发电厂电气部分课程设计.pdf

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。口对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠 性、灵活性和经济性三方面。-、对电气主接线的基本要求 41.可靠性口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。口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。-、对电气主接线的基本要求 52.灵活性口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：操作的方便性。(2)调度的方便性。(3)扩建的方便性。一、对电气主接线的基本要求 63.经济性口在设计主接线时，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。二、电气主接线设计的原则 7口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，合理地选择主接线方 案。八电气主接线设计的原则 8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。二、电气主接线设计的原则 9口在工程设计中，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。、电气主接线设计的原则10口国家方针政策、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。三、电气主接线的设计程序 11口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.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一、对原始资料分析 1（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。口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。龙设计时，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。一、对原始资料分析 14（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。口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50 0 0 h以上；承担腰荷的发 电厂，设备利用小时数应在300050 0 0 h;承担 峰荷的发电厂，设备利用小时数在30 0 0 h以下。一、对原始资料分析 15（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。口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30 0 MW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。一、对原始资料分析 工6（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。口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。一、对原始资料分析 工7（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。口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，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。一、对原始资料分析 18（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。口我国一般对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UOkV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器接地。一、对原始资料分析 19(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。口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，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。一、对原始资料分析 20(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。口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。一、对原始资料分析 21(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。一、对原始资料分析 22(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。二、主接线方案的拟定与选择:口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）。口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。口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。二、主接线方案的拟定与选择 24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。口经过技术分析以后，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。二、主接线方案的拟定与选择 25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。口在计算投资时，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。口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。三、主变压器容量的确定原则261.单元接线的主变压器口单元接线时，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。口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。Xlio%A甲X110%QFI三、主变压器容量的确定原则 271.单元接线的主变压器如：发电机容量50 MW,功率因数0.8,-yTs厂用电率8%,则主变压器容量为Kr ST=-cos。_ 50-50 x 8%=0?8=63.25MVA工=鳖=62.5魔3 8s 0.8三、主变压器容量的确定原则282.具有发电机电压母线接线的主变压器zk220kVI如：发电机容量50MW,功率因数 工）1 f 0.8,厂用电率10%,发电机电 -与压负荷最小15MW,则主变压器容A人量为 c 2x50-15-2x50 x10%ST=-7 2x0.8=46.875MK41110k 6 0Gl图 4-17 1G2厄，土艾庄希 应能将发电机 电压母线上的 剩余有功和无某中型热电厂的主接线 加容量送人系三、主变压器容量的确定原则292.具有发电机电压母线接线的主变压器220kVA A 1 1 1 AG 丫A人Dn1 1 111111T21 DGI图4-17某中型热电厂的主接线台数确定原则：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 条:5年负砒的逐年l=t四、主接线方案的经济比较口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。口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。口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。口在课程设计中，主要采用抵偿年限法。四、主接线方案的经济比较 3L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。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。口计算表达式为式中Pa-静态差额投资回收期（低偿年限）.、12-分别为方案1、2的综合总投资Cj C，2-分别为方案1、2的年运行费四、主接线方案的经济比较L抵偿年限法即静态差额投资回收期法。口计算表达式为口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Pa5年时，选方案2四、主接线方案的经济比较2.经济比较项目综合总投资口综合总投资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。口计算式为高）四、主接线方案的经济比较2.经济比较项目综合总投资口计算式为U+检I。-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。220 KV系统取70,110 KV 取90。四、主接线方案的经济比较 362.经济比较项目(2)运行期的年运行费用口年运行费用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)。口计算式为C*=aA+arI+a2I%-检修维护费率，一般取为0.0 220.0 42;%-折旧费率,一般取为0.0 0 50.0 58;a-损耗电能的电价，元/KW.h,可参考各地区实际电价，本设计中取045;AA-变压器年电能损耗，KW.ho3.计算短路电流一、短路电流的计算步骤 二、选取短路计算点-、短路电流的计算步骤 38口主接线设计后，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，各支路中工、%.i（35kV及以上电压等级处短 路点）、.2（610 kV电压等级处短路点）、L、儿2及骁的短路电流。口其中，I（u（35kV及以上电压等级处短路点）、5,2（610 kV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。口其中，、Lk、1皿2用于电气设备和导体的热稳定 校验。-、短路电流的计算步骤 39tk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。口其中，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。口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。-、短路电流的计算步骤 40口在工程设计中，短路电流计算通常采用运算曲线 法,基准容量一般采用10 0 MVA。口其计算步骤如下：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X*5、由计算电抗值从适当的运算曲线中查出各电源 供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到 Xjs=3）4P-、短路电流的计算步骤 41口在工程设计中，短路电流计算通常采用运算曲线 法,基准容量一般采用10 0 MVA。口其计算步骤如下：6、计算无限大容量（.23）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。二、选取短路计算点 42口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。二、选取短路计算点 4口在正常接线方式时，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：口对于负荷部分，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；口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；口对于升高电压等级，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；图4-17某中型热电厂的主接线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选择电气设备的方法 46电气设备选择是发电厂和变电所电气设计的主要 内容之一，正确地选择电器是使电气主接线和配 电装置达到安全、经济的主要条件。口在进行电气选择时，应根据工程实际情况，在保 证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技 术；并注意节省投资，选择合适的电器。口选择的电器要能可靠地工作，必须按正常工作条 件进行选择，并在短路状态来校验热稳定和动稳 定。选择电气设备的要求 47口对所设计的发电厂，全厂各个电压等级的断路器、隔离开关、母线、电缆、电流互感器、电压互感 器、绝缘子、熔断器等都要按规定的条件进行选 择。口选择电器时，应参考最近产品目录，选出我国目 前生产的设备。5.绘制电气主接线图一、绘制电气主接线图的要 求二、电气主接线图实例绘制电气主接线图的要求 49口对所设计的发电厂，按国标规定的图形和文字符 号，画出全厂电气主接线图。口对电气主接线图即一次电路接线图，要求：以适 当的比例画出所有电气设备（发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、出线、电抗器、电压 互感器、电流互感器）及其正确连接，并在适当 的地方标注所有电气设备的型号和参数。口最好是在计算机上用相关的软件绘制，如Word、AutoCAD等，若是手工绘制，必须用直尺和铅笔 画在坐标纸上。电气主接线图实例50设计成品一、设计说明书 二、设计图纸一、设计说明书 52口应分以下各章：总论说明设计依据、负荷分析、电厂容量及本电厂在系统中的地位、.等；(2)电气主接线初步方案的选择，技术经济比较及最终确定方案；(3)短路电流计算说明短路电流计算的依据，计算方法，短路电流计 算结果表。(4)电气设备选择各种设备选择的条件、计算数据、设备选择表。二、设计图纸口应绘制以下图纸:(1)电气主接线图