100MW 火力发电厂电气部分课程设计Word下载.docx
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2、计划安装两台100MW的汽轮发电机组，功率因数为0.85，厂用电率为6%，机组年利用小时Tmax=5800小时。
3、按负荷供电可靠性要求及线路传输能力已确定各级电压出线列于下表：
10kV
35kV
名称
回路数
钢厂
4
水泥厂
2
毛纺厂
市区
预留
合计
12
4、厂址条件：
周围地势平坦。
5、气象条件：
绝对最高温度为35℃；
最高月平均温度为25℃；
年平均温度为12.7℃；
风向以西北风为主.
6、以100MVA为基准值，母线上阻抗为1.95，Qk=165kA2s，未知系数0.8-1.2.，三相短路电流=4.5kA，短路电压=6KV，Sj=100MV.A,Uj=10.5kv.
四、课程设计应完成的工作
1、设计说明书、计算书一份；
2、主接线图一张；
目录
前言 4
一、电气主接线设计 5
1.1设计原则和基本要求 5
1.2原始资料介绍 6
1.2.1三种主接线方案 6
1.2.2方案的评定 6
1.3发电机的选择 7
1.4主变压器的选择 8
二、厂用电设计 9
2.1厂用电设计原则 9
2.2厂用电设计的要求 10
2.3厂用负荷分类 10
2.4厂用变压器的选择 10
2.4.1厂用变压器的选择原则 10
2.4.2厂用变压器的选择 10
2.4.3厂用高压启动/备用变的选择 11
2.5本厂厂用电设计 11
2.5.1厂用电设计说明 11
2.5.2厂用电主接线图 11
三、短路电流计算 12
3.1短路电流计算的目的 12
3.2短路电流计算 12
3.3母线材料、截面形状和布置方式的选择 12
3.4母线截面尺寸选择 12
四、电器的设备选择 14
4.1电气设备选择的原则 14
4.1.1导体和电器的选择设计原则 14
4.1.2导体和电器选择和校验原则 14
4.2断路器的选择与校验 14
4.2.1断路器选择的技术条件 14
4.2.235KV出线侧断路器选择与校验 15
4.3隔离开关的选择和校验 18
4.3.1隔离开关选择的技术条件 29
4.4高压熔断器的选择与校验 20
4.4.1高压熔断器选择的技术条件 20
4.4.2发电机出口与电压互感相连接的熔断器的选择 20
4.5电压互感器的选择与校验 21
4.6电流互感器的选择与校验 22
五、配电装置布置 24
5.1屋内外配电装置 26
5.1.1220KV配电装置 26
5.1.2主变压器及35KV配电装置 26
5.2电器总平面布置 26
六、过电压保护 27
6.1.1雷害来源 27
6.1.2避雷针作用 27
6.2雷电过电压的形成与危害 27
6.3电器设备的防雷保护 27
6.3.1发电厂和变电所的防雷保护 28
6.3.2架空输电线的防雷保护 28
6.3.3直配旋转电机的保护 28
6.3.4配电网的防雷保护 28
6.4避雷针的配置原则 28
6.5避雷针位置的确定 28
6.6防雷保护措施 29
6.6.1发电厂的直击雷防护 29
6.6.2架空输电线路的防雷保护 30
6.6.3旋转电机的防雷保护 31
6.6.4变压器中性点防雷保护 32
6.6.5母线避雷器的选择 33
总结 34
参考文献 35
前言
电力行业是国民经济的重要行业之一，电力自从应用于生产以来，已成为现代化生产、生活的主要能源，它为现代工农业、交通运输业、国防、科技和人民生活等方面都得到了广泛的应用。
如今，电力行业紧跟着经济发展的脚步，随着发电设备容量的不断加大，电力行业的自动化程度越来越高，相应的对电力系统的安全性、稳定性的要求也越来越高。
本次的设计题目是：
100MW发电厂电气部分初步设计，主要是进行电气主接线设计，通过方案比较确定主接线方案，选择发电机和主变压器；
厂用电设计，选择厂用变压器；
通过短路电流计算，进行主要电气设备选择及校验，发电机组保护设计以及配电装置设计；
通过此次设计使学生对自己所学专业知识在临近毕业前进行一次检验和巩固，同时利用自己所掌握的知识初步的设计出一个符合实际的能够安全运行的电厂。
发电厂的电器主接线是电力系统接线的重要组成部分，是由规定的各种电气设备的图形符号和接线所构成的表示接受和分配电能的电路。
它不仅表示出各种电气设备的规格、数量、连接方式和作用，而且反应了各电力回路的相互关系和运行条件，从而构成了发电厂或变电所电气部分的主体。
拟定一个合理的电气主接线方案，不仅与电力系统及发电厂、变电所的电气设备选择、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。
发电厂的常用点接线表明了厂用电系统供电所用的主要设备（厂用变压器、厂用母线、断路器以及电源设备等）和接线方式。
表明电气主接线和厂用点接线的图分别称为电气主接线方案是发电厂电气部分设计中很重要而且又很复杂的工作，在设计时必须按照国家经济建设的方针政策和生产运行的实践经验，结合具体工程情况，尽可能地、积极稳定地采用成熟的新技术、新设备，经过全面的技术经济比较，做到技术先进、经济合理、安全适用。
通过本次设计，对中小型发电厂有一个全方位的了解和认识，将所学的理论知识与实际相结合，在巩固自己的所学的专业知识的同时，也使自己更能胜任今后的工作。
一、电气主接线设计
1.1设计原则和基本要求
1、发电厂电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。
它表明了发电机、变压器、线路、断路器、等其它电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输电和配电的任务。
电气主接线的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置安装，关系到电力系统的安全、稳定和经济运行。
2、电气主接线设计的原则依据
（1）发电厂电气主接线方案的选择，主要决定发电厂的类型、工作特性、发电厂的容量、发电机和主变压器的台数和容量。
（2）发电厂建设规模应根据电力系统5～10年发展规划进行设计。
（3）供电和负荷关系
①对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部一级负荷不间断供电。
对于二级负荷一般要有两个独立的电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷电源
对于三级负荷一般只需一个电源供电
3、设计主接线的基本要求
（1）可靠性
断路器检修时，不影响供电
线路、断路器或母线检修时，停运出线回路数越少和停电时间越短越好，办证对重要哟过户的供电。
（2）灵活性
调度灵活，操作简便：
应能灵活地投入某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。
检修安全：
应能方便地停运断路器、母线极其继电保护设备。
进行安全检修而不一那影响电力网的正常运行及对用户的供电。
（3）经济性
投资省：
主接线应简单清晰，控制、保护方式不过于复杂，适当限制断路器电流。
地面积小：
电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件
电能损耗少：
经济合理地选择主变压器的形式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失
1.2原始资料介绍
1、凝汽式发电厂建设规
（1）装机容量：
装机1台，总容量100MW
（2）机组年利用小时数取Tmax=5800h
（3）环境条件：
（4）厂用电率6％
2、电厂与电力系统连接情况
（1）电厂联入系统的电压等级35Kv10KV
（2）35KV10KV架空线四回，
（3）归算到35Kv系统的等值电抗1.95
（4）35KV主保护动作时间为0.01s，后备保护动作时间为1s
1.2.1三种主接线方案
方案一单母线接线方案二双路母线带旁路母线接线
方案三单母线分段带旁母线接线
1.2.2方案的评定
由原始资料可知，设计为大型火电厂，其机组容量为100MW，最大单机容量100MW，年利用小时数为5800h，在电力系统中承担主要负荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性，发电机出口电压为10KV，采用单元接线。
35KV电压等级，由于负荷容量小，电压低，输电距离较近，为保证其可靠性，可选可靠性一般的接线，故可采用单母线接线或双母线接线。
方案一
方案二
方案三
可靠性
单母接线,不够可靠
双母线接线和双路母线带旁路母线接线，可靠性较高
单母线带旁路母线接线，可靠性高。
灵活性
接线灵活性较差，当母线或任意母线隔离开关检修或任意连接原件发生故障断路器拒动或母线故障时各回路必须在检修或故障消除之前的全部时间内停止工作，整个配电装置全停。
运行条度灵活，操作，检修方便，隔离开关仅作为检修时的隔离电器
接线灵活性好，当母线或任意母线隔离开关检修或任意连接原件发生故障断路器拒动或母线故障时各回路必须在检修或故障消除之前的全部时间内停止工作，整个配电装置全停。
经济性
采用设备少，便于扩建和采用配电装置，投资较小
断路器，电流互感器多，投资大
采用设备增多，便于扩建和采用配电装置，投资增大。
结论：
三个方案的灵活性，经济性相差不大，但要考虑35kv高压电气主接线首先满足可靠性的要求根据上述比较，方案三明显比方案一和方案二的可靠性好。
所以选择方案三。
1.3发电机的选择
对于100MW及以上的发电机组：
一般与双绕组变压器组成单元接线，主变压器的容量和台数与发电机容量配套选用
故查的发电机的型号为QFS-100-2
型号
额定容量
（ＭＶＡ）
额定电压
（ＫＶ）
功率因数
同步电抗
次暂态电抗（%）
暂态电抗
（%）
QFS-100-2
100
10.5
0.85
208.8
11
17.9
1.4主变压器的选择
根据方案二的接线图，由主接线形式可知，本厂1#变压器容量，主变压器的容量选择如下：
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。
已知:
DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》规定：
（1）接于发电机电压母线与升高电压母线之间的主变压器容量按下列条件选择：
1）当发电机电压母线上的负荷最小时（特别是发电厂投入运行初期，发电机电压负荷不大），应能将接于发电机电压母线上发电机发出的功率减去发电机电压母线上的最小负荷而得到的最大剩余功率送至系统（计算中不考虑稀有的最小负荷情况），即
（MVA）（1-1）
2）当发电机电压母线上的负荷最大且其中容量最大的一台机组退出运行时，主变压器应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上最大负荷的需要，即
（MVA）（1-2）
4）对水电厂比重较大的系统，由于经济运行的要求，在丰水期应充分利用水能，这时有可能停用火电厂的部分或全部机组以节约燃料，火电厂的主变压器应能从系统倒送功率，满足发电厂电压母线上最大负荷的需要，即
（MVA）（1-3）
对以上各式计算结果进行比较，取其中最大者。
接于发电机电压母线上的主变压器一般说来不少于2台，但对主要向发电机电压供电的地方电厂、系统电源主要作为备用时，可以只装设1台。
查得其主变压器型号为：
SFZ7-31500/110
（KV）
阻抗电压
31500
110
表1-3变压器参数表
二、厂用电设计
发电厂装有许多设备，如照明、充电机、鼓风机等等，这些称为自用负荷。
在店里系统中，发电厂的自用电负荷是最重的负荷。
如不能保证对自用负荷的正常供电，则发电厂便不能正常工作，这就要影响系统的正常运行和经济运行。
因此，自用电的设计和安全的运行，是十分重要的任务。
2.1厂用电设计原则
厂用电设计的一般原则
（1）对厂用电设计的要求
厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重的采用经过实验鉴定的新技术和新设备，是设计达到技术先进，经济合理。
（2）厂用电电压
对于火电厂当容量100MW到300Mw时，高压厂用电一般采用6KV，低压厂用电采用380/220V的三相四线制系统。
（3）厂用母线接线方式
高压厂用电系统应采用单母线。
锅炉容量为130至220T/H时，一般每炉由一段母线供电；
容量为400T/H及以上时，每炉由两段母线供电，并将两套辅机电动机分接在两段母线上，两段母线可由通一台厂用变压器供电；
容量为65T/H时，两台锅炉可用一段母线。
低压厂用电系统应采用单母线接线。
当锅炉容量在220T/H及以下，且接有机炉的I类负荷时，一般按机炉对应分段，并用刀开关将母线分为两个半段；
锅炉容量在100T/H及以上时，每台机炉一般由两段母线供电。
当公用负荷较多、容量较大、采用集中供电方式合理时，可设立公用母线，但应保证重要公用负荷的供电可靠性。
（4）厂用工作电源
高压厂用工作电源一般采用下列引接方式：
当有发电机电压母线时，由各母线引接，供给接在该母线上的机组的厂用负荷。
当发电机与主变压器采用单元接线时，由主变压器低压侧引接，供给本机的厂用负荷。
容量100MW发电机组，厂用分支采用分相封闭母线。
（5）厂用电或启动电源
高压厂用电源一般采用下列引接方式：
当无发电机电压母线时，一般由高压母线中电源可靠的最低一级电压引接，或由联络变压器的低压绕组引接，并应保证在发电厂全停的情况‘能从电力系统取得足够的电源
当由发电机电压母线时，一般由该母线引接1个备用电源。
当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路作为高压厂用备用或启动电源。
（6）交流事故保安电源
200MW及以上的发电机组应设置交流事故保安电源，当厂用工作和备用电源消失时。
应自动投入，保证交流保安负荷的启动，并对其持续供电。
对于100MW机组，无需设置事故保安电源。
2.2厂用电设计的要求
厂用电接线除应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足下列特殊要求：
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。
充分考虑发电厂正常、事故、检修、起动等运行方式下的供电要求。
切换操作简单。
便于分期扩建或连续施工。
对公用负荷的供电，要结合远景规模统筹安排。
2.3厂用负荷分类
按其负荷的重要性一般分为以下四类：
（1）事故保安负荷。
可分为直流保安负荷、直流不停电保安负荷、允许短时停电的交流保安负荷。
（2）I类负荷
短时的停电可能影响人身或设备安全，使生产停顿或发电量大量下降的负荷。
（3）II类负荷
允许短时停电，但停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。
（4）III类负荷
长时间停电不会直接影响生产的负荷。
如中央修配厂、实验室等的用电设备。
对III类负荷，一般由1个电源供电。
2.4厂用变压器的选择
2.4.1厂用变压器的选择原则
（1）高压厂用备用变压器（或电抗器）或启动/备用变压器，带有公共负荷时，其容量还应满足最大一方高压厂用工作变压器的要求，并考虑该启动/备用变压器检修的条件。
高压厂用备用变压器或启动/备用变压器自投负荷最大的一段厂用母线时，如不满足所带的一类电动机自启动的要求；
亦采用分批自启动的方式而不宜增大备用变压器或启动/备用变压器的容量
（2）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。
2.4.2厂用变压器的选择
（2-1）
故查的其型号为SF7-8000/35
表2-1变压器参数表
额定容量（MVA）
额定电压（KV）
负载损耗（KW）
阻抗电压（%）
分裂系数
高压
低压
半穿越
SF7-8000/35
8000
35
45
7.5
1
2.4.3厂用高压启动/备用变的选择
应为此变压器作用为启动/备用，当厂用便器故障或检修时，能保证厂用电不停电，故应选其最大一台的容量。
故查得型号为SF7-8000/35.
额定容量（KVA）
表2-2变压器参数表
2.5本厂厂用电设计
2.5.1厂用电设计说明
本厂为100MW发电机组，发电机组与主变压器采用单元接线，厂用电由主变压器低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。
本厂为1台发电机组，所以选择1台变压器，且配备1台高压气启动/备用变压器，1#启动/备用变压器供1#发电机备用，高压厂用电压采用6KV，低压厂用采用380/220V的三相四线制系统。
厂用分支采用分相封闭母线，因为本厂单台发电机的容量为100MW，所以无需设置事故保安电源。
2.5.2厂用电引接线图
三、短路电流计算
3.1短路电流计算的目的
在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算时其中的一个重要环节。
其计算的目的主要有一下几个方面：
（1）在选择电气主接线时，为了比较各种方式接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需要进行必要的短路电流计算。
（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离
（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路电流为依据。
（5）接地装置的设计，也需要用短路电流。
3.2短路电流计算
短路电流
（2-2）
3.3母线材料、截面形状和布置方式的选择
母线一般采用导电率高的铝、铜型材料值成的，由于铝的成本低，现在除了对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发动机、变压器出线端部，或对采用硬铝导体穿墙套管有困难，以及对旅游较严重的腐蚀的场所用铜导体外，普遍采用铝导体。
常用的硬母线截面形状为矩形、槽型和管型，因为，管型母线具有机械强度高，集肤效应小的优点，且其电晕放电电压较高，管内可通风或通水进行冷却，从而使载流量增大。
母线的布置方式应综合考虑载流量的大小、短路电流的大小和配电装置的具体情况确定。
综合考虑上述条件，选用铝制管型母线，水平布置。
3.4母线截面尺寸选择
（1）为了保证母线的长期安全运行，母线导体在周围介质极限温度和导体正常发热最高允许温度下的允许电流，经过修正的数值应大于或等于流过导体的最大持续工作电流，即
导体尺寸D/d（mm）
导体截面（mm2）
导体最高允许温度为下值时的载流量（A）
截面系数W（cm3）
惯性半径r1（cm）
截面惯性矩I（cm4）
+70℃
+80℃
1806
2782
2377
49.9
4.07
299
（2）导体经济截面Ssec计算式为（2-3）
（3）热稳定校验
裸导体热稳定校验公式为
（2-4）
（4）动稳定的校验
由于硬母线都安装在支持绝缘子上，当短路冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力，因此，母线应进行短路机械强度计算。
按照母线与绝缘子、金具的连接特点，母线的每个支持点都属于简支。
在跨数很多、母线所受载荷是同向均匀分布电动力的情况下，可以把母线作为自由支撑在绝缘子上的多跨距，载荷均匀分布的连续梁来考虑。
在电动力的作用下，当跨距数大于2时，母线所受的最大弯矩
（2-5）
（2-6）
母线最大相间计算弯曲应力为（2-7）
求出的母线最大相间计算应力不超过母线材料的允许应力即有此时，认为母线的动稳定是满足要求的。
不同的母线材料的允许应力见下表
不同母线材料的允许应力（Pa）
导体材料
硬铝
硬铜
LF21铝锰合金管
最大允许应力
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