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发电厂课程设计3

发电厂电气课程设计（论文）

题目凝汽式火电厂电气一次部分设计

学院名称

指导教师

职称

班级

学号

学生姓名

2008年6月18日

设计任务书——

1、概述

1.1引言

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。

1.2系统与负荷资料简叙

本设计为2×200MW+2×600MW火力发电厂电气部分一次设计，原始资料如下：

1.类型：

凝汽式火电厂

2.装机容量：

装机4台、容量分别为2×200MW（额定电压为15.75kV）、2×600MW（额定电压为20kV），机组年利用小时数Tmax=6500h。

功率因数为0.85

3．厂用电率6%，厂用母线电压为6kV

4．220kV电压等级：

60km架空线4回,每回平均输送40MW，=5000h，每两回接至一变电站，互为备用接线。

5．500kV电压等级：

500kV电压级与容量为5000MW的电力系统连接，系统归算到本电厂500kV母线上的电抗标幺值XS*=0.021（基准容量为100MV·A）,500kV架空线3回，备用线一回。

6.环境条件：

本厂建在一大型矿区，煤炭资料丰富，附近有河流经过，水源丰富，足够本厂用水，距离负荷中心较远。

7．气象条件：

当地最高温度为44℃，最低温度6℃，最热月平均最高温度为30℃，气象条件一般，无特殊要求。

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。

220KV电压级：

出线回路数为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。

500KV电压级：

出线回路数为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2.1，分别如图2.1及2.2。

表2.1拟定的两种方案

电压等级

方案Ⅰ

方案Ⅱ

220KV

双母带旁路

500KV

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。

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）

SFP7-240000

高压侧

低压侧

Ud%

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

500

220

15.75

其中容量比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）

11.6

11.88

1.586

4.653

11.66

12.19

1.586

4.197

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

17.8

20.65

1.536

4.318

短路电流标幺值

2.347

2.404

0.642

1.884

2.360

2.467

0.642

1.699

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

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

基准电流IB

2.94

2.47

短路点平均电压

500

220

短路点编号

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；

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。

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却是一致的。

电器要能可靠的工作，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

4.1.1按正常工作条件选择电器

1、额定电压和最高工作电压

所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即

Ualm≥Usm。

一般电器允许的最高工作电压：

当额定电压在220KV及以下时为1.15UN；额定电压是330~500KV时是1.1UN。

而实际电网的最高运行电压Usm一般不会超过电网额定电压的1.1UNs，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择,即

UN≥UNs。

2、额定电流

电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度θ。

下，电器的长期允许电流。

IN不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IN≥Imax

由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。

此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。

3、按当地环境条件校核

在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。

我国目前生产的电器使用的额定环境温度θ0＝＋40℃，如周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。

当地最高温度为44℃，最低温度6℃，最热月平均最高温度为30℃，气象条件一般，无特殊要求。

4.1.2按短路情况校验

1、短路热稳定校验

短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。

满足热稳定的条件为It2t≥Qk

式中Qk—短路电流产生的热效应

It、t—电器允许通过的热稳定电流和时间。

2、电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。

满足动稳定条件为：

Ies≥Ish

式中Ish—短路冲击电流有效值；

Ies—电器允许的动稳定电流的有效值；

4.2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：

表4.1

序号

电器名称

额定电压

额定电流

额定容量

机械荷载

额定开断电流

热稳定

动稳定

绝缘水平

KVA

断路器

√

隔离开关

√

4.3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，断路器一般选择真空和六氟化硫。

35kV屋内的断路器一般选择真空的。

35kV屋外的断路器一般选六氟化硫的。

（1）断路器的种类和形式的选择

因为110KV侧有8回出线，220KV侧有12回出线，所以接入110KV,220KV侧的高压断路器应选择SF6断路器。

（2）额定电压的选择

110KV侧:

=1.1×110KV=121KV

220KV侧:

=1.1×220KV=242KV

（3）额定电流的选择

110KV侧:

≥

=1.05×300×1000/

×110×0.85=1.945KA

220KV侧:

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