毕业设计---火力发电厂设计.doc

大学毕业设计说明书 1 摘摘 要要 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 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 4 台 200MW 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 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 并作了变压器保护 关键词关键词 发电厂 变压器 电力系统 继电保护 电气设备发电厂 变压器 电力系统 继电保护 电气设备 大学毕业设计说明书 2 Abstract From the generation transformation transmission distribution and consumption and other sectors of energy production and consumption system It is the function of the natural world through the energy generation power plants into electric energy and then lose substation systems and power distribution systems will be supplied to the load center Electrical wiring is the main power plant electrical substation designed first and foremost part of the power system is also constitute an important link Connection to determine the overall power system and power plants substations themselves the reliability of the operation flexibility and economy are closely related And the electrical equipment selection distribution equipment configuration relay control and the elaboration of a larger impact Keywords Power Plant Transformer Power System Relay Protection Electrical Equipment 大学毕业设计说明书 3 目目 录录 1 1 绪绪 论论 1 1 1 1 电力系统概述 1 1 2 毕业设计的主要内容及基本思想 1 1 2 1 毕业设计的主要内容 功能及技术指标 2 1 2 2 毕业设计的基本思想及设计工作步骤 2 2 2 4 200MW4 200MW 火力发电厂电气主接线的确定火力发电厂电气主接线的确定 4 4 2 1 概 述 4 2 1 1 电气主接线设计的重要性 4 2 1 2 电气主接线的设计依据 4 2 1 3 电气主接线的主要要求 5 2 2 电气主接线的选择 5 2 2 1 主接线的基本形式 6 2 2 2 主接线的设计 10 2 2 3 方案的选择 13 3 3 火电厂发电机 变压器的选择火电厂发电机 变压器的选择 1515 3 1 主变压器和发电机中性点接地方式 15 3 1 1 电力网中性点接地方式 15 3 1 3 发电机中性点接地方式 16 3 2 发电机的选型 16 3 2 1 简介 16 3 2 2 选型 16 3 3 变压器的选型 17 3 3 1 具有发电机电压母线的主变压器 17 3 3 2 单元接线的主变压器 19 3 4 电气设备的配置 19 4 4 火力发电厂短路电流计算火力发电厂短路电流计算 2121 4 1 概 述 21 4 1 1 短路的原因及后果 21 4 1 2 短路计算的目的和简化假设 22 大学毕业设计说明书 4 4 2 各系统短路电流的计算 22 4 2 1 短路计算的基本假定和计算方法 22 4 2 2 电抗图及电抗计算 23 4 2 3 短路点的选择 短路电流以及冲击电流的计算 24 5 5 火电厂一次设备的选择火电厂一次设备的选择 3232 5 1 选择电气一次设备遵循的条件 32 5 1 1 按正常工作条件选择 32 5 1 2 按短路条件进行校验 34 5 2 电气设备的选择 35 5 2 1 系统各个回路的最大工作电流 35 5 2 2 高压断路器的选择 37 5 2 3 高压隔离开关的选择 44 5 2 4 互感器的选择 49 5 2 5 电抗器的选择 56 5 2 6 导线及电缆的选择及校验 58 5 2 7 避雷器的选择 64 6 6 变压器的继电保护变压器的继电保护 6666 6 1 概述 66 6 1 1 电力系统继电保护的基本任务 66 6 1 2 电力变压器的继电保护 66 6 2 变压器继电保护的整定计算 68 6 2 1 纵联差动保护的整定计算 68 6 2 2 过电流保护的整定计算 72 7 7 结结 论论 7474 参考文献参考文献 7575 英文原文英文原文 7575 英文翻译英文翻译 9696 致致 谢谢 108108 大学毕业设计说明书 5 大学毕业设计说明书 1 1 绪绪 论论 1 1 电力系统概述 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 到 2003 年底 我国发电机装机 容量达 38450 万千瓦 发电量达 19080 亿度 居世界第 2 位 工业用电量已占全部用 电量的 50 70 是电力系统的最大电能用户 供配电系统的任务就是企业所需电能 的供应和分配 电力系统的出现 使高效 无污染 使用方便 易于调控的电能得到 广泛应用 推动了社会生产各个领域的变化 开创了电力时代 发生了第二次技术革 命 电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一 我国的电力系统从 50 年代开始迅速发展 到 1991 年底 电力系统装机容量为 14600 万千瓦 年发电量为 6750 亿千瓦时 均居世界第四位 输电线路以 220 千伏 330 千伏和 500 千伏为网络骨干 形成 4 个装机容量超过 1500 万千瓦的大区电力系统 和 9 个超过百万千瓦的省电力系统 大区之间的联网工作也已开 始 此外 1989 年 台湾省建立了装机容量为 1659 万千瓦的电力系统 1 2 毕业设计的主要内容及基本思想 本次毕业设计的主要内容是一个 4 200MW 火力发电厂的电气部分设计 在这次设 计中一共分通过以下几个步骤来五年成本次的设计任务 大学毕业设计说明书 2 1 2 1 毕业设计的主要内容 功能及技术指标 1 1 电厂规模 电厂规模 装机容量 装机 4 台 容量分别为 4X200MW UN 10 5KV 机组年利用小时数 Tmax 6200h 气象条件 年最高温度 40 度 平均气温 25 度 气象条件一般 无特殊要求 厂用电率 8 2 2 主要技术指标 主要技术指标 1 保证供电安全 可靠 经济 2 功率因数达到 0 9 及以上 3 3 主要内容 主要内容 1 确定主接线 根据设计任务书 分析原始资料与数据 列出技术上可能实现 的 2 3 个方案 经过技术经济比较 确定最优方案 2 选择主变压器 选择变压器的容量 台数 型号等 3 短路电流计算 根据电气设备选择和继电保护整定的需要 选择短路计算点 绘制等值网络图 计算短路电流 并列表汇总 4 电气设备的选择 选择并校验断路器 隔离开关 电抗器 电流互感器 电 压互感器 母线 电缆 避雷器等 选用设备的型号 数量汇总成设备一览表 5 主变压器继电保护的整定计算及配置 1 2 2 毕业设计的基本思想及设计工作步骤 1 1 主接线的设计 主接线的设计 发电厂的主接线是保证电网的安全可靠 经济运行的关键 是电气设备布置 选择 自动化水平和二次回路设计的原则和基础 电气主接线的设计原则是 应根据发电厂在电力系统的地位和作用 首先应满 足电力系统的可靠运行和经济调度的要求 根据规划容量 本期建设规模 输送电 压等级 进出线回路数 供电负荷的重要性 保证供需平衡 电力系统线路容量 电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定 应满足可靠性 灵活性 和经济性的要求 2 2 主变压器的选择 主变压器的选择 发电厂 200MW 及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足 DL5000 2000 火力发电厂设计技术规程 的规定 变压器容量可按发电机的最 大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度 大学毕业设计说明书 3 不超过 650C 的条件进行选择 3 3 短路电流的计算 短路电流的计算 短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接 短路电 流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目 它涉及接线方式及设备选择 工程要求系统调度或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的的综合阻 抗值 由电气专业负责计算 进行短路计算的目的是为了限制短路的危害和缩小 故障的影响范围 三相短路是危害最严重的短路形式 因此 三相短路电流是选择 和校验电器和导体的基本依据 4 4 电气设备的选择 电气设备的选择 选择并校验断路器 隔离开关 电抗器 电流互感器 电压互感器 母线 电缆 避雷器等 选用设备的型号 正确的选择电气设备的目的是为了事导体和电器无论在正常情况或故障情况下 均 能安全 及经济合理的运行 在进行设备选择时 应根据工程实际情况 在保证安全 可靠的前提下 积极而稳妥的采取新技术 并注意节约投资 选择合适的电气设备 5 5 主变压器继电保护的设计 主变压器继电保护的设计 继电保护是保证系统安全和设备可靠运行的关键装置之一 当电力系统和设备 发生故障时 继电保护应准确 可靠快速的切出故障 保证系统和设备的安全发供 电 并能保证其他设备的正常继续运行 为防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失以及保证电力系 统安全连续运行 变压器应设置相应的保护 大学毕业设计说明书 4 2 4 200MW 火力发电厂电气主接线的确定火力发电厂电气主接线的确定 2 1 概 述 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 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 合理确定主接线的方案 发电厂的电气主接线是保证电力网安全可靠 经济运行的关键 是电气设备布 置 选择 自动化水平和二次回路设计的原则和基础 2 1 1 电气主接线设计的重要性 首先 电气主接线图示电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据 因此电 气运行人员必须熟悉本厂电气主接线土 了解电路中各种电器设备的用途 性能及维 护 检察项目和运行的步骤 其次 电气主接线表明了发电机 变压器 断路器和线 路等电气设备的数量 规格 连接方式及可能的运行方式 电气主接线直接关系着全 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 是发电厂电气部 分投资大小的决定性因素 再次 由于电能生产的特点是 发电 变电 书电荷用电 视在同一时刻完成的 所以主接线的好坏 直接关系着电力系统的安全 稳定 灵活 和经济运行 也直接影响到工农业生产和人民生活 所以电气主接线的拟定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 2 1 2 电气主接线的设计依据 1 1 发电厂在电力系统中的地位和作用 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 大型主力或电厂靠近煤矿或沿海 沿江 并接入 300 500KV 超高压系统 地区电厂靠 近城镇 一般接入 110 220KV 系统 也有接入 330KV 系统 企业自备电厂则以本企业 供电供热为主 并与地区 110 220KV 系统相连 中小型电厂常有发电机电压馈线向附 近供电 大学毕业设计说明书 5 2 2 负荷大小和重要性 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 切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 3 对于三级负荷一般只需一个电源供电 2 1 3 电气主接线的主要要求 电气主接线的设计原则是 根据发电厂在电力系统的地位和作用 首先应满足电力 系统的可靠运行和经济调度的要求 根据规划容量 本期建设规模 输送电压等级 进出线回路数 供电负荷的重要性 保证供需平衡 电力系统线路容量 电气设备性 能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定 应满足可靠性 灵活性和经济性的要 求 1 可靠性 衡量可靠的标准 一般是根据主接线型式机主要设备操 作的可能方式 按一定的规律计算出 不允许 事件发生的规律 停运的持续时间期望值等指标 对 几种主接线型式中择优 所谓 不允许 事故 是指发生故障后果非常严重的事故 如全部电源津县停运 朱变压器停运 全场停电事故等 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 2 灵活性 是指在调度时 可以灵活的投入和切除发电机 变压器和线路 调配 电源和负荷 满足系统在事故运行方式 检修运行方式以极特殊运行方式下的系统电 镀要求 在检修时 可以方便的停运断路器 母线及其继电保护设备 而不致影响电 力网的运行和对用户的供电 在扩建时 可以容易的从初期接线扩建到最终接线 在 不影响连接供电或停电时间最短的情况下 投入新机组 变压器或线路 并对一次和 二次部分的改建工作量最少 在操作时间便 安全 不易发生误操作的 方便性 3 主接线应在满足供电可靠性 灵活性要求的前提下做到经济性 即 主接线应力求简单 以节省断路器 隔离开关 电流和电压互感器等一次设备 要 是控制 保护不过于复杂 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 做到投资省 合理的选择主变压器的种类 双绕组 三绕组或自耦变等 容量 台数 避免两次变压而增加电能的损失 电器主接线选择时要为配电装置的布置创造 条件 尽量使占地面积减少 2 2 电气主接线的选择 大学毕业设计说明书 6 发电厂的主接线的基本环节是电源 发电机或变压器 和引出线 母线 又称汇流 母线 是中间环节 它起着汇总和分配电能的作用 由于多数情况下引出线数目要比 电源数目多好几倍 故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换 还可以使接线简 单明了和运行方便 2 2 1 主接线的基本形式 1 1 单母线接线 单母线接线 只有一组母线的接线如图 1 1 所示是一个典型的单母线接线图 这种接线的特点是 电源和供电线路都联在同一母线上 为了便于投入或切除任何一条进 出引线每条引 线上都装有可以切除符合电流和故障电流的断路器 单母线接线的主要优点是 接线简单 清晰 采用设备少 投资省 操作方便 便 于扩建和采用成套配电装置 单母线接线一般只适用于一台发电机或一台变压器的以 下三种情况 1 6 10KV 配电装置的出线回数不超过 5 回 2 35 63KV 配电装置的出线回数不超过 3 回 3 110 220KV 配电装置的出线回数不超过 3 回 单母线接线最严重的缺陷是母线停运 母线检修 故障 线路故障后线路保护或 断路器拒运 将使全部支路停运 即停电范围为该母线段的 100 且停电时间很长 若为母线自身损坏须待母线修复之后方能恢复各支路运行 T2T1 电源 母线 线路 单母线接线单母线分段接线 T1T2 图2 1图2 2 隔离开关作为操作电器 所以断路器和隔离开关在正常运行操作时 必须严格遵 守操作顺序 隔离开关 先合后断 或在等电位状态下进行操作 2 2 单母线分段接线 单母线分段接线 单母线接线的缺点可以通过将母线分段的办法来克服 如图 2 2 所示 当母线的中 大学毕业设计说明书 7 间装设一个断路器后 即把母线分为两段 这样对重要的用户可以由分别接于两段母 线上的两条线路供电 由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单 经济 方便等基本优点 又 在一定程度上克服了它的缺点 所以这种接线目前仍被广泛应用 单母线分段接线适 用范围 1 6 10KV 配电装置的出线回数为 6 回及以上时 2 35 63KV 配电装置的出线回数为 4 8 回时 3 110 220KV 配电装置的出线回数为 3 4 回时 单母线分段有其如下优点 用断路器把母线分段后 对重要的用户可以从不同的段 引出两条回路 有两个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器会自动将故障段 切除 保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 但是单母线分段接线也有较显著的缺点 就是当一段母线或母线隔离开关发生故障 或检修时 该段母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电 当出线为双回路时 需时架空线路出现交叉跨越 扩建时须向两个方向均衡扩建 显然对于大容量发电厂 来说 这都是不允许的 因此 还要改进 3 3 双母线接线 双母线接线 双母线接线是根据单母线接线的缺点提出来的 如图 2 3 所示 双母线接线 其 中一组为工作母线 以组为备用母线 并通过母联断路器并联运行 在进行道砟操作 时应注意 隔离开关的操作原则是 在等电位下操作或先通后断 它可以有两种运行 方式 一种是固定连接分段运行方式 即一些电源与出线固定连接在一组母线上 母 联断路器合上 相当于单母线分段运行 另一种工作方式相当于单母线运行方式 很 显然双母线分段的可靠性高于前两种接线方式 只是母线保护较复杂 然而它比单母 线分段接线的投资更大 电源1电源2 图2 3 双母线接线 如检修工作母线是其操作步骤是 先合上母线断路器两侧的隔离开关 再合母线 断路器 向备用线充电 这是两组母线等电位 为保证不中断供电 应先接通备用母 大学毕业设计说明书 8 线上的隔离开关 再断开工作母线上的隔离开关 完成母线转换后 在断开母联断路 器及其两侧的隔离开关 即可对原工作母线进行检修 双母线接线的适用范围 1 6 10KV 配电装置 当短路电流较大 出线需要带电抗器时 2 35 63KV 配电装置的出线回数超过 8 回火连接电源较多 负荷较大时 3 110 220KV 配电装置的出线回数为 5 回以上时 或 110 220KV 配电装置 在系 统中居重要地位 出线回数在 4 回以上时 双母线接线的优点有 a 供电可靠 通过两组母线隔离开关的倒闸操作 可以轮流检修一组母线而不致 使供电中断 一组母线故障后 能迅速恢复供电 检修任一回路的母线隔离开关 只 停该回路 b 调度灵活 各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活的适 应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要 c 扩建方便 向双母线的左右任何一个方向扩建 均不影响两组母线单位电源 和符合均匀分配 不会引起原有回路的停电 当有双回架空线路时 可以顺序布置 以至界限不同的母线断路时不回如单母线分段那样导致出线交叉跨越 d 便于实验 当个别回路需要单独进行实验时 可将该回路分开 单独接至一 组母线上 双母线接线也有其缺点 a 增加一组母线和使每回路就须加一组母线隔离开关 b 当母线故障或检修时隔离开关作为倒换操作电器 容易误操作 为了避免隔 离开关误操作 需要隔离开关和断路器之间装设连锁装置 35 330KV 35 220KV110 330KV 110 330kv变电所 a b c 图2 4 单元接线 大学毕业设计说明书 9 4 4 变压器 变压器 线路单元接线线路单元接线 发电机和变压器直接连接成一个单元 组成发电机 变压器组 称为单元接线 单 元接线的特点是几个元件直接单独连接 其间没有任何横的联系 如母线等 这样不 仅减少了电器的数目 简化了配电装置的结构和降低了造价 同时也大大减少了故障 的可能性 1 发电机 双绕组变压器组成的单元接线 在图 2 4 a 和 b 中 发电机和变压 器成为一个单元组 电能经升压后直接进入高压电网 这种接线由于发电机和变压器 都不能单独运行 因此 二者的容量应当相等 单元接线的基本缺点是原件之一损坏 或检修时 整个单元将被迫停止工作 这种接线形式适用于大型的发电厂 2 发电机 变压器 线路单元接线 如图 2 4 c 所示 这种接线不需在发电厂或 变电所中建造高压配电装置 从而大大减小了占地面积与造价 并简化了运行 但这 种接线的采用却具有相同的局限性 线路故障或检修时 变压器停运 变压器故障或 检修时 线路停运 5 5 桥型接线 桥型接线 WL1 WL2 WL1 WL2 QF1QF2 QF3 T1T2 QF1 QF2 QF3 T1 T2 a b 图 2 5 前形接线 a 内桥式 b 外桥式 两个 变压器 线路 连接 便构成桥型接线 桥型接线分为内桥接线和外桥接线 两种 如图 2 5 所示 1 内桥型接线 优点 高压断路器数量少 四个回路只需三台断路器 缺点 a 变压器的切除和投入较复杂 需动作两台断路器 影响一回线路的暂时 停运 b 桥联断路器检修时 两个回路需解裂运行 c 出线断路器检修时 线路需较长时期停运 为避免此缺点 可加装正常 段开运行的跨条 为了轮流停电检修任何一组隔离开关 再跨条上需加装两组 大学毕业设计说明书 10 隔离开关 桥联断路器检修时 也可利用此跨条 适用范围 适用于较小容量的发电厂 变电所 并且变压器不经常切换或线路较 长 故障率较高的情况下 2 外桥型接线 优点 高压断路器数量少 四个回路只需三台断路器 缺点 a 线路的投入和切除较复杂 需动作两台断路器 并有一台变压器暂时停 运 b 牵连断路器检修时 两个回路需解裂运行 c 变压器侧断路器检修时 变压器需较长时间停运 为避免此缺点 可加 装正常段开运行的跨条 桥联断路器检修时也可利用此跨条 适用范围 适用于较小容量的发电厂 变电所 并且变压器切换或线路较短 时 故障率较少的情况下 此外 线路有穿越功率时 也宜采用外桥型接线 2 2 2 主接线的设计 1 1 毕业设计的技术背景和设计依据 毕业设计的技术背景和设计依据 1 电厂规模 装机容量 装机 4 台 容量分别为 4X200MW UN 10 5KV 机组年利用小时数 Tmax 6200h 气象条件 年最高温度 40 度 平均气温 25 度 气象条件一般 无特殊要求 厂用电率 8 2 出线回数 a 10KV 电压等级 15km 电缆馈线 10 回 每回平均输送容量 1 8MW 10KV 最大负 荷 20MW 最小负荷 16MW cos 0 85 Tmax 5300h 为 类 类负荷 b 110KV 电压等级 60km 架空出线 6 回 每回平均输送容量 11MW 110KV 最大负 荷 70MW 最小负荷 60MW cos 0 8 Tmax 5000h 为 类负荷 c 220KV 电压等级 150km 架空线 2 回 220KV 与无穷大系统连接 接受该发电厂 的剩余功率 当取基准容量为 100MV A 时 系统归算到 220KV 母线上的 2 2 主接线的方案 主接线的方案 1 方案一 a 220KV 电压等级的方案选择 由于 220KV 电压等级的电压馈线数目是 2 回 所以 220 KV 电压等级的接线形 式可以选择单母线接线形式 由于单母线接线本身的简单 经济 方便等基本优点 采用设备少 投资省 操作方便 便于扩建和采用成套配电设备装置 所以 220 KV 电压等级的接线形式选择为单母线接线 大学毕业设计说明书 11 b 110KV 电压等级的方案选择 由于 110KV 电压等级的电压馈线数目是 6 回 所以在本方案中的可选择的接线 形式是单母线分段接线 单母线的优点如下 母线经断路器分段后 对重要用户 可以从不同段引出两个回路 有两个电源供电 一段母线故障 或检修 时 仅停故障 或检修 段工作 非故障段仍可继续工作 c 10KV 电压等级的方案选择 由于 10KV 电压等级的电压馈线数目是 10 回 所以在本方案中的可选择的接线 形式是单母线分段接线 用断路器把母线分段后 对重要的用户可以从不同的段引 出两条回路 有两个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器会自动将故障段 切除 保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 所以可以将主接线形式表示如图 2 6 所示 2 1 3 4 10KV 110KV 220KV 图 2 6 方案一接线图 2 方案二 a 220KV 电压等级的方案选择 由于 220KV 电压等级的电压馈线数目是 2 回 所以 220 KV 电压等级的接线形 式可以选择单母线接线形式 由于单母线接线本身的简单 经济 方便等基本优点 采用设备少 投资省 操作方便 便于扩建和采用成套配电设备装置 所以 220 大学毕业设计说明书 12 KV 电压等级的接线形式选择为单母线接线 b 110KV 电压等级的方案选择 由于 110KV 电压等级的电压馈线数目是 6 回 所以在本方案中的可选择的接线 形式是双母线接线形式 由于双母线接线的可靠性和灵活性高 它可以轮流检修 母线 而不中断对用户的供电 当检修任意回路的母线隔离开关时 只需断开该 回路 工作母线故障时 可将全部回路转移到备用母线上 从而使用户迅速恢复 供电 可用母联断路器代替任意回路需要检修的断路器 在种情况下 只需短时 停电 在个别回路需要单独进行试验时 可将该回路分离出来 并单独接至备用 母线上 双母线接线形式正好克服了单母线分段接线形式的缺点 所以在大 中 型发电厂中这种接线形式被广泛应用 2 1 3 4 10KV 110KV 220KV 6回 图 2 7 方案二接线图 c 10KV 电压等级的方案选择 在方案二中的 10KV 电压等级的接线形式仍然选择单母线分段接线形式 因为在 进行主接线的设计中 必须时时刻刻考虑到可靠性 灵活性和经济行动要求 3 方案三 方案三的电气主接线形式在 220KV 电压等级的方案选择和 110KV 电压等级的方 案选择基本相同 在这里就不再作详细的介绍 唯一不同的是在 10KV 电压等级上 将原来方案一的 220KV 电压等级两个上的发电机组全部放置到了 10KV 电压等级上 大学毕业设计说明书 13 具体到电气接线图如图 2 8 所示 2 2 3 方案的选择 设计发电厂的电气主接线时 首先应按技术要求确定可能选用的方案 当有多 个方案在技术上相当时 则需进行经济比较 技术上可行方案的选择 设计发电厂主接线时在技术上应考虑的主要问题是 1 保证全系统运行的稳定 性 不应再本厂 站内的故障造成系统的瓦解 2 保证负荷 特别是重要负荷供电 的可靠性及电能质量 3 各设备 特别要注意高 中压联络变压器的过载是否在允 许范围内 110KV 10KV 图 2 8 方案三接线图 在上述三种方案中 他们在技术上都是有显著差异的 在不同的技术等级中 都有差异 单母线分段在投资上是比双母线接线的投入要小的 而双母线接线的可 靠性又比单母线分段接线的可靠性高 根据设计任务书中的要求 在 110KV 电压等 级上的出线 上为二类负荷 对这类用户可以进行短暂的停电 并不会造成人身危险 以及设备的破坏 也不会给国民经济带来巨大的损失或造成巨大的政治影响 综合 考虑 则选择单母线分段的接线形式 大学毕业设计说明书 14 在方案一和方案三的比较中 不同的地方是将方案三中的两台发电机直接接入 220KV 的系统中 原因有二 其一是当把斯泰发电机接入 10KV 母线上浪费 在 10KV 母线上有两台发电机已经足够 其二是 220KV 电压等级与无穷大系统连接 接受该 发电厂的剩余功率 所以考虑将剩余两台发电机通过发电机 变压器接线方式连接到 220KV 系统中 由于发电机 变压器接线方式单元性强 可在机组单元控制室集中控 制 不设网控室 使运行管理较灵活方便 通过对三种方案的比较 并且连同电气主接线的设计原则即可靠性 经济性和灵 活性的综合考虑 选择出的最优方案是方案一 大学毕业设计说明书 15 3 火电厂发电机火电厂发电机 变压器的选择 变压器的选择 3 1 主变压器和发电机中性点接地方式 3 1 1 电力网中性点接地方式 选择电力网中性点接地方式是一个综合性问题 它与电压等级 单相接地短路电 流 过电压水平 保护配置等有关 直接影响电网的绝缘水平 系统供电的可靠性 和连续性 主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等 电力网中性点 接地方式有以下几种 1 中性点非直接接地 a 中性点不接地 中性点不接地方式最简单 单相接地时允许带故障运行两小时 供电连续性 好 接地电流仅为线路及设备的电容电流 但由于过电压水平较高 要求有较高 的绝缘水平 不宜用于 110KV 及以上电网 中性点消弧线圈接地 当接地电容电流超过允许值时 可采用消弧线圈补偿电容电流 保证接地电 弧瞬间熄灭 以消除弧光间歇接地过电压 中性点经高电阻接地 当接地电容电流超过允许值时 也开采用中性点经高电阻接地 此接地方式降 低弧光间隙接地过电压 同时可以提供足够的电流和零序电压 使接地保护可靠动作 一般用于大型发电机中性点 b 中性点直接接地 直接接地方式的单相短路电流很大 线路或设备需立即切除 增接了断路器的负 担 降低了供电的连续性 但由于过电压较低 绝缘水平可下降 减少了设备的造价 特别是在高压和超高压电网 经济效益显著 故适用于 110KV 及以上电网中 3 1 23 1 2 变压器中性点接地方式变压器中性点接地方式 电力网中性点接地方式 决定了主变压器中性点接地方式 主变压器的 110 500KV 侧采用中性点直接接地方式 1 凡是自耦变压器 其中性点需要直接接地或经小阻抗接地 2 凡中 低压有电源的升压站和降压变电所至少应有一台变压器直接接地 3 终端变电所的变压器中性点一般不接地 4 变压器中性点接地点的数量是电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电 抗之比小于三 以使单相接地时健全相上工频过电压不超过阀型避雷器的灭弧电压 5 所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地 以便于运行调度灵活选择接 大学毕业设计说明书 16 地点 当变压器中性点可能断开运行时 若该变压器中性点绝缘不是按线电压设计 应在中性点装设避雷器保护 6 选择接地时应保证任何故障形式都不应使电网节烈成为中性点不接地的系统 双母线接线有两台以上主变压器时 可考虑两台主变压器中性点接地 3 1 3 发电机中性点接地方式 发电机中性点采用非直接接地方式 发电机钉子绕组发生单相接地故障时 接地点流过的电流后是发电机本身及其引 出回路所连接元件的对地电容电流 本次设计采用发电机中性点经消弧线圈接地方式 由于它适应于单相接地电流大 于允许值的中小机组或 200MW 及以上大机组 消弧线圈可接在直配线发电机的中性点 上 当发电机为单元接线时 则应接在发电机的中性点上 3 2 发电机的选型 3 2 1 简介 汽轮发电机由汽轮机直接耦合传动 励磁机是向汽轮发电机提供励磁的设备 1 冷却方式 采用的冷却方式 定子绕组和转子有空冷 水内冷和氢冷等 在转子氢内冷系统 中 又有轴向通风等多种方式 2 励磁方式 发电机容量在 100MW 以上的普遍采用同轴交流励磁机经静止半导体整流励磁方式 3 2 2 选型 1 选择型号 QFSN 200 2 型号含义 2 2 极 200 额定容量 N 氢内冷 F 发电机 Q 汽轮机 S 水内冷 2 QFSN 200 2 型汽轮发电机主要参数 大学毕业设计说明书 17 视在功率 MVA 有功功率 MW 电压 V 电流 A 功率因数cos 2352001575086250 85 本次设计题目为 4 200MW 的火力发电厂电气部分的设计 由于装机容量 装机 4 台 容量分别为 4X200MW UN 10 5KV 所以可以选取的发电机台数有四台 考虑到 汽轮机的最大连续进汽量工况出力系制造厂为补偿制造偏差和汽轮机等老化所留的余 度 也即汽轮机不宜在此工况下长期连续运行 所以 发电机的最大连续出力在功率 因数和氢压为额定值时与汽轮机的最大连续出力配合即可 3 3 变压器的选型 电力变压器 文字符号为 T 或 TM 根据国际电工委员会的界定 凡是三相变压 器的额定容量在 5KVA 及以上 单相的在 1KVA 及以上的输变电用变压器 均成为电力 变压器 电力变压器是发电厂和变电所中重要的一次设备之一 随着电力系统电压等 级的提高和规模的扩大 电压升压和降压的层次增多 系统中变压器的总容量已达发 电机容量的 7 10 倍 可见 电力变压器的运行是电力生产中非常重要的环节 主变压器 在电气设备投资中所占比例较大 同时与之相适应的配电装置 特别 是大容量 高电压的配电装置的投资也很大 因此 主变压器的选择对发电厂 变电 所的技术性影响很大 例如 大型大电厂高 中压联络变压器台数不足 一台 或者 容量不足将导致电站 电网的运行可靠性下降 来年络变压器经常过载或被迫限制两 级电网的功率交换 反之 台数过多 容量过大将增加投资并使配电装置复杂化 发电厂 200MW 及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足 DL5000 2000 火力发电厂设计技术规程 的规定 变压器容量可按发电机的最大 连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超 过 650C 的条件进行选择 3 3 1 具有发电机电压母线的主变压器 1 容量的计算及确定 连接在发电机电压母线与系统间的主变压器容量 应按下列条件计算 1 当发电机电压母线上负荷最小时 能将发电机电压母线上的剩余有功和无功 容量送入系统 但不考虑稀有的最小负荷情况 2 当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时 能由系统供给发电机电压的 最大负荷 在电厂分期建设过程中 在事故断开最大一台发电机组的情况下 通过变 大学毕业设计说明书 18 压器向系统取得电能时 可以考虑变压器的允许过负荷能力和限制非重要负荷 3 根据系统经济运行的要求 而限制本厂的输出功率时能供给发电机电压的最大负 荷 4 按上述条件计算时 应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展 特别注意发 电厂初期运行时当发电机电压母线负荷不大时 能将发电机电压母线上的剩余容量送 入系统 5 发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台 对装设两台变压器的发电 厂 当其中一台主变推出运行时 另一台变压器应承担 70 的容量 具体计算的过程如下 a 10KV 电压等级下的最大容量 S SG SG 8 Smin 0 7 0 85 400 400 0 08 16 0 7 0 85 352 0 7 0 85 289 88MVA b 110KV 电压等级下的最大容量 S Smax 0 85 70 0 85 82 35MVA c 220KV 电压等级下的最大容量 S S10max S110min 0 85 70 20 0 85 105 88 根据上面的计算可知道低压侧的容量为最大 所以 以此为基准可以选择一个三 绕组的变压器 2 绕组连接方式的确定 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 中 低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确 定 三相变压器的一组相绕组或连接成三相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 3 3 变压器调整方式的选择变压器调整方式的选择 变压器的电压调整使用分接开关切换变压器的分接头 从而改变变压器的变比 切换方式有两种 不带负荷切换 称为无励磁调压 调整范围通常在 5 以内 另一 大学毕业设计说明书 19 种是带负载切换 称为有载调压 调整范围可达 20 30 对于 110KV 以下的变压器 设计时才考虑到变压器采用有载调压的方式 综合考虑发电厂的发电机运行出力变化 不大 所以在本次的设计中采用的变压器调整方式是无励磁调压 4 4 变压器的选型变压器的选型 SSPSLO 3000 220 型号的含义 S 三相风冷强迫油循环 F 风冷 P 无励磁调压 S 为铜导线 L 为铝导线 3000 高压绕组电压等级 220 额定容量 3 3 2 单元接线的主变压器 发电机与主变压器为单元接线时 发电机和变压器成为一个单元组 电能经升压 后直接进入高压电网 这种接线由于发电机和变压器都不能单独运行 因此 二者的 容量应当相等 所以这个双绕组变压器的容量等于所选发电机的额定容量 即 所选型号为 SSP3 26000 型 3 4 电气设备的配置 3 4 1 隔离开关的配置 1 再出线上专设电抗器的 10KV 配电装置中 党向不同用户供电德良辉县共用 同一台断路器和一组电抗器时 每回线上装设出线隔离开关 2 接在变压器因出现或中性点上的避雷器可不装设隔离开关 3 接在母线上的避雷器和电压互感器以合用一组隔离开关 4 断路器的两侧均应配置隔离开关 以便在断路器检修是隔离电源 5 中性点接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地 3 4 2 接地刀闸的配置 为保证电器和母线的检修安全 35KV 及以上没断母线根据长度宜安装 1 2 组接地刀闸 两组接地刀闸间的距离应尽量保持适中 母线的接地刀闸宜安装在 母线电压互感器的隔离开关上 也可装于其它回路母线隔离开关的基座上 大学毕业设计说明书 20 3 4 3 电压互感器的配置 1 电压互感器的数量和配置与主界限方式有关 并应满足测量 保护 同期和 自动装置的要求 电压互感器的配置应能保正在运行方式改变时 保护装置不得失压 2 6 220KV 电压等级的每组主母线上的三项上装设电压互感器 3 当需要监视和检测线路侧有无典雅时 出线侧的一相上应安装电压互感器 4 当需要在 330KV 及以下主变压器回路中提取电压时 可尽量利用变压器电容 式套管上的电压抽取装置 3 4 4 电流互感器的配置 1 凡装有断路器的回路均应安装电流互感器 其数量应满足测量仪表 保护和 自动装置 2 再在未装设断路器的变压器的中性点变压器出口桥形接线的跨条上也装设电 流互感器 3 对直接接地系统 一般按三相配置 对非直接接地系统 以具体要求按两项 或三相配置 3 4 5 避雷器的配置 1 配电装置的每相母线上 应装设避雷器 但进出线都装设避雷器是除外 2 220KV 及一线变压器到避雷器的电气距离超过允许值时 应在变压器附近增 设避雷器 3 三绕组变压器低压侧的一相上宜安装一台避雷器 4 直接接地系统中 变压器中性点为分级绝缘且安装有隔离开关时 变压器中性 点应装设避雷器 大学毕业设计说明书 21 4 火力发电厂短路电流计算火力发电厂短路电流计算 4 1 概 述 电力系统运行有三种状态 正常运行状态 非正常运行状态和短路故障 在供电 系统的设计和运行中 还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况 对供电系统 危害最大的是短路故障 短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等 因此 短路电流计算是电气主接线的方案比较 电气设备及载流导体的选择 节地计 算以及继电保护选择和整定的基础 短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接 如电力系统中 相与相之间的 火中性点直接节地系统中的相与地之间的短接都是短路 为了保证电力系统的安全 可靠运行 在电力系统设计和运行分析中 一定要考虑系统等不正常工作状态 4 1 1 短路的原因及后果 1 1 短路原因短路原因 造成短路的原因通常有以下几种 1 电气设备及载流导体因绝缘老化 或遭受机械损伤 或因雷击 过电压引 起的绝缘损坏 2 架空线路因大风或导线覆冰引起的电杆倒塌等 或因鸟兽跨接裸露导体等 都可能导致短路 3 电气设备因设计 安装 维护不良和运行不当或设备本身不合格引发的短 路 4 运行人员违反安全操作规程而误操作 如运行人员带负荷拉隔离开关 线 路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等都回造成短路 根据国外资料显示 每个 人都有违反规程操作的潜意识 5 其他原因 如输电线断线 倒杆 碰线 或人为盗窃 破坏等原因都可能 导致短路 2 2 短路后果 短路后果 短路故障发生后 由于网络总阻抗大为减小 将在系统中产生几倍甚至几十倍于 正常工作电流的短路电流 强大的短路电流将造成严重的后果 主要有以下几方面 1 强大的短路电流通过电气设备是发热急剧增加 断路持续时间较长时 足 以使设备因过热而损坏甚至烧毁 大学毕业设计说明书 22 2 巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力 可能使导体变 形 扭曲或损坏 3 短路将引起系统电压的突然大幅度下降 系统中主要负荷异步电动机将因 转矩下降而减速或停转 造成产品报废甚至设备损坏 4 短路将引系统中功率分布的突然变化 可能导致并列运行的发电厂失去同 步 破坏系统的稳定性 造成大面积停电 这是短路所导致的最严重后果 5 巨大的短路电流将在周围空气产生很强大电磁厂 尤其是不对称短路时 不平衡电流所产生的不平衡交变磁场 对周围的通信网络 信号系统 晶闸管触发系 统及自动控制系统产生干扰 4 1 2 短路计算的目的和简化假设 因为短路故障对电力系统可能造成极其严重的后果 所以一方面应采