凝汽式火电厂一次部分课程设计

南华大学船山学院课程设计（论文）第 1 页 共 36 页 引 言 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。而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的 75%。本设计是对配有 2 台 600MW的汽轮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，它主要包括了四大部分，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。其中详细描述了主接线的选择、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，并对设计进行了理论分析。南华大学船山学院课程设计（论文）第 2 页 共 36 页 1 电气主接线1.1 系统与负荷资料分析（1）工程情况由原始资料可知，本设计根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为 1200MW 的凝汽式火力发电厂，发电厂安装 2 台 600MW 机组，总容量占相联电力系统总容量的 ,没有超过电力系统检修600*1MW3.75备用容量 和事故备用容量 的要求，这说明了该火电厂在未来电力系统0815中的不占主导作用和地位，主要是负责地区供电，而且年利用小时数为 6000 5000ha,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此该电厂的电气主接线要求有较高的ha可靠性。该发电机端额定电压为 20KV，电厂建成后以 6KV 电压供+给本厂负荷，厂用电为 6%。以 500KV 电压等级供给系统，架空线 3 回，属于 I 级负荷，最大输送 710MW，T max6000h/a 并以 220KV 电压等级供给负荷，架空线 5 回，也属于 I 级负荷，最大输送 330MW，T max6000h/a 。并且本设计需要做到的技术指标要求保证供电安全、可靠、经济，且功率因数达到 0.9。（2）电力系统情况该发电厂在电力系统中的作用与地位为地区电厂，地区电厂靠近城镇，电力系统总装机容量为 16000 MW，短路容量为 12000MVA，该发电厂联入系统的电压等级为 500KV。(3)负荷分析该发电厂有两个电压等级，其负荷分析分别如下 ：220KV 电压等级：有架空线 5 回，备用一回，即六回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送 330 MW，最大负荷小时数为 6000 h/a，功率因数为0.9；500KV 电压等级：有架空线 3 回，即四回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送 710 MW，最大负荷小时数为 6000 h/a，功率因数为 0.9。由于两个电压等级所联负荷均为一级负荷，且最大负荷小时数为 6000 h/a，故对主接线的可靠性要求很高。（4）环境情况南华大学船山学院课程设计（论文）第 3 页 共 36 页 由原始资料可知，当地海拔高 600m，故可采用非高原型的电气设备。当地年最高温度为 40 度，年最低温度为-32 度，最热月平均最高温度为 32 度，最热月平均最低温度为 25 度，气象条件无其他特殊要求。（5）设备情况原始资料中给出了两台发电机的容量，这里对单台 600 MW 发电机设备的型号进行选择。根据原始资料中给出了发电机的容量，课选择出发电机的型号，选择结果如表 1.1表 1.1 发电机参数发电机 型 号额 定电 压(KV)额定功率(MW)功率因数次暂态电抗暂态电抗负序电抗G-1 G-2 QFSN-600-2 20 600 0.9 0.203 0.26710.20112型号含义； 22 极 200/300 额定容量 N氢内冷 F发电机Q汽轮机 S水内冷1.2 主接线方案的拟定1.2.1 发电机-变压器单元接线600MW 发电机组大都采用发电机-双绕组变压器单元接线，如图 1.2 所示。这种接线开关设备少，操作简便，有利于实现机、炉、电的集中控制。由于省去了高压配电装置，明显地减少了设备检修工作量，以及因不设发电机电压级母线，在发电机出口可不装断路器，而在发电机和变压器之间采用分相封闭母线，使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对减小，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受制造条件或价格甚高等原因造成的困难。QSQFT图 1.2 发电机-双绕组变压器单元接线南华大学船山学院课程设计（论文）第 4 页 共 36 页 表 1.3 上海汽轮发电机有限公司 600MW 发电机组主要技术规范型号 QFSN-600-2 相数 3 相型式 水氢压 额定氢压（MPa） 0.4额定容量 MVA 667 效率 99%额定功率 MW 600 短路比 0.54最大连续出力 MW 660 负序电抗 20.3%功率因素（滞后） 0.9 零序电抗 9.59%额定电压 kV 20 直轴瞬变电抗 26.5%额定电流 A 19250 横轴瞬变电抗 39.5%额定转速 r/min 3000 直轴超瞬变电抗 20.5%频率 HZ 50 横轴超瞬变电抗 20.1%南华大学船山学院课程设计（论文）第 5 页 共 36 页 1.3 主接线方案1) 220KV 电压等级：出线为 6 回架空线路，承担一级负荷，为使其检修出线断路器时不停电，采用双母线带旁路母线的接线优点：增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。缺点：多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作。图 1.4 双母线接线方式2）500KV 电压等级：出线为 4 回架空线路，承担一级负荷，为了保证供电可靠性，可采用双母线四分段接线或者一台半断路器接线。但进出线共 8 回及以下时，双母线四分段接线较贵（进出线 6 回时，共需 10 台断路器） ，占地面积大，综上，我们选择一台半断路器接线。南华大学船山学院课程设计（论文）第 6 页 共 36 页 图1.5 一台半断路器接线1.4 厂用电接线方式的选择厂用电接线除应满足正常运行安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足：(1) 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）电源能在短时内投入。(2) 尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。对于 200MW 及以上的大型机组，厂用电应是独立的，以保证一台机组故障停运或其辅助机械的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。(3) 便于分期扩建或连续施工，不致中断厂用电的供应。对公用厂用负荷的供电，须结合远景规模统筹安排，尽量便于过渡且少改变接线和更换设备。(4) 对 200MW 及以上的大型机组应设置足够容量的交流事故保安电源。(5) 积极慎重地采用经过试验鉴定的新技术和新设备，使厂用电系统达到先进性、经济合理，保证机组安全满发地运行。1.4.1 火力发电厂厂用电接线的设计原则南华大学船山学院课程设计（论文）第 7 页 共 36 页 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，使其具有可行性和先进性。实践经验表明：对于火电厂，当发电机容量在 60MW 及以下，发电机电压为10.5KV 时，可采用 3KV 作为厂用高压电压；当容量在 100MW300MW 时，宜选用 6KV 作为厂用高压电压；当容量在 300MW 以上时，若技术经济合理，可采用3KV 和 10KV 两段电压。火电厂厂用电率较大，为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，且便于运行、检修，一般都采用“按炉分段”的接线原则，即将厂用电母线按锅炉的台数分成若干独立段，既便于运行、检修，又能使事故影响范围局限在一机一炉，不致影响正常运行的完好机炉。低压 380/220V 厂用电的接线，对大型火电厂，一般采用单母分段接线，即按炉分段。1.4.2 厂用电接线形式的拟定600MW 汽轮发电机组高压厂用电系统常用的有两种供电方案，见图 1.6。方案（图 1.6，a）为不设 6KV 公用负荷段，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B 段母线上，而方案 II（图 1.6，b）为单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用负荷段正常由起动备用变压器供电。厂用高压变压器启动备用变压器去启动备用变压器厂用高压变压器6 66 66公用 公用600 600（a） （b）图 1.6 高压厂用电系统供电方案（a） 不设公用负荷母线；（b）设置公用负荷母线南华大学船山学院课程设计（论文）第 8 页 共 36 页 方案 II 的优点是公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。其缺点是由于公用负荷集中，并因起动备用变压器要用工作变压器作备用(若无第二台起动备用变压器作备用时)，故工作变压器也要考虑在起动备用变压器检修或故障时带公用段运行。因此，起动备用变压器均较方案 I 变压器分支的容量大，配电装备也增多，投资较大。方案 I 的优点是公用负荷分接于不同机组变压器上，供电可靠性高、投资省，但也由于公用负荷接于各机组公用母线上，机组工作母线清扫时，将影响公用负荷的备用。另外，由于公用负荷分接于两台机组的公用母线上，因此，在#1 机发电时，必须也安装好#2 机的 6kV 厂用配电装置，并用起动备用变压器供电。由于二种方案各有优、缺点，应经过技术经济比较后选定。而本设计采用上述方案 II，厂用电压共分两级，高压为 6kV，低压为380/220kV，厂用高压设全厂 6kV 公用厂用母线。2 变压器的选择变压器的选择包括容量、台数、型式和结构的选择。(1) 单元接线的主变压器容量的确定原则单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有 10%的裕度来确定。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。两台主变压器的容量为 600-6006%=564MW，600MW 发电机的功率因素为0.9，所以这两台变压器的容量为 564(1+0.1) /0.9=689.3MVA(2) 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下，网络间的有功功率和无功功率交换，一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，南华大学船山学院课程设计（论文）第 9 页 共 36 页 以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求。同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。这里选择两台三绕组变压器。（3）厂用变压器的选择 厂用变压器的选择通常是满足发电厂的正常运行安全，可靠，灵活，经济等要求，同时，也需要考虑发电机在检修的时候的方便需求，充分考虑电厂正常，事故，检修，启动等运行方式下的供电要求，需要尽可能的满足操作简便，启动备用电源的时候能在短时间内能尽快投入；尽亮减少厂用电系统故障影响范围，尽量避免全厂停电的事故。在对于 200MW 的机组，我们需要独立的供电方式，以保障厂用供电的安全。本次设计厂用电系统主接线采用单母线分段接线方式，厂用电分别从两台发电机的出口端引接，因此，需要两台厂用变压器。由于两台发电机都属于大中型机组，为限制短路电流，提高可靠性，两台变压器均采用低压分裂绕组变压器.联络变压器的高压侧电压为 20KV，作厂备用电源通过低压分裂绕组降压变压器 20/6.3/6.3 分别接至两段公用母线上。这个低压分裂绕组降压变压器选择 SFF9-50000/20。 厂用电通常采用 6KV 电压等级，所以对应于 600MW 机组的厂用变压器，由于机端电压为 20KV，其各侧电压为 20/6.3/6.3，容量为 6006%/0.9=40MVA，选用双分裂两绕组变压器。(4) 变压器台数的确定原则发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于 2 台；而对弱联系的中、小型发电厂和低压侧电压为 6-10KV 的变电所或与系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设 3 台主变压器。(5) 主变压器型式和结构的确定原则选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。在 330KV 及南华大学船山学院课程设计（论文）第 10 页 共 36 页 以下电力系统，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，增加了维修工作量。对于大型三相变压器，当受到制造条件和运输条件的限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器来取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。一般当最大机组容量为 125MW 及以下的发电厂多采用三绕组变压器，对于最大机组容量为 200MW 及以上的发电厂，通常采用双绕组变压器加联络变压器。当采用扩大单元接线时，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样可以大大限制短路电流。变压器三绕组的接线组别必须与系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星型“Y”和三角形“D”两种。变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。我国规定，110KV 及以上电压等级，变压器三绕组都采用“YN”连接；35KV 采用“Y”连接，其中性点通过消弧线圈接