《火力发电厂电气主接线设计》

1、辽宁工程技术大学发电厂电气部分课程设计设 计题目火力发电厂电气主接线设计指导教师院（系、部） 电气与控制工程学院专业班级学号姓名日期课程设计成绩评定表期 学名 姓业 专绩成目 项优良中格 及 不设计表现真 认真 认 较般一真 认 不守 連强独成 能完独成 二一元 基计独成 能完 不计时 按迟上设计说明书S清方设择理容果 路构，选条内结 思结好数计，良参确楚整确 设晰案计正清完正设计思路清 晰，结构方 案合理，设 计参数选择 正确，条理 清楚，内容 较完整，极 少量错误较构合参本理容，误 路结本计基调内整错 思，基设择，完量 计晰案，选确楚本少 设漬方理数正清基有基结本计基调内整 路，基设择，完

2、误 思晰案，选确楚本错 计清方理数正清基些 设本构合参本理容有不构理参错清不明 路结合计有理容有 思，不设择调内，误 计晰案镀选，整错 设清方关数误楚完显4版 计推汛排、S,好 范条很 规有版较规范、整 洁、有条理， 个别排版有 问題目封考7.参整 完整 完 较整 完 不图色 出 很色 出 较差 较局 布 9理 合 较基准别准 个标全准 完标评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决； 优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等 级；如优秀评定，设计内容要符合5,其余九项要有4项符合才能评定为优，否则评定为良

3、好，以 此类推。最终成绩:评定教师签字:发电厂电气部分课 程设计任务书一、设计题目火力发电厂电气主接线设计二、设计任务1. 对原始资料的分析2. 主接线方案的拟左（至少两个方案）3. 变压器台数和容量的选择4. 所选方案的经济比较5. 主接线垠终方案的确左三、设计计划本课程设计时间为一周，具体安排如下：第1天：查阅相关材料，熟悉设计任务第23天：分析原始资料，拟定主接线方案第4天：选择主变压器的台数和容量，对方案进行经济比较第56天：绘制主接线方案图，整理设计说明书第7天：答辩四、设计要求1. 按照设计计划按时完成2. 设计成果包括：设计说明书一份、生接线方案图（A3） 张指导教师：教研室主任

4、：时 间：原始资料某火力发电厂原始资料如下：装机4台，分别为供热式机组2 x 50MW (久 = 10. 5kV),凝汽式机组2 x 600W (Un = 20kV),厂用电率6.5%,机组年利用小时Tmax = 6500ho系统规划部门提供的电力负荷及与电力系统连接情况资料如下：(1) 10. 5kV电压级最大负荷26. 2MW,最小负荷21. 2MW, cos0=O.8,电缆馈线10回：(2) 220kV电压级最大负荷256. 2MW,最小负荷206. 2MW, cos0=O.85,架空线5回：(3) 500kV电压级与容量为3500MW的电力系统连接，系统归算到本电厂500kV母线 上的

5、电抗标么值也=0.021 (基准容星为100MVA), 500kV架空线4回，备用线1回。摘要本设计是电厂主接线设计。该火电厂总装机容量为2 x 50+2 x 600=1300MWo厂用电 率6.5%,机组年利用小时7max = 6500ho根据所给出的原始资料拟定两种电气主接线方案, 然后对这两种方案进行可靠性、经济性和灵活性比较后，保留一种较合理的方案，最后 通过左量的技术经济比较确定最终的电气主接线方案。在对系统各种可能发生的短路故 障分析计算的基础上，进行了电气设备和道题的选择校检设计。在对发电厂一次系统分 析的基础上，对发电厂的配电装置布置做了初步简单的设计。此次设计的过程是一次将

6、理论与实际相结合的初步过程，起到学以致用，巩固和加深对本专业的理解，建立了工 程设计的基本观念，提升了自身设计能力。关键字：电气主接线：火电厂：设备选型：配电装置布置火力发电厂电气主接线设计目录1前言-1 -2原始资料分析-2-2.1工程情况-2-2.2电力系统情况-2-3主接线方案的拟定-3-4变压器台数和容量的选择-6-4.1选择主变压器的台数和容量-6 -4.1.1主变压器台数的选择-8-4.1.2主变压器容量的选择-8-4. 2选择联络变压器的台数和容量-8 -4. 2.1联络变压器台数的选择-9-4. 2.2联络变压器容量的选择-9-5方案的经济比较-10-5.1 一次投资的计算-1

7、0-5.2年费用的计算-11-6主接线最终方案的确定-13-7结论-14 -参考文献-15-1前言火力发电厂简称火电厂，是利用煤炭、石汕或天然气作为燃料生产电能的工厂，其 能量的转换过程是：燃料的化学能一热能一机械能一电能。火力发电厂的特点有：（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。（2）火电厂的一次性建设投 资少，单位容屋的投资仅为同容量水电厂的一半左右。（3）火电厂耗煤量大。（4）火电 厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电量和运行人员都多余水电厂，运行费 用高。（5）燃煤发电机组由停机到开机带满负荷需要几小时到十几小时，并附加耗用大 疑燃料。（6）火电厂担负调峰、调频或事

8、故备用，相应的事故增多，强迫停运率增高。（7）火电厂的各种排泄物对环境污染较大。本设计火电厂的主接线设计，本设计从主接线、主要电气设备选择等几个方面对火 电厂设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图。2原始资料分析2.1工程情况通过对原始资料的分析可知，该火电站总装机容量为2 x 50+2 x 600=1300MW,占电 力系统总容量1300/ (3500+1300) xl00%=27.I%,超过了电力系统的检修备用容量8%- 15%和事故备用容量10%的限额，说明该火电厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要, 且年利用小时数为6500h,远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数。该火 电

9、厂在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。2.2电力系统情况从负荷特点及电压等级可知，10.5kV电压上的地方符合容量不大，共有10回电缆馈 线，与50MW发电机的机端电压相等，采用直馈线为宜。600MW发电机的机端电压为 20kV,拟采用单元接线形式，不设发电机出口断路器，有利于节省投资及简化配电装置 布置：220kV电压级出线回路数为5回，为保证检修出线断路器不致对该回路停电，拟采 取带旁路母线接线形式为宜：500kV与系统有4回馈线，呈强联系形式并送出本厂最大可 能的电力1300-21.2-206.2-1300x6.5%=988.1MWe可见，该厂500kV级

10、的接线对可靠性要 求应当很高。3主接线方案的拟定根据对原始资料的分析，现将各电压级可能采用的较佳方案列出，进而以优化组合 方式组成最佳可比方案。(1) 10kV电压级：鉴于出线回路多，且发电机单机容量为50MW,远大于有关设计规程对选用单母线 分段接线每段上不宜超过12MW的规定，应确定为双母线分段接线形式，2台50MW机 组分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压220kVo由于两台 50MW机组均接于10kV母线上，有较大的短路电流，为选择轻型电器，应在分段处加装 母线电抗器，各条电缆馈线上装设出线电抗器。考虑到50MW机组为供热式机组，通常 “以热定电”，机组年最大负荷小时

11、数较低，同时由于10kV电压最大负荷26.2MW,远 小于2 x 50MW发电机组装机容量，即使在发电机检修或升压变压器检修的情况下，也可 保证该电压等级负荷要求，因而10kV电压级与220RV电压之间按弱联系考虑，只设1台 主变压器。(2) 220kV电压级：出线回路数大于4回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路 接线或双母线带旁路接线，以保证其供电的可靠性和灵活性。其进线仅从10kV送来的剰 余容星 2 x 50-(100 x6.5%)+26.2=67.3MW,不能满足 220kV 最大负荷 256.2MW 的要求。 为此，拟以1台600MW机组按发电机一变压器单元接线形

12、式接至220kV母线上，其剩 余容量活机组检修时不足容量由联络变压器与500kV接线相连，相互交换功率。(3) 500kV电压级：500RV负荷容量大，其主接线是本厂向系统输送功率的主要接线方式，为保证可靠性, 可能有多种接线形式，经定性分析筛选后，可选用的方案为双母线带旁路接线和一台半 断路器接线，通过联络变压器与220kV连接，并通过一台三绕组变压器联系220kV及 10kV电压，以提高可靠性，一台600MW机组与变压器组成单元接线，直接将功率送往 500kV电力系统。根据以上分析、筛选、组合，可保留两种可能的接线方案：方案I： 500kV侧采用一台半断路器接线，220kV侧采用双母线带旁

13、路母线接线，如图1所示;方案II： 500kV侧采用双母线带旁路母线接线，220kV侧采用单母线分段带旁路母线接线，如图2所示。W5W4W3 11111 lx 1UV廿220kVX*W7厂备用2醐y V乜討亍U60(MQ 50曲图1拟设计的火电厂主接线方案I示意图20kVo608笊十W6 备 用火力发电厂电气主接线设计-5-W4W7亠ArnnJ220kVU6W5卜卜卞卜 IRI11 I汩汩+讥“*111111 II 111WWVoOOkV厂备用j W2乜 yurFO4 H丄丄丄 丄A |,n:20kVQ600MW图2拟设计的火电厂主接线方案I示慈图火力发电厂电气主接线设计4变压器台数和容量的选

14、择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器： 用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器：只供本所（厂）用的变压 器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。4.1选择主变压器的台数和容量1、变压器容量和台数的确定原则：主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确怎除依据 传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回 路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。为此，在 选择发电厂主变压器时，应遵循以下的基本原则。（1）主变压器容量一般按变电所建成后5

15、-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远 期10-20年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确左变压器的容量。对于有重要负荷 变压器的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容星在计及过负荷能力后 的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：对一般性变电所，当一台主变压器停运 时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%-80%（3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、 标准化。我国110kV及以上电压，变压器绕组多采用Y连接：35kV亦采用Y连接，其中性点 多通过消弧线圈接地。35kV以下电压

16、，变压器绕组多采用连接。选择主变压器，需考虑如下原则：（1）当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电站，均应选用三相变 压器。（2）当发电厂与系统连接的电压为500kV时，经技术经济比较后，确定选用三相变 压器、两台50%容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升到500kV的，宜选用三相变压器。（3）对于500kV变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统情况，分 析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。尤其在建所初期，若主变压 器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全网停电；如用总容 量相同的多台三相变压器，则不会

17、造成所停电。为此要经过经济论证，来确定选用单相 变压器还是三相变压器。在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确左是否需要备用相。2、本设计在选择变压器起的时候应该遵循具有发电机电压母线接线的主变压器选择 原则和单元接线原则，连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以 下因素：（1）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，并扣除常用 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入系统。（2）当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负荷变动而需限 制本厂出力时，只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

18、需求。（3）若发电机点发母线上接有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。（4）主变压器应具有从系统倒送功率的能力，以满足发电机电压母线上最大负荷的 要求。单元接线的主变压器应遵循以下原则：单元接线的主变压器容量应按下列条件的较大者选择。（1）发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%裕度。（2）按发电机的最大连续容量，（制造厂家提供的数据）扣除一台厂用变压器的计 算负荷和变压器绕组平均温升在标准环境温度或冷却水温度不超过65C的条件选择。该 659是依据我国电力变压器标准，即在正常使用条件下，汕浸变压器在连续额定容量

19、稳 态下的绕组平均温度。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 原则算出的两台机容量之和来确定。4.1.1主变压瞬台数的选择根据原始资料，此火电厂需要两台主变压器：即20kV和500RV之间需要一台发电机一变压器单元接线形式的主变压器和20kV和 220kV之间需要一台发电机一变压器单元接线形式的主变压器。4.1.2主变压囲容.的选择发电机一变压器单元接线中的主变容量应按发电机额宦容量扣除本机组厂用电后， 留有10%的裕度来确定。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。(1) 20kV和220kV之间的主变

20、压器容量：根据本设计具体情况，主变的容量计算如下：Sv =-5i-(l-iz%)xll0% =x(l-6.5%)xll0% = 771.375JWE4 cose0.8式中：耳为发电机容星，8S0为功率因数，&%为厂用电率。所以容量应取780MVAo(2) 20kV和500kV之间的主变压器容量：根据本设计具体情况，主变的容量计算如下：Sv=-(l-a%)xll0% = x(l-6.5%)xllO% = 771.375A/K4 cos。0.8式中：厲为发电机容量，cos为功率因数，0%为厂用电率。所以容量应取780MVAo4. 2选择联络变压器的台数和容量联络变压器的台数一般只设置1台，最多不超

21、过2台，这是考虑到布置和引线的方 便。联络变压器的容量选择应考虑以下两点：(1)联络变压器的容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下有功功率和无 功功率交换：（2）联络变压器的容量一般不应小于接在两种电压母线上的最大一台机组容量，以 保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求：同时，也可 在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。4.2.1联络变压關台数的选择根据原始资料和对电厂实际情况的分析，应装设一台三相三绕组的联络变压器。4.2.2联络变压冒容的选择根据联络变压器的选择原则和对原始资料及主接线形式的分析，其容屋应为：Sa,= 5,+S, =50x

22、2 + 780 = 880MK4%为10kV与220kV之间的主变压器容屋，：为20kV与220kV之间的主变压器容屋。所以容量取880MVAo5方案的经济比较5.1 一次投资的计算一次投资即综合总投资，其中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，只算出方案不 同部分的投资，可计算为I卜歸元）式中：人为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、公路和拆迁费用：a为不明显的附加费用比例系数，如基础加工、电缆沟道开外 费用等，220kV 取 70, 110kV 取 90。所以一次投资的计算如下

23、：方案I ：根据原始资料和对电气主接线形式的分析，参与比较部分的设备折算到施 工年限的总投资中主体设备的综合投资为：变压器部分合计2500万元，开关设备合计 800万元，母线合计400万元，配电装置合计300万元，明显的增修桥梁、公路和拆迁费 用合计91万元。所以：人=人（1 + 盒）=（2500 + 800 + 400 + 300 + 91）x1 + 磊）=6954.7（万元）方案1【：根据原始资料和对电气主接线形式的分析，参与比较部分的设备折算到施 工年限的总投资中主体设备的综合投资为：变压器部分合计2500万元，开关设备合计 700万元，母线合计300万元，配电装置合计300万元，明显的

24、增修桥梁、公路和拆迁费 用合计73万元。所以：因此方案I的一次投资为6954.7万元，方案II的一次投资为6584.5万元。火力发电厂电气主接线设计5.2年费用的计算年运行费用C主要包括一年中变压器的损耗电能费及检修、维护、折旧费等，按投 资百分率计算，计算式为C= atA + ）/ + 冬/（元）式中：8为检修维护费率,取为0.022-0.042： 6为折旧费率，取为0.005-0.058：久为损耗电能的电价元/ （kWh） ； 2为变压器年损耗电能（kWh）。 年损耗电能丛随变压器类型的不同而异。例如双绕组变压器：n台同类型、容量双绕组变压器并联运行时，其年损耗电能计算式为= n(PQ +

25、 KAQq p + 丄(AR + KAQkn式中：n为同容量、同类型变压器台数；Ev为每台变压器额定容量（kVA）： S为n台变压器担负的总负荷（kVA）： T为变压器年运行小时数（h）：心为最大负荷损耗小时 数（h）：阻、A。分别为每台变压器的空载损耗有功（kW）和损耗无功（kvar）： g分别为每台变压器的短路损耗有功（kW）和损耗无功（kvar）： K为单位损耗无功引起的损耗有功系数，发电机母线上的变压器取0.02,系统中的变压器取0.1-0.15。所以方案I的年损耗电能山|为:=2x(3200 + 0.2x1100)x 5000 +-11 -|x0800 + 0.2x1600)x J壮

26、7打 x2500 = 40382450*0 h)方案I的年损耗电能山2为:乂=“心+私。丫 +血+也&） r,=2x(2900 + 0.2 x 900)x 5000 + x(4500 + 0.2xl400)x(駢x 2500 = 36643590&炉 h)所以方案I的年运行费用c |为:Cl,= aAAl +a2/t = 0.2 x 40382450 + 0.025 x 69547000 + 0.005 x 69547000 = 1016.29（万元）方案I【的年运行费用C；为:C2f=aAA2 +aI2+a2I2 = 0.2 x 36643590 + 0.022 x 65845000 + 0

27、.005 x 65845000 = 910.65（万元）因此：方案I：根据原始资料和对电气主接线形式的分析，参与比较部分的设备这 算到施工年限的总投资为6954.7万元，年运行费用为1016.29万元，火电厂使用年限按n=25年，电力行业预期投资回报率i=0.1o则年费用为:7 g + i）+ C. = 6954.70.1（1 + 0.1）25-1L（i+on-ij1（l + O.l）25-!ACt =+ 1016.29 = 1781.3（万元）方案II：根据原始资料和对电气主接线形式的分析，参与比较部分的设备这算到施 工年限的总投资为6584.5万元，年运行费用为910.65万元，火电厂使用年限按n=25年,电力行业预期投资回报率i=0.1o则年费用为:巒卜50（1 + 0.1 严（l + O.l）25-!+ 910.65 = 1636.1（万元）火力发电厂电气主接线设计6主接线最终方案的确定通常，经过经济比较计算，求得年费用AC最小方案者，即为经济上垠优方案；然而, 主接线最终方案的确定还必须从可靠性、灵活性等多方而综合评估，包括大型电厂、变 电站对主接线可靠性若干指标的定量计算，垠后确宦最终方案。两种方案的比较：一、可靠性：方案I