300MW凝汽式发电厂电气部分设计毕业设计.docx
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300MW凝汽式发电厂电气部分设计毕业设计
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2×300MW凝汽式发电厂电气部分设计--毕业设计（总34页）
前言
在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中有着重要作用，它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大的影响人民的物质与文化生活水平的提高。
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。
主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。
并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。
电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域，而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。
本文是对配有2台300MW凝气式发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计。
包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验。
本设计是对2×300MW总装机容量为600MW的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用高压部分的设计，他主要包括了五大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择、安全保护装置。
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，列出各种设备选择结果表。
并对设计进行了理论分析。
摘要
本设计是对2×300MW总装机容量为600MW的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用高压部分的设计，他主要包括了五大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择、安全保护装置。
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，列出各种设备选择结果表。
并对设计进行了理论分析
最后的设计总图包括主接线，厂用电，断路器，隔离开关等。
[关键词]：
主接线；发电厂；变压器；厂用电；安全保护
第一章电力工业的发展概况：
火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。
“十五”期间我国火电建设项目发展迅猛。
2001年至2005年8月，经国家环保总局审批的火电项目达472个，装机容量达344382MW，其中2004年审批项目135个，装机容量107590MW，比上年增长207%；2005年1至8月份，审批项目213个，装机容量168546MW，同比增长420%。
随着中国电力供应的逐步宽松以及国家对节能降耗的重视，中国开始加大力度调整火力发电行业的结构。
由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。
它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。
由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。
因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。
据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。
电能是一种清洁的二次能源。
由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。
因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。
绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。
本设计的主要内容包括：
通过原始资料分析和方案比较，确定发电厂的电气主接线。
计算短路电流，并根据计算结果来选择和效验主要电气设备。
第二章发电机，变压器的选择与计算
发电机,变压器的选择原理:
发电机的选择原则
发电厂在电力系统中的地位和作用
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。
大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入330～500kV超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110～220kV系统，也有接入330kV系统；企业自备电厂则以对本企业供电供热为主，并与地区110～220kV系统相连。
发电厂的分期和最终建设规模
发电厂的机组容量应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的8～10%为宜。
一个厂房内的机组，其台数以不超过6台、容量等级以不超过两种为宜。
负荷大小和重要性
（1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。
（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。
型号
额定功率（MW）
额定电压（KV）
额定电流（KA）
功率因数
同步电抗（Xd%）
瞬变电抗（X'd%）
超瞬变电抗（X"d%）
QFS-300-2
300
18
11320
（3）对于三级负荷一般只需一个电源供电。
系统备用容量大小
系统中需要有一定的发电机装机备用容量。
运行备用容量不宜少于8～10%，以适应负荷突增、机组检修和故障停运几种情况。
主变压器的选择原则
为节约投资及简化布置，主变压器应选用三相式。
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，并要求：
在发电机电压母线上的负（荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统；发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；因系统经济运行而需限制本厂出力时，亦应满足发电机电压的最大负荷用电。
在高、中系统均为中性点直接接地系统的情况下，可考虑采用自耦变压器。
当经常由低、高压侧向中压侧送电或由低压侧向高、中压侧送电时，不宜使用自耦变压器。
对潮流方向不固定的变压器，经计算采用普通变压器不能满足调压要求是，可采用有载调压变压器。
厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素
变压器原、副边电压必须与引接电源电压和厂用网络电压一致。
变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。
厂用高压备用变压器或起动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器容量相同；低压厂用设备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。
确定变压器台数及容量
主变的选择
台数：
根据原始资料，该厂除了本厂的厂用电外，其余向系统输送功率，所以不设发电机母线，发电机与变压器采用单元接线，保证了发电机电压出线的供电可靠，主变压器300WM发电机组的主变压器选用两绕组变压器2台。
向本厂供电变压器选用三相式两绕组变压器2台，厂用备用电源选用两绕组变压器1台。
容量：
单元接线中的主变压器容量SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10％的裕度选择，单元接线中的主变压器容量SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10％的裕度选择。
发电机G-1、G-2的额定容量为300MW，扣除厂用电后经过变压器的容量为：
经计算后选取变压器如下
300MW发电机组所选变压器型号为：
SFP-360000/220两台。
变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接方式只有Y型和△型，高、低二侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。
三相变压器的一相绕组或连接成三相绕组的三相变压器的相同电压的绕组连接成星型、三角型、曲折型时，对高压绕组分别以字母Y、D或Z表示，对中压或低压绕组分别以字母y、d或z表示。
如果星型连接或曲折型连接的中性点是引出的，则分别以YN、ZN表示，带有星三角变换绕组的变压器，应在两个变换间已“-”隔开。
我国110KV以上电压，变压器的绕组都采用Y连接。
35KV以下电压，变压器绕组都采用△连接。
第三章电气主接线
主接线的设计原则和要求
发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。
它表明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。
它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。
由于电能生产的特点是：
发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。
因此，主接线的设计是一个综合性的问题。
必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。
（1）可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。
衡量主接线运行可靠性的标志是：
①断路器检修时，能否不影响供电。
②线路、断路器或母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。
③发电厂全部停运的可能性。
④对大机组超高压情况下的电气主接线，应满足可靠性准则的要求。
（2）灵活性①调度灵活，操作简便：
应能灵活地投入某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。
②检修安全：
应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。
（3）经济性①投资省：
主接线应简单清晰，控制、保护方式不过于复杂，适当限制断路器电流②占地面积小：
电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件。
③电能损耗少：
经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。
主接线方案的选择
初定方案
在了解了基本接线方式，以及根据对所有资料的分析的基础上初步拟定方案，并依对主接线的基本要求，从技术上进行论证各方的优、缺点，确定如下方案：
首先我们要从可靠性、灵活性以及经济性多个层面考虑，我们所设计的供电系统是否符合要求，可靠性要求我们在断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。
灵活性要求主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
在检修时，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；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
经济性上要求我们要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备以节省二次设备和控制电缆。
方案一：
采用双母线接线。
双母线接线与单母线接线比较的优点为:
采用一条母线工作，另一条母线可实现不停电检修；任一回路母线隔离开关检修时，通过母线使该回路单独在备用母线上停电检修；母线故障时，所有回路能迅速切换到非故障母线上运行；在特殊情况下，可将个别回路接在备用母线上单独工作或实验。
双母线接线在我国大、中型大电厂和变电站中才广为采用，并已积累了丰富的运行经验。
电压等级为220KV出现数目在3回及以上时，采用双母线接线。
图3-1
双母线接线具有运行比较灵活，可靠性高，便于扩建等优点。
方案二：
采用单母分段带旁路母线接线。
优点：
简单、清晰、操作方便易于扩建；当检修出线断路器时可不停电检修。
缺点：
当汇流母线检修或故障时，该母线将全部停电。
电压等级越高，少油式断路器检修所需的时间越长。
220KV出线在4回及以上时一般采用带专用旁路断路器的旁路母线；新设计规程中指出，当断路器为六氟化硫型时，可不设旁路设施。
图3-2
比较并确定主接线方案
在所实现的目的要求相差不大的情况下，采用最小费用法对拟定的两方案进行经济比较，两方案中的相同部分不参与比较计算，只对相异部分进行计算，计算内容包括投资，年运行费用。
很容易知道当采用单母线分段带旁路的时候，必须多增加较多断路器增加了投资，这在稳定的可靠性，及经济上都是不具有优势的，因此采用方案一。
接线图如图3-1所示。
厂用电系统的设计
厂用电接线的选择
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，应保证对厂用电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；还应适当注意经济性和发展的可能性并积极慎重的采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。
此外，在设计厂用电系统接线时还要对供电电压等级，厂用供电电源及其引接进行分析和论证。
厂用电接线应满足下列要求：
（1）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。
一台机组的做故障停运或其辅机的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。
并能在短时间内恢复本机组的运行
（2）充分考虑机组启动和停运过程中的供电要求。
一般均应配备可靠的启动（备用）电源。
在机组启动、停运和事故时的切换操作要少，并能与工作电源短时并列。
（3）充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。
特别要注意对公用负荷供电的影响。
要便于过渡，尽量改变接线和更换设备。
（4）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。
还要设置电能质量指标合格的交流不间断供电装置，保证不允许间断供电的热工负荷的用电。
火电厂的辅助机械多、容量大，供电网络复杂，其主要负荷分布在锅炉、气机、电气、输煤、出灰、化学水处理以及辅助车间和公用电气部分，因此，厂用电以单母线分段接线形式合理地分配厂用各级负荷。
厂用电接线选择：
单母线分段接线。
厂用变压器选择
与300MW发电机组相连的厂用变压器型号为：
SFF7-40000/18两台
其具体参数如表3-2所示。
表3-2所选变压器型号及其参数
型号
额定容量（KVA）
额定电压
空载电流（%）
空载损耗（KW）
负载损耗（KW）
阻抗电压（UK%）
高压（KV）
中压KV
低压（KV）
SFP-360000/220
360000
18
190
860
SFP-360000/220
360000
18
190
860
SFF7-40000/18
400000/2×20000
全穿越
半穿越
系数
SFF7-40000/18
400000/2×20000
全穿
越
半穿越
系数
第四章短路电流分析计算：
短路电流计算目的及规则：
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、计算软导线的短路摇摆。
5、确定分裂导线间隔棒的间距。
6、验算接地装置的接触电压和跨步电压。
7、选择继电保护装置和进行整定计算。
一、短路电流计算条件：
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。
二、短路计算的一般规定：
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。
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。
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
电抗计算：
（1）发电机电抗：
（2）主变压器电抗：
（3）线路阻抗：
（4）厂用变压器等效电抗：
全穿越阻抗：
%
半穿越阻抗：
%
1表示18KV
2表示6KV
X8=X10
电抗值计算：
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d1、d2。
无线大功率系统的主要特征是：
内阻抗X=0，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。
短路点k1的计算（220Kv母线侧）
等效电路图：
图一图二图三
图一：
X5=，X3=X4=，X1=X2=
图二：
X5=，X12=，X34=
图三：
X5=，X31=
（1）对于无穷大系统：
Kim=
标幺值：
有名值：
（2）对于发电机：
Kim=
标幺值：
查发电机的运行曲线（电力系统p188）
t=0s时,I=
t=1s时,I=
t=2s时,I=
有名值：
t=0s时,I=
t=1s时,I=
t=2s时,I=
对于短路点K1
t=0s时,I=
t=1s时,I=
短路点k2的计算（发电机端18KV）
等效电路图：
图一：
X5=,X7=X2=,X3=X4=
图二：
X5=,X42=X4+X2=
图三：
（1）对于无穷大系统：
Kim=
标幺值：
有名值：
（2）对于发电机G1：
Kim=
标幺值：
查发电机的运行曲线（电力系统p187）
t=0s时,I=
t=1s时,I=
t=2s时,I=
有名值：
t=0s时,I=
t=1s时,I=
t=2s时,I=
（2）对于发电机G2：
Kim=
标幺值：
查发电机的运行曲线（电力系统p187）
t=0s时,I=
t=1s时,I=
t=2s时,I=
有名值：
t=0s时,I=
t=1s时,I=
t=2s时,I=
对于短路点K2
t=0s时,I=
t=1s时,I=
t=2s时,I=
Iim=++=
Iim=++
短路点k3的计算
等效电路图：
图一：
x5=，x1=x2=，x3=x4=，x6=0，x8=
图二：
x5=，x1=，x3=，x68=x6+x8=，x24=x2+x4=
图三：
x5=，x3=，x68=
图四：
x68=，xAC=，
图五：
（1）对于无穷大系统：
Kim=
标幺值：
有名值：
（2）对于发电机G2：
Kim=
标幺值：
有名值：
对于短了点K3：
I=+=
短路电流计算结果
电压系数（KA）
短路点
短路电流同期分量有效值（KA）
短路全电流最大有效值（KA）
短路冲击电流（KA）
T=
T=1s
T=2s
220
220kv母线K1
18
发电机端K2
6
6kv厂用导线K3
第五章电气设备的选择：
电气设备选择的一般原则及短路校验
设备选择的一般原则
1、①应力求技术先进，安全适用，经济合理。
②应满足正常运行、检修和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。
③应与整个工程的建设标准协调一致。
④选择的导体品种不应太多。
2、选用的电器最高允许工作电压，不得低于该回路最高运行电压。
3、选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流。
由于高压开断电器设有持续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。
4、验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流作用的短路电流，应按具体工作的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景规划。
5、验算导体和电器的短路电流，按下列情况计算：
（1）、除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络电流外，元件的电阻都应略去不计。
（2）、对不带电抗器回路的计算，短路点应选择在正常接线方式短路电流为最大的点。
6、导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流按发生短路时最严重情况计算。
7、验算裸导体短路热效应应计算时间，应采用主保护动作时间和相应的断路器全分闸时间，继电器的短路热效应计算时间，宜采用后备保护动作时间和相应的断路器全分闸时间。
8、在正常运行时，电气引线的最大作用力不应大于电器端子允许的负载。
按短路条件进行校验
电气设备按短路故障情况进行校验，就是要按最大可能的短路故障（通常为三相短路故障）时的动、热稳定度进行校验。
但有熔断器和有熔断器保护的电器和导体（如电压互感器等），以及架空线路，一般不必考虑动稳定度、热稳定度的校验，对电缆，也不必进行动稳定度的校验。
在电力系统中尽管各种电气设备的作用不一样，但选择的要求和条件有诸多是相同的。
为保证设备安全、可靠的运行，各种设备均按正常工作的条件下的额定电压和额定电流选择，并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。
（1）热稳定校验
校验电气设备的热稳定性，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。
如果满足这一条件，则选出的电气设备符合热稳定的要求。
作热稳定校验时，已通过电气设备的三项短路电流为依据，工程计算中常用下式校验所选的电气设备是否满足热稳定的要求，即：
作热稳定校验时，已通过电气设备的三项短路电流为依据，工程计算中常用下式校验所选的电气设备是否满足热稳定的要求，即：
式中，
——三相短路电流周期分量的稳定值（KA）；
——等值时间（亦称假想时间s）；
——制造厂规定的在ts内电器的热稳定电流（KA）；t为与
相对应的时间（s）。
短路计算时间。
校验短路热稳定的短路计算时间应为继电保护动作时间top和断路器全开断时间toc之和，即
式中，
——保护动作时间，主要有主保护动作时间和后备保护动作时间，当为主保护动作时间时一般取；当为后备保护时间时一般取；
——断路器全开断时间（包括固有分闸时间和燃弧时间）。
如果缺乏断路器分闸时间数据，对快速及中速动作的断路器，取toc=对低速动作的断路器，取toc=。
校验导体和220KV电缆的短路热稳定性时，所用的计算时间，一般采用主保护的动作时间加上相应地断路器的全分闸时间.如主保护有死区时，则应采用能对该死区起作用的后备保护的动作时间，并采用相应处的短路电流值。
校验电器和220KV以上冲油电缆的短路电流计算时间，一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。
（2）动稳定校验
当电气设备中有短路电流通过时，将产生很大的电动力，可能对电气设生严重的破坏作用。
因此，各制造厂所生产的电器，都用最大允许的电流的值imax或最大有效值
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