哈三MW火电厂电气部分初步设计方案Word文件下载.docx
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C。
主导风向西北，海拔高度700M，厂址附近无严重空气污染。
7．一台机组配套的高压厂用电动机及低压厂用变压器容量见附录一：
3.设计的主要内容及要求
3.1设计说明书内容
1、选择本厂主变压器和厂用变压器的容量、台数、型号及参数。
2、设计本厂电气主接线和厂用电接线方案。
3、制定本厂电气设备的配置方案。
4、进行本厂事故保安电源和交流不停电电源的规划设计。
5、进行本厂中性点运行方式的规划设计。
6、进行本厂电气部分各种类型短路电流的计算；
7、进行主要电气设备的选择；
8、进行本厂高压配电装置的规划设计；
9、进行本厂继电保护和自动装置的规划设计；
10、进行本厂配电装置防雷保护的规划设计。
要求写出不少于10000字的设计说明书，并绘制出下列图纸：
3.2设计计算书内容
1、选择主变压器和高压厂用变容量、台数、变比计算；
2、短路电流计算；
3、选择电气设备计算；
4、防雷保护设计计算。
3.3绘制图纸
1、发电厂电气主接线图1张；
2、台机组厂用电系统主接线图1张；
3、20KV高压配电装置的平面布置图一张；
4、220KV高压配电装置断面图<
两个断面）1张；
5、220KV高压配电装置防雷保护图1张。
第一章变压器的选择
1.1原始资料的分析
设计电厂为大型坑口火力发电厂，总容量为6*200MW。
最大单机容量200MW，具有大型容量的规模，中型机组的特点。
在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线设计必须考虑可靠性。
当本电厂全部建成投产后，该厂在未来电力系统中的作用和地位是至关重要的。
从负荷特点及电压等级可知，它具有220KV一级电压负荷，预计将来220KV电压等级出线回路为6回。
1.2主变压器的选择原则
1、主变压器与发电机的连接形式
本厂发电机容量为200MW，与变压器采用单元接线。
2、主变压器的容量的确定原则：
主变压器的容量、数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。
它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5~10年的发展规划、输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理的选择。
3、单元接线的主变压器容量的确定原则：
单元接线时变压器容量应按发电机的额定容量和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。
4、相数的确定
在330KV及以下电力系统中，一般应选用三相变压器。
因为单相变压器组相对来讲究投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。
但是由于变压器的制造条件和运输条件的限制，特别是大型变压器，尤其是需要考察其运输可能性，从制造厂到发电厂之间，变压器尺寸是否超过运输中涵洞、桥洞的允许通过限额。
变压器重量是否超过运输途中车辆、码头、桥梁等运输工具或设施的允许承载能力。
若受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量的三相变压器组。
对500KV及以上电力系统中的主变压器相数的选择，除按容量、制造水平、运输条件确定外，更重要的是考虑负荷和系统情况、保证供电可靠性，进行综合分析，在满足技术、经济的条件下确定选用单相变压器还是三相变压器。
5、绕组数的确定
发电厂如以两种升高电压级向用户供电或与系统连接时，可以采用两台双绕组变压器或三绕组变压器，亦可选用自耦变压器。
一般当最大机组容量为120KW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所使用的控制电器和辅助设备，与相应的两台双绕组变压器相比都较小。
但三绕组变压器的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，否则绕组未能充分利用，反而不如选用两台双绕组变压器合理。
对于最大机组为200MW以上的发电厂，由于机组容量大，额定电流及短路电流都甚大，发电机出口断路器制造困难，价格昂贵，且对供电可靠性要求较高。
所以，一般在发电机回路及厂用分支回路均采用相封闭母线，而封闭母线回路中一般不装置断路器和隔离开关。
况且，三绕组变压器由于制造上的原因，中压侧不留分接头，只作死抽头，不利于高、中压侧的调压和负荷分配。
为此，一般以采用双绕组变压器加联变压器更为合理。
其联络变压器宜选用三绕组变压器，低压绕组可作为厂用备用电源或厂用启动电源，亦可连接无功补偿装置。
当采用扩大单元接线室，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样，可以大大限制短路电流。
在110KV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器，它损耗小、体积小、效率高，但限制短路电流的效果较差，变比不宜过大。
6、绕组的连接方法
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，电力系统采用的连接方式有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，变压器三相绕组都采用“YN”连接。
7、调压方式的确定
为了保证发电厂的供电质量，电压必须维持在允许范围内。
8、冷却方式的选择
对于大容量变压器，通常采用强迫油循环风冷却方式或强迫油循环水冷却方式。
1.3主变压器的选择
由发电机功率和容量及以上原则确定：
主变选择如下：
型号：
容量：
240000KVA
额定电压<
高压）：
242
低压）：
15.75KV
连接组别：
Y
/Δ-11
阻抗电压：
14.105%
空载损耗：
200.5KW
短路损耗：
830KW
1.4高厂变的选择
按厂用负荷的大小确定其容量如表1-1：
厂用负荷计算结果表1-1
分裂绕组负荷<
1.1sg+sd）
18551
17144
7701
高压绕组负荷
.18551+17144－7701=27994
由表1-1可知高厂变的选择如下：
31500/20000-20000KVA
15.75
5%KV
6.3KV
Δ/Δ—Δ—12—12
18%（zud半穿越>
冷却方式：
油浸风冷
台数：
2
高厂变为三绕组分裂变压器，其高压侧电压为15.75KV，低压侧为6.3KV。
1.5高压备用/启动变压器的选择
1.5.1高压备用/启动变压器容量的确定原则:
1、高压厂用备用变压器应与最大一台高压厂用变压器的容量相同；
当启动备用变压器带有工作负荷时，其容量还应满足最大一台高压厂用工作变压器的要求考核变压器检修的条件；
当其自投负荷最大的一段厂用母线时，宜采用分批自启动的方式，而不宜增大备用变压器或启动/备用变压器的容量；
2、低压厂用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器的容量相同；
3、屋外进风小间内的变压器，其容量一般不考虑温度修正，但南方地区宜将小间进出风差控制在10度以内。
主厂房进风小间内的变压器容量，北部、中部无需按温度修正，中南地区已将进出风差控制在10度以内。
根据以上可知高备用变为：
220
7*1.46%KV
Δ/Δ—Δ—11—11
18%<
zud半穿越）
相数：
3冷却方式：
强<
油）风冷
第二章电气主接线的选择
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。
主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电器设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟定有较大影响。
因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。
2.1主接线的设计原则：
2.1.1主接线的设计依据
1、发电厂、变电所在电力系统的地位和作用。
2、发电厂、变电所的分期和建设规模；
3、负荷大小和重要性；
4、系统备用容量大小；
5、系统专业的电气主接线提供的具体资料：
<
1）出线的电压等级、回路数、出线方向、每回路输送容量和导线界面等；
2）主变压器的台数、容量和型式；
3）变压器中性点接地方式及接地点的选择；
4）初期及终极发电厂，变电所与系统的连接方式。
2.2.主接线设计的基本要求
主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求：
2.2.1可靠性
供电可靠性是电力生产和电力分配的主要要求。
主接线可靠性的具体要求：
1、断路器检修时，不宜影响对系统供电；
2、断路器或母线故障以及母线检修时，尽量停运的回路疏忽停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电；
3、避免发电厂及变电所全部停运的可能；
4、大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。
2.2.2灵活性
主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活性：
1、调度时，可以灵活地切除和投入发电机，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的系统调度要求；
2、检修时，可以方便地停运断路器，，母线及其它的继电保护设备，进行安全检修而不至于影响电力网的运行和对用户的供电；
3、扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线，在不影响连续供电和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。
2.2.3经济性
主接线在满足可靠性及灵活性的前提下做到经济合理。
1、投资省
1）主接线力求简单，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；
2）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；
3）要能限制短路电流，便于选择廉价电器设备；
4）如能满足系统安全运行和继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简易电路。
2、占地面积小
主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减小。
3、电能损失少
经济合理地选择主变的种类、容量、数量，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。
2.3主接线方案的拟定
2.3.1主接线的确定原则
在对原始资料分析的基础上，结合对电气主接线的可靠性，灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。
在满足技术，经济政策的前提下，力争使其为技术先进，供电安全可靠，经济合理的主接线方案。
发电，供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计，首先应保证其满发，满供，不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程的损失，以保证供电连续性。
为此，对电厂主接线的可靠性，拟从以下几方面考虑：
1）.断路器检修时，是否影响连续供电。
2）.线路.断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回路数多少和停电时间长短，能否满足重要的Ⅰ，Ⅱ类负荷对供电的要求。
3）.本发电厂有无全厂停电的可能性。
4）.大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。
主接线应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修，事故等特殊状态下操作方便，调度灵活，检修方便，扩建发展方便。
主接线的可靠性与经济性应综合考虑，辨证统一，在满足技术要求前提下，尽可能投资省，占地面积少，电能损耗少，年费用为最少。
根据《火力发电厂设计技术规程》第11.2.9条当配电装置在电力系统中居重要地位，负荷大，潮流变化大且出线回路较多时，宜采用双母线或双母线分段的接线。
有条件时，220KV配电装置也可以采用一台半断路器接线。
2.3.2220KV侧电气主接线的选择
方案一：
双母线四分段接线
方案二：
一台半断路器接线
一台半断路器接线与双母线四分段接线的技术经济比较要点如表2-1
一台半断路器接线与双母线四分段接线的技术经济比较列表2-1
工程
一台半短路器
可靠性
在检修和故障相重合的情况下，停运的回路不超过两回
1．一段母线故障，停运2—3个回路。
2.一段母线故障，合并分段或母联路器拒动的双重故障时，停运两段母线，即4—6个回路。
但这种双重故障的几率极少，上百年甚至更长时期才发生一次。
灵活性
1.环形供电，调度灵活。
但停运一个回路需要操作两台短路器，母线故障时，接线内潮流变化大；
2.隔离开关只作为检修电器，不作为操作电器。
处理事故时，用短路器操作，消除事故迅速。
检修短路器时，不需要带旁路操作.
1.为调整系统潮流，限制短路电流以及防止事故扩大等方面的原因，有可能要求母线分列运行时，本接线比较灵活；
2.隔离开关要作为操作电器，当改变运行方式和处理事故时，需要进行倒闸操作。
经济性
设备投资：
8个回路时，两种接线相差不多；
7回及以下时，双母线四分段界限较贵；
9回及以上时，一台半短路器接线较贵；
占地面积：
1.当一台半短路器接线为常规三列式顺序布置时，因一个间隔可以两侧出线，占地面积比双母线四分段接线可节约用地40%左右，当为交替布置或平环式或单列布置时，两种接线占地面积相近；
2.当一台半短路器接线的常规布置，应用于发电厂时，为避免纵向布置的大机组出线偏角不致过大，常需改变配电装置形式，扩大占地面积30%-50%。
双母线四分段接线则能适应纵向布置大机组出线位置而不需扩大占地面积。
继电保护及二次回路复杂性
1.由于每个回路连接着两台短路器，一台中间短路器连接着两个回路，保护接于两组电流互感器的和电流，因而其电流互感器的二次回路，保护装置的跳合闸出口回路较复杂；
2应用于发电厂时，发电机-变压器组与线路共用的中间短路器，只能在单元控制室控制，并在网络控制室设相应的短路器信号，比较复杂。
1.分段的母线保护较复杂，需有故障母线选择元件，而当将回路从一段母线切换到另一段母线时，电流互感器二次回路需要切换。
母线隔离开关的闭锁回路及母联短路器的保护，二次回路较复杂；
2.应用于发电厂时，发电机-变压器组利用一台短路器，只需在单元控制室控制，与线路控制无关，比较简单。
根据以上各方面比较最终确定电气主接线为双母线四分段接线。
第三章电气主接线中的设备配置
3.1断路器的配置
容量为200-300MW的发电机与双绕组变压器为单元接线时，在发电机与变压器之间不应装设断路器，负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。
3.2隔离开关的配置
1、容量为200MW及以上大机组于双绕组变压器为单元连接时，发电机出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点；
2、接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组避雷器开关；
3、断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源；
4、中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；
3.3接地刀闸或接地器的配置
1、为保证电器和母线的检修安全，35KV及以上每段母线根据长度宜装设1-2组接地刀闸或接地线。
2、63KV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀闸，双母线接线两组母线隔离开关的断路器侧可共用一组接地刀闸。
3、63KV及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧宜装设一组接地刀闸。
3.4电压互感器的配置
1、电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求，电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能取得电压。
2、6-220KV电压等级的每组主母线的三相上装设电压互感器。
3、当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器
4、当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。
5、发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置，当采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。
3.5电流互感器的配置
1、凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。
2、在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口。
3、对直接接地系统，一般按三相配置。
对非直接接地系统，以具体要求按两相或三相配置。
3.6避雷器的配置
1、配电装置的每组母线上,应该装设避雷器，当进出线都装设避雷器时除外。
2、220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。
3、下列情况的变压器中性点应装设避雷器
1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘并且装有隔离开关时。
2）不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。
4、单元接线的发电机出线宜装设一组避雷器。
5、110-220KV线路侧一般不装设避雷器。
第四章厂用电系统主接线
厂用电设计应按照运行检修和施工的要求。
考虑全厂发展规划妥善解决分期建设引起的问题。
积极慎重的采用经过鉴定的新技术和新设备。
使设计达到经济合理，技术先进，保证机组安全经济运行。
4.1厂用电接线满足下列要求：
1、各机组的厂用电系统应是独立的。
特别是200MW及以上机组，应作到这一点。
一台机组的故障停运或其辅助的电气故障。
不应影响到另一台机组的正常运行，并能在短时间内恢复本机组的运行。
2、充分考虑机组启动和停运过程中的供电要求，一般均应配备可靠备用电源。
在机组起动，停运和事故的切换操作要少，并且与工作电源并列。
3、充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统工程的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响要便于过渡。
尽量不改变接线和更换设备。
4、200MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。
当全厂停电时，可以快速启动和自动投入。
向保安负荷供电。
还要设置电能质量指标合格的交流不断供电装置，保证不允许间断供电的热工负荷的用电。
4.26KV厂用电气主接线的选择
6KV电压等级鉴于出线回路多，且为直馈线、电压较低，宜采用屋内配电，其负荷亦较小，因此，可以采用单母线分段。
1、单母线分段接线的优点：
<
1）用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；
2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
2、单母线分段接地的缺点：
1）当一段母线或母线隔离开关故障检修时，该母线的回路都要在检修期间内停电；
2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；
3）扩建时需向两个方向均衡扩建。
3、适用范围：
1）6～10KV配电装置的出线回路数为6回以上时；
2）35～63KV配电装置的出线回路数为4～8回时；
4.36KV厂用负荷分类
厂用负荷包括机组本体负荷和全厂公用负荷。
按运行方式分为经常边疆、经常生时、经常断续、不经常断续、不经常短时和不经常断续等六种类型。
一类负荷：
指短时<
手动切换恢复供电所需的时间）停电影响人身或设备安全，使机组运转停顿或发电量大幅度下降的负荷。
二类负荷：
指允许短时停电，但较长时间停电有可能损坏设备或影响机组正常运转的负荷。
三类负荷：
指长时间停电不会直接影响生产者。
对于三类负荷一般由一个电源供电。
应保证供电的可靠，否则将引起主要设备损坏。
重要的自动控制失灵或延迟恢复供电，分直流保安负荷和交流保安负荷及不间断供电负荷。
4.4厂用母线分段
在火力发电厂中，因锅炉的辅助设备多，用电量大，为提高供电的可靠性。
厂用电系统接线通常采用单母线接线，并按照锅炉分段的接线原则，将厂用母线按照锅炉的台数分成独立的若干段，各独立母线段分别由工作电源和备用电源供电。
4.5厂用电源的引接
1、高压厂用工作电源引接方式
高压厂用工作电源由发电机电压回路引接，并尽量满足炉、机电的对应性要求。
2、备用电源引接方式
备用电源的数量
200MW机组3台机组及以下设1个不超过3台，每两台机组设一个起动<
备用）电源。
4.6高压厂用备用电源的引接方式
发电机与主变压器组成单元接线时，高压起动<
备用）电源的引接方式有：
当有发电机电压母线时，一般由该母线引接一个备用电源可靠的最低一级电压母线或由联络变压器的第三<
低压）绕组引接。
当技术经济合理时，也可由电网外部引接专用线路供给。
4.7低压厂用工作电源引接方式
1、低压厂用工作变压器一般由高压厂用母线段上引接。
当无高压厂用线段时，可从发电机电压主母线或发电机出口引接。
2、按炉分段的低压厂用母线其工作变压器应由高压厂用线段供电。
第五章短路电流计算
供电系统中一切不正常的相与相或者相与地<
中性点接地系统）在电气上被短接就称为短路。
为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，在变电所和供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流计算，以解决下列技术问题：
1.选择电器设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械度。
2.选择和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。
3.确定限流措施，当短路电路过大造成设备选择困难或不够经济时，可采取限制短路电流的措施。
4.确定合理的主接线方案和主要运行方式等。
本设计中短路电流的计算只适用于设备的选择。
5.1短路电流计算的基本假设条件和原则
短路电流实用计算中，采用以下的基本假设条件和原则：
1、正常工作时，三相系统对称运行。
2、所有电源的电动势相位角相同。
3、系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体的趋肤效应等影响。
4、电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。
5、电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷在高压母线上，50%的负荷在系统侧。
6、短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
7、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。
8、除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都
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