2×300MW汽轮发电机组厂用电设计毕业设计

太原工业学院毕业设计I2300MW 汽轮发电机组高压厂用电接线摘 要本论文是对发电厂厂用电进行设计，主要运用发电厂电气部分，电力系统分析，电力系统继电保护等专业知识完成。具体设计内容包括厂用电接线设计，负荷分析计算，变压器选择，电动机自启动校验，继电保护设计，防雷设计等。在严格遵循发电厂电气部分的设计原则下，并结合实际情况确定了厂用电母线电压等级为 6KV，利用换算系数法进行负荷分析计算，变压器选择低压分裂三绕组变压器，确定了合适的短路点进行短路电流计算，根据防雷保护要求确定避雷器，最后绘制了厂用电接线图。关键词：发电厂，变压器，避雷器太原工业学院毕业设计IIDesign of Power Plant of 2300MW Turbo Generator FactoryAbstractThe paper is designed towards the electricity power plant, using electrical power plants, power system analysis, power system protection and other expertise to complete. Specific design elements including electricity cable plant design, load analysis, the choice of transformers, motors start checking, relay protection design, lighting protection design and so on. The design follows strictly to the principles of the electrical power plants, combined with the actual situation, identifying the bus voltage electricity plant as 6 KV, using conversion factor method to calculate the load, choosing the low-voltage split three winding transformer, fixing the appropriate short-circuit point to calculate the short-circuit current,selecting the arrester according to the requirement of lighting protection, finally drawing the electric wiring diagram. Keyword: power plant, transformer, arrester太原工业学院毕业设计III目 录前言.1第 1 章 厂用电电压等级确定及接线设计.21.1 厂用电.21.2 厂用电的电压等级确定.21.3 厂用电接线设计.41.3.1 对厂用电接线的要求.41.3.2 厂用电接线的基本原则.41.3.3 厂用电接线形式.4第 2 章 厂用电负荷计算及变压器的选择.72.1 厂用电负荷的分类.72.2 厂用电负荷的计算原则.102.3 厂用负荷的计算方法.102.3.1 换算系数法.102.3.2 电动机计算功率确定.102.4 厂用变压器的选择.142.4.1 额定电压.142.4.2 厂用变压器的容量 .14第 3 章 厂用电动机的选择和自启动校验.183.1 厂用电动机的选择.183.2 电动机自启动.183.2.1 电动机自启动分类.183.2.2 电动机自启动时厂用母线最低电压.193.2.3 电动机自启动校验.20第 4 章 短路计算及电气设备选择.274.1 短路概念及原因.274.2 短路后果.274.3 短路计算.274.3.1 短路计算基本假设.27太原工业学院毕业设计IV4.3.2 短路计算的规定.284.3.3 短路电路计算的步骤.284.4 电气设备的选择和校验.294.4.1 电气设备选择的要求和原则.294.4.2 校验的原则及热稳定条件.304.4.3 环境条件.304.5 电气设备的选择.314.5.1 断路器参数的选择.314.5.2 隔离开关参数的选择.314.5.3 电压互感器的选择.32第 5 章 继电保护总体方案和防雷保护.345.1 主变压器保护规划.345.2 变压器保护.345.3 母线保护.355.4 防雷保护设计.365.4.1 雷电过电压的形式及危害性.365.4.2 直击雷和感应雷保护.365.4.3 雷电波入侵保护.365.4.4 避雷器的选择.37结论.38参考文献.39致谢.40附录.41太原工业学院毕业设计1前 言厂用电是电厂生产过程中生产设备、附属设备、公用设备及办公照明等过程中的消耗用电。在现代电力市场改革背景下,电厂厂用电设计关系到电厂综合成本控制目标的实现,关系到电厂节能减排目标的实现。在现代社会发展过程中,家庭用电及工业用电量需求的增加,对电厂生产能力及生产成本提出了更高的要求。因此现代电厂技术改造及新建电厂的设计中,必须加快厂用电的设计与施工管理。在现代科技快速发展的今天，居民日常用电及生产用电量日益提高。虽然我国加快了节能减排战略的实施，但是节能技术在家电及工业生产中的应用效果并不理想。针对现代电力能源需求现状，我国加快了电厂的投资与建设。为了满足电力市场竞价上网需求、满足电厂综合成本控制需求，现代电厂对厂用电的关注越来越高,通过厂用电控制，实现电厂综合生产成本控制目标。电厂建设与技改过程中必须加强厂用电接线的设计与管理。针对厂用电需求及电厂结构布局对厂用电接线线路进行设计，满足线路损耗降低、满足辅机用电需求。作为影响电厂厂用电效率的重要因素,厂用电接线设计是减少厂用电线路损耗的关键,通过厂用电线路的科学设计能够有效减少电厂用电的线路损耗,降低电厂综合生产用电消耗,满足现代电力市场改革对电厂生产成本控制的需求。在注重线路设计时，厂用电技改部门还应根据厂用电负荷需求进行变压器的选择，根据电厂变压器运行环境及成本控制需求确定变压器形式，并针对各辅机用电需求以及电厂发展规划确定厂用变压器负荷。通过科学的厂用电接线设计及基本原则的遵循，保障电厂运行中厂用电的需求，促进电厂竞价上网战略目标的实现。太原工业学院毕业设计2第 1 章 厂用电电压等级确定及接线设计1.1 厂用电发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量以电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备（如锅炉、汽轮机或水轮机、发电机等）和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。发电厂在生产电能的过程中，一方面向系统输送电能，另一方面发电厂本身也在消耗电能。厂用电的电量，大都由发电厂本身供给，且为重要负荷。其耗电量的高低与电厂类型、机械化和自动化程度、燃料种类及其燃烧方式、蒸汽参数等因素有关。厂用电系统的可靠性，对发电厂乃至整个电力系统的可靠运行都有直接的影响。任何情况下，厂用电都是最重要的负荷，必须能满足发电厂正常运行、事故处理和检修试验等的需求，尽量缩小厂用电系统发生故障时的影响范围，避免因此造成全厂停电事故。厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。一般凝汽式火电厂厂用电率为 5%8%，热电厂为 8%10%，水电厂为 0.5%2%。厂用电率是发电厂的一项重要经济指标。降低厂用电率即可降低发电成本，增大对系统的售电量，有着巨大的经济效益。1.2 厂用电的电压等级确定厂用电的电压等级是根据发电机的额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络的等因素，相互配合，经过技术经济综合比较确定的。为了简化厂用电接线，使运行维护方便，厂用电压等级不宜过多。在发电厂中，低压厂用电常采用 380V，高压厂用电电压有 3、6、10KV 等。在满足技术要求的前提下优先采用电压较低的电动机，以获得较高的经济效益；大容量的电动机采用较低电压时往往并不经济，为了正确选择高压厂用电的电压等级，需进行技术经济论证。(1)按发电机容量、电压确定高压厂用电压等级发电机组容量在 60MW 及以下，发电机电压为 10.5KV，可采用 3KV 作为高压厂用电电压；发电机电压为 6.3KV，可采用 6KV 作为高压厂用电电压。太原工业学院毕业设计3当容量在 100300MW 时，宜选用 6KV 作为高压厂用电压。太原工业学院毕业设计4当容量在 600MW 以上时，经技术经济比较可采用 6KV 一级电压，也可采用 3KV和 10KV 两级电压作为高压厂用电压。(2)按厂用电动机容量、厂用电供电网络确定高压厂用电压等级发电厂中拖动各种厂用机械设备的电动机，容量相差悬殊，从数千瓦到数千千瓦，而且和电动机的电压和容量有关。在满足技术要求的前提下，优先采用电压较低的电动机以获得较高的经济效益。这是因为高压电动机，制造容量大、绝缘等级高、磁路较长、尺寸较大、价格高、空载和负载损耗均较大，效率较低。但是，结合厂用电供电网络综合考虑，电压等级较高时，可选择截面较小的电缆或导线，不仅节省有色金属，还能降低供电网络的投资。火力发电厂采用 3KV、6KV 和 10KV 作为高压厂用电压，其特点如下。3KV 电压供电的特点3KV 电动机和 6KV 电动机约高 1%15%，价格约低 20%；将 100KW 及以上的电动机接到 3KV 电压母线上，100KW 以下的电动机一般采用380V，可使低压厂用变压器容量和台数减少；由于减少了 380V 电动机数量，使较大截面的电缆数量减少，从而减少了有色金属消耗量。6KV 电压供电的特点6KV 电动机的功率可制造的较大，200KW 以上的电动机采用 6KV 电压供电，以满足大容量负荷要求；6KV 厂用电系统与 3KV 厂用电系统相比，不仅节省有色金属和费用，而且短路电路亦较小；发电机电压若为 6KV 时，可以省去高压厂用变压器，直接由发电机电压母线经电抗器供厂用电，以防止厂用电系统故障直接威胁主系统并限制其短路电流。10kV 电压供电的特点10kV 电动机的功率可制造得更大一些，以满足大容量负荷，例如 2000kW 以上大容量电动机的要求；1000kW 以上的电动机采用 10kV 电压供电，比较经济合理；适用于 300MW 以上大容量发电机组，但不能为单一的高压厂用电压，因为它不能满足全厂所有高压电动机的要求。本设计 2x300MW 发电厂厂用电设计采用高压为 6KV，低压为 380/220V 作为厂用太原工业学院毕业设计5电压。1.3 厂用电接线设计1.3.1 对厂用电接线的要求(1)供电可靠，运行灵活。厂用负荷的供电除了正常情况下有可靠的工作电源外，还应保证异常或事故情况下有可靠的备用电源，并可实现自动切换。另外，由于厂用电系统负荷种类复杂、供电回路多，电压变化频繁，波动大，运行方式的变化多样，要求无论在正常、事故、检修以及机组启停情况下均能灵活地调整运行方式，可靠、不间断地实现厂用负荷的供电。(2)各机组的厂用电系统应是独立的。(3)全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。(4)充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动(备用)电源能在短时间内投入。(5)供电电源应尽量与电力系统保持紧密的联系。当机组无法取得正常的工作电源时，应尽量从电力系统取得备用电源，这样可以保证其与电气主接线形成一个整体，一旦机组故障时，以便从系统倒送厂用电。(6)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，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。1.3.2 厂用电接线的基本原则(1)厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；(2)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；(3)厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单；(4)设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；(5)在设计厂用电系统接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。1.3.3 厂用电接线形式发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线，并以成套配电装置接受和太原工业学院毕业设计6分配电能。因火电厂的厂用负荷大多集中在锅炉的辅助机械设备中，因此一般采用“按炉分段”的接线原则，将厂用高压母线按锅炉台数分成若干独立段。厂用电各级电压母线均采用按锅炉分段接线方式，具有下列特点： 若某一段母线发生故障，只影响其对应的一台锅炉的运行，使事故影响范围局限在一机一炉；厂用电系统发生短路时，短路电流较小，有利于电气设备的选择；将同一机炉的厂用电负荷接在同一段母线上，便于运行管理和安排检修。随着发电机组容量的不断增大，汽轮机辅机的容量也越来越大，如射水泵、凝结水泵等设备都进入了高压厂用负荷的范畴。加之大容量机组都实行机、炉单元集中控制，所以“按锅炉分段”的原则，实际已是“按机组分段”了。300MW 汽轮发电机组高压厂用电系统有两种接线方案，如图 1-1 所示。图(a)所示方案 1，不设 6KV 公用负荷母线，将全厂公