火力发电厂电气部分设计.doc

摘 要 本次设计主要为火力发电厂电气部分设计， 包括了火力发电厂的电气主接线的设计、短路电流的计算和主要电气设备的选型。 根据原始资料分析，主要有 110kV、220kV 两个电压等级。综合运用电气主接线设计的原则要求并依照实际情况设计出火力发电厂的电气主接线图， 共提出两种可行方案：双母线接线、单母线分段接线，对所选方案进行综合分析比较，确定了 110kV 为双母线接线、220kV 为双母线接线。两电压等级用双绕组变压器和三绕组变压器。变进行联络的最优方和案， 随后又进行了主变压器及厂用高压变压器台数及容量的选择，并利用电力网络等值电抗图，应用运算曲线求各时刻短路点的短路电流, 对全厂高压断路器、隔离开关、电流和电压互感器进行选择，并且对所选的电器进行了热稳与动稳校验。 本设计的基本指导思想及理论来源于大量的相关资料， 并通过对比进行了优化配置。所以，本设计涉及了大量电气工程中的多个方面，可以扩大电力系统中知识领域。 关键词 电气主接线、 短路电流、 设备选型第一章 绪 论引言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、编制工程预算，其中工程预算在本设计中仅作估计处理，不作严格计算，而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。设计工作是工程建设的关键环节，是工程建设的灵魂。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。它是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各方面的综合性的应用技术科学。设计工作的基本任务是，在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全适用、技术先进、综合经济效益好的设计，有效地为电力建设服务。因此做好设计工作对工程的建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。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。本设计是对2100+2200MW总装机容量为600MW的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用电高压部分的设计，它主要包括了四大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。其中详细描述了主接线的选择、短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并对设计进行了理论分析。1.1原始资料1.1.1 厂址概况 厂址位于新建的大型煤矿内，是一个坑口电站，所用燃料又煤矿直接供给。电厂生产的电能用110kV电压等级8回线向4各较大的负荷供电，其综合最大负荷为200 MW；另外，220kV电压等级有4回与电力系统的联络线。厂地地质条件较好，地势较为平坦，属于5级地震区，冻土层深1.5米，最大风速20米/秒，年平均气温5，最高气温38，最低气温20。1.1.2 机组参数 锅炉： 2HG-410/100；2HG-670/140-1汽轮机：2N100-90； 2N200-130/535发电机：2TQN-100-2； 2QFQS-200-21.1.3 电力系统接线图100KM150KMMMM2TSS1264/250-482SFPL - 240/220 2QFS30022SFPL360/220-发电厂 1.1.4 负荷资料 110kV电压等级综合最大负荷为200 MW序号用户名称最大负荷KW距离Km线路数利用小时1变电所900050260002机械厂500020240003化工厂600015255004煤矿80003026000第二章 发电厂电气主接线方案的确定2.主接线方案的选择2.1主接线设计的基本要求 电气主接线是电力系统的主要部分之一，它表明了发电机、变压器、输电线、断路器和隔离开关等电气设备的数量，并指出怎样去连接这些电气设备，并与电力系统相连接，进而完成发电、变电、输电和配电任务。主接线的确定与电力系统的安全、稳定、灵活和经济地运行，以及对电厂和变电所的电气设备选择、配电装置的布置、继电保护及控制方式的确定都有密切的联系。由于发电、变电和输配电是同时完成的，所以主接线的设计好坏对发电厂、变电所和负荷的正常运行都有影响。因此主接线的设计必须满足以下条件：（1） 保证必要的供电可靠性和电能质量安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电的可靠性和电能质量是对主接线最基本的要求，包括：应考虑在长期运行中所积累的经验，并在设计中有所遵循。各个元件可靠地综合在一起就是主接线地可靠性。因此，在设计时要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电可靠性的影响。评价可靠性时，应具体问题具体分析，不能脱离发电厂在系统中所处的地位。（2） 具有一定的灵活性和方便性。主接线应该能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换，即：在正常运行时安全可靠地供电。在系统故障或设备检修及其故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。（3） 具有经济性在满足技术要求地前提下，做到经济合理：投资少：主接线满足简单清晰，节省断路器和隔离开关等一次设备，并使二次设备不过于复杂。占地面积小：电气主接线设计时要为配电装置地布置创造条件。电能损耗小：经济合理地选择主变压器地形式。容量和台数，避免多次变压而增加地电能损耗。（4） 具有发展和扩建地可能性随着建设事业地高速发展，往往需要对已投产地发电厂或变电所进行扩建，所以在设计主接线时应留有发展地余地，不仅要考虑最终接线地实现，而且还要兼顾到分期过渡接线地可能和施工的方便。2.1.1对原始资料的分析该电厂火电厂，其容量为21002200600MW，最大机组容量为200MW，即具有中型容量的规模、大型机组的特点。该厂又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线的设计必须着重考虑其可靠性和灵活性。该厂在未来电力系统中作用和地位是至关重要的。从负荷特点及电压等级来看，它具有110kV、220kV两级电压和一级电压负荷。220 kV与系统又4回线路，呈强联系形式并接受本厂剩余功率；110 kV电压等级出线回路为8回，供给重要负荷。2.1.2、各电压等级接线形式的拟定根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合方式，组成最佳可比方案。(1) 110KV电压等级：出线为8回架空线路，I级负荷，最大输送100MW，为实现不停电检修出线断路器，可采用单母线分段带旁路或双母线接线形式。 (2) 220KV电压等级：出线为4回架空线路，承担一级负荷，最大输送200MW,为使其检修出线断路器时不停电，可采用双母线带旁路或双母线分段带旁路或采用可靠性更高的一台半接线形式，以保证供电的可靠性和灵活性。两台200MW发电机组都采用单元接线形式接在220KV电压母线上。都采用单元接线形式，故接220KV侧母线的发电机的出线端不需接断路器。2.1.3、主接线方案的拟定 拟定两种方案：方案一：220KV侧采用双母带旁路接线，110KV侧采用双母带旁路接线。方案二：220KV侧采用双母带旁路接线，110KV侧采用单母分段接线。 2.1.4、主接线方案的比较与选择现对这两个方案进行综合比较如表2.1 方案项目方案一方案二可靠性1）220KV采用双母带旁路接线，110KV采用双母带旁路接线，可靠性较高1） 220KV采用双母带旁路，可靠性高 2) 110KV侧采用单母分段，对于出线回路数多带一级负荷来说，可靠性低；灵活性1）各电压级接线方式灵活性都好；2）220KV电压级接线易于扩建。3）110KV电压级用联络变压器连接，灵活性好1) 220KV电压级接线方式灵活性好2）采用单母线分段接线，进出线不多时有足够多的灵活性经济性1）无论是110KV,220KV设备都比较多，投资较大，经济性差；1）110KV设备相对少，投资较小；2）220KV设备都比较多，投资较大，经济性差，；方案一方案二本设计主要考虑主接线的可靠性和灵活性，经济性只做参考，所以通过比较，现确定第一方案为设计最终方案。 第三章 主变压器的选择 3.1 变压器的选择 3.1.1发电机型号的确定 根据设计书的要求选用的发电机容量为200MW，选择发出的电压为18KV，所以选择发电机型号为QFS-300-2。具体参数如表2.2表2.2 所选发电机组的型号与参数发电机型 号额 定电 压(KV)额定功率(MW)额定电流(A)功率因数次暂态电抗(%)效率(%)G-1、G-2QFS-300-218300113200.8516.798.653.1.2 主变及厂用高压变的选择 因主接线中采用发电机变压器的单元接线， 一般规定厂用高压变的容量为发电机额定容量的 10；而主变的容量是把发电机所能发出的最大功率（扣除厂用负荷外）传递到母线侧，并留有 10的裕度。 1 .主变压器台数的确定 确定主变压器台数的因素很多，主要取决于该电厂在系统中的重要性并结合电厂本身的装机台数。 为减少主变压器台数，可考虑采用扩大单元接线。 一般装机一至三台的小型非骨干电厂以确定一台主变压器为宜，装机四台及以上的小型电厂可考虑确定两台主变压器以满足运行的可靠性和灵活性。 2. 主变压器的容量确定 1）发电机变压器单元接线中的主变容量应按发电机额定容量扣除本机组厂用电后，留有 10%的裕度来确定。主变容量一般按变电所建成后 510 年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期 1020 年的负荷发展。 2）高、中压电网的联络变压器应按两级电网正常与检修状态下可能出现的最大功率交换确定容量，其容量一般不应低于接在两种电压母线上最大一台机组的容量。 3. 变压器型式的选择与计算 1）单相变压器的使用条件一般用三相变压器，单相变压器应用于 500KV 及以上的发电厂、变电站中。 2）三绕组普通变压器和三绕组自耦变压器的使用条件使用三绕组变压器比使用两台双绕组变压器经济。使用自耦变压器不经济，且自耦变压器只能用于高、中压中性点都有效接地的电网，故其只能用于 220KV 及以上的发电厂和变电站。 4主变压器的选择1)与两台200MW机组相连的主变压器容量和型式一样，其每台的容量：，选择等级240MVA的三相双绕组升压变压器，具体型号选择SFP7-240000/220，其参数见表2.3。2)联络变压器的选择根据联络变压器容量的确定原则可知，联络变压器的总容量为200/0.85=235.29MVA， 选择标准容量为360MVA的变压器即容量为360MVA的三相三绕组降压变压器，具体型号选择SFP7-360000/220。其参数见表2.3。其参数见表2.3。变压器 型 号额定容量（KVA）额定电压(KV)短 路阻 抗(%)空载电流(%)联结组高压中/低压主变T-4T-3SFP7-2400000/2202400002422.52% 低压15.75140.4YNd11联络变T-2SFP7-360000/2203600002422.52% 低压1814.30.28YNd11第四章 短路电流的计算4.1各元件的参数4.1.1发电机参数（1）F1、F2：QFQS2002 额定容量：200MW 额定电压：15.75KV 功率因素：0.85 次暂态电抗（） ：14.44 （2）F3、F4：TQN1002 额定容量：100MW 额定电压：10.5KV 功率因素：0.85 次暂态电抗（） ：18.3 （4）S2：QFS3002 额定容量：300MW 额定电压：18KV 功率因素：0.85 次暂态电抗（） ：16.74.1.2变压器参数（1）F1、F2 所配主变：SFPL240000/220 额定容量：240MVA 低压侧电压：15.75 连接组别：Y0/11 阻抗电压（） ：14 （2）F3、F4 所配主变：SFPL360000/220 额定容量：360MVA 低压侧电压：18KV 连接组别：Y0/11 阻抗电压（） ：14.3（3）S2 所配主变：SFPL360/220 额定容量：360MVA 低压侧电压：18KV 连接组别：Y0/11 阻抗电压（） ：14.3 4.1.3计算各元件电抗化简电路图（一）K1 点短路时计算过程 K1 点短路时的短路电流其等值电路图如图（一） ：1. 计算各元件等值电抗的标幺值 选取基准值：2化简等值电路图如图（二） ： 3.用法转化为：如图（三）计算 K1 点的短路电流： （1） 计算 t=0s 时的次暂态短路电流水电站 S1：计算电抗：查水轮发电机运算曲线，可得： t=0s 时；火电厂 H1：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=0s 时；火电厂 H2：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=0s 时；火电厂 H3：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=0s 时；于是当 t=0s 时短路电流为（2） 计算 t=2s 时的次暂态短路电流水电站 S1：计算电抗：查水轮发电机运算曲线，可得： t=2s 时；火电厂 H1：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=2s 时；火电厂 H2：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=2s 时；火电厂 H3：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=2s 时；于是当 t=2s 时短路电流为（3） 计算 t=4s 时的次暂态短路电流水电站 S1：计算电抗：查水轮发电机运算曲线，可得： t=4s 时；火电厂 H1：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=4s 时；火电厂 H2：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=4s 时；火电厂 H3：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=4s 时；于是当 t=2s 时短路电流为短路冲击电流于是短路点总的冲击电流：（二）K2 点短路时计算过程 K2 点短路时的短路电流其等值电路图如图（一） ：1. 计算各元件等值电抗的标幺值 选取基准值：2化简等值电路图如图（二） ：3.用法转化为：如图（三）计算 K2 点的短路电流： （1） 计算 t=0s 时的次暂态短路电流水电站 S1：计算电抗：查水轮发电机运算曲线，可得： t=0s 时；火电厂 H1：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=0s 时；火电厂 H2：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=0s 时；火电厂 H3：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=0s 时；于是当 t=0s 时短路电流为（2） 计算 t=2s 时的次暂态短路电流水电站 S1：计算电抗：查水轮发电机运算曲线，可得： t=2s 时；火电厂 H1：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=2s 时；火电厂 H2：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=2s 时；火电厂 H3：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=2s 时；于是当 t=2s 时短路电流为（3） 计算 t=4s 时的次暂态短路电流水电站 S1：计算电抗：查水轮发电机运算曲线，可得： t=4s 时；火电厂 H1：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=4s 时；火电厂 H2：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=4s 时；火电厂 H3：计算电抗：查汽轮发电机运算曲线，可得：t=4s 时；于是当 t=2s 时短路电流为短路冲击电流于是短路点总的冲击电流：第五章 电气设备的选择5.1电气设备选择的一般原则(1) 所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；在满足可靠性要求的前提下，应尽可能的选用技术先进和经济合理的设备，使其具有先进性；(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的建设标准协调一致；(4) 同类设备应尽量减少品种；(5) 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。5.1.1 断路器、隔离开关和互感器的选择断路器型式的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。 一般电压6220KV的电网，一般选择少油断路器。电压110220KV的电网，当少油断路器的技术条件不满足要求时，选用六氟化硫或空气断路器，大容量机组采用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。5.1.2 断路器的选择1.1 110kV 高压侧断路器的选择：额定电压的选择：额定电流的选择： 开断电流的选择：短路关合电流：综合以上，查阅设计手册可选: LW6-110，其主要参数如下： 额定电压 额定电流 开断电流 关合电流 动稳定电流 热稳定电流110kV3150A40kA100kA100kA50kA热稳定校验： 所以，热稳定校验满足要求。动稳定校验：所以，动稳定校验满足要求。1.1.2 110kV 母线出线断路器的选择：额定电压的选择：额定电流的选择： 开断电流的选择：短路关合电流：综合以上，查阅设计手册可选: LW6-110，其主要参数如下： 额定电压 额定电流 开断电流 关合电流 动稳定电流 热稳定电流110kV3150A40kA100kA100kA50kA热稳定校验： 所以，热稳定校验满足要求。动稳定校验：所以，动稳定校验满足要求。1.1.3 220kV 母线高压侧断路器的选择：额定电压的选择：额定电流的选择： 开断电流的选择：短路关合电流：综合以上，查阅设计手册可选: LW6-110，其主要参数如下： 额定电压 额定电流 开断电流 关合电流 动稳定电流 热稳定电流220kV2500A40KA100KA100KA40KA(4S)热稳定校验： 所以，热稳定校验满足要求。动稳定校验：所以，动稳定校验满足要求。1.1.4 220kV 出线水电站侧断路器的选择：额定电压的选择：额定电流的选择： 开断电流的选择：短路关合电流：综合以上，查阅设计手册可选: LW6-110，其主要参数如下： 额定电压 额定电流 开断电流 关合电流 动稳定电流 热稳定电流220kV2500A40KA100KA100KA40KA(4S)热稳定校验： 所以，热稳定校验满足要求。动稳定校验：所以，动稳定校验满足要求。1.1.5 220kV 出线火电厂侧断路器的选择额定电压的选择：额定电流的选择： 开断电流的选择：短路关合电流：综合以上，查阅设计手册可选: LW6-110，其主要参数如下： 额定电压 额定电流 开断电流 关合电流 动稳定电流 热稳定电流220kV2500A40KA100KA100KA40KA(4S)热稳定校验： 所以，热稳定校验满足要求。动稳定校验：所以，动稳定校验满足要求。5.1.3 隔离开关的选择1.2 110kV 高压侧隔离开关的选择额定电压的选择：额定电流的选择： 综上，查阅电气工程电气设备手册可选, GW4-110D,其具体参数如下： 额定电压额定电流动稳定电流峰值热稳定电流(4S)110kV1250A80KA31.5KA(3)热稳定校验： 所以，热稳定校验满足要求。(4)动稳定校验：所以，动稳定校验满足要求。所以选择 GW4-110D 满足要求。1.2.1 110kV 母线出线隔离开关的选择：额定电压的选择：额定电流的选择： 综上，查阅电气工程电气设备手册可选, GW4-110D,其具体参数如下： 额定电压额定电流动稳定电流峰值热稳定电流(4S)110kV1250A100KA40KA(3)热稳定校验： 所以，热稳定校验满足要求。(4)动稳定校验：所以，动稳定校验满足要求。所以选择 GW4-110D 满足要求。1.2.2 220kV 母线高压侧隔离开关的选择：额定电压的选择：额定电流的选择： 综上，查阅电气工程电气设备手册可选, GW4-110D,其具体参数如下： 额定电压额定电流动稳定电流峰值热稳定电流(4S)220kV1250A100KA40KA(3)热稳定校验： 所以，热稳定校验满足要求。(4)动稳定校验：所以，动稳定校验满足要求。所以选择 GW4-220D 满足要求。1.2.3 220kV 出线水电站侧隔离开关的选择：额定电压的选择：额定电流的选择： 综上，查阅电气工程电气设备手册可选, GW4-110D,其具体参数如下： 额定电压额定电流动稳定电流峰值热稳定电流(4S)220kV1250A100KA40KA(3)热稳定校验： 所以，热稳定校验满足要求。(4)动稳定校验：所以，动稳定校验满足要求。所以选择 GW4-220D 满足要求。1.2.4 220kV 出线火电厂侧隔离开关的选择：额定电压的选择：额定电流的选择： 综上，查阅电气工程电气设备手册可选, GW4-110D,其具体参数如下： 额定电压额定电流动稳定电流峰值热稳定电流(4S)220kV1250A100KA40KA(3)热稳定校验： 所以，热稳定校验满足要求。(4)动稳定校验：所以，动稳定校验满足要求。所以选择 GW4-220D 满足要求。5.1.4 互感器的选择1.3 电流互感器的选择（一）110kV高压侧电流互感器的选择1型式：110kV 采用油浸瓷箱绝缘结构的独立式。 2.一次回路电压：3一次回路电流：综上，查阅电气工程电气设备手册可选 LCW-110 型号的电流互感器。其主要参数如下：额定电流比准确级次二次负荷1S热稳定倍数动稳定倍数200/50.51.2W751504动稳定校验：内部动稳定： 所以，动稳定满足要求。 5热稳定校验：满足热稳定要求。 综上所述，所选 LCW-110 型号的电流互感器满足要求。（二）220 kV 母线高压侧电流互感器的选择：型式：220kV 采用油浸瓷箱绝缘结构的独立式。 2.一次回路电压：3一次回路电流：综上，查阅电气工程电气设备手册可选 LCW-110 型号的电流互感器。其主要参数如下：额定电流比准确级次二次负荷1S热稳定倍数动稳定倍数1200/50.52 60604动稳定校验：内部动稳定： 所以，动稳定满足要求。 5热稳定校验：满足热稳定要求。 综上所述，所选 LCW-110 型号的电流互感器满足要求。5.1.5 电压感器的选择 电压互感器的选择和配置应按下列条件：1型式：620KV 屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV110KV 配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器220KV 级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求：一般采用电容式电压互感器。 在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。 2一次电压 3二次电压：按表所示选用所需二次额定电压 电压互感器技术参数绕组主二次绕组附加二次绕组高压侧接入方式接 于 线电压上接 于 相 电压上用于中性点直接接地系统用于中性点不接地或经消弧线圈接地二次额定电压1001004准确等级：电压互感器应在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下： 用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，所有计算的电度表，其准确等级要求为 0.5 级。 在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。 5二次负荷 （一）110 kV 母线电压互感器的选择 1型式：采用串联绝缘油浸式式电压互感器。 火力发电厂电气一次部分设计 ()2电压：额定一次电压：3准确等级：用户保护，测量、计量用，其准确等级为 0.5 级。 查发电厂电气部分 ，选定 PT 的型号为：JCC2-110，其参数如表 电压互感器技术参数型 号额定电压（KV）最大容量（KVA）一次绕组二次绕组辅助绕组JCC2-1100.12000（二）220 kV 侧母线电压互感器的选择 1型式：采用串联绝缘油浸式式电压互感器。 火力发电厂电气一次部分设计 ()2电压：额定一次电压：3准确等级：用户保护，测量、计量用，其准确等级为 0.5 级。 查发电厂电气部分 ，选定 PT 的型号为：JCC2-220，其参数如表 电压互感器技术参数型 号额定电压（KV）最大容量（KVA）一次绕组二次绕组辅助绕组JCC2-2200.12000