凝汽式火电厂电气一次部分设计Word文件下载.docx
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架空线6回，Ⅰ级负荷，最大输送320MW，最小输送280MW，Tmax=5000h/a，cosα=0.85；
1.3.2110KV电压等级：
架空线12回，Ⅰ级负荷，最大输送220MW，最小输送180MW，Tmax=45000h/a，cosα=0.85;
1.3.3厂用电率：
8%。
1.4环境条件
1.4.1当地年最高温度40°
C，年最低温度-6°
C，最热月平均最高温度30°
C，最热月平均最低温度24°
C；
1.4.2当地海拔高100m；
1.4.3当地雷暴日38日/年；
1.4.4气象条件无其他特殊要求。
2、设计任务
2.1发电厂电气主接线设计；
2.2厂用电设计；
2.3短路电流的计算；
2.4主要电气设备的选择。
3、设计成果
3.1设计说明书、计算书一份；
3.2图纸一张。
前言
电力行业是国民经济发展的基础和关键，国家“十一五”计划着重发展火电、水电、核电，高质量的电力资源和可靠的供电水平是衡量电力行业发展的指标。
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发电厂电气部分>
>
是电力专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计、生产实习三个主要部分。
在完成理论学习的基础上，为了进一步加深对课本知识的理解，进行了本次课程设计。
做好设计工作对工程的建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。
本设计是针对地区变电站的要求来进行配置的，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，在理论上证实了变电站实际可行性，达到了设计的要求。
在此次设计过程中得到了盛义发老师以及同学们的帮助和指点，在此对他们表示衷心的感谢！
由于本人水平有限，掌握资料不全，难免会在设计中出现各种错误与不足，希望各位提出，以修改更正。
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。
发电厂电气部分课程设计
一、电气主接线
1.1系统与负荷资料分析
1凝汽式发电厂的规模
1装机容量：
装机4台，容量分别为：
2×
100MWUN=10.5KV
200MWUN=15.7KV
2机组年利用小时数：
Tmax=6000h/a
3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。
4厂用电率：
8%
2负荷及电力系统连接情况
1220KV电压等级：
架空线6回，I级负荷，最大输送320MW，最小输送
280MW，Tmax=5000h/a，cos
=0.85。
2110KV电压等级：
架空线12回，I级负荷，最大输送220MW，最小输送
180MW，Tmax=4500h/a，cos
总装机容量10000MW，短路容量12000MW。
设计电厂为中型凝汽式火电厂，其容量为2×
200=600MW，最大单机容量为200MW，即有中型容量规模，中型机组的特点，年利用小时数为6000h/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600/（10000+600）×
100%=5.7%<
8%，未超过系统的事故备用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。
表1-1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-100-2
117.5
100
10500
6475
0.85
12～15
QFSN-200-2
235
200
15750
8625
14～18
1.2主接线方案的选择
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。
可靠安全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要求。
它可以从以下几方面考虑：
①发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用；
②发电厂和变电所接入电力系统的方式；
③发电厂和变电所的运行方式及负荷性质；
④设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性；
⑤长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。
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110～220kV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。
当断路器为六氟化硫（SF6）型时，可根据系统、设备、布置等具体情况，有条件时可不设旁路设施；
当需要设置旁路设施，且220kV出线在6回及以上、110kV出线在8回及以上时，可采用带专用旁路断路器的旁路母线。
110KV电压级：
出线回路数12回>
4回且为I级负荷，Tmax=4500h/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6回>
4回且为I级负荷，Tmax=5000h/a，应采用双母带旁路或一台半。
拟订两方案如表1-1，具体接线方式见附录。
表1-2拟定的两种方案
电压等级
方案Ⅰ
方案Ⅱ
110KV
双母分段
双母带旁路
220KV
一台半
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双母带旁路：
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。
⒊一台半断路器接线：
通常用于330KV～500KV配电装置中，具有很高的可靠性，任意母线或断路器检修都不至于断电，运行简单，操作方便，但是投资大。
DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》中如下规定：
当采用双母分段接线方式不能满足电力系统稳定性和地区供电可靠性的要求，且技术经济合理时，容量为300MW以上机组发电厂的200KV配电装置可以采用一个半接线方式。
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Ⅰ。
1.3厂用电接线方式的选择
1.3.1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。
1.3.2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。
1.3.2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。
1.4变压器的选择与计算
1.4.1变压器容量的确定原则
㈠接有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定的原则
连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素：
①发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线的剩余有功和无功容量送入系统。
②接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。
③若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。
㈡主变压器型式的选择原则
①相数的确定
在330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。
若受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。
②组数的确定
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，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上。
对于最大机组为200MW以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。
其联络变压器宜选用三绕组变压器。
③绕组接线组别的确定
变压器三相绕组的接线组别必须和系统的相位一致，否则，不能并列运行。
我国110KV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接，35KV采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。
④变压器型号的表示方法：
□□-□/□□
特殊环境代号
电压等级（KV）
额定容量代号（KVA）
设计序号
产品代号
变压器产品代号含义：
S——三相F——风冷却装置P——强迫油循环S——三绕组
根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线。
为使变压器型号易选，常将两台容量相同的发电机接在同一侧，故将2台100MW的发电机接在110KV侧，2台200MW的发电机接在220KV侧，容量可通过联络变压器传送。
变压器容量的确定：
S=（PG－P厂）×
（1+10%）/cos
ST1，2=（100－100×
8%）×
1.1/0.85=119.06MW
ST3，4=（200－200×
1.1/0.85=238.12MW
故与100MW发电机相连的变压器的容量为120MW
与200MW发电机相连的变压器的容量为240MW
与110KV侧相连的变压器选择为SFP7—120000/110；
与220KV侧相连的变压器选择为SFP7—240000/220。
其参数见表1.3
表1-3变压器型号与参数
变
压
器
型
号
额定
容量（MVA）
额定
电压
阻抗电压（%）
联
结
组
高压
（KV）
低压
T-1,2
SFP7-120000/110
120
121
10.5
YN,d11
T-3,4
SFP7-240000/220
240
220
（242）±
2.5%
15.75
14
T-5
SFPS-150000/220
150
242±
121/10.5
U13=23.5
U12=14.5
U23=8
YN,
yn0,
d11
T-6,7
SF7-16000/10
16
6.3
Yy，n0
T-8,9
SFF7-31.5/15.75
31.5
15.75±
9.5
Yn,yn0,d11
1.4.2连接两种母线的联络变压器容量的确定
联络变压器容量的确定的原则：
①联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有功功率和无功功率的交换。
②联络变压器容量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，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。
③联络变压器为了布置和引线方便，通常只选一台，在中性点接地方式允许条件下，以选自耦变压器为宜（该设计采用三绕组变压器）。
其第三绕组，及低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置。
由设计任务书可知220KV等级最大负荷为320MW，最小负荷为280MW，110KV等级最大负荷为220MW，最小为180MW，所以应该将两台200MW的发电机接入220KV母线，而将两台110MW发电机接入110KV母线，所以联络变压器的潮流方向为高压向低压和低压，传输的最大容量为（400-280-400*8%），所以联络变压器的容量应该是
ST=（400-280-400*8%）*1.1/0.85=114MW。
220KV与10000MW系统相联，所以当一台200MW的发电机出现故障时，由系统想220KV等级负荷提供功率，当一台100MW的发电机出现故障时，110KV剩余负荷由220KV母线提供，所以联络变压器的容量可以不大于200MW。
ST=（220-100）*1.1=132MW
所以联络变压器的容量取150MW，即可用SFPS-150000/220型变压器。
1.4.3厂用变压器的选择：
厂用电分别从两台发电机取得电源，所以，需要两台；
在联络变压器的选型当中，低压侧电压是10.5KV，所以也需要两台变压器。
本设计采用厂用电母线分段形接线，以提高可靠性，也使调配灵活。
所以，发电机电压级的变压器采用分裂绕组，两低压侧分别接到两段母线上，达到相互备用的效果，而联络变压器的备用也分别接到两公用母线上。
200MW机组的发电厂厂用电一般采用6KV，所以发电机电压级的变压器要用15.75/6.3/6.3，而联络变压器低压侧用10.5/6.3，发电机旁的厂用变压器容量是：
ST7，8=PG×
8%=200×
8%=16MW
选用接近此容量的标准容量为16MW
100MW侧ST9，10=PG×
8%=100×
8%=8MW
联络变压器低压侧的厂用备用变压器容量应该满足厂用电,所以其容量取16MW。
根据以上分析，发电级电压级厂用电变压器选为，联络变压器低压侧选为。
其具体参数见表1-3
㈡、短路电流的计算
2.1短路计算的一般规则
短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式和设备选择。
短路电流计算的一般规定：
（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划
确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，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的影响。
（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
对带电抗器的6~10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外，其它导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。
（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。
若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。
2.2短路电流的计算
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。
本次设计中只是考虑了母线上对称短路周期分量的计算，其具体的计算过程见附录，下面是短路电流计算的总表。
短路电流值（KA）
4s
2.464
0.654
1.092
2.404
2.229
18.52
3.92
2s
2.607
1.049
2.467
27.91
1s
2.825
1.09
2.551
24.04
0.5s
3.099
2.693
28.07
3.81
0.2s
3.175
0.634
1.10
3.106
35.76
3.584
0s
5.432
1.332
4.178
2.235
56.57
3.855
短路电流标幺值
0.327
2.184
0.321
2.335
0.535
2.099
3.808
2.017
3.280
3.829
0.520
0.317
2.199
0.312
4.878
0.489
2.664
7.718
0.526
分支额定电流IN
KA
1
2
0.5
7.33
分支
电抗
Xjs
1.04
7.7
0.64
0.7
15.65
9.56
分支线名称
G1
G2
G3
G4
基准电流IB
5.021
2.51
36.66
短路点平均电压
115
230
短路点编号
d1
d2
d3
㈢、电气设备的选择
3.1电气设备选择的一般规则
⑴应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；
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