参考论文(4×25MW+2×100MW火力发电厂电气部分设计).doc

i 目录 摘要 i abstract ii 第 1 章 绪论 1 1 1 选题意义 1 1 2 近几年我国火电行业的发展概况 1 1 3 原始资料分析 2 1 3 1 设计题目及原始资料 2 1 3 2 设计内容 4 1 3 3 设计成品 4 第 2 章 电气主接线部分 5 2 1 电气主接线概述 5 2 1 1 电气主接线的概念 5 2 1 2 对电气主接线的基本要求 5 2 1 3 主接线的基本形式和特点 6 2 2 各电压等级的连接 7 2 2 1 6 3 千伏侧 7 2 2 2 220 千伏侧 8 2 2 3 66 千伏侧 9 2 2 4 各电压等级的连接 9 2 3 主变压器的选择 10 2 3 1 主变压器相关参数的确定 10 2 3 2 本厂主变压器的选择 12 第 3 章 厂用电接线 14 3 1 厂用电概述 14 3 1 1 厂用电系统 14 3 1 2 厂用电负荷分类 14 ii 3 1 3 厂用供电电源 15 3 2 厂用电接线的设计原则和接线形式 16 3 2 1 厂用电接线的要求和设计原则 16 3 2 2 厂用电系统的电压等级 17 3 2 3 厂用电系统中性点接地方式 17 3 3 厂用变压器的选择 18 3 3 1 火电厂主要厂用电负荷 18 3 3 2 厂用变压器的选择 18 第 4 章 短路电流计算 20 4 1 短路的原因和危害 20 4 2 短路电流计算 21 4 2 1 短路电流计算的目的和假定条件 21 4 2 2 短路点的选择 21 4 2 3 短路电流计算步骤 22 第 5 章 电气设备选择 25 5 1 发电厂主要电气设备 25 5 1 1 电气一次设备及其作用 25 5 1 2 电气二次设备及其作用 25 5 2 电气设备选择的一般条件 25 5 3 断路器和隔离开关的选择 28 5 3 1 断路器的选择 28 5 3 2 隔离开关的选择 30 5 4 母线的选择 30 5 4 1 硬导体的选择 30 5 4 2 软导线的选择 31 5 4 3 本厂各段导线选择 31 5 5 电抗器的选择 33 1 第 1 章 绪论 1 1 选题意义 进入 21 世纪我国如何发展热电事业 是目前热电行业中最关心的问题 而热电行业必须走可持续发展的道路又是行业的共识 也是热电事业快速 健 康发展的必由之路 热电事业的可持续发展必须在市场经济规律条件下取得经 济效益和环境效益才算取得成效 此外 热电企业又是资金 科学技术密集型 企业 初投资很大 一旦出现偏差 不仅资金损失大 也会影响其它行业的生 存或发展 因此 坚持热电事业的规划 设计 管理等多方面的科学优化与决 策不断推进热电事业的技术进步 使企业具有经济效益和环境效益 才算走上 热电事业可持续发展之路 本文对我国热电事业可持续发展进行了简要分析 以供讨论 现在 我国电力工业实行 政企分开 省为实体 联合电网 同一调度 集资办电 的方针 使得电力工业在国民经济中的地位越来越重要 一切大规 模工农业生产 交通运输和人民生活都需要大量的电能 电力是工农业生产不 可缺少的动力 并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面 电力建设是随国 民经济发展而发展的 现在电能的利用已远远超出作为机器动力的范围 电力 工业已成为国民经济现代化的基础 世界上按人口平均的用电量 是反映一个 国家现代化的主要指标之一 但是 我国的电能却十分短缺 电负荷和热负荷较以前都有大幅上升 如 果能实现热电联产 达到节约能源 减少燃料消耗 保护生态环境的目的 将 对我国的电力建设非常重要 所以 我国应在全国范围内因地制宜发展供热式 火力发电厂 使电能为国民经济和人民生活发挥更巨大的作用 1 2 近几年我国火电行业的发展概况 电力行业是国民经济中具有先行性的重要基础产业 而火电又是电力行业 当中比重最大的一个子行业 2005 年 1 6 月份 全国全社会用电总量达到了 11486 99 亿千瓦时 比 去年同期增长 13 91 预计全年用电量将达到 24560 亿千瓦时 同比增长 13 全国第一产业用电量 340 45 亿千瓦时 同比增长 5 82 第二产业用电 量 8695 77 亿千瓦时 同比增长 14 17 第三产业用电量 1154 07 亿千瓦时 2 同比增长 9 13 城乡居民生活用电量增幅上升明显 上半年 由于冬季采暖负荷增加和家 用电器用电量的提高 城乡居民生活用电量达到 1296 69 亿千瓦时 同比增长 19 11 增幅较去年同期提高了 11 3 个百分点 高出全社会用电量的增速 5 2 个百分点 2005 年上半年 全国发电量 11286 32 亿千瓦时 比去年同期增长 13 2 其中火电 9406 34 亿千瓦时 同比增长 11 8 全国电力生产能力稳步增长 2004 年 全国装机容量超过 4 4 亿千瓦 截至去年 6 月底 全国装机容量达到 4 6 亿千瓦 其中 中央集团企业合计装 机容量达到 19086 亿千瓦 同比增长 11 04 占全国总装机容量的 41 5 累计完成发电量 5013 92 亿千瓦时 同比增长 14 55 占全国发电量的 44 42 火电装机容量也增长迅速 2004 年 火电装机容量达到 32490 万千瓦 较上年增长 12 12 2005 年上半年 全国新投产机组容量 2006 万千瓦 其中 火电机组 1740 万千瓦 火电机组累计达到 34230 万千瓦 伴随着装机容量的不断增加 火电的发电量也逐年增加 2004 年 火力 发电 18073 亿千瓦时 比上年增加 14 46 2005 年 1 6 月 火电发电量达 到 9406 34 亿千瓦时 占上半年全国发电总量的 83 3 尽管火电所占的比重很大 但随着电煤价格近年来的不断攀升 从 2004 年开始 火电上市公司毛利率一路呈下滑趋势 2005 年一季度 火电企业的 盈利情况亦不容乐观 2005 年 4 月 30 日国家发改委宣布 5 月 1 日起全国销售 电价平均每千瓦时提高 2 52 分 煤电联动政策出台之后的首次联动开始实施 受该政策实施的影响 从二季度开始 火电企业的压力开始逐步缓解 1 3 原始资料分析 1 3 1 设计题目及原始资料 设计题目 4 25mw 2 100mw 火力发电厂电气部分设计 1 厂址概况 所要设计的新建电厂地处某新建工业区的中心 所用的燃料为附近煤矿的 褐煤 并且储量很大 厂区附近有河流流过 水源丰富 并且有公路 铁路经 过 交通比较便利 对建厂很有利 不必过多考虑燃料 厂址地理条件较好 地势平坦 这有利于配电装置的排列和布置 本地区为 5 级地震区 对建筑无 3 损害 因此设计时可不必考虑 冻土层深 1 8 米 复冰厚度 10mm 最大风速 25 米 秒 本厂共有 6 台机组 4 台 25mw 和 2 台 100mw 的发电机 厂址在某新 建工业区的中心 以 220kv 向较远 2 大用户供电 并以双母线 220kv 线路和系 统相连 以 66kv 向较近 4 大用户供电 以发电机电压等级 6 3kv 向附近的工 厂供电 属于中型火力发电厂 在系统中的地位很重要 2 机组参数 本厂的发电机机组参数见表 1 1 表 1 1 机号 项目 1 2 3 4 号 发电机 5 6 号 发电机 制造厂哈尔滨电机厂 型式tq 25 2qfn 100 2 容量 kva 电压 v 31250 6300 117500 10500 电流 a cos 纵轴超瞬变电抗 2860 0 8 14 5 6475 0 85 18 3 转数 转 分 周波 周 秒 3000 50 3000 50 转子电流 a 结线 极数 396 2 y 2 1644 2 y 2 3 负荷资料 表 1 2 66kv 电压等级负荷 综合最大负荷 120mw 序 号 用户名称最大负 荷 kv 距离 km 线路数利用小 时 1哈热线400002026000 2热南线300002026000 3热公线500001725000 4热建线300002524500 表 1 3 6 3kv 电压等级负荷 综合最大负荷 70mw 4 序号用户名 称 最大负荷 距离 线路 数 类型利用小 时 轴承厂7 架空4500 纤维线 架空4500 汽轮线 架空5000 轧钢厂 架空4500 东光线 架空6000 修造线 架空6000 林机线 架空6000 锅炉线 架空5000 电碳线 架空5000 1 粮库线 架空5000 1 3 2 设计内容 1 选择确定发电厂电气主接线 2 选择厂用电接线 高压部分 3 短路电流计算 4 电气设备选择 电气主接线中的隔离开关 断路器 厂用电路中的高压 厂用母线 电缆的选择 1 3 3 设计成品 1 设计说明书 附录 3 短路电流计算书 附录 4 设备选择计算书 2 图纸部分 1 发电厂电气主接线图 第 2 章 电气主接线部分 5 2 1 电气主接线概述 2 1 1 电气主接线的概念 电气主接线是发电厂 变电站电气设计的首要部分 也是构成电力系统 的主要环节 对电气主接线的基本要求大致可以包括可靠性 灵活性和经济性 三方面 电气主接线是由电气设备通过连接线 按其功能要求组成接受和分配电能 的电路 成为传输强电流 高电压的网络 故又称为一次接线或电气主系统 1 主接线电路图的定义是 用规定的电气设备图形符号和文字符号并按规定 顺序排列 详细的表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线 接线图 主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构 使电力系统网 1 络结构的主要组成部分 直接影响运行的可靠性 灵活性并对电气选择 配电 装置布置 继电保护 自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系 2 1 2 对电气主接线的基本要求 对电气主接线的基本要求 概括地说应包括可靠性 灵活性和经济型三方 面 1 1 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务 保证供电可靠是电气主接线 最基本的要求 停电不仅给发电厂造成损失 而且给国民经济各部门带来的损 失经更加严重 在经济发达地区 故障停电的经济损失是实时电价的数十倍至 上百倍 至于导致人身伤亡 设备损坏 产品报废 城市生活混乱等经济损失 和政治影响 更是难以估量 因此 电气主接线必须保证供电可靠 2 灵活性 电气主接线应能适应各种运行状态 并能灵活地进行运行方式 的转换 包括操作的方便性 调度的方便性和扩建的方便性 3 经济性 在设计主接线时 主要矛盾往往发生在可靠性与经济型之间 通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理 包括节省一次投资 占地面积少和电能损耗少 2 1 3 主接线的基本形式和特点 1 双母线及双母线接线 双母线接线具有两组母线 如图 2 1 中 为工作母线 为备用母线 两 6 组母线通过母线联络断路器 qf 连接 每一回线路都经过线路隔离开关 断路 器和两组母线隔离开关分别与两组母线连接 图 2 1 双母线接线 qf 母线联络断路器 简称母联 双母线接线与单母线相比 停电的机会减少了 必需的停电时间缩短了 运行的可靠性和灵活性有了显著的提高 双母线接线在扩建时比较方便 但是 设备较多 投资较大 配电装置较为复杂 为了提高接线的可靠性和灵活性 可以将双母线接线的工作母线分为两段 可看做是单母线分段和双母线相结合的一种形式 它增加一台分段断路器和一 台母联断路器 这种接线具有单母线分段和双母线两者的特点 任何一段母线 故障或检修时仍可保持双母线并列运行 有较高的可靠性和灵活性 2 双母线带旁路母线接线 双母线可以带旁路母线 用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作 使 该回路不致停电 双母线带旁路母线接线有好多接线形式 这里只介绍常用的一种接线形式 如图 2 2 所示 既有母线联络断路器 又有专用旁路断路器 这种接线运行方 便灵活 但投资较大 7 图 2 2 双母线带旁路母线接线 当 110kv 出线为 7 回及以上 220kv 出线为 5 回及以上时 可采用有专 用旁路断路器的双母线带旁路母线接线 对于在系统中居重要地位的 110kv 出线在 6 回及以上和 220kv 出线在 4 回及以上时 也可装专用旁路断路器 2 2 各电压等级的连接 2 2 1 6 3 千伏侧 容量为 12 60mw 的发电机 当有发电机电压直配线时 应根据地区网络 的需要 采用 6 3kv 或 10 5kv 19 本次设计的发电厂即采用 6 3 kv 的直配 线 单机容量为 60mw 及以下高压供热式汽轮发电机组的发电厂中 接在发电 机电压母线上的主变压器台数不得少于 2 台 7 因此 本次设计中四台 25mw 的发电机组和两台 100mw 发电机组均设置发电机电压配电装置 由于本厂设有四台较小容量发电机组 所以选择主接线为仿前苏联三层三 走廊式主接线 它可以很好的将四台机组联系在一起 并且有占地面积小 运 行稳定等优点 不足之处是维护起来较为复杂 图 2 3 为 6 3kv 侧母线 接线形式为三层三走廊式主接线 8 图 2 3 三层三走廊式主接线 2 2 2 220 千伏侧 本次设计中 虽然 220kv 母线只有两条出线 但是根据双母线接线具有供 电可靠 调度灵活 扩建方便的特点 同时考虑了未来的长远发展的情况下 在 220kv 母线的选择上依然选择了双母线接线 这种接线方式 双母线两组母线同时工作 电源与负荷平均分配在两组母 线上 图 2 4 为 220kv 侧的主接线 接线形式为双母线接线 图 2 4 双母线接线 2 2 3 66 千伏侧 9 由任务书可知 66kv 侧有 4 回出线向较远的 4 大用户供电 按规定 35 60kv 配电装置当连接的电源较多 负荷较大时 一般采用双母线接线形 式 又按规定采用双母线或单母线 35 66kv 的配电装置 当断路器为少油型 或压缩空气型时 除断路器有条件停电检修外 应设置旁路设施 66kv 出线 4 回及以上时宜采用带专用旁路断路器的旁路母线 由任务书可知 4 大用户为 哈热线 热公线 热南线 热建线 都为相当重要的用户 没有条件停电检修 所以 66kv 侧采用双母线加旁路接线 图 2 5 为 66kv 侧的主接线 接线形式为 图 2 5 带专用旁路断路器的双母线带旁路母线接线 2 2 4 各电压等级的连接 根据以上的分析 再根据实际的情况考虑 然后将各个电压等级相连接 最终选择的电气主接线的形式如图 2 6 所示 10 图 2 6 最终选择的电气主接线图 2 3 主变压器的选择 2 3 1 主变压器相关参数的确定 主变压器的容量 台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构 它的确 定除依据传递容量基本原始资料外 还应根据电力系统 5 10 年发展规划 输 送功率大小 馈线回路数 电压等级以及接入系统的紧密程度等因素 进行综 合分析和合理选择 16 1 主变压器容量的确定 1 具有发电机电压母线接线的主变压器 当发电机全部投入运行时 在满足发电机电压供电的日最小负荷 并扣 除厂用负荷后 主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入 11 系统 当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时 主变压器应能 从电力系统倒送功率 保证发电机电压母线上最大负荷的需要 此时 应适当 考虑发电机电压母线上负荷可能的增加以及变压器的允许过负荷能力 若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时 当其中容量最大的 一台因故退出运行时 其它主变压器在允许正常过负荷范围内 应能输送剩余 功率的 70 以上 火电厂主变压器应具有从系统倒送功率的能力 以满足发电机电压母线 上最大负荷的要求 根据系统经济运行的要求 如充分利用丰水季节的水能 而限制火电厂 的输出功率 此时火电厂的变压器应具有从系统倒送功率的能力 以满足发电 机电压母线上最大负荷的要求 根据上述原则 本次设计中选择了容量为 50000kva 的主变压器 2 单元接线的主变压器 单元接线时的变压器容量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 其容量应按单元 接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定 3 连接两种升高电压母线的联络变压器 应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下 网络间有功功率和无功 功率交换 其容量一般不小于接于两种电压母线上最大一台机组的容量 为了布置和引线方便 联络变压器通常只选一台 最多不超过两台 2 2 主变压器台数的确定主变压器台数的确定 1 与系统具有强联系的大 中型发电厂和枢纽变电所 在一种电压等级 下 主变压器应不少于两台 16 2 与系统联系较弱的中 小型电厂和低压侧电压为 6 10kv 的变电所或 与系统联系只是备用性质时 可只装一台主变压器 16 3 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所 可设三台主变压 器 16 根据以上确定条件可以选择火力发电厂主变压器 此外 带负荷调压变压 器 可以在不停电的情况下调节分接头 调整电压值 并且在以下情况下比普 通变压器合理 12 1 具有可送工作特点 2 功率潮流变化较大 3 发电机常在低功率因数下运行 根据原则 本次设计选择了 2 台主变压器 根据接线 选择了两台发电机 变压器 除此之外 一般宜选用普通分接头变压器 当综合考虑继电保护 通讯干 扰和系统发展因素进行分析比较后 如果技术经济合理时 可选用全星形连接 的变压器 否则仍应选用普通星角连接组别的变压器 3 3 绕组数的确定绕组数的确定 1 当最大机组容量为 125mw 及以下的发电厂 当有两种升高电压向用户 供电或与系统连接时 可以采用二台双绕组或三绕组变压器 但采用三组变压 器时 其每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的 15 及以上 否则绕 组未能充分利用 反而不如选择两台双绕组变压器显得经济合理 7 2 对于最大机组为 200mw 及以上发电厂 由于机组容量大 额定电流及 短路电流都甚大 发电机出口断路器制造困难 价格又比较昂贵 且对供电可 靠性要求较高 所以 一般与双绕组变压器构成单元连接比较合理 7 3 在 110kv 及以上中性点直接接地系统中 凡需选用三绕组变压器的场 所 均可优先选用自耦变压器 它损耗小 体积小 效率高 但限制短路电流 的效果比较差 变比不宜过大 7 根据原则 本次设计中最大机组容量为 100mw 所以选择两台双绕组变压 器 另外根据设计要求 发电机变压器采用两台三绕组变压器 4 4 变压器型号 变压器型号 表示相数和材料 5 第一部分 表示相 s 三相 d 单相 第二部分 表示冷却方式 j 油浸自冷 f 油浸风冷 s 油浸水冷 n 氮气冷却 p 强迫油循环 g 干式 fp 强迫油循环风冷 sp 强迫油循 环水冷 第三部分 表示绕组数 s 三绕组 双绕组不表示 第四部分 表示变压器的特性 z 带负荷调压 q 全绝缘 l 铝芯 铜芯不表示 o 自耦 o 放在型号第一位表示降压自耦变压器 o 放在型号最后一位表示升压自耦变压器 2 3 2 本厂主变压器的选择 13 变压器的容量应与发电机容量相配选 故应选择发电机 变压器与主变压 器如下表 2 1 和标 2 2 所示 表 2 1 发电机 变压器参数 设备名称 5 发电机 变压器 6 发电机 变压器 容量 kv 120000 120000 120000 额定电压 kv 高压 中压 低压 220 2 2 5 66 10 5 阻抗 高压 中压 低压 23 2 7 93 16 54 23 42 7 73 14 2 冷却方式强油导向式风冷 结线方式 y0 y0 12 11 制造厂沈空后军械雷达修理厂 型号 sffs3 120000 220 表 2 2 主变压器参数 额定电压 kv 额定电流 ka 设备 名称 容量 kva 高压低压高压低压 阻抗 1 主变 5000066 8 2 5 6 3437 445829 93 2 主变 5000066 8 2 5 6 3437 445829 93 设备 名称 冷却 方式 结线方式制造厂型号 1 主变 油浸 风冷 y0 11 哈尔滨 sfp10 50000 66 2 主变 油浸 风冷 y0 11 哈尔滨 sfp10 50000 66 14 第 3 章 厂用电接线 3 1 厂用电概述 3 1 1 厂用电系统 发电厂在启动 运转 停役 检修过程中 有大量由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 照明用电设备等都属于厂用负荷 总的耗电量 统称为厂用电 1 厂用电的可靠性 对电力系统的安全运行非常重要 随着超临界参数大容 量机组 双水内冷发电机冷却方式 计算机实时控制的采用以及核电厂的出现 对厂用电的可靠性提出了更高的要求 提高厂用电可靠性的目的 是使电厂长 期无故障运行 不致因厂用电局部故障而被迫停机 为此必须认真考虑合理厂 用供电电源的取得方式 工作电源和接线方式 此外 还应配备完善的继电保 护与自动装置 合理配置厂用机械 并正确选择电动机类型 容量和台数 在 运行中需对厂用机械进行正确维护和科学管理 厂用电的电量 大都由发电厂本身供给 其耗电量与电厂类型 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 厂用电耗电量占 发电厂全部发电量的百分数 称为厂用电率 8 厂用电率是发电厂运行的主要 经济指标之一 一般凝汽式或电厂的厂用电率为 5 8 热电厂为 8 13 水 电厂为 0 5 1 0 15 降低厂用电率不仅能降低电能成本 同时也相应地增 大了对电力系统的供电量 3 1 2 厂用电负荷分类 厂用电负荷 根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危 害程度 按其重要性可分为四类 1 1 类厂用负荷 凡是属于短时 手动切换恢复供电所需要的时间 停 机会造成主辅设备损坏 危机人身安全 主机停运及影响大量出力的厂用负荷 都属于 类负荷 如火电厂的给水泵 凝结水泵 引风机 送风机 给粉机等 以及水电厂的调速器 压油泵 润滑油泵等 2 类厂用负荷 允许短时停电 几秒至几分钟 恢复供电后 不致造 成生产紊乱的厂用负荷 均属于 类厂用负荷 如火电厂的工业水泵 疏水泵 15 灰浆泵 输煤设备和化学水处理设备等 以及水电场中大部分厂用电动机 3 类厂用负荷 较长时间停电 不会直接影响生产 仅造成生产上不方 便的厂用负荷 都属于 类厂用负荷 如实验室 修配厂 油处理室的负荷等 4 事故保安负荷 在 200mw 及以上机组的大容量电厂中 自动化程度较高 要求在事故停机过程中及停机后的一段时间内 仍必须保证供电 否则可能引 起主要设备损坏 重要的自动控制失灵或危机人身安全的负荷 成为事故保安 负荷 按对电源要求的不同它又可分为 直流保安负荷 如发电机的直流润 滑泵 事故氢密封油泵等 交流保安负荷 如盘车电动机 交流润滑油泵 交流密封油泵等 5 不间断供电负荷 在机组运行期间 以及正常或事故停机过程中 甚至 在停机后的一段时间内 需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷 称为不间 断供电负荷 如实时控制用的计算机 热工保护 自动控制和调节装置等 3 1 3 厂用供电电源 1 厂用电工作电源 发电厂或变电所的厂用工作电源 是保证正常运行的基本电源 不仅要求 电源供电可靠 而且应满足各级厂用电电压负荷容量的要求 通常 工作电源 应不少于两个 现代发电厂 一般都投入系统并联运行 即使发电机组全部停 止运行 仍可从电力系统倒送电能供给厂用电源 本次设计的发电厂即采用了 这样的配置 一方面从发电机得到电能 另一方面将厂用电系统连接到电网以 保证供电的可靠性 2 厂用电备用电源 1 厂用备用电源 厂用备用电源主要用于事故情况失去工作电源时 起后备作用 又称事故 备用电源 而启动电源系指在厂用工作电源完全消失情况下 为保证使机组快 速启动 向必要的辅助设备供电的电源 这些辅助设备在正常运行时由工作电 源供电 只有当工作消失后 才自动切换到启动电源供电 因此 启动电源实 质上也是一个备用电源 我国目前对 200以上大型机组 为了确保机组安mw 全和厂用电的可靠才设置厂用启动电源 且以启动电源兼作事故备用电源 统 称启动 备用 电源 2 厂用备用电源的数量 8 厂用高压或低压工作电源在 6 个及以下时 只装设一个备用电源 并与 16 第一个工作电源同时设置 工作电源在 7 个及以上时 应装设第二个备用电源 并与第 7 个工作电源同时设置 在下列任一情况下 第二个备用电源可提前与第 6 个工作电源同时装设 a 有较多的厂用工作电源均带有两段母线时 b 在连续扩建的条件下 为便于过渡时 c 工作和备用电源均在发电机电压主接线上 而备用电源不可避免要与供 给几台较大容量锅炉的工作电源接于同一主母线时 第二备用电源可提前与第 五或第四个工作电源同时装设 实行交叉备用 3 事故保安电源 对于 300及以上的大容量机组 当厂用工作电源和备用电源都消失时 mw 为确保在事故状态下能安全停机 事故消除后又能及时恢复供电 应设置事故 保安电源 本次设计中将不予以考虑 3 2 厂用电接线的设计原则和接线形式 3 2 1 厂用电接线的要求和设计原则 厂用电接线的设计应按照运行 检修和施工的要求 考虑全厂发展规划 积极慎重地采用成熟的新技术和新设备 使设计达到经济合理 技术先进 保 证机组安全 经济地运行 1 厂用电接线应满足如下要求 各机组的厂用电系统应该是独立的 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 在厂用电接线中不 应存在可能导致切断多于有一个单元机组的故障点 更不应存在导致全厂停电 的可能性 应尽量缩小故障影响范围 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 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 厂用电接线的设计原则与主接线的设计原则基本相同 主要有 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 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 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 设计时还应适当注 17 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 在设计厂用电接线时 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 8 3 2 2 厂用电系统的电压等级 厂用电系统的电压等级要根据发电机额定电压 厂用电系统的可靠性和经 济性等多方面因素综合考虑 发电厂厂用电压等级不能太多 一般分为高压和 低压两级 低压级为 0 4kv 380 220v 高压级可在 3 6 10kv 中选用一种 超大大容量机组 如 600mw 则可选用两级高压 厂用电电压的选择原则 8 1 当发电机电压为 6 3kv 时 采用 6kv 2 当发电机电压为 10 5kv 时 采用 3kv 当采用燃油锅炉时 由于高压 电动机台数较少 厂用电电压也可选用 6kv 但在设计中 由于系统容量较大 超过 300mw 在技术经济合理的情况下 也可采用两种高压厂用电压 3 125mw 机组一般采用 6kv 当技术经济合理时也可采用 3kv 4 发电机的电压和容量不同时 应优先采用统一的 3kv 或 6kv 只有经 济上有显著优势时 才可采用 3kv 和 6kv 并存的厂用电系统 根据以上原则本厂的厂用电系统采用 6kv 的电压等级 3 2 3 厂用电系统中性点接地方式 1 高压厂用电系统中性点接线方式 高压 3 6 10kv 厂用电系统中 性点接地方式的选择 与接地电容电流的大小有关 1 中性点不接地方式 当高压厂用电系统发生单相接地故障时 流过短路点 的电流为电容性电流 且三相线电压基本平衡 中性点经高电阻接地方式 高 压厂用电系统的中性点经过适当的电阻接地 可以抑制单相接地故障时健全相 的过电压倍数不超过额定相电压的 2 6 倍 避免故障扩大 中性点经消弧线圈 接地方式 在这种接地方式下 厂用电系统发生单相接地故障时 中性点的唯 一电压产生感性电流流过接地点 补偿电容电流 将接地点的综合电流限制到 10a 以下 达到自动熄弧 继续供电的目的 由于接地电容电流小于 10a 所以本厂的高压厂用电系统选择采用中性点 不接地方式 2 低压厂用电系统中性点接地方式主要有中性点经高电阻接地和中性点 18 直接接地两种接地方式 1 中性点经高电阻接地方式 接地电阻值的大小以满足所选用的接地指示装 置动作作为原则 但不应超过电动机带单相接地运行的允许电流值 一般按 10a 考虑 中性点直接接地方式 在低压厂用电系统中 发生单相接地故障 时 中性点不发生位移 防止了相电压出现不对称和超过 250v 保护装置立 即动作于跳闸 火力发电厂低压厂用电系统 特别是原有低压厂用电系统采用 中性点直接接地的扩建电厂和主厂房外供给 类负荷的辅助车间 宜采用 中性点直接接地方式 在本次设计中采用中性点经高电阻接地方式 而且火力发电厂的低压厂用 电系统一般均可采用此种方式 3 3 厂用变压器的选择 3 3 1 火电厂主要厂用电负荷 火电厂的厂用电负荷包括全厂机 炉 电 燃运等的用电设备 面广量大 且随各电厂机炉类型 容量 燃料种类 供水条件等而差异较大 1 例如 高 温高压电厂比同容量的中温中压电厂的给水泵容量大 大容量机组的辅助设备 比中 小型机组要多且功率大 开式循环冷却方式比闭式冷却方式的耗电量要 小 各种燃料的发热量不同 需要的风量不同 风机容量也不同 同时除尘设 备也不尽一样 若电厂采用汽动给水泵则可大大减少厂用变压器容量等 一般 厂用变压器连接在厂用母线段上 而用电设备由母线引接 3 3 2 厂用变压器的选择 1 额定电压 厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压 确定 变压器一 二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致 9 2 工作变压器的台数和型式 工作变压器的台数和型式主要与厂用高压母线的段数有关 而母线的段数 又与厂用高压母线的电压等级有关 当只有 6kv 一种电压等级时 厂用高压工 作变压器可选用 1 台全容量的分裂绕组变压器 两个分裂支路分别供两段母线 或选用 2 台 50 容量的双绕组变压器 分别供两段母线 9 本厂即采用 2 台 50 容 量的双绕组变压器 分别供两段母线 19 3 厂用变压器的容量 厂用变压器的容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率 因此 对 厂用高压工作变压器的容量应按常用高压计算负荷的 110 左右的裕度 9 4 厂用变压器的阻抗 变压器的阻抗是厂用变压器的一项重要指标 厂用工作变压器的阻抗要求 比一般动力变压器的阻抗大 这是因为要限制变压器低压侧的短路容量 否则 将影响到开关设备的选择 一般要求阻抗应大于 10 9 厂用工作变压器如 果选用分裂绕组变压器 则能在一定程度上缓解上述矛盾 因为分裂绕组变压 器在正常工作时具有较小阻抗 而分裂绕组出口短路时则具有较大的阻抗 根据以上的原则 本次设计所选用的如下表所示 表 3 1 厂用高压变压器相关参数 额定电压 kv 额定电流 ka 设备 名称 容量 kva 高压低压高压低压 阻抗 1 厂高 变 1000010 5 2 2 5 6 355091812 2 厂高 变 1000010 5 2 2 5 6 355091812 3 厂高 变 1600010 5 6 3923 81466 310 4 设备 名称 冷却 方式 结线方式制造厂型号 1 厂高 变 油浸 风冷 y y 12 哈尔滨 sjl1 10000 10 2 厂高 变 油浸 风冷 y y 12 哈尔滨 sjl1 10000 10 3 厂高 油浸 风冷 y y 12 辽阳变压器厂 sf7 16000 10 20 变 第 4 章 短路电流计算 短路 是电力系统中常发生的一种故障 所谓短路是指电网中某一相导 体未通过任何负荷而直接与另一相导体或 地 相碰触 13 电网正常运行的 破坏大多数是由短路故障引起的 危害很大 电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的 计算短路电流的目的 是为了选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备 合理的配置各种继电保 护和自动装置 比较各种不同方案的接线图 研究短路对用户工作的影响等 为使所选导体和电器具有足够的可靠性 经济性和合理性 并在一定时期内 适应系统发展需要 作验算的短路电流应按下列条件确定 1 容量和接线 2 短路种类 3 计算短路点 其中选择发电机 变压器回路的断路器 应比较断路器前或后短路时 通过断路器的电流值 择其较大者为短路计算点 4 1 短路的原因和危害 1 短路的原因有很多 归纳可得到的原因大概有 13 1 设备绝缘损坏 老化 污闪 雾闪 盐碱击穿 2 外力破坏 雷击 鸟害 动物接触 人员或植物距离太近 3 设备机械损伤 疲劳严重 断线 倒塔 倒杆 电动力太大拉断导线 4 运行人员误操作 带地线合隔离开关 带负荷拉隔离开关 2 短路的危害也有很多 归纳可得到的危害大概有 13 1 短路电流的弧光高温直接烧坏电气设备 2 短路电流造成的大电动力破坏其它设备 造成连续的短路发生 3 电压太低影响用户的正常供电 4 引起发电机组相互失去同步 造成稳定破坏 导致大面积停电 5 短路持续时间太长会造成发电设备的损坏 6 不对称短路会对通信 铁路 邮电产生干扰 危及通信部门人身设备 21 安全 4 2 短路电流计算 4 2 1 短路电流计算的目的和假定条件 1 计算的目的 6 1 选择导体和电气设备 2 电网接线盒发电厂 变电所电气主接线的比较 选择 3 选择继电保护装置和整定计算 4 盐酸接地装置的接触电压和跨步电压 5 为确定送电线路对附近通信线路电磁危险的影响提供计算资料 2 计算的假定条件和原则 6 1 正常工作时三项系统对称运行 2 所有电源的电动势相位角相同 3 系统中的同步电机和异步电机均为理想电机 不考虑电机磁饱和 磁 滞 涡流 2 及导体的集肤效应等影响 转自结构完全对称 定子绕组三项结构 完全相同 空间角为 120 4 电力系统中各元件的磁路不饱和 5 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行 其中 50 负荷接在高压母 线上 6 同步电机都具有自动调整励磁装置 7 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 8 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 9 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外 元件的电 阻均略去不计 10 元件的参数均取额定值 不考虑参数的误差和调整范围 11 输电线路的电容略去不计 12 用概率统计法制定短路电流运算曲线 4 2 2 短路点的选择 短路电流计算方式应时可能发生最大短路电流的正常最大运行方式 在正 常接线方式时 通过电器设备的短路电流为最大的点 称为短路计算点 对于带电抗器的 6 10kv 出线与厂用分支回路 在选择母线至母线隔离开 22 关之间的引线 套管时 短路计算点应该取在电抗器前 选择其余的导体和电 器时 短路计算点一般取在电抗器后 短路点选择如下图 图 4 1 短路点选择 4 2 3 短路电流计算步骤 1 选择计算点 2 画等值网络图 3 化简等值网络 4 求计算电抗 5 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值 23 6 计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量 7 计算短路电流周期分量有名值和短路容量 8 计算短路电流冲击值 9 绘制短路电流计算结果表 短路电流计算结果表如下 短路点计算详见附录三 表 4 1 短路点计算结果 不同时间短路电流周期分量不同时间短路电流周期分量 ka 短路冲短路冲 击电流击电流 ka 短路容量短路容量 mva 短路点短路点 编号编号 短路点短路点 位置位置 短路电短路电 平均电平均电 压压 kv 电源分电源分 支线支线 0 i 1 0 i 2 0 i 2 i 4 i ch i s 发电机 f12341 0090 8820 8050 7150 7422 574402 189 发电机 f56 0 9170 8490 8130 9531 0672 34365 307k1 220kv 母线侧230 合计1 9261 7311 6181 6881 8094 914767 496 发电机 f12344 3993 7013 2452 6682 61611 217525 731 发电机 f56 6 5135 7225 1944 6454 70116 607778 378 k2 66kv 母线侧69 合计10 9129 4238 4397 3337 31727 8241304 109 发电机 f123482 85461 77753 27731 86828 833219 17937 875 发电机 f56 39 21736 28833 14437 5841 392100 08427 933 发电机 f1 20 71515 44513 327 8827 19255 661226 033 k3 6 3kv 母线侧6 3 合计122 0798 06586 42169 44870 225311 541365 808 发电机 f123412 51611 56110 56311 97313 18331 915227 618 24 发电机 f56 48 28841 06336 32130 89430 39123 13878 195 发电机 f5 38 46230 12125 86317 12815 972103 33699 476 k4 5 号发 电机出 口 10 5 合计60 80452 62446 88442 86743 574155 051105 813 发电机 f12340 90 90 90 90 92 29516 368 发电机 f56 3 3393 3393 3393 3393 3398 51460 725k5 1 号厂 用高压 变压器 10 5 合计4 2394 2394 2394 2394 23910 80977 093 发电机 f12342 0532 0532 0532 0532 0535 23522 402 发电机 f56 0 9760 9760 9760 9760 9762 48810 648 k6 直配线 接负荷6 3 合计3 4793 4793 4793 4793 4797 72333 05 第 5 章 电气设备选择 5 1 发电厂主要电气设备 在发电厂和变电所中 根据电能生产 转换和分配等各环节和需要 配置 了各种电气设备 根据它们在运行中所起的作用不同 通常将它们分为电气一 25 次设备和电气二次设备 5 1 1 电气一次设备及其作用 直接参与生产 变换 传输 分配和消耗电能的设备称为电气一次设备 主要有 9 1 进行电能生产和变换设备 如发电机 电动机 变压器等 2 接通 断开电路和开关电器 如断路器 隔离开关 自动空气开关 接触器 熔断器等 3 限制过电流或过电压的设备 如限流电抗器 避雷器等 4 将电路中的电压和电流降低 供测量仪表和继电保护装置使用的变换 设备 如电压互感器 电流互感器 5 载流导体及其绝缘设备 如母线 电力电缆 绝缘子 穿墙套管等 6 为电气设备正常运行及人员 设备安全而采取的相应措施 如接地装 置等 5 1 2 电气二次设备及其作用 为了保证电气一次设备的正常运行 对其运行状态进行测量 监视 控 制 调节 保护等的设备称为电气二次设备 主要有 9 1 各种测量表计 如电流表 电压表 有功功率表 无功功率表 功率 因数表等 2 各种继电保护及自动装置 3 直流电源设备 如蓄电池 浮充电装置等 5 2 电气设备选择的一般条件 不同类别的电气设备承担的任务和工作条件各不相同 因此它们的具体 选择方法也不相同 但是 为了保证工作的可靠性及安全性 在选择它们时的 基本要求是相同的 即按正常工作条件选择 按短路条件校验其动稳定和热稳 定 1 对于断路器 熔断器等还要校验其开断电流的能力 1 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑远景发 展的需要 2 应按当地环境条件校验 3 应力求技术先进和经济合理 4 选择导体时尽量减少品种 26 5 扩建工程尽量新老电气型号一致 6 在正常运行条件 各回路的持续工作电流应按参考书 7 计算某一时刻的短路有效值 计算某一时刻的短路有效值 用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器 的电抗值 计算短路后较长时间短路电流有效值 用以校验设备的热稳定 计 算短路电流冲击值 以校验设备动稳定 具体的说电气设备选择的一般条件如下 9 1 按正常工作条件选择设备 1 按使用环境选择设备 温度和湿度 一般高压电气设备可在环境温度为 30oc 40 oc 的范围内长期正常运 行 当使用环境温度低于时 30 oc 应选用适合高寒地区的产品 若使用环 境温度超过 40 oc 时 应选用型号后带 ta 字样的干热带型产品 一般高 压电气设备可在温度为 20 oc 相对湿度为 90 的环境下长期正常运行 当环 境的相对湿度超过标准时 应选用型号后带有 th 字样的湿热带型产品 污染情况 安装在污染严重 有腐蚀性物质 烟气 粉尘等恶劣环境中的电气设备 应选用防污型号产品或将设备布置在室内 安装地点 配电装置为室内布置时 设备应选户内式 配电装置室外布置时 设备则 选户外式 此外 还应考虑地形 地质条件以及地震影响等 2 按正常工作电压选择设备额定电压 所选电气设备的最高允许电压必须高于或等于所在电网的最高运行电压 设备允许长期承受的最高工作电压 厂家一般规定为相应电网额定电压的 1 1 1 15 倍 而电网实际运行的最高工作电压也在此范围内 故选择时只要 满足下式即可 un uns 式中 uns 设备所在电网的额定电压 kv un 设备的额定电压 kv 3 按工作电流选择设备额定电流 所选设备的额定电流应大于或等于所在回路的最大长期工作电流 in imax 5 1 有关手册中给出的各种电器的额定电流 均是按标准环境条件确定的 当 27 设备实际使用环境条件不同时 应对其额定电流进行修正 各种回路最大长期工作电流 imax的计算方法如下 发电机和变压器回路 由于发电机和变压器在电压降低 5 时 出力可保持不变 故该回路的最 大工作电流应不小于相应额定电流的 1 05 倍 若变压器有过负荷运行的可能 时 还应计及实际的过负荷电流 馈电线路 n mzx n mzx u qp u p i 3cos3 22 max max 式中 pmax qmax 线路最大有功 无功负荷 及 kvar kw un 线路额定电压 kv cos 线路最大负荷时的功率因数 母线分段断路器及母联断路器回路 母线分段断路器及分段电抗器的最大工作电流 一般可取母线分段上一台 最大发电机额定电流的 50 80 母联断路器的最大工作电流则应取母线上 最大一台发电机或变压器的最大工作电流 汇流母线 汇流母线的最大长期工作电流应根据电源支路与负荷支路在母线上的实际 排列顺序确定 往往并不等于接于母线上的全部负荷电流的总和 2 按短路条件校验设备的动稳定和热稳定 1 短路动稳定校验 制造厂一般