200MW地区凝汽式火力发电厂电气部分设计.docx

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200MW地区凝汽式火力发电厂电气部分设计

西安石油大学课程设计（论文）专用纸

前言

电能是能源的一种，电力已成为工农业不可缺少的动力，电能的开发和应用，是人类征服自然过程中所取得的具有划时代意义的光辉成就。

随着科学技术的发展，用电客户对供电性能要求也日益提高，供电可靠性成为电能的重要指标。

在此次设计中，本着可靠、安全、经济灵活的原则，认真执行国家现有的方针政策、技术规范的规定。

本次设计的内容为地区性火电厂的电气一次部分，要求装机容量200MW，供给10kV、110kV、220kV电压等级的不同负荷。

合理，科学的设计方案是机组能长期稳定、可靠运行的条件。

通过对原始数据的分析计算，设计出了该火力电厂的电气主接线图;选择恰当的短路点并计算短路电流;并根据计算结果选择合适的高压电器。

随着计算机应用的普及，电力系统图纸也相继采用计算机制图，在此次设计中采用autoCAD绘图软件进行电气类的制图。

由于我时间、水平有限，设计中不可避免的有些错误和不妥之处，还请指导老师和同学批评指正。

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前言.................................................................................................1

第一章原始资料分析....................................................................3第二章主接线的设计....................................................................4第三章变压器的选择....................................................................8

3.1主变压器的选择原则.......................................................8

3.2变压器容量和形式的确定..............................................9

第四章短路电流计算..................................................................11

4.1短路电流计算的目的.....................................................11

4.2短路计算的一般规定.....................................................11

4.3短路计算的的过程............................................................12第五章主要电气设备选择........................................................15

5.1断路器和隔离开关的选择.................................................16

5.2电流互感器的选择............................................................21

5.3电压互感器的选择............................................................23

5.3熔断器的选择....................................................................24

5.3电抗器的选择....................................................................25

5.3导体的选择与校验............................................................26

5.3绝缘子选择及穿墙套管的选择.........................................28

参考文献:

...................................................................................29设计体会:

...................................................................................30附录A电气主接线图:

.............................................................31

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第一章原始资料分析

一、题目:

200MW地区凝汽式火力发电厂电气部分设计

二、设计原始资料:

1）某地区根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为200MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装2台50MW机组，1台100MW机组，发电机端电压为10.5KV,电厂建成後以10KV电压供给本地区负荷，其中有机械厂、钢厂、棉纺厂等，最大负荷48MW,最小负荷为24MW，最大负荷利用小时数为4200小时，全部用电缆供电，每回负荷不等，但平均在4MW左右，送电距离为3-6KM，并以110KV电压供给附近的化肥厂和煤矿用电，其最大负荷为58MW,最小负荷为32MW，最大负荷利用小时数为4500小时，要求剩余功率全部送入220KV系统，负荷中?

类负荷比例为30%，?

类负荷为40%，?

类负荷为30%。

2）计划安装两台50MW的汽轮发电机组，型号为QFQ-50-2，功率因数为0.8，安装顺序为#1、#2机;安装一台100MW的起轮发电机组，型号为TQN-100-2，功率因数为0.85，安装顺序为#3机。

三、对原始资料的分析

根据原始资料，本电厂是中型发电厂，比较靠近负荷中心。

本电厂要向本地区的各工厂企业供电，还要与220KV系统相连，并担负着向市区供电，保障市区人民生产和生活用电的责任。

由于本厂的地理位置优越，一般情况下都容易获得燃料，能确保本地区以及附近的工厂、市区的正常供电，还可以向220KV提供电能。

由资料我们可知，10KV侧可以不用变压而直接向用户供电，本电厂还通过升压，以110KV的电压等级向用户送电。

这里有两电压等级，分别是110KV，有四回出线;220KV，有二回出线，全部负荷有?

、?

级负荷。

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第二章电气主接线设计2.110KV侧（6回出线，预留2回）

10KV配电装置出线回路数为6回及以上时，一般采用单母线分段接线。

供应本地区负荷的10KV配电装置，由于采用了制造厂制造的成套开关柜，而且地区电网成环的运行检修水平迅速提高，采用单母分段接线一般能满足运行要求，为了保证供电可靠，3台发电机都接在10KV母线侧上。

图1发电机接单母线分段形式

2.2110KV侧（4回出线，预留2回）

按照《发电厂电气部分课程设计参与资料》规定，在110KV~220KV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线分段接线或者双母线接线。

所以，待设计发电厂110KV接线可考虑以下几个方案，并进行经济和技术比较:

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1）单母线分段

图2110kV单母线分段接线

优点:

母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。

另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。

缺点:

当母线故障时，该母线上的回路都要停电，而且扩建时需要向两个方向均衡扩建。

2）双母线接线

双母线接线如图3所示:

图3110kV双母线接线

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优点:

供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于设计。

缺点:

增加了一组母线，每一回路增加一组母线隔离开关，增加了投资，操作复杂，占地面积增加。

2.3220KV侧（2回出线，预留1回）

根据《发电厂电气部分课程设计参考资料》规定，在110KV~220KV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线。

所以待设计发电厂的220KV母线接线可以考虑以下几个方案，并进行经济和技术比较。

1）双母线设计

双母线接线方式如图4

图4220kV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。

2）双母线带旁路

双母线带旁路接线方式如图5:

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图5220kV双母线带旁路接线

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，增加了投资和占地面积，断路器整定复杂，容易造成误操作。

以上两种方按所需的110KV和220KV断路器和隔离开关数如下表所示:

110KV220KV

接线方式单母线分段双母线双母线双母带旁路

7758断路器数

14201419隔离开关数

由于110KV主要向两家工厂供电，综合考虑供电可靠性与经济性，又方便扩建，我们选择单母线分段的接线方式。

而220KV系统比较重要，我们综合考虑其供电可靠性与经济性，又方便调度运行等，同时又考虑到现时断路器的运行性能已相当稳定可靠，为节约用地，操作方便，我们确定使用双母线接线方式。

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第三章主变压器的选择

3.1主变压器的选择原则

在各种电压等级的变电站中,变压器是主要电气设备之一,其担负着变换网络电压,进行电力传输的重要任务.确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证.因此,在确保安全可靠供电的基础上,确定变压器的经济容量,提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义.

变压器的选择应符合:

a）GB/T17468《电力变压器选用导则》、GB1094.1《电力变压器第一部分:

总则》、GB1094.2《电力变压器第二部分:

温升》和GB1094.5《电力变压器第五部分:

承受短路的能力》的要求。

b）变压器的参数应符合:

GB/T6451《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》的规定。

c）变压器的负载能力应符合:

GB/T15164《油浸式电力变压器负载导则》的要求。

d）变压器的绝缘水平应符合:

GB1094.3《电力变压器第三部分:

绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空间间隙》和GB311.1《高压输变电设备的绝缘配合》的规定。

e）自耦变压器中性点绝缘水平按经小电抗接地考虑。

f）与GIS或HGIS装置连接的变压器，宜对快速暂态过电压（VFTO）的威胁加以校核。

3.2变压器容量

1主变容量的确定

厂用电变压器容量的选择和校验应符合下列原则:

a）满足在各种运行方式下，可能出现的最大负荷。

b）一台厂用电变压器计划检修或故障时，其余厂用电变压器应能担负I、?

类厂用电负荷或短时担负厂用电最大负荷。

但可不考虑一台厂用电变压器计划检修时另一台厂用电变压器故障或两台厂用电变压器同时故障的情况。

c）保证需要自启动的电动机在故障消除后电动机启动时所连接的厂用电母线电压不低于额定电压的60%--65%。

d）装设两台互为备用的厂用电电源变压器时，每台厂用电变压器的额定容量应满足所有I、n类负荷或短时满足厂用电最大负荷的需要。

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e）装设三台厂用电电源变压器互为备用或其中一台为明备用时，计及负荷分配不均匀等情况，每台的额定容量宜为厂用电最大负荷的50%--60%。

f）装设兰台以上厂用电电源变压器时，应按其接线的运行方式及所连接的负荷分析确定。

g）厂用电配电变压器容量选择应满足所连接的最大负荷需要。

h）厂用电变压器不宜采用强迫风冷时持续输出容量作为额定容量选择的依据，但对不经常运行或经常短时运行的厂用电配电变压器应充分利用其过负荷能力。

查《发电厂电气部分课程设计资料》，选定变压器的容量为180MW。

由于升压变压器有两个电压等级，所以这里选择三绕组变压器，由于10kV侧所带负载为24MW~48MW，所以其余电压等级所带负荷应在160MW左右。

查《大型变压器技术数据》选定主变型号为:

SSPSL-18000/220主要技术参数如下:

额定容量:

18000/18000/18000（KVA）

额定电压:

高压—242?

2×2.5%;中压—121;低压—10.5（KV）连接组标号:

YO/YO/Δ12-11

空载损耗:

239（KW）

短路损耗:

高中:

592;中低:

810;高低:

986（KW）阻抗电压（%）:

高中:

24.1;中低:

8.3;高低:

13.7空载电流（%）:

2.2

参考价格:

90.62万元

所以一次性选择两台SSPSL-18000/220型变压器为主变。

2厂用电变压器的选择

根据设计材料，我们可以确定厂用电负荷S’n

所以，我们分别从10KV?

母线和10KV?

段母线取电共3组，其中10KV厂用。

变型号选定:

SJL1—6300/10

额定容量:

6300（KVA）

额定电压:

10?

5%;低压—6.3（KV）

连接组标号:

Y/Δ-11

损耗:

空载—9.1总损耗—61.1

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阻抗电压（%）:

5.5

空载电流（%）:

1.3

参考价格:

4.9万元

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第四章短路电流计算

4.1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。

4.2短路电流计算的一般规定

1、基本假定:

1）正常工作时，三项系统对称运行

2）所有电流的电功势相位角相同

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）验算导体的电器动稳定、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。

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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。

4.3短路电流的计算过程

主变电路系统的等效电路如图6所示

图6系统的等效电路图

发电机和变压器的参数（以100MVA为基准），同时取各级电压的平均额定值为基准值。

220KV系统的短路计算电抗，有手册查得:

50MW汽轮发电机的Xd”=14.5%,100MW的汽轮发电机的Xd”=17.5%

由于三侧容量相等，所以主变各绕组阻抗计算如下:

1X=（U+U-U）;11-21-32-32

1X=（U+U-U）;21-22-31-32

1X=（U+U-U）;31-32-31-22

短路计算:

1、当短路发生在f1点时，简化电路如下图所示，

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1*短路标幺值如下:

I==0.1138，f1X*

S*B所以有名值:

I=I=2.305kAff13UB1

冲击电流:

i=1.8**I=5.878kA2Mf1

全电流最大有效值:

I=1.52i=3.504kAM1M1

短路容量:

S=I*U=996.13MW3d1f1n

2、f2点短路

当短路点为f2时，最后简化的等效电路图如下图所示:

1*短路电流的标幺值:

I==0.0528f2X*

S*B有名值:

I=I=4.971kAf2f23UB1

冲击电流:

i=1.8**I=12.67kA2M2f2

全电流最大有效值:

I=1.52i=7.55kAM2M2

短路容量:

S=I*U=990.12MW3d2f2n

3、f3点短路

当短路点为f3时，最后简化的等效电路图如下图所示:

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S*B有名值:

I=I=61.20kAf3f33UB1

1*短路电流的标幺值:

I==0.1322f3X*

冲击电流:

i=1.8**I=156kA2M3f3

全电流最大有效值:

I=1.52i=93.02kAM3M3

短路容量:

S=I*U=1112.98MW3d3f3n

现将短路计算结果列表于下:

短路点基准电压V全电流最大有效值短路暂态电流I冲击电流i短路容量S2ddd

（KA）（MW）（KV）（KA）（KA）Iohd2422.3055.8783.504966.131

d1154.97112.677.55990.122

d61.2015693.021112.9810（53

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第五章导体和电气设备的选择

正确选择电气设备是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，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。

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确是一致的。

电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

本设计，电气设备的选择包括:

短路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择。

一电气设备选择的一般原则:

1、应满足正常运行、检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展

的需要

2、应按当地环境条件校验

额定额定额定机械额定开绝缘水序

电器名称热稳定动稳定

电压电流容量荷载断电流平号

KVAKVANA

断路器1?

隔离开关2?

组合电器3?

负荷开关4?

熔断器5?

PT6?

CT7?

电抗器8?

消弧线圈9?

避雷器10?

封闭电器11?

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穿墙套管12?

绝缘子13?

3、应力求技术先进与经济合理

4、选择导体时应尽量减少品种

5、扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致

6、选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格

二技术条件

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保

持正常运行。

同时，所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。

各种高压设备的一般技术条件如下表:

第一节断路器和隔离开关的选择

断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。

根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV~220KV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF断路器。

断路器选择的具体技术条件如下:

1）额定电压校验:

U（电网工作电压）?

U。

2）I（最大持续工作电流）?

I。

g.maxn

3）开断电流（或开断容量）:

I。

dtbr

其中:

I——断路器开断时间t秒时的断路电流周期分量dt

注:

断路器的实际开短时间t，为继电保护动作时间与断路器固有分闸

时间之和。

4）动稳定:

Ichmax

其中，i——三项短路电流冲击值.ch

I——断路器极限通过电流峰值max

5）热稳定

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22It?

It?

dzt

其中:

I——稳态三项短路电流?

t——短路电流发热等值时间dz

I——断路器t秒热稳定电流t

同样，隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求。

5.1220kv侧断路器和隔离开关的选择

1、主变220kv侧

1.05P1.05180N1）流过断路器的最大持续工作电流I===620Amax32200.83UcosN

查《发电厂电气部分》，选用SW-220/1200型少油断路器。

其固有分闸6

时间为0.04S，设继电保护时间为2S，则t=2.04S>1S，具体参数如下:

额定断极限通过电热稳定电流（KA）额定电压额定电流开合闸时固有分闸流（KA）（KV）（A）电流间（s）时间（s）

最大有效4S（KA）

220120014.436.814.40.20.05

而隔离开关按额定电压和额定电流选择GW-220D/1000-80型其中，4

Un=220KV，In=1000A，热稳定电流:

I=23.7KA。

2）热稳定校验:

应满足

2It?

Qtt

下表列出断路器及隔离开关选择计算结果及相关技术参数进行比较

SW-220/1200GW-220D/1000-8064U（KV）220U220U220gnnI（A）496.01I1200I1000g.maxnn

I”（A）2.305I21I23.7kdkdIch（A）3.504Imax55Imax80

由表可知，所选断路器和隔离开关各项均满足要求。

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2、220KV母联断路器及隔离开关的最大工作条件与变高220KV侧应满足相同

的要求，故选用相同设备。

即选用SW-220/120型少油断路器和6

GW-220D/1000-80型隔离开关。

3、220KV出线

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