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发电厂课程设计

广东工业大学华立学院

课程设计（论文）

课程名称发电厂电气部分

题目名称某300MW凝汽式火力发电厂电气一次部分设计

学生学部（系）机电与信息工程学部

专业班级10电气2班

学号120310020

学生姓名

指导教师周展怀

2013年7月8日

广东工业大学华立学院

课程设计（论文）任务书

题目名称

某300MW凝汽式火力发电厂电气一次部分设计

学生学部（系）

机电信息工程学部

专业班级

10电气5班

姓名

何少威

学号

12031005013

一、课程设计（论文）的内容

课程设计的内容大体相当于实际工程设计电气一次部分初步设计的内容，其中一部分可基本达到技术设计的要求深度。

具体下：

1、对原始资料的分析

2、电气主接线设计

3、厂（所）用电及供电方式选择设计

4、短路电流计算

5、电气设备选型与配电装置设计

6、总平面布置设计

二、课程设计（论文）的要求与数据

1、课程设计应根据设计任务书以及国家的有关政策和相关专业的设计规范、规程和技术标准进行。

2、说明书部分包括设计任务书、所采用的基本资料和原始数据、方案选择论证、主要计算方法和结果。

三、课程设计（论文）应完成的工作

1、方案选择论证

2、主要计算方法

3、绘制设计的相关图纸

4、编制电气一次设备概算表

四、课程设计（论文）进程安排

序号

课程内容

工作日

对原始资料的分析

0.5

电气主接线设计

0.5

厂（所）用电及供电方式选择设计

0.5

短路电流计算

0.5

电气设备选型与配电装置设计

0.5

总平面布置设计

0.5

撰写设计说明书

合计

五、应收集的资料及主要参考文献

［1］熊信银编，《发电厂电气部分》，（第4版）中国电力出版社，2009年出版。

［2］于永源杨绮雯主编《电力系统分析》中国电力出版社2007年

发出任务书日期：

2013年7月1日指导教师签名：

计划完成日期：

2013年7月6日教学单位责任人签章：

摘要

[摘要]:

本次凝汽式火电厂电气一次部分设计是在老师的指导下，以自己平时所学的理论知识为基础，结合相关专业用书按照工程设计程序综合考虑而设计的。

由主接线部分和和厂用电接线部分组成。

首先，分析原始资料，拟定几种主接线接线方案，进行比较，综合考虑可靠性、灵活性和经济性，选择最优方案，确定厂用电的接线形式和电压等级。

接着，根据发电机容量、负荷容量和厂用电率分别确定主变压器、联络变压器和厂用变压器的容量和台数、结构和型式。

最后，选择短路点，按照最严重的情况计算出短路点的最大短路电流，再根据短路电流的大小选择合适的断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等电器设备。

综合各个步骤绘制出电气主接线图。

［关键字］：

发电机、变压器、主接线型式、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器.

1.原始材料的分析…………………………………………………………1

2.电气主接线设计…………………………………………………………1

2.1主变压器的选择………………………………………………………2

2.2各级电压母线接线方式………………………………………………4

2.3电气主接线图…………………………………………………………5

3.厂（所）用电及供电方式选择设计………………………………………6

3.1厂用电接线总的要求…………………………………………………6

3.2厂用电接线方式选择…………………………………………………6

3.3厂用系统中性点接地…………………………………………………7

4.短路电流计算………………………………………………………………7

5.电气设备选型与配电装置设计……………………………………………8

5.1电气设备选型…………………………………………………………8

5.2配电装置设计……………………………………………………………9

5.2.1设计原则…………………………………………………………9

5.2.2基本要求…………………………………………………………9

5.2.3配电装置的选择及依据…………………………………………10

6.总平面布置设计……………………………………………………………10

7.结束语

8.附录1

正文

某300MW凝汽式火力发电厂电气一次部分设计

1.原始材料的分析

原始资料之一：

100MW发电机组2台（UN=15.75kV），50MW发电机组2台（UN=10.5kV），厂用电率8%，机组年使用小时Tmax=6500h。

①10.5KkV电压级最大负荷20MW,最小负荷15MW，cosφ=0.8，电缆馈线6回；

②110kV电压级最大负荷85MW,最小负荷65MW，cosφ=0.85，架空线5回；

③220kV电压级与容量为2500MW的电力网连接，系统归算到本电厂220kV母线上的电抗标么值xs*=0.021,（基准容量为100MV.A）,架空线3回；

气象条件：

发电厂所在地最高温度40○C，年最低温度-6○C，最热月平均

最高温度30○C，最热月平均最低温24○C，海拔100米，雷暴日38天/年，气象条件无其他特殊要求。

设计电厂为中型凝汽式火电厂，其容量为2×100+2×50=300MW，最大单机容量为100MW，即有中型容量规模，中型机组的特点，年利用小时数为6500h/a>5000h/a，又为火电厂，在系统中将主要承担基荷，故该厂主接线务必考虑其可靠性及经济性。

它占电力系统总容量300/（2500+300）×100%=10.7%<15%，接近系统的事故备用10%和事故检修备用容量8%~15%，所以虽然该电厂的负荷类型为基荷但是在系统中并不承担主要地位，所以应该设计时应该在保证可靠下优先考虑其经济性。

2.电气主接线设计

2.1主变压器的选择

主变压器型式的确定原则：

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。

选择主变压器的相数，需考虑几点原则：

当不受运输条件限制时，在330KV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器；当发电厂和系统连接的电压为500KV时宜经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。

对于单机容量为300MW、并直接升压到500KV的，宜选用三相变压器；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。

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

型号

额定

容量/MVA

额定电压/KV

短路

阻抗

Xd/%

联结组

高压

中/

低压

主变

T-1\3

SFP7-240000/220

100

112

2.5%×2

15.75

d11

联络变T-5~6

SSPS-240000/220

240/

120

242

2.5%×2

121

15.75

U12=24.5

U13=14.5

U23=8.5

Yn0

d11

厂用变T-7/9

SFFL-25000/15

25000

16000

15.75

5%×2

6.3

全穿越---

半穿越16.6

D11

厂用变T-8/10

SFPF-31500/

31500

16000

2.5%×2

6.3/

6.3

全穿越7.076半穿越13.36

D11

表2-1发电机的参数

发电机

视在功率（MW）

有功功率（MW）

额定电压（KV）

额定电流

（A）

功率因素

COSφ

电抗值

X”d（%）

QFN-50-2

86.5

10500

6475

0.80

12～15

QFN-100-22

117.5

100

15750

8625

0.85

14～18

2.2各级电压母线接线方式

电气主接线的设计原则是：

应根据发电厂和变电所在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠性运行经济调度的要求。

根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电路系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。

对电气主接线的主要要求，包括可靠性、灵活性和经济性三方面：

⑴可靠性

衡量可靠性的指标，一般是根据主接型式及主要设备操作的可能方式，按一定规律算出“不允许”事件发生地规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种主接型式中择优。

⑵灵活性

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

①调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求；

②检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；

③扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。

在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。

⑶经济性

主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。

一般从以下几方面考虑。

①投资省；

②占地面积少；

③电能损耗少。

此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。

发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电连续性。

为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，应从以下几方面考虑：

①断路器检修时，是否影响连续供电；

②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少和停电时间的长短，能否满足重要的Ⅰ，Ⅱ类负荷对供电的要求；

③本发电厂有无全厂停电的可能性；

④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。

对于主接型式的具体选择可以根据DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》综合发电厂的具体要求确定。

在此设计中可以参考一下相关规定：

1.发电机电压母线可采用单母线、双母线或双母线分段的接线方式。

为了限制短路电流，可在母线分段回路中安装电抗器。

如不满足要求，可在发电机或主变压器回路中装设分裂电抗器，也可在直配线上安装电抗器。

2.容量为200～300MW的发电机与双绕组变压器为单元连接时，在发电机与变压器之间不应装设断路器、负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。

3.采用单母线或双母线的配电装置，当断路器为少油型或压缩空气型时，除断路器有条件停电检修外，应设置旁路设施；当10.5KV出线在4-8回宜采用单母线；当110-220KV配电装置出线3-4回时，宜采用单母线分段接线；当220kV出线在4回及以上、110kV出线在6回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。

10.5KV电压级：

出线回路数6回>四回，为I级负荷，Tmax=6500h/a，为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母分段或单母带旁路

110KV电压级：

出线回路数6回>4回且为I级负荷，Tmax=6500h/a，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。

220KV电压级：

出线回路数3<4回且为II级负荷，Tmax=6500h/a，应采用单母线分段或双母线。

表2-2拟定的两种方案

电压等级

方案Ⅰ

方案Ⅱ

10.5KV

单母分段

单母带旁路

110KV

双母分段

双母接线

220KV

双母接线

单母分段

关于所选几种主接线型式各自的优点与缺点如下所述：

⒈双母分段：

具有比双母接线更高的可靠性，占地面积较少，但操作较复杂，并增加了断路器的数量，误操作的可能性要相对较大，配电装置投资较大。

⒉单母带旁路：

和双母分段相比较，该接法主要优点在与能使每个回路不断电的情况下检修断路器，但是其占地面积较大。

综上考虑该电厂为地区电厂，且负荷为基荷，所以主接方式采用方案Ⅱ。

2.3电气主接线图

单母线带旁路：

双母线接线：

单母分段：

3.厂（所）用电及供电方式选择设计

3.1厂用电接线总的要求：

发电厂的厂用电系统和设备选择，直接关系到电厂的安全运行和设备的可靠，对他的主要要求有：

⑴保证厂用电源的可靠性，各机组的厂用系统应该相对独立，防止一台机组厂用点母线故障，影响其他机组的正常运行。

⑵应对厂用电源保证足够的容量裕度。

⑶要考虑全厂的扩建和发展规划，对全厂公用系统的容量应满足扩建的要求，留有适量的裕度。

⑷调度灵活可靠，检修调试安全方便。

⑸设备选用合理、技术先进、注意节约资源。

3.2厂用电接线方式选择

根据DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》规定：

“容量为125MW及以下的机组，其厂用分支应装设断路器，220～300MW机组的高压厂用工作电源应采用一台分裂绕组的变压器供电。

”

由于国内300MW及以下电厂，高压电厂用母线多为6KV，所以本设计高压厂用母线采用6KV等级。

3.3厂用系统中性点接地

6KV中性点有四种接地方式，分别是：

中性点不接地、中性点经高阻接地、中电阻接地、中性点经消弧线圈接地。

目前大容量机组发电厂，6KV厂用网络较大，电容电流较大，经计算都在8～10A甚至更大，故6KV中性点步步接地或经消弧线圈接地方式较少，多采用高阻接地或中阻接地的方式。

在没有中性点可供接地的高压厂用系统，通常采用专用接地变压器，此时采用间接接入电阻的办法为佳。

设计采用的为一般的中阻接地方式。

4.短路电流计算

短路计算的一般步骤如下：

⑴根据电厂和变电所的接线和设备，查出短路电流的计算参数，绘制等效阻抗图。

⑵对各设备的阻抗进行换算。

⑶三相短路电流周期分量计算。

⑷三相短路电流非周期分量计算。

⑸冲击电流和全电流计算。

⑹不对称短路电流计算。

提供正序网络、负序网络、零序网络的阻抗，进行三相短路、二相短路、单相接地短路和二相接地短路及合成电流计算。

⑺短路电流的热效应计算。

⑻厂用短路计算，并考虑电动机反馈电流影响。

短路电流值（KA）

2.806

4.06920.08

1.195

1.5695.723

2.806

4.06920.08

1.195

1.5695.723

2.908

4.0020.08

1.195

1.5695.723

0.2s

3.468

4.57120.08

1.163

1.4885.723

4.569

5.77620.08

1.226

1.5595.723

短路电流标幺值

2.378

2.299

----

0.528

0.443

----

2.415

2.279

----

0.528

0.443

----

2.464

2.2605

----

0.528

0.443

----

0.2s

2.939

2.5825

----

0.492

0.420

----

3.872

3.2635

----

0.519

0.440

----

分支额定电流IN

1.181

1.772

20.08

2.360

3.545

5.723

分支

电抗

Xjs

0.2816

0.3317

0.125

1.976

2.328

0.8772

分支线名称

基

准

电

流

2.51

5.03

短路点平均电压

230

115

短路点编号

计算过程见附录1

5.电气设备选型与配电装置设计

5.1电气设备选型

正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。

在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。

因为10.5KV侧有6回出线，110KV侧有5回出线，220KV侧有3回出线，所以接入10.5KV,110KV,220KV侧的高压断路器应选择高压少油断路器。

⑵最高工作电压电压的选择（额定电压就为连接点的工作电压）

10.5KV侧Ualm≥UNm=1.1×10.5KV=11.55KV

110KV侧Ualm≥UNm=1.1×110KV=121KV

220KV侧Ualm≥UNm=1.1×220KV=242KV

100MW机组出口Ualm≥UNm=1.1×15.75KV=17.325KV

⑶额定电流的选择

10.5KV侧IN≥Imax=1.05×

=1.05*220/（1.732*10.5*0.80）=14.35KA

110KV侧IN≥Imax=1.05×

=1.05*220/（1.732*110*0.85）=1.426KA

220KV侧IN≥Imax=1.05×

=1.05*320/（1.732*220*0.85）=1.037KA

机组出口

100MW机组IN≥Imax=1.05×

=1.05*100/（1.732*17.75*0.85）=5.25KA

50MW机组IN≥Imax=1.05×

=1.05*50/（1.732*10.5*0.80）=2.36KA

5-1电气设备选择的结果表

器件

电压级（KV）

型号

额定电压（KV）

最高电压（KV）

额定电流（A）

额定开断电流（KA）

短路关和电流（KA）

断路器

220

SW6-220

220

252

1250

15.8

110

SW6-110

110

126

1250

31.5

10.5

SW6-10.5

10.5

1250

81.2

126

隔离

开关

220

GW4-220D

220

1250

110

GW4-110D

110

1250

10.5

GW4-10.5D

10.5

1250

G-隔离开关S-三相W-户外D-接地刀闸

器件

电压级

（KV）

联结组

型号

额定电流/电压比（A）（KV）

短时热电流（KA）

准确级

动稳定电流（KA）

电压互感器

220

I，i0，i0

JCC1-220

0.5

110

I，i0，i0

JCC1-110

0.2

10.5

I，i0，i0

JCC1-10.5

0.1

电流互感器

220

LCWB7-2203953

2×750/5

21-42（5s）

0.2

50-110

110

LCWB-110GYW2

2×750/5

10P

10.5

LCWB-10.5

GYW2

2×750/5

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

5.2配电装置设计

5.2.1设计原则

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策,遵循上级颁发的有关规程、规范及技术规定,并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检查、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。

火力发电厂及变电所的配电装置形式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行，检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。

5.2.2基本要求

1.配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和经济技术政策,如节约土地。

2.保证运行可靠按照系统和自然条件,合理选择设备,在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。

3.便于巡视、检修和操作。

4.在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。

5.安全和扩建方便。

5.2.3配电装置的选择及依据

配电装置的型式的选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行及检修要求通过技术经济比较确定。

一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式；110KV及以上多为屋外式。

普通中型配电装置国内采用比较多，广泛用于110～500KV电压级，在这方面我国已经有丰富的经验。

配电装置的整个结构尺寸、检修和运输的安全距离等因素而决定的。

屋内、外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距，详见设计手册。

设计配电装置中带电导体之间和导体之间对接地构架的距离时还要考虑：

软绞线在短路电动力、风摆、温度等作用下使相间及对地距离的减小，隔离开关开断允许电流是不致发生相间和接地故障，降低大电流导体附近铁磁物质的发热，减小110KV及以上带电导体的电晕损失和带电检修等因素。

本设计的地理环境较好，没有地震，雷暴日也很少，且没有明显的环境污染，所以综合所有条件和技术，选用中型配电装置。

6.总平面布置设计

7.结束语

通过本次设计，加深了对发电厂电气部分的理解，相对来现说学到了很多，也使自己认识到不足。

对于主接线的选择、主变压器的选择是由于对设备的参数及相关型号不了解，所以走了弯路，刚开始选择的是50MW的机组以扩大单元接线的方式接入220KV系统，但是在100MW接入110KV系统时在设计手册上发现110KV电压等级的变压器容量不够，浪费了不少时间。

由于本人知识浅薄，对电气行业的了解肤浅，所以设计中难免会出现错误，还望见谅。

设计中遇到很多难点，在这感谢老师和同学的指导，再这一并表示感谢。

附录Ⅰ　　短路计算

因为母线上的短路电流是最大的，所以只对母线的三相短路计算。

选取SB=2500MW，UB=Uav。

其余参数见表1.3

50MW的发电机选取QFN-50-2,

=0.1443,

100MW的发电机选取QFN-100-2,x

=0.1915

附一短路等值电路

电抗的计算：

50MW发电机：

Xd=

×SB/SN=0.1443×2500/（100/0.80）=0.6133

100MW发电机：

Xd=

×SB/SN=0.1915×2500/（50/0.85）=0.5425

主变压器：

50MW变压器：

XT1=U2%/100×SB/SN2=0

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