2×300MW火电厂电气设计.doc
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上海电力学院
本科毕业设计（论文）
题目：
2×300MW火电站厂电气设计
院部：
电气工程学院
专业年级：
电气工程及其自动化2012届
学生姓名：
刘奕骞
学号：
20111163
指导教师：
吴文军
2016年6月6日
【摘要】
大容量、高参数是提高火电机组经济性最为有效的措施。
高效洁净燃煤发电技术将成为今后世界电力工业的主要发展方向之一。
本文以太仓电厂新建2x300MW机组电气设计为例，论述了电力系统工程中火力发电厂部分电气设计（一次部分）的过程。
在厂用电系统的布置、主变、厂用高变、断路器、隔离开关等主要电气设备、和主接线的选择充分考虑大容量、高参数等特点，逐一排除，做到可靠性、经济性、合理性，在各种运行状态下保证系统的正常、稳定运行；后备保护措施如防雷、继电保护的配置布置全面，尽量减少事故带来的人身伤害和财产损失。
关键词：
发电厂；变压器；主接线；短路电流；断路器；隔离开关；
【Abstract】
Largecapacityandhighparametersofthermalpowerunitsistoimprovetheeconomyofthemosteffectivemeasures.Cleanandefficientcoal-firedpowergenerationtechnologywillbecometheworld'selectricpowerindustry,oneofthemaindirectionofdevelopment.Inthispaper,theTaicangPowerPlantUnit2x300MWnewelectricaldesignforexample,discussessomeoftheelectricitypowerplantelectricalsystemsengineeringdesign（firstpart）process.Electricitysystemintheplantlayout,themainchange,plantswithhighvariable,circuitbreakers,isolatingswitchesandothermajorelectricalequipment,andthechoiceofthemainwiringcapacityfullytakenintoaccount,high-parametersandotherfeatures,onebyonetoexclude,sothereliability,economy,rationality,inavarietyofrunningthesystemundernormal,stableoperation;back-upprotectionmeasures,suchaslightningprotection,relayprotectionoveralllayoutoftheconfigurationtominimizepersonalinjurycausedbyaccidentsanddamagetoproperty.
Keywords:
powerplant;transformer;mainconnection;circuitbreaker；isolatingswitches；
目录
1 概述 1
1.1 原始资料 1
（1）设计规模 1
1.2 设计要求 1
２ 厂用电系统 2
2.1 负荷统计 2
2.1.1厂用负荷计算的计算原则：
2
2.1.2厂用负荷的计算方法：
2
2.2 厂用变压器容量选择 2
2.2.1低压厂用变压器容量计算 3
2.2.2高压厂用变压器的容量计算 3
2.3 厂用电压等级确定 7
2.4 备用电源的引接 7
2.5 事故保安电源 8
2.6 厂用电接线的选择 8
2.6.1高压厂用电接线 9
2.6.2低压厂用电接线 9
2.7 电动机自启动校验 9
3主变压器选择 10
3.1主变压器容量和台数的确定 10
3.2主变压器型式的选择 11
4 主接线的选择 12
4.1主变高压侧接线（220KV侧） 12
4.2发电机-变压器接线（18KV侧） 13
5 短路电流计算 14
5.1 概述 14
5.2 基本假设条件 14
5.3 电路元件参数的计算 15
5.3.1基准值计算 15
5.3.2短路计算 16
6 电气设备选择 21
6.1 母线 21
6.1.1发电机出口（18KV） 21
6.1.2220KV侧 21
6.2 QF、QS的选择 24
6.2.1高压断路器选择原则 24
6.2.2隔离开关选择原则 24
6.2.3220KV侧（QF、QS的选择） 25
6.2.46KV侧（开关柜的选择） 26
6.3 互感器的选择 27
6.3.1互感器的分类和作用 27
6.3.2电流互感器的选择 27
6.3.3电压互感器的选择 28
6.4 防雷设备的选择 30
6.4.1直击雷的保护 30
6.4.2侵入波的保护 31
7 配电装置 32
7.1 配电装置的基本要求 32
7.2 配电装置的设计原则 32
7.3 配电装置设计的步骤 33
7.4 配电装置的选用 33
8 继电保护的配置 34
8.1 变压器保护 34
8.1.1变压器的故障分类 34
8.1.2变压器的保护配置 35
8.2 220kV线路保护 35
8.2.1220kV线路保护配置原则 35
8.3 母线保护 35
8.3.1母线的故障类别 36
8.3.2母线故障的保护方式 36
致谢 37
参考文献 38
附图 39
附图1：
主接线图 39
附图2：
厂用电接线图 39
1 概述
1.1原始资料
（1）设计规模
本期工程建设规模为2X300MW燃煤机组，经220KV变压器接入系统。
发电机参数：
QFS-300-2（上海电机厂）300MW18KVcos＝0.85，＝16.7％。
（2）设备资料
见负荷清单。
1.2 设计要求
（1）确定发电厂厂用变压器容量和厂用电接线的最佳方案，进行电动机自启动校验。
（2）主变压器容量的选择，确定发电厂电气主接线的最佳方案。
（3）短路电流计算。
（4）高压电气设备选择，包括：
断路器、隔离开关、高压熔断器、电压互感器、电流互感器、母线等。
（5）电气设备布置及其屋外配电装置选择。
（6）确定发电厂避雷针、避雷器、继电器保护及其自动装置的配置。
（7）完成至少两张图纸：
其中必包括主接线图。
２ 厂用电系统
2.1 负荷统计
2.1.1厂用负荷计算的计算原则：
①连续运行的负荷应予以计算。
②计算机组运行负荷时，不经常而连续运行的负荷应予计算。
③不经常而短时及不经常而断续运行的负荷不予计算，但由电抗器供电
的应全部计算。
④由同一厂用电源供电的互为备用的负荷只计算运行的部分。
但对于分
裂变压器而言，应分别计算高低压绕组的负荷。
⑤互为备用的而由不同厂用电源供电的负荷，应全部计算。
⑥分裂电抗器中应分别计算每一臂中通过的负荷。
2.1.2厂用负荷的计算方法：
换算系数就是将负荷运行状况和相互间的关系，用一两个系数归纳起来，使其与负荷的容量组合后，能比较正确地反映电厂的实际运行工况，换算系数通常用K表示，故又称为“K值法”。
换算系数法的计算公式如下：
（2-1）
式中 ：
——计算负荷（KVA）；
——换算系数,见表2-1；
——电动机的计算功率（kw）。
表2-1换算系数表
机组容量（KW）
≤125000
≥200000
给水泵及循环水泵
1
1
凝结水泵
0.8
1
其它高压电动机
0.8
0.85
其它低压电动机
0.8
0.7
2.2 厂用变压器容量选择
2.2.1低压厂用变压器容量计算
将接于一段母线上的各种负荷，按照上述计算方法一一计算后相加，便是该母线的计算容量，并可按此负荷选择变压器。
低压厂用变压器容量计算公式：
（2-2）
式中：
——变压器温度修正系数，一般取1；
S——低压厂用工作变压器容量（KVA）;
——低压厂用计算负荷之和。
对低压厂用负荷整理，低压厂用变压器选择结果填入表2-2。
表2-2低压厂用变压器容量选择
厂用变压器
型号
容量（KVA）
数量
额定电压（KV）
联结组别
绝缘等级
高压
低压
公用变
SCR9
1600
12
6
0.4
Dyn11
F
脱硫变
SCR9
6000
2
6
0.4
Dyn11
F
电除尘变
SCR9
1600
2
6
0.4
Dyn11
F
工作变
SCR9
2000
2
6
0.4
Dyn11
F
照明变
SCR9
630
1
6
0.4
Dyn11
F
检修变
SCR9
400
1
6
0.4
Dyn11
F
循环水变
SCR9
1400
2
6
0.4
Dyn11
F
水处理变
SCR9
2000
1
6
0.4
Dyn11
F
保安变
SCR9
800
2
6
0.4
Dyn11
F
送煤变
SCR9
1600
5
6
0.4
Dyn11
F
2.2.2高压厂用变压器的容量计算
300KW机组高压厂用电系统短路电流很大，可采用低压为分裂绕组的分裂变压器。
这种分裂变压器由于两个低压绕组间的分裂电抗很大，在短路时不仅可以有效的阻止另一绕组的电动反馈电流的流入，与双绕组变压器相比减少了短路电流的水平，同时也可能极大地减少故障组母线电压的影响，使在另一段母线上运行的高压负荷能较正常的运行。
高压厂用变压器的容量按高压电动机计算负荷的1.1倍与低压厂用计算负荷之和选择，计算公式：
分裂绕组：
（2-3）
高压绕组：
（2-4）
式中：
——厂用变压器分裂绕组计算负荷（KVA）;
——厂用变压器低压绕组高压电动机负荷（KVA）;
——厂用变压器低压绕组的低压厂用计算负荷（KVA）;
——厂用变压器高压绕组额定容量（KVA）;
——厂用变压器两个分裂绕组间互为备用的重复计算负荷（KVA）。
对高压厂用负荷进行整理，高压厂用变压器负荷统计结果如图2-7。
图2-7高压厂用变压器负荷统计
序号
负荷名称
容量（KW，KVA）
换算系数
联结数量
工作数量
运行方式
计算负荷（KVA）
6KV1A段
6KV1B段
A,B段重复负荷
联结数量
负荷小记（KVA）
联结数量
负荷小记（KVA）
电动机电动机
1
循环水泵
1400
1
21
2
经常连续
2800
1
1400
1
1400
0
2
电动给水泵
5200
1
2
1
经常连续
5200
1
5200
0
0
0
3
凝结水泵
1000
1
2
1
经常连续
2000
1
1000
1
1000
1000
4
引风机
1600
0.85
2
2
经常连续
2720
1
1360
1
1360
0
5
送风机
710
0.85
2
2
经常连续
1207
1
603.5
1
603.5
0
6
一次风机
1120
0.85
2
2
经常连续
1904
1
952
1
952
0
7
磨煤机
400
0.85
5
4
经常连续
1700
3
1020
2
680
340
8
炉水循环泵
200
0.85
3
2
经常连续
510
2
340
1
170
170
9
汽动前置泵
220
0.85
2
2
经常连续
374
1
187
1
187
0
10
C12AB皮带机
400
0.85
1
1
经常连续
340
1
340
0
0
0
11
开式冷却水升压泵电动机
220
0.85
2
1
经常连续
374
1
187
1
187
187
12
闭式冷却水升压泵电动机
315
0.85
2
1
经常连续
535.5
1
267.75
1
267.75
267.75
13
输送风机空压机
200
0.85
2
2
经常连续
340
1
170
1
170
0
电动机合计（KVA）
16
13027.25
12
6977.25
1964.75
变压器变压器
1
公用变
1600
0.85
1
1
1360
0
0
1
1360
0
2
电除尘变
1600
0.85
2
2
2720
1
1360
1
1360
0
3
工作变
2000
0.85
2
2
3400
1
1700
1
1700
0
4
照明变
630
0.85
1
1
535.5
1
535.5
0
0
0
5
检修变
400
0.3
1
1
120
1
120
0
0
0
6
水处理变
2000
0.85
1
1
1700
1
1700
0
0
0
7
预留脱硫负荷
6000
1
2
1
12000
1
6000
1
6000
6000
变压器合计（KVA）
6
11415.5
4
10420
6000
合计（KVA）
22
25745.475
16
18094.475
8161.225
总计（KVA）
35679.23
选择变压器容量（KVA）
40000/2*20000-20MW
2.3 厂用电压等级确定
目前国内高压厂用电电压等级为3、6、10Kv电压等级。
在300MW机组中，电压等级选用3KV或者6KV电压等级。
又因为6KV电压等级有电动机的功率可制造得较大，满足大容量负荷要求等优点,与3KV厂用电系统相比，不仅节省有色金属及费用，而且短路电流也较小，故在本次设计中高压厂用电压选用6KV电压等级。
而低压厂用电压则采用400V。
经以上负荷统计及综合考虑，选定的厂用高压变压器的数据如表2-3所示。
表2-3厂用高压变压器数据
设备型号
台数
相数
调压方式
冷却方式
电压等级（KV）
阻抗电压（%）
容量（MVA）
连接组别
SFF7-40000/18
2
3
无载
油浸风冷
18/6.3
15.06
40/2×20
D,d0-d0
2.4 备用电源的引接
为给发电机组正常启动时提供电源，必须提供一启动电源。
为保证高压厂用电系统的运行安全，设置厂用备用电源也是非常必要的。
在设计中，一般将上述两种功能的电源合二为一，统称为“启动/备用电源”。
由于启动/备用电源所具备的功能，要求该电源应从与厂用电源相对独立的系统引接，所引接的系统应由两个以上的电源，并有足够的容量。
为保障电压质量，当启动/备用变压器的阻抗大于10.5%或所接电力系统的电压波动超过5%时，还应考虑采用有载调压设施。
设计中考虑到一台高压用启动/备用变压器检修时，不影响任一台机组的启停，300MW机组每一台启动/备用电源都由两台较小容量的启动/备用变压器组成。
启动/备用变压器容量与一台高压厂用变压器的容量相同。
采用明备用接线，引接电源来自系统电压220KV侧。
选定的厂用高压变压器的数据如表2-3所示
表2-4高压厂用启动/备用变压器数据
设备型号
台数
相数
调压方式
冷却方式
电压等级（KV）
阻抗电压（%）
容量（MVA）
连接组别
SFPSZ1-40000/220
2
3
有载
油浸风冷
230/6.3
21.75
40/2×25
Yn,d11-d11
2.5 事故保安电源
对300MW及以上的大容量机组,当厂用工作电源和备用电源消失时,为确保在事故状态下能安全停机,事故消除后能及时供电,应设置事故保安电源,以保证事故保安负荷连续供电。
事故保安电源必须是一种独立而且十分可靠的电源,采用快速自动程序的柴油发电机组,蓄电池以及逆变器或逆变机组将直流变为交流作为交流事故保安电源。
事故保安电源接线方式及设备选型：
为了保证在全厂事故停电时能安全可靠地停机,停炉,避免主设备遭受损坏,在每台机组380/220V厂用电系统中设置一套事故保安电源装置。
采用一台快速启动地柴油发电机组作为交流保安电源。
每台机组设两台380/220V保安段,正常运行时分别由两台380/220V工作段供电,当事故失去电源后,柴油发电机组快速自启动并自动投带两段保安负荷。
中性点接地方式采用经高阻接地的接地方式。
柴油发电机组选用额定功率1800KW,额定电压400/230V,额定频率50HZ的电启动应急型柴油发电机组。
图2-8为柴油发电机接线示意图：
图2-8柴油发电机接线图
2.6 厂用电接线的选择
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，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，是设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济和满发地运行。
厂用电接线应满足下列要求：
（1）各机组的厂用电系统式独立的。
一台机组的故障停运或其辅机的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。
并能在短时间内恢复本机组的运行。
（2）充分考虑机组启动和停运过程中的供电要求。
一般均应配备可靠的启动（备用）电源。
（3）充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。
特别是注意对公用负荷供电的影响。
（4）200MW及以上机组应设置足够容量的交流保安电源。
还要设置电能质量指标合格的交流不间断供电装置。
2.6.1高压厂用电接线
高压厂用电系统初步接线形式如下：
每台机组设1台分裂绕组厂用高压变压器，其工作电源从发电机封闭母线上支接取得;2台机组设1台分裂绕组高压公用/启动/备用变压器,其工作电源由厂内220kV升压站母线提供。
每台机组设Ⅰ,Ⅱ2段高压工作母线,为单母线接线形式,由1台厂用高压变压器的2个分裂绕组进行供电,每台机组的机炉辅机分别接在Ⅰ,Ⅱ2段高压工作母线上。
发电厂中有些负荷不以机组为单元，而是为全厂服务的公用系统，对于这类负荷的供电，要避免仅依靠某个电源或某一台机组，以防止因某个电源或某一台机组停运时而使公用负荷不能运行，从而造成全厂停运事故。
设计中公用负荷段分为两段，将互为备用的负荷接于不同的机组上，两个公用段互为备用。
2.6.2低压厂用电接线
低压厂用负荷的接线方式有有种：
一是传统的中央盘-车间盘接线方式；二是PC（低压动力中心）-MCC（低压电动机控制中心）接线方式。
由于每一套PC-MCC的电源由互为备用的两台变压器供电，母线之间采用分段断路器以便在某电源故障后合闸以保证供电，PC-MCC接线方式可靠性高于设计中中央盘-车间盘接线方式，故设计中采用PC-MCC方式。
高压厂用电系统初步接线形式如下：
低压厂用电系统采用单母线分段,每台机组厂房低压系统成对设置汽机段、锅炉段、电除尘段、保安段、脱硫段,2台机组设置公用段,检修段、出灰段、综合泵房段、输煤段、除灰段、反渗透段。
每台机组设置1台检修变、出灰变、脱硫公用变、灰库变厂前区、照明变、循环水变卸煤码头动力变、GIS变。
采用PC,MCC供电方式,容量为75kW以下的电动机及200kW以下的静止负荷由MCC供电,75kW及以上的低压电动机和200kW及以上的静止负荷由PC供电。
2.7 电动机自启动校验
已知发电厂厂用电系统电压为6KV和0.38KV两级电压。
厂用高压备用变压器为分裂绕组变压器，其高压绕组额定容量为40000KV·A，低压绕组额定容量为20000KV·A，以高压绕组电抗为基准的半穿越电抗标幺值为15.06%，厂用高压变电源侧母线电压标幺值=1.1（有载调压）。
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