火电厂毕业设计.docx
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火电厂毕业设计
重庆电力高等专科学校
毕业设计（论文）
题目：
2×300MW凝汽式发电厂电气部分设计
院系电力工程学院
专业发电厂及电力系统
班级
学生姓名
指导教师
日期2015年6月15日
重庆电力高等专科学校
毕业设计（论文）任务书
设计题目：
2×300MW凝汽式发电厂电气部分设计
院系电力工程学院
专业发电厂及电力系统
班级
学生姓名
指导教师
日期2015年6月15日
重庆电力高等专科学校
毕业设计说明书
《毕业设计》任务书
设计题目
2×300MW凝气式发电厂电气部分设计
设
计
技
术
参
数
1、本厂有四回为108KM的220KV输电线路，将本厂电能送入系统某500KV枢纽变电站，系统容量无穷大。
（系统与母线220KV间的电抗标幺值为0.02其中，SB=100MVA））
2.本厂无其他电压等级：
厂用电率5%-8%
3.环境条件：
海拔500m，最热月平均气温19.9OC，最热月最高平均气温23OC，极限最高气温31.5OC，极限最低气温-2OC，最热月地面下0.8m处土壤平均温度21.5OC，雷暴日数63日/年。
参
考
资
料
《发电厂电气部分课程设计参考资料》天津大学
《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）西北电力设计院
《发电厂变电站电气设备》重庆电专黄益华主编
《电力系统》重庆电专李霜主编
《电力工程电气设备手册》（电气一次部分）中国电力出版社
一、设计基础资料
1、本厂有四回为108KM的220KV输电线路，将本厂电能送入系统某500KV枢纽变电站，系统容量无穷大。
（系统与母线220KV间的电抗标幺值为0.02其中，SB=100MVA
2.本厂无其他电压等级：
厂用电率5%-8%
3.环境条件：
海拔500m，最热月平均气温19.9OC，最热月最高平均气温23OC，极限最高气温31.5OC，极限最低气温-2OC，最热月地面下0.8m处土21.5OC，雷暴日数63日/年。
三、毕业设计计划书
本次设计进程安排如下表：
内容安排
时间
1
下达、讲解设计任务及收集资料
1天
2
发电机台数和容量选择
1天
3
主变压器台数和容量选择
2天
4
电气主接线选择
5天
5
全厂电流、电压互感器选择
2天
6
短路电流计算
5天
7
主要电气一次设备选择
5天
8
绘制主接线图
4天
9
编辑设计说明书
5天
10
成绩考核及答辩
5天
摘要
能源是社会生产力的重要基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，而且种类也日渐繁多。
电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。
电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。
要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展。
因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。
本设计讨论的是两台30万机组的发电厂向500kV枢纽变电站送电的电气部分的设计。
对原始资料进行分析，选择主变压器，在此基础上进行主接线设计，再进行短路计算，选择主要一次设备。
关键词：
发电机、变压器、电气主接线、短路电流、继电保护。
前言…………………………………………………………………………………（7）
第一章发电机的选择………………………………………………………（8）
1.1概述…………………………………………………………………………（8）
1.2发电机选择结果……………………………………………………………（8）
第二章主变压器的选择……………………………………………………（8）
2.1概述…………………………………………………………………………（8）
2.2本厂主变压器的选择………………………………………………………（8）
第三章电气主接线设计…………………………………………………（10）
3.1概述…………………………………………………………………………（10）
3.2本厂主接线设计……………………………………………………………（11）
3.3厂用电系统的设计…………………………………………………………（12）
第四章短路电流的计算…………………………………………………（14）
4.1短路电流计算目的…………………………………………………………（14）
4.2短路等值电抗电路及其参数计算…………………………………………（15）
4.3各短路点短路电流计算……………………………………………………（16）
第五章电气设备的选择…………………………………………………（21）
5.1电气设备选择的一般原则及短路校验……………………………………（21）
5.2电气设备的整定计算………………………………………………………（22）
5.3断路器的选择………………………………………………………………（23）
5.46kV开关及开关柜的选择…………………………………………………（24）
5.5隔离开关的选择……………………v……………………………………（25）
5.6电压互感器的选择…………………………………………………………（26）
5.7电流互感器的选择…………………………………………………………（28）
5.8母线的选择…………………………………………………………………（29）
5.9避雷器选择………………………………………………………………（31）
第六章继电保护的配置……………………………………………………（32）
6.1概述…………………………………………………………………………（32）
6.2本厂个主要元件的保护……………………………………………………（32）
小结……………………………………………………………………………（36）
谢辞……………………………………………………………………………（37）
参考文献…………………………………………………………………………（38）
附录…………………………………………………………………………（39）
前言
毕业（课程）设计是对所学知识的一次综合性运用，能够加深我们对基础知识的理解，为以后的工作打下良好基础。
本设计严格遵循发电厂电气部分的设计原则，主要介绍了发电厂电气一次部分设计的基本知识，包括设计原则、步骤和计算方法等。
通过对电气主接线的选择设计、厂用电的选择设计、短路电流的计算、电气设备的选择和校验等，简要完成了对所给（2×300MW）凝汽式发电厂的电气一次部分的设计。
能源是社会生产力的重要基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，而且种类也日渐繁多。
电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。
电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。
要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展。
因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。
本设计讨论的是两台30万机组的发电厂向500kV枢纽变电站送电的电气部分的设计。
对原始资料进行分析，选择主变压器，在此基础上进行主接线设计，再进行短路计算，选择主要一次设备。
使我们综合能力有一个整体的提高。
对于即将面对工作的我们，不但使我们巩固了本专业所学的专业知识，还使我们了解、熟悉了我们所学专业，以及让我们了解了我们以后工作的内容。
它为我们以后的学习、工作打下良好的基础。
第一章发电机的选择
1.1概述
电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。
发电厂的分期和最终建设规模以及系统的备用容量都是需要根据实际情况进行计算选择。
当今，我国电机厂家在引进消化吸收外国先进技术的条件下，已经能制造国际先进水平的发电机组。
按照本次课程设计的设计要求，选择出合适型号的发电机。
1.2发电机选择结果
我选择了型号QFS—300—2，具体参数见下：
型号QFS—300—2
额定功率/MW300
额定电压/kv18
额定电流/kA11320
功率因数/cosΦ0.85
同步电抗/xd%236.35
接线方式/YY
定子开路时转子时间常数/s8.38
超瞬变电抗X"d%17.1
第二章主变压器的选择与计算
2.1概述（变压器容量、台数和型式的确定原则）
为节约投资及简化布置，主变应选用三相式。
单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。
按发电机的最大连续输出容量和扣除本机组的厂用负荷；为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台；在计算通过主变压器的总容量时，至少应考虑5年内负荷的发展需要；选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。
2.2本厂主变压器的选择
2.2.1容量的确定
单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。
按发电机的最大连续输出容量和扣除本机组的厂用负荷来计算。
该发电厂主接线采用两台容量为360000KVA三相双绕组主变压器。
两台主变压器分别和两台发电机组组成单元接线。
S=（Pc–Pt）×（1+10%）/cos
ST1=ST2=（300-300×8%）×1.1/0.85=357.18MVA
300MW的发电机选择最接近标准容量为360MVA的变压器即容量为360MVA的三相三绕组升压变压器，具体型号选择SFP7-360000/220，其参数见表。
参数如下：
2.2.2主变压器台数的确定
发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。
通常与系统具有较强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；对弱联系的中、小型发电厂和低压侧电压为6-10KV的变电所或与系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。
考虑到本电厂有2台300MW发电机，且电厂和系统有较强联系，且均采用发电机——变压器单元接线，故选择220KV电压等级接两台主变压器。
2.2.3变压器相数的确定
选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。
在不受运输条件的限制时，在330KV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器。
2.2.4变压器绕组数的确定
对于200MW及以上的机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。
因为发电机回路采用封闭母线，供电可靠性高，而大电流隔离开关发热问题比较突出也比较严重。
此外三绕组的中压侧，由于制造上的原因一般不希望出现分接头，往往只制造死接头，从而对高、中压侧的调压及负荷分配不利。
这样采用三绕组就不如采用双绕组变压器灵活。
所以本次变压器选择双绕组变压器。
2.2.5绕组的接线方式的确定
变压器绕组的接线方式必须与系统电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接方式只有星型“Y”和三角形“D”两种。
变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。
我国规定，110KV及以上电压等级，变压器三绕组都采用“YN”连接；35KV采用“Y”连接，其中性点通过消弧线圈接地；35KV以下高压电压，变压器三绕组都采用“D”连接。
在发电厂和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响因素。
根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般选用YN，d11常规接线。
2.2.6、本厂主变压器的选择结果
本厂主变压器选择参数如下：
型号
容量（KVA）
台数
相数
绕组数
接线方式
SFP7-360000/220
360000
2
三相
双绕组
YN，d11
第三章电气主接线设计
3.1概述
发电厂容量的确定与国家经济发展规划、电力负荷增长速度、系统规模和电网结构以及备用容量等因素有关。
发电厂装机容量标志着发电厂的规模和在电力系统中的地位和作用。
设计电厂为大型凝气式火电厂，其容量为2×300=600MW,最大单机容量为300MW，即具有大中型容量的规模、大中型机组的特点。
对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方面。
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几个方面考虑：
断路器检修时，是否影响连续供电；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，能否满足重要的一、二类负荷对供电的要求；本电厂有无全厂停电的可能性；大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。
所以对大、中型发电厂电气主接线，除一般定性分析其可靠性外，还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，且在检修、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，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、年费用为最小。
220KV电压级：
出线回路数大于4回且为I级负荷，应采用双母带旁路或一台半。
3.2本厂主接线设计
发电机和变压器容量相同，在发电机与变压器之间可以不装断路器。
特别是200MW及以上的机组，由于发电机回路额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因的影响，发电机是不装断路器的，采用分相封闭母线以减少发电机回路故障的概率。
由于采用封闭母线，不宜装设隔离开关。
所以，发电机出口接线采用单元接线。
3.2.1主接线方案的拟定
第一种方案是：
300MW发电机G-1，G-2采用单元接线通过双绕组的变压器与220KV母线相连，这样不仅使配电装置结构简化和造价降低，同时大大减小了故障可能性。
220KV电压级出线为4回，因此其供电要充分考虑其可靠性，所以我们采用双母线接线。
这样一来就避免了断路器检修时，不影响对系统的供电，断路器或母线故障以及母线检修时，减少停运的回路数和停运时间，保证了可靠的供电。
发电机不与110KV的母线相连，故在220KV、110KV及厂用电6KV的三个等级上采用的联络变压器为三相三绕组变压器相连，110KV母线采用双母接线。
如图所示：
方案一
第二种方案是：
由方案一，我们很容易想到220KV母线采用双母带旁路连接，110KV母线采用双母线连接，如图所示:
方案二
3.2.2主接线方案的比较与选择
现对这两个方案进行综合比较：
如表
方案比较
方案
性能
方案一
方案二
可靠性
1）接线简单，设备本身故障率少；
2）故障时，停电时间较长。
1）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）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。
1）倒闸操作复杂，容易产生误操作；
2）不利于实现变电所无人值守；
3）保护及二次回路接线复杂。
经济性
1）设备相对少，投资小。
1）设备相对多，占地面积大，投资较大。
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，现确定第一方案为设计的最终方案。
3.3厂用电系统的设计
3.3.1概述
厂用电接线的设计原则基本上与主接线的设计原则相同。
首先，应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；其次，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；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，使其具有可行性和先进性。
厂用电接线除应满足正常运行安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足：
（1）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，尽可能地使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。
（2）尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。
对于300MW及以上的大型机组，厂用电应是独立的，以保证一台机组故障停运或其辅助机械的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。
（3）便于分期扩建或连续施工，不致中断厂用电的供应。
对公用厂用负荷的供电，须结合远景规模统筹安排，尽量便于过渡且少改变接线和更换设备。
（4）对300MW及以上的大型机组应设置足够容量的交流事故保安电源。
（5）积极慎重地采用经过试验鉴定的新技术和新设备，使厂用电系统达到先进性、经济合理，保证机组安全满发地运行。
3.3.2厂用电源电压等级
实践经验表明：
对于火电厂，当发电机容量在60MW及以下，发电机电压为10.5KV时，可采用3KV作为厂用高压电压；当容量在100MW—300MW时，宜选用6KV作为厂用高压电压；当容量在300MW以上时，若技术经济合理，可采用3KV和10KV两段电压。
该电厂发电机容量在100MW—300MW之间，应选6KV作为厂用高压电压等级。
3.3.3厂用电引接线方式
本厂发电机组的容量均大于125MW，其锅炉的容量亦较大，为了安全起见，每个锅炉用两段厂用母线供电，即共分为4段，并且保证厂用负荷在各段上尽可能分配均匀。
本厂机组容量介于100MW-300MW之间，选用6KV作为厂用电的母线电压。
厂用工作电源从发电机出口端引接，通过分裂绕组厂用高压变压器给6KV厂用高压母线供电，厂用高压变压器两低压侧分别接在两段厂用母线上。
厂用各高压和低压分段母线互为备用。
依据对厂用电接线的基本要求，在本次设计中，厂用电接线采用单母线分段的接线方式。
3.3.4厂用工作变压器的选择
200MW及以上的机组的主厂房内的低压厂用变压器宜采用干式变压器。
本次设计厂用电系统主接线采用单母线分段接线方式，厂用电分别从两台发电机的出口端引接，因此，需要两台厂用变压器。
由于两台发电机都属于大中型机组，为限制短路电流，提高可靠性，两台变压器均采用低压分裂绕组变压器，两低压侧分别接到两段母线上，达到相互备用的效果。
3.3.5厂用变压器容量的选择
因为厂用电率为5%—8%，通过计算可以得到S=357.18*0.08=28.57MVA，选择容量为40000KVA的变压器加大了设备的投资，不经济。
所以选择容量为31500KVA的变压器作为厂用变压器，因为有载调压可以在一定成都上调节无功的平衡，更能保证供电的可靠性。
3.3.6厂用备用变压器的选择
火力发电厂一般均设置备用电源。
备用电源的接引应保证其独立性，避免与厂用工作电源由同一电源处接引。
由于考虑到该厂的常用负荷的要求，用独立的柴油发电机提供备用/启动电源，需要很多的小型发电机组，占地面积较大，而且设备投资较大，不经济。
备用电源从系统中获取，就需备用变压器将系统电压220KV变为6.3KV，其变压器人采用三相双绕组变压器。
备用变带动全厂的厂用负荷，及容量为S=2*31.5=63MVA，根据《设备手册》选出的型号如下，因为低压侧的电压等级要求，只有一个满足要求，具体参数如上所示。
备用变压器：
第四章短路电流的计算
4.1短路电流计算目的
在发电厂电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下几个方面：
1、电气主接线的比选；2、选择导体和电器；3、确定中性点接地方式；4、确定分裂导线间隔棒的间距；5、验算接地装置的接触电压和跨步电压；6、选择继电保护装置和进行整定计算。
4.2短路等值电抗电路及其参数计算
由2×300MW火电厂电气主接线图，和查的给出的相关参数，可画出系统的等值电抗图如图所示：
选取基准容量为SB=100MVA基准电压为VB=Vav
SB——基准容量；Vav——所在线路的平均电压；系统容量可以看成是一个无穷大容量，
4.2.1电抗计算
（1）发电机电抗
=
=X"d*Sb/Sn=Sb/（Pn/cosΦ）=0.171*100/（300/0.85）=0.084
（2）主变压器电抗
X1=
=Uk%/100*（Sb/Sn）=14.3*100/（360*100）=0.040
（3）线路电抗
=0.03
（4）厂用变压器电抗
全穿越阻抗：
6.76%
半穿越阻抗：
13.71%
X8=X10
电抗值计算：
X6-X8’=13.71%
X6’-0.5X8’=6.76%
X8=x8’（Sb/Sn）=0.139*100/40=0.348
X6’=-0.19
X8’=13.9%
4.3各短路点短路电流计算
短路点的选择应选择通过导体和电器的短路电流为最大的那些点作为短路计算点。
首先，应在两条电压等级的母线上选择两个短路计算点dl、d2。
无限大功率系统的主要特征是：
内阻抗x=o，端电压U=C，它所提供的短路电流周期分量的幅值恒定且不随时间改变。
虽然非周期分量依指数率而衰减，但一般情况下只需计及他对冲击电流的影响。
因此，在电力系统短路电流计算中，其主要任务是计算短路电流的周期分量。
而在无限大功率系统的条件下，周期分量的计算就变得简单。
4.3.1短路点kl的计算（220Kv母线侧）
图一：
X5=0.03，X3=X4=0.048,X1=X2=0.040
图二：
X5=0.03，X12=0.020,X34=0.024
图三：
X5=0.03，X31=0.044
对于无穷动系统Kim=1.8
标幺值Ip*=1/X5=1/0.03=33.3
有名值Isn=Sb/（Uau√3）=100/230*1.732=0.251KA
Im=IP=IP*Isn=0.251*33.3=8.36
Iim=I√[（1+2（Kim-1）^2=8.36*√（1+67*67）=12.62KA
iim=IKim√2=8.36*1.88*1.414=21.30KA
（2）对于发电机：
Kim=1.85
标幺值：
X31*Sw/Sb=0.044*2*300/（100*0.85）=0.31
查发电机的运行曲线（电力系统p188）
t=Os时，I=3.5
t=ls时．1=2.32
t=2s时．1=2.34
有名值：
t=Os时，I=6.202KA
t=ls时．I=4.111KA
t=2s时．1=4.146KA
iim=I√[（1+2（Kim-1）^2=9.704KA
iim=IKim*√2=16.224KA
对于短路点K1
t=Os时．I=14.562KA
t=ls时．I=12.471KA
4.3.2短路点k2的计算（发电机端18KV）
等效电路图：
图一：
X5=0.03,X1=X2=0.040,X3=X4=0.048
I图二：
X5=0.03;X42=X4+X2=0.088
Xac：
X5+X1+（X5*X1/X42）=0.03+0.040+（0.03*0.0400/0.088）=0.084
图三：
Xbc=X1+X42+X1*X42/X5=0.040+0.088+0.088*0.040/0.03=0.245
（1）对于无穷大系统：
Kim=1
升级会员 