发电厂电气部分优秀课程设计基础标准包含模版.doc

课程设计说明书

学院： 机电工程学院
专业： 电气工程及其自动化
课程名称： 发电厂电气部分
设计题目：中型火力发电厂电气部分设计
姓名：
学号：
指导老师：

成绩：

发电厂电气部分课程设计评分表
序号
评分项
该项得分
1
论文结构20分；

2
论文内容正确，正文结构合理20分；

3
参考文件引用质量10分；

4
附件图纸10分；

5
出勤20分；

6
答辩成绩20分。

论文评语：

课程设计总成绩：

目录
一 设计任务书 ………………………………………………………3
1.1设计原始资料…………………………………………………………3
1.2设计任务和要求………………………………………………………3
二 电气主接线 ………………………………………………………4
2.1电气主接线依据……………………………………………………4
2.2主接线方案设计 ……………………………………………………5
2.2.1对原始资料分析…………………………………………………5
2.2.2主接线方案确实定………………………………………………7
2.3 主变压器选择和计算 ………………………………………………7
2.3.1变压器容量、台数和型式确实定标准…………………………7
2.3.2变压器选择和计算……………………………………………8
三 短路计算 …………………………………………………………9
3.1短路计算通常规则……………………………………………………9
3.2短路电流计算…………………………………………………………9
3.2.1各元件电抗计算………………………………………………9
3.2.2 等值网络化简 ………………………………………………10
四 电气设备选择 …………………………………………………14
4.1电气设备选择通常标准………………………………………………14
4.2电气设备选择条件……………………………………………………14
4.2.1按正常工作条件选择电气设备 …………………………………14
4.2.2按短路情况校验 …………………………………………………15
4.2.3 断路器和隔离开关选择 ………………………………………17
4.2.4 电流互感器选择 ………………………………………………18
五 结束语 ……………………………………………………………19
六 参考文件 …………………………………………………………20

一 火力发电厂电气部分设计任务书
1.1设计原始资料
凝汽式发电厂：
（1） 凝汽式发电组3台：3×100MW，出口电压：10.5KV，发电厂次暂态电抗：0.12；额定功率因数：0.8
（2） 机组年利用小时：=5700小时；厂用电率：8%。发电机主保护动作时间0.1秒，环境温度36度，年平均气温为22度。
电力负荷：
送入220KV系统容量200MW，剩下容量送入110KV系统。
发电厂出线：
220KV出线3回; 110KV出线4回（10KM），无近区负荷。
电力系统情况:
220KV系统容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到发电厂220KV母线短路容量为3400MVA，110KV系统容量为500MVA。
1.2设计任务和要求
（1）发电机和变压器选择
表1-1 汽轮发电机规格参数
型 号
额定电压
额定容量
功率因数
接线方法
次暂态电抗
QFS-100-2
10.5KV
100MW
0.8
YY
0.12

注：发电及参数如上表，要求选择发电厂主变，联络110KV和220KV联络变压器型号。
(2) 电气主接线选择
注：火力发电厂发电机-变压器接线方法通常采取单元接线方法，注意主变容量应和发电机容量相配套。110KV和220KV电压级用自耦变压器联接，相互交换功率，我们两电压等级母线选择接线方法为：220KV采取双母三分段接线，110KV采取双母线接线。
(3) 短路电流计算
在满足工程要求前提下，为了简化计算，对短路电流进行近似计算法。结合电气设备选择选择短路电流计算点求出各电源提供起始次暂态电流，冲击电流，及计算短路电流热效应所需不一样时刻电流。
(4) 关键电气设备选择
要求选择：110KV侧出线断路器、隔离开关、电流互感器。

二 电气主接线
2.1．电气主接线依据
2.1.1 对电气主接线基础要求
电气主接线关键性
电气主接线是发电厂和变电所电气部分主体。它表明了多种设备数量及连接情况。电气主接线决定了可能存在运行方法，影响着运行可靠性和灵活性。 电气主接线决定了电气设备选择，配电装置部署。 电气主接线决定了继电保护和控制方法。对电气主接线基础要求，概括地说应包含可靠性、灵活性和经济性三方面。
1. 可靠性
安全可靠是电力生产首要任务，确保供电可靠是电气主接线最基础要求。
电气主接线可靠性不是绝正确。一样形式主接线对一些发电厂和变电站来说是可靠，而对另外部分发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求。所以，在分析电气主接线可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中地位和作用、用户负荷性质和类别、设备制造水
2. 灵活性
电气主接线应能适应多种运行状态，并能灵活地进行运行方法转换。灵活性包含以下多个方面：
(1)操作方便性。
(2)调度方便性。
(3)扩建方便性。平及运行经验等很多原因。
3. 经济性
在设计主接线时，关键矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性前提下做到经济合理。经济性关键从以下几方面考虑：
(1) 节省一次投资。
(2) (2)占地面积少。
(3)电能损耗少。
2.1.2 电气主接线设计标准
电气主接线设计是发电厂或变电站电气设计主体。它和电力系统、电厂动能参数、基础原始资料和电厂运行可靠性、经济性要求等亲密相关，并对电气设备选择和部署、继电保护和控制方法等全部有较大影响。所以，主接线设计，必需结合电力系统和发电厂或变电站具体情况，全方面分析相关影响原因，正确处理它们之间关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。
电气主接线设计基础标准是以设计任务书为依据，以国家经济建设方针、政策、技术要求、标准为准绳，结合工程实际情况，在确保供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，努力争取设备元件和设计优异性和可靠性，坚持可靠、优异、适用、经济、美观标准。
在工程设计中，经上级主管部门同意设计任务书或委托书是必不可少。它将依据国家经济发展及电力负荷增加率计划，给出所设计电厂(变电站)容量、机组台数、电压等级、出线回路数、关键负荷要求、电力系统参数和对电厂具体要求，和设计内容和范围。这些原始资料是设计依据，必需进行具体分析和研究，从而能够初步确定部分主接线方案。国家方针政策、技术规范和标准是依据国家实际情况，结合电力工业技术特点而制订准则，设计时必需严格遵照。

2.2电气主接线设计

2.2.1对原始资料分析
设计电厂为大机组中型凝汽式火电厂，其容量为3*100=400MW，，年利用小时数为5700h/年，远大于中国电力系统发电机组平均最大负荷利用小时数5000h/年，又为火电厂，所以该发电厂为带基荷发电厂，在电力系统占比较关键地位，所以，该厂主接线要求有较高可靠性；从负荷特点及电压等级可知，该电厂含有110KV和220KV两级电压负荷。110KV电压等级有4回架空线路，最大年利用小时数为5700h/a，说明对其可靠性有一定要求；220KV电压等级有3回架空线路，最大年利用小时数为5700h/a,其可靠性要求较高。电机单机容量为100MW，其型号和参数选择见表2-1。
表2-1 汽轮发电机规格参数
型 号
额定电压
额定容量
功率因数
接线方法
次暂态电抗
QFS-100-2
10.5KV
100MW
0.8
YY
0.12

2.2.2主接线方案确定
依据对原始资料分析，现将各电压等级可能采取较佳方案列出。进而，以优化组合方法，组成最好可比方案。拟订两方案如表2-2
表2-2 确定两种方案
电压等级
方案Ⅰ
方案Ⅱ
110KV
单母线分段带旁路接线
双母线接线
220KV
单母线分段带旁路接线
双母三分段接线
主接线方案比较：
方案Ⅰ
1、可靠性：可靠性通常，能够停电检修出线断路器；可靠性通常，能够停电检修出线断路器
2、灵活性：运行灵活性通常，且带旁路母线接法已不是当今趋势
3、可靠性：投资较双母线分段接法较为经济
方案Ⅱ
1、可靠性：可靠性较高，检修任一组母线时不会中止对用户供电； 工作母线故障时，用户在经历短暂倒排时间后快速恢复供电；单母分段方法降低了母线故障时造成损失，缩小了停电范围
2、灵活性：运行灵活，各个电源和备用回路负荷能够任意分配到某一组母线上，经过倒排操作组成多种运行方法；扩建方便，可不影响两组母线电源和负荷自由组合负荷，向母线任意方向扩建
3、经济性：母线隔离开关数目较多，整个配电装置结构复杂，占地面积和投资费用较大，经济性较差
经过对两种方案综合分析，方案Ⅰ在经济性上占优势而方案Ⅱ在可靠性和灵活性上占优势，故最终方案选择方案Ⅱ。

电气主接线以下图

2.3 主变压器选择和计算
2.3.1变压器容量、台数和型式确实定标准
(1) 单元接线主变压器容量确实定标准
单元接线时主变压器应按发电机额定容量扣除本机组厂用负荷后，留有10%裕度来确定。采取扩大单元接线时，应尽可能采取分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线计算标准算出两台机容量之和来确定。
(2) 连接两种升高电压母线联络变压器确实定标准
联络变压器容量应能满足两种电压网络在多种运行方法下，网络间有功功率和无功功率交换，通常不应小于接在两种电压母线上最大一台机组容量，以确保最大一台机组故障或检修时，经过联络变压器来满足本侧负荷要求。
依据以上标准知，本电厂3台机组最大容量为100MW，应依据100MW发电机来选择联络变压器，又为了布线方便，只选一台自耦联络变。
(3) 变压器台数确实定标准
发电厂或变电所主变压器台数和电压等级、接线形式、传输容量和和系统联络有亲密关系。通常和系统含有强联络大、中型发电厂和关键变电所，在一个电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联络中、小型发电厂和低压侧电压为6-10KV变电所或和系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地域性孤立一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。
考虑到本电厂有3台100MW发电机，且电厂和系统有较强联络，故220KV电压等级接两台主变压器，110KV电压等级接一台主变压器。
(4) 主变压器型式确实定标准
选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方法、调压方法等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数和绕组接线组别。在330KV及以下电力系统，通常全部应选择三相变压器。对于大型三相变压器，当受到制造条件和运输条件限制时，则宜选择两台小容量三相变压器来替换一台大容量三相变压器，或选择单相变压器。通常当最大机组容量为125MW及以下发电厂多采取三绕组变压器，对于最大机组容量为200MW及以上发电厂，通常采取双绕组变压器加联络变压器，当采取扩大单元接线时，应优先选择低压分裂绕组变压器，这么能够大大限制短路电流。
2.3.2变压器选择和计算
根据变压器容量、台数和型式确实定标准，该发电厂主接线采取3台三相双绕组主变压器和一台联络变压器。3台主变压器分别和3台发电机组组成单元接线，联络变压器选择三相三绕组降压自耦变压器。
S=（100-100×8%）×1.1/0.8 =126.5MVA 查手册《发电厂电气部分课程设计参考资料》选出变压器型号及参数见表2-3.2-4。
表2-3 主变压器参数
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
连接组别
阻抗电压（%）

SFPSZ7-10/220
10
高压
低压
YN,d11
12~14
220
13.8
SFPSZ7-10/110
10
高压
低压
YN,d11
13
110
13.8

表2-4 联络变压器参数
型号
额定电压（KV）
连接组别
阻抗电压（%）
SFPSZ7-10/220
高压
中压
低压
Yn,yn0,d11
23
220
23
13.8
三 短路电流计算
短路计算在设计发电厂主接线过程中有着关键作用，它为电气设备选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。当短路发生时，对发电厂供电可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能造成电力系统失去稳定，甚至造成系统解列。所以，对短路事故计算是很有必需，而且是必需进行一项工作。

3.1短路计算通常规则

(1) 验算导体和电气设备动稳定、热稳定和电气设备开断电流所用短路电流，应按本工程设计计划内容计算，并考虑电力系统远景发展计划（通常为本工程建成后5至）。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流正常接线方法，而不应按仅在切换过程中可能并列运行接线方法。
(2) 选择导体和电器用短路电流，在电气连接网络中，应考虑具体反馈作用对异步电机影响和电容赔偿装置放电电流影响。
(3) 选择导体和电器时，对不带电抗器回路计算短路点，应选择在正常接线方法时短路电流最大点。对带电抗器6KV至10KV出线和厂用分支回路，除其母线和母线隔离开关之间隔离板前引线和套管计算短路点选择在电抗器前外，其它导体和电器计算短路点选择在电抗器后。
(4) 导体和电器动稳定、热稳定和电器开断电流，通常按三相短路验算。
3.2 短路电流计算
3.2.1各元件电抗计算
选基准容量：Sd=100MVA，Uav=Ud
发电机:

等值电源：S1：Sd=100MVA，S1=3400MVA

S2：S2=500MVA
变压器: T1，T2：===
T3：==
T4：

电缆：

3.2.2 等值网络化简

图3-1等值网络图

图3-2等值网络化简图1

图3-3 等值网络化简图2

图3-4 等值网络化简图3

图3-5 等值网络化简图4

图3-6 等值网络化简图5

各电抗值计算：

和合并后电抗：
转移阻抗：

计算电抗：

表3-1 短路电流计算结果
短路计算时间
电流值/KA

,

短路电流
/KA
0
标幺值
0.327
7.386
2.795

有名值
0.513
3.708
1.403
5.624
1
标幺值
0.327
7.386
2.795

有名值
0.513
3.708
1.403
5.624
2
标幺值
0.327
7.386
2.795

有名值
0.513
3.708
1.403
5.624

电流基准值：

短路电流：
四 电气设备选择
电气设备选择是发电厂和变电所电气设计关键内容之一。正确选择电气设备是使电气主接线和配电装置达成安全、经济运行关键条件。在进行电气设备选择时，应依据工程实际情况，在确保安全可靠前提下，主动而稳妥采取新技术，并注意节省投资，选择适宜电器。
4.1 电气设备选择通常标准
(1) 所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下要求，并考虑远景发展；在满足可靠性要求前提下，应尽可能选择技术优异和经济合理设备，使其含有优异性；
(2) 应按当地环境条件对设备进行校准；
(3) 所选设备应予整个工程建设标准协调一致；
(4) 同类设备应尽可能降低品种；
(5) 选择新产品均应含有可靠试验数据，并经正式判定合格。在特殊情况下，选择未经正式判定新产品时，应经过上级同意。

4.2 电气设备选择条件
正确选择电器是使电气主接线和配电装置达成安全、经济运行关键条件。在进行电器选择时，应依据工程实际情况，在确保安全可靠前提下，主动而稳妥采取新技术，并注意节省投资，选择适宜电器。电器要能可靠工作，必需按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

4.2.1按正常工作条件选择电气设备
(1) 额定电压和最高工作电压
电气设备所在电网运行电压调压或负荷改变，有时会高于电网额定电压，故所选电气设备许可最高工作电压不得低于所接电网最高运行电压。通常，要求通常电气设备许可最高工作电压为设备额定电压1.1-1.15倍，而电网运行电压波动范围，通常不超出电网额定电压1.15倍。所以，在选择电气设备时，所选择电气设备许可最高工作电压不得低于所接电网最高运行电压，即≥。
(2) 额定电流
电气设备额定电流IN是指额定周围环境温度下，电气设备长久许可电流。应大于该回路在多种合理运行方法下最大连续工作电流Imax，即≥Imax。
因为发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其对应回路Imax为发电机、调相机或变压器额定电流1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定（1.3-2倍变压器额定电流）；母联断路器回路通常可取母线上最大一台发电机或变压器Imax；母线分段电抗器Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，确保该段母线负荷所需电流，或最大一台发电机额定电流50%～80%；出线回路Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其它回路转移过来负荷。

4.2.2按短路情况校验
a. 短路热稳定校验
短路电流经过电气设备时,电气设备各部分温度应不超出许可值.满足热稳定条件为
≥Qk
式中：Qk为短路电流产生热效应，It、t分别为电器许可经过热稳定电流和时间。
b.电动力稳定校验
电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应能力，亦称动稳定。满足动稳定条件为
ies≥ish或Ies≥Ish
式中ish、Ish分别为短路冲击电流幅值和有效值；ies、Ies分别为电气设备许可动稳定电流幅值和有效值。
同时，应按电气设备在特定工程安装使用条件，对电气设备机械负荷能力进行校验，即电气设备端子许可荷载应大于设备引线在短路时最大电动力。
下列多个情况可不校验热稳定或动稳定。
（1） 用熔断器保护电气设备，其热稳定由熔断时间确保，故可不验算热稳定。
（2） 采取有限流电阻熔断器保护设备可不校验动稳定。
（3） 装设在电压互感器回路中裸导体和电气设备可不验算动、热稳定。
c.短路计算时间
（1）热稳定短路计算时间。该时间用于校验电气设备在短路状态下热稳定，其值为继电保护动作时间和对应断路器全开断时间之和，即
=+
断路器全开断时间是指给断路器分闸脉冲传送到断路器操动机构跳闸线圈时起，到各相触头分离后电弧完全熄灭为止时间段。显然，包含两个部分，即 =
（2）短路开断计算时间。断路器不仅在电路中作为操作开关，而且在短路时要作为保护电器，能快速可靠地切断短路电流。为此，断路器应能在动静触头刚分离时刻，可靠开断短路电流，该短路开断计算时间和断路器固有分闸时间之和，即 =
对于无延时保护，为保护开启和实施机构时间之和，传统电磁式保护装置通常为0.05~0.06s，微机保护装置通常为0.016~0.03s。
tk是短路电流切除时间，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情况下，继电保护后备保护时限，通常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。
4.3 断路器和隔离开关选择
4.3.1断路器选择
高压断路器是电力系统中最关键开关设备，它既能够在正常情况下接通或断开电路，又能够在系统发生短路故障时快速自动断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门灭弧装置。
110KV侧出线断路器
110KV出线4回，每回输送25MW 即
发电机最大连续工作电流：

依据110KV出线回路、及断路器安装在屋内要求，查附表6，可选SW4-110 /1000型少油断路器，固有分闸时间为0.06s
短路计算时间
因为>1s，不计非周期热效应，短路电流热效应等于周期分量热效应
短路开端时间，故用校验。
冲击电流：
表4-1 断路器、隔离开关选择结果表
计算数据
SW-110/1000型断路器
GW4-1100/1000-80型隔离开关

110KV

110KV

110KV

173.23A

1000A

1000A

5.624KA

32KA
-

14.31KA

55KA
-

14.31KA

55KA

80KA

断路器选择：
1．从表4-1中可知，
符合高压断路器额定电压和电流选择。
2．开断电流选择：从表4-1中可知
3.短路关合电流选择：从表1-2中可知
4.短路热稳定和动稳定校验：
从表1-2中知，

隔离开关和断路器相比，在额定电压、电流选择及短路动、热稳定校验项目相同。但因为隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流校验。
4.3.2 电流互感器选择
=14.31A =63.26 =105.4A
依据电流互感器安装处电网电压，，查附表8电流互感器技术参数，选LCWD-110型电流互感器。
校验互感器热稳定和动稳定：
从附表8中得悉，热稳定系数=75，动稳定系数=150

动热稳定均符合要求。

五、总结
经过近一周时间，火力发电厂设计已完成，同时此次课程设计也已结束了。在这次设计过程中，我们翻阅了很多相关资料，深入提升了利用手头所拥有材料自习并完成设计能力，更关键是经过此次设计，我们能够巩固所学基础理论、专业知识，并综合利用所学知识来处理实际工程问题，学习工程设计基础技能，基础程序和基础方法。
所设计火电厂电气部分含有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工程建设规模要求。采取电气主接线含有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且含有经济性和可扩建发展可能性等特点。所选主变经济、合理。在设计过程中，短路电流是按最严重情况考虑计算，并结合实际环境，选择电气设备提升了运行可靠性，节省运行成本。
在设计早期我们查阅了相关资料，在查阅资料和分析过程中，学习了很多相关专业知识和方法，不仅仅局限于书本上东西，更学会了理论和实际相结合，加强了独立分析问题、处理问题能力。经过这次设计，使我对发电厂设计有了整体了解，为我们以后学习和工作全部奠定了良好基础。

六 参考文件

[1] 熊信银，朱永利. 发电厂电气部分. 3版. 北京：中国电力出版社，
[2] 涂光瑜. 汽轮发电机及电气设备. 北京： 中国电力出版社，
[3] 楼樟达，李杨. 发电厂电气设备. 北京： 中国电力出版社，1998
[4] 熊信银,张步涵. 电力系统工程基础. 武汉： 华中科技大学出版社，
[5] 姚春球. 发电厂电气部分. 北京： 中国电力出版社，
[6] 傅知兰. 电力系统电气设备选择和实用计算. 北京：中国电力出版社，
[7] 胡志光. 火电厂电气设备及运行. 北京：中国电力出版社，
[8] 丁德邵. 怎样读新标准电气一次接线图. 北京：中国水利水电出版社，
[9] 熊信银，唐巍. 电气工程概论. 北京：中国电力出版社，
[10] 陈启卷. 电气设备及系统. 北京： 中国电力出版社，