发电厂电气部分课程设计

1、发电厂电气部分课程设计,1. 电气主接线设计原则和程序 2. 主接线方案的拟定与选择 3. 计算短路电流 4. 选择电气设备 5. 绘制电气主接线图,1. 电气主接线设计原则和程序,一、对电气主接线的基本要求 二、电气主接线设计的原则 三、电气主接线的设计程序,3,一、对电气主接线的基本要求,电气主接线的重要性 电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体。它表明了各种设备的数量及连接情况。 电气主接线决定了可能存在的运行方式，影响着运行的可靠性和灵活性。 电气主接线决定了电气设备的选择，配电装置的布置。 电气主接线决定了继电保护和控制的方式。 对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性

2、和经济性三方面。,4,一、对电气主接线的基本要求,1. 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。 电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求。所以，在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。,5,一、对电气主接线的基本要求,2. 灵活性 电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面： (1)操作的方便性。 (2)调度的方便性。 (3)扩建的方便性。,

3、6,一、对电气主接线的基本要求,3. 经济性 在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要从以下几方面考虑： (1)节省一次投资。 (2)占地面积少。 (3)电能损耗少。,7,二、电气主接线设计的原则,电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地

4、选择主接线方案。,8,二、电气主接线设计的原则,电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。,9,二、电气主接线设计的原则,在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的。 它将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划，给出所设计电厂(变电站)的容量、机组台数、电压等级、出线回路数、主要负荷要求、电力系统参数和对电厂的具体要求，以及设计

5、的内容和范围。这些原始资料是设计的依据，必须进行详细的分析和研究，从而可以初步拟定一些主接线方案。,10,二、电气主接线设计的原则,国家方针政策、技术规范和标准是根据国家实际状况，结合电力工业的技术特点而制定的准则，设计时必须严格遵循。,11,三、电气主接线的设计程序,电气主接线的设计伴随着发电厂或变电站的整体设计进行，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤基本相同。 1. 对原始资料分析 2. 主接线方案的拟定与选择 3. 短路电流计算和主要电器选择 4.

6、 绘制电气主接线图 5. 编制工程概算,2. 主接线方案的拟定与选择,一、对原始资料分析 二、主接线方案的拟定与选择 三、主变压器容量的确定原则 四、主接线方案的经济比较,13,一、对原始资料分析,(1)工程情况，包括发电厂类型(凝汽式火电厂，热电厂，或者堤坝式、引水式、混合式水电厂等)，设计规划容量(近期、远景)，单机容量及台数，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。 发电厂容量的确定与国家经济发展规划、电力负荷增长速度、系统规模和电网结构以及备用容量等因素有关。发电厂装机容量标志着发电厂的规模和在电力系统中的地位和作用。在设计时，对发展中的电力系统，可优先选用较为大型的机组。但是，最大单机

7、容量不宜大于系统总容量的10，以保证在该机检修或事故情况下系统的供电可靠性。,14,一、对原始资料分析,(1)工程情况，包括发电厂类型(凝汽式火电厂，热电厂，或者堤坝式、引水式、混合式水电厂等)，设计规划容量(近期、远景)，单机容量及台数，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。 发电厂运行方式及利用小时数直接影响着主接线设计。承担基荷为主的发电厂，设备利用率高，一般年利用小时数在5000h以上；承担腰荷的发电厂，设备利用小时数应在3000 5000h；承担峰荷的发电厂，设备利用小时数在3000h以下。,15,一、对原始资料分析,(1)工程情况，包括发电厂类型(凝汽式火电厂，热电厂，或者堤坝式、

8、引水式、混合式水电厂等)，设计规划容量(近期、远景)，单机容量及台数，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。 对不同的发电厂其工作特性有所不同。对于核电厂或单机容量300MW及以上的火电厂以及径流式水电厂等应优先担任基荷，相应主接线应以供电可靠为主选择接线形式。水电厂是电力系统中最灵活的机动能源，启、停方便，多承担系统调峰、调相任务，根据水能利用及库容的状态可酌情担负基荷、腰荷和峰荷。因此，其主接线应以供电调度灵活为主选择接线形式。,16,一、对原始资料分析,(2)电力系统情况，包括电力系统近期及远景发展规划(510年)，发电厂或变电站在电力系统中的位置(地理位置和容量位置)和作用，本期工程和

9、远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。 发电厂的总容量与电力系统容量之比，若大于15时，则就可认为该厂是在系统中处于比较重要地位的电厂，应选择可靠性较高的主接线形式。因为它的装机容量已超过了电力系统的事故备用和检修备用容量，一旦全厂停电，会影响系统供电的可靠性。,17,一、对原始资料分析,(2)电力系统情况，包括电力系统近期及远景发展规划(510年)，发电厂或变电站在电力系统中的位置(地理位置和容量位置)和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。 主变压器和发电机中性点接地方式是一个综合性问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关

10、，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。,18,一、对原始资料分析,(2)电力系统情况，包括电力系统近期及远景发展规划(510年)，发电厂或变电站在电力系统中的位置(地理位置和容量位置)和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。 我国一般对35kV及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地)，又称小电流接地系统；对110kV及以上高压电力系统，皆采用中性点直接接地系统，又称大电流接地系统。发电机中性点都采用非直接接地方式，目前，广泛采用的是经消弧线圈接地方式或经中性点接地变压

11、器接地。,19,一、对原始资料分析,(3)负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。 电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电站电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间(510年)的检验。,20,一、对原始资料分析,(3)负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。 发电厂承担的负荷应尽可能地使全部机组安全满发，并按系统提出的运行方

12、式，在机组间经济合理地分配负荷，减少母线上电流流动，使发电机运转稳定和满足电能质量要求。,21,一、对原始资料分析,(4)环境条件，包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响。对此，应予以重视。对重型设备的运输条件亦应充分考虑。,22,一、对原始资料分析,(5)设备供货情况。这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较。,23,二、主接线方案的拟定与选择,根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电

13、压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案(本期和远期)。 依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留 23个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行经济比较。 对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。,24,二、主接线方案的拟定与选择,(1)技术分析的主要内容为：供电的可靠性；运行的灵活性；操作维护是否方便；远景过渡和远景适应情况；对二次接线的影响。 经过技术分析以后，可将一些不合理的方案去掉，剩下2至3个较好的方案进行技术经济比较。

14、,25,二、主接线方案的拟定与选择,(2)经济比较的内容为：投资；电能损耗；年运行费，补偿年限的计算。 在计算投资时，须初步选出主要电气设备，再按“发电工程概算指标”算出总投资。 电能损耗应按通过变压器的实际负荷算出。 年运行费包括电气设备的年折旧，维护和检修费以及电能损耗费。,26,三、主变压器容量的确定原则,1单元接线的主变压器 单元接线时，没有发电机电压负荷，主变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10的裕度来确定。 采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则计算出的两台机容量之和来确定。,27,三、主变压器容量的确定原则,1单元接

15、线的主变压器 如：发电机容量50MW，功率因数0.8，厂用电率8，则主变压器容量为,28,三、主变压器容量的确定原则,2具有发电机电压母线接线的主变压器,有发电机电压负荷和剩余功率。主变连接在发电机电压母线和升高电压母线之间，主要作用是将剩余功率送入系统。,容量确定原则： 当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送人系统。,如：发电机容量50MW，功率因数0.8，厂用电率10，发电机电压负荷最小15MW，则主变压器容量为,29,三、主变压器容量的确定原则,2具有发电机电压母线接线的主变压器,容量确定原则： 当

16、接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需限制本厂出力时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。,容量确定原则： 若发电机电压母线上接有2台及以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70以上。,台数确定原则： 为确保对发电机电压上的负荷供电可 靠性，接于发电机电压母线上的主变压器不应少于2台。其总容量除满足上述几点要求外，还应当考虑到满足不少于5年负荷的逐年发展。,30,四、主接线方案的经济比较,经济比较主要是通过经济计算方法对各方案的综合投资和年运行费用进行综合效益比较，为选择经济上的最优方

17、案提供依据。计算时，可只考虑各方案不同部分的投资和年运行费用。 方案比较主要用于多方案筛选，排列出不同方案经济上的优劣次序。 方案比较常用的方法有最小费用法、净现值法、内部收益率法、抵偿年限法。 在课程设计中，主要采用抵偿年限法。,31,四、主接线方案的经济比较,1. 抵偿年限法 即静态差额投资回收期法。 该方法的优点是计算简单，资料要求少；缺点是以无偿占有国家投资为出发点，为考虑时间因素，无法计算推迟投资效果，投资发生于施工期，运行费发生于施工后，在时间上未统一起来；仅计算回收年限，未考虑投资比例多少，未考虑固定资产残值；多方案比较无法一次算出。,32,四、主接线方案的经济比较,1. 抵偿年

18、限法 即静态差额投资回收期法。 计算表达式为 式中 Pa 静态差额投资回收期（低偿年限） I1、I2 分别为方案1、2的综合总投资 C1、C2 分别为方案1、2的年运行费,33,四、主接线方案的经济比较,1. 抵偿年限法 即静态差额投资回收期法。 计算表达式为 由该式计算出的低偿年限低于电力工业基准回收年限的方案为经济上优越的方案。即 当Pa 5年时，选方案2,34,四、主接线方案的经济比较,2. 经济比较项目 (1)综合总投资 综合总投资I主要包括变压器综合投资，开关设备、配电装置综合投资以及不可预见的附加投资等。进行方案比较时，一般不必计算全部费用，只需算出方案不同部分。 计算式为,35,

19、四、主接线方案的经济比较,2. 经济比较项目 (1)综合总投资 计算式为 I0主体设备的综合投资，包括变压器、开关设备、母线、配电装置及明显的增修桥梁、公路和拆迁等费用。 a 不明显的附加费用比例系数，如基础加工、电缆沟道开挖费用等。220KV系统取70，110KV取90。,36,四、主接线方案的经济比较,2. 经济比较项目 (2)运行期的年运行费用 年运行费用C主要包括变压器的电能损耗费及设备的检修、维护、折旧费(按投资百分率计算)。 计算式为 1 检修维护费率，一般取为0.0220.042； 2 折旧费率，一般取为0.0050.058； 损耗电能的电价，元/KW.h，可参考各地区 实际电价

20、，本设计中取0.45； A变压器年电能损耗，KW.h。,3. 计算短路电流,一、短路电流的计算步骤 二、选取短路计算点,38,一、短路电流的计算步骤,主接线设计后，即可按电器设备选择的需要选定短路点，算出在最大运行方式下，发生三相短路时，各支路中I0、I0.1(35kV及以上电压等级处短路点)、I0.2(610kV电压等级处短路点)、Itk、Itk/2及ich的短路电流。 其中，I0.1(35kV及以上电压等级处短路点)、I0.2(610kV电压等级处短路点)两个时刻的短路电流值分别用于对应的电压等级断路器的开断能力校验。 其中，I0、Itk、Itk/2用于电气设备和导体的热稳定校验。,39,

21、一、短路电流的计算步骤,tk是短路电流的切除时间，等于继电保护动作时间加上断路器全开断时间。 其中，在无继电保护整定资料的情况下，继电保护后备保护的时限，一般在电厂高压母线上认定为4秒，对发电机直配线路上认定为2秒。 断路器全开断时间等于断路器固有分闸时间加上燃弧时间，由选定的断路器来决定。,40,一、短路电流的计算步骤,在工程设计中，短路电流计算通常采用运算曲线法，基准容量一般采用100MVA。 其计算步骤如下： 1、选择短路点； 2、画出等值网络（次暂态网络）图； 3、化简等值网络图，计算各电源与短路点之间的电抗即转移电抗Xnd； 4、求计算电抗Xjs; 5、由计算电抗值从适当的运算曲线中

22、查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到Xjs3）,41,一、短路电流的计算步骤,在工程设计中，短路电流计算通常采用运算曲线法，基准容量一般采用100MVA。 其计算步骤如下： 6、计算无限大容量（Xjs3）的电源供给的短路电流周期分量； 7、计算短路电流周期分量有名值和短路容量； 8、计算短路电流冲击值； 9、计算异步电动机供给的短路电流； 10、绘制短路电流计算结果表。,42,二、选取短路计算点,对于同一电压等级且在同一发电厂或变电所内的一次设备的选型基本一致，且技术参数、性能也基本相同。因而选取产生短路电流最大的短路点计算的短路电流，基本上均能满足同一电压等级的主设备的选型、校验。,43,二、选取短路计算点,在正常接线方式时，一般选取通过电气设备处于最严重短路电流状态的短路点为短路计算点，具体如下： 对于负荷部分，选出线端（电抗器后）为短路点，可用于选择出线断路器和出线电抗器； 对于发电机电压等级，选发电机出口母线为短路点，可用于选择发电机出口断路器和出口母线、主变压器低压侧断路器、隔离开关和导体、分段断路器和分段电抗器、母联电抗器； 对于升高电压等级，选该电压等级母线为短路点，可用于选择该电压等级所有的断路器、隔离开关、互感器和母线；,44,二、选取短路计算点,4. 选择电气设备,一、选择电气设备的方法 二、选择电气设备的要求,