发电厂电气部分课程设计.docx
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发电厂电气部分课程设计
《发电厂电气部分》课程设计
100MW火力发电厂电气部分
学院：
交通学院
姓名：
高广胜
学号：
1214010004
专业：
13能源与动力工程
指导老师：
马万伟
时间：
2015年12月
课程设计任务书
一、设计题目
100MW火力发电厂电气部分设计
二．设计内容
1. 对发电厂在系统中的地位和作用及所供用户的分析；
2. 选择发电厂主变压器的台数、容量、型式；
3. 分析确定各电压侧主接线形式；
4. 分析确定厂用电接线形式；
5. 进行选择设备和导体所必须的载流导体的选择；
6. 选择变压器高、中、低压侧的断路器、隔离开关；
7. 选择配电装置型式及设计；
8. 用AutoCAD绘制发电厂电气主接线图。
三、课程设计的要求与数据
1、根据电力系统的发展规划，拟在某地区新建一座装机容量为100MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装1台100MW机组，发电机端电压为10.5kV。
电厂建成后以10kV电压供给本地区负荷,其中有钢厂、毛纺厂等，最大负荷为68MW，最小负荷为34MW，最大负荷利用小时数为4200小时，全部用电缆供电，每回负荷不等，但平均在4MW左右，送电距离为3～6km。
并以35kV电压供给附近的水泥厂用电，其最大负荷为58MW，最小负荷为32MW，最大负荷利用小时数为4500小时。
负荷中I类负荷比例为30%，II类负荷为40%，III类负荷为30%。
2、计划安装两台100MW的汽轮发电机组，功率因数为0.85，厂用电率为6%，机组年利用小时Tmax=5800小时。
3、按负荷供电可靠性要求及线路传输能力已确定各级电压出线列于下表：
10kV
35kV
名称
回路数
名称
回路数
钢厂
4
水泥厂
2
毛纺厂
2
市区
4
预留
2
预留
2
合计
12
合计
4
4、厂址条件：
周围地势平坦。
5、气象条件：
绝对最高温度为35℃；最高月平均温度为25℃；年平均温度为12.7℃；风向以西北风为主.
6、以100MVA为基准值，母线上阻抗为1.95，Qk=165kA2s，未知系数0.8-1.2.，三相短路电流=4.5kA，短路电压=6KV，Sj=100MV.A,Uj=10.5kv.
四、课程设计应完成的工作
1、设计说明书、计算书一份；
2、主接线图一X；
前言
电力行业是国民经济的重要行业之一，电力自从应用于生产以来，已成为现代化生产、生活的主要能源，它为现代工农业、交通运输业、国防、科技和人民生活等方面都得到了广泛的应用。
如今，电力行业紧跟着经济发展的脚步，随着发电设备容量的不断加大，电力行业的自动化程度越来越高，相应的对电力系统的安全性、稳定性的要求也越来越高。
本次的设计题目是：
100MW发电厂电气部分初步设计，主要是进行电气主接线设计，通过方案比较确定主接线方案，选择发电机和主变压器；厂用电设计，选择厂用变压器；通过短路电流计算，进行主要电气设备选择及校验，发电机组保护设计以及配电装置设计；通过此次设计使学生对自己所学专业知识在临近毕业前进行一次检验和巩固，同时利用自己所掌握的知识初步的设计出一个符合实际的能够安全运行的电厂。
发电厂的电器主接线是电力系统接线的重要组成部分，是由规定的各种电气设备的图形符号和接线所构成的表示接受和分配电能的电路。
它不仅表示出各种电气设备的规格、数量、连接方式和作用，而且反应了各电力回路的相互关系和运行条件，从而构成了发电厂或变电所电气部分的主体。
拟定一个合理的电气主接线方案，不仅与电力系统及发电厂、变电所的电气设备选择、配电装置布置、继电保护配置和控制方式等都有重大的影响。
发电厂的常用点接线表明了厂用电系统供电所用的主要设备（厂用变压器、厂用母线、断路器以及电源设备等）和接线方式。
表明电气主接线和厂用点接线的图分别称为电气主接线方案是发电厂电气部分设计中很重要而且又很复杂的工作，在设计时必须按照国家经济建设的方针政策和生产运行的实践经验，结合具体工程情况，尽可能地、积极稳定地采用成熟的新技术、新设备，经过全面的技术经济比较，做到技术先进、经济合理、安全适用。
通过本次设计，对中小型发电厂有一个全方位的了解和认识，将所学的理论知识与实际相结合，在巩固自己的所学的专业知识的同时，也使自己更能胜任今后的工作。
一、电气主接线设计
1.1设计原则和基本要求
1、发电厂电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。
它表明了发电机、变压器、线路、断路器、等其它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、输电和配电的任务。
电气主接线的设计直接关系到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安装，关系到电力系统的安全、稳定和经济运行。
2、电气主接线设计的原则依据
（1）发电厂电气主接线方案的选择，主要决定发电厂的类型、工作特性、发电厂的容量、发电机和主变压器的台数和容量。
（2）发电厂建设规模应根据电力系统5～10年发展规划进行设计。
（3）供电和负荷关系
①对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部一级负荷不间断供电。
②对于二级负荷一般要有两个独立的电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷电源
③对于三级负荷一般只需一个电源供电
3、设计主接线的基本要求
（1）可靠性
①断路器检修时，不影响供电
②线路、断路器或母线检修时，停运出线回路数越少和停电时间越短越好，办证对重要哟过户的供电。
（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、母线极其继电保护设备。
进行安全检修而不一那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形式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失
1.2原始资料介绍
1、凝汽式发电厂建设规
（1）装机容量：
装机1台，总容量100MW
（2）机组年利用小时数取Tmax=5800h
（3）环境条件：
绝对最高温度为35℃；最高月平均温度为25℃；年平均温度为12.7℃；风向以西北风为主.
（4）厂用电率6％
2、电厂与电力系统连接情况
（1）电厂联入系统的电压等级35Kv10KV
（2）35KV10KV架空线四回，
（3）归算到35Kv系统的等值电抗1.95
（4）35KV主保护动作时间为0.01s，后备保护动作时间为1s
1.2.1三种主接线方案
方案一单母线接线方案二双路母线带旁路母线接线
方案三单母线分段带旁母线接线
1.2.2方案的评定
由原始资料可知，设计为大型火电厂，其机组容量为100MW，最大单机容量100MW，年利用小时数为5800h，在电力系统中承担主要负荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性，发电机出口电压为10KV，采用单元接线。
35KV电压等级，由于负荷容量小，电压低，输电距离较近，为保证其可靠性，可选可靠性一般的接线，故可采用单母线接线或双母线接线。
方案一
方案二
方案三
可靠性
单母接线,不够可靠
双母线接线和双路母线带旁路母线接线，可靠性较高
单母线带旁路母线接线，可靠性高。
灵活性
接线灵活性较差，当母线或任意母线隔离开关检修或任意连接原件发生故障断路器拒动或母线故障时各回路必须在检修或故障消除之前的全部时间内停止工作，整个配电装置全停。
运行条度灵活，操作，检修方便，隔离开关仅作为检修时的隔离电器
接线灵活性好，当母线或任意母线隔离开关检修或任意连接原件发生故障断路器拒动或母线故障时各回路必须在检修或故障消除之前的全部时间内停止工作，整个配电装置全停。
经济性
采用设备少，便于扩建和采用配电装置，投资较小
断路器，电流互感器多，投资大
采用设备增多，便于扩建和采用配电装置，投资增大。
结论：
三个方案的灵活性，经济性相差不大，但要考虑35kv高压电气主接线首先满足可靠性的要求根据上述比较，方案XX显比方案一和方案二的可靠性好。
所以选择方案三。
1.3发电机的选择
对于100MW及以上的发电机组：
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
故查的发电机的型号为QFS-100-2
型号
额定容量
（ＭＶＡ）
额定电压
（ＫＶ）
功率因数
同步电抗
次暂态电抗（%）
暂态电抗
（%）
QFS-100-2
100
10.5
0.85
208.8
11
17.9
1.4主变压器的选择
根据方案二的接线图，由主接线形式可知，本厂1#变压器容量，主变压器的容量选择如下：
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。
已知:
DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》规定：
（1）接于发电机电压母线与升高电压母线之间的主变压器容量按下列条件选择：
1）当发电机电压母线上的负荷最小时（特别是发电厂投入运行初期，发电机电压负荷不大），应能将接于发电机电压母线上发电机发出的功率减去发电机电压母线上的最小负荷而得到的最大剩余功率送至系统（计算中不考虑稀有的最小负荷情况），即
（MVA）（1-1）
2）当发电机电压母线上的负荷最大且其中容量最大的一台机组退出运行时，主变压器应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上最大负荷的需要，即
（MVA）（1-2）
4）对水电厂比重较大的系统，由于经济运行的要求，在丰水期应充分利用水能，这时有可能停用火电厂的部分或全部机组以节约燃料，火电厂的主变压器应能从系统倒送功率，满足发电厂电压母线上最大负荷的需要，即
（MVA）（1-3）
对以上各式计算结果进行比较，取其中最大者。
接于发电机电压母线上的主变压器一般说来不少于2台，但对主要向发电机电压供电的地方电厂、系统电源主要作为备用时，可以只装设1台。
查得其主变压器型号为：
SFZ7-31500/110
型号
额定容量
（ＭＶＡ）
额定电压
（KV）
阻抗电压
（%）
SFZ7-31500/110
31500
110
10.5
表1-3变压器参数表
二、厂用电设计
发电厂装有许多设备，如照明、充电机、鼓风机等等，这些称为自用负荷。
在店里系统中，发电厂的自用电负荷是最重的负荷。
如不能保证对自用负荷的正常供电，则发电厂便不能正常工作，这就要影响系统的正常运行和经济运行。
因此，自用电的设计和安全的运行，是十分重要的任务。
2.1厂用电设计原则
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、检修和施工的要求，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，是设计达到技术先进，经济合理。
（2）厂用电电压
对于火电厂当容量100MW到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至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，两段母线可由通一台厂用变压器供电；容量为65T/H时，两台锅炉可用一段母线。
低压厂用电系统应采用单母线接
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