完整word版2350MW火力发电厂电气部分设计.docx
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完整word版2350MW火力发电厂电气部分设计
辽宁工业大学
发电厂电气部分课程设计（论文）
题目：
2×350MW火力发电厂电气部分设计
（2）
院（系）：
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
起止时间：
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
教研室：
学号
学生姓名
专业班级
课程设计题目
2×350MW火力发电厂电气部分设计
课程设计（论文）任务
本设计是针对2×350MW火力发电厂电气部分进行的设计，已知量为：
2台350MW发电机组，发电机出口电压23kV，经升压至220kV送入系统；220kV出线6回（负荷功率及线路长度已知）。
厂用电率5.6%；发电机参数415MVA、23kV、10417A、cosφ=0.86、Xd=17.4%；根据火力发电厂原始资料及有关技术要求进行电气部分设计。
设计具体内容：
1）设计电气主接线方案；
2）完成主变压器容量计算、台数和型号的选择；
3）短路电流的计算；
4）完成电气设备的选择与校验；
进度计划
1、布置任务，查阅资料。
（1天）
2、系统总体方案设计。
（1天）
3、设计主接线。
（2天）
4、设计变压器。
（2天）
5、短路计算。
（2天）
7、电气设备选择校验
（1）
6、撰写、打印设计说明书（1天）
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
总成绩：
指导教师签字：
年月日
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其它能源形式。
当今，火力发电在我国乃至全世界范围，其装机容量占总装机容量的70％左右，发电量占总发电量的80％左右。
由此可见，电能在我国这个发展中国家的国民经济中担任着主力军的作用。
设计中将主要从理论上在电气主接线设计，短路电流计算，电气设备的选择，配电装置的布局，防雷设计，发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，并与五彩湾发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计安全的前提下，还要兼顾可靠性、经济性和灵活性，通过计算论证该火电厂实际设计的合理性与经济性。
在计算和论证的过程中，结合电气工程手册规范，采用CAD软件绘制了大量电气图，进一步完善了设计。
在我国这个发展中国家的国民经济中担任着主力军的作用的是电能。
由此可见，电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其它能源形式。
当今，有许多新兴的发电形式如：
火力发电、潮汐能、风能、太阳能等的发电形式。
但火力发电是我国乃至全世界范围内最主要的发电形式。
设计中将主要从理论上在电气主接线设计，短路电流计算，电气设备的选择，变压器和电压互感器，电流互感器等方面做详尽的论述，在保证设计安全的前提下，还要兼顾可靠性、经济性和灵活性，通过计算论证该火电厂实际设计的合理性与经济性。
关键词：
主接线设计、短路电流、电气设备选择
第1章绪论
随着科学技术的进步，越来越多的发电形式相继出现，如：
风能、潮汐能、太阳能、核能等。
但是这诸多的发电形式都存在着相应的弊端，发电量小、利用率不高、对周围环境及人等产生巨大的危害。
都不是主流的发电形式。
最传统、利用率高的发电形式还是火力发电。
所以本设计工程是针对2×350MW火力发电厂电气部分进行设计，并考虑其他形式的扩建条件。
本设计充分地应用和巩固所学专业知识，如：
发电厂电气部分﹑电力系统分析等课本知识，培养查阅资料，合理选择和分析数据的能力，加深对本专业课程中所学知识的理解和掌握，为今后的工作打下坚实的基础。
已知条件量为：
2台350MW发电机组，发电机出口电压23kV，经升压至220kV送入系统；220kV出线6回。
厂用电率8%；发电机参数420MVA、20kV、10190A、cosφ=0.85、Xd=22.7%；根据火力发电厂原始资料及有关技术要求进行电气部分的设计。
第2章电气主接线的选择
主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，以电源和出线为主体。
主接线的确定对电力系统整体如发电厂﹑变电所本身运行的可靠性﹑灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择﹑配电装置配置﹑继电保护和控制方式的拟订有较大影响。
可选方案的确定
由原始资料分析，220kV出线为四回，主变进线两回。
根据该电厂的具体情况以及手册要求，对各种基本接线的具体分析如下：
1单母线接线：
接线简单，操作方便，设备少，经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。
但是可靠性差，调度不方便，因此，这种接线方式一般适用于220kV配电装置的出线回路数不超过2回。
而该电厂的出线数为4回，所以不可选
2单母线分段接线：
适用于小容量发电厂的发电机电压配电装置，出线回路数为3到4回，可靠性不高，所以该接线方式也不可选。
3双母线接线：
供电可靠，调度灵活，扩建方便，适用于：
220kV出线数为6回及以上时，因此此方案可选。
4双母线带旁路母线接线：
保证断路器检修时不中断该回路供电，220kV输送功率较多，送电距离较远，停电影响较大，为保证系统的供电可靠性，此方案可选。
5双母线分段接线：
双母线分段接线较多用于220kV配电装置，当进出线数为10~14回时，采用三分段；15回及以上采用四分段。
而此设计中进出线为6回，不需要采用此方案。
6一台半断路器接线：
通常在330kV~500kV配电装置中，当进出线为6回及以上，配电装置在系统中具有重要地位，则宜采用一台半断路器接线。
在特殊情况下，个别大型电厂和枢纽变电所未接入500kV系统而接入220kV系统，致使其220kV配电装置在系统中的地位特别重要而采用了超高压配电装置应用的一台半断路器接线可选。
可选方案的分析
由以上分析可知，有四种方案可供选择：
双母线接线﹑双母线分段接线﹑双母线带旁路接线﹑一台半断路器接线。
方案Ⅰ：
双母线接线（如图2—1）
图2—1双母线接线
（1）优点：
1）供电可靠；
2）调度灵活；
3）扩建方便；
4）便于试验。
（2）缺点：
1）增加一组母线和一回线路就需要增加一组母线隔离开关；
2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作；
3）出现断路器检修时，该回路停止供电。
方案Ⅱ：
双母线分段接线（如图2—2）
图2—2双母线分段接线
（1）优点：
1）任何时候都有备用母线，具有很高的可靠性和灵活性；
2）当母线故障时，不需要短时切断较多电源和负荷。
（2）缺点：
1）增加分段断路器和母联断路器的数量，配电装置投资较大；
检修出线断路器时，仍然会使该回路停止供电。
方案Ⅲ：
双母线带旁路接线（如图2—3）
图2—3双母线带旁路接线
（1）优点：
1）运行操作方便，不影响双母线正常运行；
2）检修出线断路器时，该回路可以不停电。
（2）缺点：
1）多一台旁路断路器，增加了投资和配电装置的占地面积；
2）旁路断路器的继电保护为适应出线的要求，其整定较复杂。
方案Ⅳ：
一台半断路器接线（如图2—4）
图2—4一台半短路器接线
（1）优点：
1）具有较高的供电可靠性；
2）正常运行时两组母线和全部断路器都闭合，形成多环供电，运行调度灵活可靠；
3）隔离开关不作为操作电器，只承担隔离电压的任务，减少误操作，对任何断路器检修不停电，操作检修方便。
（2）缺点：
1）断路器台数增多，造价高；
2）解决继电保护校验问题，保护必须双重化；
3）投资大，建设标准高。
最优方案的确定
根据《火力发电厂设计技术规程》得技术经济合理时，容量为200MW及以上的机组可采用发电机－变压器－线路组的单元接线。
故本设计中发电机出口采用单元接线。
根据《火力发电厂设计技术规程》（DL5000－2000）得：
35KV~220KV配电装置的接线方式应按发电厂在电力系统中的地位、负荷的重要性、出线回路数、设备特点、配电装置型式以及发电厂的单机和规划容量等条件确定。
当配电装置在电力系统中居重要地位、负荷大、潮流变化大、且出线回路数较多时，宜采用双母线接线或双母线分段的接线。
采用单母线或双母线的110KV~220KV配电装置，当配电装置采用六氟化硫全封闭组合电器时，不应设置旁路设施；当断路器为六氟化硫型时，不宜设旁路设施；当断路器为少油型时，除断路器有条件停电检修外，宜设置旁路设施，当220KV出现在四回及以上和110KV出线在六回及以上时，可采用带专用旁路断路器的旁路母线。
若采用双母线分段接线不能满足电力系统稳定性和地区供电可靠性的要求，且技术经济合理时，容量在300MW及以上机组发电厂的220KV配电装置也可采用一台半断路器的接线方式。
在以上规程的基础上，根据原始资料的分析以及分析综合断路器台数以及供电和检修的方便可靠性分析，双母线接线和双母线带旁路接线要优于其他几种方案。
又因为现在电力系统中，多用六氟化硫断路器，大大缩短检修周期，十几年才检修一次，因此不需要设置旁路断路器。
故最终选择双母线接线。
第3章主变压器选择
概述
在发电厂中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。
主变压器的容量，台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年发展规划，输送功率大小，馈线回路数，电压等级等因素，进行综合分析和合理选择。
查询《发电厂电气部分》可知:
单元接线的主变压器容量应按下列条件中的较大者选择。
（1）电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10％的裕度。
（2）按发电机的最大连续输出容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组平均温升在标准环境温度或冷却水温度不超过65℃的条件选择。
根据原始资料可知：
该电厂的单机为350MW，发电机与变压器系用单元接线。
设该电厂厂用电率为8％。
则：
S=350×（1-5.6％）×（1+10％）／0.85=416.7MVA
主变压器的选择
变压器相数的选择
容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。
因为单项变压器组相对投资大、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，需要考虑其运输可能性。
若受到限制时，则可选用单相变压器组，所以本设计采用三相变压器。
变压器绕组数于结构的选择
电力变压器按其每相的绕组数分为双绕组.三绕组或更多绕组等形式；按电磁结构分为普通双绕组.三绕组.自藕式及低压绕组分裂式等型式。
此外，机组容量为200MW以上的发电厂采用发电机一双绕组变压器单元接入系统，而两种升高电压级之间加装联络变压器更为合理。
故本设计采用双绕组变压器。
变压器绕组联结组号的选择
变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。
在发电厂中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，根据以上变压器绕组连接方式的原则，本设计中主变压器组别一般都选用YN,d11常规接线。
变压器调压方式的选择
为了保证发电厂的供电质量，电压必须维持在允许范围内。
通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。
切换方式有两种：
一种是不带电切换，称为无激磁调压。
另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。
其结构较复杂，价格较贵，只在以下情况下予以选用：
1接于出力变化大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压维持在一定水平时;
2接于时而为送端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。
而本设计发电厂为地区性电厂，负荷变化不大，潮流方向固定，一直处于送端，固采用较便宜的无激磁调压。
变压器冷却方式的选择
电力变压器的冷却随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。
通常依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动机风扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却，适用于中、小型变压器；大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。
本设计变压器额度容量为415000KVA，容量较大，固采用强迫油循环风冷却。
依据以上分析结果，查《电力工程电气设备手册》，选用型号为SFPT-415000/220的变压器，其技术参数如表1-1。
表3-1主变压器参数
容量
电压
连接方式
I0％
Us％
调压方式
最高
最低
415000KVA
220±2×2.5％
23KV
YNd11
0.85
12.14
无载调压
第4章厂用电接线及设计
概述
厂用电在启动，运转，投役，检修过程中，有大量以电动机拖动的机械设备，用以保证几组的主要设备和输煤，碎煤，除灰，除尘及水处理的正常运行。
这些电动机以及全厂的运行，操作、试验、检修、照明等用电设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。
厂用效率
厂用电的电量,大都由发电厂本身供给.其耗电量与电厂类型、机械化和自动化程度、燃料种类及燃烧方式、蒸汽参数等因素有关。
厂用电量占发电厂全部发电量的百分之数，称为厂用电率。
厂用电率是发电厂运行的主要经济指标之一。
一般凝汽式火电厂的厂用电率5﹪～8﹪，热电厂为5﹪～13﹪，水电厂为0.5﹪～1.0﹪。
本设计中厂用电率为5.6%。
厂用电接线的设计原则和接线形式
对厂用电接线的要求
厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。
厂用电接线应满足下述要求：
1各机组的厂用电系统应是独立的。
在任何运行方式下，一台机组故障停运或其铺机的电气故障不应影响另一台机组的运行，并要求受厂用电故障影响而停运的机组应能在短期内恢复运行。
2全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。
在厂用电接线中，不应存在可能导致切断多于一个单元机组的故障点，更不应存在导致全厂停电的可能性，应尽量缩小故障影响范围。
3充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能的使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。
4充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。
5200MW及其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。
另外，还要设计符合电能质量指标的交流不间断电源，以保证不允许间断供电的热工保护和计算机等负荷的用电。
厂用电接线的设计原则
厂用电接线的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有：
1厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运行运转;
2接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；
3厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷有本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单；
4设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；
5在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接触方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。
厂用电的电压等级
厂用电的电压等级是根据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络等因素，相互配合，经过技术经济综合比较后确定的。
根据《火力发电厂厂用电设计技术规定》（DL/T5153－2002）4.1.1查得：
发电厂可采用3kV，6kV,10KV作为高压厂用电的电压。
容量为600MW及以下的机组，发电机电压为10.5kV时，可采用3kV（或10kV）；发电机电压为6.3kV时，可采用6kV；容量为125MW~300MW级的机组，宜采用6kV；容量为600MW及以上的机组，可根据工程具体条件采用6kV1级或3kV，10kV2级高压厂用电压。
本设计中发电机容量为350MW，考虑到其他因素，设计中采用高压厂用电电压为6kv，低压厂用电电压为380V。
厂用电源及其引接
1.工作电源
发电厂的厂用工作电源，是保证正常运行的基本电源。
通常，工作电源应不少于两个。
厂用高压工作电源从发电机电压回路的引接方式与主接线形式有密切关系。
当发电机和主变压器为单元接线时，则厂用工作电源从主变压器的低压侧引接。
厂用分支上一般都应装设高压断路器。
该断路器应按发电机机端断路进行选择，其开断电流可能比发电机出口处断路器的还要大，对大容量机组可能选不到合适的断路器，可加装电抗器或选低压分裂绕组变压器，以限制断路电流。
对于200Mw及其以上的机组，厂用分支都采用分相封闭母线，故障率较小，可不装断路器和隔离开关，但应有可拆连接点，以供检修和调试用，这时，在变压器低压侧务必装设断路器。
低压厂用工作电源，由高压厂用母线通过低压厂用变压器引接。
若高压厂用电设有10KV和3KV两个电压等级，则400V工作电源一般从10KV厂用母线引接。
本设计中采用厂用工作电源从主变压器低压侧引接，并且采用分相封闭母线。
2.备用电源和启动电源
我国目前对200Mw以上大型发电机组，为了确保机组安全和厂用电的可靠性才设置厂用启动电源，且以启动电源兼作事故备用电源，统称启动（备用）电源。
备用电源的引接应保证其独立性，并且具有足够的供电容量，以下是最常用的引接方式：
1）从发电机电压母线的不同分段上，通过厂用备用变压器（或电抗器）引接。
2）从发电机联络变压器的低压绕组引接，但应保证在机组全停情况下，能够获得足够的电源容量。
3）从与电力系统联系紧密、供电可靠的最低一级电压母线引接。
这样，有可能采用变比较大的厂用高压变压器，增大高压配电装置的投资而致经济性较差，但可靠性较高。
4）当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路，经过变压器取得独立的备用电源或启动电源。
考虑以上原则，本设计中启动（备用）电源从变压器侧高压母线上通过厂用电备用电源变压器引接。
3.事故保安电源
对300Mw及其以上的大容量机组，当厂用工作电源河备用电源都消失时，为确保在严重事故状态下能安全停机，事故消除后又能及时恢复供电，应设置事故保安电源，以保证事故保安负荷，如润滑油泵、密封油泵、热工仪表及自动装置、盘车装置、定轴油泵、事故照明和计算机等设施的连续供电。
事故保安电源必须是一种独立而又十分可靠的电源，通常采用快速自动程序启动的柴油发电机组、蓄电池组以及逆变器降直流变为交流作为交流事故保安电源。
对300Mw及以上机组还应由附近110kv及以上的变电站或发电厂引入独立可靠专用线路，作为事故备用保安电源。
本设计采用快速自动程序启动的柴油发电机组来作为事故保安电源。
厂用电接线形式
厂用电接线方式合理与否，对机、炉、电德辅机以及整个发电厂的运行可靠性有很大影响。
厂用电接线应保证厂用供电的连续性，使发电机能安全满发，并满足运行安全可靠、灵活方便等要求。
发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线形式，并多以成套配电装置接收和分配电能。
火电厂的厂用电负荷容量较大，分布面较广，尤以锅炉的辅助机械设备耗电量大，如吸风机、送风机、排粉机、磨煤机、给粉机、电动给水泵等大型设备，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可靠性和经济性，高压厂用母线均采取按锅炉分段的原则，即将高压厂用母线按锅炉台数分成若干独立段，凡属同一台锅炉的厂用负荷均接在同一段母线上，与锅炉同组的汽轮机的厂用负荷一般也接在该段母线上，而该段母线由其对应得发电机组供电。
全厂公用负荷，应根据负荷功率及可靠性的要求，分别接到各段母线上，各段母线上的负荷应尽可能均匀分配。
当公用负荷大时，可设公用母线段。
对于400t/h及以上的大型锅炉，每台锅炉设两段高压厂用母线。
低压厂用母线一般也按锅炉分段，常用电源则由相应的高压厂用母线供电。
厂用电各级电压均采用单母线分段（按锅炉分段）接线形式，具体用下列特点：
①若某一段母线发生故障，只能影响其对应的一台锅炉的运行，使事故影响范围局限在一机一炉；②厂用电系统发生短路时，短路电流较小，有利于电气设备的选择；③将同一机炉的厂用电负荷接在同一段母线上，便于运行管理合安排检修。
故本设计中，厂用电高压、低压、备用母线均采用单母线分段（按锅炉分段）接线形式。
厂用变压器的选择
厂用变压器的选择主要考虑厂用高压工作变压器和启动备用变压器的选择，其选择内容包括变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗。
额定电压
厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定，变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。
本设计中厂用工作电源从主变压器低压侧引接，故一次侧电压为20kV，二次侧电压为6kV；厂用备用电源从厂用备用电源由煤矿工业广场110kV变电所10kV引接，故一次侧为10kV，二次侧电压为6kV。
工作变压器的台数和型号
1工作变压器的台数和型式主要与厂用高压母线的段数有关，而母线的段数又与厂用高压母线的电压等级有关，而母线的段数又与厂用高压母线的电压等级有关。
当只有6KV一种电压等级时，一般分两段；当10KV与3KV电压等级同时存在时，则分四段。
当只有6KV一种电压等级时，厂用高压工作变压器可选用1台全容量的分裂绕组变压器，两个分裂支路分别供两段母线；或选用2台50％容量的双绕组变压器，分别供两段母线。
如出现10KV和3KV两种电压等级时，厂用高压工作变压器可选用2台50％容量的三绕组变压器，分别供四段母线。
本设计中高压厂用电6KV母线分为两段，故厂用高压工作变压器选用1台全容量的分裂绕组变压器；而因厂用备用变压器连接的公用亦分为两段，故也采用分裂绕组变压器。
2厂用变压器的容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率。
因此，对厂用高压工作变压器的容量应按厂用电高压工作变压器的容量应按厂用高压计算负荷110％与厂用电低压计算负荷之和进行选择；而厂用低压工作变压器的容量应留又10％左右的裕度。
厂用高压备用变压器容量。
厂用高压备用变压器或启动变压器应与最大一台厂用高压工作变压器的容量相同；厂用低压备用变压器的容量应与最大一台厂用低压工作变压器容量相同。
变压器的阻抗
变压器的阻抗是厂用工作变压器的一项重要指标。
厂用工作变压器的阻抗要求比一般动力变压器的阻抗大，这是因为要限制变压器低压测的短路容量，否则将影响到开关设备的选择，一般要求阻抗应大于10％；但是，阻抗过大又将影响厂用电动机的自启动。
厂用工作变压器如果选用分裂绕组变压器，则能在一定程度上缓解上述矛盾，因为分裂绕组变压器在正常工作是具有较小阻抗，而分裂绕组出口短路时具有较大的阻抗。
变压器的容量
《火力发电厂厂用电设计技术规定》（DL/T5153－2002）5.2.1查得：
高压厂用工作变压器的容量宜按高压电动机厂用计算负荷与低压厂用电的计算负荷之和选择。
如公用负荷正常由第一台高压厂用起动/备用变压器供电，则应考虑起动/备用变压器检修时，由第一台高压厂用工作变压器接带全部公用负荷，也可由第一台与第二台高压厂用工作变压器各接带50%公用负荷。
低压厂用工作变压器的容量宜留有10％的裕度。
第5章短路电流的计算
概述
短路电流计算的一般规定
1在选择电气主接线时，为了比较何种接线方案或者却迪昂某一个接线是否需要采取限制短路联络的措施等，均需要进行必要的短路电流计算。
2在选
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