2022年火力发电厂电气一次部分设计方案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 4 200MW火力发电厂电气一次部分设计 Design of 4x200MWThermal Power Plant Primary System 同学学号：同学姓名：专业班级：指导老师：职 称：起止日期：1 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要由发电、配电、输电、变电和用电等环节组成的电能生产与消费系统；它的功能 是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能,再经输、变电系统及配电系统 将电能供应到各负荷中心；火力本文主要完成了电气主接线的方案设计及

2、其经济型分析,主要电气设备的选 择,包括主变压器的容量运算；在发电厂短路电流运算的基础上,进行配电装置的选型方案的设计；回路；在火力发电厂电气部分设计中,一次回路的设计是主体,它是 保证供电牢靠性、经济性和电能质量的关键,并直接影响着电气部分的投资；本文主要完成了电气主接线的方案设计及其经济型分析,主要电气设备的挑选,包括主变压器的容量运算；在发电厂短路电流运算的基础上,进行配电装置的选型方 案的设计；关键词：发电厂；电气主接线；电气设备II / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录摘要 II 第 1 章

3、绪论 0 1.1 电力工业的进展简况 0 1.2 发电厂预设规模 0 1.3 发电厂接入系统的原就 1 第 2 章电气主接线设计 22.1 概述 2 2.1.1 电气主接线设计的基本要求 2 2.1.2 220kV电压等级常用接线方式 22.2 拟定可行的主接线方案 3 2.2.1 方案一 3 2.2.2 方案二 3 2.2.3 方案的比较与选定 4 2.3 变压器的选型 4 第 3 章火电厂厂用电接线的挑选 53.1 概述 5 3.1.1 方案的比较与选定 5 3.1.2 厂用电的电压等级 53.1.3 厂用电系统中性点接地方式 5 3.1.4 厂用电源及其引接 7 3.2 厂用电系统的设计

4、及确定 7 第 4 章短路电流的运算 9 4.1 概述 94.2 短路电流运算条件 9 4.2.1 短路运算的基本假定 9 4.2.2 短路运算的一般规定 10 4.3 短路运算 10 4.3.1 画等值网络图 10 4.3.2 化简等值网络图,求短路电流 12 4.3.3 短路运算结果 19 第 5 章电气设备的挑选与校验 20III / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5.1 电气设备挑选的概述 20 5.1.1 一般原就 20 5.1.2 有关的几项规定 20 5.1.3 按额定电压挑选的要求 21

5、5.1.4 按额定电流挑选的要求 215.1.5 短路热稳固校验的要求 21 5.1.6 校验动稳固校验的要求 21 5.2 电气设备的挑选与校验 21 5.2.1 回路最大连续工作电流的确定 21 5.2.2 高压断路器的挑选与校验 22 5.2.3 隔离开关的挑选与校验 245.2.4 导体的挑选与校验 25 结论 29参考文献 29 致谢 30IV / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 1 章 绪 论由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统；它的功能是将自然界的一次能源通过发电动

6、力装置500 m ；2机组参数：锅炉： 4 HG-670/140-1 汽机： 2 N200-130/535/535 0 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 发电机： 4 QFQS-200-2 3电力系统接线图,如图 1-1；图 1-1 电力系统接线图1.3 发电厂接入系统的原就在拟定发电厂接入系统的方案时,应明确该厂规划装机容量、单机容量、送电方 向、功率、供电距离及在电力系统中的位置和作用,对于不同规模的发电厂及发电机 组,应依据在系统中的位置,接入相应电压等级的电力网；在负荷中心的中小发电 厂,在发电机

7、端设立母线,发电机经母线及升压变压器接入系统；对远离负荷中心的火力发电厂,应直接接入高压主网；单机容量为100125MW的机组,当系统有稳固性要求时,应直接升压接入 220kV 电力网；单机容量为 500MW及以上的机组,一般直接升压接入 500kV电力网 1；本次设计中要求将电厂生产的电能除厂用电外,全部送入系统,依据发电厂接入系统的原就,预设 4 台发电机组全部升压接入 220kV电力网；1 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 2 章 电气主接线设计2.1 概述2.1.1 电气主接线设计的基本要求电

8、气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体,它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系；所以,它的设计直接关系到全厂电气设备的挑选、配电装置的布置,继电爱护、自动装置和掌握方式的确定,对电力系统的安全、经济运行起着打算的作用；概括地说包括以下五个方面：21牢靠性；2敏捷性；3经济性；4操作应尽可能简洁、便利；5应具有扩建的可能性；2.1.2 220kV 电压等级常用接线方式220kV电压级常用接线方式及适用范畴总结见表 2-1；表 2-1 220kV 电压级常用接线方式及适用范畴电压接线方式适用范畴SF6采纳 SF6 全封闭组合电器时,不设旁路措施；采纳双母线或单母线断路器时,不宜设旁路措施；采

9、纳少油断路器出线在4回及以上时,采纳带专用旁母断路器的旁路母线220 双母线分段安装200MW 及以下机组,电厂容量在800MW 及以上,进出线1014 回；采纳双母线双分段配置困难的配电装置双母线双分段安装200MW 及以下机组,电厂容量在1000MW 及以上,进出线 15 回及以上2 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2 拟定可行的主接线方案2.2.1 方案一采纳双母线分段接线方式,将双回路分别接于不同的母线段上,可缩小母线故障的影响范畴,主接线形式见图 2-1；图 2-1 方案一接线图2.2.2

10、 方案二采纳双母线接线,断路器采纳高牢靠性的SF 断路器；主接线形式见图2-2；图 2-2 方案二接线图3 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2.3 方案的比较与选定1牢靠性方案一将双回路分别接于不同的母线段上,保证了系统的供电牢靠性,减小了停电的几率,缩小了母线的故障范畴；方案二可以通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮番检修一组母线而不至使供电中断；在检修任意线路断路器时,该回路需短时停电；断路器采纳 SF 断路器,6检修周期长,不需要常常检修减小了断路器检修停电的几率；通过对比可见,牢靠性方面方

11、案一的可行性稍高于方案二；2经济性方案一多装了价高的断路器及隔离开关,投资增大,占地面积增加；方案二设备相对少,投资小,年费用小,占地面积相对较小；通过对比可见,经济性方面方案二的可行性明显优于方案一；通过对实际情形的分析,方案二在牢靠性上略低于方案一,但断路器采纳 SF6 断路器,它的检修周期长,不需要常常检修；这样就可以减小了断路器检修停电的几率；在经济性上,方案二明显高于方案一,因而综合考虑挑选方案二；2.3 变压器的选型主变压器在电气设备投资中所占比例较大,同时与之相适应的配电装置,特殊是大容量、高电压的配电装置的投资也很大；因此,主变压器的挑选对发电厂、变电所的技术性影响很大；本次设

12、计中变压器均为单元接线形式,单元接线时变压器容量应按发电机的额度容量扣除本机组的厂用负荷后,留有 10%的裕度来确定；S N 1 . 1 P NG 1-K P 2-1）cos G式中 P NG发电机容量,为 200MW；S 通过主变的容量；K 厂用电,为 8%；cos G发电机的额定功率,为 0.85 ；发电机的额定容量为 200MW,扣除厂用电后经过变压器的容量为：S N 1 . 1 P NG 1-K P 1 1. 200 1-0 . 08 238 . 12 MVAcos G .0 85选定三相风冷自然循环双绕组无励磁调压变压器,型号为：SF10- 240 ,参数为240000 242 2

13、2.5% /15.75 ；4 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 3 章 火电厂厂用电接线的挑选3.1 概述发电厂在启动、运转、停役、检修过程中,有大量由电动机拖动的机械设备,用 以保证机组的主要设备和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理等帮助设备的运行；这些 电动机及全场的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备等都属于厂用负荷；总的 耗电量,统称为厂用电；厂用电的牢靠性,对电力系统的安全运行特别重要；提高厂 用电牢靠性的目的,是使发电厂长期无故障运行,不致因厂用电局部故障而被迫停 机,为此必需仔细考虑合理厂

14、用供电电源的取得方式、工作电源和接线方式；3.1.1 方案的比较与选定发电厂厂用电系统接线通常采纳单母线分段接线形式,并多以成套配电装置接受 和安排电能；火电厂的厂用负荷容量较大,分布面较广；其用电量约占厂用电量的 60%以上；为了保证厂用电系统的供电牢靠性与经济性,且便于敏捷调度,一般都采 用“ 安炉分段” 的接线原就,厂用负荷在各段上应尽量安排平均,且符合生产程序要 求；全厂公用性负荷应适当集中,可设立公用厂用母线段低压 380/220V 厂用电的接 线,对于大型火电厂,一般宜采纳单母线分段接线,即按炉分段,对于中小型电厂,就依据工程具体情形,厂用低压负荷的大小和重要程度,全厂可只分 23

15、 段,仍采 用低压成套配电装置供电 3；本次设计中装机容量为4 200MW,属于大中型发电厂,依据上述原就,确定厂用电接线形式采纳单母线分段接线,按炉分段；3.1.2 厂用电的电压等级发电厂中一般采纳的低压供电网络电压为380/220V；高压供电网路电压有3、6、10kV；为了简化厂用电接线,且使运行爱护便利,电压等级不宜过多；对于火电厂当发电机容量在 60MW及以下,发电机电压为10.5kV 时,可采纳 3kV 作为厂用高电压；当发电机容量在 100300MW时,宜选用 6kV 作为厂用高电压；当发电机容量在300MW以上时可采纳 3kV、10kV两种电压 5；本次设计单机容量为 为厂用低压

16、供电网络；200MW,因此采纳 6kV 作为厂用高压供电网路, 380/220V 作3.1.3 厂用电系统中性点接地方式 高压厂用电系统及低压厂用电系统的中性点接地方式及其特点、适用范畴详见表 3-1；5 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 3-1 厂用电系统中性点接地方式类别中性点接地方式特点适用范畴高压中性点不接地单向接地电容电流 10A 时,答应接地电容电流小于10A 的高连续运行 2h 电压厂用电系统高电阻接地二次侧挑选适当电阻值,可抑制单相接接地电容电流 2.6 倍相电压,防止扩大故障平和便

17、于查找故障点的情形按不同爱护方式对灵敏度和挑选消弧线圈接地性的要求,在中性点接低值电接地电容电流大于10A 的场阻,将单相接地故障电流加大至合100600A,接地爱护动作于跳闸网络比较简洁,动力、照明和检 修网络可以共用；单相接地故障原有低压厂用电系统为中性 点直接接地的扩建厂及主厂低压中性点直接接地时,中性点不发生位移,相电压房外、类负荷帮助车间不会显现不对称和超过250V；保供电网络； 125MW 及以下机护装置立刻动作于跳闸,厂用电组；低压不采纳熔断器的供动机停运电系统单相接地故障时,防止开关立刻跳闸和电动机停运；防止了熔断高电阻接地器一组熔断造成电动机两相运200MW 及以上机组主厂房

18、转；需设接地故障检测和爱护装置；要安装专用的照明、检修变压器由上表可以看出,中性点不接地方式适用于接地电容电流小于 10A 的高电压厂用 电系统；而 200MW及以下机组的高压厂用电系统中,电容电流一般不会大于 510A,所以传统上始终采纳不接地系统,而且这种接地方式较简洁,接线也便利,因而本次 设计中高压厂用电系统采纳中性点不接地方式；DL500火力发电厂设计技术规程中规定“ 主厂房内的低压厂用电系统宜采纳 200MW及以上机组 高电阻接地方式,也可采纳中性点直接接地方式；” 结合上表中,主厂房相宜采纳高电阻接地,因而本次设计中低压厂用电系统采纳中性点经高电阻接 地方式；6 / 35 名师归

19、纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.1.4 厂用电源及其引接火力发电厂厂用电源分为工作电源和备用工作电源,厂用电源的引接方式见表 3-2；表 3-2 厂用电源的引接方式厂用工作电源 厂用备用、启动 /备用电源电气接线高压 低压 高压 低压引自升压站最低电压级母 引 自 高 压 厂发 电 机 引自升压变压器 引 自 对 应 的 高 线或联络变压器低压绕 用 母 线 或 启变压器组 低压侧 压厂用母线 组,也可由外部电网引接 动 /备用变压专用线路 器引 自 高 压 厂引自连接该机组 引 自 高 压 厂 用有 发 电 机

20、 引自发电机电压母线或升 用 母 线 或 发的发电机电压母 母 线 或 发 电 机电压母线 压站母线 电 机 电 压 母线 电压母线线本次设计中电气接线为发电机变压器组形式,升压电压级仅 220kV 一级,因而确定厂用高压工作电源引自升压变压器低压侧,高压备用启动电源引自 220kV 母线,低压工作电源与备用电源分别引自对应的高压厂用母线；3.2 厂用电系统的设计及确定本厂用电系统共设4 台高压厂用变压器,依据厂用备用电源数量的设置原就,3台以上 200MW机组一般每两台机组设一台启动 / 备用变压器,因而共设置两台启动 / 备用变压器；厂用电源及其启动/ 备用电源的引接已在主接线图中标明；图

21、中显示为两台变压器及一台启动 / 备用变压器,其余两台不再绘图说明；7 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-1 厂用电接线8 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 4 章 短路电流的运算4.1 概述电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障；在供电 系统的设计和运行中,仍要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情形；对供电系统 危害最大的是短路故障；短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压

22、的降低等；因此,短路电流运算是电气主接线的方案比较、导体及电气设备的挑选、接地运算以 及继电爱护挑选和整定的基础；短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接；如 电力系统中,相与相之间的中性点直接接地系统中的相与地之间的短接都是短路；为 了保证电力系统的安全,牢靠运行,在电力系统设计和运行分析中,肯定要考虑系统 等不正常工作状态；造成短路的缘由通常有以下几种：1导体及电气设备因绝缘老化、或遭受机械损耗,或因雷击、过电压引起的绝 缘损坏；2架空线路或因大风或导线覆冰引起的电杆倒塌等,或因鸟兽跨界暴露导体等 都可能导致短路；3电气设备因设计、安装、爱护不良和运行不当或设备本身不合格引发的短 路；4

23、运行人员违反安全操作规程而误操作,如运行人员带负荷拉隔离开关,线路 或设备检修后未拆除接地线就加上电压等都会造成短路；依据国外资料显示,每个人 都有违反规程操作的意识；5其它缘由,如输电线断线、倒杆、碰线、或人为盗窃、破坏等缘由都可能导 致短路；4.2 短路电流运算条件4.2.1 短路运算的基本假定1正常工作时,三相系统对称运行；2全部电流的电功势相位角相同；3电力系统中全部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时；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；9 / 35 名师归纳总结 - - - -

24、- - -第 14 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 7元件的技术参数均取额定值,不考虑参数的误差和调整范畴；8输电线路的电容略去不计 7；4.2.2 短路运算的一般规定1验算导体电器的动稳固、热稳固以及电器开断电流所用的短路电流,应按本 工程设计规划容量运算,并考虑电力系统远景的进展方案；2挑选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影响；3挑选导体和电器时,对不带电抗回路的运算短路点,应挑选在正常接线方式 时短路电流最大地点；4导体和电器的动稳固、热稳固和以及电器的开断电流,一般按三相短路运算

25、9；4.3 短路运算挑选流过所要校验的设备内部和载流导体的短路电流最大的短路点为短路运算点,本次运算中选取的短路点为发电机出口短路点d1、220kV 母线短路点d2、厂用6kV 高压母线短路点 d3；4.3.1 画等值网络图1去掉系统中的全部负荷分支、线路电容和各元件的电阻,发电机电抗用次暂态电抗Xd；4-1,各变压器的基本参数见表4-2；2运算网络中各发电机的基本参数见表表 4-1 发电机参数型号额定容量额定电压额定电流功率因数XdQFQS-200-2 200MW 15.75kV 8625A 0.85 14.44% QFS-300-2 300MW 18kV 11320A 0.85 16.7%

26、 TS1264/300-48 300MW 18kV 11000A 0.875 30.56% 表 4-2 变压器参数型号额定电压 kW 短路阻抗 % SF10-240000 242/15.75 13 SF10-31500 15.75/6.3 9.8 SFP7-360000 242/18 14 10 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本设计的系统的等值网络图如图 4-1 所示；图 4-1 等值网络图3将各元件电抗换算为同一基准的标么电抗Up2取基准容量S =100MVA,电压基准值为各段的平均额定电压,Up

27、 1=242kV,=15.75kV,Up 3=6.3kV；14 200MW火力发电厂 发电机的电抗标幺值为X12X14X 16X 18Xd%S B 14.44 100 1002000.0722100S N主变压器的电抗标幺值为X 11X 13X15X17U s% 100S B 13 1001000.0541S N240厂用高压变压器的电抗标幺值为X19X22X2520X281-KfX1-2S BS N1-3.4 40.0981000.046431.5XX21X23X24X27X29X30X2611 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 35 页精选学习资料 - -

28、 - - - - - - - 1KfX1-2S B13.40.0981000.5292S N231.52系统S 、S ,即 600MW火电厂发电机的电抗标么值为X1X3Xd%S B16.71000.0557100S N100300变压器的电抗标幺值为3系统S 、X2X4Us%S B141000.0389100S N100360S ,即 600MW水电厂发电机的电抗标么值为X5X7Xd%S B30.561000.1019100S N100300变压器的电抗标幺值为X6X8Us%S B141000.0389100S N1003604.3.2 化简等值网络图,求短路电流 为运算不同短路点的短路电流值

29、,需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐 射网络,并求出各电源与短路点之间的电抗,即转移电抗；1d1 点短路 1网络化简,求转移阻抗如图 4-2 所示,将系统S 、S 合并为S ,S 、S 合并为S ,合并后的阻抗值为X33X311XX1X210.02780.03890.033322X321X5X610.10190.03890.070422X3435X36X11X 120.07220.05410.126312 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-2 d1 点短路时网络化简图 2 将X31、X 合

30、并为X38,X32、X 10合并为X39,如图 4-3 所示；X38X31X90.0473 0.03410.0814X39X32X100.07040.05120.1216图 4-3 d1 点短路时网络化简图3 为X33,X34,X35,X36即为G 、G 、G 、G 对 d1 点的转移阻抗,X38,X39即S 、S 对 d1 点的转移阻抗；2求各电源的运算电抗XS1js0 .08146000. 488410013 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - XS 2js0.12166000.7296100XG1j

31、sXG2jsXG3jsXG4js0.12632000.25261003查运算曲线查得各电源 0s 短路电流标幺值为IG 1S 1IG2IG3SI2IG4.425I2 . 19；.1 41；4s 短路电流标幺值为IG1IG2IG3SI 2IG42 . 39SI 12 . 02；1 . 69；4运算短路点短路电流短路点总电流为I4.2520042.196001.416003242324232428.1123.1342.01813.264kVA冲击电流为式中ish2KshI 求转移阻抗将 G 、G 、G 合并,得1X 40 X 33 / / X 34 / / X 35 0.1263 0.04213系

32、统 1S 、S 离短路点较远,可将它们合并为一个电源运算,电源合并后的网络简化图如 4-5 所示；X41X38/ /X390.0814/ /0.12160.049图 4-5 d2 点短路时网络化简图2 如图 4-6 所示,将星形X41、X40、X17化成网形X42、X43、X44,即消去了网络15 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 中的中间节点,X43即为 G 对 d2 点的转移阻抗,X44即为系统 S 对 d2 点的转移阻抗；X43X41X40X41X400.0490.04210.0490.04210

33、.129X0.054117X44X41X17X41X170.0490.05410.0490.05410.166X400.0421G 对 d2 点的转移阻抗为X180.07222求各电源的运算电抗XXG js0.1296000.774100XG4js0. 07222000.1444100S js0.1666006002002.324100图 4-6 d2 点短路时网络化简图3 3由运算电抗查运算曲线得各电源0s 短路电流标幺值为IG1 . 53；IS.0523；IG4.75416 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - -

34、 - - 4s 短路电流标幺值为IG.1 598；IS0 . 497；IG4.2 4934短路点总短路电流I1.533600. 750 .523551400.7 . 543200. 7515315.751533.6526.84. 2811577kVA冲击电流为ish2KshI21 9.115 .77311 .1kVA全电流为IctI12Ksh-1 2115. 771209.2115. 771. 619187.4 kVA稳态短路电流为I1 .5983600.750 .497181400942 .4933200. 7515315.751535. 1525.51.2878.kVA3d3 点短路网络化简图如 4-7 所示；X451X29X2810.5290.0460.310522图 4-7 d3 点短路时网络化简图1 1求转移电抗如图 4-8 所示,将星形X44、X43、X 、X45化成网形,只运算有关的转移阻抗17 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - X 、X47、X48；图 4-8