凝气式火电厂课程设计.docx
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凝气式火电厂课程设计
南华大学
课程设计（论文）任务书
学院：
电气工程学院
题目：
发电厂电气部分设计
2×300+2×600
起止时间：
年月日至年月日
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
教研室主任：
院长：
2016年6月6日
论文（设计）内容及要求：
一、课程设计（论文）原始依据
1.1发电厂建设规模
1.1.1类型：
凝汽式火电厂；
1.1.2最终容量、机组的型式和参数：
2×300+2×600MW、年利用小时数为6000h/a
1.2电力系统与本厂的连接情况
1.2.1发电厂在电力系统中的作用与地位：
地区电厂；
1.2.2联入系统的电压等级220KV；
1.2.3电力系统总装机容量20000MW、短路容量18000MVA；
1.2.4发电厂在系统中所处的位置、供电示意图
4525202530403520km35503040
1.3电力负荷水平：
1.3.1220KV电压等级：
架空线6回，Ⅰ级负荷，最大输送320MW,最小输送280MW,Tmax=5500h/a,cos=0.85；
1.3.2110KV电压等级：
架空线12回，Ⅰ级负荷，最大输送220MW，最小输送180MW,Tmax=50000h/a,cos=0.85；
1.3.4厂用电率：
8%
1.4环境条件
1.4.1当地年最高温度40℃，年最低温度-6℃，最热月平均最高温度30℃，最热月平均最低温度24℃，
1.4.2当地海拔高100m；1.4.3当地雷暴日38日/年；
1.4.4气象条件无其他特殊要求。
摘要:
本次凝汽式火电厂电气一次部分设计是在老师的指导下，以自己平时所学的理论知识为基础，结合相关专业用书按照工程设计程序综合考虑而设计的。
由主接线部分和和厂用电接线部分组成。
首先，分析原始资料，拟定几种主接线接线方案，进行比较，综合考虑可靠性、灵活性和经济性，选择最优方案，确定厂用电的接线形式和电压等级。
接着，根据发电机容量、负荷容量和厂用电率分别确定主变压器、联络变压器和厂用变压器的容量和台数、结构和型式。
最后，选择短路点，按照最严重的情况计算出短路点的最大短路电流，再根据短路电流的大小选择合适的断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等电器设备。
综合各个步骤绘制出电气主接线图。
关键字：
凝汽式火电厂、理论知识、工程设计程序、发电机、变压器、双母带旁路、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器。
1电气主接线………………………………………………………………………………………………………1
1.1电气主接线设计原则1
1.2系统与负荷资料分析1
1.3主接线方案选择2
1.4主变压器的选择和计算6
1.5厂用电接线方式选择8
2短路电流的计算9
2.1短路计算的一般规则9
2.2短路电流的计算9
2.3短路电流计算表9
3电气设备的选择10
3.1电气设备选择的一般规则11
3.2电气选择的条件12
3.3电气设备的选择13
3.4电气设备选择的结果表14
4配电装置16
4.1配电装置选择的一般原则17
4.2配电装置的选择及依据18
5结束语19
参考文献20
附录Ⅰ：
短路计算21
附录Ⅱ：
电气设备的校验25
一、发电厂电气主接线设计；
电气主接线的设计是发电厂或变电所电气设计的主题。
它也电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电器选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响因素，正确处理他们之间的关系，经过技术、经济比较。
合理的选择主接线方案。
1.1电气主接线设计原则：
电气主接线设计的基本原则是已设计任务书为依据，以国家经济建设方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便，尽可能地接设个投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或任务委托是必不可少的。
他将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划，给出该设计的电厂（变电所）的容量、机组台数、电压等级、出线回路数、主要负荷要求、电力系统参数和对电厂的具体要求，以及设计的内容和范围。
这些原始资料是设计的依据，必须进行详细的分析和研究，从而可以初步拟定一下主接线方案。
国家方针政策、技术规范和标准是根据国家实际状况、结合电力工业技术特点而制定的准则，是把科学、技术总结成条理化，也是长期生产实践的结晶，设计时必须严格遵守。
结合对主接线的基本要求，设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。
设计时，在进行论证分析阶段，更应辩证地统一供电可靠性与经济性的关系，方能打到先进性和可行性。
电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计进行。
按国家规定，发电厂和变电站的基本建设的程序一般分为初步可行性研究、可行性研究、初步设计、施工图设计四个阶段。
课程设计是在有限时间内，学生；运用所学基本理论知识，独立地完成设计任务，达到掌握设计方法进行工程训练之目的。
因此，在内容上大体相当于实际工程设计中初步设计的内容。
其中，部分可达到技术设计要求的深度。
具体步骤如下：
1.2系统与负荷资料分析
（1）工程情况，发电厂类型:
凝汽式火电厂。
设计规划容量：
2x300MW+2x600MW
1800MW即180万千瓦
最大负荷利用小时数：
6000h
发电厂运行方式及年利用小时数直接影响主接线设计。
根据资料，此次设计电厂是基荷为主的发电厂，相应主接线需选用以可靠性为中心的接线形式。
（2）电力系统情况，电力系统近期及远景规划：
10年
发电厂的地位与作用：
地区电厂
电力系统总装机容量20000MW、短路容量18000MVA；
所建发电厂的容量与电力系统容量之比，若大于15%，则刚才处于比较重要地位的电厂。
应选择可靠性较高的主接线方式。
因为它的装机容量已经超过了电力系统的事故备用和检修备用容量，一旦全厂停电，会影响系统供电的可靠性。
此设计中1800/20000=9.00%，合理。
（3）负荷情况：
500KV电压等级：
架空线6回，Ⅰ级负荷，最大输送1320MW,最小输送900MW,Tmax=6500h/a,cos=0.9；
220KV电压等级：
架空线12回，Ⅰ级负荷，最大输送630MW，最小输送500MW,Tmax=5500h/a,cos=0.9；
厂用电率：
4.5%
设计电厂为大型凝汽式火电厂，其容量为2x300+2x600=1800MW、最大单机容量为600MW，即具有大型容量的规模，大型机组的特点。
年利用小时数为6000h/a>5000h/a,又为火电厂，从而该厂主接线设计任务必着重考虑其可靠性。
当本电厂投资后，将占电力系统总容量1800/20000+1800x100%=8.256%，说明该厂在未来电力系统中的作用和地位是区地区电厂。
从负荷特点及电压等级可知，它具有500/220KV两级电压负荷。
1.3主接线方案的选择
在对原资料分析的基础上，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、工地安全可靠、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中的损失，以保证供电连续性。
为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，拟从以下几个方面考虑：
（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生产的后果等因素。
所以对大、中型发电厂（变电所）电气主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行可靠性定量计算。
主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，企鹅在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全，扩建发展方便。
主接线的可靠性与经济性应综合考虑、辩证统一，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（投资与运行）为最小。
根据对原始资料分析，现将各电压级可能采用的较佳方案列出。
进而，以优化组合方式，组成最近可比方案。
方案一：
（1）220KV电压级出线回路数12回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路，以保护其供电的可靠性和灵活性。
其进线仅从一台发电机送来剩余容量，不满足最大负荷630MV的要求。
为此拟以两台300MV机组按发电机—变压器单元线接线形式接至220KV母线上。
其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500KV相连相互交换功率。
（2）500KV电压级出线回路数6回，500KV负荷容量大、电压高、输电距离远，亦是本厂向系统输送功率的主要接线方式。
为保证其可靠性，可能有多种接线形式，经过分析筛选后，较有可能的方案为双母线带旁路接线形式。
其进线仅从两台发电机送来剩余容量，不满足最大负荷1320MV的要求。
为此拟以两台600MV机组按发电机—变压器单元线接线形式接至500KV母线上。
其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与220KV相连相互交换功率。
方案二：
（1）220KV电压级，采用双母线带旁路。
（2）500KV电压级，一台半断路器。
方案三：
（1）220KV电压级，采用双母线分段带旁路。
（2）500KV电压级，一台半断路器。
考虑经济性，可靠性与灵活性，舍去方案二。
保留方案一、三。
如下图：
方案一：
220KV部分
500KV部分
方案二:
220KV部分
500KV部分（一台半断路器）
选择方案时，考虑经济性，可靠性与灵活性。
方案一，经济性较高，可靠性与灵活性一般：
方案二，经济性一般，可靠性和灵活性高。
考虑发电厂在电力系统中的地位：
地区电厂。
将占电力系统总容量8.256%。
根据拟定的4个方面考虑。
否决方案一，选择方案二。
1.4主变压器的选择与计算
300MV和600MV发电机参数
型号
额定功率（MW）
额定电压（KV）
额定电流（KA）
功率因数（
）
同步电抗（Xd%）
瞬变电抗（X'd%）
超瞬变电抗（X"d%）
QFSN-600-2
600
20
19.24
0.85
215.5
29.12
17.46
QFSN-300-2
300
18
11.32
0.85
236.35
31.93
19.15
1、相数
容量为600MV机组的主变压器和500KV电力系统的主变压器应综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，采用同一电厂3—4组的单相变压器组。
2、绕组与结构
200MW及以上的发电厂一般采用发电机—双绕组变压器单元接入系统，并在两种升高电压级之间加装联络变压器。
600MV级大型机组，采用多绕组电力变压器（如四绕组）。
3、绕组连接组号
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，主变压器连接组号选用YNd11常规接线
4、阻抗和调压方式
为保证发电厂的供电质量，电压必须维持在允许范围内。
通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。
采用不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在±2x2.5%以内。
5、冷却方式
容量在350MV及以上的特大变压器一般采用强迫油循环导向冷却。
该冷却方式是在采用强迫油循环风冷或水冷的大型变压器中，充分利用油泵加压的有利条件，利用潜油泵将冷却油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油道中，压力油在高、低压绕组之间有各自的油流路线，绕组中有纵向和横向油道，使铁芯和绕组中的热量直接由具有一定流速的油带走，而变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却器冷却后，再由潜油泵诸如变压器油箱底部，构成变压器油循环。
根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线。
为使变压器型号易选，常将两台容量相同的发电机接在同一侧，故将2台300MW的发电机接在220KV侧，2台600MW的发电机接在500KV侧，容量可通过联络变压器传送。
变压器容量的确定:
S=（PG－P厂）×（1+10%）/cos
ST1，2=（300－300×8%）×1.1/0.85=357.2MW
ST3，4=（600－600×8%）×1.1/0.85=714.4MW
故与300MW发电机相连的变压器的容量为360MW
与600MW发电机相连的变压器的容量为720MW
二）连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定原则
1联络变压器容量应能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。
2联络变压器容量一般不应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，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求，同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。
3联络变压器为了布置和引线方便，通常只选一台，在中性点接地方式允许条
件下，以选自耦变压器为宜。
其第三绕组，及低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置。
根据原则，可得容量为:
ST=PG/cos
=600/0.85=705.8MW
根据以上分析，选得OSSPS-720000/220，
1.5厂用电的接线方式和选择
1.5.1厂用电设计要求：
（1）供电可靠，运行灵活；
（2）各机组的厂用电系统是独立的，在任何运行方式下，一台机组故障停运或其他辅机的电气故障，不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能在短期内恢复运行；
（3）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；
（4）充分考虑发电厂正常、事故、检修、启停等运行方式下的供电要求，一般均应配备可靠的启动/备用电源，尽可能的使切换操作简便，启动/备用电源能在短时内投入：
（5）供电电源应尽量与电力系统保持紧密联系；
1.5.2厂用电的电压等级：
按发电机容量、电压确定高压厂用电压等级：
（1）容量在100—300MV时，宜用6kV作为高压厂用电;
（2）容量在600MV以上时，经技术经济比较可采用6kV一级电压，也可采用3kV和10kV两级电压作为高压厂用电。
按厂用电动机容量、厂用电供电网确定高压厂用电压等级：
（1）6KV电压：
200kV以上的电动机采用6KV电压供电，以满足大容量负荷的要求；可以省去高压厂用变压器，直接由发电机电压母线经电抗器工厂用电，防止厂用电系统故障直接威胁主系统并限制器短路电流
（2）10kV电压：
适用于300MW及以上的大容量发电机组，但不能为单一高压厂用电压。
综合考虑6kV与10kV并用。
1.5.3厂用电系统中性点接地方式
厂用电系统中性点接的方式的选择，与接地电容电流的大小有关。
当接地电容电流小于10A时，可采用不接地方式，也可采用经高电阻接地方式；当接地电容电流大于10A时，可采用经消弧线圈或消弧线圈并联高电阻的接地方式。
一般发电厂的高压厂用电系统多采用中性点经高电阻接地方式。
1.5.4厂用电接线形式
火电厂的厂用电负荷容量较大，分布面积较广，尤以锅炉的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，其用电量占厂用电量的60%以上。
高压厂用母线均采用“按锅炉分配”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连接在同一段母线上，与锅炉同组的汽轮机的厂用电负荷一般也接在该段母线上，而该段母线由其对应的发电机组供电。
二、短路电流的计算
2.1短路计算的一般规则
（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电气开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本工期工程建成后5—10年）。
确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和补偿装置放电电流的影响。
（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择正常接线方式时短路电流为最大的地点。
对带电抗器的6—10kV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外，其余导体和电器的短路点一般选择在电抗器后。
（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路试验算。
若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。
2.2短路电流的计算
本设计的短路计算只计算在母线上短路的情况：
短
路
点
编
号
短路
点平
均电
压
（kv）
基准
电流
IB
（KA）
分支线
名称
分支
电抗
xjs
分支
额定
电流
IN
（KA）
短路电流标么值
短路电流值
0s
0.01s
1s
2s
4s
0s
0.1s
1s
2s
4s
d1
525KV
2.51
无限大系统
0.127
2.51
7.874
19.763
300MW发电机分支
0.332
1.772
3.085
3.035
2.169
2.199
2.229
5.467
5.378
3.843
3.897
3.949
200MW发电机分支
0.233
1.181
4.394
4.292
2.561
2.442
2.354
7.988
7.803
4.656
4.439
4.279
d2
230KV
5.021
无限大系统
0.083
2.51
12.084
30.33
300MW发电机分支
2.092
3.544
0.675
0.672
0.702
0.702
0.702
2.392
2.382
2.488
2.488
2.488
200MW发电机分支
4.951
2.363
0.431
0.429
0.434
0.434
0.434
1.018
1.014
1.026
1.026
1.026
三、电气设备的选择
3.1电气设备选择的一般规则
（1）所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；在满足可靠性要求的前提下，应尽可能的选用技术先进和经济合理的设备，使其具有先进性；
（2）应按当地环境条件对设备进行校准；
（3）所选设备应予整个工程的建设标准协调一致；
（4）同类设备应尽量减少品种；
（5）选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。
在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。
3.2电气选择的条件
正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。
在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。
尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。
电器要能可靠的工作，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
⑴按正常工作条件选择电器
①额定电压和最高工作电压
所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即
Ualm≥Usm。
一般电器允许的最高工作电压：
当额定电压在220KV及以下时为1.15UN；额定电压是330~500KV时是1.1UN。
而实际电网的最高运行电压Usm一般不会超过电网额定电压的1.1UNs，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装置点电网额定电压UNS的条件选择,即
UN≥UNs。
②额定电流
电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度θ下，电器的长期允许电流。
IN不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即
IN≥Imax
由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。
此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。
③按当地环境条件校核
在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。
我国目前生产的电器使用的额定环境温度θ0＝＋40℃，如周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。
⑵按短路情况校验
①短路热稳定校验
短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。
满足热稳定的条件为It2t≥Qk
式中Qk—短路电流产生的热效应
It、t—电器允许通过的热稳定电流和时间。
②电动力稳定校验
电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。
满足动稳定条件为：
Ies≥Ish
式中；；Ish—短路冲击电流有效值；
Ies—电器允许的动稳定电流的有效值；
3.3电气设备的选择
3.3.1断路器的种类和形式的选择
因为220KV侧有12回出线，500KV侧有6回出线，所以接入220KV,500KV侧的高压断路器应选择高压少油断路器。
⑵最高工作电压电压的选择（额定电压就为连接点的工作电压）
220KV侧Ualm≥UNm=1.1*110KV=242KV
500KV侧Ualm≥UNm=1.1*220KV=550KV
600MW机组出口Ualm≥UNm=1.1*18KV=19.8KV
300MW机组出口Ualm≥UNm=1.1*18KV=19.8KV
⑶额定电流的选择
500KV侧IN≥Imax=1.05×
=1.05*900/（1.732*500*0.85）=4.995KA
220KV侧IN≥Imax=1.05×
=1.05*900/（1.732*220*0.85）=2.918KA
机组出口
300MW机组IN≥Imax=1.05×
=1.05*300/（1.732*18*0.85）=11.887KA
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