发电厂电气部分课程设计报告.docx

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发电厂电气部分课程设计报告

四川大学网络教育学院

专业课课程设计

题目哈尔滨热电厂电气主接线系统

办学学院四川大学电气信息学院

学习中心黑龙江松花江林区奥鹏

专业层次专升本

年级0709

学生姓名张辉

学号DH1072r7001

2011年2月18日

一、设计依据和原始资料分析

1.哈尔滨热电厂环境概况

地理位置

　　哈尔滨热电有限责任公司位于哈尔滨市动力区安通街125号。

　　哈尔滨是中国黑龙江省省会，是我国东北北部政治、经济、文化中心，也是我国省辖市中面积最大、人口居第二位的特大城市,哈尔滨地处东北亚中心位置，被誉为欧亚大陆桥的明珠，是第一条欧亚大陆桥和空中走廊的重要枢纽。

交通条件

　　铁路：

铁路主要有哈大、滨绥、滨州、滨北、拉滨五条铁路连通国内。

　　公路：

102国道（京哈高速公路）、202国道（黑河－大连）、221国道（哈尔滨－同江）、301国道（满洲里－绥芬河）四条国道呈辐射状通向全国各地。

省内有哈尔滨－大庆、齐齐哈尔；哈尔滨－牡丹江、绥芬河；哈尔滨－佳木斯、鹤岗三条高速公路。

水路：

哈尔滨水运航线遍及松花江、黑龙江、乌苏里江和嫩江，并与俄罗斯远东部分港口相通，经过水路江海联运线，东出鞑靼海峡，船舶可直达日本、朝鲜、韩国和东南亚地区。

企业现状

哈尔滨热电有限责任公司，是我国第一座自己设计、制造并安装的高温、高压热电厂，股东分别是黑龙江省电力有限公司、哈尔滨能源投资公司、黑龙江省电力开发公司和黑龙江电力股分有限公司。

气象条件

哈尔滨位于最北端，是我国纬度最高、气温最低的大都市。

四季分明，冬季漫长寒冷，而夏季则显得短暂凉爽。

哈尔滨的集中降水期为每年7至8月，集中降雪期为每年11月至次年1月。

年平均温度3.6℃。

最冷的1月份，平均气温为零下13.2℃至零下24.8℃，最热的7月份，平均气温为18.1℃至℃。

2．原始资料

毕业设计原始资料：

1．电厂为3台100MW汽轮发电机组，一次设计完成。

2．有220KV和110KV两级电压与系统连接，220KV出线有4回，每回出线最大输送容量为50MVA，220kv电压等级最大负荷250MW，最小负荷200MW，110KV出线有3回，每回出线输送容量为35MVA。

本厂无6～10KV及35KV出线。

毕业设计的任务

1．完成电气一次主接线形式比较、选择；

2．完成主变压器容量计算、台数和型号的选择；

3．进行必要的短路计算以完成电气设备的选择；

毕业设计主要技术指标、要求及内容

1．系统阻抗在最大运行方式下（），与110KV系统的联系阻抗为，与220KV系统的联系阻抗为，两系统均视为无穷大容量系统。

2．发电机参数：

型号QFN-100-2。

二、电气主接线的设计

电气主接线是发电厂电气设计的首要部分,也是构成电力系统的主要环节。

电气主接线的叙述

1.单元接线

其是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种，此种接线方法设备更多。

本设计中机组容量为300MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器。

这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。

2.单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线

优点：

在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不带电，通常两侧的开关处于合闸状态，检修时两两互为热备用；检修QF时，可不停电；可靠性高，运行操作方便。

缺点：

增加了一台旁路断路器的投资。

3.单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线

优点：

可以减少设备，节省投资；同样可靠性高，运行操作方便；

4.双母线接线

优点：

供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。

缺点：

由于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。

5.双母线带旁路母线的接线

优点：

增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。

缺点：

多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作[1][2][3]。

拟定两种方案

第一种方案是：

侧采用单元接线，110KV侧采用单母线分段带专用旁路器，220KV侧采用双母线设计。

其主接线如图2-1所示。

图2-1第一种方案主接线图

第二种方案是：

侧采用单元接线，110KV侧采用单母分段线分段断路器兼作旁路断路器，220KV侧采用双母线带旁路。

其主接线如图2-2所示。

图2-2第二种方案主接线图

现对这两个方案进行综合比较：

（如表2-1）

表2-1方案比较

方案

项目

方案一

方案二

可靠性

1）220KV接线简单，设备本身故障率少；

2）220KV故障时，停电时间较长。

1）220KV可靠性较高；两台主变压器工作，保证了在变压器检修或故障时，不致使各级电压解列，提高了可靠性。

灵活性

1）220KV运行方式相对简单，灵活性差；

2）各种电压级接线都便于扩建和发展。

3）110KV操作过程复杂

1）各电压级接线方式灵活性都好；

2）220KV电压级接线易于扩建和实现自动化。

3）110KV操作过程相对简单

经济性

1）220KV设备相对少，投资小；

2）110KV增加了一台旁路断路器的投资

1）220KV设备相对多，投资较大；

2）110KV设备少，投资小

通过对两种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，现确定第二方案为设计最终方案。

三、短路电流计算

短路电流计算的目的

在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

其计算的目的的主要有以下几个方面：

1.在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。

2.在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。

同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。

3.在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。

4.在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。

5.接地装置的设计，也需用短路电流。

短路电流计算条件

1．基本假定：

（1）正常工作时，三相系统对称运行

（2）所有电流的电动势相位角相同

（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行

（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间

（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计

（6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流

（7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围

（8）输电线路的电容略去不计

2．一般规定

（1）验算导体电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。

（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点

（4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

[3][4]

系统的电路图等效电路如图3-1：

图3-1等值电路图

设MV·A，。

计算各个元件标幺值。

发电机：

110KV和220KV：

双绕组T：

由于三侧容量相等，所以主变各绕组阻抗计算如下：

变压器各绕组阻抗标幺值：

当点短路时，简化电路图为：

各元件标幺值如下：

图3-2简化后的等值电路图图3-3简化后的等值电路图

对图3-3中的,,支路进行Y—△变换,得如图3-4所示:

对图3-4中的支路进行星网变换,求得各个电源点对的转、移电抗为（图3-5）:

图3-4星网变换图图3-5各电源单独计算的等值电路图

）

）

把220KV和110KV侧按照无穷大功率电源处理,则电流标幺值为：

发电机的计算电抗：

汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线,电流标幺值为：

0s时：

所以：

有名值:

冲击电流：

短路容量：

MVA

时：

有名值为：

KA

时：

有名值为：

KA

（2）当点短路时，由计算中的图3-6、图3-7和图3-8可以简化为，如图3-9所示：

图3-6等值电路图

图3-7简化后的等值电路图图3-8简化后的等值电路图

图3-9简化后的等值电路图

把220KV和110KV侧按照无穷大功率电源处理,则短路电流标幺值为：

发电机的计算电抗：

汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线,电流标幺值为：

0s时：

所以：

有名值:

冲击电流：

短路容量：

MVA

时：

有名值为：

KA

时：

有名值为：

KA

（3）当点短路时，由图3-10化简可得图3-11：

图3-10等值电路图

图3-11Y—△变换图图3-12简化后的等值电路图

先对图3-11中的支路进行Y—△变换，然后把C电源分裂，如图3-12所示：

再对支路进行星网变换，如图3-13所示：

++）

图3-13各电源单独计算的等值电路图

+++）

+++）

把220KV和110KV侧按照无穷大功率电源处理,则短路标幺值为：

发电机的计算电抗：

轮发电机按照计算电抗查计算曲线,电流标幺值为：

0s时：

冲击电流：

短路容量：

时：

有名值为：

KA

时：

有名值为：

KA

（4）当点短路时，由图3-14和图3-15，再把进行Y—△变换,得如图3-16所示:

图3-14等值电路图

图3-15简化后的等值电路图

图3-16Y—△变换图

而B点假设成无穷大功率电源，则可以把它分裂成如图3-17所示：

图3-17分裂电源图

然后再把支路进行△－Y变换，如图3-18所示：

图3-18△—Y变换图

把图3-18整理，然后把其中的支路进行Y－△变换，得图5-19：

图3-19分裂电源图

图3-19中的是无限大功率电源分裂出来的。

用单位电流法求其转移阻抗。

令的电动势为0，假设在点加电源使所在支路通过单位电流，如图3-20：

由于假设为电抗，不考虑相位的问题，则电压与电流的有效值为：

图3-20求转移阻抗及电流分布系数图

：

其中把电源看成无限大功率电源，其电流标幺值为：

发电机的计算电抗：

汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线,查得电流标幺值为：

0s时：

有名值：

冲击电流：

短路容量：

时：

有名值为：

KA

时：

有名值为：

KA

（5）点的短路计算与点相同。

短路计算结果列表于下：

表3-1短路计算结果

短路点

基准电压

短路电流（0时刻）

冲击电流

短路容量

短路电流（时刻）

短路电流（时刻）

（KV）

（KA）

（KA）

（MVA）

（KA）

（KA）

K1

K2

230

K3

115

K4

K5

四、主变压器的选择

主变压器台数的确定

确定主变压器台数的因素很多，主要取决于该电厂在系统中的重要性并结合电厂本身的装机台数。

为减少主变压器台数，可考虑采用扩大单元接线。

一般装机一至三台的小型非骨干电厂以确定一台主变压器为宜，装机四台及以上的小型电厂可考虑确定两台主变压器以满足运行的可靠性和灵活性。

无调节水库的径流电站，偏僻山区的运输困难的电站可采用两台小容量的变压器并列运行。

主变压器的容量确定

1.发电机—变压器单元接线中的主变容量应按发电机额定容量扣除本机组厂用电后，留有10%的裕度来确定。

主变容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。

2.高、中压电网的联络变压器应按两级电网正常与检修状态下可能出现的最大功率交换确定容量，其容量一般不应低于接在两种电压母线上最大一台机组的容量。

3.小型电厂机端电压母线上的升压变压器的容量选择条件为：

（1）接于该母线上的发电机处于全开满载状态而母线负荷（包括厂用电）又最小时能将全部剩余功率送出。

（2）发电机开机容量最小、母线负荷最大时，经主变压器倒送的功率。

（3）两台变压器并列运行互为备用时，其原则与前述联络变压器同。

由于变压器的检修周期长，而且它可与该母线上的发电机检修相配合，因此不需因检修增加容量。

变压器型式的选择

1.单相变压器的使用条件

一般用三相变压器，单相变压器应用于500KV及以上的发电厂、变电站中。

2.三绕组普通变压器和三绕组自耦变压器的使用条件

使用三绕组变压器比使用两台双绕组变压器经济。

使用自耦变压器不经济，且自耦变压器只能用于高、中压中性点都有效接地的电网，故其只能用于220KV及以上的发电厂和变电站。

且自耦变阻抗较小可能使短路电流增加，故应经计算确定。

3.有载调压变压器的使用条件

在电压变化范围大且变化频繁的情况下需使用有载调压变压器。

有载调压变压器的价格较贵，质量不行大大降低其可靠性，所以应慎用。

一般中小电厂设立发电机电压母线的，连接该母线与高、中压电网的变压器可能出现功率倒送，为保证母线负荷供电电压质量要求，通常要带负荷调节电压；地方变电站、工矿企业的自用变电站往往日负荷变化幅度很大，要满足电能质量也需带负载调压；330KV及以上的变电站在昼夜负荷变化时高压侧端电压变化很大，为维持中低压电压水平需装设有载调压变压器[1][3]。

根据本设计具体情况，应该选择两组变压器，一组为三绕组2台，另一组为双绕组2台。

本设计中的主变选择如下：

容量确定公式：

查《发电厂电气部分课程设计资料》，选定变压器的容量为150MVA。

由于升压变压器有两个电压等级，所以这里选择两台三绕组变压器和一台双绕组变压器，查《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》选定主变型号为：

①双绕组为SFP7-150000/220型。

主要技术参数如表4-1：

表4-1技术参数

额定容量

连接组标号

额定电压

空载损耗

阻抗电压

空载电流

150000

（KVA）

高压：

242±2×%

低压：

（KV）

140（KW）

%

%

②三绕组为SFPS-150000/220型。

主要技术参数如表4-2：

表4-2技术参数

额定容量

连接组标号

额定电压

空载损耗

阻抗电压（%）

150000

（KVA）

高压：

242±2×%

中压：

121

低压：

（KV）

168（KW）

高中：

中低：

高低：

五、结论

通过对“哈尔滨热电厂电气部分”的设计，我主要做了以下几个方面：

1发电厂电气主接线的设计（完成主接线；主变及厂变的选择：

包括容量计算、台数和型号的选择；绘出主接线图）；

2短路电流计算；

3主要电气设备选择；

其中，发电厂的电气主接线应满足供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和扩建的可能性等基本要求。

在设计主接线时，须因地制宜得综合分析该厂的容量、装机台数、负荷性质以及在次同中的地位等条件，依据国家有关政策及技术规范，正确确定主接线形式，合理选择变压器。

在设计过程中，应对原始资料进行详尽分析，关注电力市场化改革的进程，对草拟的主接线方案进行比较是，始终围绕着可靠性和经济性之间的协调，使主接线最终方案保证供电可靠、技术先进，同时又尽可能满足经济性的原则。

短路电流计算，一般需要计算短路电流基频交流分量的初始值，本设计中采用的是计算曲线法，其反映短路电流周期分量同计算电抗和时间的函数关系的一组曲线，可以利用计算曲线查出短路瞬间和短路后任意时刻该电源向短路点提供的短路电流周期分量的数值。

电气设备的选择条件包括两大部分：

一是电气设备所必须满足的基本条件，即按正常工作条件（最高工作电压和最大持续工作电流）选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。

为了使发电厂运行安全可靠，我们还对其进行了保护配置，主要是满足发电厂的安全可靠的运行。

附加：

电气主接线图

六、参考文献

1.熊信银.发电厂电气部分[M].中国电力出版社，2004

2.丁德劭.怎样对新技术标准电气一次接线图[M].中国水利水电出版社，2001

3.卓乐友.电气工程设计手册电气二次部分[M].中国电力出版社，1989

4.孟祥萍.电力系统分析[M].高等教育出版社，2004

5.弋东方.电力工程电气设备手册电气一次部[M].中国电力出版社，2002

6.曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M].东南大学出版社

7.刘吉来，黄瑞梅.高电压技术[M].中国水利水电出版社，2004

8.钟松茂，李火元.电力系统继电保护设计指导[M].中国电力出版社，1996

9.文锋.现代发电厂概论[M].中国电力出版社，1999

10.电力工业部西北电力设计院.电气工程设计手册电气一次部分[M].中国电力出版社，1998