发电厂电气部分毕业论文

四川大学高等学历继续教育（网络教育） 本科生(业余)毕业论文（设计） 题 目 发电厂电气部分设计 办学学院 / 校外学习中心 / 专 业 电气工程及其自动化 年 级 / 指导教师 / 学生姓名 / 学 号 / 2020 年 2月 14日发电厂电气部分设计专业：电气工程及其自动化学生：/ 指导教师：/ 摘 要电力已成为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。电能有许多优点：首先，它能简便地转换成另一种形式能量；其次，电能经过高压输电线路，还可输送很远距离，供给远方用点。电是一种二次能源，我国的一次能源（如水力、风力、太阳能、煤等）十分丰富，这是我国发展电力工业非常优越的物质基础。发电厂是电力系统的重要部分，也直接影响整个电力系统的安全与运行。全国而就目前来看，主要以火力发电为主，约占70%左右，其余以水力、核电、风力、太阳能等发电次之。在发电厂中安装有各种电气设备。通常把生产和分配电能的设备称之为一次设备，如发电机、变压器和断路器等；对一次设备进行测量、控制、监视和保护用的称之为二次设备，如议用互感器、测量表计、继电保护及自动装置和直流电源设备等。在完成此设计过程中，我们可以学习电力工程设计、技术问题研究的程序和方法，获得搜集资料、查阅文献、调查研究、方案比较、设计制图等多方面训练，并进一步补充新知识和技能。通过毕业设计，结合发电厂电气部分设计，进一步巩固所学的专业知识，提高理论联系实际的能力，为将来走向社会打下坚实基础。关键词：电力 电力系统 发电厂 电气设备目 录1 电气主接线设计 11.1概述11.2对电气主接线的基本要求11.3电气主接线的设计原则11.4电气主接线的形式分类12 发电厂用电设计 42.1厂用电设计的要求42.2负荷的分类 42.3厂用电接线的设计原则 42.4厂用变压器的选择43 短路电流计算63.1概 述63.2短路计算的目的 63.3短路电流计算的步骤63.3.1短路电流计算. . . . . . . .63.3.2发电厂中各元件阻抗标幺值的计算. . . . . . . . . . . . . . . .124 电气设备的选择与校验. . .154.1电气设备选择的一般原则154.2 220kv电气设备选择与验算. . . . . . . . . . . . . . . . . .15 4.3避雷器的选择155 继电保护装置. . . . . . .165.1发电机继电保护装置165.2变压器的机电保护装置.16参考文献.17第一章 电气主接线设计1.1 概述本章以电气主接线的设计为中心，介绍对主接线的基本要求、典型的接线形式、分类以及主要设备的作用。1.2对电气主接线的基本要求电气主接线是由高压电器通过连接线，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。对电气主接线的基本要求，概括为可靠性、灵活性和经济性三个方面。一、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。二、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。三、经济型在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，必然要选用高质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资费用的增加。因此，主接线的设计应在满足可靠性的灵活性的前提下做到经济合理。经济合理可以从少投资、少占面积、电能损耗少等三个方面考虑。1.3电气主接线的设计原则电气主接线设计的基本原则是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、标准为准则，结合工程的实际情况，在保证供电的可靠性、灵活性和经济性的要求下兼顾运行、维护方便，适用美观为原则。1.4 设计步骤电气主接线的一般设计步骤如下:(1)对设计依据和基础资料进行综合分析；(2)选择发电机台数和容量，拟定可能采用的主接线形式；(3)确定主变压器的台数和容量；(4)厂用电源的引接；(5)论证是否需要限制短路电流，并采取什么措施；(6)对选出来的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案。1.4电气主接线的形式分类主接线的基本形式，概括分为两大类：1、有汇流母线的接线方式；2、无有汇流母线的接线方式；一 有汇流母线的电气主接线1.单母线接线单母线主接线，其供电电源是发电厂中的发电机或变压器，在变电所是变压器或高压进线回路。母线即可保证电源并列工作，又能使任一条出线都能从电源1或电源2中获得电能。优点：接线简单、清晰、设备少、操作方便；隔离开关仅在检修设备时做隔离电压用，不担任其他任何操作用，使误操作的可能性减少；此外，投资少，便于扩建。缺点：6220KV系统中只有一台发电机或一台主变压器。2.双母线接线每回线路都径一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器连接。优点：轮流检修任一组母线而不中断供电；当工作母线发生故障时，可经倒闸操作将全部回路倒到备用母线上，能迅速恢复供电；各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活的适应电力系统中不同运行方式调度和潮流变化的需要，当母线联络断路器闭合，两组母线同时运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，称之为固定连接方式运行；双母线接线供电可靠，调度灵活，便于扩建。倒闸操作时隔离开关的操作原则：在等电位下操作或先通后断。如检修工作母线时操作，先合上母线断路器两侧的隔离开关，再合断路器，向备用母线充电，这时两组母线等电位。为保证不中断供电，应先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关，完成母线转接后，再断开母联断路器及两侧隔离开关，即可对原工作母线进行检修。缺点：使用设备较多，配电装置复杂，经济性较差，在运行中隔离开关作为操作电器，易导致误操作；当母线回路发生故障时，需短时切除较多电源和负荷；当检修出现断路器时，该回路停电。运行特点：供电可靠、调度灵活、扩建方便。二 无汇流母线的电气主接线1.单元接线发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机-变压器组，称之为单元接线。特点：接线简单、开关设备少、操作简便等。2.桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥形接线，使用断路器数目最少。3.角形接线当母线闭合成环，并按回路数利用断路器分段，即构成角形接线。第二章 发电厂用电设计2.1厂用电设计的要求厂用电设计应按照运行、检修和施工的需要，考虑全厂发展规划，积极慎重的采用经过实验鉴定的新技术和新设备，使设计达到技术先进、经济合理。2.2负荷的分类厂用电负荷是指水电站水轮发电机组和主变压器的附属设备、全厂生产辅助设备和厂坝区公用设施所需的电力和电量。一 按用途分类可分为机组自用电和全厂公用电两大类。1.机组自用电。通常是指机组辅助设备或发变单元辅助设备所需要的负荷。2.全厂公用电。包括压缩空气系统、油处理系统、水系统、蓄电池组充电系统、通风系统、电热、照明、变频起动装置、起重运输机械、机修厂、试验室、检修机具、非单元接线的主变压器冷却系统以及检修用电、事故和消防用电负荷等。二 按负荷重要性可分分为三类。1.类负荷。只允许瞬时中断电源。2.类负荷。允许电源中断数十分钟，即允许通过人工操作切换恢复供电。3.类负荷。一般允许较长时间停止供电，不会直接影响运行。三 按运行方式一般可分为四类。1.经常连续运行负荷。2.经常断续或短时运行负荷。3.不经常连续运行负荷。4不经常断续或短时运行负荷。注：其中经常或不经常，是区别负荷的使用机会。2.3厂用电接线的设计原则厂用电接线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持续供电，使发电厂主机安全运行；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；此外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。2.4厂用变压器的选择为了正确选择厂用变压器容量，首先应对厂用主要电气设备的容量、数量及其特点有所了解，并逐项予以统计、分类、综合分析。厂用变压器容量的选择基本原则和应考虑的因素为：1.变压器原、副边额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。2.变压器的容量必须满足常用机械从电源获得足够的功率。第三章 短路电流计算3.1概 述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综合阻抗值，由电气专业负责计算。3.2短路计算的目的进行短路计算的目的是为了减低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。3.3短路电流计算步骤1.选择计算短路点画等值网络（次暂态网络）图，首先去掉系统中的所有负荷分支，线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗Xd。选取基准容量Sb和基准电压Ub(一般取后级的平均电压),将各元件电抗换算为同一基准值的标么值。2.给出等值网络图，并将各元件电抗统一编号。3.化简等值网络，为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辅射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd。4.计算无限大容量(或=3)的电源供给的短路电流周期分量。5.计算短路电流周期分量有名值和短路容量。6.计算短路电流冲击值。7.计算异步电动机供给的短路电流。8.绘制短路电流计算结果表。3.3.1短路电流的计算各电源点的计算：SZ=133/0.8=166.25MVASS=500MVASG1=50/0.8=62.5MVASG2=50/0.8=62.5MVA2.当d1点发生短路时短路电抗图如下 点短路电抗化简图图2-6电源点到d1点转移电抗图X9=0.5572+0.215=0.7727X10=0.1+0.215=0.315X11=0.7727+0.135+0.77270.135/0.236=0.9077+0.442=1.3497X12=0.135+0.236+0.1350.236/0.7727=0.371+0.0962=0.4672X13=0.315+0.135+0.3150.135/0.236=0.45+0.1802=0.6302X14=0.135+0.236+0.1350.236/0.315=0.371+0.1011=0.4721（1）SZd1点的转移电抗Xnd=1.3497计算电抗Xjs=1.3497166.25/100=2.2439用等微分法：t=0S时t=0.2S时t=4S时有名值冲击电流d1点为发电厂高压侧母线Kch=1.85短路全电流（2）SSd1转移电抗Xnd=0.6302Xjs=0.6302500/100=3.1510S时=0.3210.2S时=0.3124S时=0.321短路容量（3）SG1d1Xnd=0.4672Xjs=0.467262.5/100=0.292（4）SG2d1Xnd=0.4721Xjs=0.472162.5/100=0.2923.当d2点发生短路时点短路电抗图图2-8电源点到d2点转移电抗图X7=0.215+0.236=0.451X8=0.215+0.236=0.451（1）SZd2Kch=1.85Un=110KVXnd=0.5577Xjs=0.5577166.25/100=0.9272（2）SSd2Xnd=0.1Xjs=0.1500/100=0.5（3）SG1d2同SG2d2Xnd=0.451Xjs=0.45162.5/100=0.28194.当d3点发生短路时图2-9d3点短路电抗图图2-10d3点短路电抗化简图图2-11电源点到转移电抗图X8=0.5577+0.215=0.7727X9=0.1+0.215=0.315X10=0.7727+0.209+0.77270.209/0.236=1.666X11=0.236+0.209+0.2360.209/0.7727=0.5088（1）SZd3Xnd=1.666Xjs=1.666166.25/100=2.8（2）SSd3Xnd=0.315Xjs=0.315500/100=1.575（3）SG1d3Xnd=0.5088Xjs=0.508862.5/100=0.32（4）SG2d3同SG1d3Xnd=0.236Xjs=0.23662.5/100=0.14755.当d4点发生短路时用分布系数法：Cm=Xn/Xm(2-1)C1=0.1/0.315=0.317C2=0.1/1.666=0.06C3=0.1/0.5088=0.197C4=0.1/0.236=0.424则:XZ=1.665/0.06=27.75XS=1.665/0.317=5.25XG1=1.665/0.197=8.45XG2=1.665/0.424=3.9当转移电抗Xnd3.45时，取Xnd的倒数，即为0，0.2，4秒时电流的标幺值。故SZd4SSd4SG1d4SG2d46.d5点发生短路时Kch=1.9X8=0.5577+0.215=0.7727X9=0.1+0.215=0.315进行Y变换得：（1）SZd5Xnd=0.7727Xjs=0.7727166.25/100=1.281.3（2）SSd5Xnd=0.8Xjs=0.8500/100=4（3）SG1d5同XG2d3Xnd=0.236Xjs=0.23662.5/100=0.1475（4）SG2d5Xnd=0.6Xjs=0.662.5/100=0.387.当d6点发生短路时，最简电抗图与d3完全相同.图中电源点到d6点转移电抗图（1）SZd6 Xnd=1.666Xjs=1.666166.25/100=2.8（2）Ssd6Xnd=0.315Xjs=0.315500/100=1.575（3）SG1d6Xnd=0.5088Xjs=0.508862.5/100=0.32（4）SG2d6同SG1d6Xnd=0.236Xjs=0.23662.5/100=0.14753.3.2发电厂中各元件阻抗标幺值的计算：总系统的电抗图如下：由于计算短路电流时，此图中的发电机将给发电厂系统中输送能量，并作为一个电源点，因此需将这些发电机合并为一个电源点，图中各元件的电抗值合并为一个总电抗值。具体计算如下：设基准容量为Sb=100MVA基准电压Ub=115kV(已知正序阻抗为X0=0.4/km1.线路阻抗的换算168KM长线路XL1*=X0l1Sb/Ub2=0.4168100/1152=67.20.00756=0.508(2)14KM长线路XL2*=X0l2Sb/Ub2=0.414100/1152=5.60.00756=0.0423(3)78KM长线路XL3*=X0l3Sb/Ub2=0.478100/1152=31.20.00756=0.236(4)26KM长线路XL4*=X0l4Sb/Ub2=0.426100/1152=10.40.00756=0.0786(5)18KM长线路XL5*=X0l5Sb/Ub2=0.418100/1152=7.20.00756=0.0544(6)2KM长线路XL6*=X0l6Sb/Ub2=0.42100/1152=0.80.00756=0.00605(7)12KM长线路XL7*=X0l7Sb/Ub2=0.412100/1152=4.80.00756=0.0363(8)5KM长线路XL8*=X0l8Sb/Ub2=0.45100/1152=20.00756=0.00512.系统中发电机阻抗标幺值（Xd查表发电机型号与参数）（1）LQ:容量为25MW的发电机查表得：次暂态电抗XF1*=Xd/Sn=0.121540.8=0.4860.8=0.3888容量为12MW的发电机查表得：次暂态电抗XF2*=XdSb/Sn=0.11338.30.8=0.7554（2）YM:同*（3）HLR:同*（4）YKSJ:容量为6MW的发电机查表得：次暂态电抗XF3*=XdSb/Sn=0.12391000.8/6=2.0650.8=1.652容量为1.5MW的发电机查表得：次暂态电抗XF4*=XdSb/Sn=0.1841000.8/1.5=12.260.8=9.81363.系统中变压器阻抗标幺值计算.双绕组:（1）T2容量为31.5MVA的变压器Xb2*=0.105100/31.5=0.1053.1746=0.3333（2）T4容量为31.5MVA的变压器Xb4*=0.105100/15=0.1056.66=0.7（3）T6容量为8MVA的变压器Xb6*=0.105100/8=0.10512.5=1.3125（4）T8容量为10MVA的变压器Xb8*=0.105100/10=0.10510=1.05三绕组：容量为31.5MVA的变压器总系统图化简为下图：LQ:YM:HLR:YKS:系统图中，系统所给的电抗值转换为基准电抗：1.容量为50MW的发电机XG1*=XG2*=0.1475100/500.8=0.147520.8=0.2950.8=0.2362.电抗器的标幺值。(1) 出线电抗器:电抗百分数UR1%=6%(2)母线电抗器:UR3%=12%（按该母线上事故切除最大一台发电机时，可能通过电抗器的电流计算。一般取该台发电机5080%In）In查50MW发电机参数为3440A=3.44kA(按80%计算)选3000A得XR3*=0.2093.三绕组变压器电抗值计算三绕组变压器容量为50MVA第四章 电气设备的选择与校验4.1电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则：1.应满足正常运行、检修、短路和过电压情况的要求，并考虑远景发展。2.应按当地使用环境条件校验。3.应力求技术先进和经济合理。4.与整个工程的建设标准应协调一致。5.同类设备用尽量减少品种。6.选用的新产品均应具有可靠的实验数据并径正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。4.2电气设备选择与验算选择并校验断路器、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、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。4.3避雷器的选择选择避雷器时应充分考虑地理环境、气象条件和电子设备电源接线方式等诸多不确定因素，避雷器的可靠性和防雷能力应有较大的余量。第五章 继电保护装置继电保护装置是当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施的设备。继电保护主要是利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化构成继电保护动作的原理，还有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。5.1发电机继电保护装置1.发电机失磁保护失磁保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障保护。2.发电机过激磁保护过激磁保护是反应发电机因频率降低或者电压过高引起铁芯工作磁密过高的保护。3.发电机定子接地保护发电机定子接地保护作为发电机定子单相接地故障保护。4.发电机定子匝间保护发电机定子匝间保护由纵向零序电压和故障分呈负序方向判据构成,设置PT断线闭锁措施，作为发电机内部匝间、相间短路以及定子绕组开焊的主保护.故障分量负序方向判据通过检测流出发电机的负序功率实现纵向零序电压判据通检测中性点与发电机中性点直接相连但不接地的3PT开口三角绕组所输出的纵向3U0实现。保护动作于全停。5.失步保护失步保护采用三阻抗元件，通过阻抗的轨迹变化来检测滑极次数并确定振荡中心的位置。在短路故障、系统振荡、电压回路断线等情况下，保护不误动作。6.低频累加保护低频累加保护反应系统频率降低对汽轮机影响的累积效应，保护由灵敏的频率继电器和计数器组成，经出口断路器辅助接点闭锁（即发电机退出运行时低频累加保护也退出运行），累计系统频率低于频率定值47.5Hz的时间，当累计时间达到整定值3000秒时，经延时30秒动作于发信号。7.励磁回路过负荷保护励磁回路过负荷保护用作转子励磁回路过流或过负荷的保护，接成三相式，由定时限和反时限两部分组成。定时限部分动作电流按正常运行最大额定电流下能可靠返