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 办学学院 学习中心 专业层次 年 级 学生姓名 学 号哈尔滨热电厂电气主接线系统四川大学电气信息学院黑龙江松花江林区奥鹏专升本0709张辉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

2、路：铁路主要有哈大 、滨绥、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

3、电力有限公司、哈尔滨能源投资公司、 黑 龙江省电力开发公司和 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110KV两级电压与系统连接，220KV出线有4回，每回出 线最大输送容

4、量 为50MVA 220kv电压等级最大负荷250MW最小负荷200MW110KV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(Sj 10CMVA )，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 U e 10.3C

5、V cos 0.85。、电气主接线的设计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。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 300MW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

6、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， 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

7、，容易造成误操作1 23 。2.2拟定两种方案第一种方案是：10.5KV侧采用单元接线，110KV侧采用单母线分段带专 用旁路器，220KV侧采用双母线设计。其主接线如 图2-1所示。WL5 WL6WL7WL 1WL 2 WL 3 WL 4220KVG1G2G3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侧采用单母分段线分段断路器兼作旁路断路器，220KV侧采用双母线带旁路。其主接线如图2-2所 示。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、 力 111 案1项 目方案一方案二可1)220KV接线简1)2

8、20KV可靠性较高；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，不致使各级电压解列，提高了少；可靠性。2)220KV故 障时，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) 220KV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，

9、辨证统一，现 确定第二方案为设计最终方案。二、短路电流计算3.1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.

10、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）阻都略去不计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6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流定值，不考虑参数的误差和调整范围7）元件的技术参数均取额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

11、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。3 4系统的电路图等效电路 如图3-1 :AX50.065X60.087X10.215X11X9X80.0950.058X40.095K30.025X7X101r-B-0.004-0.004X12110k4K50.058KVK1*X2X30.2150.215K2220KVG1G2G3图3-1等值电路图设 sB=100MV AU

12、 B=Uav计算各个元件标幺值发电机:SB100Xi=X2=X3=X ”d =0-183 850-215110KV和 220KV: X4 0-025X5 0.°65双绕组T：SB100X U % 13% 0.087NSS1506由于三侧容量相等，所 以主变各绕组阻抗计算如下:11U S1%(SU12)%Us(3_1)%Us(23%)=()=14.25%2211U %(Ud 2%US (2-3)%US (3-1)%)=()=8.65%S2221US3% 2驰3)%Us(3-1)%US(1 2%)12(8"0+13.6-22.9)=-0-65% 变压器各绕组阻抗标幺值:X7X1

13、0US3%Sb=-0.65%N10050.004X11Us1%SSm10014.25% 1500.095X9X12US2%SB100S =8.65% N0.0581当K点短路时， 各元件标幺值如下:简化电路图为:13 3X X 2 / X0.2150.2150.1080.215+0.215X14 X8/X110.095 0.095 0.0480.0950.095AX510.065220KVx14x15X40.0480.029 -0.025X6x160.087-0.002K1X1x130.2150.108BG1CX50.065x140.048220KVx170.054 图3-2简化后的等值电路图

14、X60.087X10.215G1K1x180.106图3-3简化后的等值电 路图0.058 0.058X15 X9/X120.058 0.0580.029X 16 X 7 / X 10X17X15X18X130.004(-0.0040.029 0.0250.0020.054X160.108 0.0020.106对图3-3中的 X14, X17X18支路进行丫一变换，得如图3-4所示:X18X14X19X18X14X170.106 0.0480.106 0.048 0.2480.054X17X14X20X17X14X180.054 0.0480.054 0.048 0.1260.106对图3-4

15、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 ）:XjM0.220 :0. 2150.830 >OG1图3-4星网变换图图3-5各电源单独计算的等值电路图XAf X6 X51X 20=0.0870.065(0.087 + 0.065 + 0.248 + 0.126 )11XBf X6 X20JX6X51=0.0870.126(0.087=0.426=0.220XCfX 6 X1911-)X!9X201110.065+0.248 +0.126)X6 X51111+0.0870.065 +0.248 +0.126 )X19X 20)=0

16、.0870.248=0.838把220KV和 110KV侧按照无穷大功率电源处IAfXAf14.5450.22I Bf *XBf发电机的计算电抗XjcfXcfSnSb理,则电流标幺值为:12.3470.4260.8381002 0.85 1.972 100100Sn0.850.125100汽轮发电机按照计算电 抗查计算曲线,电流标幺值为:Xjx1X10.2530s 时：Icf *0.519I x1* 4.308所以：有名值：SbSb気気III f 1IAf *I“3UavBf *-IV3UavCf *Ix1*3Uav3Uav10010021001000.850.854.545 -.2.347

17、-0.519 4.308 -310.5(310.5310.5310.572.482KA冲击电流：ish 1.9272.482184.82SKA短路容量：Sk310.5 72.4821318.158MVA1.65s 时：1 Cf *0.535I x1*2.515有名值为：If160.88KA0.825s 时：Icf*0.521Ix1*2.638有名值为：If161.5KA(2)当O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：X10.215X60.087X50.065K2220KVX11X9X8X40.0950.0580.0950.025X10X7-0.004-

18、0.004X12110KV0.058X20.215X30.215G1G2G3图3-6等值电路图弓K2 1> K2jx14吒x15220KVX4x14x170.0480.029If A0.0250.0480.054X6x16""°BX6 >x180.087-0.0020.0870.106220KVX50.065X50.065X10.215x130.108X10.215G1G1图3-7简化后的等值电路图 路图图3-8简化后的等值电X210.302X50.065k2220KVx190.248x200.126G1图3-9简化后的等值电路图X21 XX1=0.0

19、87+0.215=0.3026把220KV和110KV侧按照无穷大功率电源处理,则短路电流标幺值为:IAf1X5115.380.065IBf17.937发电机的计算电抗XjcfX19SNSb1002 0.850.248 0.584100100SnXjG1 X21°302Mb汽轮发电机按照计算电0.850.355 100抗查计算曲线,电流标幺值为:0s 时：G*1.773I G1*3.156所以：有名值:SbSbIf 2IAf *iBfIx115.38.3Uav3Uav.3Uav1003Uav100 21001007.9371.773- 3冲击电流：23032300.8532303.1

20、560.8532307.832KA短路容量:1.54s 时:有名值为:0.77s 时:有名值为:ishSkI Cf *If2I Cf *If21.8 27.832 19.972KA3230 7.8323119.956MVA1.6197.436KA1.5117.386KAI G1*2.129I G1* 2.175G1*(3)当K3点短路时，由图3-10化简可得图3-11 :X5220KV x14x15X40.0480.0290.0251、卜K3X60.087X10.215'y、 y 1 - bx16-0.002x130.108G1C图3-10等值电路图AX50.065| 220KVX21

21、x14x15X40 3020.048°.O290.025蔦Bx220.106G1X50.065X210.302G1X230.329X40.025X240.090C_XC2.0.199C2KV图3-12简化后的等值然后把C电源分裂，图3-11 丫一变换图自路图X22 X16 X130.108 0.002 0.10623X 22 X 14X22X14X150.106 0.0480.106 0.048 0.3290.029先对图3-11中的X14, X15 , X22支路进行丫变换，X15X140.029 0.048X24X15X14X220.0290.0480.1060.009X15X2

22、20.029 0.106Xc2X15X220.0290.1060.199X140.048再对X5,X21,X23, X24支路进行星网变换，如图3-13所示1111XAfX24X5(X5X21X 23X)X241111 =0.090.065(+0.0650.302 + 0.329 + 0.09 )=0.192XAf0, 192d AG1QXGIf0. 893A AX4XK3<> 025r人 人jr Vv VOBXC2 0. 199Xcif0.973cioAA9C2图3-13各电源单独计算的等值电路图Xc1 fX24X231(111)(X 5X 21X 23X24=0.090.329

23、(11110.065 + 0.302 + 0.329 + 0.09 )=0.9731111X5X21X23X241111=0.090.302(0.065 + 0.302 + 0.329 + 0.09 )=0.893把220KV和110KV侧按照无穷大功率电源处 理,则短路标幺值为:1001000.850.855.028 40 (0.898 4.926) 0.985 3115311531153115 26.628KA冲击电流：ish1.8 2 26.628 67.901短路容量：Sk3115 26.6285303.765MVA1.55s 时：I C1*0.947Ic2*2.577Ig1*1.03

24、5有名值为：If325.296KA0.775s 时：Ic1*0.857Ic2*2.758Ig1*0.928有名值为：If 325.287 KA1111IAf*XAf5.208400.192Bf*X40.025发电机的计算电抗:100SNXjc2fXC2fOH"Mb0.850.2341001005nXjG1Xdf0893SB0.851.05100轮发电机按照计算电抗查计算曲线,电流标幺值为：0s 时：IC1f*0.8981 C2 f *4.629I G1*0.985SbIf3 IAf*-1Bf *-<3UavSB h (I3UavSB1f *C2f*)一1V3UavSbG1f *

25、v 3Uav100 100(4) 当K5点短路时，由图3-14和图3-15，再把X9, X12，X4进行丫一变换,得如图3-16所示:X60.087X10.215X80.095X110.095-0.004X7-0.004X50.0650.058X10K5X20.215X121100.058 KVX40.025220KVX9G10.215G2G3图3-14等值电路图X50.065X210.302x19*0.248k5x200.126220KVG1图3-15简化后的等值电路图X25X9X!2X9X120.0580.0580.058 0.0580.251X40.025X26X9X4X9X40.058

26、0.0250.058 0.0250.108X 120.058X27 占2 X4 0.058 0.0250.058 0.0250.1080.058TX50.065X8X25X110.0950.2510.095X211X7-X26X100.302-0.0040.108-0.004X27LK50.108rG1X2! 1 <X30.2150.215BXi2G2G3220KV图3-16 丫一变换图而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:X50.065X8YOR-410.0950.2510.095X21.X7V4 nX26X100.302-0.0040.108-0.004X

27、27K50.108-3G1，一B2 B10.2150.215220KVG2G3图3-仃分裂电源图然后再把X8, X25，X11支路进行变换，如图3-18所示:X8 X110.095 0.095X28 0.020X8 X11 X250.0950.095 0.251X8X250.095 0.251X29X 8X11X250.0540.095 0.095 0.251X11X25X30X 8 X11 X250.095 0.095 0.020 0.095 0.095 0.251X50.065X280.020220KVX210.302X290.054X300.020G1X7-0.004K5X30.215X

28、26 0.108X270.108X20.215B2 B1G2图3-18 Y变换图把图3-18整理，然后把其中的X 29, X26, X7支路进行丫- 变换，得图5-19 :X31X29X29 X70.054(-0.004X7 0.054 0.004 0.048X260.108XX3229X26X29 X260.054 0.1080.054 0.108 1.296-0.004 )X7X33X26X26 X70.108(-0.004X7 一0.108 0.004 0.096X290.054X 21X 50.3020.065X 32-1.296X270.108X30.215x 280.02X 300

29、.02310.048X 330.096K5X 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,BS 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I11如图3-20 :由于假设为电抗，不考 虑相位的问题，则电压与电流的有效值为:UbX；1I10.302Ub0.302124.6462 X0.06555.646 0.02 0.302 0.4151 6 11 丨2 5.64630.415I320.320X1.296a7IU0.41530273XX /X0.02 0.108/ /0.215

30、Ca730UUI X0.325a 628 bU I X U4.511I4UcX 272.796UcX30.3251.5120.215IffUI6 I7IX fI 35.646 4.511 0.32 9.837E310.415 9.837 0.048 0.887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Ef0.887I 11Ef0.887I24.646Ef0.8871 30.32Ef0.887I42.7960.8870.1912.7720.317XB1fXB4fXG1fEf0.887XG3f 0.587I51.512其中把电源A, Bi, Bs, B4看成无限大功率电源，

31、其电流标幺值为:B1 f*110.1915.236110.3173.1551 1B3f *10.417X330.096B4f*110.3612.772抗查计算曲线,查得电流标幺值为:发电机的计算电抗XjG1fXG1fS0.85n Goyd rA aSb0.88/1001.044100XjG2 fXG2fSNn odc：0.85S0.2 150.253100100XjG3fXG3fS.0.85n伫chSb0.58/0.69 1100100汽轮发电机按照计算电0s 时：Qf* 0.991有名值：IG2 f *4.308lG3f* 1.501If5 IAf *SV3Uav(I B1fB3f *B4

32、f*)SbL3Uav(IG1fG2f *“3f *)V3Uav5.236100-310.51001000.85(3.155 10.417 0.361)(0.991 4.308 1.501)丁310.510.5145.425KA冲击电流：ish 1.92 145.425 370.833CA短路容量： S 310.5 145.425 2644.777MVA1.65s 时：lG1f* 0.961IG2f* 2.467IG3f* 1.375有名值为：If4 132.507KA0.8255s 时：IG1f* 0.857IG2f* 2.644IG3f* 1.307有名值为：If4 132.54KA(5)

33、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）流G时刻）路点准电压时刻）-电流ish容量sIf(K(KA)(KA)V)(KA)(KA)(MVA)K10184.81318.60.8861.51.572.48229158K2319.973119.7.4367.386207.8322956K1167.905303.25.29625.2873526.6281765K10370.82644.132.507132.544.5145.42533/5.510370.82644.145.42533/132.507132.54四、主变压

34、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

35、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。（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

36、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，

37、为保证母线负荷供电电压质量要求，通常要带负调节电压；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：Pn100Sj 110% (1 5%) 110% (1 5%) 12-MVAcos0.85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1500丫N01高压：242 &