4台135MW发电厂电气部分设计

长春工程学院继续教育学院毕业设计（论文）第 1 页 共 34 页长春工程学院电气与信息学院毕业设计（论文）任务书设计题目： 4 台 135MW 发电厂电气部分设计 专业班级： 电气 学生姓名： 指导教师： 长春工程学院继续教育学院毕业设计（论文）第 2 页 共 34 页前言毕业设计是整个大学四年教学活动中最重要的一个环节，是对学生掌握理论知识的程度以及实际能力的一次综合考查。通过毕业设计使学生初步掌握大、中型电厂电气部分设计的程序及一般方法，学会收集有关资料，查阅有关规程及设计手册。掌握优化及经济比较的方法，提高计算机绘图能力，学会编制设计说明书，选择设备等。一、原始资料分析4 台 135MW 发电厂电气部分设计1、装机容量：装机 4 台，总容量为 540MW（详细参数查阅电力工程设计手册）。2、机组年利用小时 。ahT60max3、气象条件：发电厂所在地最高气温+45，年平均气温+15，气象条件一般无特殊要求（台风、地震、海拔等）。4、厂用电率：按 5.6%考虑。5、电力负荷及与系统连接情况：220KV 电压级，架空线路 2 回与系统相连，当取基准容量为 1000MVA 时，系统归算到 220KV 母线上电抗为 0.359。本设计文件书（说明书、计算书）是根据长春工程学院电气工程系毕业生设计任务书所规定的设计内容要求、方法、步骤以及火电厂电气部分设计的一般程序而编写。毕业设计是在完成本专业（电力系统及其自动化）本科段全部基础课程及专业课基础上进行的。通过本次毕业设计应达到以下目的：（1）巩固，提高已学过的专业知识，并通过本次设计能进一步学习新知识和技能，最终达到能通过获得综合运用理论知识解决实际问题的能力。（2）使自己懂得发电厂电气部分工程设计的基本程序和思想方法，使自己获得查阅文献、收集资料、计算比较、综合分析、设计图纸，编写说明书、计算书等方面的训练和基本技能。（3）在指导老师的帮助下，通过查阅有关技术文献资料，独立完成规定内容。长春工程学院继续教育学院毕业设计（论文）第 3 页 共 34 页（4）力争在设计以及未来学习工作中，有所创新，并掌握计算机绘图的方法。（5）同时能培养遵守国家法律、法规，树立贯彻执行国家经济建设的方针、政策、观念，特别是树立贯彻执行提高综合经济效益和促进技术的进步观念。二、本设计文件的主要内容是：本设计着重讲述了发电厂电气主接线的最佳方案的确定（包括主变压器型式、容量的选择） ，厂用电接线方案的选择，通过短路电流计算结果确定二次部分的继电保护与自动装置，以及屋外配电装置的布置，具体内容如下：电气主接线设计；确定发电厂厂用电接线的最佳方案；短路电流计算；导体与电气设备的选择；高压配电装置设计；绘制电气主接线图、220kV 高压配电装置平面与断面图。编写电气初步设计说明书；(原文单词不少于 5000 词的专业外文资料。本次设计在赵栩老师的指导下进行，并通过查阅相关的技术文献资料，独立完成所规定的设计内容。由于本人的水平有限，经验不足，设计时间比较仓促，在设计中不免会出现不少错误，恳请各位老师、同学指出批评，以便在以后的工作和学习中改正。长春工程学院继续教育学院毕业设计（论文）第 4 页 共 34 页第 1 章 电气主接线方案的确定1.1 电气主接线设计原则与要求1.1.1 主接线的设计依据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重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂本身的可靠性，灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。1.1.2 主接线设计的基本要求主接线应满足可靠性，灵活性和经济性三项基本要求。1 可靠性：供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。研究主接线可靠性应注意的问题：1）主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。2）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。3）要考虑所设计发电厂在电力系统中的地位和作用。主接线可靠性的具体要求1） 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。2） 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。3） 尽量避免发电厂全部停运的可能性。4） 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。2 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，应可以灵活地投入和切除发电机，变压器和线路，调配电源和负荷，满足在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。长春工程学院继续教育学院毕业设计（论文）第 5 页 共 34 页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运行和对用户的供电。3扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。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减少。3 经济性主接线在满足可靠性，灵活性要求的前提下做到经济合理。1投资省1）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、避雷针等一次设备。2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省和控制电缆。3）要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。2占地面积小主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。3电能损失少经济合理地选择主变压器的种类（双绕组，三绕组或自耦变压器） 、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。1.2 220KV 电气主接线的确定220KV 超高压配电装置主要采用双母线四分段带专用旁路母线和一台半断路器接线，135MW 机组一般都采用与双绕组变压器组成单元接线而不与三绕组变压器组成单元接线，由于本发电厂只有一种升高的电压等级，不需装设联络变压器。采用三绕组变压器时，发电机出口要求装设断路器，但由于甚大的额定电流和短路电流，使得出口断路器制造很困难，造价也甚高。方案一：220KV 超高压配电装置接线的可靠性要求高，为限制故障范围，当进出线为 67 回时，宜采用双母线四分段带旁路接线，并装设两台母联兼旁路断路器。如图 1-1 所示：方案二：双重连接的多环行接线，长春工程学院继续教育学院毕业设计（论文）第 6 页 共 34 页是现代国内大型电厂和变电站高压配置广泛采用的一种接线。220KV 超一台半断路器接线是一种没有多回路集结点，一个回路由两台断路器供电的高压配电装置主要采用双母线四分段带专用旁路母线和一台半断路器接线。135MW 机组一般都采用与双绕组变压器组成单元接线而不与三绕组变压器组成单元接线，由于本发电厂只有一种升高的电压等级，不需装设联络变压器。一台半断路器接线是一种没有多回路集结点，一个回路由两台断路器供电的双重连接的多环行接线，是现代国内大型电厂和变电站高压配置广泛采用的一种接线。如图 1-2 所示：1.3 主接线方案的确定一台半断路器接线与双母线四分段带旁路母线接线的技术经济比较要点项目 一台半断路器接线 双母线四分段带旁路母线接线可靠性在检修和故障相重合的情况下，停运的回路不超过两回。1.一段母线故障，停运 23 个回路：2.一段母线故障，合并分段或母联断路器拒动的双重故障时，停运两段母线，即46 个回路。但这种情况几率极少。灵活性1.为多环行供电，调度灵活。但停运一个回路需操作两台断路器，母线故障时，接线内潮流变化大；2.隔离开关只作为检修电器，不作为操作电器，处理事故时，用断路器操作，消除事故迅速。检修断路器时，不需要带旁路操作。1.为调整系统潮流，限制短路电流以及防止事故扩大等方面的原因，有可能要求母线分列运行时，本接线比较灵活；2.隔离开关要作为操作电源，当改变运行方式和处理事故时，需进行倒闸操作，检修断路器时，要进行带旁路操作。经济性设备投资：8 个回路时，两种接线相等；7 回及以上时，双母线四分段带旁路母线接线较贵；9 回及以上时，一台半断路器接线较贵；长春工程学院继续教育学院毕业设计（论文）第 7 页 共 34 页占地面积：1.当一台半断路器接线为常规三列式顺序布置时，因一个间隔可以双侧出线，占地面积比双母线四分段带旁路母线可节约 40%，当为交替布置或平环式或单列式布置时，两种接线占地面积相近；2.当一台半断路器接线的常规布置，应用于发电厂时，为避免纵向布置的大机组出线偏角不至过大，常需改变配电装置布置形式，扩大占地面积 30%50%。双母线四分段带旁路母线接线，则能适应纵向布置大机组出线位置而不需扩大占地面积。续电保护及二次回路复杂性1.由于每个回路连接两台断路器，一台中间断路器连接着两个回路，保护接于两组电流互感器的和电流，其电流互感器的二次回路，保护装置的跳合闸出口等较复杂；2.应用于发电厂时，发电机变压器组与线路共用的中间断路器，只能在单元控制室控制，并在网络控制室设相应的断路器信号，比较复杂。1.分段的母线保护比较复杂，需有故障母线选择元件，而当将回路从一段切换到另一段母线时，电流互感器二次回路需要切换。母线隔离开关的闭锁回路及母联兼旁路断路器的保护，二次回路较复杂；2.应用与发电机-变压器利用一台断路器，只需在单元控制室控制，与线路控制无关，比较简单；表 1-1 根据以上两种接线的可靠性，灵活性，经济性，继电保护及二次回路复杂性并综合原始资料，最终确定一台半断路器接线为电气主接线的最佳方案。1.4 主变压器的选择1.4.1 发电厂主变压器的容量和台数的确定发电机与主变压器为单元接线，主变压器的容量按下列条件中较大者选择：1）按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有 10%的裕度。2）按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。1.4.2 主变压器型式的选择1）主变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件，可靠性要求及运输条件等因素。2）对于单机容量为 135MW，并直接升到 220KV 时，宜选用三相变压器。1.4.3 绕组容量和连接方式的选择1) 发电厂主变压器绕组的数量：对于 135MW 机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。因为在发电长春工程学院继续教育学院毕业设计（论文）第 8 页 共 34 页机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线，供电可靠性很高，而大电流的隔离开关发热问题比较突出等等。2) 绕组连接方式：变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。我国 110KV 及以上电压，变压器绕组都采用 Y 连接。1.4.4 电气设备的选择1发电机：型号：QFS-135-2 型 额定功率： 135MW额定电压：18KV 额定电流：11320ACOS=0.85 额定转速：3000r/min2主变压器型号:SFP-360000/500 额定容量：360MVA额定电压：525/18KV 连接组别：YN,d11P0=225KW 阻抗电压%=16第 2 章 厂用电方案的确定2.1 概述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，使设计达到经济合理，技术先进，保证机组安全，经济和满发地运行。2.1.1 厂用电接线应满足下列要求：（1） 各机组的厂用电系统应是独立的。 。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的供电要求。一般均应配备可靠的起动（备用）电源。在机组起动，停运和事故时的切换操作要减长春工程学院继续教育学院毕业设计（论文）第 9 页 共 34 页少，并能与工作电源短时并列。（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。特别要注意对公用负荷供电的影响。要便于过度，尽少改变接线和更换设备。（4） 机组应配置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电时，可以快速起动和自动投入，向保安负荷供电。还要设置电能质量指标合格的交流不间段供电的热工负荷的用电。2.2 厂用负荷 、厂用电压等级及中性点接地方式2.2.1 厂用负荷厂用负荷包括机组本体负荷和全厂公用负荷。按运行方式可分为经常连续、经常短时、经常短续、不经常连续、不经常短时和不经常短续等六种类型。2.2.2 火力发电厂根据火力发电厂厂用电设计技术规定：火力发电厂采用3KV、6KV、10KV、为高压厂用电压，在满足技术要求的前提下，优先采用较低电压,以获得较高的经济效益。(1)容量为60MW及以下的机组，发电机电压为10.5KV时，可采用3KV；(2)容量为100300MW的机组，应采用6KV；(3)容量为300MW及以上的机组，当技术经济合理时，也可采用2种高压厂用电压。因此，我们考虑到系统实际，单机容量为600MW，可采用厂用电压为6KV的一种电压等级即可。2.2.3 高压厂用电系统的中性点接地方式（1） 中性点不接地方式。（2） 中性点经高电阻接地方式。（3） 中性点经消弧线圈接地方式。2.3 厂用母线分段及厂用电源的引接方式2.3.1 厂用母线分段：火力发电机组的高压厂用电系统采用单母线分段接线，大容量机组的公用负荷较多，容量也较大，当采用集中供电方式合理时，应将全厂公用负荷与机组本体负荷分开，由公用母线段供电。长春工程学院继续教育学院毕业设计（论文）第 10 页 共 34 页2.3.2 厂用工作电源引接方式高压厂用工作电源（变压器或电抗器）应由发电机电压回路引接，并尽量满足炉、机、电的对应要求（即发电机供给各自炉、机和主变压器的厂用负荷） ，高压厂用工作电源的各种引接方式主要有以下三种：1)当有发电机与主变压器成单