火电厂课程设计

目录目录 第一章第一章设计任务书设计任务书 2 第二章第二章发电厂电气主接线设计发电厂电气主接线设计 3 2 1 电气主接线的设计原则 3 2 2 电气主接线设计的基本要求 3 2 3 电气主接线的程序设计 3 2 4 过电压保护措施 5 第三章第三章短路电流的计算短路电流的计算 6 3 1 计算短路电流的目的 6 3 2 短路电流计算的方法 6 3 3 系统的等值简化电路 7 第四章第四章电气设备的选择电气设备的选择 12 4 1 电气设备选择的原则 12 4 2 几项规定 12 4 3 发电机的选择 12 4 4 主变压器的选择 12 4 5 500KV 电压级主变压器的选用 13 4 6 联络变压器的选择 13 4 7 高压断路器的选择 14 4 8 500KV 电压等级上的 QF 选用 14 4 9 热稳定的校验 14 4 10 动稳定校验 标准 ii essh 15 4 11 高压隔离开关的选择 15 4 12 对 220KV 电压等级上的隔离开关进行校验 15 4 13 对 500KV 电压等级上的隔离开关进行检验 16 第五章第五章设计结果设计结果 16 5 1 图纸 16 5 2 说明书 17 第六章第六章设计答辩设计答辩 17 第七章第七章致谢致谢 17 前言前言 本设计是在学习了发电厂电气部份专业课程及其相关专业课后的设计尝试 通过这次设 计是对发电厂电气部份课程的一次综合性检测 我们知道发电厂变电站设计是一门综合性 很强的学科 它需要在多种专业的有机配合 密切协作下才能完成的一个统一的整体 本 设计只限于电气部份 着重介绍发电 以保证安全可靠的供电 对厂址选取三通 通水 通电 通路 均未涉及 本设计是一个大型火电厂的设计 着重阐述大型发电厂电气的一次接线设计 短路电流 计算 由于篇幅有限 其它均未涉及 因此深表遗憾 电是能量的一种表现形式 电已成为生产和生活中不可缺少的动力 电力工业的水平和 电气化程序成为衡量一个国家经济发展水平的重要标志 从世界各国经济发展的进程而言 国民经济增长 1 就业电力工业增长 13 15 才能适应生产发展的需要 本设计是只限于与主接线设计有关的问题 不包括初步可行性研究等 所以 我们的主 要任务是通过方案设计 在对方案的技术经济比较 而确定发电厂电气主接线最优方案 本设计是在电力系统有关规则 规范下进行的 此设计有待于在今后的学习和工作中进行研究 第一章第一章 设计任务书设计任务书 受西咸电厂委托设计区域性火电厂的电气主接线方案 西咸电厂主要要求如下 1 该电厂供电容量为 1200MW 包括 4 台 300MW 的发电机 额定电压 kv uN 18 8 0cos 2 厂址选在铜川 3 厂内设置两个电压等级 220kv 和 500kv 220kv 出线 4 回路 最大负荷 250MW 最小负荷 200MW 500kv 出线 3 回路 且与系统相连接 系统归算到 500kv 母线上的电抗标幺值 架 空线 3 回 备用线 1 回 4 检修出现断路器时不能停电 5 年利用小时数 h T 6000 max 6 a 环境条件沿海拔高度 400m b 最高温度 C 42 o c 雷暴天数天 每年 15 TD d 最热出现在 7 月 每年平均 C 5 32 e 最热且地面下 0 8m 处土壤的平均温度 C 5 29 f 污秽等级为 级 第二章第二章 发电厂电气主接线设计发电厂电气主接线设计 2 1 电气主接线的设计原则 电气主接线的设计原则如下 1 以任务书为依据 因为任务书从宏观角度论证建厂的必要性 可能性和经济性 2 以国家经济建设的方针 政策 技术规范和标准为准则 3 要与具体情况相结合 4 要提出处理突发事故的方案 5 要有近期 远期规划 2 2 电气主接线设计的基本要求 电气主接线设计的基本要求 概括地说应包括可靠性 灵活性和经济性三方面 2 3 电气主接线的程序设计 一 对原始资料的分析 1 工程情况 2 电力系统情况 3 负荷情况 4 环境条件 5 设备供货情况 二 主接线方案的拟定与选择 根据设计任务书的要求 在原始资料分析的基础上 根据对电源和出线回路数 电 压等级 变压器台数 容量以及母线结构等的不同考虑 可拟定出若干个接线方案 本期和远期 进而选出最佳方案 一 对原始资料的分析 本电厂以火电厂厂址选在铜川 这不仅是环保的要求 更是由于社会发展的要求 由于西咸新区是一个市级新区 这里有 100 多万人口 新型工厂有 20 多个生产 生活 需要拟建一个大型的火电厂 其容量为 4 300 1200MW 这是一件迫在眉捷的事 因为 铜川有丰富的煤资源 所以这是一个坑口电厂 其中大部分电能用220kv 的高压送 往西咸新区 该电厂在西咸新区中担负基荷角色 从而该厂主接线设计务必着重考虑 其可靠性 所以对可靠性的要求很高 如前所述 为了便于管理 运行和维护 所以只选用一种规格的发电机 单机容量 为 300MW 4 台 且符合不超过 6 台单机的规定 又由于系统容量要为 5000MW 可见 该电厂占系统总容量比例为 它大大的超过了电力系 95 19 100 50001200 1200 统的检修备用容量 8 15 的规定 它彰显了本厂的可靠性是不言而喻的 说明该厂在 电力系统中的作用和地位至关重要 又由于年利用小时数为 它远远h T 6000 max 超过了电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数 如 2006 年我国电力系统发电机 组年最大负荷利用小时数为 5221h 的规定 就更加说明该主接线的可靠性要求很高 二 电气主接线方案的初步拟定 根据对原始资料的分析 现将各电压级可能采用的较佳方案列出 进而以优化组合 方式组成最佳可比方案 A 220KV 电压等级主接线 因为出线回路数 4 回 为使其出线断路器检修时不停电 应采用单母线分段带旁路 接线或双母线带旁路接线 以保证供电的可靠性和灵活性 但是从供电的可靠性出发 我们选用双母线带旁路的接线方式 因为发电机单台功率为 300MW 可以满足最大负荷 250MW 的要求 又由于有 2 台 300MW 的发电机 变压器都采用单元接线形式接至 220KV 母线上 其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与 500KV 接线相连 相互交 换功率 B 500KV 电压等级主接线 500KV 负荷容量大 其主接线是本厂向系统输送功率的主接线方式 为保证可靠性 可能有多种接线形式 经过定性分析筛选后 可选用的方案为双母线带旁路接线和一 台半断路器接线 即台断路器接线 并用联络变压器与 220KV 连接 2 3 C 本设计不设发电机电压母线给当地负荷供电 而采用单元接线直接送入系统 D 在单元接线中 发电机与变压器间的接线厂用电分支母线都采用全连分相封闭母线 它与厂露母线相比具有以下优点 甲 可靠性高 因为封闭母线有效防止了绝缘受尘埃 铜川煤矿的灰尘 等 PM2 5 的 干扰 乙 运行安全 因为母线封闭在外壳中 且外壳又接地 工作人员不会触电 丙 由于金属的屏蔽作用 母线相间的电动力大大的减少 而且基本上消除了导线周 围钢构的发热 丁 施工和安装简便 运行和维护工作量少 戊 由于高 中压穿越功率较小 所以采用一组自耦变压器 戌 有防过电压措施 注 作 220KV 和 500KV 之间的联络变压器 其中第三绕组作厂用电备用电源 兼作 启动电源 该变压器由三台单相变压器组成 因此 可以拟订主接线方案如图所示 第二主接线方案 220KV 采用单母线分段带旁路接线 500KV 采用双母线带旁路接线 其余与方案一相同 三 方案的经济比较 采用最小费用法对拟定的的两个方案进行经济性比较 方案的比较 按电力工程经 济分析暂行条例的规定 两方案中的相同的部分不参与比较计算 只对相异的部分进 行计算 计算部分包括一次投资 年运行费 其计算公式为 AC C i i Imn n m i 1 1 1 也可以用回收年限法进行比较 即 为静态差额回收期 抵偿 CC II Ta 21 12 Ta 年限 为方案一 二的投资 分别为方案一 二的运行费 I1I2 C1 C2 2 4 过电压保护措施 外部过电压保护 因为电厂在铜川 属于少雷地区 可以简单考虑 如下 1 发电厂的烟囱和冷却塔顶部应该配设避雷针 2 220KV 500KV 的主变压 器均在厂房外 所以每台变压器的高压侧都安装有 MOA 金属氧化物避雷器 3 在全连离相封闭母线上安装有 FCD2 20 阀式避雷器 内部过电压保护 在 500KV 电压等级的出线上均安装有高压并联电抗器 LN 其有 五大作用 1 限制工频电压升高 2 可降低操作过电压 3 可消除发电机的自动励磁现象 4 可以有效地抑制潜供电流 5 可降低远距离的送电的电容效应 第三章第三章 短路电流的计算短路电流的计算 3 1 计算短路电流的目的 目的 甲 为主接线设计中选电器设备提供依据 乙 作为热稳定校验和动稳定校验的依据 丙 校验灭弧能力的依据 3 2 短路电流计算的方法 计算原则以三相短路电流为主 按最大运行方式考虑 计算的方法有 简化计算法 运算曲线法 它又分为统一变化法 认为发电机参数相同 可以作 为一个考虑 和个别变化法 具体的计算方法如下 A 画出计算电路图 a 取基准容量 100MVA 基准电压 220KV 时 500KV Sb KV UU avb 230 时 525KV Ub b 汽轮发电机 300MW 20KV 0 85 0 168 GGGG 4321 SNUN COS Xd 次暂态电抗 c 主变压器 14 370 5 MVA SNT 370 6 MVA SNT UK MVA SS NTNT 370 87 220 525KVKV UN 13 UK d 自耦式联络变压器 300MVA SN 5 38 242 525KVKVKV UN 10 21 UK 62 31 UK 48 32 UK e 500KV 系统归算到母线上的电抗标幺值 X f 500KV 架空线 X km 40 g 短路点选在 K 点 3 3 系统的等值简化电路 将上图转换成用电抗表示的电路图 一 各元件电抗的计算 A 发电机 因为 XXXXGGGG 4 3 2 14321 476 0 85 0 300 1000 168 0 4 COS S S XX N b d B 升压变压器 因为 8765TTTT 所以378 0 370 1000 14 8 7 6 5 S S UXXXX N b K C 联络变压器 S S UUUX N b KKK 2 1 321321 11 4 0 300 1000 48 0 62 0 1 0 2 1 0667 0 300 1000 62 0 48 0 1 0 2 1 2 1 133221 10 S S UUUX N b KKK 略 因为其接的是厂用备用电源 X 9 D 500KV 系统电抗 原设为 054987 0 XB E 架空线路的电抗 0145 0 1000 10 4 0 525 212 2 12 X U S X b b 由上式电抗的计算将图 三 的电路图简化为图 四 的电路图 如下图所示 根据电路图可知 854 0 476 0 378 0 19 17 15 14 XXXX 069487 0 0145 0 054987 0 13 12 16 XXX 将图 四 的电路图图 五 的等效电路图 如下图所示 由图可知 同理可得 427 0 854 0 854 0 854 0 854 0 15 14 27 XXX 427 0 19 X 4667 0 4 00667 0 11 10 18 XXX 069487 0 13 12 18 XXX 根据上式的电路图图 五 图 六 如下图所示 8937 0 4667 0 427 0 27 18 20 XXX 图 六 图 七 如图所示 第四节短路电流的计算 A 用运算曲线法中的个别变化法计算 求计算电抗 甲 500KV 系统的计算电抗 因为 500KV 系统的计算电抗可视为 电源 所以直接用转移电抗代替计算电抗 即 069487 0 18 XXjs 乙 的计算电抗 G5 6308 0 1000 85 0 600 8937 0 20 S S XX b N js 丙 的计算电抗 G6 3014 0 1000 85 0 600 427 0 19 S S XX b N js B 查运算曲线 求出各短路电流标么值 I 500KV 系统查表得出326614 I 由I 有名值 I 基准值 可以得出KA I 09971 3 525 1000 3 U U I av b b 所以 I 有名值 I Ib 7551509971 326614 同理 的电源的短路电流可查表 0 63 0s 点 知 G5 4 1 4 63 0 4 1 2 63 0 5 1 0 ss Is KA Ib 73 1 3 235 85 0 600 所以在 0s 时的有名值为 KA 595 2 73 1 5 1 IIb 在 2s 4s 时的有名值为 KA422 2 73 1 4 1 IIb 的电源的短路电流可查表 0 256 0s 点 知 G6 3 2 4 256 0 3 2 256 0 1 4 4 2 0 IIISSs ss 因为 所以KA Ib 78 0 3 525 85 0 600 在 0s 时的有名值为 KA IIb 198 3 1 4 78 0 在 2s 时的有名值为 KA34 2 78 0 3 IIb 在 4s 时的有名值为 KA IIb 794 1 78 0 3 2 C 根据个别变化法求出短路电流的值为 500KV 系统 IS0 KA GG II Ss 548 21198 3 595 2 755 15 0 6 0 5 500KV 系统 IS2 KA GG II Ss 517 20034 2 422 2 755 15 2 6 2 5 500KV 系统 IS4 KA GG II Ss 971 19794 1 422 2 755 15 4 6 4 5 第四章第四章 电气设备的选择电气设备的选择 4 1 电气设备选择的原则 I 应满足正常运行检修 短路和过电压情况的要求 并考虑 5 10 年的发展要求 II 应力求技术先进 经济合理 III 要拒绝假冒产品 4 2 几项规定 I 选电器时 要按正常运行情况选择 II 在校验热稳定和动稳定时 要按短路条件验算 III 要熟悉各种规格和图表 4 3 发电机的选择 因为本设计四台发电机相同 可以统一选用 QFSN 300 2 型发电机 Q 代表的是汽轮发电机 F 指的是发电机 S 指的是定子水内冷 N 指的是氢内冷 300 指的是 300MW 2 指的是 2 级 主要参数 额定功率 300MW 额定电压 20KV 额定电流 10189A 10 189KA COS 0 85 额定转速 3000r s 额定氢压 0 3MPa 额定励磁电流 电压 2510A 320V 效率 98 8 短路比为 0 5 4 4 主变压器的选择 甲 台数四台 乙 容量由 DL5000 2000 火力发电厂设计技术规程的规定 本设计为单元接线 主容量 式中 为发电机容量 300MW 为厂用AMVCOS KPSpGNN 1 1 1 PGN 5 KP 电率 5 0 COS 1 1 300 1 5 0 85 266 475MW 为使有 5 10 年AMVCOS KPSpGNN 1 1 1 的发展 所以我们选用 SFP7 360000 220KV S 代表的是三相 F 代表的是油浸风冷式 P 代 表的是强迫油循环 7 代表的是设计号 360000 代表的是容量 主要指标 额定容量 360MVA 额定电压 242 2 2 5 20KV 额定电流 858 9 10392A 联结组号 YNd11 所以 SFP7 360000 220 全称为三相油浸风冷强迫油循环式电力变压器 177KW 空载损耗 0 3 空载励磁电流 Pa 0I 短路损耗 短路电压 总重量为 263t 生产厂家 沈KW Pk 809 1 11 Uk 阳变压器厂 4 5 500KV 电压级主变压器的选用 技术参数 额定电压 500KV 20KV 额定容量 360MVA 调压范围 550KV 1 3 2 5 3 KV 额定电流 755 8 20784 6A 联结组号 YNd11 278 4KW 空载损耗 Pa 12 空载励磁电流 短路损耗 短路电压 0I KW Pk 1280 5 13 Uk 4 6 联络变压器的选择 选用原则 保证在各种运行方式下的功率交换 2 若其中任一台发电机故障时 通过联络变压器可满足故障侧的用电要求 3 一般都选自耦变压器三绕组担任 所以 我们选用 OSFPS2 360000 500 型强迫油循环水冷有载调压三绕组自耦变压器 主要参数 额定容量 360MW 360MW 40MW 额定电压 高压 550KV 中压 246 100 KV 低压 35KV KW P 190 0 高 中 高 中 10 KW PK 800 Uk 高 低 26 中 低 41 接线组别 YNaOd11 Uk Uk 生产厂家 沈阳变压器厂 4 7 高压断路器的选择 原则 1 按正常工作电压选择 即 UU NSN 2 按正常工作电流选择 即 因为 IINmax Imax A COS U P N N 465 910 3 85 0 235 300 05 1 3 05 1 10 3 所以 220KV 电压等级上的 QF 断路器 选 SW6 220 1200 4 8 500KV 电压等级上的 QF 选用 A COS U P I a N 54 407 3 85 0 525 300 05 1 3 05 1 10 3 max 选用 LW13 500 型 QF 因为该 断路器 所以选它合理 AKV IUNN 2000 500 4 9 热稳定的校验 I 220KV 上的断路器 标准 t I Q t k 2 S KA IIIt Q k k 2 2222 4 2 2 2 27 1698 12 10 4 12 10 971 19517 20548 21 St KAIt 222 17644 21 1698 27 1764 合格 用同样的方法校验 500KV 上的断路器热稳定校验 S KA IIIt Q k k 2 2222 4 2 2 2 27 1698 12 10 4 12 10 971 19517 20548 21 St KAIt 222 64004 40 1698 27 6400 合格 4 10 动稳定校验 标准 ii essh 220KV 上的断路器校验 KAI ish 82 54548 21 2 9 129 1 由查表可知KA ies 55 54 82 55 合格 500KV 上的断路器校验 由查表可知KAI ish 82 54548 21 2 9 129 1 KA ies 100 10082 54 所以合格 4 11 高压隔离开关的选择 注 隔离开关的选择与断路器的选择相同 220KV 上的隔离开关的选择 因为根据上述结果知 所以可选KV UN 220 A I 465 910 max GW4 220D 1000A 80 型 用同样的方法可以选择 500KV 电压等级上的隔离开关型号为 GW 500 型 4 12 对 220KV 电压等级上的隔离开关进行校验 1 热稳定校验 S KA IIIt Q k k 2 2222 4 2 2 2 27 1698 12 10 4 12 10 971 19517 20548 21 St KAIt 222 76 22464 7 23 1698 27 2246 76 合格 2 动稳定的校验 KAI ish 6 57548 21 2 9 129 1 由查表可知KA ies 80 57 6 80 合格 4 13 对 500K