发电厂电气部分课设说明书.pdf

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1、发电厂电气部分课设说明书 课程设计报告 2016 年春季 发电厂电气部分课设说明书 1/25 目录 发电厂电气部分课设说明书 2/25 发电厂电气部分课设说明书 3/25 一、原始资料分析 1.1设计原始资料 1、发电厂情况（1）、类型：火电厂（2）、发电厂容量与台数 50020011003MW，发电机电压15.75kV,cos0.85。（3）、发电厂年利用小时数max4500Th；（4）、发电厂所在地最高温度40，年平均温度20，气象条件一般，所在地海拔高度低于1000m。2、电力负荷情况（1）、发电机电压负荷：最大20MW，最小10MW，cos0.85，max4800Th。（2）、110k

2、V电压负荷：最大50MW，最小15MW，cos0.85，max5500Th。（3）、其余功率送入330kV系统，系统容量15000MVA。归算到330kV母线阻抗为0.02其中100jSMVA。（4）、自用电8%。（5）、供电线路数目 发电机电压，架空线路 6回，每回输送容量 5MW，cos0.85。110kV架空线路2回，每回输送容量45MW，cos0.85。330kV架空线路2回，与系统连接。1.2设计任务（1）原始资料的分析；（2）主接线的设计；（3）厂用电的设计；（4）短路电流的计算；（5）电气设备的选型。1.3设计资料分析 该电厂为中型电厂，其容量为50020011003MW，占电力

3、系统容量的发电厂电气部分课设说明书 4/25%77.385.05001500085.0500，不超过电力系统的检修备用容量8%15%，没有达到事故备用容量10%的限额，这说明该电厂在电力系统中的作用不太重要。年利用小时数hh55004500，小于电力系统发电机组的平均最大利用小时数，该电厂为火电厂，在电力系统中不承担基荷，从而该电厂的电气主接线可靠性要求不高。发电厂所在地最高温度40，年平均温度20，气象条件一般，所在地海拔高度低于 1000m，环境条件要求并不高，因此计算时这些条件可以不予计算。从负荷特点及电压等级可知，发电机出口 15.75kV电压等级负荷不大，共有 6回出线，应采用直馈线

4、；110kV电压等级共有2回出线，承担了一部分的负荷，应采用内桥式接线；对于330kV，虽然只有2回出线，然而送出容量390%85005020500MW，可 见对于330kV的接线要求很高。发电厂电气部分课设说明书 5/25 二、主接线设计 2.1 主接线设计原则（1）主接线的设计依据 在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据：发电厂、变电所在电力系统中的地位与作用；发电厂、变电所的分期与最终建设规模；负荷大小与重要性；系统备用容量大小；系统专业对电气主接线提供的具体资料。（2）主接线设计的基本要求 可靠性。可靠性要求主接线满足：断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线

5、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、变电所全部停运的可能性；大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。灵活性。灵活性要求主接线满足：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；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。经济性。经济性要求主接线满足：投资省；占地面积小；电能损失少。（3）电气主接线的设计原则 电气主接线设计必须以设

6、计任务书为依据，以国家相关的法规、规程为准则，结合工程的具体特点，全面地综合地加以分析，设计出可靠性高、运行方便灵活而又经济合理的最佳方案。具体设计中还应注意以下几个问题：发电机的容量和台数的考虑 发电厂电气部分课设说明书 6/25、应根据发电厂在系统中的地位和作用，优先选用较大容量的发电机组，因为大机组（我国现为300MW及以上机组）的经济性好。如果附近负荷有供电的要求，一般可以在负荷中心建降压变电所解决。、为便于管理，火力发电厂内一个厂房的机组不宜超过6台。、发电厂最大机组的单机容量应不大于系统总容量的10%。、一个发电厂内发电机组的容量等级不宜过多，最好只有12种，同容量机组应尽量选用同

7、一型式，以方便管理、运行和维护。电压等级及接入系统方式的考虑、大中型发电厂的电压等级不宜多于3级（发电机电压一级，升高电压一级或两级）。大型发电机组要直接升压接入系统主网（目前指330500kV超高压系统）；地区电厂接入110220kV系统。、一般发电厂与系统的连接应有两回或两回以上线路，并接于不同的母线段上，不应因线路故障造成“窝电”现象。个别地方电厂以供给本地负荷为主，仅有少量剩余功率送入系统，也可以用一回线路与系统连接。、35kV及以上高压线路多采用架空线路，10kV线路可用架空线路，也可用电缆线路。保证负荷供电可靠性考虑、对于一级负荷必须有两个独立电源（即发生某种单一故障不会同时停电）

8、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。、对于二级负荷一般也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供电。、对于三级负荷一般只需要一个电源供电。其他方面的综合考虑 要考虑的其他因素也很多，如主要设备的供货厂家、交通运输的影响、环境、气象、地震、地质、地形及海拔高度等，都会影响电气主接线的设计，必须综合加以考虑。2.2 备选主接线方案 主接线是发电厂电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的汇集和分配电能的电气主回路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气

9、设备的选择、配电装置、继电保护和控制方式的选定有较大影响。因此，发电厂的主接线应根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要发电厂电气部分课设说明书 7/25 性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。（1）单母线接线 优点是接线简单清晰，设备少、投资低，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配电装置。另外，隔离开关仅仅用于检修，不作为操作电器，不易发生误操作。缺点是可靠性不高，不够灵活。断路器检修时该回路需停电

10、，母线或母线隔离开关故障或检修时则需全部停电。（2）单母线分段接线 优点是用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在母线检修期间内停电。当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨热。扩建时需向两个方向均衡扩建。（3）双母线接线 优点是供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于试验，施工时可不必停电。缺点是使用设备较多，投资较大，配电装置较为复杂。同时在运行中需将隔离开关作为操作电器。如未严格按规定顺序操作，会造成严重事故

11、。（4）双母线分段接线 优点是可靠性与灵活性较高。缺点是增加了一台分段断路器和一台母联断路器，使用设备较多。（5）双母线带旁路母线接线 优点是增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。缺点是多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作。对于发电机侧，可以选用单母线分段、单母线带旁路母线、双母线分段接线。对于110kV侧，可以选用单母线接线、内桥式接线。对于330kV侧，可以选用双母线分段接线、双母线带旁路母线接线。2.3 技术经济指标对比 电气主接线的技术比较，主要是比较各方案的供电可靠性和运行灵活性。一般衡量主接线可靠性的一般考虑为：（1）断路器

12、检修时，能否不影响供电；（2）线路、断路器甚至母线故障时以及母线检修时，停运的回路数和停运时间的发电厂电气部分课设说明书 8/25 长短，能否保证对重要用户的供电；（3）发电厂或变电所全部停运的可能性。电气主接线的经济比较包括计算综合投资、计算年运行费用和方案综合比较。（1）计算综合投资 综合总投资包括变压器综合投资、配电装置综合投资、输电线路的综合投资等。（2）计算年运行费 年运行费包括设备折旧费、维修费和电能损耗费等。（3）方案综合比较 综合比较方法有静态比较和动态比较两种。2.4 拟定主接线 对于发电机侧，选用双母线分段接线。对于110kV侧，选用内桥式接线。对于330kV侧，选用双母线

13、分段接线。电气主接线方案如下图所示。图1 电气主接线图 发电厂电气部分课设说明书 9/25 三、厂（站）用电设计 3.1 厂用负荷分类及容量统计 厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电对人身和设备安全所造成的危害程度，可分为如下五类：（1）、一类厂用负荷 凡是属于单元机组本身运行所必须的、短时停电会造成主辅设备损坏、危及人身安全主机停运或大量影响出力的厂用电负荷，如给水泵、凝结水泵、循环水泵、吸风机、送风机等都属于一类负荷。通常，这类负荷都设有两套或多套相同的设备，分别接到两个独立电源的母线上，并设有备用电源。当工作电源失去时，备用电源就立即自动投入。（2）、二类厂用负荷 允许

14、短时（如几s至几min）停电，恢复供电后不致造成生产紊乱的负荷，如工业水泵、疏水泵、灰浆泵、输煤系统机械等属于二类负荷。此类负荷一般属于公用性质负荷，不需要24h连续运行，而是间断性运行，一般它们也有备用电源，常用手动切换。（3）、三类厂用负荷 凡较长时间停电不致直接影响生产，仅造成生产上不方便的负荷，如修理间、试验室、油处理室等负荷属三类负荷。此类负荷通常由一个电源供电，在大型电厂中，也常用两路电源供电。（4）、事故保安负荷 在大容量电厂中，由于自动化程度较高，要求在事故停机过程中及停机后的一段时间内保证供电，否则可能引起主要设备损坏、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷，称为事故保安负荷

15、。通常事故保安负荷是由蓄电池组、柴油发电机等作为其备用电源的。（5）、不间断供电负荷 不间断供电负荷必须保证连续供电（发生事故后电源自动切换时间不大于5ms），并且要求电压与频率非常稳定。因此有时被称为0I类负荷。不间断供电电源（UPS）一般采用以直流蓄电池组为后备的整流逆变装置，采用静态开关进行自动切换。由厂用电率%8pK，可以求得厂用计算负荷kVA82.47058%10085.010500%8%100cos3NpcaPKS 发电厂电气部分课设说明书 10/25 3.2 厂用电压等级设定 发电厂厂用电压等级不能太多，一般分为高压和低压两级。低压级为0.4kV（380/220kV），高压级可在

16、3、6、10kV中选用一种。超大容量机组（如600MW）则可选用两级高压。根据运行实践经验，大致可按下列情况考虑：（1）高压采用3kV。火电厂当发电机容量在60MW及以下时，发电机电压为10.5kV时，100kW以上的电动机用3kV，100kW以下的电动机用380V。（2）高压采用6kV。火电厂发电机容量在100300MW时，200kW以上的电动机用6kV，200kW以下的电动机用380V。（3）高压采用3kV和10kV两级。火电厂发电机容量为300MW以上，例如600MW时，200kW以下的电动机用380V，2001800kW的电动机用3kV，超过1800kW的电动机用10kV。（4）不设高

17、压等级。水电厂厂用机械少，电动机容量也不大，通常只设380/220V一种厂用电电压（如果坝区有大型机械，如闸门启闭机、船闸或升船机等，则需要专设坝区变压器，以6kV或10kV供电）。3.3 厂用电主接线设计（1）厂用电源的引接方式 厂用工作电源的引接 厂用工作电源对可靠性要求很高，工作电源的引接方式与电气主接线有密切联系。当主接线具有发电机电压母线时，厂用高压工作电源从机压母线上引接；当发电机、变压器采用单元接线时，厂用高压工作电源从主变压器的低压侧引接；当主接线为扩大单元时，厂用高压工作电源从发电机出口直接接入低压厂用变压器。厂用低压工作电源，一般从厂用高压母线段上引接；当无高压厂用母线段时

18、，从发电机电压母线上或从发电机出口直接接入低压厂用变压器以取得380/220V低压工作电源。厂用备用电源的引接 当事故情况下厂用负荷失去了工作电源时，即会自动切换到备用电源上继续运行。因此，要求厂用备用电源具有独立性，并有足够的容量。最好与系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能用系统获得厂用电源。有以下几种方式：发电厂电气部分课设说明书 11/25、从发电机电压母线的不同分段上引接厂用备用电压器。、从与电力系统联系紧密的升高电压母线上引接厂用高压备用变压器，如有两极与系统联系的升高电压，尽量选用较低一级以节省投资。、从联络两级升高电压的联络变压器的第三绕组引接厂用备用电压器。、从外部电网中引接专用

19、线路（经济性差极少采用）。（2）中性点接地方式 确定中性点接地方式的一般原则、单相接地故障对连续供电的影响最小，厂用设备能够继续运行较长时间。、单相接地故障时，健全相的过电压倍数较低，不致破坏厂用电系统绝缘水平，发展为相间短路。对于低压厂用电系统，并能减少因熔断器一相熔断造成的电动机两相运行的几率。、发生单相接地故障时，能将故障电流对电动机、电缆等的危害限制在最低限度，同时有利于实现灵敏而有选择性的接地保护。、尽量减少厂用设备相互间的影响。如照明、检修网络单相短路时对动力回路的影响和电动机起动时电压波动对照明的影响等。、接地设备易于订货，接地保护简单，投资少。高压厂用电系统的中性点接地方式、中

20、性点不接地方式，用于火力发电机组的高压厂用电系统，今后仍可在接地电容电流小于10A的高压厂用电系统中采用。、中性点经高电阻接地方式，用于高压厂用电系统接地电容电流小于10A，但为了降低间歇性电弧接地的过电压水平和便于寻找接地故障点的情况。、中性点经消弧线圈接地方式，用于大机组高压厂用电系统接地电容电流大于10A时。低压厂用电系统的中性点接地方式、中性点经高电阻接地方式，火力发电厂的低压厂用电系统一般均可采用。、中性点直接接地方式，用于火力发电厂低压厂用电系统，特别是原有低压厂用电系统采用中性点直接接地的扩建厂和主厂房外供给、类负荷的辅助车间。（3）厂用母线分段 火力发电机组的高、低压厂用电系统

21、均采用单母线。在本次设计中采用中性点经高电阻接地方式，而且火力发电厂的低压厂用电系统一般均可采用此种方式。发电厂电气部分课设说明书 12/25 图2 厂用电主接线图 发电厂电气部分课设说明书 13/25 四、短路电流计算 4.1 机组（或变压器）选型（1）发电机的选择 表1 发电机型号及规格 规格 型号 SQF-100-2（北重）QFQS-200-2（北重）台数 3 1 额定容量（MW）100 200 额定电压（kV）10.5 15.75 额定电流（A）6740 8625 转速（r/min）3000 3000 功率因数cos 0.85 0.85 效率（%）98.4 98.64 同步电抗dX（%

22、）15.77 14.43（2）变压器的选择 具有发电机电压母线接线的主变压器：连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器容量，应按下列条件计算 、当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统，但不考虑稀有的最小负荷情况。、当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能由系统供给发电机电压的最大负荷。在电厂分期建设过程中，在事故断开最大一台发电机组的情况下，通过变压器向系统取得电能时，可考虑变压器的允许过负荷和限制非重要负荷。、根据系统经济运行的要求，而限制本厂输出功率时，能供给发电机电压的最大负荷。、按上述条件计算时，应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别应注

23、意发电厂初期运行，当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的剩余容量送入系统。、发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对主要向发电机电压供电的地方电厂，而系统电源仅作为备用，则允许只装设一台主变压器作为发电厂与系统间的联络。对小型发电厂，接在发电机电压母线上的主变压器宜设置一台。对装设两台变压器的发电厂，当其中一台主变压器退出运行时，另一台变压器应能承担70%的容量。发电厂电气部分课设说明书 14/25 单元接线的主变压器：发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择、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。、按发电机的最大连续输出容

24、量扣除本机组的厂用负荷。当采用扩大单元接线时，应采用分裂绕组变压器，其容量应等于按上述或 算出的两台机组容量之和。连接两种升高电压母线的联络变压器：、满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有功功率和无功功率的交换。、其容量一般不小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来有足本侧负荷的要求，同时也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将其剩余容量送入另一系统。、为了布置和引接线的方便，联络变压器一般装设一台，最多不超过两台。、联络变压器一般采用自耦变压器。在按上述原则选择容量时，要注意低压侧接有大量无功设备的情况，必须全面考虑有功功率和无功功

25、率的交换，以免限别自耦变压器容量的充分利用。本厂所用主变压器为双绕组变压器和三绕组变压器，三绕组变压器为星型，三角型接线。表 2 变压器型号与规格 型号 规格 330/240000OSFPS7 150000/330-SFP 150000/330-SFP 台数 2 1 1 额定容量（kVA）240000 150000 150000 额定电压（kV）高压%5.22345%5.22363%5.22363 中压 121/低压 10.5 15.75 13.8 阻抗电压（%）高-中 10.5/高-低 24.5 14.6 15.1 中-低 12.5/发电厂电气部分课设说明书 15/25 4.2 电路元件参数

26、计算 令100dSMVA，avdUU。要求得每个电路元件的参数，即短路电抗，有如下方法：对于系统S，有jddSSXX；对于发电机G，有NddSSXX%；对于变压器T，有NdkSSUX%。对于发电机1G，1577.01001001577.0%1NddSSXX。对于发电机2G，1577.01001001577.0%2NddSSXX。对于发电机3G，1577.01001001577.0%3NddSSXX。对于发电机4G，07215.02001001443.0%4NddSSXX。对于系统S，02.010010002.05jddSSXX。对于变压器1T，0438.0240100105.0%6NdkSSU

27、X。0521.0240100125.0%7NdkSSUX。1021.0240100245.0%8NdkSSUX。对于变压器2T，0438.0240100105.0%9NdkSSUX。0521.0240100125.0%10NdkSSUX。1021.0240100245.0%11NdkSSUX。对于变压器3T，0973.0150100146.0%12NdkSSUX。对于变压器4T，1007.0150100151.0%13NdkSSUX。发电厂电气部分课设说明书 16/25 4.3 网络变换 对于电气主接线，它的原始网络图如下图所示。图3 电气主接线原始网络 经过等效变换，它的等效电路图如下图所示

28、。图4 电气主接线等效电路图 4.4 短路点选择 短路点所取如下图所示。发电厂电气部分课设说明书 17/25 图5 短路点所取情况 4.5 短路电流计算（1）取下图中点为短路点，可得短路电流冲击系数shK=1.90。图6 短路点1等效图 经过一次化简，等效电路图如下图所示。发电厂电气部分课设说明书 18/25 图7 短路点1化简1次 再次化简，等效电路图如下图所示。图8 短路点1化简2次 最终可得等效电路图如图所示。发电厂电气部分课设说明书 19/25 图9 短路点1化简最终结果 计算电抗：对于S：100150000907.026dScaSSXSX=13.61，视为无穷大电源系统。对于21GG

29、：10021002167.0122321dGcaSSXGGX=0.4334。对于3G：1001001563.13243dGcaSSXGX=1.1563。对于4G：1002007840.04254dGcaSSXGX=1.5680。当s0t时，50.21I，98.02I，70.03I。对于S：11031000907.013126ddUSXI=5.79kA。对于21GG：110320050.23123dNUSII=2.62kA。对于3G：110310098.03224dNUSII=0.51kA。对于4G：110320070.03325dNUSII=0.73kA。短路电流总量262524230IIII

30、I=5.79+2.62+0.51+0.73=9.65kA。冲击短路电流65.990.1220IKishsh=25.93kA。当s2t时，20.21I，95.02I，58.03I。对于S：11031000907.013126ddUSXI=5.79kA。对于21GG：110320020.23123dNUSII=2.30kA。发电厂电气部分课设说明书 20/25 对于3G：110310095.03224dNUSII=0.50kA。对于4G：110320058.03325dNUSII=0.61kA。短路电流总量262524232IIIII=5.79+2.30+0.50+0.61=9.20kA。冲击短路

31、电流20.990.1222IKishsh=24.72kA。当s4t时，13.21I，95.02I，58.03I。对于S：11031000907.013126ddUSXI=5.79kA。对于21GG：110320013.23123dNUSII=2.24kA。对于3G：110310095.03224dNUSII=0.50kA。对于4G：110320058.03325dNUSII=0.61kA。短路电流总量262524234IIIII=5.79+2.24+0.50+0.61=9.14kA。冲击短路电流14.990.1224IKishsh=24.56kA。（2）取下图中点为短路点，可得短路电流冲击系数

32、shK=1.85。图10 短路点2等效图 经过一次化简，等效电路图如下图所示。发电厂电气部分课设说明书 21/25 图11 短路点2化简1次 再次化简，等效电路图如下图所示。图12 短路点2化简2次 再次化简，等效电路图如下图所示。发电厂电气部分课设说明书 22/25 图13 短路点2化简3次 再次化简，等效电路图如下图所示。图14 短路点2化简4次 最终可得等效电路图如图所示。发电厂电气部分课设说明书 23/25 图15 短路点2化简最终结果 计算电抗：对于S：100150000200.05dScaSSXSX=3。对于21GG：10021001519.0122521dGcaSSXGGX=0.

33、3038。对于3G：1001002550.03163dGcaSSXGX=0.2550。对于4G：1002001729.04174dGcaSSXGX=0.3458。当s0t时，58.31I，30.42I，10.33I，34.0SI。对于S：33031500034.035dNSUSII=8.92kA。对于21GG：330320058.33125dNUSII=1.25kA。对于3G：330310030.43216dNUSII=0.75kA。对于4G：330320010.33317dNUSII=1.08kA。短路电流总量25171650IIIII=8.92+1.25+0.75+1.08=12.00kA

34、。冲击短路电流00.1285.1220IKishsh=31.40kA。当s2t时，36.21I，48.22I，20.23I，33.0SI。对于S：33031500033.035dNSUSII=8.66kA。对于21GG：330320036.23125dNUSII=0.83kA。发电厂电气部分课设说明书 24/25 对于3G：330310048.23216dNUSII=0.43kA。对于4G：330320020.23317dNUSII=0.77kA。短路电流总量25171652IIIII=8.66+0.83+0.43+0.77=10.69kA。冲击短路电流69.1085.1222IKishsh=27.97kA。当s4t时，34.21I，40.22I，25.23I，33.0SI。对于S：33031500033.035dNSUSII=8.66kA。对于21GG：330320034.23125dNUSII=0.82kA。对于3G：330310040.23216dNUSII=0.42kA。对于4G：330320025.23317dNUSII=0.79kA。短路电流总量262524234IIIII=8.66+0.82+0.42+0.79=10.69kA。冲击短路电流69.1085.1224IKishsh=27.97kA。（3）取下图中点为短路点，可得短路电流冲击系数shK=1.80。