济宁2×200MW凝汽式火力发电厂电气部分进行初步设计.docx

本科生毕业设计（论文） 摘要 本毕业设计是对济宁2200MW凝汽式火力发电厂电气部分进行初步设计。论文详细的说明了各种设备选择的最基本的要求和原则依据以及计算过程。本设计共分十章，第一章为绪论，第二章负荷计算，第三章为变压器台数和容量的选择，第四章是发电厂电气主接线的选择，主要介绍了电气主接线的重要性、设计依据、基本要求、各种接线形式的优缺点以及主接线的比较选择。第五章厂用电设计，包括：厂用电接线的总要求、厂用母线接线设计。第六章短路电流计算，是最重要的环节，本书详细的介绍了短路电流计算的目的、条件、一般规定、元件参数的计算、网络变换等知识。第七章电气设备的选择与校验，包括母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器的选择原则和要求。第八章简单的介绍了高压配电装置的设计原则、要求和220KV的配电装置。第九章全厂继电保护和自动装置规划设计，包括总则、自动装置、一般规定和发电机、变压器、母线等设备的保护。第十章发电厂的防雷保护，包括选择的基本原则、避雷针和避雷器的设计。此外，在适当的位置附加了图纸（主接线图、平面图、断面图）。 关键词：电力系统、母线、高压断路器、隔离开关、电压互感器 I 本科生毕业设计（论文） The design of graduation Jining 2 x 200 MW steam-electric power plant for the preliminary design. Papers detailed description of the various types of equipment to choose the most basic requirements and principles and the basis for calculation. The design is divided into 10 chapters, the first of introduction, the second chapter load calculation, the third chapter of transformer capacity and the number of Taiwans choice Chapter IV power plant is the main electrical connection options, mainly on the electrical wiring of the importance of design basis, basic requirements, Wiring various forms of the main advantages and disadvantages of wiring options. Chapter V power plant design, including : electricity wiring plant to the general requirement of plants used bus wiring design. Chapter VI of short-circuit current, is the most important part of the book provides detailed descriptions of the short-circuit current calculation purposes, conditions, general rule, the device parameters, such as knowledge of network transformation. Chapter VII of electrical equipment and checking, including bus, high pressure circuit breakers, isolation switches, CT, The choice of voltage transformer principles and requirements. Chapter VIII simple introduction to the high-voltage power distribution equipment design principles, requirements, and the 220 KV power distribution devices. Chapter IX plant protection and automatic device design, including general principles, automatic installation, general provisions and generators, transformers, busbar protection equipment. Chapter 10 power plants lightning protection, including the selection of basic principles, and a lightning arrester design. In addition, at a suitable location attached drawings (main wiring maps, graphs, maps section). Key words : power system, bus, HV circuit breakers, isolation switches, voltage transformer II 本科生毕业设计（论文） 目录 摘要 . I 目录 . III 第1章 绪论 . 1 第2章 负荷计算 . 2 2.1厂用负荷表 . 2 2.2 负荷计算 . 4 第3章 变压器的台数与容量的选择 . 6 3.1 主变压器的确定 . 6 3.1.1 主变压器容量及台数的确定 . 6 3.1.2 主变压器型式的选择 . 6 3.2 容量选择 . 7 第4章 电气主接线的选择 . 10 4.1 电气主接线的设计原则 . 10 4.1.1 主接线的设计依据 . 10 4.1.2 主接线设计的基本设计 . 11 4.2 设计方案 . 12 4.2.1 220KV侧设计方案 . 12 4.2.2 高压厂用侧设计方案 . 13 第5章 厂用电接线 . 15 5.1 厂用电接线总的要求 . 15 5.2 厂用电接线设计方案 . 15 第6章 短路电流计算 . 17 6.1 短路电流计算的目的： . 17 6.2 短路的原因和短路的定义 . 17 6.3 短路和种类 . 17 6.4 电力系统短路电流的计算条件 . 18 6.5 短路电流的计算步骤 . 18 第7章 电气设备的选择 . 22 7.1 电气设备选择的一般原则 . 22 III 本科生毕业设计（论文） 7.2 高压断路器的选择 . 22 7.3 高压隔离开关的选择 . 25 7.4 电流互感器的选择 . 26 7.5 电压互感器的选择 . 28 7.6高压开关柜的选择 . 29 7.7 母线的选择 . 31 第8章 高压配电装置规划设计 . 36 8.1 高压配电装置规划设计的一般原则 . 36 8.2 设计要求 . 36 8.3 配电装置 . 36 8.4 设备配置 . 37 8.5 本厂采用的配电装置 . 38 第9章 全厂继电保护和自动装置规划设计 . 40 9.1 总则 . 40 9.2 一般规定 . 40 9.3 发电机变压器组保护 . 41 9.3.1 发电机保护 . 41 9.3.2 主变保护 . 41 9.3.3 变压器相间短路的后备保护 . 42 9.3.4 变压器接地短路后备保护 . 43 9.3.5 变压器过负荷保护 . 43 9.3.6 变压器瓦斯保护 . 43 9.4 母线保护 . 44 9.5 线路保护 . 45 9.5.1 配置原则： . 45 9.5.2 220KV线路保护 . 45 9.6 自动装置的设计 . 46 第10章 防雷保护设计 . 47 10.1 直击雷和感应雷保护 . 47 10.2 雷电波入侵保护 . 47 10.3 避雷器的选择 . 48 10.4 避雷针的选择 . 48 第11章 结论 . 51 参考文献 . 52 IV 本科生毕业设计（论文） 致 谢 . 53 附 录 . 54 附 录 . 59 V 本科生毕业设计（论文） 第1章 绪论 将各种一次能源转变成电能的工厂,称为发电厂。发电厂的种类很多,目前我国以火力发电厂为主,其发电量占全国总发电量的70%以上。尤其是在我国的北方,煤炭、石油和天然气等资源非常丰富。更是以火力发电厂为主。 我国火电厂所使用的能源主要是煤，且主力电厂是凝气式发电厂。本设计以济宁凝气式发电厂对象进行设计。 为了满足电力生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，发电厂中安装了各种电气设备，其主要任务是启停机组、调整负荷、切换设备和线路、监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理等。所以发电厂电气部分的设计关系到整个电厂的安全稳定运行。 1 本科生毕业设计（论文） 第2章 负荷计算 2.1厂用负荷表绘制 表2.1 厂用负荷表 表2.2 拆分负荷表 2 本科生毕业设计（论文） 3 本科生毕业设计（论文） 2.2 负荷计算 1、计算原则 连续运行的设备应予计算； 机组正常运行时不经常而连续运行日设备（如备用励磁机、备用电动给水泵等）也应计算； 不经常短时及不经常而断续运行的设备不予计算，但由电抗器供电的应全部计算； 由同一电源供电的互为备用设备只计算运行的部分； 由不同电源供电的互为备用设备，应全部计算；但台数较多时，允许扣除其中一部分； 对于分裂变压器，其高低压绕组负荷应分别计算。当两个低压绕组接有互为备用设备时，对高压绕组只计算其运行部分，对低压绕组则一般均予计算； 对于分裂电抗器，应分别计算每一臂中通过的负荷，其计算原则与普通电抗器相同。 2、计算方法 负荷计算一般采用换算系数法，如按换算系数法求得的计算负荷接近变压器绕组额定容量，在必要时可用轴功率法校验。 换算系数法 换算系数法的算式为：S=（KP） 式中 S计算负荷（KVA）； K换算系数，见表； P电动机的计算功率（KW）。 电动机的计算功率按其负荷特点确定，如： 4 本科生毕业设计（论文） ）连续运行的电动机：P=Ped 式中 Ped电动机的额定功率（KW）。 ）经常短时及经常断续运行的电动机：P=0.5Ped ）中央修配厂：P=0.14P+0.4P5 式中 P全部电动机额定功率总和（KW）； P5其中最大5台电动机的额定功率之和（KW）。 ）煤场机械： ）中小型机械：P=0.35P+0.6P3 式中 其中最大3台电动机的额定功率之和（KW）。 ）翻车机：P=0.22P+0.5P5 ）轮斗机：P=0.13P+0.3P5 ）照明负荷为：P=KxPA 式中 Kx需要系数，一般取0.81； PA安装容量（KW）。 轴功率法 P轴功率法的算式为：Sg=Kt（max ）+Sd hcosj 式中 Kt同时率，新建电厂取0.9，扩建电厂取0.95； Pmax最大运行轴功率（KW）； h对应于轴功率的电动机效率； cosj对应于轴功率的电动机功率因数； Sd低压厂用计算负荷之和（KVA）。 5 本科生毕业设计（论文） 第3章 变压器的台数与容量的选择 3.1 主变压器的确定 3.1.1 主变压器容量及台数的确定 1、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。 2、按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。 3.1.2 主变压器型式的选择 1.相数的选择 当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂均应选用三相变压器。 当发电厂与系统连接的电压为500KV时，宜经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升压到500KV的，宜选用三相变压器。 2.绕组数量和连接方式的选择 发电厂主变压器绕组的数量 最大机组容量为125MW及以下的发电厂，当有两种升高电压向用户供电或与系统连接时，宜采用三绕组变压器，每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%及以上。两种升高电压的三绕组变压器一般不超过两台。因为三绕组变压器比同容量双绕组变压器价格高40%50%，运行检修比较困难，台数过多时会造成中压侧短路容量过大，且屋外配电装置布置复杂，故对其使用要给予限制。 对于200MW及以上的机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。因为在发电机回路及厂用分支回路均采用分相分相封闭母线,供电可靠性很高,而大电流的隔离开关发热问题比较突出,特别是设置在封闭母线中的隔离开关问题更多;同时发电机回路断路器的价格极为昂贵,故在封闭母线回路里一般不设置断路器和隔离开关,以提高供电的可靠性和经济性.此外,三绕组变压器的中压侧,由于制造上的原因一般不希望出现分接头,往往只制造死接头,从而对高、中压侧调压及负荷分配不利。这样采用三绕组变压器就不如用双绕组变压器加联络变压器灵活方便。 联络变压器一般应选用三绕组变压器，其低压绕组可接高压厂用起动/备用变压器或无功补偿装置。 绕组连接方式 6 本科生毕业设计（论文） 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。 我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用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，变压器绕组都采用连接。 由于35KV采用Y连接方式，与220、110KV系统的线电压相角移为0（相位12点）。这样当电压比为220/110/35KV，高中压为自耦连接时，变压器的第三绕组连接方式就不能用三角形连接，否则就不能与现有35KV系统并网。因而 就出现所谓三个或两个绕组全星形接线的变压器，全国这类变压器约4050台。 3.2 容量选择 1、选择原则 高压厂用工作变压器容量应按高压电动机计算负荷的110%与低压厂用电计算负荷之和选择。 高压厂用备用变压器或起动/备用变压器应与最大一台（组）高压厂用工作变压器的容量相同；当起动/备用变压器带有公用负荷时，其容量还应满足最大一台高压厂用工作变压器的要求，并考虑该起动/备用变压器检修的条件； 高压厂用备用变压器或起动/备用变压器自投负荷最大的一段厂用母线时，如不满足所带的类电动机自起动的要求，宜采用分批自起动的方式，而不宜增大备用变压器或起动/备用变压器的容量。 低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。 装于屋外或屋外进风小间 SB1.1Sg+Sd ）分裂绕组变压器： 分裂绕组 S2BS2Bf S2B1=1.1Sg+Sd 高压绕组 SBS2Bf-Ss 7 本科生毕业设计（论文） 上三式中 SB厂用变压器高压绕组额定容量（KVA）； S2B厂用变压器分裂绕组额定容量（KVA）； S2Bf厂用变压器分裂绕组计算负荷（KVA）； Sg高压电动机计算负荷之和； Sd低压厂用计算负荷之和； S2Bf分裂绕组两分支计算负荷之和（KVA）； Ss分裂绕组两分支重复计算负荷（KVA）。 高压起动/备用变压器 分裂绕组 S2BS2Bf S2Bf= Sg01+ Sg1 高压绕组 SBS2Bf-Ss 上两式 Sg01起动/备用变压器本段负荷（KVA）； Sg1最大一台工作变压器分支计算负荷（KVA）。 厂用高压备用变压器或启动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器的容量相同；低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。 低压厂用工作变压器 125MW及以下机组 KtSSd 200MW及以上机组 KtSSd 式中 S低压厂用工作变压器容量（KVA）； Kt变压器温度修正系数，一般取1，但在南方地区由主厂进风时，安装在小间主变压器参数表 二、厂用变压器、备用变压器的选择 8 本科生毕业设计（论文） 根据负荷拆分表，高厂变选择SFF740000/20变压器，具体参数如下： 表3.2 高厂变参数表 厂用高压备用变压器与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。如此，高备变选择SFFZ740000/220 变压器，具体参数如下： 表3.3 高备变压器参数表 ： 9 本科生毕业设计（论文） 第4章 电气主接线的选择 4.1 电气主接线的设计原则 4.1.1 主接线的设计依据 1、发电厂在电力系统中的地位和作用电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入330500KV超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110220KV系统，也有接入330KV系统；企业自备电厂则以对本企业供电供热为主，并与地区110220KV系统相连。中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。 2、发电厂的分期和最终建设规模 发电厂的机组容量，应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的810%为宜。一个厂房内的机组，其台数以不超过6台、容量等级已不超过两种为宜。 3、负荷大小和重要性 对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。 对于三级负荷一般只需一个电源供电。 4、系统备用容量大小 系统中需要有一定的发电机装机备用容量。运行备用容量不宜少于810%，以适应负荷突增、机组检修和故障停运三种情况。 5、系统专业对电气主接线提供的具体资料 出线的电压等级、回路数、出线方向、每回路输送容量和导线截面等。 主变压器的台数、容量和型式；变压器各侧的额定电压、阻抗、调压范围及各种运行方式下通过变压器的功率潮流。各级电压母线的电压波动值和谐波含量值。 调相机、静止补偿装置、并联电抗器、串联电容补偿装置等型式、数量、容量和运行方式的要求。 系统的短路容量或归算的电抗值。注明最大、最小运行方式的正、负、零序电 10 本科生毕业设计（论文） 抗值，为了进行非周期分量短路电流计算，尚需系统的时间常数或电阻R、电抗X值。 变压器中性点接地方式及接地点的选择。 系统内过电压数值及限制内过电压措施。 为保证大系统的稳定性，提出对大机组超高压电气主接线可靠性的特殊要求。 初期及最终发电厂与系统的连接方式（包括系统单线接线和地理接线）及推荐的初期和最终主接线方案。 4.1.2 主接线设计的基本设计 主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 1、可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。 主接线可靠性应注意的问题 应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。主接线可靠性的衡量标准是运行实践，至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法尚不完善，计算结果不够准确，因而目前仅作为参考。 主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。 主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。 要考虑所设计发电厂在电力系统的地位和作用。 主接线可靠性的具体要求 断路器检修是，不宜影响对系统的供电。 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 尽量避免发电厂全部停运的可能性。 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。 2、灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。 11 本科生毕业设计（论文） 扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。 3、经济性 主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下作到经济合理。 投资省 主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。 要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。 要