发电厂课程设计 汽式地区火电站电气一次部分.docx
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发电厂课程设计汽式地区火电站电气一次部分
凝汽式地区火电站电气一次部分
1、原始资料
1.1发电厂建设规模
1.1.1类型：
凝汽式火力发电厂
1.1.2容量：
机组的形式和参数4×200MW，年利用小时数6000h/a
1.2电力系统与本厂的连接情况
1.2.1发电厂在电力系统中的作用与地位：
地区电厂；
1.2.2发电厂联入系统的电压等级220KV，出线回路数2回；
1.2.3电力系统总装机容量16000MW、短路容量12000MVA；
1.2.4发电厂在系统中所处的位置、供电示意图
1.3电力负荷水平
1.3.1220KV电压等级：
架空线6回，Ⅰ级负荷，最大输送420MW，TMAX=6000h/a；
1.3.2110KV电压等级：
架空线8回，Ⅰ级负荷，最大输送290MW，TMAX=6000h/a；
1.3.3厂用电率：
8%；
1.3.4备用110KV2回220KV2回1.4环境条件
1.4.1当地年最高温度40°C，年最低温度-20°C，最热月平均最高温度32°C，最热月平均最低温度25°C；
1.4.2当地海拔高600m；
1.4.3气象条件无其他特殊要求
2、设计任务
2.1发电厂电气主接线设计；
2.2厂用电设计；
2.3短路电流的计算；
2.4主要电气设备的选择。
3、设计成果
3.1设计说明书、计算书一份；
3.2图纸一张（A3型）
3.3电子文档
前言
电力系统是将各种发电、变电、输电、供电的电气设备连接在一起而组成的整体。
电力系统的发展程度和技术水准已经成为各国经济发展水平的标志之一。
《发电厂电气部分》作为电力专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计、生产实习三个主要部分。
课堂讲学着重叙述发电、变电和输电的电气主系统的构成、设计和运行的基本理论和计算方法，相应地介绍主要电气设备的原理和性能。
在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论的理解，进行了本次课程设计。
设计工作是电力系统工程建设的关键环节，做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。
设计是工程建设的灵魂。
本设计是针对地区变电站的要求来进行配置的，它主要包括电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择四大部分。
其中详细描述了短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并对设计进行了理论分析，在理论上证实了变电站实际可行性，达到了设计的要求。
在本次设计过程中得到了汪老师的许多宝贵的意见以及同学们的帮助和指点，在此对他们表示衷心的感谢！
摘要
电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产和消费系统。
电力系统的出现，使电能得到了广泛的应用，推动了社会生产各个领域的发展，开创了电力时代，出现了近代史上的第二次技术革命。
电力系统的发展程度和技术水准已经成为各国经济发展水平的标志之一。
设计工作是电力系统工程建设的关键环节，做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。
设计是工程建设的灵魂。
而本设计主要是针对于中、小型凝汽式的火力发电厂的一次部分而进行的。
它主要包括了四大部分，分别为电气主接线、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置。
其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。
从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择。
以此来巩固对理论的了解和增强分析问题和解决问题的能力。
本设计从理论上证实了该发电厂的实际可行性，其效果达到了设计所预期的要求。
火力发电厂是电力系统的重要组成环节，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。
在发电厂中，电气一次系统是主干系统，处于关键地位。
对凝汽式火电厂电气主接线的设计遵循以下原则：
可靠性、经济性、灵活性。
本设计首先从理论上对火力发电厂的原始资料进行分析，其次对选取的母线上的短路点进行短路点电流的计算，再次选取符合一定要求的电气设备，最后是配电装置的选取。
关键词：
凝汽式火电厂;双母带旁路;短路电流计算;配电装置
目录
1系统与负荷原始资料分析1
2电气主接线2
2.1主接线方案的选择2
2.2发电机型式与变压器的选择与计算6
2.3厂用电接线方式的选择9
2.4主接线中设备配置的一般原则10
3短路电流的计算11
3.1短路电流的计算11
3.2短路电流计算的一般规定11
3.3短路电流的计算结果表12
4电气设备的选择13
4.1电气设备选择的一般规则13
4.2电气设备选择的条件13
4.3电气设备的选择15
4.4电气设备选择的结果表17
5配电装置18
5.1配电装置选择的一般原则18
5.2配电装置的选型及依据19
5.3主接线中设备配置的一般原则20
结束语22
参考文献23
谢辞24
附录Ⅰ：
短路计算25
附录Ⅱ：
电气设备的校验28
附录Ⅲ:
设计总图30
1原始资料分析
1.1系统与负荷资料分析
1.1凝汽式发电厂的规模
1.1.1 装机容量：
装机4台，容量为：
4×200MWUN=15.7KV
1.1.2 机组年利用小时：
Tmax=6000h/a
1.1.３ 气象条件：
发电厂所在地最高温度40○C，年最低温度-２０○C，最热
月平均最高温度３２○C，最热月平均最低温2５○C，海拔６00米，气象
条件无其 他特殊要求。
1.1.４厂用电率8%200MW机组的发电厂厂用电一般采用6KV，所以发电机电压级的变压器要用15.75/6.3/6.3，
1.2负荷及电力系统连接情况
110KV电压级：
出线回路数大于4回且为I级负荷，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。
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。
1.2.1 220KV电压等级：
架空线6回，I级负荷，最大输送420MW，
TMAX=6000h/a；cos
=0.85。
1.2.2 110KV电压等级：
架空线8回，Ⅰ级负荷，最大输送290MW，
TMAX=6000h/a；cos
=0.85。
1.2.3 总装机容量16000MW，短路容量12000MW。
根据原始资料，本电厂是中型发电厂，其容量为4×200MW，占电力系统总容量（800/16000）×100%=5%，未超过电力系统的检修备用容量8%~15%和事故备用容量10%的限额，但年利用小时数为6000h>5000h，远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数,说明该厂在未来电力系统中的作用和地位重要.该厂为火力发电厂，在电力系统中主要承担基荷，且电力负荷均为Ⅰ级负荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。
由资料可知发电厂通过220KV的线路与系统连接且有两回回路。
对于最大机组为200MW以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。
其联络变压器宜选用三绕组变压器。
2电气主接线的设计
2.1主接线方案的选择
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，下面简要分析一下。
2.1.1可靠性
可靠安全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要求。
它可以从以下几方面考虑：
1、发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用；
2、发电厂和变电所接入电力系统的方式；
3、发电厂和变电所的运行方式及负荷性质；
4、设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性；
5、长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。
2.1.2灵活性
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
1、调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求；
2、检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；
3、扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
2.1.3经济性
主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。
一般从以下几方面考虑。
1、投资省；
2、占地面积少；
3、电能损耗少。
此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。
发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电连续性。
为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，应从以下几方面考虑：
1、断路器检修时，是否影响连续供电；
2、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的长短，能否满足重要的Ⅰ，Ⅱ类负荷对供电的要求；
3、本发电厂有无全厂停电的可能性；
4、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
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，尚需进行
可靠性的定量计算。
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综合考虑、辨证统一，在满足技术要求的前提下，尽可能投资省、占地面积少、电压损耗少、年费用（投资与运行）为最小。
根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。
进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。
110KV电压级：
出线回路数大于4回且为I级负荷，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。
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。
拟订两方案如表1，分别如图1.2.1及1.2.2。
表2.1拟定的两种方案
电压等级
方案Ⅰ
方案Ⅱ
110KV
双母带旁路
双母带旁路
220KV
双母分段带旁路
双母带旁路
方案接线图比较
图2.1方案Ⅰ接线图
图2.2方案Ⅱ接线图
表2.2主接线方案比较表
方案
项目
方案Ⅰ
方案Ⅱ
可
靠
性
①可靠性高，无论检修母线或设备故
障、检修就不会全厂停电。
②两种电压有两台变压器联结提高可
靠性。
③220KV隔离开关不作为操作电器，
减少了故障几率。
④联络变压器起了联络和厂备用的作
用。
①可靠性高，无论检修母线或设备故障、检修就不会全厂停电。
但线
短路可能会短时停电。
②220KV检修进线断路器也不会
停电。
③220KV设备少，设备本身故障
率低。
④两台联络变压器还满足本厂的
厂备用和启动电源的要求。
灵
活
性
①110KV、220KV均有多种运行方式。
②220KV属于环网结构运行调度灵活
但相应的保护装置较复杂。
③易于扩建和实现自动化。
①110KV、220KV均有多种运行方
式。
②各种电压级接线都便于扩建和
发展。
③相应的保护装置相对简单。
经
济
性
①投资高、多需一台昂贵的断路器，并且使得操作复杂。
①相对投资少、设备数量少，年费
用低。
②220KV是双母接线，相对占地面积少。
通过对两种方案的综合分析，方案I在可靠性及灵活性方面占优势，方案Ⅱ在经济性方面占优势。
考虑到该电厂为中型凝汽式发电厂，方案Ⅱ已可以满足其供电需要，故选用方案Ⅱ为最终方案。
2.2主变压器的选择与计算
2.2.1变压器容量的确定原则
㈠接有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定的原则
连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素：
1、发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线的剩余有功和无功容量送入系统。
2、接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。
3、若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。
㈡主变压器型式的选择原则
1、相数的确定
在330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。
若受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。
2、组数的确定
一般当最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上。
对于最大机组为200MW以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。
其联络变压器宜选用三绕组变压器。
3、绕组接线组别的确定
变压器三相绕组的接线组别必须和系统的相位一致，否则，不能并列运行。
我国110KV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接，35KV采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。
变压器型号的表示方法：
□□-□/□□
特殊环境代号
电压等级（KV）
额定容量代号（KVA）
设计序号
产品代号
变压器产品代号含义：
S——三相F——风冷却装置P——强迫油循环S——三绕组
根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线。
根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线。
将4台200MW的发电机接在220KV侧，其中两台主变压器为双绕组直接连接两台发电机与220KV线路，还设计两台主变压器为三绕组连接两台发电机与220KV线路和110KV线路。
变压器容量的确定：
S=（PG－P厂）×（1+10%）/cos
S=（200－200×8%）×1.1/0.85=238.12MW
故选择变压器的容量不能低于240MW
双绕组变压器选择为SFP7-240000/220
其参数如下：
表2.3
型号
额定电压（KV）
X
SFP7-240000
高压侧
低压侧
Ud%
X*
220
15.75
13.0
0.54
三绕组变压器选择为QSFPS7-240000/220
其参数如下：
表2.4
型号
额定电压（KV）
阻抗电压（V%）
QSFPS7-240000
高压侧
中压侧
低压侧
高低
高中
中低
220
110
15.75
10
13
15
其中容量比1：
1：
1
2.2.2厂用变压器的选择：
厂用电分别从四台发电机取得电源，所以，需要四台。
本设计采用厂用电母线分段形接线，以提高可靠性，也使调配灵活。
所以，发电机电压级的变压器采用分裂绕组，两低压侧分别接到两段母线上，达到相互备用的效果。
200MW机组的发电厂厂用电一般采用6KV，所以发电机电压级的变压器要用15.75/6.3/6.3，发电机旁的厂用变压器容量是：
P=PG×8%=800×8%=64MW
选用接近此容量的标准容量为31.5MW。
2.3用电接线方式的选择
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，接线应能灵活地应
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
慎重地采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。
2.3.1接线总的要求：
㈠各机组的厂用电系统应是独立的。
特别是200MW及以上机组，应做到这一点。
一台机组的故障停运或者其辅助机的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行，并能在短时内恢复本机组的运行。
㈡充分考虑机组启动和停运过程中的供电要求。
一般均配置可靠的备用电源。
在机组的启动停运和事故时的切换操作要少，并能与工作源短时并列。
厂的分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。
特别要注意对公用的符合供电影响。
要便于过度，尽量少改变线路和更换设备。
200MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。
当全厂停电时，可以快速启动和自动投入，向保安负荷供电。
2.3.2厂用电接线方式选择
从前面分散的叙述中，已经设计完了厂用电的电源来源，且充分考虑了其备用。
即采用母线分两段接线，分别从两发电机处获得工作电源，而从两联络变压器出获得备用电源。
当全厂停电的事故保安电源接线。
厂用电接线图如
图2.3
2.4接线中设备配置的一般原则
2.4.1开关的配置
（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关；容量为200MW及以上大
机组与双绕组变压器的单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。
（2）在出线上装设电抗器的6~10KV配电装置中，当向不同用户供电的两
回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。
（3）接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。
（4）一台半断路器接线中，视发变电工程的具体情况，进出线可装设隔离开关也可不装设隔离开关。
（5）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。
（6）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。
2.4.2压互感器的配置
（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、
同期和自动装置的要求。
电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。
（2）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。
旁路母
线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感顺的情况和需要确定。
（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。
（4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。
（5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。
当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。
2.4.3流互感受器的配置
（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、
保护和自动装置要求。
（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器；发电机和变压器的中
性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。
（3）对直接接地系统，一般按三相配置。
对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。
（4）一台半断路器接线中，线路一线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。
3短路电流的计算
3.1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。
3.2短路电流计算条件
3.2.1、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
3.2.2、一般规定
1．导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
2．导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，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的影响。
3．导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
对带电抗器的6~10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外，其它导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。
4．和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。
若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。
表3.1路电流计算表
短路电流值（KA）
4s
11.6
11.88
1.586
4.653
2s
11.66
12.19
1.586
4.197
1s
11.75
12.6
1.586
3.799
0.5s
12.16
13.31
1.497
3.641
0.2s
13.76
15.35
1.447
3.801
0s
17.8
20.65
1.536
4.318
短路电流标幺值
4s
2.347
2.404
0.642
1.884
2s
2.360
2.467
0.642
1.699
1s
2.379
2.551
0.642
1.538
0.5s
2.463
2.693
0.606
1.474
0.2s
2.785
3.106
0.586
1.539
0s
3.603
4.178
0.622
1.748
分支
电抗
Xjs
0.293
0.264
1.636
0.583
分支线名称
G1
G2
G3
G4
G1
G2
G3
G4
基准电流IB
KA
2.94
2.94
2.47
2.47
短路点平均电压
220
220
110
110
短路点编号
F1
F2
4导体和电器设备的选择
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：
断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、导线的选择。
4.1电气设备选择的一般原则：
1、应满
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