MW火力发电厂厂电气一次设计.doc

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内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题目：

2×600MW火力发电厂

厂用电设计

学生姓名：

叶斌

学号：

0705130113

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气07-1班

指导教师：

李洁（教授）

摘要

本文将针对某火力发电厂的设计，主要是对电气方面进行研究。

本次设计的电厂在电网占有重要位置，一旦发生事故将引起主网的解裂，所以对电厂主接线形式进行了详细的分析比较，以确定一种安全经济成熟的主接线形式。

首先对火力发电的有关内容做以阐述，并对电力主接线中的设备做以描述。

依据所给出的原始数据和接线的基本原则进行了主接线形式的设计,选择了低压侧用双母线三分段，而高压侧用双母线的接线形式。

简单的介绍了厂用电，对主变压器进行了选择。

在三相短路实用计算基本假设的前提下，对三相短路电流进行了计算。

根据负荷计算和短路电流计算的结果对断路器等电气设备进行了选择和校验。

根据基本原则结合具体要求，绘制完成电气主接线图的一次部分。

本毕业设计只对电气主接线一次部分做了较为详细的理论设计。

通过对本次的设计设计，掌握了一些基本的设计方法，在设计过程中更加稳固了理论知识。

关键词：

火力发电电气主接线主要设备

ElectricalDesignfortheprimarysaidofthecoal-fired

powerplant-2*300MW

Abstract

Inthispaper,thedesignofcoal-firedpowerplantsismainlytotheelectricalstudies.Thedesignofthepowerplanttopowergridplayanimportantrole,onceaccidentwillcausethesolutionofthecrack.Sotowiringformofthepowerplantcarrysonthedetailedanalysiscomparison,todetermineasafeandeconomicmatureLordconnectionform.

Firstofalltherelevantcontentsofthepowertodothis,andtotheelectricwiringtheequipmenttodoarguedthatdescription.Accordingtotheoriginaldataandthebasicprinciplesofthewiringdesignthewring.Choosethelowvoltagesidewithabus,andthreesegmentationhighpressuresidewithabusofwiringform.Simpleintroducedthestationservice,andchoosethemaintransformer.onthepremiseofthethree-phaseshort-circuitbasicassumptionscarryoutthethree-phaseshort-circuitcurrentcalculation.Accordingtotheresultsofloadcalculationandshort-circuitcurrentcalculation,circuitbreakerelectricalequipmentwerechosenandcalibration.Accordingtothebasicprinciplewithspecificrequirements,paintthemainelectricalwiring.

Thegraduationdesignonlyforapartofthemainelectricalwiringgoesondetaileddesignoftheory.Throughthisdesign,havesomebasicdesignmethods,inthedesignprocessandsolidtheoreticalknowledge.

Keywords:

Thermalpowerelectricalmainwirelightningprotection

摘要 I

Abstract II

目录 III

前言 1

第一章原始资料 2

第二章电气主接线的设计 3

2.1电气主接线的设计 3

2.1.1电气主接线的设计原则 3

2.2电气主接线的叙述 3

2.2.1两种方案的比较 6

2.3主接线的确定 7

第三章厂用电的设计 8

3.1厂用电负荷的分类 8

3.2厂用电的设计 9

第四章短路电流的计算 10

4.1短路的基本概念 10

4.1.1故障类型及原因 10

4.1.2短路的危害及措施 11

4.1.3短路电流计算的目的 12

4.1.4短路电流计算的基本假设 12

4.2短路电流的计算 13

4.2.1电气设备标幺值的计算 13

4.2.2各短路点三相短路计算 14

4.3短路容量、全电流最大有效值及冲击电流的计算 16

第五章电气设备的选择 18

5.1主变压器型式的确定 18

5.2主变压器容量的确定 19

5.3电气设备选择的一般要求 20

5.4电气设备选择的一般条件 21

5.4.1按正常工作条件选择 21

5.4.2按短路情况校验 23

5.5断路器和隔离开关的选择 26

5.5.1高压断路器的选择 26

5.5.2隔离开关的选择 27

5.6敞露母线及电缆的选择 28

5.6.1敞露母线选择 28

5.6.2电缆选择 30

5.7电压互感器的选择 32

5.810.5KV侧采用封闭母线 33

第六章总结 34

参考文献 35

附录A 36

附录B 38

附录一短路电流的计算 38

附录二电气设备的选择 39

附录C电气设备的参数 51

前言

在电力系统中，大、中型电厂起着举足轻重的作用，一旦故障轻则引起大面积停电，重则可能引起电网崩溃。

现代电力工业在国际上已经迅速发展，其发展的特点是：

采用大容量的发电机组，超高压输电线路和巨大的水、火、核电联合电力系统的形成，电力工业的迅速发展，对发电厂的设计提出了更高的要求，需要我们认真的研究对待。

而现代化发电厂的设计是一门综合性的科学，它是在多种专业有机配合，密切协作下完成的一个统一整体，是在审议后的电力系统规划的基础上，为发电厂的发展制定具体方案，在设计中，贯彻国家各项政策，遵照有关的设计技术规定，从整体出发，深入论证电源布置的合理性，提出网络设计方案，并论证安全可靠性和经济性，为此需进行必要的计算，考虑近期与远期的关系，并为发电厂及下一级电压的系统设计创造条件。

本次设计是在学习基础课和专业课后的一次综合训练，在老师的认真指导下，有序进行复习巩固其相关的知识，增强工程概念。

但是，由于本人对所学知识的掌握不够全面，水平十分有限，出现错误和不妥之处，希望各位老师给予批评、指正，以帮助我取得更大的进步。

第一章原始资料

一、题目：

2*300MW火力发电厂电气部分一次设计

二、毕业设计原始资料（或系统简介）：

1．本次设计中的电厂为2台300MW汽轮发电机组，一次设计完成。

2．有220KV和10KV两级电压与系统连接，220KV出线有4回，每回出线最大输送容量为125MW，10KV出线有10回，每回出线输送容量为10MW。

本厂无35KV出线。

3．气象条件：

年最高温度38，年最低温度-7。

三、毕业设计的任务

1．完成电气一次主接线形式比较、选择；

2．完成主变压器容量计算、台数和型号的选择；

3．进行必要的短路计算以完成电气设备的选择；

4．使用AUTOCAD绘制电气主接线图纸；

四、毕业设计主要技术指标、要求及内容

1．线路单位阻抗为0.4，发电机阻抗0.2。

全网基准容量选取，电压取平均额定电压。

2．发电机参数：

型号QFSN-300-2（三相两级同步发电机，定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷），。

3．10.5KV侧的输电线路的输送距离为10km，220KV侧的输电线路的输送距离是40km。

4.发电机电压母线上的最大负荷为100MW，最小负荷为70MW。

5．发电厂年负荷最大利用小时数。

6.环境温度。

第二章电气主接线的设计

2.1电气主接线的设计

电气主接线是发电厂电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。

2.1.1电气主接线的设计原则

对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300MW，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，如图2.1。

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，用母联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，占图2.1

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，如图2.2：

结构特征：

将一组母线用分段断路器QFd分为两段（W1和W2），两个分段母线（W1和W2）与另一组母线（W3）之间都用母联断路器连接，也称为双母线三分段接线。

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。

（1）W1和W2作为工作母线，W3

图2.2

作为备用母线，全部进出线均分在W1和W2两个分段上运行；

（2）也可以将两个母联断路器中的一个和分段断路器合上，全部进出线合理地分配在三段上运行，三段母线并列运行。

此种运行方式降低了全厂（所）停电事故的可能性；可以减小母线故障的停电范围，母线故障时的停电范围只有1/3，此时没有停电部分还可以按双母线或单母线分段运行。

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。

2.2.1两种方案的比较

此次设计中首先拟定两种主接线形式，通过从各个方面的比较，选择合适又经济的电气主接线形式。

第一种方案是：

两台发电机经三绕组变压器分别接至220和10KV母线上，220KV侧采用双母线接线，10KV侧采用单母线接线。

如图2.1所示：

第二种方案是：

两台发电机组直接上了10KV电压母线，10KV电压母线接成双母线三分段的接线形式，供近区负荷的使用，在经过两台双绕组变压器升高220KV，220KV双母线接线，出线有4回。

接线如图2.2所示：

图2.1图2.2

通过分析比较得出两种方案的优缺点总结如下表2.1：

表2.1

方案

项目

方案一

方案二

可靠性

1）220KV接线简单，设备本身故障率少；

2）220KV故障时，停电时间较长。

220KV侧供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。

灵活性

1）220KV运行方式相对简单，灵活性差；

1）220KV电压级接线易于扩建和实现自动化。

2）10KV操作过程相对简单

经济性

1）10KV侧增加了输电线路

2）三绕组变压器总投资较大

1）近区负荷直接由10KV电压母线供电，减少投资

2）使用双绕组变压器减少占地面积

2.3主接线的确定

根据以上的主接线选择原则和原始数据的要求，设计了2×300MW的主接线图，见附录A。

所设计的火力发电厂装有两台发电机，容量都是300MW；发电厂供给本厂后的剩余电能通过两台双绕组主变压器送入220kV电压级，接线为双母线接线；10.5kV为分段的双母线三分段接线，低电压等级则供近去负荷以及厂用电，剩余的容量则通过主变压器送到220KV电压等级，出现为四回。

第三章厂用电的设计

3.1厂用电负荷的分类

发电厂在电力生产过程中，有大量的电动机械，用以保证主要设备和辅助设备的正常运行。

这些电动机及全厂的运行操作、试验、修配、照明等用电设备的总耗电量，统称为厂用电或自用电。

厂用负荷，按其用电设备在生产中的作用和突然中断供电时造成危害程度可分为四类：

（1）Ⅰ类厂用负荷凡短时停电会造成设备损坏，危及人身安全，主机停运及大量影响出力的厂用负荷，都属于Ⅰ类负荷。

如火电厂的给水泵，凝结水泵，循环水泵，引风机，送风机，给粉机等以及水泵的调速器，压油泵，润滑油泵等。

通常他们都设有两套设备互为备用，分别接到两个独立电源的母线上。

（2）Ⅱ类厂用负荷允许短时停电，恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷，均属于Ⅱ类负荷。

如火电厂的工业水泵，疏水泵，灰浆泵，输煤设备和化学水处理设备等，一般它们应由两段母线供电，并采用手动切换。

（3）Ⅲ类厂用负荷较长时间停电，不会影响生产，仅造成生产上的不方便者，都属于Ⅲ类厂用负荷。

如试验室，中央修配厂，油处理室等负荷，通常由一个电源供电。

在发电厂中，若机组故障或交流电源中断时，需要安全的把主机停下来，这是必须有电源来维持氢密封油泵、润滑油泵、空气预热器电机、顶轴油泵、主机盘车电动机、仪表指示及计算机电源、重要的自动控制设备等的安全运转，有时需要持续几小时或几天时间，将以上这些负荷统称为事故保安负荷。

保安负荷按供电电源不同可分为三种。

①直流保安负荷：

由蓄电池组供电，如发电机组的直流润滑油泵等。

②交流不停电保安负荷：

一般由接于蓄电池组的逆变装置供电，如控制用计算机等。

③允许短时停电的交流保安负荷：

正常由电厂电源供电，失压后交流保安电源自动投入。

如220MW及以上机组的盘车电动机等。

大机组的交流保安电源一般由具有自启动功能的柴油发电机组承担。

厂用电是发电厂的重要负荷，在任何情况下都应按一类负荷来处理。

保证厂用电负荷的供电可靠性，对于电能的安全生产具有重要意义。

所以，在发电厂中，各级电压的厂用电，常按机组分成若干个独立的工作段，设各级电压的备用段以提高供电的可靠性。

厂用电率是发电厂的主要运行指标。

厂用电的大小直接影响发电厂得发电成本以及对系统的供电量。

厂用电率在热电厂中约为8%~10%，在凝结式电厂约为5%~8%，而在水电厂约为0.3%~2%。

降低厂用电率，对国名经济及电厂本身有着重大的意义。

厂用电系统的供电可靠性和运行经济性，在很大程度上决定于厂用电的供电电源、供电电压以及用电系统的接线方式。

火力发电厂厂用电的主要负荷统计见附表B。

3.2厂用电的设计

厂用电接线的设计原则基本上与主接线的设计原则相同。

首先，应保证对厂用电负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；其次，接线应能灵活地适应正常，事故，检修等各种运行方式的要求；还应适当注意经济性和发展的可能性并积极慎重的采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。

此外，在设计厂用电系统接线时还要对供电电压等级，厂用供电电源及其引接进行分析和论证。

火电厂的辅助机械多、容量大，供电网络复杂，其主要负荷分布在锅炉、气机、电气、输煤、出灰、化学水处理以及辅助车间和公用电气部分。

因此，以双母线分段接线形式合理地分配厂用各级负荷。

第四章短路电流的计算

4.1短路的基本概念

4.1.1故障类型及原因

在电力系统的运行过程中，时常会发生故障，其中大多数是短路故障（简称短路）。

所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。

在正常运行时，陈中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的。

表4.1示出在输电线上发生各种短路的情况。

在三相系统中短路的基本类型有三相短路、两相短路、单相短路接地和两相短路接地。

三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其它几种短路均使三相回路不对称，故称为不对称短路。

上述各种短路均是指在同一地点短路，实际上也可能在不同地点同时发生短路，例如两相在不同地点接地短路。

表4.1短路类型

短路种类

示意图

符号

发生的机率约

三相短路

f（3）,d（3）

两相短路

（2）,d

（2）

10%

单相短路接地

（1）,d

（1）

65%

两相短路接地

f（1,1）,d（1,1）

20%

电力系统的短路故障有时也称为横向故障，因为它是相对相或相对地的故障。

还有一种称为纵向故障的情况，即断线故障，例如一相断线使系统发生两相运行的非全相运行情况。

这种情况往往发生在当一相上出现短路后，该相的断路器断开，因而形成一相断线。

产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。

例如架空输电线的绝缘子可能由于受到过电压（例如由雷击引起）而发生闪络或由于空气的污染使绝路子表面在正常工作电压下放电。

再如其它电气设备，发电机、变压器、电缆等的载流部分的绝缘材料在运行中损坏。

鸟兽跨接在裸露的载流部分以及风、雪等自然现象所造成的短路也是屡见不鲜的。

此外，运行人员在线路检修后末拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障。

电力系统的短路故障大多数发生在架空线部分。

总之，产生短路的原因有客观的，也有主观的，只要运行人员加强责任心，严格按规章制度办事，可以把短路故障的发生控制在一个很低的限度内。

一般总结为以下几个原因：

⑴电气设备载流部分的绝缘损坏，例如绝缘材料的自然老化、脏污、直接的机械损伤、设计、安装和运行维护不良所带来的设备缺陷，在过电压甚至在正常电压下发生绝缘介质击穿，以及因雷击、过电压引起绝缘损坏（如闪络放电等）。

⑵气象

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