2×100MW发电厂电气部分设计毕业设计

2×100MW发电厂电气部分设计毕业设计---2×100MW发电厂电气部分设计摘要本设计针对一座规划容量为2×100MW的火力发电厂的电气部分进行系统性设计。设计工作严格遵循国家及行业相关标准规范，以安全性、可靠性、经济性和灵活性为基本原则。文章首先阐述了发电厂电气设计的主要内容与依据，随后重点对电气主接线、主要电气设备选型、厂用电系统、配电装置布置、控制与保护系统以及防雷接地等关键部分进行了详细的方案论证与设计计算。通过对不同方案的技术经济比较，选择了最优的电气主接线形式，并完成了发电机、主变压器、高压断路器等核心设备的选型与校验。厂用电系统设计充分考虑了其重要性，确保了电厂运行的连续性。控制与保护系统则结合了当前电力系统自动化的发展趋势，力求实现可靠、高效的监控与保护功能。本设计成果可为同类规模发电厂的电气部分建设提供具有实用价值的参考。关键词：发电厂；电气设计；主接线；设备选型；厂用电；继电保护一、引言电力工业是国民经济的支柱产业，发电厂作为电能生产的核心环节，其设计的合理性与先进性直接关系到电力系统的安全稳定运行和经济效益。随着电力技术的不断发展，对发电厂的自动化水平、能耗指标、环保要求以及运行可靠性都提出了更高的标准。本毕业设计以2×100MW火力发电机组为研究对象，进行电气部分的全面设计。100MW等级机组通常属于中小型火力发电范畴，广泛应用于地方电力系统或作为自备电厂，具有建设周期相对较短、对电网调峰适应性较强等特点。本次设计旨在通过对该等级电厂电气系统的深入研究与方案优化，掌握发电厂电气设计的基本理论、方法和步骤，培养工程实践能力和创新思维。二、设计依据与原始资料（一）设计依据1.《火力发电厂设计技术规程》（DL____）2.《电力系统安全稳定导则》（DL/T____）3.《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T____）4.《导体和电器选择设计技术规定》（DL/T____）5.国家及行业颁布的其他相关标准、规范和法规。（二）原始资料1.电厂类型：凝汽式火力发电厂（或根据实际情况注明是否为供热式）。2.机组容量：单机容量100MW，规划装机容量2×100MW，分期建设，本期建设2台。3.电厂在系统中的地位：区域性电厂，主要承担基荷，兼顾一定调峰任务。4.接入系统条件：*发电机额定电压：10.5kV。*升高电压等级：根据系统要求，暂定为110kV或220kV（此处需根据具体接入系统报告确定，本设计暂按110kV考虑，后续可调整）。*出线回路数：本期2回，远景考虑1-2回备用。5.厂用电负荷：厂用电率按约8%估算。6.燃料种类：燃煤（或其他燃料）。7.水源条件：（简述，如地表水、地下水等，影响冷却方式及部分辅机选择）。8.气象条件：（简述，如最高气温、最低气温、年平均气温、海拔高度、最大风速、覆冰厚度、地震烈度等，影响设备选型与校验）。三、电气主系统设计电气主系统是发电厂的核心，其设计直接影响电厂的安全、经济运行和投资效益。它主要包括电气主接线、主要电气设备选择、短路电流计算等内容。（一）电气主接线设计电气主接线的设计应满足可靠性、灵活性、经济性和发展性的基本要求。1.主接线方案分析与选择：*发电机电压侧接线：对于100MW机组，发电机与主变压器的连接方式通常采用单元接线。单元接线具有接线简单、清晰，设备少，操作方便，可靠性高，继电保护简化等优点，非常适合单机容量较大的机组。因此，本设计发电机与主变压器采用单元接线方式。*升高电压侧接线（110kV侧）：110kV侧的接线方案需根据电厂的容量、在系统中的地位、出线回数等因素综合考虑。*方案一：单母线分段接线。优点是接线简单，操作方便，投资省；缺点是当一段母线故障或检修时，该段母线上的所有回路均需停电。对于2×100MW、110kV出线2回的电厂，若系统允许短时停电，此方案有一定经济性。*方案二：双母线接线。优点是供电可靠性高，运行灵活，可轮流检修母线而不中断供电；缺点是设备多，投资大，占地面积大，操作较复杂。对于重要的中型电厂，双母线接线是常用方案。*方案三：双母线带旁路母线接线。在双母线基础上增加旁路母线和旁路断路器，可在出线断路器检修时不中断该回路供电。进一步提高了可靠性和灵活性，但投资和占地面积更大。*方案比较与确定：考虑到本电厂为2×100MW容量，承担一定基荷任务，对供电可靠性有较高要求。110kV出线2回，远景有发展。综合比较，双母线接线虽然初期投资略高，但能更好地满足可靠性和灵活性要求，且便于未来扩建。因此，本设计推荐110kV侧采用双母线接线。若考虑到经济性且系统对停电影响不敏感，单母线分段也可作为备选方案，并在设计中进行详细技术经济比较。（此处根据实际侧重点选择，以下按双母线方案进行阐述）。2.主接线图绘制：（此处应配有主接线简图，标明主要设备和连接关系，如发电机G、主变压器T、断路器QF、隔离开关QS、接地开关、电流互感器CT、电压互感器PT、避雷器F、母线WB等）。*每台发电机（G）经发电机出口断路器（或仅隔离开关，视具体情况和规程要求）接至一台双绕组主变压器（T）的低压侧。*主变压器高压侧接至110kV双母线。*110kV双母线通过母联断路器连接，设置两组电压互感器和避雷器。*110kV出线分别接至两条母线上。（二）主要电气设备的选择与校验主要电气设备包括主变压器、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、电缆等。设备选择的一般原则是：按正常工作条件选择，按短路故障条件校验动稳定和热稳定，并考虑环境条件的影响。1.主变压器的选择：*容量选择：主变压器的额定容量应能满足发电机额定容量输出的要求，并考虑一定的过载能力和厂用分支的需要。发电机额定功率：100MW功率因数：0.85（滞后）发电机额定视在功率：Sg=100/0.85≈117.65MVA考虑主变压器留有10%的裕度，并计入厂用高压工作变压器的容量（若由主变高压侧引接，则主变容量需包含此部分；若由发电机出口引接，则主变容量主要考虑发电机输出）。本设计厂用高压工作变拟从发电机出口引接，故主变容量可选S_T=120MVA或125MVA。*台数：采用单元接线，故每台机配置一台主变压器，本期共2台。*型式：选用三相双绕组无励磁调压（或有载调压，根据系统调压要求）电力变压器。冷却方式根据容量和厂家产品确定，通常为强迫油循环风冷（OFAF）或自然油循环风冷（ONAF）。*阻抗电压：通常选用10.5%或12%（根据系统短路电流限制要求及厂家数据选择）。2.高压断路器的选择：主要选择110kV侧断路器和发电机出口断路器（若设置）。*额定电压：应大于或等于其所在回路的额定电压（110kV或10.5kV）。*额定电流：根据回路最大持续工作电流选择。110kV侧出线断路器：按主变额定电流考虑。主变额定电流I_T=S_T/(√3U_T)=120/(√3*110)≈0.63kA(120MVA,110kV)。*额定开断电流：根据短路电流计算结果选择，应大于或等于其安装处的三相短路电流周期分量有效值。*动稳定电流和热稳定电流及时间：均需满足短路电流校验要求。*型式：110kV断路器可选用SF6断路器或真空断路器。SF6断路器具有灭弧性能好、断口电压高、占地面积小等优点，在110kV及以上系统应用广泛。3.隔离开关的选择：其额定电压、额定电流应与断路器相配合，动稳定和热稳定也需满足校验要求。主要用于设备检修时隔离电源，无灭弧能力。4.电流互感器（CT）的选择：*额定电压、额定电流比：根据安装地点和测量、保护要求选择。*准确级和容量：测量用CT选用0.5级或0.2S级，保护用CT选用5P或10P级，并满足二次回路负载的要求。*型式：根据安装位置（如母线、断路器套管、电缆头等）选择合适的型式。5.电压互感器（PT）的选择：*额定电压：一次侧额定电压与所在回路额定电压相符。*接线方式：110kV侧通常采用星形接线加开口三角形接线，以获取线电压和零序电压。*准确级和容量：根据测量、计量和保护要求选择。*型式：110kV侧可选用油浸式、SF6气体绝缘或电容式电压互感器（CVT）。6.避雷器的选择：用于限制过电压，保护电气设备绝缘。其额定电压应根据安装地点的系统电压和接地方式选择，残压应低于被保护设备的冲击耐压水平。7.母线的选择：10.5kV和110kV母线通常采用铜母线或铝母线。需根据最大持续工作电流选择母线截面，并进行短路热稳定和动稳定校验。（三）短路电流计算短路电流计算是电气设备选择和校验、继电保护整定、接地装置设计的重要依据。1.计算目的：确定系统中各短路点在最大运行方式下的三相短路电流、两相短路电流等，用于设备的动稳定、热稳定校验及开断能力校验。2.计算假设：忽略发电机、变压器的电阻；忽略负荷电流；系统为无限大容量电源或按给定的等值电源阻抗计算；采用标幺值法进行计算。3.计算点的选择：通常选择主变压器高压侧母线、发电机出口、厂用高压母线等关键节点作为短路计算点。4.计算结果应用：将计算得到的三相短路电流周期分量有效值、冲击电流、短路电流全电流最大有效值、短路容量等数据，用于校验所选设备的额定开断电流、动稳定电流和热稳定电流。（四）中性点接地方式1.发电机中性点：10.5kV发电机中性点一般采用经消弧线圈接地或高电阻接地方式。经消弧线圈接地可有效熄灭单相接地电弧，减少故障危害；高电阻接地则能限制接地电流，同时提供接地故障检测信号。本设计暂按经消弧线圈接地考虑。2.110kV系统中性点：110kV系统通常采用直接接地或经小电阻接地方式。直接接地系统供电可靠性高，绝缘水平要求低，但接地电流大。本设计110kV系统中性点采用直接接地方式。3.厂用电系统中性点：厂用高压（6kV或10kV）中性点可采用不接地、经消弧线圈接地或高电阻接地；厂用低压（380V）中性点采用直接接地方式。四、厂用电系统设计厂用电系统是保证发电厂安全稳定运行的重要组成部分，其设计应满足可靠性、灵活性、经济性的要求，确保在各种运行工况下能不间断地向厂用负荷供电。（一）厂用电负荷分类与计算1.厂用电负荷分类：根据其重要性分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类负荷和事故保安负荷。*Ⅰ类负荷：短时停电可能导致人身伤亡、设备损坏或危及电厂安全运行的负荷，如给水泵、引风机、送风机等。需有两个独立电源供电，并能自动切换。*Ⅱ类负荷：允许短时停电（几秒至几分钟），但停电时间过长会影响机组正常运行的负荷，如凝结水泵、循环水泵（非唯一水源时）等。需有两个电源供电，可手动切换。*Ⅲ类负荷：长时间停电不会直接影响机组运行的负荷，如检修电源、照明等。可由单电源供电。*事故保安负荷：在事故情况下，为保证机组安全停机和紧急恢复供电的负荷，如事故润滑油泵、盘车电动机、事故照明等。需由蓄电池或柴油发电机等独立可靠电源供电。2.厂用负荷计算：采用需用系数法计算各段母线的计算负荷，作为选择厂用变压器容量和电缆截面的依据。*对各电动机和用电设备组，根据其额定功率和需用系数、功率因数计算出有功功率、无功功率，然后汇总。*考虑同时系数、负荷率等因素。（二）厂用电接线设计1.厂用电压等级确定：根据机组容量和厂用负荷大小，本设计厂用电压等级拟采用两级：*高压厂用电压：6kV（或10kV，与发电机电压10.5kV配合，可减少一级降压，10kV厂用系统在该容量机组有应用）。本设计暂按6kV考虑。*低压厂用电压：0.4kV，供照明、检修及小功率辅机。2.厂用工作电源引接：*高压厂用工作电源：每台机组从对应发电机出口断路器（或其外侧）引接，经高压厂用工作变压器降至6kV。采用单元接线方式。*低压厂用工作电源：从本机组的6kV厂用工作母线段引接，经低压厂用工作变压器降至0.4kV。3.厂用备用/启动电源引接：*高压厂用备用/启动电源：为保证厂用电的可靠性，设置1-2台高压厂用备用变压器。电源可从110kV母线引接（若系统允许），或从与系统联系紧密的另一台机组的高压厂用母线引接（暗备用方式）。本设计拟采用明备用方式，从110kV母线引接一台高压备用变压器。*低压厂用备用电源：可从高压备用变的6kV备用母线引接，或采用低压联络方式。4.厂用母线分段：*6kV厂用母线：每台机组设一段高压厂用工作母线，全厂设一段高压厂用备用母线。工作母线与备用母线之间通过备用电源自动投入装置（BZT）连接。*0.4kV厂用母线：按炉分段或按机分段，每段母线接有相应的低压厂用工作变，并设置联络开关。（三）厂用变压器的选择根据厂用负荷计算结果，选择合适容量、型号的厂用工作变压器和备用变压器。考虑一定的裕度（通常10%-20