完整版河南某地区2125MW火电厂的设计毕业论文.docx
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完整版河南某地区2125MW火电厂的设计毕业论文
绪论
在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中的作用已为人所共知，不仅全面的影响国民经济及其它部门的发展，同时也极大地影响人民的物质和文化生活水平的提高，影响整个社会的进步。
火电厂是电力系统的重要组成部分，担负着电能生产和电能转换、重新分配的重要任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。
火电厂是接受电能、变换电压和分配电能的，实现电能的远距离输送，将电能分配到用户，将发电机电压进行多次变换，由电力变压器、配电装置和二次装置构成。
按火电厂的性质和任务不同，分为去区域火电厂和地方火电厂。
按地位和作用不同分为枢纽火电厂、地区火电厂和用户火电厂。
随着国民经济的持续发展，人民的生活质量和生活水平不断提高家用电器越来越多的进入千家万户，人们对用电质量的要求越来越高。
并且电力系统的发展电网结构越来越复杂。
需准确掌握电网和火电厂的运行情况。
并逐步采用无人值班管理模式。
传统火电厂一般都采用常规设备。
各个断路器的控制与信号回路、各事故信号和预告信号均采用独自的信息传送通道，主要是从被监控的一次设备到主控室。
信号传送距离长，使电压互感器和电流互感器的测量精度降低，并且电缆用量巨大。
无自动电压调节功能。
所以，常规装置结构复杂，可靠性低，维护工作量大。
因此，实现火电厂综合自动化是全面提高火电厂的技术水平和管理水平的重要目标。
本次设计的为110kV火电厂，主要是一次部分有火电厂总体分析和负荷分析、火电厂主变压器的选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择、配电装置及电气总平面布置设计，在设计中发现所用数据不够准确，特别是在电气设备选择计算中，存在很大缺陷，力求在以后的设计中能够逐步趋于完善，相信不久能实现无人值班高度自动化以弥补传统火电厂的缺陷。
第1章概述
1.1概述
此为河南某地区火电厂的设计，担负着向河南某地区及市郊工农业生产和居民生活用电的任务，承担着河南某地区的输变电任务。
根据《电力系统技术规程》中的有关部分，火电厂的设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期、长期电力规划的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究提出系统设计的具体方案；应合理利用能源，合理布局电源和网络，使发、输、变电及无功建设配套协调，并为系统的继电保护设计，系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条件。
设计方案应技术先进、过度方便、运行灵活、切实可行，以经济、可靠、质量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生活的需要。
设计水平可为今后第五年至第十年的某一年，并应对过度年进行研究（五年内逐年研究），远景水平可为第十年至第十五年的某一年，且宜与国民经济计划的年份相一致。
系统设计经审查后，二至三年进行编制，但有重大变化时，应及时修改。
此设计110KV火电厂是地区性城市火电厂，它与系统1和系统2相连，同时向该地区供电，系统总容量为：
与系统联系较为紧密，在整个系统中占有重要地位。
1.2本次设计的内容
火电厂是联系发电厂和用户的初始环节，起着生产和输送电能的作用。
这就要求火电厂的一次部分设计必须经济合理，再加上安全可靠的二次部分设计，这样火电厂才能正常的运行工作，满足该河南某地区的人民生活的需要。
设计内容主要包括火电厂总体分析、电力系统分析、锅炉、汽轮机的选择、电气主接线的选择、主变压器的选择、所用变的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置和防雷保护等内容。
本部分设计主要参考了《电气一次部分设计手册》、《电气一次部分设备手册》等，按照有关的技术规程和工程实例进行的。
1.3本次设计的任务
本次设计的主要任务是河南某地区110KV的火电厂的设计，设计的任务是电气的一次部分的设计和计算。
在一次部分中，首先要对电力系统和火电厂进行总体分析；再进行负荷分析和短路电流的计算，然后选择主变压器；下一步是电气主接线的型式的设计，选择合理的电气设备的选择。
在具体计算后，进行配电装置及电气总平面的布置设计，使建站合理化，并进行防雷设计，保证安全。
第2章火电厂设计分析
2.1电力系统分析
根据《火电厂设计规范》规定：
火电厂的设计应根据工程的5—10年发展规划进行做到远，近期结合。
以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。
必须以全出发，统筹兼顾。
按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案。
必须坚持节约用地的原则。
符合现行的国家有关标准和规范的规定。
本次设计110KV火电厂是地区性城市火电厂，向河南某地区及附近工厂企业以及生活用电供电，它由系统1（容量为2500MVA）和系统2（容量为∞MVA）供电，同时向火电厂甲和火电厂乙供电，与系统联系紧密。
2.2火电厂分析设计步骤
2.2.1编制依据及说明
一、编写依据
1.己批准的计划任务书、初步设计及有关图纸资料；
2.国家己下达的计划文件，工程的规划容量和规划建设年限，以及国家计划
对本工程的投产要求；
3.主要工程量及概算投资；
4.设备清册和主要材料清册；
5.上级主管部门的有关本项目建设的指示文件；
6.现场情况调查资料。
二、资料收集
1.选厂报告及厂区测量报告（可行性研究报告）；
2.厂区的水文、地质、地震、气象资料；
3.施工地区情况及现场情况；
4.主要材料、设备、施工机具的技术资料和供应状况；
5.类似工程的施工方案及工程总结资料；
6.其它必须收集的资料。
三、参考文献
1.《电力建设工程施工技术管理制度》
2.《建筑工程施工组织设计编写手册》
3.《建筑工程项目建设工期定额》
4.《火电施工质量检验及评定标准》
5.《电力建设安全施工规定》
6.《电力建设施工机械设备管理规定》
2.3火电厂总体分析
2.3.1工程概述
该火电厂规划容量为2×125MW凝汽式机组，工程建设规模2×125MW，与主电网联络，对电网的安全、经济稳定运行具有举足轻重的作用。
一、地形地貌火电厂厂址位于河南某地区，属于平原地形。
二、地下水 该地区的地下水在40m以下，地下水资源丰富。
火电厂各建、构筑物基础设计人饮用可不考虑地下水影响。
三、不良地质现象厂区地表自然地面1.0m深度范围内，主要为中硫酸盐渍土，1.0m以下为弱硫酸盐渍土。
四、场地类别本火电厂厂址场地构造性好，属中硬场土地，建筑场地类别为II类，为建筑抗震有利地段，适宜建厂。
五、厂址地震基本烈度为6度。
六、气象条件厂址离城市较远，且靠近山谷较近。
厂址气象资料有关数为：
年平均气温 14.8℃
年极端最高气温 37℃
年极端最低气温 10.0℃
年平均极端最高气温 37.0℃
年平均降水量 658.0mm
年平均蒸发量 319.7mm
年最大积雪厚度 48.0mm
年平均相对湿度 60%
最大冻土深度 150cm
年平均日照时数 6d
年平均沙尘暴日数 5d
年平均风速 5.0ms
主导风向 东南风
七、水文情况境内有大河，该河由于没有详细的实测洪水资料，只能根据调查的洪水资料分析。
该河水文站从1957年至今己有40年实测洪峰流量资料。
最大洪峰流量只有234m3s。
该河后沟道班河段洪峰流量为80Om3s。
本工程位于本地较高处上，百年一遇河道洪水并没有威胁厂址。
2.3.2建站必要性及选址概况
为了满足河南某地区生产和生活的供电要求，决定要新建一所2*125MW火电厂。
火电厂的站址选择在河南某地区内部，靠近负荷中心，有利于系统运行性能的提高，降低损耗，提高经济效益；该厂设在煤矿附近解决了能源问题。
站址选择北部附近有公路，铁路穿越，交通运输便利，同时也为火电厂职工的生活提供了方便：
该厂3公里初有许多废矿井和山沟，可做储灰场使用。
该地地下水资源丰富，有充足的水源条件，满足生产和生活用水的需要；火电厂所处区域地势平坦、土质为黏土，有利于线路架设和电气设备的安装；海拔200米，有利于火电厂的经济运行，地震烈度为6度降低对防雷保护装置的要求；火电厂选址避开了工业电力负荷：
如冶炼厂、纺织厂、农机厂、制药厂等污染企业的影响，此外，火电厂位于南部，主导风向为东南风，避免了将火电厂设在污染源的下风口（冬季主导风向为东南风），否则将会发生污闪事故和沿面放电，影响电力系统的运行性能；火电厂东部没有重要的电力负荷，这为进出线提供了广阔的线路走廊，还有利于火电厂的扩建；另外，火电厂选址还考虑了火电厂与附近设施的影响。
因此，火电厂选址不当，必将影响企业供电系统的主接线方式，送电线路的规格和布局，电网损失及投资的大小，还可能引起电力倒流，产生严重后果。
所以站址的选择要从多方面考虑。
2.3.3建站的规模
新建火电厂是110KV的降压火电厂，出线4回及备用2回，火电厂的规模比较大。
110KV的配电室建设分为屋内式和屋外式。
屋内式运行维护方便，占地面积少，在选择型式时应考虑环境条件因地制宜技术经济合理时优先选用户内式总体布置的结构合理，便于设备操作、搬运、检修、试验、巡视和发展。
适当安排建筑物内各房间的相对位置。
由电力系统的结构简图可知，火电厂在电力系统中的位置十分重要，属于地区火电厂。
如果该火电厂出现问题，将会引起所处地区全部停电，影响工农业经济的发展，给人民群众的生活带来极大的干扰和影响。
2.4负荷分析
表2-1电厂负荷资料
电压等级
线路名称
最大负荷（MW）
负荷组成（﹪）
负荷性质
自然力率
线路长度
（km）
一期
终期
一级
二级
110kV
新热线
25
30
60
25
城市用电
0.75
20
新甲线
40
45
15
65
城市工业
0.75
30
新线
35
40
25
45
煤矿
0.78
20
新丙线
35
40
25
45
县城
0.8
30
发展1
35
25
45
矿区
0.8.
45
发展2
30
40
20
110KV侧负荷分析：
负荷有市甲线、市系Ⅰ线市系Ⅱ线通过电源SⅠ、SⅡ和甲火电厂连接环网，而且各条线路的最大穿越功率不同，对电力系统造成的破坏程度也有所不同。
如果发生故障将严重影响系统运行的稳定性，降低供电可靠性，所以有双电源供电，保证不间断供电。
通常根据负荷的用电程度不同将电力负荷分为三级：
一级负荷，二级负荷，三级负荷。
在110KV侧：
负荷分为工业电力负荷和非工业电力负荷两种。
其中工业电力负荷有水厂、冶炼厂、仪表厂、制药厂、农机厂、纺织厂等城市工业；非工业电力负荷有市政、医院等城市用电及煤矿、县城、矿区等非工业电力负荷。
一级负荷中断供电将造成人身伤亡,在政治经济上造成重大损失如重要交通枢纽通信枢纽经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所,还使设备损坏,产品报废重要负荷中断供电将发生爆炸,火灾或中毒等给人民的生活带来影响;二级负荷中断供电在政治经济上造成较大损失使连续的生产过程被打乱,需长时间才能恢复,使企业减产影响重要单位的正常工作使公共场所秩序混乱;三级负荷:
中断供电后无重大影响。
所以,要求一级负荷应有两个电源供电,当一个电源发生故障时另一个不会受到损坏,有时对特别重要的负荷设有应急电源,保证对它的供电。
应急电源有独立于正常电源的发电机组,干电池,蓄电池,专门的反馈线路。
二级负荷的供电系统应能做到当电力变压器故障或电力线路常见故障时不致中断供电或中断后能迅速恢复,在负荷小或地区供电条件困难时可用专用的架空线路供电当采用电缆字配电所配电时需采用两根电缆,每一根能承受100%的二级负荷且互为热备用。
而三级负荷对电源无特殊要求。
第3章短路电流的计算
3.1短路电流的计算
在电力系统中,短路故障造成发电机功率不平衡而失去同步,给系统带来很大危害.其中短路的形式分为三相短路,两相短路,单相短路接地,两相短路接地,在四种短路形式中,三相短路时短路电流最大.短路故障使电源供电回路的总阻抗减小,产生暂态过程,电流增加超过额定电流值很大,短路点产生电弧烧坏电气设备,并引起电力网络中电压降低，在靠近短路点部分用户的用电设备破坏.功率发生变化,当机械功率大于输出的电磁功率时,发电机的转速增加,破坏电力系统的稳定性,引起大片地区的停电.
3.2计算目的及基本情况
计算短路电流的目的是选择电气设备的依据,是比较选择电力系统接线图的依据,所以可确定加装电抗器来限制短路电流.
3.2.1短路电流计算的基本情况
一、电力系统中所有电源均在额定负荷下运行，相位角相等，频率相同在短路前电力系统的电势和电流是对称的；
二、以变压器为理想变压器，铁心处于饱和状态，电抗值不随电流的变化而变化；
三、输电线路的分布电容可省略不计；
四、应考虑对短路电流值有影响的所有元件，不考虑短路点的电弧电阻；
五、采用平均电压，这样在计算短路电流时，可减小误差，计算发电机，变压器，线路等元件的电抗；
六、简化时在电源短路点很近的情况下，发电机由于特性不同将对短路电流的变化规律有决定的影响，不能将不同类型的发电机合并，如果发电机与短路点之间的电气距离较大时，不同类型的发电机引起的短路电流变化规律的差异受到极大的削弱，这时可将不同类型的发电机合并。
3.3计算过程
在母线上确定两个短路电流点f1、f2。
其中f1位于110KV母线上,f2位于10KV母线上，两台主变压器并列运行的短路点。
图3-1
（1）画出等值电路图简网络：
图3-2
（2）选择基准容量，算出电抗：
在计算的时忽略甲变与已变对短路计算的影响，查《供用电实用手册》910架空线路钢芯铝绞线的电抗值：
各线型的单位电抗分别是：
LGJ-150X1=0.422ΩKM
LGJ-185X2=0.409ΩKM
LGJ-240X3=0.407ΩKM
所以可把电抗值X=0.4ΩKM
计算各线路的阻抗值
（3）化简网络化简结果如图5-3
图3-3
即为G12的转移阻抗，即为系统S1的转移阻抗，即为系统S2的转移阻抗。
（4）：
如图5-4：
图3-4
：
所以：
：
：
所以：
则：
=0.019+16.6+0.189=16.808KA
短路电流计算如表3-1：
表3-1短路电流计算列表
短路点
（KA）
（KA）
（KA）
（KA）
（KA）
（KA）
（KA）
16.808
16.809
16.809
16.8
16.0
25.38
42.786
第4章锅炉汽轮机系统概述及选择
火力发电厂简称火电厂，火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热能发电的动力设施，包括燃料燃烧释热和热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。
锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。
其能量转换过程是：
燃料的化学能----热能----机械能----电能。
火电厂的生产过程就是化学能转化为电能的过程，其可分为四个系统：
燃烧系统、汽水系统、电气系统、控制系统。
燃烧系统是由运煤系统、磨煤系统、燃烧系统、风烟系统、灰渣系统等组成。
4.1锅炉系统概述及选择
锅炉设备是火力发电厂的主要热力设备，其作用是使燃料通过燃烧将其化学能转化为热能，并以热能加热给水以生产具有一定规范的过热蒸汽。
锅炉设备是锅炉本体及其辅助设备的总称。
锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的，所谓的锅是指锅炉的汽水系统，由气泡、下降管、集箱、导管及各热交换受热面等承压部件组成，用以完成水变为过热蒸汽的吸热过程。
炉是指锅炉的燃烧系统，由炉膛、燃烧器、烟道、炉墙构架等非承压部件组成，用以完成煤的燃烧放热过程。
将两者有机的结合起来的整体称锅炉。
锅炉的辅助设备主要包括供给空气的送风机、排除烟气的引风机、煤粉制备系统以及除渣、除尘设备等。
锅炉承受高温高压，安全问题十分重要。
因此，对锅炉的材料选用、设计计算、制造和检验等都制订有严格的规定。
4.1.1锅炉规格与种类
一、锅炉的规格
锅炉规格表示锅炉生产蒸汽或加热水的能力及水平。
蒸汽锅炉的规格以单位时间内产生蒸汽的数量及蒸汽参数表示，热水锅炉的规格以单位时间内水的吸热量及热水参数表示。
蒸汽锅炉每小时所产生蒸汽的数量称为锅炉的蒸发量，也称锅炉的容量或出力，通常以符号“D”表示，单位为t、排气压力0.7MPa的螺杆式空气压缩机，其中2台运行，一台备用。
对应配置了3台冷冻式干燥机及2台8m3的储气罐，使输送空气品质达到：
压力露点温度为+2℃、含油量<5ppm。
电除尘器下的仪用控制气源由全厂仪用空压机供给。
七、热工控制系统
本工程主厂房内锅炉、汽机、除氧给水、电气设备在运转层的控制室单元控制，单元控制室设在主厂房内9m运转层B列柱-K3框架间、C列柱-Kl柱及号柱之间，主要控制设备位于控制室内。
通过控制室内的控制设备实现对锅炉、汽机、除氧给水等设备进行监测控制，对化学水处理车间在就地或就地值班室内设监测控制盘，除灰系统在就地设值班室，采用程序控制方式。
其他的辅助系统采用就地控制。
本工程以DCS为主要监视和控制手段，主次分明。
即集控、就地盘及就地控制三层和按不同的功能及相对独立的系统分组。
各控制系统间的通讯与接口。
DAS、MCS、SCS为DCS的功能站，采用数据通讯，共享信息。
DCS与其他独立的控制系统的接口采用硬接线方式。
DCS选用在大型火电机组上有成功运行经验，适合国内电站特点且性能价格较好的产品，分散控制系统（DCS），DEH控制系统，重要机柜和继电器柜等采用两。
路电源并为备用，一路来自交流220V电气中央屏，一路来自单相交流220VUPS。
4.1.3锅炉选择
该火电厂设计选用锅炉为：
DG-42013.7-II型、7320 吨、一次中间再热、四角喷燃、自然循环汽包式锅炉。
4.2汽轮机系统概述及选择
汽轮机主要由静叶片和紧连着轴转动的动叶片组成。
具有一定温度和压力的蒸汽喷嘴，在喷嘴中膨胀，将其热能释放出来，动叶片带动转轴变成机械能。
汽轮机的转轴连接发电机转轴。
使发电机的轴转动带动磁场转动，切割磁力线，从而产生工农业和其他各行业所需的电能。
汽轮机分为高、中、低压三个缸，里面的空气为负压，高压缸内由于气压较高，一般采用双层缸，为的是减小壁厚，在两层中间通有蒸汽，使内外膨胀同步，提高了机器的安全性。
气轮机的转轴和发电机的转子同为一体，在润滑油系统的由膜上运行。
电站汽轮机的功率一般较大，蒸汽压力较高，总焓降大效率要求也高。
为了保证输出电流频率不变，电站汽轮机始终稳定在同一个转速下工作，通常为3000rmin.
高压旁路系统的主要功能:
改善机组冷态、温态、热态的启动特性,缩短启动时间；能够适应机组定压和滑压运行的要求.启动期可控制新汽压力和中压缸进汽压力;正常运行时,监视锅炉出口的压力和高压旁路后温度,防止超高压。
4.2.1汽轮机工作原理及其分类和型号
一、凝汽设备的工作原理
凝汽设备在汽轮机热力循环中起着冷源的作用，用来降低汽轮机排汽，气轮机常见故障与诊断要求自动化程度较高，有一套较为完善的自动参数越线报警、危险停车系统。
故障诊断是利用已知的检测参数、故障现象，结合经验知识找到发生故障的原因。
气轮机的故障诊断属于机械设备故障诊断所研究的范畴，由于其结构较复杂，各子系统间的联系较为密切，当子系统发生故障或某一零件失效后，将导致燃机停机。
为保证机组安全、可靠运行，有必要对燃气轮机实施一套参数监测和故障诊断系统。
常见故障为飞车、断油、水冲击、动静之间产生摩擦等。
水冲击的故障现象为蒸汽温度连续下降50度左右，冒白气，噪声增大，振动增大等。
常用的监视仪表有：
真空表、油压表、水位表、气温表、振动表等
图4-1
二、汽轮机的分类和型号
汽轮机历史较久，用途广泛，类型繁多，可以从不同的角度将汽轮机进行分类：
1.按工作原理可分为
（1）冲动式汽轮机 由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀。
（2）反动式汽轮机 由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同，由于反动级不能做成部分进汽，故调节级采用单列冲动级或复速级。
2.按热力特性可分为
（1）凝汽式汽轮机 排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水。
有些小汽轮机没有回热系统，称为纯 凝汽式汽轮机。
（2）背压式汽轮机 排汽直接用于供热，没有凝汽器。
当排汽作为其它中低压汽轮机的工作蒸汽时，称 为前置式汽轮机。
（3）调节抽汽式汽轮机 从汽轮机某级后抽出一定压力的蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。
由于热用 户对供热蒸汽压力有一定要求，需要对抽汽供热压力进行自动调节，这称为调节抽汽。
根据供热需要，有一次调节抽汽和两次调节抽汽。
（4）抽汽背压式汽轮机 具有调节抽汽的背压式汽轮机
（5）中间再热式汽轮机 进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被全部抽出送往锅炉的再热器进行再热，再 返回汽轮机继续膨胀做功。
（6）混压式汽轮机 利用其它来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作。
通常用于 工业生产的流程中，作为蒸汽热能的综合利用。
3.按汽流方向可分为
（1）轴流式汽轮机
（2）辐流式汽轮机
4.按用途可分为
（1）电站汽轮机 用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转速运行，故也称为定转速汽轮机， 主要采用凝汽式汽轮机。
也采用同时供热供电的（抽汽式、背压式）汽轮机，通常称它们为 热电汽轮机或供热式汽轮机。
（2）工业汽轮机
（3）船用汽轮机
（4）凝汽式供暖汽轮机
5.按进汽参数可分为
（1）低压汽轮机 新蒸汽压力小于1.5Mpa
（2）中压汽轮机 新蒸汽压力为2~4Mpa
4.2.2汽轮机选择
该火电厂选用：
汽轮机为上海汽轮机厂生产的超高压、中间再热、高中压
4.3主要建构筑物及安装系统设计简介
工程主厂房按２×125ＭＷ超高压中间再热机组布置。
4.3.1主要建构筑物设计简介
一、按汽机房、除氧煤仓间、锅炉房顺序排列。
除氧煤仓间为单框架结构。
主房布置主要尺寸如下：
主厂房柱距 8m
汽机房跨距 33m
汽机房前披屋跨距 3.9m
除氧煤仓间跨距 13.5m
主厂房运转层标高 9.Om
给煤机层标高 11.5m
煤仓间及除氧器层标高 19.5m
输煤胶带层标高 1.5m
汽机房屋架下弦标高
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