2×660mw火力发电厂电气部分设计.docx
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上海电力学院
本科毕业设计（论文）
题目：
某2×660MW火力发电厂
电气部分设计
院部：
电气工程学院
专业年级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
年月日
【摘要】
本文为某2×660MW发电厂的电气部分设计，完成了厂用电系统的设计，厂用变压器的型号为SFF9-50000/24，厂用电压等级为6KV；确定了电压等级不同的地方的接线，主变压器的型号FPZ-800000/500；通过短路校验确保了设备的安全性；选取并校验了合理的电气一次设备；确定了500KV选用屋外配电装置，6KV选用成套配电装置；进行了避雷针的配置和保护范围的计算，选取FCZ-550磁吹阀型避雷器；配置了合理的继电保护装置。
关键词：
发电厂、主接线、电气设备、短路电流、防雷保护
【Abstract】
Thefora2*660MWpowerplantelectricalpartofthedesign,completedtheplantelectricalsystemdesign,planttypesoftransformersforSFF9-50000/24,factoryvoltagegradefor6kV;determinetheconnectionofdifferentvoltagelevels,maintransformermodelFPZ-800000/500;throughtheshort-circuitchecktoensurethattheequipmentsafety;selectandcheckthereasonableelectricalequipment;determinetheselectionof500kVOutdoorSwitchgear6kVselectionanddistributionofcompletesetsofequipment;calculatethelightningrodandthescopeofprotectionconfiguration,selectFCZ-550magneticblowoutvalvetypelightningarrester;reasonablerelayprotectiondeviceisconfigured.
Keywords:
powerplant,mainwiring,electricalequipment，Shortcircuitcurrent,lightningprotection
目录
摘要---------------------------------------------------2
Abstract-----------------------------------------------3
第一章.前言--------------------------------------------6
第二章.厂用电系统的设计--------------------------------7
2.1概述-----------------------------------------------7
2.2厂用负荷的统计-------------------------------------7
2.3厂用电电压等级-------------------------------------9
2.4厂用电的供电电源-----------------------------------10
2.5厂用变压器的选择-----------------------------------10
2.6厂用电接线-----------------------------------------11
2.7自启动校验------------------------------------------12
第三章.电气主接线--------------------------------------14
3.1概述-----------------------------------------------14
3.2主接线的选择---------------------------------------14
3.3主变压器的确定-------------------------------------16
第四章.短路电流计算-----------------------------------18
4.1短路计算的目的-------------------------------------18
4.2短路电流计算的条件---------------------------------18
4.3短路计算-------------------------------------------19
第五章.电气主要一次设备的选择-------------------------25
5.1电气设备选择的一般条件-----------------------------25
5.2500KV高压设备的选择--------------------------------26
5.3母线的选择-----------------------------------------30
第六章.配电装置---------------------------------------34
6.1概述-----------------------------------------------34
6.2屋内配电装置---------------------------------------34
6.3成套配电装置---------------------------------------35
6.4屋外配电装置---------------------------------------35
第七章.发电厂的防雷设计-------------------------------38
7.1概述-----------------------------------------------38
7.2避雷针---------------------------------------------38
7.3避雷器的设置---------------------------------------41
7.3避雷器的配置---------------------------------------41
第八章.发电厂的继电保护-------------------------------43
8.1发电机的继电保护配置--------------------------------43
8.2变压器的继电保护配置-------------------------------44
8.3母线的继电保护配置----------------------------------45
总结---------------------------------------------------46
文献引用-----------------------------------------------47
第一章.前言
目前来说国的人均拥有装机容量和人均占有发电量还处于较低水平，建设发电厂还有很大的潜力可挖；火电厂的污染还比较严重，电网相对薄弱。
所以提高效率、保护环境，以及按计划逐步关闭低效、耗能高、污染重的小火电机组，以大代小，不断改进和建造拥有更高科技含量。
本文为规划2×660MW发电厂的电气部分设计，发电机型号为QFSN-660-2，升高电压等级为500KV。
线路长度为200KM。
系统短路容量为20000MVA。
不包含特殊环境因素、常温。
两条出线。
发电厂是电力系统的一部分,发电厂设计的好坏会严重影响到整个电力系统能否长时间、稳定的供电。
通过对拟建火力发电厂的设计以及出线方向、安全性、经济性以及可靠性等众多方面来考虑。
本论文设计内容包括厂用电系统设计、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择、配电装置的配置以及继电保护等内容。
第二章.厂用电系统的设计
2.1概述
厂用电可以说是发电厂中最重要的负荷，所以厂用电系统能够工作可靠在很大程度上决定整个发电厂能否安全运行。
厂用电的可靠性和经济性不仅仅与发电厂的操作、运行、维护以及检修和设备的质量等有着十分密切的关系，而且还在很大程度上取决于厂用电接线的设计是否正确；厂用电动机的型号和容量的选择是否经济、合理等等。
为了保证厂用电的连续供电，同时还要保证机组的安全和经济的运行，厂用电接线应满足：
厂用电接线方式和电源容量能适应发电厂正常、事故、检修等状态的供电要求，并充分考虑机组启动和停运过程中的供电要求，同时还应为切换操作提供方便。
2.2厂用负荷的统计
5000
图2-1
2.3厂用电电压等级
因为机组容量是660MW，经过经济性和技术上的比较，并依据国家规定的《电力系统设计技术规程》，选用了6KV作为高压厂用电压。
2.4厂用电的供电电源
2.4.1厂用工作电源
发电厂的厂用工作电源，应该满足供电可靠性，还应该满足各级厂用电负荷容量的需求。
2.4.2厂用备用/启动电源的选择及其引接
由于必须要保证厂用电源的连续供电，所以必须安装厂用备用电源。
备用电源的独立性的确保是重中之重，这样方能在即使是全厂停电情况下仍能从电力系统中获得厂用电源。
一般电厂中，都以启动电源兼用作备用电源。
由于这次采用的是660MW的大型机组，采用的是500KV接入系统，又由于需要厂网分开等技术原因，选则了从升高电压母线中电源可靠的最低一级电压母线（本电厂为500KV电压母线）引接。
又因为引接方案的确定，所以选择的备用变压器的型号是SFFZ-50000/500。
SFFZ-50000/500技术参数
型号
额定容量（MVA）
额定电压（kV）
半穿越电抗（%）
SFFZ-50000/500
50/30-30
23
2.4.3事故保安电源
事故保安电源是为了避免发电厂停电时确保要紧的设备（润滑油泵、氢密封泵、消防水泵等等）不断电和设立的电源。
由于本次采用660MW机组，所以采用蓄电池组和柴油发电机组成事故保安电源。
事故保安电源从汽机变和锅炉变的pc段引接，事故保安A段和事故保安B段互为暗备用。
2.5厂用变压器的选择
2.5.1变压器选取原则
（1）变压器主、副边的额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应；
（2）连接组别宜选择能使同一电压级的厂用工作以及备用变压器的输出的电压相位相一致；
（3）阻抗电压和调压形式的选择应使其在引接点电压及厂用电负荷所规定的正常波动范围之内，厂用电的各级母线的电压偏移应该不超过其额定电压的±5%；
（4）变压器的容量的选择必须要保证电动机及设备能从电源处获得足够多的功率。
2.5.2容量的选择
厂用变压器的容量的选取必须要满足能使得厂用电负荷可以从电源处获取足够的功率。
因此，对厂用工作变压器的容量的选择要按厂用电高压的计算负荷的100%与厂用电低压的计算负荷之和来进行选择；厂用低压工作变压器的容量还应留有10%左右的裕度。
应为要保证正常运行时两侧阻抗小、短路时阻抗高，所以分裂绕组变压器。
对厂用高压分裂绕组变压器,其各绕组的容量应该按下式计算
计算负荷
高压绕组≥低压绕组≥
式中——厂用电高压计算负荷之和；
——厂用电低压计算负荷之和；
——厂用变压器分裂绕组计算负荷；
——分裂绕组两分支重复计算负荷。
已知数据如图2-1所示，所以：
50
综上所述，选择的厂用变压器是SFFZ-50000/24。
SFFZ-50000/24技术参数
型号
额定容量（kVA）
额定电压（kV）
阻抗电压（%）
空载电流（%）
空载损耗（kW）
负载损耗（kW）
SFFZ-50000/24
50000
16
0.31
27.3
187.05
2.6厂用电接线
2.6.1厂用电接线形式
660MW发电机组高压厂用电系统有现有两种接线方案。
如图1.1所示。
（a）：
不设6KV公用负荷母线，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线上；
（b）：
单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电。
（a）的优点是所用的公用负荷分接于不同的机组变压器上，供电可靠、投资较省，但同时也应为公用负荷分接于各机组的公用母线上，所以当机组工作并进行母线清扫时，势必将影响公用负荷的备用。
（b）的优点是公用负荷集中，不会出现过度问题；各单元机组的独立性强，便于各机组做母线清扫。
所以，因为厂用电接线供电可靠最重要，其次才是节省投资和操作方便，所以选则（a）不设6KV公用负荷母线，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线上。
图2-1厂用电接线方案
2.7自启动校验
2.7.1自启动校验的原则
当厂用电系统的电动机断开电源或厂用电压降低后，在很短的时间内，由于厂用电压恢复或通过切换备用电源，接着电动机又恢复稳定运行。
若电动机数量多、容量大时，启动电流过大会损害厂用电系统稳定和电动机的寿命，所以必须进行自启动校验。
2.7.2自启动校验
本发电厂的厂用电系统为6KV和0.38KV两级电压。
常用高压备用变压器为分裂绕组变压器，由图2-1，可知其高压绕组额定容量为50000KV·A、低压绕组额定容量为20000KV·A，已高压绕组电抗为基准的半穿越电抗标幺值为16%，厂用高压变压器电源测母线电压标幺值（无励磁调压）。
厂用低压照明变压器额定容量为1000KV·A，阻抗电压为10%。
参加自启动电动机总容量为21286.25KW。
厂用低压母线上参加自启动电动机电机容量为500KW。
计算电动机自启动校验如下
厂用高压变压器电抗标幺值为
高压常用母线标幺值由3-9得
满足要求
厂用低压母线电压校验:
厂用低压母线得合成负荷标幺值由式3-12
厂用低压变压器电抗标幺值为
低压母线电抗标幺值由2-11
满足要求。
厂用高压母线电压校验和厂用低压母线电压校验，均满足电动机自启动要求
第三章.电气主接线
3.1概述
发电厂的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分，它不仅能表示电气设备具体型号的选择，还反映了各个电力回路如何装配。
拟定一个合理、可靠、经济的电气主接线方案对配电装置布置、继电保护配置和控制方式等都有重大的影响。
不仅如此，电气主接线还表明了断路器、线路和隔离开关等电气设备的数量、规格及可能的运行方式。
电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定。
是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。
主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。
为了达到上述条件，必须使电气主接线满足以下要求：
（1）保证必要的供电可靠性；
（2）保证电能质量；
（3）灵活、方便；
（4）具有一定的经济性。
3.2主接线的选择
3.2.1500KV母线选择
因有两条出线，现拟定一台半断路器的双母线接线和双母线四分段接线两种接线形式
（1）.一台半断路器的双母线接线
图3-1一台半断路器的双母线接线
如图3-1所示，一台半断路器的双母线接是660MW机组电压母线常用的一种接线形式，因其不仅有环形接线的全部优点，而且还有可靠性和灵活性更高、隔离开关少、配电装置结构相对简单、占地面积小、土建投资少等众多优点。
更是因为隔离开关少和配电装置结构相对简单而大大减少了因误操作而引起事故的可能性。
缺点是由于每一回路包含2个断路器，所以进出线的故障将引起2个断路器动作，增加了断路器的维护工作量。
（2）.双母线四分段接线
双母线四分段接线方式如图3-2所示。
随着现代科技的进步，断路器的质量在一步一步的提高，从而使得旁路母线的使用已经开始逐渐减少。
在这种情况下，有了双母线四分段接线。
双母线四分段接线具有如下优点：
（1）母线可以轮流检修从而使得检修时供电不中断；
（2）正常运行时，电源和线路均分在四段母线上，从而使得当任意一段母线故障时，就只会有四分之一的电源和负荷停电；又或是当任一分段或母联断路器故障时，仍只会有一半电源和负荷停电；
（3）检修方便；
（4）能迅速恢复供电；
（5）灵活度高；
（6）扩建方便。
图3-2双母线四分段接线
双母线四分段接线的缺点是：
当母线故障或检修时，操作复杂，易造成误操作。
综上述分析，经过经济性、灵活性和可靠性的三重比较，500kV电压母线最终选用一台半断路器的双母线接线。
3.2.2发电机出口电压等级接线形式选择
选择的是发电机--变压器单元接线。
如图3-3所示。
发电机和变压器直接连接成一个单元，组成发电机-变压器组，称为单元接线。
单元接线的特点是几个元件直接单独连接，接线简单清晰；而且减少了电器的数目，简化了配电装置的结构，从而降低了造价，同时也极大地减少了故障的可能性。
图3-3不装断路器并不会影响运行的稳定性和安全性，而且我国目前还不会生产这种高分断、高动热稳定的断路器，而且进口的价格非常高，所以出于经济性的考虑，就不装断路器。
同时为了为了减少发电机到主变间可能发生的故障率，而选用封闭母线。
采用封闭母线的优点是：
由于母线封闭在外壳内，不受环境和污秽影响，防止相间短路和消除外界潮气、灰尘引起的接地故障，同时由于外壳多点接地，保证人触及时的安全；由于外壳涡流和环流的屏蔽作用，使壳内的磁场大为减弱，外部短路时，母线间的电动力大大降低；当电流通过母线时，外壳感应出来的环流也屏蔽了壳外磁场，解决了附近钢构的发热问题；外壳可作为强制冷却的通道，提高了母线的载流量；安装维护工作量小。
3.3主变压器的确定
3.3.1主变压器台数，容量的选择
按DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》中的规定：
（1）每个电源接线选择一台主变压器
（2）单元接线中的主变压器容量SN应按发动机容量扣除本机组的厂用电负荷后，预留10%的裕度选择。
取COSΦG（发电机的额定功率因数）=0.9。
现在给定的发动机额定容量为660MW，变压器的容量为：
SN=1.1（PG-PN）COSΦG=1.1×（660-46.048）0.9=750.39MVA
3.3.2主变压器相数的确定
因为一台三相变压器比三台单相变压器投资小，占地少，损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较为方便。
所以选三相变压器。
综上所述，主变压器型号选SFP9-800000/500。
SFPZ-80000/500技术参数
型号
额定容量（kVA）
额定电压（kV）
阻抗电压（%）
空载电流（%）
空载损耗（kW）
负载损耗（kW）
SFP9-80000/500
80000
13.75
0.25
140
485
其中，S-三相；FP-强迫油循环风冷；
第四章.短路电流计算
4.1短路计算的目的
计算短路的主要目的在于：
为选择和校验电气设备、继电保护和自动装置并正确整定其参数提供的依据。
4.2短路电流计算的条件
4.2.1基本假定条件
（1）正常工作时，三相系统对称运行；
（2）所有电源的电动势相位角相同；
（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；
（4）短路发生在短路电流为最大的瞬间；
（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻忽略不计；
（6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流；
（7）元件的参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围；
（8）输电线路的电容略去不计；
（9）系统中的电机均为理想电机，不考虑电磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；
4.2.2短路点选取
计算电路图中的短路点设置为三点，即母线、发电机出口和6KV侧。
图4-1短路电流计算接线图
图4-2等值网络图图
如图4-2.所示，现选取K1、K2、K3三个短路点。
4.3短路计算
令SB=1000MVA，Ub=Uav
XG1=XG2=21.55%×10006600.9=0.294
XT1=XT2=16%×1000800=0.2
XL=0.4×200×10005252=0.290
已知SC=20000MVA
∴XC*=SBSC=100020000=0.050
（1）K1短路
图4-3K1短路等值网络图
X1‘=XG1+XT1（XG2+XT2）=0.247
X2’=XL+XL*=0.290+0.050=0.340
①发电机提供的短路电流
G：
XjS1=X1×SNSB=0.247×2×6600.91000=0.362
查计算曲线表可知I‘’*=2.893I2*=2.129I4*=2.234
I''=I''*∙SN3UB=2.893×2×6600.93×525=4.666KA
I2=I2*∙SN3UB=3.434KA
I4=I4*∙SN3UB=3.603KA
Ish=3×1.8×I''=11.878KA
②S端提供的短路电流
I''*=I2*=I4*=1X2=10.340=2.941
I''=I2=I4=I''*∙SN3UB=2.941×10003×525=3.234KA
Ish=2×1.8×I''=8.232KA
（2）K2短路
X1=XG1+XT1=0.494
图4-4K2短路等值网络图
如图4-4所示
X11=XT1+X2+XT1X2X1=0.678
X12=XT1+X1+XT1X1X2=0.985
①G-1提供短路电流
XjS1=XG1×SNSB=0.294×6600.91000=0.216
查计算曲线表可知I‘’*=5.185I2*=2.584I4*=2.453
I''=I''*∙SN3UB=5.185×6600.93×24=91.470KA
I2=I2*∙SN3UB=45.585KA
I4=I4*∙SN3UB=43.274KA
Ish=3×1.8×I''=232.8
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