发电厂电气部分课程设计报告

1、四川大学网络教育学院专业课课程设计题 目哈尔滨热电厂电气主接线系统办学学院四川大学电气信息学院学习中心黑龙江松花江林区奥鹏专业层次 专升本年 级 0709学生姓名 张辉学 号 DH1072r70012011年2月18日一、设计依据和原始资料分析1. 哈尔滨热电厂环境概况1.1 地理位置哈尔滨热电有限责任公司位于哈尔滨市动力区安通街 125 号。 哈尔滨是中国黑龙江省省会，是我国东北北部政治、经济、文化中 心，也是我国省辖市中面积最大、人口居第二位的特大城市 , 哈尔滨地处东 北亚中心位置，被誉为欧亚大陆桥的明珠，是第一条欧亚大陆桥和空中走廊 的重要枢纽。1.2 交通条件铁路：铁路主要有哈大、滨

2、绥、滨州、滨北、拉滨五条铁路连通国 内。公路： 102国道（京哈高速公路） 、202国道（黑河大连）、221国 道（哈尔滨同江）、301 国道（满洲里绥芬河）四条国道呈辐射状通向全 国各地。省内有哈尔滨大庆、齐齐哈尔；哈尔滨牡丹江、绥芬河；哈尔 滨佳木斯、鹤岗三条高速公路。水路：哈尔滨水运航线遍及松花江、黑龙江、乌苏里江和嫩江，并与俄 罗斯远东部分港口相通，经过水路江海联运线，东出鞑靼海峡，船舶可直达 日本、朝鲜、韩国和东南亚地区。1.3 企业现状哈尔滨热电有限责任公司， 是我国第一座自己设计、 制造并安装的高温、 高压热电厂，股东分别是黑龙江省电力有限公司、哈尔滨能源投资公司、黑 龙江省电力

3、开发公司和黑龙江电力股分有限公司。1.4 气象条件哈尔滨位于最北端，是我国纬度最高、气温最低的大都市。四季分明， 冬季漫长寒冷，而夏季则显得短暂凉爽。哈尔滨的集中降水期为每年 7至 8月，集中降雪期为每年 11 月至次年 1 月。年平均温度3.6 C。最冷的1月份，平均气温为零下13.2 C至零下24.8 C, 最热的7月份，平均气温为18.1 C至22.8 CO2原始资料2.1 毕业设计原始资料：1. 电厂为3台100MV汽轮发电机组，一次设计完成。2. 有220KV和110KVW级电压与系统连接，220KV出线有4回，每回出 线最大输送容量为50MVA220kv电压等级最大负荷250MW最

4、小负荷200MyV 110KV出线有3回，每回出线输送容量为35MVA本厂无610KV及35KV出 线。2.2 毕业设计的任务1. 完成电气一次主接线形式比较、选择；2. 完成主变压器容量计算、台数和型号的选择；3. 进行必要的短路计算以完成电气设备的选择；2.3 毕业设计主要技术指标、要求及内容1 .系统阻抗在最大运行方式下（S 100MVA）,与110KV系统的联系阻 抗为0.025 ,与220KV系统的联系阻抗为0.065 ,两系统均视为无穷大容量 系统。2.发电机参数：型号 QFN-100-2 Pe 100MW Ue 10.5KV cos 0.85O二、电气主接线的设计电气主接线是发电

5、厂电气设计的首要部分 , 也是构成电力系统的主要环 节。2.1 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 300M,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

6、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，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，精选文档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1 23 O22拟定两种方案第一种方案是：10.5KV侧采用单元接线

7、，11OKV侧采用单母线分段带专 用旁路器，220KV采用双母线设计。其主接线如图 2-1所示。WLIWL 2 WL 3 WL 4WL5 WL6WL7图2-1第一种方案主接线图 第二种方案是：10.5KV侧采用单元接线，110KV采用单母分段线分段断路器兼作旁路断路器，220KV采用双母线带旁路。其主接线如图 2-2所示OWL1WL 2WL 3WL4WL5 WL6WL7图2-2第二种方案主接线图现对这两个方案进行综合比较：(如表2-1 )表2-1 方案比较目方案一方案二可1)220KV接线简1)220KV可靠性较咼；两台主变压器工作，保证了靠性单,设备本身故障率在变压器检修或故障时，不致使各级

8、电压解列，提高了少;可靠性。2)220KV故障时，精选文档停电时间较长。灵活性1) 220KV运行方式相对简单，灵活性差；2) 各种电压级接 线都便于扩建和发展。3) 110KV操作过程复杂1) 各电压级接线方式灵活性都好；2) 220KV电压级接线易于扩建和实现自动化。3) 110KV操作过程相对简单经济性1) 22OKV设备相对少，投资小；2) 110KV增加了一台旁路断路器的投资1) 220KV设备相对多，投资较大；2) 110KV设备少，投资小通过对两种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，现确定第二方案为设计最终方案。三、短路电流计算3.1短路电流计算的目的在发电厂和变电

9、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精选文档安全距离。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。3.2 短路电流计算条件1基本假定：（1）正常工作时，三相系统

10、对称运行（2）所有电流的电动势相位角相同（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（8）输电线路的电容略去不计2一般规定（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）

11、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， 一般按三相精选文档短路计算。3 4系统的电路图等效电路如图3-1 :X50.065X8KVX110.095 JrX90.0580.095X6X7X10IZVF>V V"0.087-0.004-0.004>X12k4K50.058K1X1X2X30.2150.2150.215K2X4K30.025110KVG1G2G3图3-1等值电路图设SB = IooMV A, UB = UaV。计算各个元件标幺值发电机:×1=&#

12、215;2=×3= X d0.215SB100=0.183Pn COS10°085110KV和 220KV X4 0.025X50.065双绕组T：S3100X6 Us% 13% 0.087S150由于三侧容量相等，所以主变各绕组阻抗计算如下：11U S1%(Us(12)% Us( 3-1)% Us(23)%) = ( 22.9+13.6-8.0 )=14.25%2 211U S2%(U S(1 2)% U(2-3)% U(3-1 ) %) = ( 22.9+8.0-13.6 ) =865%222U S3%1(U s( 2-3)% U s(3-1 )%1Us(12)%) =

13、 (8.0+13.6-22.9 ) =-0.65%2变压器各绕组阻抗标幺值:X7X 10U S3%-0.65%0.004SN150SB100X8X11U S1%14.25%0.095SN150SB100X9X12U S2%-8.65%0.058SN150SB100当K1点短路时，简化电路图为:各元件标幺值如下:X130.2150.215X2/X3 0.1080.215+ 0.215X14X8/X110.095 0.095 0.0480.095 0.095X60.087x14*x150.0480.029y XyK1220KVX40.025一 BX50.065x16-0.002X50.065x14

14、0.048X60.087x180.106K1220KVx170.054X10.215x130.108>j- IX10.215IJG1OG1精选文档图3-2简化后的等值电路图图3-3简化后的等值电路图X15 X9X120.0290.058 0.058 0.058 0.0580.004 (-0.004 )Xi6 X7X10 0.0020.004-0.004X17X15 X40.029 0.025 0.054Xi8Xi3 Xi60.108 0.002 0.106对图3-3中的Xi4, X17, X18支路进行Y变换，得如图3-4所示:X19X 18X14X 18 X140.1060.0480.

15、106 0.0480.248X170.054X 20X17X14X 17 X 140.0540.0480.054 0.0480.126X 180.106对图3-4中的X6, X5,X19, X20支路进行星网变换，求得各个电源点对K1的转、移电抗为（图3-5）OGlD FAZV5211X图3-4星网变换图图3-5各电源单独计算的等值电路图精选文档1111XAf X6 X 5(-）X6X 5X 19X 201111=0.087=0.220XBf X 6=0.087=0.426XCf X 6=0.0870.065 (0.0870.126 (0.087°248(0870.065X190.0

16、65X19X 200.248+ 0.2480.065 + 0.248+ 0.1260.1260.126精选文档=0.8380S 时：lcf* 0.519I1* 4.308把220KV和110KV按照无穷大功率电源处理，则电流标幺值为:1 111IAf*4.545I Bf*2.347XAf0.22XBf0.4261002 -S0.85XjCfXCf0.8381.972发电机的计算电抗S3100100SN0.85Xjx1X10.1250.253SB100汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线，电流标幺值为:所以：有名值：SBSBI f1 IAf *IBf *SBSB1001004.545 2.347运

17、10.50.519.3 10.510010020.850.854.308 3 10.510.572.482KA冲击电流：ish 1.9.2 72.482184.829KA短路容量：SkX 3 10.5 72.4821318.158 MVAi.65s 时：cf* 0.535IXr 2.515有名值为：Ifi 60.88 KA0.825s 时:ICf* 0.5211* 2.638有名值为：Ifi 61.5KA(2)当K2点短路时，由计算Ki中的图3-6、图3-7和图3-8可以简化为,如图3-9所示：OOOGiG2G3图3-6等值电路图精选文档AAX50.065X60.087X10.215x14x1

18、50.0480.029220KVX50.065220KVX40.025Vx160.087x14x170.0480.054V|,x13X1>L(> 0.1080.215S>XVX6x18-0.0020.106OG1OG1100精选文档图3-8简化后的等值电图3-7简化后的等值电路图路图AX50.065k2220X21x19x20KV0.3020.248BCG1图3-9简化后的等值电路图X 21 X6 X1=0.087+0.215=0.302把220KV和110KV按照无穷大功率电源处理,则短路电流标幺值为:I Af*1115.38X50.06510.1267.9371I Bf*

19、X 20发电机的计算电抗SNXjCfX19SB1002 -0.850.248 0.584100SN0.85XjG1 X 21 0.302 0.355SB100汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线，电流标幺值为:OS 时：cf* 1.773gi* 3.156所以：有名值：SBSBSBSBI f 2 IAf *、.3uavIBf *ICf *I x1 *3Uav10020.85.3Uav10015.387.9371.7732303230、.3冲击电流：jsh1.8.2 7.83219.972 KA短路容量：Sk、3 230 7.8323119.956 MVA1.54s 时：I Cf*1.619G1*2

20、.129有名值为：If27.436 KA0.77s 时：I Cf*1.511G1*2.175有名值为：If 27386kA100100230(3)当K3点短路时，由图3.1560.853 2307.832KA3-10化简可得图3-11 :精选文档X50.065220KVx14x150.048U.029X60.087x16-0.002X40.025K3. : BX10.215x130.108OG1C-图3-10等值电路图AX50.065X50.065220KV220KVX24X21 >0.302x140.048I' IG1Cx220.106x15X40.0290.025BK3X21

21、0.302G1图3-11 Y变换图电路图X22 X16X130.108 0.002 0.106先对图3-11如图3-12所示:X 23 X 22 X 14X23X240.329 0.090 § x4<$ K3 0.025 BA 剧CI XC20.199C2图3-12简化后的等值中的X14, X15 ,X22支路进行Y变换,然后把C电源分裂,X 22 X140.106 0.048 0.106 0.048 X150.3290.029X 15 X140.029 0.048X 24 X15 X14X 220.029 0.0480.0090.106XC2X15X 22X15 X 220.

22、029 0.106 0.029 0.106X140.1990.048再对X5,X21 ,X23, X24支路进行星网变换，如图3-13所示:XAfX 24X 21 X 23=0.09 0.0651(+0.0650.302+ 0.329 + 0.09 )=0.192XGIfXClfClO0. 973八亠XC2 >0.199 >C2图3-13各电源单独计算的等值电路图1XCIf X 24 X 23 (°X 21X231=0.09 0.329(0.065=0.9731XGIfX24 X21( O+ 0.302X 21+ 0.329 + 0.09 )X 231)X 24精选文档1

23、111=0.09 0.302 (0.065 + 0.302 + 0.329 + 0.09 )=0.893把220KV和110KV按照无穷大功率电源处理，则短路标幺值为:1I Af*XAf15.2080.19211I Bf *40X40.025精选文档发电机的计算电抗：100Xjc2fXC2fSN0.199 SB0.850.234100100XjGIXGIfSN0.851.050.893SB100轮发电机按照计算电抗查计算曲线，电流标幺值为:0s 时：C1f* 0.898IC2f*4.629IG1*0.985SBIf 3 IAf *T3UavI Bf *SBSB-(IC1 f * IC2f *)

24、 .3av3UaV9I G1 f *3Uav100 1001001000.850.855.028 40 (0.898 4.926) 0.985 3-14和图3-15 ,再把9, X12, X4进行Y-变3 1153 115.3 115.3 11526.628KA冲击电流：i Sh1.8.2 26.62867.901短路容量：Sk.3 115 26.6285303.765MVA1.55s 时：IC1*0.947IC2*2.577Ig1*1.035有名值为：If325.296KA0.775s 时：IC1*0.857IC2* 2.758Ig1* 0.928有名值为：If325.287KA(4)当K5

25、点短路时，由图换,得如图3-16所示:精选文档X50.065X60.087X10.215G1X8 JX11KV>X90.0950.058->0.095X7X10Xr Xr y *-0.004 J-0.004SX12EK50.058r'X2X3<0.2150.215220110KVG2G3X40.025图3-14等值电路图X50.065220KVX210.302x190.248 k5Cx200.126G1图3-15简化后的等值电路图X9 X12X 25 X9 X12 0.058X40.058 0.0580.058-0.0250.251X9 X4X 26 X9 X 4 0

26、.058X120.058 0.0250.025-0.0580.108X12 X 40.058 0.0250.0580.0250.108X 27 X 12 X 4X 120.058X50.065220KV精选文档X80.095X21X70.302-0.004X25X110.0950.251X26X100.108-0.004G1X20.215K50.215G2G3图3-16 Y变换图而B点假设成无穷大功率电源，则可以把它分裂成如图3-17所示:X50.065220KVX80.095X21X70.302-0.004K5X2G10.215X25X110.0950.251I'V VAX26X10

27、0.108x27 I-0.0040.108 IX3B2 B10.215G3G2图3-17分裂电源图X8 X11X 28X8 X11 X 25然后再把X8, X25, X11支路进行 丫变换，如图3-18所示:0.095 0.095 0.0200.095 0.095 0.251X8 X 250.095 0.251X 290.054X8 X11 X 250.095 0.095 0.251X11 X 250.095 0.095X 30X8 X11 X 250.020X210.302G10.095 0.095 0.251X50.065X280.020X290.054X300.020220KVX30.2

28、15X7-0.004X260.108G3K5X270.108X20.215B2B1G2图3-18 Y变换图把图3-18整理，然后把其中的X 29,X 26, X7支路进行Y变换，得图5-19 :X 31X 29X 29 X 7X70.054 (-0.004 )X 260.0540.0040.0480.108X 32 X 29X 26X 29 X 260.054 0.108 0.054 0.1081.296X 33X 26(-0.004 )X 26 X70.108 (-0.004)X 7 0.1080.004X 290.0960.054精选文档G1AB4B1G3精选文档X 210.302X30.

29、215X 28X 300.020.02X 32 -1.296X270.108X 310.048X 330.096X50.065K5X 20.215G2图3-19分裂电源图图3-19中的B4, B3是无限大功率电源B2分裂出来的。用单位电流法求其转移阻抗。令G1, A, B4, Bi, G的电动势为0,假设在K4点加电源Ef使X21所在支路通过单位电流I1 1 ,如图3-20 :由于假设为电抗，不考虑相位的问题，贝S电压与电流的有效值为:UbX21|1Ub0.3020.3024.6460.065|1125.646UaX 28 Ub5.646 0.02 0.302 0.415UaX32|70.41

30、51.296Ua0.320UCX 30 X 27 /X3Ua I7 X300.4154.5110.02 0.108/0.2150.325UC4X 272.796精选文档UC0.32551.512X30.215If 6 7 3 5.646 4.511 0.32 9.837Ef Ua IfX 310.415 9.837 0.048 0.887X310.048Ef图3-20求转移阻抗及电流分布系数图所以各电源对短路点的转移阻抗为：XG1fEf0.8870.88711XAfEf0.8870.191 24.646XB4fEf0.8872.772 30.32Xb1 fEf0.8870.31742.796E

31、f0.887XG3f 0.587Is1.512其中把电源A , B1, B3, B4看成无限大功率电源，其电流标幺值为:1 1IAf* 5.236XAf0.1911 1B1f*3.155XB1f0.3171 1B3f*10.417X 330.0961 1B4f*0.361XB4f2.772发电机的计算电抗100XjG1 fXG1fSN0.85H QQ"74 A A30.8871001.044100XjG2fXG2fSN0.850.253SB0.215100100XjG 3fXG3fSNC RO"70.850.691SB0.58 7100汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线，查得

32、电流标幺值为:0s 时：G1f* 0.991G2f* 4.308G3f* 1.501有名值:SBSBSNI f5 IAf *(I B1 f * I B3f * IB4f*)(IG1 f * I G2f * IG3 f*)<3U avV 3U av3UaV100100 100 0 855.236 (3.155 10.417 0.361)(0.991 4.308 1.501)3 10.53 10.53 10.5145.425KA冲击电流：ish 1.9.2 145.425370.833KA短路容量：Sk 、3 10.5 145.4252644.777 MVA1 65s 时.Ig1 f* 0.

33、961G2f* 2.467G3f* 1.375有名值为：If 4 132.507 KA0.8255s 时：lG1f* 0.857IG2f* 2.644IG3f* 1.307有名值为：If4 13254KA(5) K4点的短路计算与K5点相同。短路计算结果列表于下：表3-1短路计算结果短路电流短路电短基短路电流（0冲击短路（tk时刻）lf流（屯时刻）路点准电压时刻）i f电流ish容量SIf(K(KA)(KA)V)(KA)(KA)(MVA)K10184.81318.60.8861.51.572.48229158K2319.973119.7.4367.386207.8322956K1167.905

34、303.25.29625.2873526.6281765K10370.82644.132.507132.544.5145.42533777K10370.82644.132.507132.545.5145.42533777四、主变压器的选择4.1主变压器台数的确定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。为减少主变压器台数，可考虑采用扩大单元接线。一般装机一至三台的小型非骨干电厂以确定一台主变压器为宜，装机四 台及以上的小型电厂可考虑确定两台主变压器以满足运行的可靠性和灵活 性。无调节水库的径流电站，偏僻山区的运输困难的电站可采用两台小容量 的变压器

35、并列运行。4.2主变压器的容量确定1. 发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，并适当考虑远期1020年的负荷发展。2. 高、中压电网的联络变压器应按两级电网正常与检修状态下可能出现 的最大功率交换确定容量，其容量一般不应低于接在两种电压母线上最大一 台机组的容量。3. 小型电厂机端电压母线上的升压变压器的容量选择条件为：（1）接于该母线上的发电机处于全开满载状态而母线负荷 （包括厂用电） 又最小时能将全部剩余功率送出。（2）发电机开机容量最小、母线负荷最大时，经主变压器倒送的功率。

36、（3）两台变压器并列运行互为备用时， 其原则与前述联络变压器同。 由 于变压器的检修周期长，而且它可与该母线上的发电机检修相配合，因此不 需因检修增加容量。4.3 变压器型式的选择1. 单相变压器的使用条件一般用三相变压器，单相变压器应用于 500KV及以上的发电厂、变电站 中。2. 三绕组普通变压器和三绕组自耦变压器的使用条件 使用三绕组变压器比使用两台双绕组变压器经济。使用自耦变压器不经济，且自耦变压器只能用于高、中压中性点都有效接地的电网，故其只能用 于220KV及以上的发电厂和变电站。且自耦变阻抗较小可能使短路电流增加， 故应经计算确定。3. 有载调压变压器的使用条件在电压变化范围大且

37、变化频繁的情况下需使用有载调压变压器。有载调压变压器的价格较贵， 质量不行大大降低其可靠性， 所以应慎用一般中小电厂设立发电机电压母线的，连接该母线与高、中压电网的变压器可能出现功率倒送，为保证母线负荷供电电压质量要求，通常要带负荷调节电压；地方变电站、工矿企业的自用变电站往往日负荷变化幅度很大，1 3。要满足电能质量也需带负载调压；330KV及以上的变电站在昼夜负荷变化时 高压侧端电压变化很大， 为维持中低压电压水平需装设有载调压变压器根据本设计具体情况，应该选择两组变压器，一组为三绕组2台，另一组为双绕组2台。本设计中的主变选择如下：容量确定公式：PN100SN 110%(1 5%)110%(1 5%)123MVACoS0.85查发电厂电气部分课程设计资料，选定变压器的容量为150MVA 由于升压变压器有两个电压等级，所以这里选择两台三绕组变压器和一 台双绕组变压器，查电力系统课程设计及毕业设计参考资料选定主变型 号为：双绕组为 SFP7-150000/220型。主要技术参数如表4-1 :表4-1技术参数额定连接组额定电压空载阻抗空载容量标号损耗电压电流1500Yn, du高压：242 ± 2 &