2300MW发电厂电气部分初步设计断路器控制信号回路.docx

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2300MW发电厂电气部分初步设计断路器控制信号回路

2×300MW发电厂电气部分初步设计（断路器控制信号回路）

引言

现代化发电厂的设计是一门综合性的科学,它是在多种专业有机结合、密切协作下完成的一个统一整体,应根据设计任务书以及国家的有关政策和各专业的设计技术规程、规定进行。

电力工业的迅速发展对发电厂的设计提出了更高的要求。

本次设计的题目是2300MW发电厂电气部分初步设计断路器控制信号回路,它是发电厂设计的一个重要环节。

主要任务是设计总装机容量为600MW2300MW的地区性火电厂,历时两个多月,其中涉及到发电厂电气,电力系统分析等多门专业课程。

本次设计的主要目的是:

通过设计树立工程观点,掌握发电厂设计的方法,并在分析、计算和解决实际工程等方面得到训练,为今后从事设计、运行和科研工作,奠定必要的理论基础。

现将设计内容具体介绍如下:

1、电气主接线设计

主接线代表了火电厂或变电所电气部分主体结构,主接线设计,必须综合处理各个方面的因素。

2、厂用电设计主要是对厂用变压器的选择和对厂用电主接线的设计。

3、主要电气设备的选择和校验

主要是对母线、SF6断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、熔断器的选择和校验。

4、断路器控制信号回路设计（发电机变压器组出口断路器）。

现将本次设计的预期成果作如下介绍:

（1）毕业设计论文包括目录、摘要、引言、正文、结论、附录、参考文献;

（2）主接线图一张（2300MW发电厂电气主接线）;

（3）断路器控制信号回路图一张。

第一章绪论

近年我国电力工业迅猛发展,已经进入了大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化、信息化发展的新时期。

其主要特点如下:

①建设大型矿口电厂,搞好煤、电、运平衡。

把建设大型矿口电厂和路口电厂作为电厂建设的重点。

②政企分开,联合电网,统一调度,集资办电。

为了适应社会主义市场经济和社会化大生产的需要,我国在原有电力系统的基础上,已成立了五大发电集团,遵循社会主义市场经济的准则,形成电力市场,互相调剂、共同发展。

③因地制宜,多能互补,综合利用,讲究效益。

在边远农村和沿海岛屿,因地制宜建设小水电、风力发电、地热发电和太阳能发电以解决无电、缺电地区的用电问题,重视和做好农村电气化建设。

④节约能源,降低消耗。

减少自身消耗,降低煤耗和水耗、厂用电和线损,发展热电联产。

新建电厂应采用高参数、高效率的大机组。

⑤重视环境保护,积极防止对环境的污染。

第二章电气主接线设计

2.1主接线的设计原则和要求

发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。

它表明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式,从而完成发电、变电、输配电的任务。

它的设计,直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定,关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。

由于电能生产的特点是:

发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的,所以主接线设计的好坏,也影响到工农业生产和人民生活。

因此,主接线的设计是一个综合性的问题。

必须在满足国家有关技术经济政策的前提下,力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。

主接线设计的基本要求是:

（1）可靠性。

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求,电气主接线也必须满足这个要求。

衡量主接线运行可靠性的标志是:

①断路器检修时,能否不影响供电。

②线路、断路器或母线检修时,停运出线回路数的多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。

③发电厂全部停运的可能性。

④对大机组超高压情况下的电气主接线,应满足可靠性准则的要求。

（2）灵活性。

①调度灵活,操作简便:

应能灵活地投入某些机组、变压器或线路,调配电源和负荷,能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

②检修安全:

应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备,进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。

（3）经济性。

①投资省:

主接线应简单清晰,控制、保护方式不过于复杂,适当限制断路器电流。

②占地面积小:

电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件。

③电能损耗少:

经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数,避免两次变压而增加电能损失。

2.2基本接线的适应范围及本厂的设计

2.2.1大、中型发电厂的接线要求

大型发电厂（总容量1000MW及以上,单机容量200MW以上）,一般距负荷中心较远,电能需用较高压输送,故宜采用简单可靠的单元接线方式,直接接入高压或超高压系统。

中型发电厂（总容量200MW~1000MW,单机容量50~200MW）和小型发电厂（总容量200MW以下,单机50MW以下）,一般靠近负荷中心,常带有6~10KV电压级的近区负荷,同时升压送往较远用户或与系统连接。

发电机电压超过10KV时,一般不设机压母线而以升高电压直接供电。

2.2.2旁路母线的设置原则:

采用分段单母线或双母线的110KV~220KV配电装置,当断路器不允许停电检修时,一般需设置旁路母线,因为110KV~220KV线路输送距离较长、功率大,一旦停电影响范围大,且断路器检修时间长,故设置旁路母线为宜。

主变压器的110KV~220KV侧断路器,宜接入旁路母线。

当有旁路母线时,应首先采用以分段断路器或母联断路器兼做旁路断路器的接线。

当220KV出线为5回线以上时、110KV出线为7回及以上时,一般装设专用的旁路断路器。

2.2.3设计方案的介绍

本厂为220KV与20KV两个电压等级,单机容量为300MW,故宜采用可靠的单元接线,直接接入220KV系统。

对于本厂的主接线,我们选择了双母线带旁路与单母分段带旁路两种接线方案。

两种设计方案主接线图如下:

结论:

目前大型电厂接线都采用双母带旁路接线,具有很高的供电可靠性、调度灵活性,扩建方便,适合目前电力发展需求,两组母线同时工作,并且通过母联断路器并联运行,电源与负荷平均分配在两组母线上,即称之为固定连接方式运行。

这也是目前生产中最常用的运行方式,它的母线继电保护相对比较简单。

单母分段带旁路接线具有简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便,且有利于扩建等优点,但可靠性和灵活性比较差。

在经济性比较中,方案II也比方案I略占优势。

在可靠性中,鉴于目前大型火电厂接线方式以及目前各种技术的先进,方案II为目前大型电厂都采用的双母接线,具有很高的供电可靠性、调度灵活性,扩建方便,所以在可靠性和灵活性上较方案I占优势,经综合分析,决定选择方案II作为本次设计的最终方案。

2.3主变压器的选择

2.3.1300MW发电机组变压器选择要求

对于300MW发电机组,一般与双绕组变压器组成单元接线,主变压器的容量和台数与发电机容量配套选用。

当有两种升高电压之间装联络变压器,其容量按两种电压网络的交换功率选择。

2.3.2选择原则

（1）为节约投资及简化布置,主变压器应选用三相式。

（2）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。

（3）在高、中压系统均为中性点直接接地系统的情况下,可考虑采用自耦变压器。

当经常由低、高压侧向中压侧送电或由低压侧向高、中压侧送电时,不宜使用自耦变压器。

2.3.3主变压器的选择

单元接线中的主变压器容量应按发电机容量扣除本机组的厂用负荷后,留有10%的裕度选择

根据原始资料:

发电机容量为300MW,发电机额定功率因数为0.85,

厂用电率为6%,所以:

220KV发电机变压器组接线的主变选择SPF3-37000/220型,其主要技术参数如下:

表2-1主变技术参数表

生产厂家沈阳变压器厂型式强迫油循环风冷却三相双绕组变压器

额定容量（KVA）370000效率（%）99.79

额定电压（KV）高压242负载损耗（KW）630

低压20空载电流（%）0.25

冷却方式OPAF阻抗电压（%）14.03

接线组别YN,d11空载损耗（Kw）160

2.3.4发电机的选择

（1）额定容量:

在额定功率因数和额定氢压及最高冷却额定温度的条件下,发电机的额定容量与汽轮机的额定出力配合选择。

对300MW机组的功率因数为0.85,因此,发电机的额定容量为353MVA,也就是发电机的铭牌功率。

（2）最大连续容量:

发电机的最大连续容量应与汽轮机的最大连续出力配合选择。

此时,发电机的功率因数为额定功率因数,氢压为额定氢压,冷却器进水温度宜与汽轮机相应工况下的冷却水温相一致。

本厂选用国产300MW汽轮机组:

表2-2发电机技术参数表

生产厂家东方电机股份有限公司型号QFSN-300-2-2B

型式水氢氢稳态负序电流能力≤10%

额定容量MVA353暂态负序能力40S

额定功率MW300直轴瞬变电抗22.598

最大连续出力MW330横轴瞬变电抗22.598

额定功率因数滞后0.85直轴超瞬变电抗15.584

额定电压（KV）20横轴超瞬变电抗15.584

额定电流A10189负序电抗17.183

额定转速r/min3000零序电抗7.326

频率HZ50励磁方式三相励磁式自并激静态

相数3励磁电压V455

效率%99.1励磁电流A2075

短路比0.6241

第三章厂用电设计

厂用电设计的要求

厂用电接线除应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外,尚应满足下列特殊要求:

（1）尽量缩小厂用电系统的故障影响范围,并应尽量避免引起全厂停电事故。

（2）充分考虑发电厂正常、事故、检修、起动等运行方式下的供电要求,切换操作简单。

（3）便于分期扩建或连续施工。

对公用负荷的供电,要结合远景规模统筹安排。

3.2厂用电设计原则及本厂厂用电设计

3.2.1厂用电设计的一般原则

（1）对厂用电设计的要求

厂用电设计应按照运行、检修和施工的需要,考虑全厂发展规划,积极慎重的采用经过实验鉴定的新技术和新设备,使设计达到技术先进、经济合理。

①保证厂用电源的可靠性。

各机组的厂用系统应相对独立,防止一台机组厂用母线故障影响其它机组的正常运行。

②根据用电设备的要求对厂用启动/备用电源、交流不停电电源和保安电源等容量必须可靠和充裕,限制事故波及范围。

迅速进行事故处理,首先保证主要设备不损坏,并使机组快速恢复运行。

③要考虑全厂的扩建和发展规划,与机务专业等密切配合。

厂用配电装置合理,便于维护管理。

对全厂公用系统的容量应满足扩建的需要,适当留有裕度。

④调度灵活可靠,检修调试安全方便。

⑤设备选用合理,技术先进,节约投资。

（2）厂用电电压等级的确定

对于火电厂当容量在300MW时,高压厂用电一般采用6KV,低压厂用电采用380/220V的三相四线制系统。

（3）厂用母线接线方式

高压厂用电系统应采用单母线。

锅炉容量为130~220T/H时,一般每炉由一段母线供电;容量为400T/H及以上时,每炉由两段母线供电,并将两套辅机电动机分接在两段母线上,两段母线可由同一台厂用变压器供电;容量为65T/H时,两台锅炉可合用一段母线。

低压厂用电系统应采用单母线接线。

当锅炉容