发电厂电气部分课程设计报告.doc

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 DH1072r7001

2011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、人口居第二位特大城市,哈尔滨地处东北亚中心位置，被誉为欧亚大陆桥明珠，是第一条欧亚大陆桥和空中走廊重要枢纽。
1.2交通条件
　　铁路：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，并及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℃。最冷1月份，平均气温为零下13.2℃至零下24.8℃，最热7月份，平均气温为18.1℃至22.8℃。
2．原始资料
2.1毕业设计原始资料：
1．电厂为3台100MW汽轮发电机组，一次设计完成。
2．有220KV和110KV两级电压及系统连接，220KV出线有4回，每回出线最大输送容量为50MVA，220kv电压等级最大负荷250MW，最小负荷200MW，110KV出线有3回，每回出线输送容量为35MVA。本厂无6～10KV及35KV出线。
2.2毕业设计任务
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、台数和型号选择；
3．进行必要短路计算以完成电气设备选择；
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（），及110KV系统联系阻抗为0.025，及220KV系统联系阻抗为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 。

二、电气主接线设计
电气主接线是发电厂电气设计首要部分,也是构成电力系统主要环节。
2.1 电气主接线叙述
1.单元接线
其是无母线接线中最简单形式，也是所有主接线基本形式中最简单一种，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困难。
2.单母线分段带专用旁路断路器旁路母线接线
优点：在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上旁路隔离开关，都是断开，旁路母线不带电，通常两侧开关处于合闸状态，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投资。
3.单母分段线分段断路器兼作旁路断路器接线
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] [2] [3]。
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。

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
方案
项目

方案一

方案二
可靠性
1）220KV接线简单，设备本身故障率少；
2）220KV故障时，停电时间较长。

1）220KV可靠性较高；两台主变压器工作，保证了在变压器检修或故障时，不致使各级电压解列，提高了可靠性。

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 短路电流计算目
在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中一个重要环节。其计算目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措施，均需进行必要短路电流计算。
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，需以各种短路时短路电流为依据。
5.接地装置设计，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瞬间
（5）不考虑短路点衰减时间常数和低压网络短路电流外，元件电阻都略去不计
（6）不考虑短路点电流阻抗和变压器励磁电流
（7）元件技术参数均取额定值，不考虑参数误差和调整范围
（8）输电线路电容略去不计
2．一般规定
（1）验算导体电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景发展计划。
（2）选择导体和电器用短路电流，在电器连接网络中，应考虑具有反馈作用异步电动机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）导体和电器动稳定、热稳定和以及电器开断电流，一般按三相短路计算。[3] [4]
系统电路图等效电路如图3-1：

图3-1 等值电路图
设MV·A，。计算各个元件标幺值。
发电机：

110KV和220KV：
双绕组T：

由于三侧容量相等，所以主变各绕组阻抗计算如下：

变压器各绕组阻抗标幺值：

当点短路时，简化电路图为：
各元件标幺值如下：

图3-2 简化后等值电路图 图3-3简化后等值电路图

对图3-3中,,支路进行Y—△变换,得如图3-4所示:

对图3-4中支路进行星网变换,求得各个电源点对转、移电抗为（图3-5）:

图3-4 星网变换图 图3-5 各电源单独计算等值电路图

)

)

把220KV和110KV侧按照无穷大功率电源处理,则电流标幺值为：

发电机计算电抗 ：

汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线,电流标幺值为：
0s时：
所以：有名值:

冲击电流：
短路容量：MVA
1.65s时：
有名值为：KA
0.825s时：
有名值为：KA
（2）当点短路时，由计算中图3-6、图3-7和图3-8可以简化为，如图3-9所示：

图3-6 等值电路图
图3-7 简化后等值电路图 图3-8 简化后等值电路图

图3-9 简化后等值电路图

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：

发电机计算电抗 ：

汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线, 电流标幺值为：
0s时：
所以：有名值:

冲击电流：
短路容量：MVA
1.54s时：
有名值为：KA
0.77s时：
有名值为：KA
（3）当点短路时，由图3-10化简可得图3-11：

图3-10 等值电路图

图3-11 Y—△变换图 图3-12简化后等值电路图

先对图3-11中支路进行Y—△变换，然后把C电源分裂，如图3-12所示：

再对支路进行星网变换，如图3-13所示：

++）

图3-13 各电源单独计算等值电路图

+++）

+++）

把220KV和110KV侧按照无穷大功率电源处理,则短路标幺值为：

发电机计算电抗：

轮发电机按照计算电抗查计算曲线,电流标幺值为：
0s时：

冲击电流：
短路容量：
1.55s时：
有名值为：KA
0.775s时：
有名值为：KA
（4）当点短路时，由图3-14和图3-15，再把进行Y—△变换,得如图3-16所示:

图3-14 等值电路图

图3-15 简化后等值电路图

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：

图3-17 分裂电源图
然后再把支路进行△－Y变换，如图3-18所示：

图3-18 △—Y变换图
把图3-18整理，然后把其中支路进行Y－△变换，得图5-19：

图3-19 分裂电源图
图3-19中是无限大功率电源分裂出来。
用单位电流法求其转移阻抗。
令电动势为0，假设在点加电源使所在支路通过单位电流，如图3-20：
由于假设为电抗，不考虑相位问题，则电压及电流有效值为：

5.646

图3-20 求转移阻抗及电流分布系数图
：

其中把电源看成无限大功率电源，其电流标幺值为：

发电机计算电抗 ：

汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线,查得电流标幺值为：
0s时：
有名值：

冲击电流：
短路容量：
1.65s时：
有名值为：KA
0.8255s时：
有名值为：KA
(5)点短路计算及点相同。
短路计算结果列表于下：
表3-1 短路计算结果
短路点
基准电压
短路电流（0时刻）
冲击电流
短路容量
短路电流（时刻）
短路电流（时刻）

(KV)
(KA)
(KA)
(MVA)
(KA)
(KA)
K1
10.5
72.482
184.829
1318.158
60.88
61.5
K2
230
7.832
19.972
3119.956
7.436
7.386
K3
115
26.628
67.901
5303.765
25.296
25.287
K4
10.5
145.425
370.833
2644.777
132.507
132.54
K5
10.5
145.425
370.833
2644.777
132.507
132.54

四、主变压器选择
4.1 主变压器台数确定
确定主变压器台数因素很多，主要取决于该电厂在系统中重要性并结合电厂本身装机台数。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，装机四台及以上小型电厂可考虑确定两台主变压器以满足运行可靠性和灵活性。
无调节水库径流电站，偏僻山区运输困难电站可采用两台小容量变压器并列运行。
4.2 主变压器容量确定
1.发电机—变压器单元接线中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%裕度来确定。主变容量一般按变电所建成后5～10年规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20年负荷发展。
2.高、中压电网联络变压器应按两级电网正常及检修状态下可能出现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容量。
3.小型电厂机端电压母线上升压变压器容量选择条件为：
（1）接于该母线上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，经主变压器倒送功率。
（3）两台变压器并列运行互为备用时，其原则及前述联络变压器同。由于变压器检修周期长，而且它可及该母线上发电机检修相配合，因此不需因检修增加容量。
4.3 变压器型式选择
1.单相变压器使用条件
一般用三相变压器，单相变压器应用于500KV及以上发电厂、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电网，故其只能用于220KV及以上发电厂和变电站。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.有载调压变压器使用条件
在电压变化范围大且变化频繁情况下需使用有载调压变压器。
有载调压变压器价格较贵，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，连接该母线及高、中压电网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[1] [3]。
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。
本设计中主变选择如下：
容量确定公式：

查《发电厂电气部分课程设计资料》，选定变压器容量为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：
①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
额定容量
连接组标号
额定电压
空载损耗
阻抗电压
空载电流
150000
（KVA）

高压：242±2×2.5%
低压：10.5（KV）
140(KW)
13.0%
0.8%
②三绕组为SFPS-150000/220型。
主要技术参数如表4-2：
表4-2 技术参数
额定容量
连接组标号
额定电压
空载损耗
阻抗电压（%）
150000
（KVA）

高压：242±2×2.5%
中压：121
低压：10.5（KV）
168(KW)
高中：22.9
中低：13.6
高低：8.0

五、结论
通过对“哈尔滨热电厂电气部分”设计，我主要做了以下几个方面：
1发电厂电气主接线设计（完成主接线；主变及厂变选择：包括容量计算、台数和型号选择；绘出主接线图）；
2短路电流计算；
3主要电气设备选择；
其中，发电厂电气主接线应满足供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和扩建可能性等基本要求。在设计主接线时，须因地制宜得综合分析该厂容量、装机台数、负荷性质以及在次同中地位等条件，依据国家有关政策及技术规范，正确确定主接线形式，合理选择变压器。在设计过程中，应对原始资料进行详尽分析，关注电力市场化改革进程，对草拟主接线方案进行比较是，始终围绕着可靠性和经济性之间协调，使主接线最终方案保证供电可靠、技术先进，同时又尽可能满足经济性原则。短路电流计算，一般需要计算短路电流基频交流分量初始值，本设计中采用是计算曲线法，其反映短路电流周期分量同计算电抗和时间函数关系一组曲线，可以利用计算曲线查出短路瞬间和短路后任意时刻该电源向短路点提供短路电流周期分量数值。电气设备选择条件包括两大部分：一是电气设备所必须满足基本条件，即按正常工作条件（最高工作电压和最大持续工作电流）选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备特点而提出选择和校验项目。为了使发电厂运行安全可靠，我们还对其进行了保护配置，主要是满足发电厂安全可靠运行。

附加：电气主接线图

六、参考文献
1. 熊信银. 发电厂电气部分[M]. 中国电力出版社，2004
2. 丁德劭. 怎样对新技术标准电气一次接线图[M]. 中国水利水电出版社，2001
3. 卓乐友. 电气工程设计手册电气二次部分[M]. 中国电力出版社，1989
4. 孟祥萍. 电力系统分析[M]. 高等教育出版社，2004
5. 弋东方. 电力工程电气设备手册电气一次部[M]. 中国电力出版社，2002
6. 曹绳敏. 电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M]. 东南大学出版社
7. 刘吉来，黄瑞梅. 高电压技术[M]. 中国水利水电出版社，2004
8. 钟松茂，李火元. 电力系统继电保护设计指导[M]. 中国电力出版社，1996
9. 文锋. 现代发电厂概论[M]. 中国电力出版社，1999
10. 电力工业部西北电力设计院. 电气工程设计手册电气一次部分[M]. 中国电力出版社，1998

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