2乘600MW火电站电气设计.docx

一、毕业设计（论文）任务课题内容600MW 火电机组目前已经是我国电力系统中的主力机组，由 600MW 机组为主的火力发电厂也属于我国电力系统的大型主力发电厂。大型火电厂的电气主接线设计，包括方案拟定、设备选型和装置布置，在不同的前提下都有不同的要求，从而得到不同的结果。本课题的设计内容主要完成 2600MW 机组火力发电厂的电气主接线方案拟定、设备选型和装置布置的初步设计，同时还应考虑今后扩建的可能性，并采用 CAD 绘制指定的图纸。课题任务要求1熟悉发电厂电气一次部分初步设计的范围和步骤，掌握设计方法，树立工程观点；2熟练掌握 AutoCAD 绘图软件；3根据原始资料，通过相应的分析、计算和比较，确定电气主接线方案，选择主变压器的台数、容量和型式，选择各电压级各主要电气设备，进行电压互感器和电流互感器的配置，确定各电压级的配电装置型式，完成设备的整体布置设计；4与厂用电部分配合，完成毕业设计论文的写作和图纸绘制；5总结课题，并通过毕业论文答辩。课题完成后应提交的资料（或图表、设计图纸）1毕业设计论文及相关图纸；2英文翻译内容：原文和译文；3学校要求提交的其他设计文件和材料。主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定）1 范锡普. 发电厂电气部分M，中国电力出版社，1992，102-129，168-206.2 西北电力设计院.电力工程设计手册M，上海科学技术出版社，1972,53-88,255-279.3 西北电力设计院. 电力工程电气设计手册（电气一次部分）M，中国电力出版社，1987,45-62,119-123,214-260.4 西北电力设计院. 电力工程电气设备手册M，中国电力出版社，1990.5 黄纯华. 发电厂电气部分课程设计参考资料M，中国电力出版社，1987.6 胡志光. 火电厂电气设备及运行M，中国电力出版社，2001.7 郭启全. AutoCAD2000 基础教程M，北京理工大学，2000.8 郑忠. 新编工厂电气设备手册M,兵器工业出版社,1994.9 涂光瑜. 汽轮发电机及电气设备M,中国电力出版社,1998,179-288.10 陈尚发. 大型发电厂电气主接线探讨J，中国电力，2003 年 36 卷 7 期，起止页码：64-66.11 苏志杨. 大型电厂 500KV 电气主接线研究J，电力技术经济，2003 年 4 期，起止页码：34-35.12 杨民，寇正华. 电站电气一次设计J，海河水利，1997 年 3 期，起止页码：3536.13 Srdjan Skok ph.D. Transient Analysis of Auxiliary DC Installations in Power Plantsand SubstationsJ,IEEE CHF,8-11 Nov. 2004Page(s):277 280.14 IEEE Recommended Practice for the Design of DC Auxiliary Power Systems forGenerating StationsJ,IEEE STD 946-1992,Decemeber,2nd 1992.注：1. 此任务书由指导教师填写。如不够填写，可另加页。2. 此任务书最迟必须在毕业设计（论文）开始前一周下达给学生。3. 此任务书可从教务处网页 2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计摘要本设计讨论的是 2600MW 火电厂电气主接线方案与设备布置，火电厂电气一次部分设计是电力工程设计的主要工作之一，设计的合理与否对于提高电力系统运行的可靠性、经济性具有重要意义。它对发电厂内电气设备选择和布置，继电保护和自动装置的设计起到决定性作用。设计详细说明了各种设备选择的基本的要求和依据。在分析原始资料，确保供电可靠，调度灵活，满足各项技术要求的基础上，选择出一种与发电厂在系统中的地位和作用相适应的接线方式，接下来选择了主变压器，进行了短路计算，设备选择，设备校验，然后进行了设备布置方案的设计,绘制了主接线图、配电装置平面布置图、配电装置进（出）线断面图和配电装置配置图。本设计注意了新技术和新型设备的应用，把握了当代设计新趋势。关键词：发电厂；电气主接线；短路计算；设备选择 2600MW 火电厂电气主接线方案与设备布置设计THE DESIGN OF MAIN ELECTRICAL WIRING ANDLAYOUTIN THERMAL POWER PLANT OF 2 600MWABSTRACTThe design is refered to the part of 2600MW thermal power plant mainelectricity wiring and equipment layout.The design of substation electrical first part isone of the key tasks in the power engineering design. Whether it is reasonable or notis of great significance to raise reliability and economy of power system running . Itplays a decisive role in choice and arrangement of electrical equipment in substation,in design of relay protective and automatic.The paper detail the choice of various equipment basic requirements and basis.On the analysis of the original material, and ensuring reliable power supply,scheduling, meet the technical requirements for fle xible and choose the right mainelectrical wiring design,in the system and the status and suited to the role of theconnection mode,and then choose the main transformer and make short circuitcalculation,choose and calibrate equipment, then design the the equipment layout. Inaddition, the final of the thesis added main electrical wiring, equipment layout ofpower distribution , distribution device cut(out) into line and configuration diagram ofdistribution device .The new technology and new equipment are applied in the design, and itaccommodates to the new trends in contemporary design.Key words: Thermal power plant ； The main electrical wiring ； short circuitcalculation；equipment selection2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计目录第一篇 设计说明书1 电气主接线设计 11.1 电气主接线 11.1.1 电气主接线的基本要求 11.1.2 电气主接线的设计原则 11.2 发电机电压级接线 21.3 220 kV 电气主接线21.3.1 单母线分段带旁路接线 21.3.2 双母线接线 31.4 6 kV 厂用电接线42 负荷计算及变压器选择 62.1 厂用负荷计算 62.2 主变台数、容量和型式的确定 62.2.1 主变压器台数的确定 72.2.2 主变压器容量的确定 72.2.3 主变压器型式的选择 72.3 厂用变台数、容量和型式的确定 92.3.1 工作变压器的台数和型式的确定 92.3.2 厂用变压器的容量的确定 93 最大持续工作电流及短路计算 113.1 各回路最大持续工作电流 113.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 113.2.1 短路电流计算的目的 113.2.2 电气设备基本假定 113.2.3 短路电流计算的一般规定 124 主要电气设备选择 142600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计4.1 高压断路器的选择说明 144.2 隔离开关的选择 164.3 母线的选择 174.3.1 220kV 母线的选择 174.3.2 发电机出口封闭母线的选择 184.4 绝缘子和穿墙套管的选择说明 184.4.1 型式选择 184.4.2 额定电压选择 194.4.3 穿墙套管的额定电流选择与窗口尺寸的配合 194.4.4 穿墙套管的热稳定校验 194.4.5 动稳定校验 194.5 电流互感器的配置和选择 204.5.1 电流互感器的配置 204.5.2 技术条件 214.5.3 动稳定校验 214.6 电压互感器的配置和选择说明 214.6.1 互感器的配置 224.6.2 技术条件 224.7 各主要电气设备选择结果一览表 224.8 电气总平面布置及配电装置的选择 234.8.1 配电装置应满足的基本要求 234.8.2 配电装置的设计原则 234.8.3 高压配电装置的选择 231 短路电流计算书 251.1 各元件电抗标幺值的计算 251.2 220 kV 母线短路电流的计算261.3 600MW 发电机出口的短路电流282 主要电气设备选择计算书 312.1 高压断路器的选择计算 312.2 高压隔离开关的选择计算 312600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计2.3 母线的选择计算 322.3.1 220kV 母线的选择 322.3.2 发电机出口封闭母线的选择 332.4 高压绝缘子和穿墙套管的选择计算 342.5 电流互感器的选择计算 342.5.1 220kV 侧电流互感器的选择 342.5.2 21kV 侧电流互感器的选择 352.6 电压互感器的选择计算 362.6.2 220kV 电压互感器的选择 36结 论 37参 考 文 献 38致 谢 39附录 设计图纸 41附录 1：电气主接线图附录 2：220 kV 总平面布置图附录 3：220 kV 出线、主变间隔断面图附录 4：220 kV 母联、3#厂用变间隔断面图附录 5：220 kV PT/I 母联接线桥间隔断面图2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计第一篇 设计说明书1 电气主接线设计1.1 电气主接线电气主接线既是电气设计的首要部分，又是构成电气系统的主要环节。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，故又称之电气主系统或一次接线。主接线代表了发电厂电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、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。因此，主接线的正确合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定5。1.1.1 电气主接线的基本要求1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资1。1.1.2 电气主接线的设计原则以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则4。本设计发电厂为设计规模如下：1）发电机和变压器采用单元接线。2）220kV 线路 4 回，另预留 2 回备用。第 1 页 共 40 页2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计3）高压厂用电采用 6kV。4）低压厂用采用 380/220V 的三相四线。1.2 发电机电压级接线发电机和变压器采用单元接线。单元接线是大型机组广泛采用的接线形式。发电机出口不装断路器，为调试方便可装隔离开关。对 220MW 以上机组，发电机出口采用分相封闭母线，为减少开断点，亦可不装隔离开关，但应留可拆点。以利于机组调试。这种单元接线，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到制造条件或价格高等原因造成的困难。接线图如下图 1.1 所示。图 1.1 发电机-双绕组变压器单元接线(采用封母闭线）1.3 220kV 电气主接线由于此发电厂为地区大型发电厂,考虑到为 220kV 高压配电装置接线且出线为 4回，按发电厂技术标准及规程规范，首先要满足可靠性准则的要求，有两种可能接线方式：单母线分段带旁路接线和双母线接线。1.3.1 单母线分段带旁路接线其可靠性比单母线分段高，断路器经过长期运行或者开断一定次的短路电流之后，其机械性能和灭弧性能都会下降，必须进行检修以恢复其性能。一般情况下，该回路必须停电才能检修。设置旁路母线的唯一目的，就是可以不停电的检修任一台出线断路器，但旁路母线不能代替母线工作。其极大的提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器的投资。但旁路母线系统增加了许多设备，造价昂贵，运行复杂，只有在出线断路器不允许的情况下，才应设置旁路母线。凡采用许多年内不需检修的 SF6 断路器时，可不装设旁路母线6。接线图如下图 1.2 所示。第 2 页 共 40 页2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计图 1.2 单母线分段带有专用旁路母线接线1.3.2 双母线接线此接线有两组母线，并且互为备用。每一电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。此接线停电的机会减小了，必需的停电时间缩短了，供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于实验。但当母线故障时，隔离开关作为倒换操作电器，使操作的及时性、快速性受到一定影响。接线图如下图 1.3 所示。图 1.3 双母线接线综述：从技术、经济及供电可靠性等多方面进行比较，此发电厂 220kV 电气主接线选择双母线接线方式。第 3 页 共 40 页2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计1.4 6kV 厂用电接线按发电厂技术标准及规程规范，高压厂用电采用 6kV，高压厂用电系统应采用单母线分段接线。采取可靠的“按炉分段”的接线原则，每台锅炉由两段母线供电， 两段母线由同一台厂用变压器供电。低压厂用母线采用单母线分段接线，即按炉分段。且由于低压系统负荷较多，故采用动力与照明分开，分组供电。单母线分段的特点如下：单母线用分段断路器进行分段，当任一段母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，自动或手动跳开分段断路器，仅有一半线路停电，另一段母线上的各回路仍可正常运行。重要的负荷分别从两段母线上各引出一条供电线路，就保证了足够的供电可靠性，两段母线同时故障的概率较小，此接线还具有良好的灵活性、经济性，但当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期停电1。接线图如下图 1.4 所示。图 1.4 单母线分段接线低压厂用采用 380/220V 的三相四线制系统。厂用工作电源从主变压器的低压侧引接，供给本机组厂用负荷。接线图如 1.5 所示。图 1.5 厂用电源变压器低压侧引接第 4 页 共 40 页2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计高压厂用启动（备用）电源经由启/备变压器从 220kV 母线上引接。接线图如 1.6所示。图 1.6 从发电机电压母线上引接低压厂用启动（备用）电源引自相应的高压厂用 6kV 母线段。第 5 页 共 40 页2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计2 负荷计算及变压器选择2.1 厂用负荷计算计算变压器的容量时，不但要统计变压器连接分段母线上实际所接电动机的台数和容量，还要考虑它们是经常工作的还是备用的，是连续运行的还是断续运行的。为了计及这些不同的情况，选出既能满足负荷要求又不致容量过大的变压器，所以又提出按使用时间对负荷运行方式进行分类。经常负荷是指每天都要使用的电动机；不经常负荷是指只在检修、事故或机炉起停期间使用的负荷；连续负荷是指每次连续运转 2 小时以上的负荷；短时负荷是指每次仅运转 10120min 的负荷；断续负荷是指反复周期性地工作，其每一周期不超过 10min 的负荷5。变压器母线分段上负荷计算原则如下：1）经常连续运行的负荷应全部计入。如吸风机、送风机、电动给水泵、循环水泵、凝结水泵、真空泵等电动机。2）连续而不经常运行的负荷应计入。如充电机、事故备用油泵、备用电动给水泵等电动机。3）经常而断续运行的负荷亦应计入。如疏水泵、空压机等电动机。4）短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算。如行车、电焊机等。但在选择变压器时，变压器容量应留有适当裕度。5）由同一台变压器供电的互为备用的设备，只计算同时运行的台数。除了考虑所接的负荷因素外，还应考虑：自启动时的电压降；低压侧短路容量；再有一定的备用裕度5。2.2 主变台数、容量和型式的确定在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。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 510 年发展规划、输送功率大小、馈线回路第 6 页 共 40 页2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计数、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。如果变压器容器选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者会满足不了变电所的需要，这在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。为此，在选择变电所主变压器时，应符合一些要求。2.2.1 主变压器台数的确定对于单元接线的主变压器，因为它有两台发电机与系统联系紧密，故选用二台主变压器。2.2.2 主变压器容量的确定对于单元接线的主变压器：发电机的额定容量扣除本机的厂用负荷后，留有 10%的裕度；按发电机的最大连续容量，（制造厂家提供的数据）扣除一台厂用变压器计算负荷和变压器绕组平均升温在标准环境温度或冷却水温不超过 65的条件选择。该 65是根据我国电力变压器的标准，即在正常使用条件下，油浸变压器在连续额定容量稳态下的绕组平均温度1。2.2.3 主变压器型式的选择变压器的选择包括相数的选择、绕组数的选择、绕组联结租好的选择、调压方式和中心点接地方式的选择。1）相数的选择当不受运输条件限制时，在 330kV 及以下的发电厂均应选用三相变压器。当发电厂与系统连接的电压为 220kV 时，经过技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为 600MW、并直接升压到 220kV 的，宜选用三相变压器。容量为 600MW 机组单元接线的主变压器和 500KV 电力系统中的主变压器应综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，可采用单相组成三相变压器。采用单相变压器时，由于备用相一次性投资大，利用率不高，故应综合考虑系统要求、设备质量及按变压器故障率引起的停电损失费用等因素，确定是否装设备用相。若确需装设，可按地区或同一电厂 34 组的单相变压器，合设一台备用考虑。所以选用三相变压器1。2）绕组数绕组的形式主要有双绕组和三绕组。发电厂以两种升高电压等级向用户供电或与系统连接时，可采用两台双绕组变压器或三绕组变压器。规程上规定，机组容量为 200MW第 7 页 共 40 页2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计以上的发电机采用发电机双绕组变压器单元接入系统，而两种升高电压级之间加装联络变压器更为合理，故应采取双绕组变压器1。3）绕组联接组号在发电厂和和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素，主变压器联接组号一般选用 YNd11 常规接线1。4）调压方式为了保证发电厂或变电所的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压，调压范围通常在 22.5%以内。另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%。但由于有载调压变压器结构复杂，价格昂贵，只有在以下范围选用：a、接于出力大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压维持在一定水平时。b、接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时1。通常，发电厂主变压器很少采用有载调压，因为可以通过调节励磁来实现调节电压，因此本设计只采用无载调压的变压器。5）中性点的接线方式电网的中性点接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。规程上规定；凡是110kV-500kV 侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地；主变压器 6-63kV 采用中性点不接地。所以主变压器的 220、6kV 侧的中性点均采用直接接地方式。变压器的容量：S N 1.1PN (1 K N )cos N（2-1）式中： S N 为变压器的计算容量（kVA）； PN 为发电机的额定功率（kW）； K P为发电机的厂用电率，一般取 8%； cos N 为发电机的功率因数，一般取 0.85。得：S N 1.1600 103 (1 0.08 )0.85= 714353kVA（2-2）所以选择 SFP7-750000/220 变压器，具体参数见表 2-1：第 8 页 共 40 页2600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计表 2-1 SFP-750000/220 参数2.3 厂用变台数、容量和型式的确定2.3.1 工作变压器的台数和型式的确定工作变压器的台数和型式主要与高压厂用母线的段数有关，而母线的段数又与高压厂用母线的电压等级有关。当只有 6KV 或 10KV 一种电压等级时，一般分 2 段；对于200MW 以上机组可分 4 段。当只有 6KV 或 10kV 一种电压等级时，高压厂用工作变压器可选用 1 台全容量的低压分裂绕组变压器，两个分裂支路分别供 2 段母线；或选用 2台 50%容量的双绕组变压器，分别供 2 段母线。对于 200MW 以上机组，高压厂用工作变压器可选用 2 台低压分裂绕组变压器，分别供 4 段母线。因此，此发电厂高压厂用电按 2 台工作分裂绕组变压器和 1 台备用变压器设置。2.3.2 厂用变压器的容量的确定厂用变压器的容量必须满足厂用电机械从电源获得足够的功率。因此，对高压厂用工作变压器的容量按高压厂用计算负荷的 110%与低压厂用计算负荷之和进行选择；而低压厂用工作变压器的容量应留有 10%左右的裕度。1）高压厂用工作变压器的容量。当为双绕组变压器时按下试选择容量S T 1.1S H + S L式中： ST 为高压厂用计算负荷之和； SL 为低压厂用计算负荷之和。当选用低压绕组分裂绕组变压器时，其各绕组容量应满足（2-3）高压绕组低压分裂绕组S1N S C S rS 2N S CSC = 1.1S H + S L第 9 页 共 40 页（2-4）（2-5）（2-6）型 号SFP-750000/220连接组别YNd,11额定容量（kVA）额定电压（kV）空载损耗（kW）短路损耗（kW）空载电流（%）阻抗电压（%）高 压低 压750000220/242202706300.25142600MW 火电厂电气主接线与设备布置方案设计式中： S1N 为厂用变压器高压绕组额定容量（kVA）； S 2 N 为厂用变压器分裂绕组额定容量（kVA）； S C 为厂用变压器分裂绕组计算负（kVA）; S r 为分裂绕组两分支重复计算负荷（kVA）。2）高压厂用备用变压器容量。高压厂用备用变压器或启动变压器应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用变压器容量相同。3）低压厂用工作变压器容量。可按下式选择变压器容量K S S L（2-7）式中：S 为低压厂用变压器容量（kVA）； K 为变压器温度修正系数，一般对装于屋外或由屋外进风小间内的变压器，可取 K =1，但宜将小间进出风温度控制在 10以内，对由主厂房进风小间内的变压器，当温度变化较大时，随地区而异，应当考虑温度进行修正。厂用变压器容量的选择，除了考虑所接负荷的因素外还应该考虑:电动机自启动时的电压降;变压器低压侧短路容量;留有一定的裕度。第 10 页 共 40 页2