发电厂电气部分课程设计

1、发电厂电气部分课程设计题 目凝汽式火电厂一次部分课程设计学院名称 电气与信息工程学院指导教师 李梅班 级 电气083组 别第四组目 录1设计任务书31.1原始资料31.2设计任务31.3设计要求42电气主接线2.1系统与负荷资料分析52.2主接线方案的选择62.3主变压器的选择与计算93短路电流的计算113.1短路计算的一般规则113.2短路电流的计算124电气设备的选择174.1电气设备选择的一般规则174.2电气选择的条件174.3电气设备的选择19结束语21参考文献221设计任务书1.1原始资料1. 1. 1发电厂建设规模(1) 类型：凝汽式火电厂(2) 最终容量、机组的型式和参数：3*

2、125MW、出口电压：15.75KV, 发电机次暂态电抗：0.12,;额定功率因数：0.8。(3) 机组年利用小时数：6000h/a；厂用电率：8%。发电机主保护动 作时间0.1秒。1. 1. 2电力负荷水平：(1) 220KV电压等级：负荷容量260MW,出线4回，无近区负荷，系统容量为无穷大，选取基准容量为100MVA归算到发电厂220KV母线短路容量为3400MVA.。(2) 110KV电压等级：出线4回(10KM ),无近区负荷，系统容量 为 500MVA。1.1 . 3环境条件(1) 当地年最高温40C，年平均温度20C,(2) 气象条件无其它特殊要求。1.2设计任务(1) 发电机和

3、变压器的选择表1.1,汽轮发电机的规格参数型 号额定电压额定容量功率因数接线方式次暂态电抗QFS-125-215.75KV125MW0.8YY0.12-发电机参数如上表，要求选择发电厂的主变，联络110KV和220KV的联络变压器的型号(2) 电气主接线选择(3) 短路电流的计算：在满足工程要求前提下，为了简化计算，对短路电流 进行近似计算法。结合电气设备选择选择短路电流计算点求出个电源提 供的起始次暂太电流I",冲击电流G，及计算短路电流热效应所需不同 时刻的电流。(4) 主要电气设备的选择：要求选择 110KV母线侧断路器，隔离开关，电流互感器。1.3设计要求(1) 短路电流计算

4、及电气设备选择计算方法应正确。(2) 主接线图形符号，线条及标题栏符合规范，接线正确，图面布局合理, 参数标注正确，图形清晰美观。(3) 论文格式应符合要求，结构严谨，逻辑性强，层次分明，文理通顺，无错别字。2电气主接线2.1系统与负荷资料分析根据原始资料，本电厂是中型发电厂，比较远离负荷中心。本电厂要与220KV 系统相连，还要向110KV系统供电。由资料我们可知：220KV电压等级：负荷容量260MW,出线4回，无近区负荷，系统容量为无穷大，选取基准容量为100MVA归算到发电厂220KV母线短路容量为3400MVA.。110KV电压等级：出线4回（10KM），无近区负荷，系统容量为 50

5、0MVA。2.1.1 220KV电压等级架空线4回，输送容量 260MW，TMAx=6000h/a ； cos =0.8。出线回路数等于 4回，为 使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。2.1.2 110KV电压等级架空线4回，T MA=6000h/a ； cos =0.8。出线回路数等于4回，为使其出线 断路器检修时不停电，应采用双母或双母分段，以保证其供电的可靠性和灵活性。根据原始资料，本电厂是中型发电厂，其容量为 3X125MW/年利用小时数为 6000h>5000h,远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数，说明该厂在未来电

6、力系统中的作用和地位重要该厂为火力发电厂，在电力系统中主要承 担基荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。由资料可知发电厂与 220K V的系统连接且与110K V的系统连接。对于最大机组为125MW勺发电厂，一 般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。其联络变压器宜选用三绕组自耦变压器。2.2主接线方案的选择221主接线概述电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体， 它反映各设备的作用、连接 方式和回路的相互关系。所以它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运 行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面：（1）可靠

7、性：在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其 可靠性的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运 行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠程度。 可靠性的具体要求 在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时， 尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负 荷的供电。（2）灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在调度时，应 可以灵活地投入和切除发电机、 变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事 故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求； 在检修时，可以 方便地停运断路器、母

8、线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的 运行和对用户的供电；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。（3）经济性：要节省投资，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、避雷器等一次设备；要节省继电保护和二次回路不过于复杂， 以节省二次设备和控制电缆；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；主接线设计要为配电装置布置创造条件， 尽量使占地面积减少；经济 合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。电气主接线是发电厂电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节222电气主接线的叙述（1）单元接线其是无母线接线中最简单的

9、形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种， 此种接线方法设备更多。本设计中机组容量为125MVV所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器。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 断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。（2）单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线优点：在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不带电，通常两侧的开关处于合闸状态， 检修时两两互为热备 用；检修QF时，可不停电；可靠性高，运行操作方便。缺点：增加了一台旁路断路器的投资。（3）单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线优点：可以减少设备

10、，节省投资；同样可靠性高，运行操作方便；（4）双母线接线优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。缺点：由于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局 限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。（5）双母线带旁路母线的接线优点：增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双 母线的正常运行。缺点：多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作。2.2.3主接线方案：（1）根据变压器的组合方案拟定主接线的初步方案，并依据对主接线的基本要求，从技术上进行论证各方的优、缺点，淘汰了一些较差的方案，最终选定220KV 采用双母线带旁路接线，110

11、KV采用双母线接线。（2） 发电机采用单元接线经过双绕组变压器升压后送人系统母线，其中 220KV 侧用2台发电机供电，110KV侧采用1台机组供电，220KV系统与110KV系统 之间用三绕组自耦变压器连接，其低压绕组引出作为厂用电备用电源。主接线 方式如下图2 1所示：门T【II【aI-图2 1电气主接线图2.3主变压器的选择与计算(1)主变压器台数的选择确定主变压器台数的因素很多，主要取决于该电厂在系统中的重要性并结 合电厂本身的装机台数。由于本设计采用单元接线作为发电机送人系统接线形 式，所以应该用三台双绕组表变压器作为主变和一台三绕组自耦变压器作为联络 变压器。(2)主变压器的选择发

12、电机一变压器单元接线中的主变容量应按发电机额定容量扣除本机组厂 用电后，留有10%勺裕度来确定。主变容量一般按变电所建成后 510年的规划 负荷来进行选择。根据本设计具体情况，使用三台双绕组变压器一台三绕组自耦变压器，主变的容量计算如下：COS0.8Sn 110% Pn(1 8%) 110% 125?(1 8%) 158.125MVAPn为发电机容量，8%为厂用电，C0为发电机功率因数（1）主变XT?的选择选择SFP7-150000/22Q型三相双绕组变压器表3 1主变T1T2的参数参数：额定容量（KVA）150000额定电压（KV）阻抗电压（）220± 2.5% /13.812 1

13、4（2）主变T3的选择选择SFP7-150000/110型三相双绕组变压器表3 2主变T3的参数参数：额定容量（KVA ）额定电压（KV ）阻抗电压（）150000110± 2.5% /13.813（3）联络变压器T4的选择选择SFPS7-150000/220型三绕组自耦变压器表3 3联络变器T4的参数参数：额定容量（KVA ）额定电压（KV ）阻抗电压（）150000220± 2.5% /121/13.8高低高中中低13.52383.短路电流的计算3.1短路计算的一般规则3.1 . 1短路电流计算的目的在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其 计算

14、的目的的主要有以下几个方面：(1) 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否 需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。(2) 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、 可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。(3) 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地 安全距离。(4) 在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为 依据。(5) 接地装置的设计，也需用短路电流。3.1.2短路电流计算条件1.基本假定：(1) 正常工作时，三相系统对称运行(2) 所有电流的电动势相位角相同(3

15、) 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行(4) 短路发生在短路电流为最大值的瞬间(5) 不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻 都略去不计。(6) 不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流。(7) 元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。2般规定：(1) 验算导体电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流， 应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。(2) 选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反 馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。(3) 选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常

16、接 线方式时短路电流最大地点。(4) 导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短 路计算。3.2短路电流的计算等值网络：图3 1系统的接线图选择：Sd =100 MvA U d = U av计算（1）系统的Si电抗：Xs1 = =1 二鱼二 100MvA =0.0294S* 3,S1K 3400 MvA/S(2)系统S2的电抗:X S2丄二鱼二 100 MvA =0 2S*S2500 MvA '(3)发动机G1、G2、G3的电抗由 X' ' =0.12 则 XG =X ''SdSn=0.12*12：0 =0.07680.8变压器T1、T

17、2的电抗:T1100SN皂X100詈=0.0867变压器T3的电抗:Xti变压器高低:高中:中低:'、T2100Sn100150 'T4的阻抗：XT41=Uk（%）?Sd13.5100100 SN100150XT42二 Uk（%）?Sd23100100 SN100150XT43= Uk（%）? Sd81000.090.15330.0533100150100 SN_ Uk（%） Sd _ 13 Y 100E52-1XS2=0. 2! XT3-0. 0367 esi-iXS1=O. 0294iXT 42IWZJ0.15 33E 妇05t2产r50. 0367孙 076SXC3=0.

18、 0763* EG 1=1EC 2-1'LOI图3 2等值电路变换为:fyvs-rES1=1K51-D, 0294XT42=0. t5 35XS2=0. 2KX2;0. 1635EC 2-1b X30, 1635$風3-1图3 3化简后的网络合并电源:X12X1 /X2 - 0.1635 0.081752E51-1【3U； XS2-0 2i ASl-Q. Z 网XT4-O.1533；匸rwKI 2-0. Q.3L25EG 12!SX30. 16 35fEd图34合并电源后的网络星网变换:S1JL弓1GIN0.237ft0.15530.6613图34星网变换X s 20.20.1635&

19、amp; 3X slkXs1 Xt4Xs1Xt4X120.02940.15330.0294 0.15330.081750.2378XGl2kX12XT4 Z 仏 0.08175 0.1533 0.8175 0.1533 0.6613Xs0.0294则转移阻抗:0478 ir si jcITeI 2k0.6613图3 5变换后的网络计算电抗：XCgXG K Sg 0.6613 156025 2 2.0665CG12 G12K Sd100Sg3156.25Xcg3X3旦 0.16350.25553Sd100查表得：表31短路电流G12短路时间0s1s2sXcg122.0665标幺值0.500.50

20、70.507有名值0.820.83150.8315系统Q1152X s2k0.2有名值:_ 1005 115.32.5103KA短路电流Ito0.821.32822.51034.6585It 10.83151.32822.51034.67It 20.8315> 1.32822.51034.67系统Si的短路电流标幺值:1XS1K0.2378 2-6455有名值:2.6455dUn2.645510011531.3282KA4电气设备的选择正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积 极而稳妥地采用新技

21、术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。尽管电力系统 中各种电器的作用和工作条件并不一样， 具体选择方法也不完全相同，但对它们 的基本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择， 并按短路状态来校验动、热稳定性。本设计，电气设备的选择包括：断路器和隔 离开关的选择，电流、电压互感器的选择、导线的选择。4.1电气设备选择的一般规则（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。（2）应按当地环境条件校核。（3）应力求技术先进和经济合理。（4）与正个工程的建设标准应协调一致。（5）同类设备应尽量减少品种。（6）用新的产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定

22、合格。4.2电气选择的技术条件4.2.1按正常工作条件选择电器（1）额定电压和最高工作电压所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即dimUSm。一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下时为1.155;额定电压是330500KV时是1.1 UN。而实际电网的最高运行电压 USm一般不会超过电网额定电压的1.1 UNs,因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即：Uk> UNso（2）额定电流电器的额定电流In是指在额定周围环境温度Bo下，电器的长期允许电流。I N不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持

23、续工作电流I max，即InI max由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%寸，出力保持不变，故其相应回路的|max为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，I max应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台 发电机或变压器的I max；母线分段电抗器的I max应为母线上最大一台发电机跳闸 时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%80%出线回路的I max除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负 荷。此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种 类和形式的选择。（3）按当地环境条件

24、校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境） 条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应 采取措施。我国目前生产的电器使用的额定环境温度（0=+ 40C，如周围环境温度高于+40C（但w+ 60C ）时，其允许电流一般可按每增高1C，额定电流减少1.8%进行修正，当环境温度低于+ 40C时，环境温度每降低 1C，额定电流可增加 0.5%，但其最大电流不得 超过额定电流的20%。4.2.2按短路情况校验（1）短路热稳定校验：短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。即It t >Qk式中 Q k 短路电流

25、产生的热效应I t、t 电器允许通过的热稳定电流和时间。（2）电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定条件为：I esI sh式中| sh短路冲击电流有效值;I es 电器允许 的动稳定电流的有效值；4.3电气设备的选择431断路器：断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装 调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生 产情况，电压等级在10KV220KV勺电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不 能满足要求时，可以选用 SF6断路器。106 , 115 103790.7A(1)变压器高压侧最大持续工作

26、电流：I1.05S _1.05 150ImaX，3 Un根据：Un Usn 110KV InI max 790.7 A 选择 SW4-110G/1000型少油断路器，固有分闸时间为0.06s。tk 2s 1s则不计非周期热效应,短路电流的热效应Qk等于周期分量的热效I10 I2t1sI2t 2s4.6585210 4.6724.672Qk一一tk21212短路的开断时间tk tpMtin0.1 0.060.1s故用l"校验1 Nbr。冲击电流：ish 1.824.658 11.8586KA(1)热稳定校验：12t?t(32)211024 Qk43.5999所以满足热稳定性要求。(2)

27、动稳定校验：ies55 KA ish11.8586 KA应Qp则:所以满足动稳定性要求。243.5999(KA) ?S(3)开断电流校验：iNbr 18.4KANbrI 4.6885 KA 则满足开断电流要求。432隔离开关：由 Un Usn 110KV In lmax790.7A选取 GW4-110D/1000-80型隔离开关(1)热稳定校验：l2t?t (21.5)2 52311.25 Qk所以满足动稳定性要求。(2)动稳定校验：ies 80KA ish 11.8586KA所以满足动稳定性要求。4.3.3电流互感器的选择由 Un Usn 110KV In Imax790.7A 则选取 LCWD-110 1000/5型电流互感器热稳定倍数Kt 75动稳定倍数Kes 150(1)热稳