600MW火力发电厂电气部分课程设计.doc

600MW火力发电厂电气部分设计课题要求
1.发电厂情况装机两台，容量2 x 300MW，发电机额定电压20KV，cosφ=0.85，机组年利用小时数6000h，厂用电率5%，发电机主保护时间0.05s，后备保护时间3.9s，环境条件可不考虑。
2. 接入电力系统情况发电厂除厂用电外，全部送入220KV电力系统，，架空线路4回，系统容量4000MW，通过并网断路器的最大短路电流：
3、厂用电采用6kv及380/220三级电压

摘 要

本文是对配有2台300MW汽轮发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计。包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；高压电气设备的选择与校验：厂用电动机选择等等[1]。文章内容主要是对电器设备的选择，电器主接线的形式进行分析选择，对比各种设备的优缺点还有主接线形式的优缺点进行最优化的选择筛选，从而得到最好的设计。当然我们选择设备还有主接线的时候不能只从理论上进行选择，还要根据实际情况选择，理论上能够行的通的实际上不一定能够正常运行，所以我们一定会理论联系实际进行设备接线的筛选，得出最好的设计。
关键词：主接线设计 电气设备选择 变压器选择

目录

第1章 绪论 1
第2章 发电机和主变压器的选择 2
2.1 发电机型号的选择 2
2.2 变压器的选择 2
2.2.1 主变压器的选择 2
2.2.2 厂用变压器的选择 3
2.2.3 启动变压器的选择 4
第3章 电气主接线设计 5
3.1 电气主接线方案比较 5
3.2 电气主接线方案确定，发电厂电气主接线图 8
第4章 主要电器设备的选择 9
4.1 断路器的选择 9
4.2 隔离开关的选择 10
第5章 厂用变压器主接线设计 11
5.1 厂用电接线要求 11
5.2 厂用电接线的设计原则 11
5.3 采用不设公用负荷母线接线 11
结论 13
参考文献 14
附录 15

第1章 绪论

电能一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。本设计的主要内容包括：通过原始资料分析和方案比较，确定发电厂的电气主接线。计算短路电流，并根据计算结果来选择和效验主要电气设备。
到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。我国的电力系统从50年代开始迅速发展。到1991年底，电力系统装机容量为14600万千瓦，年发电量为6750亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路以220 千伏、330千伏和500千伏为网络骨干，形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千的省电力系统，大区之间的联网工作也已开始。此外，1989年，台湾省建立了装机容量为1659万千瓦的电力系统[3]。
电力系统要实现很好我们服务的功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、 控制、保护通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。所以我们就需要设计一个安全可靠的电力系统，所以本次我设计了600MW火力发电厂的电气部分。 

第2章 发电机和主变压器的选择

2.1 发电机型号的选择
根据要求选用的发电机容量为300MW，选择发出的电压为20KV，所以选择发电机型号为QFSN-300-2。其主要技术参数如下[5]：
表2.1 发电机主要技术参数
型号
额定功率
（MW）
额定电压
（KV）
额定电流
（A）
功率因数

转速
（r/min）
同步电抗
（%）
瞬变电抗
（%）
超瞬变电抗（%）
QFSN300-2
300
20
10190
0.85
3000
188.59
19.65
17.1
装机容量：2 x 300MW
台数：2台
年利用小时数：6000h/年
2.2 变压器的选择
2.2.1 主变压器的选择
（1）单元接线的主变压器容量的确定原则
单元接线时主变压器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。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算出的两台机容量之和来确定。
（2）变压器台数的确定原则
通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台。考虑到本电厂有2台300MW发电机，且电厂和系统有较强联系，故220KV电压等级接两台主变压器[6]。
（3）主变压气的选择原则：a.相数 容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330KV及以下的电力系统中，一般都选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大、占地多、运行损耗也比较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。b.绕组与结构 发电厂以两种升高电压级向用户供电或与系统连接时，可以采用2台双绕组变压器或三绕组变压器。c.绕组联结组号 变压器三相绕组的联结组号必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
主变压器选择220k双绕组变压器，其主要技术参数如下
表2.2 220kV双绕组变压器技术参数
型号

额定容量(KVA)
额定电压（KV）
连接组
损耗（KW)
空载电流
（%）
阻抗电压
（%）
总重
（t）
高压
低压
空载
短路
SFP7-360000/220
360000

20
YNd11
195
860
0.7
14.0
246
2.2.2 厂用变压器的选择
为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。在计算通过主变压器的总容量时，至少应考虑5年内负荷的发展需要，并要求：在发电机电压母线上的负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；因系统经济运行而需限制本厂出力时，亦应满足发电机电压的最大负荷用电[7]。
对潮流方向不固定的变压器，经计算采用普通变压器不能满足调压要求是，可采用有载调压变压器。
（1）.额定电压 厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引线处的电压确定，变压器的一二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络相一致。
（2）.工作变压器的台数和型式
高压绕组

低压绕组

式中：为厂用变压器高压绕组额定容量(kV.A )；为厂用 变压器分裂绕组额定容量(kV.A)；为厂用变压器分裂绕组计算负荷(kV.A )；分裂绕组两分支重复计算负荷(kV.A )。
预留10%的裕度选择:
----发电机容量 ----厂用电
----发电机的额定功率
（3）高压厂用备用变压器容量[8]
高压常用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。
（4）低压厂用工作变压器容量。可按下式选择变压器容量：
式中为低压厂用工作变压器容量(kV.A )；为变压器温度修正系数。
（5）厂用变压器的阻抗 一般要求阻抗应大于10%厂用工作变压器选用分裂绕组变压器。
表2.3 分裂绕组变压器技术参数
型号
额定容量
（KA）
容量比（%）
高压
（KV）
低压（KV
连接组
空载损耗（KW）
短路损耗（KW）
空载电流（%）
阻抗电压（%）
高低
SFF7-40000/20
40000/220000
%
6.3-3
Dyn1-yn1
31.1
18/4.3
0.23
6.79
2.2.3 启动变压器的选择
表2.4 双绕组变压器技术参数
型号
额定容量(KVA)
高压(KV)
低压(KV)
连接组
空载损耗(KW)
短路损耗(KW)
空载电流(%)
阻抗电压(%)
SFP7-40000/220
40000
220+22.5%
6.3
Ynd11
52
175
1.1
12.0

第3章 电气主接线设计

电器主接线设计的基本要求，概括的说包括可靠性、灵活性、经济性三方面。
（1）可靠性
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要求。停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更加严重，在经济发达地区，故障停电的经济损失是实时电价的数十倍，乃至上百倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报销、城市生活混论等经济损失和社会影响更是难以估量。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。
（2）灵活性
操作的方便性。电气主接线的基本要求条件下，接线简单，操作方便，尽可能的使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不至于在操作过程中出差错
倒闸的方便性。要在发生事故的时候，要能尽快的切出故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多的影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。
扩建的方便性。设计时不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑到从初期接线过度到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，将来可顺利完成过渡方案的实施，使改造工作量最少。
（3）经济性
节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关电器数量、选用廉价的电器或情形电器，以便降低投资。
3.1 电气主接线方案比较
拟定三种方案：
方案一：300MW发电机G-1，G-2通过双绕组的变压器与220kv母线相连，220kv电压级出线为4回，因此其供电要从分考虑其可靠性，所以我们采用双母线接线。这样一来就避免了断路器检修时，不影响对系统的供电，断路器或母线故障以及母线检修时，减少停运的回路数和停运时间，保证了可靠的供电可靠性[9]。

图3.1 双母线接线

方案二：有方案一，我们很容易想到220kv母线采用双母带旁路母线连接的方式
优点：
（1）供电可靠。通过母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一接入旁路进出线的断路器时，该回路不停电。
（2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的要求。
（3）扩建方便。
（4）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
（5）此种接线可以保证使某一回路检修时，不中断对外供电及操作简便。
缺点：
（1）增加一组母线、一台断路器和若干台隔离开关。
（2）增大了投资和占地面积.
（3）当母线故障和检修时，容易误操作。
（4）接线所用设备多（特别是隔离开关），配电装置复杂，故经济性较差。

图3.2 双母线带旁路母线接线
方案三：双母线分段接线

图3.3 双母线分段接线
当双母线接线配电装置的进出线回路数较多时，为增加可靠性和灵活性，缩小母线故障的影响范围，可将双母线中的一组用断路器分段，形成双母线三分段。
双母线可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数较少时，母线不分段。
结构特征：将一组母线用分段断路器QFd分为两段(W1和W2)，两个分段母线(W1和W2)与另一组母线(W3)之间都用母联断路器连接，也称为双母线三分段接线。 分段双母线，比双母线具有更高的可靠性，运行方式更为灵活。
(1)W1和W2作为工作母线，W3作为备用母线，全部进出线均分在W1和W2两个分段上运行。
(2)也可以将两个母联断路器中的一个和分段断路器合上，全部进出线合理地分配在三段上运行，三段母线并列运行。此种运行方式降低了全厂ni停电事故的可能性；可以减小母线故障的停电范围，母线故障时的停电范围只有1/3，此时没有停电部分还可以按双母线或单母线分段运行。
为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时(包括其保护装置和检修及调试)，不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。
3.2 电气主接线方案确定，发电厂电气主接线图
本次设计主要考虑主接线的可靠性、经济性，通过综合比较，现确定方案二为课程设计的最终方案。两方案中的相同部分不参与比较计算，只对在所实现的目的要求相差不大的情况下相异部分进行计算，很容易知道当采用双母线的时候倒闸操作时接线比较复杂易发生误操作，安全性不高，这在稳定的可靠性，及经济上都是不具有优势的，因此采用方案二。主接线图在附录[4]。

第4章 主要电器设备的选择

4.1 断路器的选择
（1）断路器的额定电压不小于装设电路所在电网的额度电压，高压断路器的额定电压和电流选择需满足 ，式中：、分别为断路器和电网的额定电压(kV);分别为断路器的额定电流和电网的最大负荷电流(A)。
（2）断路器经校正后的额定电流不小于通过断路器的最大持续工作电流。
短路热稳定计算时间为：

倒闸时由于，不计较非周期热效应。短路电流的热效应等于周期分量热效应，即（3）校验断路器的断流能力。
固发电机有分根据间回路的、及断路器的安装要求，查表，可选LW2-220型断路器，和燃弧时间均为0.03s. 发电机最大持续工作电流为：
===1768.31A
冲击电流为
=(kA)
根据额定参数所以我们选择的型号为LW2-220
额定电压：220K V 最高工作电压：252KV
额定电流：2500A 额定开断电流：40KA
额定关合电流：100KA 动稳定电流：100KA
热稳定电流:40KA(4S) 固有分闸时间：0.03 S
合闸时间：0.15 S 全开断时间：0.05 S
重合闸无电流时间0.3S
4.2 隔离开关的选择
隔离开关主要用在检修电气设备时隔离电压，使检修的设备与带电部分间有明显可见的断口；在改变设备状态(运行，备用，检修)时用来配合断路器协同完成倒闸操作；用来分、合小电流，可用来分、合电压互感器、避雷器和空载母线，分、合励磁电流不超过2A的空载变压器，关合电容电流不超过5A的空载线路；其接地开关可代替接地线，保证检修工作安全。隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通和断开负荷电源和短路电流，一般只能在电路断开的情况下才能操作[2]。
（1）隔离开关的额定电压应大于装设所处电路所在的电网的额定电压。
（2）隔离开关经校正后的额定电流应大于装设电路的最大持续工作电流。
（3）动稳定校验应满足的条件。
（4）热稳定校验应满足的条件。
（5）隔离开关一般选用手动操作机构。
通过上面的计算，选择型号为GW17-220（D）的隔离开关,可以查表得到隔离开关的有关参数：
型号：GW17-220（D） 额定电压：220KV
额定电流：2500A 动稳态电流:125KA
热稳态电流50KA(4S)

第5章 厂用变压器主接线设计

5.1 厂用电接线要求
（1）供电可靠，运行灵活；
（2）各机组的厂用电系统应是独立的；
（3）全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线；
（4）充分考虑发电厂正常、事故、检修、启停等运行方式下的供电要求；
（5）供电电源应尽量与电力系统保持紧密联系；
（6）充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式；
5.2 厂用电接线的设计原则
厂用电接线的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有：
（1）厂用电接线应保证对厂用电负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；
（2）接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；
（3）厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时只会影响一台发电机组的运行，缩小了故障范围，接线也简单；
（4）设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性，并积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；
（5）在设计厂用电系统接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其厂用电接线形式等问题进行分析和论证；
5.3 采用不设公用负荷母线接线

图5.1 不设公用负荷母线
采用不设立公用母线优点是公用负荷分接与不同机组变压器上，供电可靠性高、投资省，满足设计要求。

结论

本次设计中我们对于火电厂的电器部分理解更透彻，本次主要是对2台300MW汽轮发电机的大型火电厂一次部分进行了初步设计，在主接线方面，由于是大型火力发电厂，所以，在充分考虑到负荷的需求外，还考虑到安全和经济性等因素。因此，最终选择了低压侧10KV侧用双母线三分段的主接线形式，高压侧220KV选择了双母线接线形式。在此基础之上，又对厂用负荷进行分类，并对厂用电的接线形式进行了设计。本次设计中有过很多的理想化设计，通过老师的指导我们才能指导实际不是我们想象的那么简单。这次设计的优点在于设备能够稳定可靠地运行，并且可以满足设计的要求，对于设备也是进行了最优化的选择，主接线的形式也是做了最简单并且可以安全可靠地运行。但是本次设计中还是有很多缺点，我们对于理论知识的掌握不是很牢固，出现了很多的问题，想问题往往太理想化，想的不太全面，造成了很多的困难。通过本次的课程设计我们对于各种问题的解决办法也有了一定的了解，对于知识的运用也更加灵活，我相信我们一定会完成更好的设计。

参考文献

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[5] 王锡凡.电力工程基础[M]，西安：西安交通大学出版社，1998
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[7] 张悦.小型火力发电厂节水技术[J].中国新技术新产品.2010
[8] 伊春娇.火力发电厂电气一次部分设计[J].科技信息.2010（12）
[9] 姜胜利.浅谈火力发电厂电气一次的部分设计[J].黑龙江科技信息.2010(10).

附录

2 x 300MW火力发电厂电气部分主接线图

14