2×300MW凝汽式发电厂电气部分设计

目 录前言 . 1摘要 . 2第一章 电力工业的发展概况： .3第二章 发电机，变压器的选择与计算 .32.1 发电机,变压器的选择原理: .32.1.1 发电机的选择原则 .32.1.2 主变压器的选择原则 .42.1.3 厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素 .42.2 确定变压器台数及容量 .42.2.1 主变的选择 .4第三章 电气主接线 .63.1 主接线的设计原则和要求 .63.2 主接线方案的选择 .63.2.1 初定方案 .63.2.2 比较并确定主接线方案 .83.3 厂用电系统的设计 .83.3.1 厂用电接线的选择 .83.3.2 厂用变压器选择 .8第四章 短路电流分析计算： .94.1 短路电流计算目的及规则： .94.2 短路等值电抗电路及其参数计算 .104.2.1 电抗计算： .104.3 各短路点短路电流计算： .114.2.1 短路点 k1 的计算（220Kv 母线侧） .114.2.2 短路点 k2 的计算（发电机端 18KV） .124.2.3 短路点 k3 的计算 .154.4 短路电流计算结果 .16第五章 电气设备的选择： .165.1 电气设备选择的一般原则及短路校验 .165.1.1 设备选择的一般原则 .165.1.2 按短路条件进行校验 .175.2 主要电气设备的选择 .195.2.1 隔离开关的选择 .195.2.2 断路器的选择 .205.2.3 导体的选择 .205.2.3 避雷器的选择 .215.2.4 电压互感器的选择 .225.2.5 电流互感器的选择 .23第六章 继电保护 .2426.1 发电机的保护 .256.1.1 保护分类 .256.2 各部分的保护 .266.2.1 发电机 .266.2.2 变压器 .266.2.3 线路 .276.2.4 母线 .28结论 . 29谢辞 . 30参考文献 . 31附录 . 321前言在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中有着重要作用，它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大的影响人民的物质与文化生活水平的提高。电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域，而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的 75%。本文是对配有 2 台 300MW 凝气式发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计。包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验。本设计是对 2300MW 总装机容量为 600MW 的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用高压部分的设计，他主要包括了五大部分，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、安全保护装置。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，列出各种设备选择结果表。并对设计进行了理论分析。2摘要本设计是对 2300MW 总装机容量为 600MW 的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用高压部分的设计，他主要包括了五大部分，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、安全保护装置。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，列出各种设备选择结果表。并对设计进行了理论分析最后的设计总图包括主接线，厂用电，断路器，隔离开关等。关键词 ：主接线；发电厂；变压器；厂用电；安全保护3第一章 电力工业的发展概况：火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。“十五”期间我国火电建设项目发展迅猛。2001 年至 2005 年 8 月，经国家环保总局审批的火电项目达 472 个，装机容量达 344382MW，其中 2004 年审批项目 135 个，装机容量107590MW，比上年增长 207%；2005 年 1 至 8 月份，审批项目 213 个，装机容量 168546MW，同比增长 420%。随着中国电力供应的逐步宽松以及国家对节能降耗的重视，中国开始加大力度调整火力发电行业的结构。由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、 控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能 源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。本设计的主要内容包括：通过原始资料分析和方案比较，确定发电厂的电气主接线。计算短路电流，并根据计算结果来选择和效验主要电气设备。第二章 发电机，变压器的选择与计算2.1 发电机,变压器的选择原理:2.1.1 发电机的选择原则2.1.1.1 发电厂在电力系统中的地位和作用电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入 330500kV 超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110220kV 系统，也有接入 330kV 系统；企业自备电厂则以对本企业供电供热为主，并与地区110220kV 系统相连。2.1.1.2 发电厂的分期和最终建设规模发电厂的机组容量应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的 810% 为宜。一个厂房内的机组，其台数以不超过 6 台、容量等级以不超过两种为宜。2.1.1.3 负荷大小和重要性（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，能保证对全部一级负荷不间断供电。（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。4（3）对于三级负荷一般只需一个电源供电。2.1.1.4 系统备用容量大小系统中需要有一定的发电机装机备用容量。运行备用容量不宜少于 810%，以适应负荷突增、机组检修和故障停运几种情况。2.1.2 主变压器的选择原则2.1.2.1 为节约投资及简化布置，主变压器应选用三相式。2.1.2.2 为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。在计算通过主变压器的总容量时，至少应考虑 5 年内负荷的发展需要，并要求：在发电机电压母线上的负（荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；因系统经济运行而需限制本厂出力时，亦应满足发电机电压的最大负荷用电。2.1.2.3 在高、中系统均为中性点直接接地系统的情况下，可考虑采用自耦变压器。当经常由低、高压侧向中压侧送电或由低压侧向高、中压侧送电时，不宜使用自耦变压器。2.1.2.4 对潮流方向不固定的变压器，经计算采用普通变压器不能满足调压要求是，可采用有载调压变压器。2.1.3 厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素2.1.3.1 变压器原、副边电压必须与引接电源电压和厂用网络电压一致。2.1.3.2 变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。2.1.3.3 厂用高压备用变压器或起动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器容量相同；低压厂用设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。2.2 确定变压器台数及容量2.2.1 主变的选择2.2.1.1 台数：根据原始资料，该厂除了本厂的厂用电外，其余向系统输送功率，所以不设发电机母线，发电机与变压器采用单元接线，保证了发电机电压出线的供电可靠，主变压器 300WM 发电机组的主变压器选用两绕组变压器 2 台。向本厂供电变压器选用三相式两绕组变压器 2 台，厂用备用电源选用两绕组变压器 1 台。2.2.1.2 容量：单元接线中的主变压器容量 SN 应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留 10的裕度选择，单元接线中的主变压器容量 SN 应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留 10的裕度选择。型号 额定功率（MW）额定电压（KV ）额定电流（KA ）功率因数 同步电抗(Xd%)瞬变电抗(Xd%)超瞬变电抗(X“d%)QFS-300-2 300 18 11320 0.85 236.35 31.93 17.15发电机 G-1、G-2 的额定容量为 300MW，扣除厂用电后经过变压器的容量为： MVA- 8.135785.0)1(3)1(. COSSPNGN经计算后选取变压器如下300MW 发电机组所选变压器型号为： SFP-360000/220 两台。变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有 Y 型和型，高、低二侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。三相变压器的一相绕组或连接成三相绕组的三相变压器的相同电压的绕组连接成星型、三角型、曲折型时，对高压绕组分别以字母 Y、 D 或 Z 表示，对中压或低压绕组分别以字母 y、d 或 z 表示。如果星型连接或曲折型连接的中性点是引出的，则分别以 YN、ZN 表示，带有星三角变换绕组的变压器，应在两个变换间已“-”隔开。我国 110KV 以上电压，变压器的绕组都采用 Y 连接。35KV 以下电压，变压器绕组都采用连接。6第三章 电气主接线3.1 主接线的设计原则和要求发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路和断路器等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、输配电的任务。它的设计，直接关系着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的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是：发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。（1）可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。衡量主接线运行可靠性的标志是： 断路器检修时，能否不影响供电。 线路、断路器或母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 发电厂全部停运的可能性。 对大机组超高压情况下的电气主接线，应满足可靠性准则的要求。（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、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不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 占地面积小：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型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。3.2 主接线方案的选择3.2.1 初定方案 在了解了基本接线方式，以及根据对所有资料的分析的基础上初步拟定方案，并依 对主接线的基本要求，从技术上进行论证各方的优、缺点，确定如下方案： 首先我们要从可靠性、灵活性以及经济性多个层面考虑，我们所设计的供电系统是否符合要求，可靠性要求我们在断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。灵活性要求主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在检修时，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；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。经济性上要求我们要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备以节省二次设备和控制电缆。方案一：采用双母线接线。双母线接线与单母线接线比较的优点为:采用一条母线工作，另一条母线可实现不停电检修；任一回路母线隔离开关检修时，通过母线使该回路单独在备用母线上停电检修；母线故障时，所有回路能迅速切换到非故障母线上运行；在特殊情况下，可将个别回路接在备用母线上单独工作或实验。双母线接线在我国大、中型大电厂和变电站中才广为采用，并已积累了丰富的运行经验。电压等级为 220KV 出现数目在 3 回及以上时，采用双母线接线。7图 3-1双母线接线具有运行比较灵活，可靠性高，便于扩建等优点。方案二：采用单母分段带旁路母线接线。优点：简单、清晰、操作方便易于扩建；当检修出线断路器时可不停电检修。缺点：当汇流母线检修或故障时，该母线将全部停电。电压等级越高，少油式断路器检修所需的时间越长。220KV 出线在 4 回及以上时一般采用带专用旁路断路器的旁路母线；新设计规程中指出，当断路器为六氟化硫型时，可不设旁路设施。图 3-283.2.2 比较并确定主接线方案在所实现的目的要求相差不大的情况下，采用最小费用法对拟定的两方案进行经济比较，两方案中的相同部分不参与比较计算，只对相异部分进行计算，计算内容包括投资，年运行费用。很容易知道当采用单母线分段带旁路的时候，必须多增加较多断路器增加了投资，这在稳定的可靠性，及经济上都是不具有优势的，因此采用方案一。接线图如图 3-1 所示。3.3 厂用电系统的设计3.3.1 厂用电接线的选择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