题目：MW火力火力发电厂设计方案.doc

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课程结业论文

200MW火力发电厂设计

课程名称：发电厂电气部分
任课教师：姜新通
所在学院：信息技术学院
专 业：电气工程及其自动化
班　　级：2009级三班
学　　号：20094073335/02/33/36/37
学生姓名：杨行/任国翔/赵则霖/刘铭航/张松毅/

中国·大庆
2018 年5 月
任务书：
1. 本电厂为火力发电厂，第一期工程装设两台同容量的50MW发电机组。发电机额定电压为10.5KV，额定功率：50MW，COSΦ=0.81，Xd=10.75％；第二期工程装设1台100MW型发电机组，发电机额定电压为13KV，额定功率：100MW，COSΦ=0.82,Xd=11.25％。b5E2RGbCAP
（1） 装机3台，分别为2×50MW，UN=10.5KV、1×100MW，UN=13KV
（2） 年利用小时数 取Tmax=6500h
（3） 环境条件 所区地势属山区，海拔1100m，交通不便。最高气温+42℃，最低温度-20℃，年平均温度+18℃，最大风速25m/s，覆冰厚度8mm，地震烈度<6级，土壤电阻率<500Ω.m，雷电日25，周围环境较好，易受台风影响，冻土深度0.4m，主导风向，夏东南风，冬西北风。p1EanqFDPw
电力负荷及与电力系统连接情况
1. 该期工程以220KV线路6回与系统联系，220KV母线系统正序阻抗标么<当取S=100MVA时）为x1=0.1，零序阻抗标么值为x0=0.03.DXDiTa9E3d
2. 厂用电率按6%考虑。高压电场用电压6KV；低压厂用电380/220KV。

摘 要
发电厂的设计需要考虑诸多复杂的条件因素，本设计是一种简单的整体设计，严格依 照设计步骤，即对原始资料分析、主接线方案的拟定与选择、短路电流计算和主要电气选 择、绘制电气主接线图，短路电流的计算是基于变压器，发电机的选择之上且影响到后面电气设备的选 择起着承前启后的作用。本次设计是在课程设计任务书的基础上，以熊信银主编的<<发电厂电气部分>>专业理论知识为依托，翻阅及参考了相关的电气设计资料。本设计的目的是使树立工程观点，加强基本理论的理解和工程设计基本技能的训练，了解现代大型发电厂的电能生产过程及其特点掌握发电厂电气主系统的设计方法，并在 分析、计算和解决实际工程能力等方面得到训练为今后从事电气设计、运行管理和科研 工作，奠定必要的理论基础。RTCrpUDGiT

目 录
一、主接线方案确定- 3 -5PCzVD7HxA
1、主接线方案拟定：- 3 -jLBHrnAILg
2、主接线方案确定- 3 -xHAQX74J0X
二、主变压器确定- 5 -LDAYtRyKfE
1、主变压器台数：- 5 -Zzz6ZB2Ltk
2、主变压器的容量：- 5 -dvzfvkwMI1
3、主变压器的形式：- 5 -rqyn14ZNXI
三、短路电流计算- 6 -EmxvxOtOco
<一）、短路电流计算的目的- 6 -SixE2yXPq5
<二）、短路电流计算的条件- 6 -6ewMyirQFL
<三）、短路电流的计算方法- 7 -kavU42VRUs
三、主要电气设备选择- 8 -y6v3ALoS89
<一）、电气设备选择的原则：- 8 -M2ub6vSTnP
<二）、电气选择的条件- 9 -0YujCfmUCw
<三）、设备选择明细表- 10 -eUts8ZQVRd
四、设计总结- 12 -sQsAEJkW5T
参考资料：- 13 -GMsIasNXkA
附录A 短路电流计算- 13 -TIrRGchYzg
一、电抗计算- 13 -7EqZcWLZNX
二、各母线上短路时短路电流的计算- 14 -lzq7IGf02E
三、各母线上短路点电流的折算- 16 -zvpgeqJ1hk
附录B 设备选择及计算- 16 -NrpoJac3v1
一、侧设备选择及校验过程- 16 -1nowfTG4KI
二、侧设备选择及校验过程- 19 -fjnFLDa5Zo
三、侧设备选择及校验过程- 21 -tfnNhnE6e5
附录C 完整的主接线图- 24 -HbmVN777sL

一、主接线方案确定
1、主接线方案拟定：
根据原始资料分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案，进而以优化方案，组成最佳方案。
<1）、电压等级：连接发电机出线端，且有八回电缆出线，发电机容量为，为保证供电可靠性，因此选用单母线分段接线形式，2台机组分别接在两段母线上。其剩余功率通过双绕组变压器全部送往母线。由于每条出线选用电缆传送，所以各条电缆出线上都装有线路电抗器。由此也可选用轻型断路器，以降低成本。V7l4jRB8Hs
<2）、电压等级：出线回路为2回架空线路，为保证供电可靠性和灵活性，选用双母线接线方式，由于此处最大负荷为，所以由发电机通过三绕组变压器供电，剩余功率送至系统。83lcPA59W9
<3）、电压等级：只有一回架空线路，应采用单母线接线或单母分段接线方式，其进线从三台出口发电机通过变压器送来的容量。mZkklkzaaP
2、主接线方案确定
根据以上的分析，筛选组合，可保留两种可能的接线方式如下图：

方案Ⅰ图<1）

方案Ⅱ图<2）

主接线方案比较表
方案
工程
方案Ⅰ图<1）
方案Ⅱ图<2）
可靠性
侧采用单母线接线方式可靠性较差
侧采用单母分段接线，可靠性较高
灵活性
侧接两个变压器，操作简单
侧接三个变压器，调度方便，但接线稍显复杂，
经济性
采用两台变压器，花费低
采用三台变压器及更多的其他辅助设备，花费高

通过比较，由于此设计属于中小型火电厂，所以着重考虑经济性，因方案Ⅰ只用一台双绕组变压器及其两侧的断路器和隔离开关，220kV侧采用单母线接线方式，均减少了断路器的数量，配电装置投资大大减小，且误操作的可能性要相对较小，占地面积也相对减小。相对于方案Ⅱ，其操作简单。AVktR43bpw
综上考虑该电厂为地区电厂，且负荷为腰荷，所以主接线方式采用方案Ⅰ。

二、主变压器确定
1、主变压器台数：
根据方案Ⅰ，该发电厂装设一台三绕组变压器和一台双绕组变压器，以充分保证供电可靠性。
2、主变压器的容量：
发电厂具体情况：侧，三绕组变压器的确定：，，则,；双绕组变压器的确定：，，侧最小负荷为
.
3、主变压器的形式：
一般情况下采用三相式变压器，根据以上分析，具有三种电压等级的发电厂，查三绕组变压器技术数据表，选择型号为：，查双绕组变压器技术数据表，选择型号为：.ORjBnOwcEd

三绕组变压器技术参数：
型号
连结组别号
额定电压高/中/低
容量比
短路电压百分数

242/121/10.5
100/100/50
12.8
8.15
5.3

双绕组变压器技术参数：

型号
额定容量<kVA）
连结组别号
额定电压高/低
短路电压百分数
短路电抗标幺值

90000

10.5
0.117
三、短路电流计算
<一）、短路电流计算的目的
1、电气主接线的比选。
2、选择导体和电器。
3、确定中性点接地方式。
4、计算软导体的短路摇摆。
5、确定分裂导线间隔的间距。
6、验算接地装置的接触电压和跨步电压。
7、选择继电保护装置和进行整定计算。
<二）、短路电流计算的条件
1、基本假设
<1）正常工作时，三相系统对称运行。
<2）所有电流的电动势相位角相同。
<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的瞬间。
<5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻略去不计。
<6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流。
<7）元件的技术参数均曲额定值，不考虑参数的误差和调整范围。
<8）输电线路的电容略去不计。
2、一般规定
<1）验算导体的电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。2MiJTy0dTT
<2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。gIiSpiue7A
<3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，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、热稳定以及电器的开断电流，一般安三相短路计算。
<三）、短路电流的计算方法
对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的三相短路电流计算，求得、、值。
____三相短路电流；
——三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。
——三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的热稳定。
——三相短路容量，用来校验断路器和开断容量以及判断容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。
注：选取基准容量为
——基准容量<）
——所在线路的平均电压<）
按电压等级计算短路电流，该系统共有三个电压等级，故有三个短路电流，短路电流的具体计算过程见附录Ａ。等值电抗图如下：uEh0U1Yfmh

短路电流计算结果表如下<计算过程见附录A）：

短路点
基准电流
<kA）
支路名称

标幺值
有名值
<kA）
冲击电流
<kA）

5.5
发电机
0.1，0.4054
13.5134
74.3
189.5

0.50
发电机
0.3325，1.01
4.3372
2.18
5.553

0.251
发电机
0.217，0.2884
2206.5
2.21
5.627
三、主要电气设备选择
<一）、电气设备选择的原则：
1、应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；
2、应按当地环境条件校核；
3、应力求技术先进和经济合理；
4、与整个工程的建设标准应协调一致；
5、同类设备应尽量减少品种；
6、选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。IAg9qLsgBX
<二）、电气选择的条件
正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。WwghWvVhPE
尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须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。asfpsfpi4k
1、 按正常工作条件选择电器
①额定电压和最高工作电压
所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即。一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在及以下时为；额定电压是时是。而实际电网的最高运行电压一般不会超过电网额定电压的，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压不低于装置点电网额定电压的条件选择,即。ooeyYZTjj1
②额定电流
电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，电器的长期允许电流。不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即。由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的；母线分段电抗器的应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的；出线回路的除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。BkeGuInkxI
此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。
③按当地环境条件校核
在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境<尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电器使用的额定环境温度，如周围环境温度高于<但）时，其允许电流一般可按每增高，额定电流减少进行修正，当环境温度低于时，环境温度每降低，额定电流可增加，但其最大电流不得超过额定电流的。PgdO0sRlMo
2、 按短路情况校验
①短路热稳定校验
短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为 式中 ，—短路电流产生的热效应，—电器允许通过的热稳定电流和时间。3cdXwckm15
②电动力稳定校验
电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定条件为：式中 :——短路冲击电流有效值；h8c52WOngM
——电器允许 的动稳定电流的有效值；
<三）、设备选择明细表
1、侧主要电气设备：
设备名称
型号
主要参数
设备台数
断路器<）

额定开断电流,极限通过电流峰值，热稳定电流
12
隔离开关<）

极限通过电流峰值，热稳定电流
24
母线
3条矩形铝导体
竖放允许电流为
，
2
电缆
普通粘性浸纸绝缘三芯电缆
截面积
8
电抗器

通过容量
8
电压互感器<）

一次绕组额定电压
二次绕组额定电压
2
电流互感器<）

额定电流比<）,
2
2、侧主要电气设备：
设备名称
型号
主要参数
设备台数
断路器<）

额定开断电流
极限通过电流峰值、热稳定电流
4
隔离开关<）

极限通过电流峰值
热稳定电流
11
母线
单条矩形铝导体
竖放允许电流为
，
2
电压互感器<）

一次绕组额定电压
,
二次绕组额定电压

最大容量
2
电流互感器<）

额定电流比

4

3、侧主要电气设备：
设备名称
型号
主要参数
设备台数
断路器<）

额定开断电流
极限通过电流峰值
热稳定电流
4
隔离开关<）

极限通过电流峰值
热稳定电流
7
母线
单条矩形铝导体
竖放允许电流为
，
1
电压互感器<）

一次绕组额定电压

二次绕组额定电压

1
电流互感器<）

额定电流比<）

2
四、设计总结
通过本次为期一周多的课程设计，我再一次认真的学习了《发电厂电气部分》这门学科及其相关学科，总结了从初学到现在的学习心得，感觉受益匪浅。v4bdyGious
完成课程设计的过程中，我学习到如何从理论部分较好的过渡到实际设计当中，从分析原始资料到如何更加合理的选择可靠性高的接线方式、灵活性高的运行方式以及实用性强和经济性好的设计方案。在这之间，我仔细查阅了不少参考学习资料，根据我此次设计的内容和联系设备的一些实际参数情况进而选择主接线图和主变压器，虽然期间我也耗费了不少精力对其进行修改和变换，但却为后来的选择其他电器设备做好了铺垫，没有多走弯路，从而以简单易行的方式达到了设计的要求和目的。J0bm4qMpJ9
对于这次课程设计，我在获得更多的专业知识之余，也加强了自己对理论知识的灵活运用能力，而且我还应做到分析问题准确到位，原理叙述完整清晰，论证计算缜密无误。以及对发电厂各项情况的了解和掌握，进而在设计过程中，循序渐进，由浅入深，做到加强基础，不断拓宽知识。XVauA9grYP
当然，在整个设计中，也有我们组成员间的激烈讨论，经过交流对比获得不少学习方法和心得，大家齐心协力在短短的一周多时间内，完成了这个设计，虽不比完成一份毕业设计那样面面俱到，但也已相当优秀了。bR9C6TJscw
在设计时期，我严格要求自己，把这次设计当做是一项总结考核，认真负责的去完成设计任务。这对个人能力发展也十分有益，更有助于以后的生活和学习。所以，我很愉悦的完成了这次的课程设计。pN9LBDdtrd
最后，因为我个人的知识浅薄和对电气行业的认识有限，所以设计中的不完美处还请老师多提宝贵建议。也在此感谢老师和同学对我的设计指导。DJ8T7nHuGT

参考资料：
【1】发电厂电气部分课程设计参考资料，天津大学黄纯华主编，水利电力出版社
【2】电力工程电气设计手册，西北电力设计院编，电力出版社，1995年
【3】电力工程电气设备手册，西北电力设计院编，电力出版社，1995年
【4】发电厂电气部分，熊信银主编，中国电力出版社，2018年
附录A 短路电流计算
一、电抗计算
选取基准容量为,
————基准容量<MVA）
————所在线路平均电压<kV）

系统等值电抗图
均采用标幺值算法，省去“*”。
,,,,

二、各母线上短路时短路电流的计算
1、母线上发生短路时<点）短路电流的计算
将系统电抗图简化并计算：

点短路时等值电路电抗化简图

2、母线上发生短路时<点）短路电流的计算
将系统电抗图简化并计算：

点短路时等值电路电抗化简图

3、母线上发生短路时<点）短路电流的计算
将系统电抗图简化并计算：

点短路时等值电路电抗化简图

三、各母线上短路点电流的折算
1、各点基准电流：
点：
点：
点：
2、各点电流：
点：
点:
点:
3、各点冲击电流：
点：
点:
点:
附录B 设备选择及计算
一、侧设备选择及校验过程
1、选择过程
<1）、发电机最大持续工作电流

(2>、出线最大持续工作电流

<3）、1号主变低压侧最大持续工作电流

根据以上计算数据，设备选择如下：
①断路器
查高压断路器技术数据，选择型断路器，其主要参数
额定开断电流,极限通过电流峰值，热稳定电流。
②隔离开关
查高压隔离开关技术数据，选择型隔离开关，其主要参数
极限通过电流峰值，热稳定电流。
③母线

查表，选用3条矩形铝导体，竖放允许电流为4243A,。
④出线电缆
选择普通粘性浸纸绝缘三芯电缆。
⑤出线电抗器
查电抗器技术数据，选择型电抗器，其主要参数
通过容量。
⑥电压互感器
查电压互感器技术数据，选择型电压互感器，其主要参数
一次绕组额定电压，二次绕组额定电压。
⑦电流互感器
查电流互感器技术数据，选择型电流互感器，其主要参数
额定电流比<）,。
2、 校验过程
由附录A中的短路电流计算可知，侧短路电流，短路冲击电流
，故
。
(1>、断路器校验
热稳定校验：，满足热稳定要求。
动稳定校验：,，，满足动稳定要求。
<2）、隔离开关校验
热稳定校验：，满足热稳定要求。
动稳定校验：，，，满足动稳定要求。
<3）、母线校验
当环境温度为时，查表得出温度修正系数，则

热稳定校验。正常运行时导体温度

查表，则满足短路时发热的最小导体截面为
满足热稳定要求
动稳定校验。

，，

取，

， 满足动稳定要求。
二、侧设备选择及校验过程
1、选择过程
2号主变压器侧最大持续工作电流
,出线最大持续工作电流
，根据以上计算数据，设备选择如下：
<1）、断路器
查高压断路器技术数据，选择型断路器，其主要参数
额定开断电流，极限通过电流峰值，热稳定电流。
<2）、隔离开关
查高压隔离开关技术数据，选择型隔离开关，其主要参数
极限通过电流峰值，热稳定电流。
<3）、母线

查表，选用单条矩形铝导体，竖放允许电流为586A,。
<4）、电压互感器
查电压互感器技术数据，选择型电压互感器，其主要参数
一次绕组额定电压,二次绕组额定电压,最大容量。
<5）、电流互感器
查电流互感器技术数据，选择型电流互感器，其主要参数
额定电流比。
2、校验过程
由附录A中短路电流计算可知，侧短路电流，短路冲击电流
，故
。
<1）、断路器校验
热稳定校验：，满足热稳定要求。
动稳定校验：,，，满足动稳定要求。
<2）、隔离开关校验
热稳定校验：，满足热稳定要求。
动稳定校验：,，，满足动稳定要求。
<3）、母线校验
当环境温度为时，查表得出温度修正系数，则

热稳定校验。正常运行时导体温度

查表，则满足短路时发热的最小导体截面为
，满足热稳定要求
动稳定校验。

，，

取，

，满足动稳定要求。
三、侧设备选择及校验过程
1、选择过程
2号主变压器侧最大持续工作电流
,出线最大持续工作电流
，根据以上计算过程，设备选择如下：
<1）、断路器
查高压断路器技术数据，选择型断路器，其主要参数
额定开断电流，极限通过电流峰值，热稳定电流。
<2）、隔离开关
查高压隔离开关技术数据，选择型隔离开关，其主要参数
极限通过电流峰值，热稳定电流。
<3）、母线

查表，选用单条矩形铝导体，竖放允许电流为586A,。
<4）、电压互感器
查电流互感器技术数据，选择型电压互感器，其主要参数
一次绕组额定电压，二次绕组额定电压。
<5）、电流互感器
查电流互感器技术数据，选择型电流互感器，其主要参数
额定电流比<）。
2、校验过程
根据附录A中短路电流计算可知，侧短路电流，短路冲击电流
，故
。
<1）、断路器校验
热稳定校验：，满足热稳定要求。
动稳定校验：,，，满足动稳定要求。
<2）、隔离开关校验
热稳定校验：，满足热稳定要求。
动稳定校验：,，，满足动稳定要求。
<3）、母线校验
当环境温度为时，查表得出温度修正系数，则

热稳定校验。正常运行时导体温度

查表，则满足短路时发热的最小导体截面为
，满足热稳定要求
动稳定校验。

，，

取，

，满足动稳定要求。

附录C 完整的主接线图