火力发电厂厂用电设计.doc

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本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题目：

火力发电厂厂用电设计

学生姓名：

学号：

专业：

电气工程及其自动化

班级：

指导教师：

0

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）

火力发电厂厂用电设计

摘要

厂用电是发电厂设计的重要部分，也是构成电力系统的重要环节。

厂用电主接线的确定对发电厂本身的运行的可靠性、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定有较大的影响。

本毕业设计是对发电厂厂用电进行设计，主要运用发电厂电气部分、高电压技术、电力系统暂态分析、电力系统继电保护等专业知识来完成。

具体设计内容包括厂用电主接线设计、负荷分析计算、变压器选择、电动机自启动校验、短路计算、电力设备选取、继电保护设计、配电装置设计、防雷设计、绘制厂用电接线图。

本设计严格遵循发电厂电气部分的设计原则，利用换算系数法进行负荷分析计算，变压器选择低压分裂三绕组变压器，确定了合适的短路点进行短路电流计算,合理的对电力设备进行了选取；根据防雷保护要求确定避雷器；最后绘制了相关的图纸。

关键词：

厂用电接线；变压器；短路计算；设备选取

Theauxiliarypowersystemdesignforthepowerplant

ABSTRACT

Theauxiliarypowersystemisanimportantpartofthepowerplantdesign,butalsoconstituteanimportantpartofpowersystem.Themainconnectionofauxiliarypowertodeterminesystemthepowerplantitself,theoperationreliability,flexibilityandeconomyarecloselyrelated.Andelectricalequipmentselection,configurationofpowerdistributionequipment,relayprotectionandcontrolofthewaydevelopagreaterimpact.

Thetextisdesignedtowardstheauxiliarypowersystem,usingelectricalpowerplants,high-voltagetechnology,powersystemanalysis,powersystemautomation,powersystemprotection,andotherexpertisetocomplete,“PowerPlantpowerofdesign”mainly.Specificdesignelementsincludingelectricitycableplantdesign,loadanalysis,thechoiceoftransformers,motorsstartchecking,protectiondesign,distributiondesign,minedesign,drawingelectricityplantwiringdiagram,thesecondcircuitprotectionwiringdiagram,mappingdistributionsetup.Thedesignfollowsstricklytothedesignprinciplesoftheelectricalpowerplants,combinedwiththeactualsituationidentifyingthebusvoltageelectricityplantas6kV,usingconversionfactormethodtocalculatetheload,transformerchoosesthelow-voltagewinding.Fixtheappropriateshort-circuitpointtocalculatetheshort-circuitcurrent.

keyword:

auxiliarypowersystem;transformer;Shortcircuitcalculation;electricalequipmentselection

目录

摘要 I

ABSTRACT II

前言 1

第一章 厂用电电压等级确定及接线设计 2

1.1. 厂用电的电压等级确定 2

1.2. 厂用电接线设计 2

第二章 厂用电负荷计算及变压器选择 4

2.1. 厂用电负荷的计算原则 4

2.2. 厂用负荷的计算方法 5

2.2.1. 换算系数法 5

2.2.2. 电动机计算功率确定 5

2.3. 厂用变压器的选择 8

2.3.1. 额定电压 8

2.3.2. 各种变压器的台数和型式 8

2.3.3. 厂用变压器的容量 9

第三章 电动机的自起动校验 11

3.1. 电动机自起动校验定义与分类 11

3.2. 电动机自起动校验 12

3.2.1. 电压校验 12

3.2.2. 电动机自起动允许容量校验 14

第四章 短路计算及电气设备选择 15

4.1. 短路计算的目的及意义 15

4.2. 短路计算 15

4.3. 电气设备选择的要求和原则 16

4.4. 校验的原则及热稳定条件 17

4.5. 环境条件 17

4.6. 电气设备的选择 18

4.6.1. 断路器与隔离开关的选择 18

4.6.2. 电流互感器的选择 19

4.6.3. 电压互感器的选择 21

4.6.4. 支柱绝缘子的选择 21

4.7. 母线的选择 22

4.7.1. 母线材料、造型、和布置方式的选择 23

4.7.2. 导体的截面面积选择 23

第五章 继电保护总体方案 27

5.1. 主变压器保护规划 27

5.2. 变压器保护 27

5.3. 母线保护 28

第六章 配电装置、防雷与接地 30

6.1. 配电装置 30

6.1.1. 配电装置设计的基本步骤 30

6.1.2. 屋内配电装置的布置原则 30

6.2. 防雷保护设计 31

6.2.1. 雷电过电压的形式及危害性 31

6.2.2. 直击雷和感应雷保护 31

6.2.3. 雷电波入侵保护 32

6.2.4. 避雷器的选择 32

6.3. 接地设计 32

6.3.1. 降阻设计 33

6.3.2. 材料防腐分析 33

6.3.3. 地网接地电阻的推算 34

6.3.4. 阴极保护设计 35

6.3.5. 牺牲阳极法与外加电流法的技术特点比较 35

6.3.6. 牺牲阳极材料的选择 35

结论 38

参考文献 39

附录 40

致谢 46

46

前言

中国电力工业一直以高速发展，1949年全国电力装机容量为1850MW，发电量为43.1kW/h.1998年低，全国电力装机容量为2.77万kW，发电量11576.97亿kW/h。

我国电力装机容量和发电量仅次于美国跃居世界第二位，持续多年的电力供需矛盾得以缓解。

我国当前的电源构成情况大致是火力发电占75%左右，其余主要为水力发电，核能发电才刚刚开始发展，火力发电中烧煤超过90%，烧油约为6.78%，其余用其他原料。

近20年来水电装机容量增长了3.45倍，改革开放的20年间，在开发利用的风能、地热能、潮汐能、太阳能等新能源发面有了较大的发展。

随着WTO的加入，及政府的正确指导，我国经济高速增长，与此相伴，我国的电力消费始终保持强劲增长态势。

2004年全社会用电量达到21735亿kWh，比2003年增长15%，预计2007年全社会用电量约为24414-24935亿kWh，增长速度在12.325%-14.725%之间，虽然近两年已加快了电力投资，但总装机容量不足很问题仍严重。

随着“振兴东北老工业基地”号角的吹响，东北的经济将以更快的速度增长，因此迫切需求更多的电力能源作为经济发展的坚强后盾，作为振兴的先锋辽宁省电力供不应求局面将进一步加剧，2005全年电量缺口约40-50亿kWh，电力缺口约100-200万kW。

大型发电厂的建设，机组容量不断的增大，这对承担整个发电厂动力保证的发电厂厂用电系统来说，其运行稳定和供电可靠性提出了更高的要求。

目前国内大型火力发电厂大容量的发电机组一般都采用发电机变压器组单元制布置，每台机组机组常用系统设有2台启动备用变压器油，对2台机组厂用电系统交叉备用方式。

本次设计要求设计临河2x300MW发电厂的厂用电系统，该电厂是热电厂，厂用电率为10%，当地年最高温度40℃，年平均温度8.5℃；当地海拔高度1125m；当地雷暴日数34.7日／年；气象条件一般，无严重污染。

第一章厂用电电压等级确定及接线设计

1.1.厂用电的电压等级确定

厂用电的电压等级是根据发电机的额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络的等因素，相互配合，经过技术经济综合比较决定的。

为了简化厂用电接线，且使运行维护方便，厂用电压等级不宜过多。

在发电厂和变电站中，低压厂用电常采用400V，高压厂用电电压有3、6、10kV等。

为了正确选择高压厂用电的电压等级，需进行急速经济论证。

火力发电厂常采用3、6、10kV作为厂用电电压，发电厂中拖动各种厂用机械设备的电动机，容量相差悬殊，从数千瓦到数千千瓦，而且和电动机的电压和容量有关。

在满足技术要求的前提下优先采用电压较低的电动机，以获得较高的经济效益；而高压电动机，制造容量大、绝缘等级高、磁路较长、尺寸较大、价格高、空载和负载损耗均较大，效率较低。

但是，结合厂用电供电网络综合考虑，电压等级较高时，可选择截面较小的电缆或导线，不仅节省有色金属，还能降低供电网络的投资。

本设计2x300MW发电厂厂用电设计采用6kV作为厂用电电压。

6kV电动机的功率可制造的较大，以满足大容量负荷的要求；6kV和3kV厂用电系统相比，不仅节省有色金属和费用，而且短路电流亦较小；发电机电压若为6kV时，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供电给厂用电，以防止厂用电系统故障直接威胁主系统并限制其短路电流。

1.2.厂用电接线设计

300MW汽轮发电机组高压厂用电系统有两种接线方案，如图2.1所示。

所示方案Ⅰ，不设6kV公用负荷母线，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线上；方案Ⅰ的优点是公用负荷分接于不同机组变压器上，供电可靠性高、投资省，但也由于公用负荷分接于各机组公用母线上，机组工作母线清扫时，将影响公用负荷的备用。

另外，由于公用负荷分接于2台机组的公用母线上，因此，在机组G1发电时，必须也安装好机组G2的6kV厂用配电装置，并起动备用变压器供电。

所示方案Ⅱ，单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用负荷母线段正常由起动备用变压器供电。

方案Ⅱ的优点是公用负荷集中，无过度问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。

其缺点是由于公用负荷集中，并因起动备用变压器要用工作变压器做备用，故工作变压器也要考虑在起动备用变压器检修或故障时带公用负荷母线段运行。

因此，起动备用变压器和工作变压器均较方案Ⅰ变压器分支的容量大，配电装置也增多，投资较大。

这两种方案各有优缺点，经过技术经济比较后选定方案Ⅱ。

方案Ⅰ方案Ⅱ

图1.1高压厂用供电系统

第二章厂用电负荷计算及变压器选择

为了合理正确的选择厂用变压器的容量，需对每段母线上引接的电动机台数和容量进行统计和计算。

2.1.厂用电负荷的计算原则

1.经常连续运行的负荷应全部计入。

如引风机、送风机、排粉机、循环水泵等用的电动机。

2.连续而不经常运行的负荷亦应计入。

如充电机、备用励磁机、事故备用油泵等用的电动机。

3.经常而连续的负荷亦应计入。

如疏水泵、空气压缩机等用的电动机。

4.短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算。

如行车、电焊等。

但在选择变压器时，变压器容量应留有适当的裕度。

5.由同一台变压器供电的互为备用的设备，只计算同时运行的台数。

6.对于分裂变压器，其高低压绕组负荷应分别计算。

表2.1火电厂主要负荷及其类别

分类

名称

负荷类别

运行方式

备注

锅炉

部分

引风机

鼓风机

磨粉机

给粉机

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ或Ⅱ

Ⅰ

经常，连续

无煤粉仓时为Ⅰ

汽机

部分

凝结水泵

循环水泵

给水泵

给水油泵

生水泵

工业水泵

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅱ

经常，连续

给水泵不带主油泵时

电气及

公用部分

充电机

变压器

变压器冷却风机

通讯电源

硅整流装置

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅰ

不经常，断续

经常，短时

经常，连续

经常，连续

经常，连续

出灰

负荷

灰浆泵

碎渣机

电气除尘器

冲灰水泵

Ⅱ

经常，连续

辅助

车间

油处理设备

中央修理车间

起重机

电气实验室

Ⅲ

经常，连续

经常，连续

不经常，断续

不经常，断续

2.2.厂用负荷的计算方法

2.2.1.换算系数法

式（2.1）

式（2.2）

式中——厂用母线上的计算负荷，kV·A

——电动机的计算功率，kW

——换算系数，可取表2-2所列的数值

——同时系数

——符合系数

——效率

——功率因数

表2.2换算系数

机组容量

≤125

≥200

给水泵及循环水泵电动机

1.0

1.0

凝结水泵电动机

0.8

1.0

其它高压电动机及厂用低压变压器

0.8

0.85

其它低压电动机

0.8

0.7

2.2.2.电动机计算功率确定

对经常、连续运行的设备和连续而不经常运行的设备，即连续运行的电动机均应全部计入。

按下式计算

式（2.3）

对经常短时及经常断续运行的电动机应按下式计算

式（2.4）

对不经常短时及不经常断续运行的设备，一般可不与计算

式（2.5）

对中央修配厂的用电负荷，通常按下式计算

式（2.6）

式中——全部电动机额定功率总和,kW

——其中最大5台电动机的额定功率总和，kW

煤场机械负荷中，对大型机械应根据机械具体情况具体分析确定。

对中小型机械，应按下式计算

式（2.7）翻斗机

式（2.8）

轮斗机

式（2.9）

式中——其中最大3台电动机的额定功率之和，kW

对照明负荷计算式为

式（2.10）

式中——需要系数，一般0.8~1.0

——安装容量，kW

根据表3.1、3.2和3.3负荷运行方式及特点计算如下

由公式

6kVⅠA段

∑=15750+11000+630=27380kW

∑=500+1800+3360+475+1000=7135kW

=∑+0.85∑=33364.75kV·A

=0.85∑S=0.85×（1000+400+1250+1250）=3315kV·A

6kVⅠB段

∑=7300+11000+315=17615kW

∑=500+1800+2240+315+1000+400+400=6655kW

=∑+0.85∑=23288.75kV·A

=0.85∑S=0.85（1000+1250+1250+1250+400+400）=5550kV·A

重复容量

∑=315kW

∑=0

=315kV·A

=0.85（1000+1250+1250）=2975kV·A

公用ⅠA段

∑=0

∑=4800+3600+300+120+355=9175kW

=∑+0.85∑=7798.75kV·A

=0.85∑S=0.85（1000+1000+1250+1000+1250+315）=6855.25kV·A

公用ⅠB段

∑=0

∑=3200+3600+300+120+355=7575kW

=∑+0.85∑=6438.75kV·A

=0.85∑S=0.85（1000+1000+1250+1000+1250+315+1250+1000+1250）

=7917.75kV·A

表2.3负荷容量

设备名称

额定容量/kW

6kVⅠA段

6kVⅠB段

重复容量

设备名称

额定容量/kW

公用ⅠA段

公用ⅠB段

台数

容量

台数

容量

台数

容量

台数

容量

循环水泵

3150

5

15750

2

7300

水源变

1000

1

1000

1

1000

一次风机

500

1

500

1

500

卸煤工作变

1250

1

1250

1

1250

给水泵

5500

2

11000

2

11000

化水变

1000

1

1000

1

1000

引风机

1800

1

1800

1

1800

中水变

1000

1

1000

1

1000

磨煤机

1120

3

3360

2

2240

公用变

1250

1

1250

1

1250

球磨机

475

1

475

热网循环泵

1600

3

4800

2

3200

凝结水泵

315

2

630

1

315

315

工业废水变

315

1

315

1

315

送风机

1000

1

1000

1

1000

输煤工作变

1250

1

1250

1

1250

电除尘变

1000

1

1000

1

1000

热网疏水泵

1200

3

3600

3

3600

照明变

400

1

400

输送机

300

1

300

1

300

气机工作变

1250

1

1250

1

1250

斗轮机

120

1

120

1

120

锅炉工作变

1250

1

1250

1

1250

碎煤机

355

1

355

1

355

脱硫变

1250

1250

1

1250

除灰变

1000

1

1000

1

1000

增压风机

400

1

400

起动锅炉变

1250

1

1250

氧化风机

400

1

400

2.3.厂用变压器的选择

2.3.1.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出电压确定,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。

2.3.2.各种变压器的台数和型式

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（10kV和3kV两段）。

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；或者选用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。

2.3.3.厂用变压器的容量

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计算负荷的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有10%左右的裕度。

1.厂用高压工作变压器容量。

当为双绕组变压器时按下式选择容量

=1.1+式（2.11）

式中——厂用电高压计算负荷之和

——厂用电低压计算负荷之和

当选用分裂绕组变压器时，其各绕组容量应满足

高压绕组

≥∑-式（2.12）

分裂绕组

≥式（2.13）

式中——厂用变压器高压绕组容量，kV·A

——厂用变压器分裂绕组容量，kV·A

——厂用变压器分裂绕组计算负荷，kV·A

——分裂绕组两支重复计算负荷，kV·A

2.厂用高压备用变压器容量。

厂用高压备用变压器或起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于最大一台厂用低压工作变压器容量相同。

3.厂用低压工作变压器容量。

可按下式选择变压器容量

S≥式（2.14）

式中S——厂用低压工作变压器容量，kV·A

——变压器温度修正系数。

一般对装于屋外或由屋外进风小间内的变压器，可取=1，但宜将小间进出风温差控制在10℃以内；对于由住厂进风小间内的变压器，当温度变化较大时，随地区而异，应当考虑温度进行修正。

厂用变压器容量的选择，除了考虑所接负荷的因素外，还应考虑：

①电动机自起动时的电压降；②变压器低压侧短路容量；③留有一定的备用裕度。

4.厂用变压器的阻抗

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