电 厂在电力系统中的作用与地位：

地区电厂

1.2.2 发 发 电厂联入系统的电压等级：

220KV

1.2.3 电 电 力系统总装机容量：

16000MW，短路容量：

10000MVA

1.2.4 发 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:

1.3.1 2 2 20KV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 穿 越本厂功率为50MVA。

1.3.4 厂 厂 用电率：

8%

1.4环境条件

1.4.1 当 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 当 地海拔高度为50m

1.4.3 气 气 象条件无其它特殊要求。

2.设计任务

2.1 发 发 电厂电气主接线设计

2.2 厂 厂 用电设计

17/

31

2.3 短 短 路电流的计算

2.4 主 主 要电气设备的选择

2.5配电装置

3.设计成果

3.1 设 设 计说明书、计算书一份

3.2 图 图 纸一张

凝汽式火电厂一次部分课程设计

摘要

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。

本设计是对2×300MW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 

一电气主接线

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

600MW

量占相联电力系统总容量的

16000MW

*10000

＝3.7500



没有超过电力系统检修备

用容量800—1500和事故备用容量1000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6000ha>5000ha,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200 MW，最大负荷小时数为4000 h/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

180 M，W，最大负荷小时数为4000 h/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对主接线的可靠性要求很高。

（4）环境情况

4000 h/a，a，故

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。

同步

瞬变电抗

额定

发电机代

额定

功率

电抗

X''（0）

d

0

发电机型号

电压

超瞬变 台

电抗 数

Xd"（00）

号 功率（MW） 因数

X（ ）

0

d

（KV） 

0

0

G-1~~G-2 QFSN-300-2 

20 

300 

0.85 188.5

19.68

18.9

2

9 

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

型号含义；2——2极

     300——额定容量

     N——氢内冷

     F——发电机

     Q——汽轮机

     S——水内冷

2主接线方案的选择

（1）主接线方案的拟定

1） 110KV电压等级：

出线为8回架空线路，I级负荷，最大输送180MW，为实现不停电检修出线断路器，可采用单母线分段带旁路或双母线带旁路接线形式。

由于两台发电机组单机容量均为300MW，而110KV侧的最大负荷为180MW，其全年平均负荷为330×4300÷8760=161.98MW。

若接一台300MW机组，其容量远大于最大负荷330MW以及年平均负荷161.98MW，若当联络变压器出现故障时，会造成发电机大量积压容量，可能引起发电机出现甩负荷现象，并且在选择主变压器时有一定困难，所以在110KV侧不接发电机，而通过两台联络变压器从220KV侧引接来给110KV侧负荷供电。

而且，最大输送200MW，同型号的发电机一般接在同一电压等级，因此为使联络变容量竟可能小，对于110KV电压等级，拟采用不接发电机组的方式。

2） 220KV电压等级：

出线为10回架空线路，承担一级负荷，为使其检修出线断路器时不停电，可采用双母线或双母分段接线形式，以保证供电的可靠性和灵活性。

两台发电机的出口电压均为220KV、单机容量均为300MW，其额定电流和短路电流都很大，发电机出口断路器制造困难，价格昂贵，并且600MW及以上机组对供电可靠性要求级高，拟采用分相封闭母线直接与主变压器连接，并构成单元接线接至220KV母线上，可减少出口断路器和隔离开关，大大限制短路电流，提高可靠性与经济性，也减少事故的发生。

综上所述，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。

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。

通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几个方面考虑：

断路器检修时，是否影响连续供电；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长短，能否满足重要的一、二类负荷对供电的要求；本电厂有无全厂停电的可能性；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，还需进行可靠性定量计算。

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。

灵活性包括以下几个方面：

操作的方便性；调度的方便性；扩建的方便性。

经济性:

在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。

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。

经济性主要从以下几个方面考虑：

节省一次投资;占地面积少；电能损耗少。

（3）主接线方案的比较与选定

方案一110KV侧采用单母分段带旁路接线形式，220KV侧采用双母接线形式；方案二110KV侧采用双母接线形式，220KV侧也采用双母接线形式，其对比

如表

电压等级

方案一

方案二

110KV 

单母分段带旁路

双母线接线

220KV 

  双母线接线

双母线接线

两个方案发电机出口端都采用分相封闭母线，厂用电均从发电机出口端引接，所以不需要比较。

对于110KV电压等级接线形式，方案一采用的是单母线分段带旁路接线形式，方案二采用的是双母线接线形式。

从经济性方面看，两个方案中，方案二占地面积较大，但所用断路器数量和方案一一样，因此，在投资上，

两个方案基本相当；从可靠性方面看，方案一可靠性相对较差；从灵活性方面看，方案一运行方式单一，灵活性最差。

因此，110KV侧应选用双母线接线形式，对于220KV电压等级接线形式，方案一和方案二接线形式一样，可靠性高。

因此，220KV侧选用双母线接线形式。

通过比较得出比较结果下表，两种方案中方案二是最优方案，所以选择方案二作为该凝汽式火电厂的主接线方案。

方案

项目

方案一

方案二

可靠性

较差

较高

灵活性

较差

较高

经济性

相对较高

相对较低

3主变压器的选择与计算

变压器的选择包括容量、台数、型式和结构的选择。

（1） 单元接线的主变压器容量的确定原则

单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。

采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。

主变压器

型号（额定

额定电压KV 

量360MW）

高压

中压/

低压 （%） 

（%） 

号

两台主变压器的容量为300-300×8%=276MW，300MW发电机的功率因素为0.85，所以这两台变压器的容量为276×（1+0.1） /0.85=357.2MVA，因此可选取变压器容量为360MW 

短路

空载

额定

连接

台

空载损

短路损

阻抗

电流

容量

组标

数

耗（KW）

耗（KW）

SFP7- 

242±

14.0 0.7 360MW YN d11 2 195

860

2  20 

360000/220 ×

2.5% 

（2） 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则

联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下网络间的有功功率和无功功率交换，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时，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，设计题目中要求 220KV电压等级架空线8回，备用2回，I级负荷，最大输送200MW，要求110KV电压等级架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，穿越本厂功率为50MVA。

这里选择两台三绕组变压器，其容量按主变压器最大的容量计算，因此查表可选择三相三绕组变压器额定容量为360MW 

联络变

额定电压KV 

压器

型号

高压

中压/

短路阻抗

% 

额定

容量

低压

连接

组标号

空

载电流

% 

台

数

SFPS7- 

242±2 

×2.5% 

高中13.0 360MW

YN 

2 

360000/

121/15

.75 

高低12.0 （100/ d11 

0.7 

中低19.4 100/50

）

N0 

220 

（3） 变压器台数的确定原则

发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。

通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联系的中、小型发电厂和低压侧电压为6-10KV的变电所或与系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。

（4） 主变压器型式和结构的确定原则

选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。

在330KV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器。

因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，增加了维修工作量。

对于大型三相变压器，当受到制造条件和运输条件的限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器来取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。

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，对于最大机组容量为200MW及以上的发电厂，通常采用双绕组变压器加联络变压器，当采用扩大单元接线时，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样，可以大大限制短路电流。

变压器三绕组的接线组别必须与系统电压相位一致，否则，不能并列运行。

电力系统采用的绕组连接方式只有星型“Y”和三角形“D”两种。

变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。

我国规定，110KV及以上电压等级，变压器三绕组都采用“YN”连接；35KV采用“Y”连接，其中性点通过消弧线圈接地；35KV以下高压电压，变压器三绕组都采用“D”连接。

在发电厂和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响因素，根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般选用YN，d11常规接线。

由于厂用电率为8%，故厂用变压器的最大容量为：

Smax=PN*8%/cosf=300*8%*1.1/0.85=31.05MVA 所选变压器的型号及参数另外，

厂用备用电源可由联络变压器从110KV和220KV的母线上所取得，同时也可以在某台发电机检修时造成母线上功率供应不足时，也可以起到功率传送的作用，查表可得SFPF7-40000/220变压器符合该要求。

具体参数如下表：

变 压 型号

额定容 额定电压（KV） 

短路

空载

联

器

量（KVA）高压

中/  阻抗

电流

结

低压

（%） 

全

（%） 

组

厂用变 SFF7-4000 400000/2

20±2.5

×2% 

6.3/ 穿

越

半

穿越

0.8

D,d0-d0 

压器

0/20

×20000

6.3 9.5 15

.3 

全

厂用变

SFF-31500/ 400000/2

压器

20±2.5

×2% 

穿

6.3/ 越

半

穿

越

1.45 D,d0-d0 

20

×20000

6.3 9.5 16

.1 

二 厂用电接线方式的选择

厂用电接线除应满足正常运行安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足：

（1） 充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。

（2） 尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。

对于200MW及以上的大型机组，厂用电应是独立的，以保证一台机组故障停运或其辅助机械的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。

（3） 便于分期扩建或连续施工，不致中断厂用电的供应。

对公用厂用负荷的供电，须结合远景规模统筹安排，尽量便于过渡且少改变接线和更换设备。

（4） 对200MW及以上的大型机组应设置足够容量的交流事故保安电源。

（5） 积极慎重地采用经过试验鉴定的新技术和新设备，使厂用电系统达到先

进性、经济合理，保证机组安全满发地运行。

1火力发电厂厂用电接线的设计原则

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。

2厂用电接线形式的拟定

压器

300

去

6

6

压器

300

6

6

6

公用

公用

600MW汽轮发电机组高压厂用电系统常用的有两种供电方案，见图1.4。

方案Ⅰ（图1.4，a）为不设6KV公用负荷段，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线上，而方案II（图1.4，b）为单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用负荷段正常由起动备用变压器供电。

启

启

厂

动备

用变

厂

动备

用变

用高

压器

用高

压器

压变

压变

（a）                    （ b）           图1.4 高压厂用电系统供电方案

（a）不设公用负荷母线；（b）设置公用负荷母线

方案II的优点是公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于

各机组厂用母线清扫。

其缺点是由于公用负荷集中，并因起动备用变压器要用工作变压器作备用（若无第二台起动备用变压器作备用时），故工作变压器也要考虑

在起动备用变压器检修或故障时带公用段运行。

因此，起动备用变压器均较方案I变压器分支的容量大，配电装备也增多，投资较大。

方案I的优点是公用负荷分接于不同机组变压器上，供电可靠性高、投资省，但也由于公用负荷接于各机组公用母线上，机组工作母线清扫时，将影响公用负荷的备用。

另外，由于公用负荷分接于两台机组的公用母线上，因此，在#1机发电时，必须也安装好#2机的6kV厂用配电装置，并用起动备用变压器供电。

由于二种方案各有优、缺点，应经过技术经济比较后选定。

而本设计采用上述方案II，厂用电压共分两级，高压为6kV，低压为380/220kV，厂用高压设全厂6kV公用厂用母线。

三 短路电流的计算

短路计算在设计发电厂主接线的过程中有着重要作用，它为电气设备的选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。

当短路发生时，对发电厂供电的可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能导致电力系统失去稳定，甚至造成系统解列。

因此，对短路事故的计算是非常有必要的，而且是必须进行一项工作短路电流由于其值很大，在极短的时间内就能

产生较大的损耗，由于来不急散发热量而造成电气设备的温度急剧升高，引起设

备的老化或损坏，对供电的可靠性产生影响。

当所选设备不能满足短路电流的限制时，对供电的可靠性将产生极为严重的影响。

为此，在设计主接线时，应计算短路电流。

短路电流计算的目的是为设备的选型提供依据；初步考察短路事故对发电厂以及系统的可靠性和稳定性的影响，为电厂主接线形式的选定、继电保护装置的选择和整定计算提供依据。

此外，通过对短路电流的计算，还可初步确定系统的损耗，为发电厂的经济运行提供依据。

本次短路计算中，选取了两个短路计算点，110KV母线和220KV母线上各一个；短路类型定为对系统影响最为严重的三相短路。

详细计算过程如下本次短路计算中，选取了两个短路计算点，110KV母线和220KV母线上各一个；短路类型定为对系统影响最为严重的三相短路。

系统的等效电路图如图

设SB=300MVA，UB=Uav，计算各个元件标幺值：

系统电抗标幺值：

X''''=基准容量=300



=0.03

S 短路容量 10000

发电机电抗标幺值：

  X



d''''

=0.167´

=0.142

（3000.85）

300

主变压器电抗标幺值：

X =0.14´300

T 360

=0.117

联络变压器各绕组阻抗标幺值：

X=1（V



+V -V



）´SB

=1（0.131+0.1196-0.192）´300=0.0244

1 2 （1-2）

（1-3）