2×350MW火力发电厂电气部分设计(2)Word格式文档下载.doc

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进度计划

1、布置任务，查阅资料。

（1天）

2、系统总体方案设计。

3、设计主接线。

（2天）

4、设计变压器。

5、短路计算。

7、电气设备选择校验

（1）

6、撰写、打印设计说明书（1天）

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量：

答辩：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

摘要

随着我国经济发展，对电的需求也越来越大。

电作为我国经济发展最重要的一种能源，主要是可以方便、高效地转换成其它能源形式。

电力工业作为一种先进的生产力，是国民经济发展中最重要的基础能源产业。

而火力发电是电力工业发展中的主力军，截止2006年底，火电发电量达到48405万千瓦，越占总容量77.82%。

由此可见，火力电能在我国这个发展中国家的国民经济中的重要性。

该设计主要从理论上在电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择、配电装置的布局、防雷设计、发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，并与火力发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济性和灵活性，通过计算论证火电厂实际设计的合理性与经济性。

采用软件绘制了大量电气图和查阅相关书籍，进一步完善了设计。

关键词：

主接线设计；

短路电流；

配电装置；

电气设备选择；

继电保护

目录

第1章绪论 1

1.1电力系统概诉 1

1.2本文主要内容 1

第2章电气主接线的选择 2

2.1电气主接线的基本要求 2

2.2电气主接线主要依据 2

2.2.1电气主接线的叙述 3

2.2.2两种方案的比较 5

第3章变压器的选择 8

3.1主变压器的选择原则 8

3.2厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素为 8

3.3确定变压器台数及容量 8

第4章短路电流的计算 10

4.1短路电流计算目的及规则 10

4.2短路等值电抗电路及其参数计算 10

第5章电气设备的选择 15

5.1电气设备选择的一般原则及短路校验 15

5.2断路器的选择 16

5.3隔离开关的选择 19

第6章课程设计总结 22

参考文献 23

第1章绪论

1.1电力系统概诉

由发电、输电、变电、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转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。

为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。

1.2本文主要内容

根据火力发电厂原始资料及有关技术要求进行电气部分设计

电气主接线的选择

发电厂和变电所的电气主接线，是由高压电器设备通过连接线组成接受和分配电能的电路，也称为一次接线。

它反映各设备的作用、连接方式和各回路间相互关系，从而构成发电厂或变电所电气部分的主体。

电气主接线是保证出力、连续供电和电能质量的关键环节，它直接影响着配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择，它必须满足工作可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和发展的可能性等基本要求

第2章电气主接线的选择

2.1电气主接线的基本要求

电气主接线设计的基本要求应满足可靠性、灵活性、经济性等要求。

1、可靠性：

为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可靠性的要求。

主接线可靠性的衡量标准是运行实践。

要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分做好调查研究工作显的尤为重要。

为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，作出切合实际的决定。

2、灵活性：

电气主接线的设计，应当在满足运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运行要求。

在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，合理调配电源和负荷。

在检修时，可以方便地停运断路器、母线及二次设备，并方便设备的安全措施，不影响电网正常运行和对其它用户的供电。

3、经济性：

采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。

在投资初期回路数较少时，更有条件采用设备用量较少的简化接线。

能缓装的设备，不提前采购装设；

在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小，以高代低；

在选择接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小。

2.2电气主接线主要依据

1、发电厂在电力系统中的地位和作用：

电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。

大型主力或电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入300-500KV超高压系统；

地区电厂靠近城镇，一般接入110-220KV系统，也有接入330KV系统；

企业自备电厂则以本企业供电供热为主，并与地区110-220KV系统相连。

中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。

2、负荷大小和重要性：

（1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，切当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。

（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

（3）对于三级负荷一般只需一个电源供电。

2.2.1电气主接线的叙述

本次设计中主要采用了双母线接线的形式和双母线分段的接线形式，下面将介绍电气主接线的多种形式，但是主要介绍以上两种，并介绍其主接线图。

1）、单元接线

其是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种，此种接线方法设备更多。

本设计中机组容量为350MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器，为了提高可靠性也可装设断路器。

这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。

2）、单母分段

用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；

有两个电源供电。

当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：

110kV～220kV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63kV配电装置的出线回路数为4～8回，6～10kV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。

3）、双母线接线

双母线中的母线两组母线可以同时运行，也可以互为备用。

其特点如下：

（1）检修任一母线时，可将该母线上的全部回路倒换到令一组母线上，不会中断对用户的供电。

（2）检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开这一回路和该隔离开关相连的母线，其他回路可切换到令一母线上，不影响其他回路的供电。

（3）任一母线故障时，可将所有连于改母线上的回路倒换到正常母线上，使装置迅速恢复供电。

（4）断路器检修时时可加临时跨条，将被检修的断路器旁路，用母连断路器代替被检修的断路器，减少停电时间。

（5）运行方式灵活。

根据运行的需要，两组母线可并列运行也可分列运行；

还可采用一组母线工作，令一组母线被用的运行方式。

缺点：

（1）检修任一回路断路器时，该回路仍需停电。

（2）任一母线故障仍会短时停电。

（3）变更运行方式时，要用各回路母线侧的隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，容易出现误操作。

（4）增加了大量的母线隔离开关和母线长度，双母线的配电装置结构较复杂，占地面积大，投资大。

适用范围：

双母线接线广泛应用于对可靠性要求较高、出线回路数较多的6~10KV

配电装置中。

由于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。

4）、双母线分段接线

当双母线接线配电装置的进出线回路数较多时，为增加可靠性和灵活性，缩小母线故障的影响范围，可将双母线中的一组用断路器分段，形成双母线三分段。

双母线可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。

而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数较少时，母线不分段。

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。

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。

5）、发电机-变压器单元接线

单元接线的特点是发电机和主变压器直接连成一个单元，再经断路器接至高压系统，发电机出口处除厂用分支外不再装设母线，发电机和主变压器容量配套，两者不可单独运行，发电机出口一般不装断路器（当发电机、主变压器故障时，通过断开主变压器高压侧断路器和发电机的励磁回路来切除故障电流），只在变压器的高压侧装断路器，断路器与变压器之间不必装隔离开关。

对于本设计，出口发电机采用封闭母线。

适用于发电机额定电压超过10kV（单机容量在125MW及以上）；

虽然发电机额定电压不超过10kV，但发电厂无地区负荷；

原接于发电机电压母线的发电机已能满足该电压级地区负荷的需要；

原接于发电机电压母线的发电机总容量已经较大（6kV配电装置不超过120MW，10kV配电装置不超过240MW）。

以上介绍的主接线形式当中，在本次设计中应用了双母线和双母线三分段的接线形式，此两种接线形式具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点，在国内大中型电厂和变电所广泛采用。

2.2.2两种方案的比较

第一种方案是：

350MW发电机G-1，G-2采用单元接线通过双绕组的变压器与220KV母线相连，220KV电压级出线为6回，因此其供电要充分考虑其可靠性，所以我们采用双母线接线。

这样一来就避免了断路器检修时，不影响对系统的供电，断路器或母线故障以及母线检修时，减少停运的回路数和停运时间，保证了可靠的供电。

有原始资料可知发电机不与110KV的母线相连，故在220KV、110KV及厂用电6KV的三个等级上采用的联络变压器为三相三绕组变压器相连，110KV母线采用双母接线。

如图2.1所示：

图2.1

第二种方案是：

由方案一，我们很容易想到220KV母线采用双母带旁路连接，110KV母线采用双母线连接，如图2.2所示:

图2.2

现对这两个方案进行综合比较：

如表2-1

表2-1方案比较

方案

性能

方案一

方案二

可靠性

1）接线简单，设备本身故障率少；

2）故障时，停电时间较长。

1）可靠性较高；

两台主变压器工作，保证了在变压器检修或故障时，不致使各级电压解列，提高了可靠性。

灵活性

1）运行方式相对简单，灵活性差；

2）各种电压级接线都便于扩建和发展。

1）倒闸操作复杂，容易产生误操作；

2）不利于实现变电所无人值守；

3）保护及二次回路接线复杂。

经济性

1）设备相对少，投资小。

1）设备相对多，占地面积大，投资较大。

通过对两种主接线可靠性、灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，现确定第一方案为设计的最终方案。

第3章变压器的选择

3.1主变压器的选择原则

（1）为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。

在计算通过主变压器的总容量时，至少应考虑5年内负荷的发展需要，并要求：

在发电机电压母线上的负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；

发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；

因系统经济运行而需限制本厂出力时，亦应满足发电机电压的最大负荷用电。

（2）对潮流方向不固定的变压器，经计算采用普通变压器不能满足调压要求是，可采用有载调压变压器。

3.2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。

3.3确定变压器台数及容量

（1）台数：

根据原始资料，该厂除了本厂的厂用电外，其余向系统输送功率，所以不设发电机母线，发电机与变压器采用单元接线，保证了发电机电压出线的供电可靠，350MW发电机组的主变压器选用两绕组变压器2台。

向本厂供电变压器选用三相式两绕组变压器2台，厂用备用电源选用两绕组变压器1台，三个电压等级的母线之间的母连变压器选用三相三绕组变压器。

（2）容量：

单元接线中的主变压器容量SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10％的裕度选择，为

—发电机容量；

—通过主变的容量；

—发电机的额定功率；

—厂用电率

单元接线中的主变压器容量应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10％的裕度选择。

发电机G-1、G-2的额定容量为300MW，扣除厂用电后经过变压器的容量为：

经计算后选取变压器如下：

1、350MW发电机组所选变压器型号为：

SFP-360000/220两台；

2、三个等级母线间的变压器型号为：

SFPS-240000/220一台；

3、与350MW发电机组相连的厂用变压器型号为：

SFF7-40000/18两台；

4、厂用备用电源变压器型号为：

SF27-40000/110一台；

5、连接6KV与三绕组变压器的变压器型号为：

SFF-31500/15一台。

第4章短路电流的计算

4.1短路电流计算目的及规则

在发电厂电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下几个方面：

1、电气主接线的比选；

2、选择导体和电器；

3、确定中性点接地方式；

4、计算软导线的短路摇摆；

5、确定分裂导线间隔棒的间距；

6、验算接地装置的接触电压和跨步电压；

7、选择继电保护装置和进行整定计算。

一、短路电流计算条件：

（1）正常工作时，三项系统对称运行；

（2）所有电流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值的瞬间；

（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流时，元件的电阻略去不计；

（6）不考虑短路点的阻抗和变压器的励磁电流；

（7）元件的技术参数均取额定值，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。

二、短路计算的一般规定：

（1）验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划；

（2）选择导体和电器用的短路电流时，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响；

（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大的点；

（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

4.2短路等值电抗电路及其参数计算

由2×

350MW火电厂电气主接线图，和查的给出的相关参数，可画出系统的等值电抗图如图4-1所示

图4-1

选取基准容量为SB=100MVA基准电压为VB=Vav

SB——基准容量；

Vav——所在线路的平均电压；

均采用标幺值计算方法，省去“*”。

系统容量可以看成是一个无穷大容量，所以：

==×

=×

=0.040

==×

=0.057

（）×

（25+14－9）×

=0.0625

（25+9－14）×

=0.042

等值电路图化简得，如图4-2所示：

图4-2

（）=×

（0.040+0.057）=0.048

0.0625+0.042=0.1045

（1）220KV侧母线短路时短路电流的计算：

正序图如图4-3所示：

图4-3

负序图如图4-4所示：

图4-4

零序图如图4-5所示：

图4-5

正序总电抗为：

==0.0485

负序总电抗为：

0.0485

零序总电抗为：

=/2+=0.02+0.0625=0.0825

a.两相短路电流的计算

附加电抗：

==0.0485

计算电抗：

（0.0485+0.0485）×

=0.685

查汽轮机运算曲线得：

t=0s时，1.52（KA）

则×

1.52×

=4.877（KA）

b.单相短路电流的计算

=0.0485+0.0825=0.131

（0.0485+0.131）×

=1.267

t=0s时，0.80（KA）

0.80×

=2.567（KA）

c.三相短路电流的计算

等效电抗：

0.0485×

=0.342

t=0s时，3.18；

t=0.1s时，2.71；

t=0.2s，2.48；

t=2s，2.25；

t=4s，2.28

因=1.772，所以3.18×

1.772=5.635（KA）；

2.71×

1.772=4.802（KA）；

2.48×

1.772=4.395（KA）；

2.25×

1.772=3.987（KA）；

2.28×

1.772=4.04（KA）。

取=1.85，则×

5.635×

1.85=14.743（KA）

由220KV侧短路电流计算可知，三相短路电流大于两相、单相短路电流，所以选择设备时应使用三相短路电流去整定计算。

第5章电气设备的选择

5.1电气设备选择的一般原则及短路校验

一、设备选择的一般原则

1、

（1）应力求技术先进，安全适用，经济合理。

（2）应满足正常运行、检修和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。

（3）应与整个工程的建设标准协调一致。

（4）选择的导体品种不应太多。

2、选用的电器最高允许工作电压，不得低于该回路最高运行电压。

3、选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流。

由于高压开断电器设有持续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。

4、验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流作用的短路电流时，应按具体工作的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景规划。

5、验算导体和电器的短路电流，按下列情况计算：

（1）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络电流外，元件电阻都应略去不计。

（2）对不带电抗器回路的计算，短路点应选择在正常接线方式短路电流最大的点。

6、导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流按发生短路最严重情况计算。

7、验算裸导体短路热效应应计算时间，应采用主保护动作时间和相应的断路器全分闸时间，继电器的短路热效应计算时间，宜采用后备保护动作时间和相应的断路器全分闸时间。

8、在正常运行时，电气引线的最大作用力不应大于电器端子允许的负载。

二、按短路条件进行校验

电气设备按最大可能的短路故障（通常为三相短路故障）时的动、热稳定度进行校验。

在电力系统中尽管各种电气设备的作用不一样，但选择的要求和条件有诸多是相同的。

为保证设备安全、可靠的运行，各种设备均按正常工作的条件下的额定电压和额定电流选择，并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。

（1）热稳定校验

校验电气设备的热稳定性，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。

如果满足这一条件，则选出的电气设备符合热稳定的要求。

做热稳定校验时，通过电气设备的三相短路电流为依据，工程计算中常用下式校验所选的电气设备是否满足热稳定的要求，即：

式中，——三相短路电流周期分量的稳定值（KA）；

——等值时间（亦称假想时间s）；

——制造厂规定在ts内电器的热稳定电流（