200mw电厂电气.docx
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200mw电厂电气
1章发电机
本专题使用东方电机厂生产的QFQS－200－2型汽轮发电机，静子铁芯、转子铁芯及线圈为氢冷却、定子绕组为水内冷的汽轮发电机，本厂共两台。
一、技术数据
1.1额定技术数据
型号QFQS—200—2
有功功率200000KW
视在功率235300KVA
定子电压15.75KV
定子电流8625A
转子电压453V
转子电流1749A
功率因数0.85
相数3
周波50HZ
转速3000r/min
接法2－Y
效率98.4％
工作氢压0.3MPa
定子线圈冷却水压0.1～0.2MPa
定子线圈进水温度20～40℃
氢气冷却器进水水压0.2MPa
氢气冷却器进水温度15～30℃
氢气冷却器用水量（4个）300T/h
定子绕组冷却水量30T/h
进风温度（氢温）≤40℃
充气容积83m3
密封油压高于气压0.05±0.01（MPa）
冷却氢气用量35m3/s
出厂编号:
＃1机78-12-6-9（84.7.19）
＃2机78-12-6-13（84.12.17）
＃3机81-12-6-16（85.9.24）
＃4机84-12-6-21（86.12.31）
＃5机86-12-6-28（87.12.31）
＃6机87-12-6-33（88.11.24）
1.2发电机的主要技术参数
绝缘等级：
定子绕组和转子绕组采用“B”级绝缘材料；定子铁芯采用“A”级绝缘材料（边端铁芯为“B”级绝缘材料。
冷却方式：
定子绕组、定子引线及出线采用水内冷；定子铁芯及结构件采用氢气表面冷却；转子绕组采用气隙取气铣孔斜流式氢内冷；集电环采用空气冷却。
发电机内部为密闭循环通风系统；氢气由外部氢控系统供给，由氢气冷却器将氢气冷却；定子绕组、引线及出线的冷却水由外部独立循环的水系统供给，由水冷却器将水冷却。
定子线圈电阻（每相）（15℃）0.0019欧
转子线圈电阻（15℃）0.1894欧
定子线圈电容（每相）0.24微法
短路比≥0.534
瞬变电抗（不饱和）24.28%
超瞬变电抗14.44%
静过载能力1.68
负序电抗17.62%
2章主变压器的选择
在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器，主变压器又称主变。
主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。
所以主变压器的选择对整个设计影响重大。
2.1.1变压器台数的选择
主变压器台数选择的原则是：
（1）当发电机有电压直配线时应设备发电机电压母线，为保证供电可靠性，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。
（2）大容量的发电机一般采用单元接线，与变压器连接成一个单元。
当发电机容量不大时，可由两台发电机与一台变压器组成扩大单元接线。
由原始资料可知，我们本次所设计的电气部分，采用升压主变压器。
把所受的功率通过主变传输至220KV电网上。
为了保证供电可靠性，又由于采用单元接线，故选用两台主变压器，两者还可以互为备用。
2.1.2主变压器容量的选择
主变容量一般按发电厂建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据发电厂带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的发电厂，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一类和二类负荷。
当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证84%负荷供电。
正确选择配电变压器的容量的原则，是使变压器的容量能够得到充分的利用。
一般负荷应为变压器额定容量的75％~90％左右。
这就要看用电负荷性质即力率高低如何。
动力用电还要考虑单台大容量电动机的启动问题，遇到这种情况，就应选择较大一些的变压器，以适应电动机启动电流的需要。
另外还应考虑用电设备的同时率。
如实测负荷经常小于50％时，应换小容量的变压器；大于变压器额定容量时，应换大容量的变压器。
变压器容量选择的原则是：
（1）发电机出力最大，发电机电压母线上负荷最小时，扣除厂用电负荷后主变压器能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。
（2）当接在发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，或因供热负荷变
而需要限制本厂出力时，或因电力系统经济运行的要求而需要限制本厂出力时，主变压器应能从系统中到送功率，以保证发电机组电压母线上最大负荷的需求。
（3）根据系统经济运行的要求而限制本厂输出功率时，能供给发电机电压的最大负荷。
（4）若发电机电压母线上接有两台或两台以上主变时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他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。
主变压器容量选择的计算公式如下：
（1）单元接线中的主变压器容量
应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留下有10%的裕度选择。
≈1.1
（1-Kp）/
（MVA）（1-1）
式中
-发电机容量，MW；
-发电厂的额定功率因数；
Kp-厂用电率；
（2）接于发电机电压母线与升高电压母线之间的主变压器容量
按下列条件选择。
1）当发电机电压母线上的负荷最小时，应能将发电厂的最大剩余功率送至系统，计算不考虑稀有的最小负荷情况。
即
≈[
（1-Kp）/
-Pmin/
]/n（MVA）（1-2）
式中
-发电厂电压母线上的发电机容量之和，MW；
Pmin-发电机电压母线上的最小负荷，MW；
-负荷功率因数；
n-发电机电压母线上的主变压器台数。
2）若发电机电压母线上接有2台及以上主变压器，负荷最小且其中容量最大的一台变压器退出运行时，其他主变压器能将发电厂最大剩余功率的70%以上送至系统。
即
≈[
（1-Kp）/
-Pmin/
]×70%/（n-1）MVA（1-3）
（3）变电所主变压器的容量一般按变压器所建成后5-10年的规划考虑，并按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷Smaxd的60%-70%或全部重要负荷选择。
即
≈
（0.6-0.7）Smax/（n-1）（MVA）（1-4）
式中n-变电所主变压器台数
为保证供电的可靠，变电所一般装设2台主变压器；枢纽变电所装设2-4台；地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所。
可装设3台。
2.1.3主变压器型式的选择
（1）相数的确定
本厂选用三相式变压器。
因为三项式较同容量的三台单项式投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。
故选用三相式变压器。
（2）绕组数的确定
变压器按其绕组数可分为双绕组式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等型式。
发电厂的最大机组容量为125KW及一下时，若以两种升高电压向用户供电或与电力系统连接时，一般采用三绕组变压器，其第三绕组接发电机。
但是各绕组通过的功率应达到该变压器容量的15%以上，否则不如采用两台双绕组变压器经济合理。
当发电厂只升高一级电压时，可选用双绕组普通式变压器。
发电厂的最大容量为200MW及以上的机组时，一般采用发电机----双绕组变压器单元接线形式接入系统，若发电厂有两个升高电压时，常使用三绕组变压器（或自耦变）作为联络变压器，低压绕组作为厂用启动电源或厂用备用电源，其主要作用是实现高、中压的联络。
其低压绕组接成三角形抵消三次谐波分量。
当中压为中性点不直接接地电网时，只能选用普通三绕组变压器。
采用扩大单元接线的变压器，适宜采用低压分列绕组的变压器，可以大大限制短路电流。
自耦变压器损耗小、造价低，与同容量、同电压等级的普通变压器比较，自耦变压器的经济效益非常显著。
但是，由于自耦变压器在高压电网和中压电网之间有电气连接故具备了过电压从一个电压等级的电网转移到另一个电压等级电网的可能性，所以其高中压侧必须都是高中压侧必须是中性点直接接地。
所以220KV及以上电压等级的变压器可以选择自偶变。
国家规定只有一种升高压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及只有两种电压的变电所，采用双绕组变压器。
故本次设计选用双绕组变压器。
（3）绕组接线组别的确定
变压器的绕组连接方式必须使得其线电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系统变压器采用的绕组连接方式有星型“Y”和三角形“D”两种。
我国电力变压器的三绕组所采用的连接方式为：
110KV及以上电压侧均为“YN”，即有中性点引出并直接接地；35KV作为高、中压侧时都采用“Y”，其中性点不接地或经消弧线圈接地，作为低压侧时可能用“Y”或“D”；35KV一下电压侧一般为“D”，也有“Y”方式。
本次设计采用YN，d11接线组别。
（4）结构形式的选择
双绕组变压器在结构上有两种基本形式。
1）升压型。
升压型的绕组排列为：
铁芯-低压绕组-高压绕组。
2）降压型。
降压型的绕组排列为：
铁芯-高压绕组-低压绕组。
本次设计采用升压型变压器。
从阻抗方面来分析，变压器各侧阻抗值得选择必须从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并列运行等方面进行综合考虑，变压器的阻抗决定了变压器的结构，变压器绕组在铁心上的相对位置决定了变压器的阻抗，三绕组变压器分为升压结构和降压结构两种类型，从电力系统和供电电压质量及减少送功率时的损耗考虑，变压器阻抗越小越好，但阻抗偏小会使短路电流增大，使低压此设备的选择遇到困难。
因此，接发电机的变压器应选择升压型。
故最终定位于升压变压器。
（5）调压方式
变压器的调压方式分无励磁调压和有载调压。
由于有载调压结构复杂、价格贵，故本次设计采用无载调压。
（6）冷却方式选择
电力变压器的冷却方式，随其型式和容量不同而异，冷却方式有以下几种类型。
1）自然风冷却。
无风扇，仅借助冷却器热辐射和空气自然对流冷却，容量在10000KVA一下。
2）强迫风冷却。
在冷却器间加装数台电风扇，使油迅速冷却，额定容量在8000KVA以上。
3）强迫油循环风冷却。
采用潜油泵强迫有循环，并用风扇对油管进行冷却，额定容量在40000KVA以上。
4）强迫油循环水冷却。
采用潜油泵强迫有循环，并用水对油管进行冷却，额定容量在120000KVA及以上。
由于铜管质量不过关，国内很少使用。
5）强迫油循环导向冷却。
采用潜油泵将油压入线圈之间、线饼之间和铁芯预先设计好的油道中进行冷却。
6）水内冷。
将纯水注入空心绕组中，借助水的不断循环，将变压器的热量带走。
参考以上的冷却方式，本次设计采用强迫油循环风冷却。
综上所述，本次设计所选为两台三相双绕组强迫油循环风冷中性点直接接地的升压变压器，其接线组别为YN,d11型。
根据以上条件选择，确定采用型号为SFP-260000/220三绕组电力变压器，变压器具体参数如下
型号
SFP-260000/220
连接组标号
YN，d11
冷却方式
强迫油循环风冷
阻抗电压
14.15%
额定容量
260MVA
空载电流
1.015%
额定电压比
220/15.75KV
空载损耗
281KW
额定电流
1181.8/16507.9A
调压方式
高压侧无励磁调压
相数
3
调压范围
550/
×2.5%KV
允许环境温度
-25-43.4℃
允许温升
绕组60℃，油50℃
变压器总质量
469t
油质量
81t
额定频率
50HZ
总损耗
1301KW
S:
三相F：
风冷却P：
强迫油循环260000：
额定容量220：
电压等级
3章电气主接线
电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。
所以它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。
概括地说包括以下三个方面：
（1）可靠性：
在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠程度。
可靠性的具体要求在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电；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。
（2）灵活性：
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
在调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求；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。
（3）经济性：
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；要节省继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少；经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。
电气主接线是发电厂电气设计的首要部分,也是构成电力系统的主要环节。
3.1电气主接线的叙述
（1）单元接线
其是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种，此种接线方法设备更多。
本设计中机组容量为125MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器。
这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。
（2）单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线
优点：
在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不带电，通常两侧的开关处于合闸状态，检修时两两互为热备用；检修QF时，可不停电；可靠性高，运行操作方便。
缺点：
增加了一台旁路断路器的投资。
（3）单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线
优点：
可以减少设备，节省投资；同样可靠性高，运行操作方便；
（4）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。
（5）双母线带旁路母线的接线
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，增加投资和占地面积，容易造成误操作。
3.2主接线方案：
（1）根据变压器的组合方案拟定主接线的初步方案，并依据对主接线的基本要
求，从技术上进行论证各方的优、缺点，淘汰了一些较差的方案，最终选定220KV采用双母线带旁路接线。
（2）发电机采用单元接线经过双绕组变压器升压后送人系统母线，其中220KV侧用2台发电机供电，110KV侧采用1台机组供电，220KV系统与110KV系统之间用三绕组自耦变压器连接，其低压绕组引出作为厂用电备用电源。
主接线方式如下图2—1所示：
图3—1电气主接线图
4章高压厂用变压器的选择
厂用电源包括工作电源和备用电源，两者又各分为高、低压两部分。
对单机容量在200MW及以上的发电厂还应考虑设置启动电源和事故保安电源。
厂用电源必须满足供电可靠，且满足各种工作状态的需求。
厂用电应尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，避免引起全厂停电事故，各机组厂用电系统应相互独立，以保证一台机组故障停运或其辅机发生电气故障时，不影响其他机组正常工作。
4.1厂用变压器选择的基本原则和应考虑的因素：
（1）变压器原、副边额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应。
（2）连接组别的选择，宜使用同一电压级的厂用电工作、别用变压器输出电压的相位一致。
（3）阻抗电压及调整型式的选择，宜使在引接点电压及厂用电负荷正常被动范围内，厂用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的
5%。
（4）变压器的容量必须保证厂用机械及设备能从电源获得足够的功率。
4.2厂用变压器的台数选择
因为电厂有两台机组同时工作，考虑到供电的可靠性，故每台机组配置一台高压厂用变压器和一台公共变压器，两台机组设一台备用变压器。
4.3厂用变压器容量的选择
确定厂用变压器的容量，首先应先了解厂用负荷的特性。
从运行方式上分：
（1）按使用机会可分为两类：
a经常使用的设备，即在生产过程中，出了本身检修和事故外，每天都投入使用的设备；b不经常使用的设备，指只在检修、事故、机炉启停期间使用，或两次使用间隔时间很长的用电设备。
（2）按每次使用的时间的长短分为三类：
a连续工作，即每次使用时连续带负荷运行2h以上；b短时工作，即每次使用时，；连续带负荷运行10-20min者；c断续工作，即每次工作不足10min者。
在此基础上，按照主机满发的要求及厂用电母线按炉分段的原则，进行厂用变压器的选择。
如前所述，常用母线是按炉分段的，要确定厂用变压器和电抗器的容量，首先列出该变压器所供常用母线段上电动机容量和台数，然后计算母线段的计算负荷，即在正常情况下全厂发电机满负荷运行时，各厂用母线段上最大负荷。
计算原则：
（1）经常而连续运行的设备予以计算。
（2）机组运行时不经常而连续运行的设备也计算。
（3）经常短时及经常断续运行的设备应适当计算；不经常而短时及不经常而断续运行的设备不予计算。
但由电抗器供电的应全部计算。
（4）由同一厂用电源供电的互为备用的设备，只计算运行部分。
但对于分裂变压器，应分别计算其高、低压绕组的负荷。
当两低压分裂绕组接有备用的设备时，高压绕组容量只计入运行部分，低压绕组容量应分别计入运行部分。
（5）由不同厂用电源供电的互为备用的设备，全部计算。
（6）对于分裂电抗器，应分别计算每臂中通过的负荷。
综合电厂各大型电动机的工作时间不同，工作方式不同，无法正确掌握总的耗电量，已知厂用变压器的容量略大于厂用电量，但本次设计提供的资料中给出了厂用电率，故厂用变压器的容量可有式2-1求的。
=
×
/
（2-1）
带入数据的
=200×10%/0.85=23.5MW
4.4厂用变压器型式的选择
（1）相数的选择
厂用电系统供电负荷绝大部分为三相电动机，故本次设计选用三相厂用变压器。
（2）绕组数的选择
本次设计的工作变压器选为分裂绕组变压器，公用变压器为双卷变压器。
（3）连接组别的确定
为保证常用电的供电稳定性，并减少电流震荡，一次侧选用D型，本次设计的连接组别为D，yn1。
（4）结构形式选择
因为发电机出口电压为20KV，而常用高压为6KV故需要一台降压变压器。
（5）调压方式的选择
因为厂用电的供电要求灵活可靠，且变压器容量较小，经济成本较低，故可以采用有载调压。
（6）冷却方式的选择
由于本次设计厂用变压器容量不是很大，故可选用选用油浸风冷的冷却方式。
综上所述，本次设计的高压厂用变压器选用三相油浸式风冷分裂绕组中性点经中阻接地的降压变压器，接线组别为D，yn1。
根据以上条件选择，确定采用型号为SFFZ-25000/15.75分裂绕组电力变压器；高压公用变压器型号为SF-25000/15.75；高压厂用变压器具体参数如下
型号
SFFZ-25000/15.75
调压方式
有载调压
额定容量
25/12.5-12.5MVA
接线组别
Y/∆‾∆‾11‾11
冷却方式
自然冷却/风冷
空载损耗
29.5KV
额定频率
50HZ
高压侧额定电流
1587A
额定电压
15.75/6.3-6.3KV
低压侧额定电流
3968A
电压组合
（15.75
8×1.25%）/6.3KV
中性点接地方式
低压侧经40Ω电阻接地
S：
三相F：
风冷却Z：
有载调压
厂用电接线
厂用母线分段
一、按锅炉容量决定厂用母线分段
火力发电机组的高、低压厂用电系统均采用单母线，其分段情况如表1
锅炉容量
（t/h）
高压厂用母线
低压厂用母线
独立供电的主厂房照明母线
段数
说明
段数
说明
段数
说明
65
两炉合用一段母线
两炉合用一段母线
120--220
每炉一段
每炉一段
两台机组设一段
400--670
每炉两段
每炉两段
每台机组一段
>=1000
每一级高压厂用母线应为两段
每一级高压厂用母线应为两段
我国常用的汽轮机、锅炉容量对照表
汽轮机输出功率（mw）
6
12
25
50
100
125
200
300
600
锅炉容量
35
65
130
220
410
400
670
~1000
~2000
参数
3.8mpa
450℃
3.8mpa
450℃
3.8mpa
450℃
9.8mpa
540℃
9.8mpa
540℃
13.7mpa
555/555℃
13.7mpa
540/540℃
可见我们的机组选用每炉两段母线分段
高压厂用工作电源引接方式
当发电机与主变压器成单元连接时，高压厂用工作电源一般由主变压器低压侧引接，供给该机组的厂用负荷。
厂用电接线图
5章电气设备的选择
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：
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。
5.1电气设备选择的一般规则
（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。
（2）应按当地环境条件校核。
（3）应力求技术先进和经济合理。
（4）与正个工程的建设标准应协调一致。
（5）同类设备应尽量减少品种。
（6）用新的产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。
5.2电气选择的技术条件
5.2.1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
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