发电厂课程设计.docx
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发电厂课程设计
青岛科技大学
自动化与电子工程学院
发电厂电气部分课程设计
学院：
自动化与电子工程学院
专业班级：
电气工程及其自动化101班
姓名：
郭浩
学号：
31
时间：
2013.7
设计任务书
设计题目：
地区电力网规划及发电厂电气部分设计
1、电源情况
某市拟建一座火电厂，容量为，取6500h。
该厂部分容量的30%供给本市负荷：
10KV负荷16MW，其余容量都汇入地区电网，供给地区负荷。
同时，地区电网又与大系统相连。
地区原有水电厂一座，容量为，取4000h；没有本地负荷，全部供出汇入地区电网。
2、负荷情况
地区电网有两个大型变电所：
清泉变电所负荷为50+j30MVA，Tmax取5000h。
石岗变电所负荷为60+j40MVA，Tmax取5800h。
（均有一、二类负荷，均占66%，最小负荷可取60%）
3、气象数据
本地区年平均气温15℃，最热月平均最高气温28℃。
4、地理位置数据
见上图（图中1cm代表30km）。
数据如下：
①石岗变；②水电厂；③新建火电厂；④清泉变；⑤大系统。
5、设计内容
（1）根据所提供的数据，选定火电厂的发电机型号、参数，确定火电厂的电气主接线和升压变压器台数、型号、容量、参数。
（2）制定无功平衡方案，决定各节点补偿容量。
（3）拟定地区电网接线方案。
可初定出两个比较合理的方案参加经济比较。
（4）对火电厂内高、中、低三个电压等级母线进行短路电流计算。
（5）选择火电厂电气主接线中的主要设备，并进行校验
6、设计成果
（1）设计计算说明书一份，要求条目清楚、计算正确、文本整洁。
（2）地区电网最大负荷潮流分布图一张，新建火电厂电气主接线图一张。
设计说明书
1、确定火电厂和水电厂的发电机型号、参数……………...................3
2、通过技术经济比较确定地区电网接线方案......................................4
3、确定发电厂的电气主接线…………………………………………..5
3.1火电厂电气主接线的确定……………………………………………………..5
3.2水电厂电气主接线的确定……………………………………………………..6
4、确定发电厂的主变压器……………………………………………..7.
4.1火电厂主变压器的选择………………………………………………………..7
4.2水电厂主变压器的选择………………………………………………………..7
5、短路电流水平及电气设备的选择和校验
设计计算书
1、发电厂主变压器容量的选择………………………………………..8
1.1火电厂主变压器容量的选择……………………………………..……………8
1.2水电厂主变压器容量的选择……………………………………………..……8
2、地区电网接线方案1的计算（辐射网）…………………………...9
2.1地区电网接线方案1的功率平衡计算………………………………………...9
2.2地区电网接线方案1的架空线路导线型号初选…………………………….12
2.3地区电网接线方案1的导线截面积校验…………………………………..13
2.4地区电网接线方案1的总投资和年运行费用……………………………….19
3、地区电网接线方案2的计算（环网）…………………………….20
3.1地区电网接线方案2的功率平衡计算………………………………………20
3.2地区电网接线方案2的架空线路导线型号初选…………………………….22
3.3地区电网接线方案2的导线截面积校验…………………………………….22
3.4地区电网接线方案2的总投资和年运行费………………………………….24
4、通过技术经济比较确定最佳方案…………………………………25
变电站课程设计中的问题总结……………………………………….26
设计体会……………………………………………………………….28
设计说明书
1.确定火电厂和水电厂的发电机型号、参数
发电厂是电能的生产单位，电能由发电机发出，经升压变压器升压后送到电网供用户使用。
发电机是电厂的主要设备，也是及其昂贵的设备。
因此在设计中要对发电机进行保护设计，避免故障等原因损坏发电机。
发电机按原动机分类可分类为：
汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机及燃气轮发电机。
按冷却方式可分为外冷式和内冷式发电机。
按冷却介质可分为空气冷却发电机、氢气冷却发电机、水冷却发电机及油冷却发电机等。
按结构特点分为凸极式和隐极式发电机。
同步发电机的额定参数有：
（1）额定功率：
发电机在规定条件下运行时，连续输出的最大电功率，单位为千瓦或兆瓦。
（2）额定电压:
发电机在正常运行时钉子绕组的标称电压，单位为V或KV，通常带有6.3KV、10.5KV、13.8KV等。
（3）额定电流：
发电机在额定条件下运行时，流过定子绕组的标称线电流，单位为A或KA。
（4）额定转速:
转子正常运行时的转速，单位为r/min。
（5）额定频率：
我国规定频率为50HZ。
（6）额定效率：
发电机在额定状态下运行的效率。
发电机的容量越大，效率越高。
（7）额定温升：
运行中，发电机的定子绕组和转子绕组允许比环境温度升高的度数。
（8）额定功率因数：
在额定功率下，额定电压与额定电流之间相位差的余弦值。
根据设计任务书，拟建火电厂容量为汽轮发电机50MW2台、125MW1台；水电厂容量为水轮发电机60MW2台。
确定汽轮发电机型号、参数见表1-1，水轮发电机型号、参数见表1-2
表1-1汽轮发电机型号、参数
型号
额定容量
（MW）
额定电压
（KV）
额定电流
（A）
功率因数
COSΦ
次暂态电抗
台数
QF-50-2
50
10.5
3440
0.85
0.124
2
QF-125-2
125
13.8
6150
0.8
0.18
1
表1-2水轮发电机型号、参数
型号
额定容量
（MW）
额定电压
（KV）
额定电流（A）
功率因数
次暂态电抗
Xd
台数
SF60-96/9000
60
13.8
2950
0.85
0.270
2
2.通过技术经济比较确定地区电网接线方案
根据地理位置，可拟出多个地区电网接线方案。
根据就近送电、安全可靠、电源不要窝电等原则，初步选出两个比较合理的方案，进行详细的技术经济比较。
方案1：
如图2.1所示，火电厂以双回线分别送电给石岗变电所和大系统；水电厂以双回线送电给清泉变电所，以单回线送电给大系统。
所有线路均选用110KV。
方案2：
如图2.2所示，火电厂仍以双回线分别送电给石岗变电所和大系统；水电厂则以单回线分别送电给清泉变和大系统，同时再以单回线连接大系统和清泉变，形成3点单环网。
所有线路均选用110KV。
图2.1方案1接线图
图2.2方案2接线图
经过输电线选择计算和潮流计算，两个设计方案在技术上都可行，再对这两个方案进行详细的技术、经济比较。
在对设计方案进行经济性能比较时，有时要用抵偿年限来判断。
抵偿年限的含义是：
若方案1的工程投资小于方案2的工程投资，而方案1的年运行费用却大于方案2的年运行费用，则由于方案2的运行费用的减少，在若干年后方案2能够抵偿所增加的投资。
一般，标准抵偿年限T为年（负荷密度大的地区取较小值；负荷较小的地区取较大值）。
当T大于标准年限时，应选择投资小而年费用较多的方案：
反之，则选择投资多而年费用较少的方案。
在本设计中方案1的工程投资小于方案2的工程投资：
Z2-Z1=13392–12207=1185（万元）
而方案1的年运行费用也小于方案2的年运行费用：
U2-U1=3553-3454.5=98.5（万元）
本设计中方案1总投资和年运行费用都少于方案2。
方案1不仅技术可行，经济上也比方案2合理，因此，不需要采用抵偿年限来判断。
最终选取方案1作为本地区电网最佳接线方案经济指标比较见表1-3。
表1-3方案的经济比较
方案
线路总长度
（km）
线路总投资
（万元）
线路年电能损耗
（万元）
年运行费用
（万元）
1
582
12207
2600
3454.5
2
517
13392
2615.6
3553
3.确定发电厂的电气主接线
电气主接线是由高压电器通过连接线按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。
用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为电气主接线图。
主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。
3.1火电厂电气主接线的确定
（1）50MW汽轮发电机2台，发电机出口电压为10.5KV。
10KV发电机电压母线采用双母线分段接线方式，具有较高的可靠性和灵活性。
（2）125MW汽轮发电机1台，发电机出口电压为13.8KV，直接用单元接线方式升压到110KV，110KV侧采用双母线接线，运行可靠性高，调度灵活方便。
（3）10KV发电机电压母线接出2台三绕组升压变压器，其高压侧接入110KV母线，其中压侧为35KV，选用单母线接线方式。
图1-3火电厂电气主接线简图
3.2水电厂电气主接线的确定
水电厂有60MW水轮发电机2台，发电机出口电压为13.8KV。
直接用单元接线方式升压到110KV，110KV侧选用内桥接线方式，经济性好且运行方便。
4.确定发电厂的主变压器
4.1火电厂主变压器的选择
选用1台125MW发电机采用150MVA双绕组变压器直接升压至110KV；2台50MW发电机采用2台63MVA三绕组变压器升压至35KV和110KV。
两台变压器可以互为备用。
火电厂主变压器型号、参数见表4-1
表4-1火电厂主变压器型号、参数
名称
型号
额定容量
（KVA）
额定电压（KV）
阻抗电压（%）
台数
高压
中压
低压
高-中
高-低
中-低
三绕组变压器
S-FPSL7-6300/110
6300
121
38．5
10．5
17
10.5
6.5
2
双绕组变压器
SSPL-150000/110
150000
121
13．8
12.68
1
4.2水电厂主变压器的选择
水电厂水轮发电机为2台60MW，全部以110KV供本地系统。
考虑到供电可靠性的要求，采用两台双绕组变压器。
水电厂主变压器型号、参数见表4-2。
表4-2水电厂主变压器型号、参数
名称
型号
额定容量
（KVA）
额定电压（KV）
阻抗电压
（%）
台数
高压
低压
双绕组变压器
SSPL-90000/110
90000
121
13.8
10.5
2
5、短路电流水平
对优选法案1的火电厂内110KV（K1点）、35KV（K2点）、10KV（K3点）三级电压母线进行了短路电流的计算，计算出系统在最大运行方式下的三相短路电流，为电气设备的选择和校验提供依据。
为了使一般10KV出线断路器能选为轻型断路器，例如SN10-101/630型，需要安装10Kv出线电抗器。
当电抗器后K4点短路，其短路电流被大大限制了。
短路电流计算结果汇总见下表
系统最大运行方式下三相短路电流汇总表
短路点
0s短路电流周期分量I”
4s短路电流I1
短路冲击电流
110KV（K1点）
8.9
6.6
23.1
35KV（K2点）
12.8
9.4
33.7
10KV（K3点）
9
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