11级电气2班--34号---范飞琴---发电厂电气部分课程设计

1、宁德师范学院发电厂电气部分课程设计 题目名称： 某火力发电厂电气部分设计 系 别： 物理与电气工程系 专 业： 电气工程及其自动化 学 号： B2011052234 姓 名： 范飞琴 指导老师： 黄 丽 霞 日 期： 2014年6月20日 发电厂电气部分课程设计任务书1 主要内容：本次设计的主要内容是一个4×200MW火力发电厂的电气部分设计。1、发电厂规模：(1)装机容量4×200MW=800MW(2)机组年利用小时数：Tmax=6000h/a。(3)电力负荷及系统连接情况：电厂生产的电能除厂用电外全部以双回线路送入系统。2、主要技术指标：(1)保证供电安全、可靠、经济。

2、(2)功率因数达到0.9及以上，厂用电率8%，线路阻抗0.4。2 基本要求：1、按学校规定的格式编写设计论文。2、论文主要内容有：a) 课题名称。b) 设计任务和要求。c) 设计合理、经济适用的电气主接线。d) 收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。主要参考资料：1国家质量监督检验检疫总局，国家住房和城乡建设部联合发布. GB大中型火力发电厂设计规范(征求意见稿)2熊信银. 发电厂电气部分. 北京：中国电力出版社，2009，102-1123王建华. 电气工程师手册.第15篇，火力发电. 北京：机械工业出版社，2004，95-964DL50002000火力发电厂设计技术规程S. 北京：中国标准

3、出版社，20045胡志光. 火电厂电气设备及运行. 北京：中国电力出版社，2001，40-566钱亢木. 大型火力发电厂厂用电系统. 北京：中国电力出版社，2001，26-537李梅兰，李丽娇. 发电厂变电所毕业设计指导书. 北京：中国电力出版社，2008，15-208房俊龙. 电力系统分析. 北京：中国水利水电出版社，2007，167-1689电力工业部西北电力设计院编. 电力工程电气设计手册：电气一次部分. 北京：中国电力出版社，200410赵智大. 高电压技术. 北京：中国电力出版社，2006，80-84目录1 任务和要求:12 发电厂的概述：12.1 发电厂接入系统的原则13 电气主接

4、线设计13.1 电气主接线的基本要求：13.2 电压级常用接线方式23.3 拟定主接线方案23.3.1方案一的设定23.3.2 方案二的设定33.4 方案的比较与选定34 发电机型号的选择44.1 发电机主要参数44.2 冷却方式的选择55 主变压器的选型56 火电厂厂用电接线的选择66.1 概述66.2 厂用电设计原则和接线形式66.3 厂用电的电压等级66.4 厂用电系统中性点接地方式76.5 厂用电源及其引接87 厂用电系统的设计及确定97.1 厂用主变选择97.1.1厂用电主变选择原则97.1.2 厂用主变型号的确定107.2 高压启动/备用变压器的容量选择108 短路电流的计算108

5、.1 概述108.2 短路电流计算条件118.2.1 短路计算的基本假定118.2.2短路计算的一般规定118.3 短路计算118.3.1画等值网络图118.3.2化简等值网络图，求短路电流148.3.3短路计算结果219 总结22参考资料23发电厂电气部分课程设计1 任务和要求: (1)任务：Ø 确定发电厂电气主接线的最佳方案（包括主变压器容量的选择）。Ø 确定发电厂厂用电接线的最佳方案。Ø 计算短路电流。(2) 要求： Ø 熟悉电气主接线的各种接线类型；Ø 掌握各种接线类型的特点及适用场合；Ø 根据任务设计出最佳的电气主接线方式。

6、2 发电厂的概述：发电厂是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济。发电厂的作用是将其他形式的能量转化成电能。按能量转化形式大体分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电场；考虑发电厂中的地位和作用电力系统中的发电厂可分为大型主力发电厂、中小型地区电厂、及企业自备电厂三种类型。无论是哪种形式的电厂它们的电气部分设计的主要内容及基本思想都是相通的，本文是对某火力发电厂电气部分的设计。2.1 发电厂接入系统的原则在拟定发电厂接入系统的方案时，应明确该厂规划装机容量、单机容量、送电方向、功率、供电距离及在电力系统中的地位和作用，对于不同规模的发电厂及发电机组，应根据在系统中的

7、地位，接入相应电压等级的电力网。在负荷中心的中小发电厂，在发电机端设立母线，发电机经母线及升压变压器接入系统；对远离负荷中心的火力发电厂，应直接接入高压主网。单机容量为100125MW的机组，当系统有稳定性要求时，应直接升压接入220kV电力网；单机容量为500MW及以上的机组，一般直接升压接入500kV电力网1。本次设计中要求将电厂生产的电能除厂用电外，全部送入系统，根据发电厂接入系统的原则，预设4台发电机组全部升压接入220kV电力网。3 电气主接线设计3.1 电气主接线的基本要求：电气主接线的选择正确与否对电力系统的安全、经济运行，对电力系统的稳定和调度的灵活性，以及对发电厂的电气设备选

8、择，配电装置的布置，继电保护及控制方式的拟定等都有重大的影响。在选择电气主接线时，应注意发电厂在电力系统中的地位、进出线回路数、电压等级、设备特点及负荷性质等条件，并应满足下列基本要求。Ø 运行的可靠性。Ø 具有一定的灵活性。Ø 操作应尽可能简单、方便。Ø 经济上合理。Ø 应具有扩建的可能性。 3.2 电压级常用接线方式 220kV电压级常用接线方式及适用范围总结见表2-1。表2-1 220kV电压级常用接线方式及适用范围电压接线方式适用范围220双母线或单母线采用SF6全封闭组合电器时，不设旁路措施；采用SF6断路器时，不宜设旁路措施；采用少

9、油断路器出线在4回及以上时，采用带专用旁母断路器的旁路母线双母线分段安装200MW及以下机组，电厂容量在800MW及以上，进出线1014回；采用双母线双分段配置困难的配电装置双母线双分段安装200MW及以下机组，电厂容量在1000MW及以上，进出线15回及以上3.3 拟定主接线方案 3.3.1方案一的设定采用双母线分段接线方式，将双回路分别接于不同的母线段上，可缩小母线故障的影响范围，主接线形式见图2-1。图2-1 方案一接线图3.3.2 方案二的设定采用双母线接线，断路器采用高可靠性的SF6断路器。主接线形式见图2-2。图2-2 方案二接线图3.4 方案的比较与选定方案的比较分别从可靠性和经

10、济性两方面进行，比较过程与结论见表2-2。表2-2 方案比较及结果方案一方案二结论可靠性将双回路分别接于不同的母线段上，保证了系统的供电可靠性，减小了停电的几率，缩小了母线的故障范围。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至使供电中断。在检修任意线路断路器时，该回路需短时停电。断路器采用SF6断路器，检修周期长，不需要经常检修，减小了断路器检修停电的几率。方案一略高于方案二经济性多装了价高的断路器及隔离开关，投资增大，占地面积增加。设备相对少，投资小，年费用小，占地面积相对较小。方案二明显高于方案一经比较，方案二在可靠性上略低于方案一，但断路器采用SF6断路器，它的检修周期长

11、，不需要经常检修。这样就可以减小了断路器检修停电的几率。在经济性上，方案二明显高于方案一，因而综合考虑选择方案二。4 发电机型号的选择4.1 发电机主要参数(1)单机容量原始资料已经给出，装机容量为4×200MW。(2)电压不同输出功率发电机的端电压见表2-3。表2-3 汽轮发电机的端电压发电机输出功率/(MW/MVA)端电压/kV200MW6.3，10.5，13.8，15.75300MW2024353667MW2024668MVA24271000MVA2627本方案中选定端电压。(3)功率因数600MW及以上发电机的额定功率因数采用，100MW500MW发电机的额定功率因数采用。本

12、设计中200MW发电机采用功率因数。(4)电抗和短路比我国国家标准规定200MW及以上的发电机不小于0.40，200MW及以上的不小于0.45。电抗的选择上，需注意瞬态电抗和超瞬态电抗的相容性，即的上限值不能太靠近的下限值，一般情况下不小于0.15，不大于0.30(均为标幺值)。4.2 冷却方式的选择大型汽轮发电机的冷却方式有全氢冷、水氢氢、水水空、水水氢、全水冷和油水油冷等。综合考虑，确定发电机机型为QFQS-200-2，其型号含义为Q汽轮机； F发电机； Q氢冷；S转子绕组水内冷； 200额定功率； 22极。QFQS-200-2型汽轮发电机主要参数见表2-4。表2-4 QFQS-200-2

13、型汽轮发电机主要参数视在功率（MVA）有功功率（MW）电压（V）电流（A）功率因数2352001575086250.855 主变压器的选型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。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DL50002000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65的条件进行选择”。本次设计中变压器均为单元接线形式，单元接线时变压器容量应按发

14、电机的额度容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。 公式(2-1)式中发电机容量，为200MW； 通过主变的容量；厂用电，为8%； 发电机的额定功率，为0.85。发电机的额定容量为200MW，扣除厂用电后经过变压器的容量为：选定三相风冷自然循环双绕组无励磁调压变压器，型号为：，参数为。6 火电厂厂用电接线的选择6.1 概述发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量由电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理等辅助设备的运行。这些电动机及全场的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备等都属于厂用负荷。总的耗电量，统称为厂用电。厂用电的可靠性，对电力系

15、统的安全运行非常重要。提高厂用电可靠性的目的，是使发电厂长期无故障运行，不致因厂用电局部故障而被迫停机，为此必须认真考虑合理厂用供电电源的取得方式、工作电源和接线方式。6.2 厂用电设计原则和接线形式发电厂厂用电系统接线通常采用单母线分段接线形式，并多以成套配电装置接受和分配电能。火电厂的厂用负荷容量较大，分布面较广。其用电量约占厂用电量的60%以上。为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，且便于灵活调度，一般都采用“安炉分段”的接线原则，厂用负荷在各段上应尽量分配平均，且符合生产程序要求。全厂公用性负荷应适当集中，可设立公用厂用母线段低压380/220V厂用电的接线，对于大型火电厂，一般宜采

16、用单母线分段接线，即按炉分段，对于中小型电厂，则根据工程具体情况，厂用低压负荷的大小和重要程度，全厂可只分23段，仍采用低压成套配电装置供电5。本次设计中装机容量为4×200MW，属于大中型发电厂，依据上述原则，确定厂用电接线形式采用单母线分段接线，按炉分段。全厂共4台锅炉，容量为，每组分A、B两段，具体接线形式见图3-1。6.3 厂用电的电压等级发电厂中一般采用的低压供电网络电压为380/220V；高压供电网路电压有3、6、10kV。为了简化厂用电接线，且使运行维护方便，电压等级不宜过多。对于火电厂当发电机容量在60MW及以下，发电机电压为10.5kV时，可采用3kV作为厂用高电压

17、；当发电机容量在100300MW时，宜选用6kV作为厂用高电压；当发电机容量在300MW以上时可采用3kV、10kV两种电压6。本次设计单机容量为200MW，因此采用6kV作为厂用高压供电网路，380/220V作为厂用低压供电网络。 6.4 厂用电系统中性点接地方式高压厂用电系统及低压厂用电系统的中性点接地方式及其特点、适用范围详见表3-1。由下表可以看出，中性点不接地方式适用于接地电容电流小于10A的高电压厂用电系统。而200MW及以下机组的高压厂用电系统中，电容电流一般不会大于510A，所以传统上一直采用不接地系统，而且这种接地方式较简单，接线也方便，因而本次设计中高压厂用电系统采用中性点

18、不接地方式。DL500火力发电厂设计技术规程中规定“主厂房内的低压厂用电系统宜采用高电阻接地方式，也可采用中性点直接接地方式。”结合上表中，200MW及以上机组主厂房适宜采用高电阻接地，因而本次设计中低压厂用电系统采用中性点经高电阻接地方式。表3-1 厂用电系统中性点接地方式类别中性点接地方式特点适用范围高压中性点不接地单向接地电容电流<10A时，允许继续运行2h接地电容电流小于10A的高电压厂用电系统高电阻接地(二次侧接电阻的配电变压器接地)选择适当电阻值，可抑制单相接地故障时健全相的过电压倍数2.6倍相电压，避免扩大故障接地电容电流<10A，需要降低间歇性电弧接地过电压水平和便

19、于寻找故障点的情况消弧线圈接地按不同保护方式对灵敏度和选择性的要求，在中性点接低值电阻，将单相接地故障电流加大至100600A，接地保护动作于跳闸接地电容电流大于10A的场合低压中性点直接接地网络比较简单，动力、照明和检修网络可以共用；单相接地故障时，中性点不发生位移，相电压不会出现不对称和超过250V；保护装置立即动作于跳闸，厂用电动机停运原有低压厂用电系统为中性点直接接地的扩建厂及主厂房外、类负荷辅助车间供电网络；125MW及以下机组；低压不采用熔断器的供电系统高电阻接地单相接地故障时，避免开关立即跳闸和电动机停运；防止了熔断器一组熔断造成电动机两相运转；需设接地故障检测和保护装置；要安装

20、专用的照明、检修变压器200MW及以上机组主厂房6.5 厂用电源及其引接火力发电厂厂用电源分为工作电源和备用工作电源，厂用电源的引接方式见表3-2。表3-2 厂用电源的引接方式电气接线厂用工作电源厂用备用、启动/备用电源高压低压高压低压发电机变压器组引自升压变压器低压侧引自对应的高压厂用母线引自升压站最低电压级母线或联络变压器低压绕组，也可由外部电网引接专用线路引自高压厂用母线或启动/备用变压器有发电机电压母线引自连接该机组的发电机电压母线引自高压厂用母线或发电机电压母线引自发电机电压母线或升压站母线引自高压厂用母线或发电机电压母线本次设计中电气接线为发电机变压器组形式，升压电压级仅220kV

21、一级，因而确定厂用高压工作电源引自升压变压器低压侧，高压备用启动电源引自220kV母线，低压工作电源与备用电源分别引自对应的高压厂用母线。7 厂用电系统的设计及确定本厂用电系统共设4台高压厂用变压器，根据厂用备用电源数量的设置原则，3台以上200MW机组一般每两台机组设一台启动/备用变压器，因而共设置两台启动/备用变压器。厂用电源及其启动/备用电源的引接已在主接线图中标明。图中显示为两台变压器及一台启动/备用变压器，其余两台不再绘图说明。图3-1 厂用电接线7.1 厂用主变选择7.1.1厂用电主变选择原则1变压器、副边额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应。2连接组别的选择，宜使同

22、一电压级的厂用工作、备用变压器输出电压的相位一致。3阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及厂用电负荷正常波动范围内，厂用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的±5%。4变压器的容量必须保证常用机械及设备能从电源获得足够的功率。7.1.2 厂用主变型号的确定1高压厂用变压器的容量选择按厂用电率确定厂用电主变的容量，厂用电率确定为 公式(3-1)式中厂用电率(%)； 厂用计算负荷(kVA)；平均功率因数，一般取0.8；发电机的额定功率(kW)。由上式得出：由上式选定高压厂用变压器型号为：，额定容量为：；电压比为：。7.2 高压启动/备用变压器的容量选择200MW及以上的机组中，厂用工

23、作变压器电源由发电机母线直接引接，其高压侧一般不设断路器，这种接线方式使得高压厂用变压器一旦发生较大故障，势必使发电机停机，从而使得启动/备用电源的“备用”在一定程度上意义减小，而主要担负起“启动”的功能，对该电源容量的要求，也改为在带有设计的公用负荷后，仍能满足最大一台高压厂用变压器的备用要求，所以一般启动/备用电源的容量不能小于最大一个厂用工作电源容量。本次设计中选用的高压厂用变压器容量为31.5MVA，因而启动/备用变压器选用两台40MVA的变压器，型号为：，额定容量为：，电压比为：。8 短路电流的计算8.1 概述在进行电气设备和载流导体的选择时，为了保证各种电气设备和导体在正常运行时和

24、故障情况下都能安全、可靠的工作，同时又要力求节约、减少投资，需要根据短路电流对电气设备进行动、热稳定的校验。在进行继电保护装置及进行整定计算时，必须以各种不同类型短路时的短路电流作为依据。8.2 短路电流计算条件8.2.1 短路计算的基本假定1正常工作时，三相系统对称运行。2所有电流的电功势相位角相同。3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。8输电线路的电容略去不计。8.2.2短路计算的一

25、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。8.3 短路计算选择流过所要校验的设备内部和载流导体的短路电流最大的短路点为短路计算点，本次计算中选取的短路点为发电机出口短路点d1、220kV母线短路点d2、厂用6kV高压母线短路点d3。8.3.1画

26、等值网络图1去掉系统中的所有负荷分支、线路电容和各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗。2计算网络中各发电机的基本参数见表4-1，各变压器的基本参数见表4-2。表4-1 发电机参数型号额定容量额定电压额定电流功率因数QFQS-200-2200MW15.75kV8625A0.8514.44%QFS-300-2300MW18kV11320A0.8516.7%TS1264/300-48300MW18kV11000A0.87530.56%TQN-100-2100MW10.5kV6475 A0.8518.3%表4-2 变压器参数型号额定电压(kW)短路阻抗(%)SF10-240000242/15.7513

27、SF10-3150015.75/6.39.8SFP7-360000242/1814SFP7-120000242/10.514由4×200MW火力发电厂电气主接线图，和设计任务书中给出的相关参数，可画出系统的等值网络图如图4-1所示。图4-1 等值网络图3将各元件电抗换算为同一基准的标么电抗取基准容量=100MVA，电压基准值为各段的平均额定电压，=242kV，=15.75kV，=6.3kV。(1) 4×200MW火力发电厂QFQS-200-2发电机的电抗标幺值为SF10-240000主变压器的电抗标幺值为SF10-31500厂用高压变压器的电抗标幺值为(2)系统、QFS-3

28、00-2发电机的电抗标么值为 SFP7-360000变压器的电抗标幺值为(3)系统、TS1264/300-48发电机的电抗标么值为SFP7-360000变压器的电抗标幺值为(4)系统、TQN-100-2发电机的电抗标么值为SFP7-120000变压器的电抗标么值为(5)线路阻抗标幺值8.3.2化简等值网络图，求短路电流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辐射网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。1d1点短路(1)网络化简，求转移阻抗如图4-2所示，将系统、合并为，、合并为，、合并为，合并后的阻抗值为图4-2 d1点短路时网络化简图2将、合并为，、合并

29、为，、合并为，如图4-3所示。图4-3 d1点短路时网络化简图3，即为、对d1点的转移阻抗，即为、对d1点的转移阻抗。(2)求各电源的计算电抗 (3)查运算曲线查得各电源0s短路电流标幺值为；4s短路电流标幺值为；(4)计算短路点短路电流短路点总电流为冲击电流为 公式(3-1)式中冲击系数，实际电路中，。发电机机端取1.9，发电机经变压器后的高压母线和发电机机端母线的引出线的电抗器后取1.85，远离发电机时取1.8，低压电网取1.3；本次计算中短路点位于发电机经变压器后的高压母线，所以计算时取。全电流为 公式(3-2)稳态短路电流为2d2点短路d2点短路时，其网络化简图如4-4所示。图4-4

30、d2点时短路网络化简图1(1)求转移阻抗将、合并，得系统、离短路点较远，可将它们合并为一个电源计算，电源合并后的网络简化图如4-5所示。图4-5 d2点短路时网络化简图2如图4-6所示，将星形、化成网形、，即消去了网络中的中间节点，即为对d2点的转移阻抗，即为系统对d2点的转移阻抗。对d2点的转移阻抗为(2)求各电源的计算电抗图4-6 d2点短路时网络化简图3(3)由计算电抗查运算曲线得各电源0s短路电流标幺值为；4s短路电流标幺值为；(4)短路点总短路电流冲击电流为全电流为稳态短路电流为3d3点短路网络化简图如4-7所示。图4-7 d3点短路时网络化简图1(1)求转移电抗如图4-8所示，将星

31、形、化成网形，只计算有关的转移阻抗、。图4-8 d3点短路时网络化简图2(2)求各电源的计算电抗 (3)由计算电抗查运算曲线得各电源0s和4s短路电流标幺值当，各时刻短路电流相等，相当于无限大电源短路电流，可以用求得。0s短路电流标幺值；4s短路电流标幺值；(4)短路点总短路电流为冲击电流为全电流为稳态短路电流为8.3.3短路计算结果短路计算结果汇总于表4-3。表4-3 短路计算结果汇总表短路点基准电压(kV)短路电流(kVA)冲击电流(kVA)稳态短路电流(kVA)短路全电流(kVA)d122014.71938.5111.21819.31d215.75115.77311.778.94187.4d36.327.36550.3139.7952