发电厂电气部分课设.docx
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发电厂电气部分课设
黑龙江大学
课程设计说明书
学院：
机电工程学院
专业：
电气工程及其自动化
课程名称：
发电厂电气部分
设计题目：
火力发电厂电气部分设计
姓名：
宋丹
学号：
20101965
指导教师：
瞿晓东
成绩：
2013.7.5
发电厂电气部分课程设计评分表
序号
评分项
该项得分
1
论文结构20分；
2
论文内容正确，正文结构合理20分；
3
参考文献引用质量10分；
4
附件图纸10分；
L
0
出勤20分；
6
答辩成绩20分。
论文评语：
课程设计总成绩：
1设计任务书4
1.1设计的原始资料4
1.2设计的任务与要求4
2电气主接线6
2.1系统与负荷资料分析6
2.2主接线方案的选择6
2.2.1方案拟定的依据6
2.2.2主接线方案的拟定8
2.3主变压器的选择与计算9
2.3.1变压器容量、台数和型式的确定原则9
2.3.2变压器的选择与计算10
3短路计算11
3.1短路计算的一般规则11
3.2短路电流的计算11
3.2.1各元件电抗的计算11
3.2.2等值网络的化简12
4电气设备的选择17
4.1电气设备选择的一般原则17
4.2电气设备的选择条件17
4.2.1按正常工作条件选择电气设备17
4.2.2按短路情况校验18
4.2.3断路器和隔离开关的选择20
4.2.4电流互感器的选择21
5结束语22
6参考文献23
1火力发电厂电气部分设计任务书
1.1设计的原始资料
凝汽式发电厂：
（1）凝汽式发电组3台：
3X100W,出口电压：
10.5KV,发电厂次暂态电抗：
0.12；额定功率因数：
0.8
（2）机组年利用小时：
Tmax=5700小时；厂用电率：
8%o发电机主保护动作时间0.1秒，环境温度36度，年平均气温为22度。
电力负荷：
送入220KV系统容量200MW,剩余容量送入110KV系统。
发电厂出线：
220KV出线3回；110KV岀线4回（10KM）,无近区负荷。
电力系统情况：
220KV系统的容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到发电厂
220KV母线短路容量为3400MVA,110KV系统容量为500MVA。
1.2设计的任务与要求
（1）发电机和变压器的选择
表1-1汽轮发电机的规格参数
型号
额定电压
额定容量
功率因数
接线方式
次暂态电抗
QFS-100-2
10.5KV
100MW
0.8
YY
0.12
注：
发电及参数如上表，要求选择发电厂的主变，联络110KV和220KV的联络变压器的型号。
（2）电气主接线选择
注：
火力发电厂的发电机-变压器接线方式通常采用单元接线的方式，注意主变容量应与发电机容量相配套。
110KV和220KV电压级用自耦变压器联接，相互交换功率，我们的两电压等级母线选用的接线方式为：
220KV采用双母三分段接线，110KV采用双母线接线。
（3）短路电流的计算
在满足工程要求的前提下，为了简化讣算，对短路电流进行近似讣算法。
结合电气设备选择选择短路电流计算点求出各电源提供的起始次暂态电流厂，冲击电流山，及计算短路电流热效应所需不同时刻的电流。
（4）主要电气设备的选择
要求选择：
110KV侧出线断路器、隔离开关、电流互感器。
2电气主接线
2.1系统与负荷资料分析
发电厂容量的确定与国家经济发展规划、电力负荷增长速度、系统规模和电网结构以及备用容量等因素有关。
发电厂装机容量标志着发电厂的规模和在电力系统中的地位和作用。
发电厂运行方式及年利用小时数直接影响着主接线设计。
从年利用小时数看，该电厂年利用小时数为5700h/a,远大于我国电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数5000h/年；乂为火电厂，所以该发电厂为带基荷的发电厂，在电力系统占比较重要的地位，因此，该厂主接线要求有较高的可靠性；从负荷特点及电压等级可知，该电厂具有110KV和220KV两级电压负荷。
110KV电压等级有4回架空线路，最大年利用小时数为5700h/a,说明对其可靠性有一定要求；220KV电压等级有3回架空线路，最大年利用小时数为5700h/a,其可黑性要求较高。
2.2主接线方案的选择
2.2.1方案拟定的依据
电气主接线乂称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。
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。
（1）电气主接线设计的基本要求
a.可靠性
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接最基本的要求。
电气主接线的可翥性不是绝对的。
同样形式的主接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求。
所以，在分析电气主接线可黑性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类型、设备制造水平及运行经验等诸多因素。
1发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用。
2负荷的性质和类型。
3设备的制造水平。
4长期运行实践经验。
b.灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。
灵活性包括以下儿个方面。
1操作的方便性。
2调度的方便性。
3扩建的方便性。
C.经济性
在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。
经济性主要从一下儿方面考虑。
1节约一次投资。
2占地面积少。
3电能消耗少。
（2）电气主接线的设计程序
电气主接线设计在各阶段中随着要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计原则、方法和步骤基本相同。
其设计步骤及内容如下。
a.对原始资料分析
1工程悄况，包括发电机类型（凝气式火电厂、热电厂、或者堤坝式、引水式、混合式水电厂等），设计规定容量（近期、远景），单机容量及台数，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。
2电力系统惜况，包括电气系统近期及远景发展规划（5~10年），发电厂或变电站在电力系统的地位及作用等
3负荷惜况，包括负荷的性质和地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。
®环境条件，包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质海拔高度及地震等因素
C.主接线方案的拟定与选择
根据设讣任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源的出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等的不同考虑，可以确定主接线方案。
2.2.2主接线方案的拟定
表2-1主接线方案
电压等级
方案
110KV
双母线接线
220KV
双母三分段接线
电气主接线如下图:
图2-1电气主接线图
2.3主变压器的选择与计算
2.3.1变压器容量、台数和型式的确定原则
（1）单元接线的主变压器容量的确定原则
单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。
采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。
（2）连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则
联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下，网络间的有功功率和无功功率交换，一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求。
根据以上原则知，本电厂3台机组的最大容量为125MW,应根据125MW发电机来选择联络变压器，乂为了布线方便，只选一台自耦联络变。
（3）变压器台数的确定原则
发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。
通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联系的中、小型发电厂和低压侧电压为6-10KV的变电所或与系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。
考虑到本电厂有3台100MW发电机，且电厂和系统有较强联系，故220KV电压等级接两台主变压器，110KV电压等级接一台主变压器。
（4）主变压器型式的确定原则
选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。
在330KV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器。
对于大型三相变压器，当受到制造条件和运输条件的限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器来取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。
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，对于最大机组容量为200MW及以上的发电厂，通常采用双绕组变压器加联络变压器，当采用扩大单元接线时，应优先选用低压
分裂绕组变压器，这样可以大大限制短路电流。
2.3.2变压器的选择与计算
按照变压器容量、台数和型式的确定原则，该发电厂主接线釆用3台三相双绕组主变压器和一台联络变压器。
3台主变压器分别和3台发电机组组成单元接线，联络变压器选用三相三绕组降压自耦变压器。
S二（100-100X8%）XI.1/0.8二126.3MVA
表2-2主变压器的参数
型号
额定容量
（MVA）
额定电压（KV）
连接组别
阻抗电压
（%）
SFP7-120000/220
120000
高压
低压
YN,dll
12〜14
220
13.8
SFP7-120000/110
120000
高压
低压
YX,dll
13
110
13.8
表2-3联络变压器的参数
型号
额定电压（KV）
连接组别
阻抗电压（%）
SFPS7-120000/220
咼压
中压
低压
Yn,ynO,dll
23
220
23
13.8
3短路电流的计算
短路计•算在设计发电厂主接线的过程中有着重要作用，它为电气设备的选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。
当短路发生时，对发电厂供电的可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能导致电力系统失去稳定，其至造成系统解列。
因此，对短路事故的计算是非常有必要的，而且是必须进行一项工作。
3.1短路计算的一般规则
（1）验算导体和电气设备动稳定、热稳定以及电气设备开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划内容计算，并考虑电力系统的远景发展规划
（一般为本工程建成后5至10年）。
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）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具体反馈作用对异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
（3）选择导体和电器时，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最大的点。
对带电抗器的6KV至10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔离板前的引线和套管的讣算短路点选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点选择在电抗器后。
（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。
3.2短路电流的计算
3.2.1各元件电抗的计算
选基准容量：
Sd二100MVA,Uav=Ud
发电机：
§=S；=时二竺二125MVA
1-0.8
X|”=X,”=X.==0.12X-二0.0768
1--56.25
等值电源：
SI：
Sd二100MVA,S1二3400MVA
变压器:
电缆:
3.2.2
S2：
沁OMVAXs2需
Tl,T2：
T3：
T4：
盼°294
凹二叫・2
51500
X—X-以（％）x八小八卩2・］（）（）八
Xm=0.4x10x
等值网络的化简
u'rYYYX
Sd
—X—=0.108
St（N）100120
壬叫・19
Sr（/V）100120
叫.03
1152
图2-2等值网络图
X
图2-3等值网络化简图1
图2-4等值网络化简图2
Es2
Cd
Ecq
图2-5等值网络化简图3
图2-6等值网络化简图4
各电抗值的讣算:
X,=X2=XTl+X/=0.108+0.0768=0.1848
X、=XT3+X}'=0.108+0.0768=0.1848
XS=X+Xg+二0.08175+0.i9+°O8175xO.19二0g
5绍14XS10.0294
X6=X+x+^^11=0.0294+0.19+a0294x019=0288X“0.08175
G3与Eg?
合并后电抗:
X,g一（）・1848x0.2=0og6
X3+X520.1848+0.2
转移B且抗：
乂破（丄+丄+丄+丄）
x,x6x7Xl
二0・03X0.288X（丄+―!
_+—!
—+丄）
0.80.2880.0960.03
二0.419
二0・14
=^5•+—+—+—）-0-8X0-03+0.288+0.096+0^03}
二1・163
计算电抗：
芳1心63><寫二2.9075
表3-1短路电流计算结果
短路计算时间
电流值/KA
G|2
S2
s】
短路电流
/KA
0
标幺值
0.327
7.386
2.795
有名值
0.513
3.708
1.403
5.624
1
标幺值
0.327
7.386
2.795
有名值
0.513
3.708
1.403
5.624
2
标幺值
0.327
7.386
2.795
有名值
0.513
3.708
1.403
5.624
电流基准值:
Sd_125x2一”‘心二阿二万殛「I"%
短路电流：
IK二0.513+3.708+1.403=5.624
4电气设备的选择
电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。
正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。
在进行电气设备选择时，应根据匸程实际情况，在保证安全可黑的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。
4.1电气设备选择的一般原则
（1）所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；在满足可靠性要求的前提下，应尽可能的选用技术先进和经济合理的设备，使其具有先进性；
（2）应按当地环境条件对设备进行校准；
（3）所选设备应予整个工程的建设标准协调一致；
（4）同类设备应尽量减少品种；
（5）选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。
在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。
4.2电气设备的选择条件
正确的选择电器是使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，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。
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。
4.2.1按正常工作条件选择电气设备
（1）额定电压和最高工作电压
电气设备所在电网的运行电压调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。
通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1-1.15倍，而电网运行电压的波动范围，一般不超过电网额定电压的1.15倍。
因
此，在选择电气设备时，所选用的电气设备允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即UQ%。
（2）额定电流
电气设备的额定电流IN是指额定周围环境温度下，电气设备的长期允许电流。
几应不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1’Nlmax。
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Imdx为发电机、调相机或变圧器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定（1.3-2倍变压器额定电流）；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【max：
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，还应考虑事故时山其他回路转移过来的负荷。
4.2.2按短路情况校验
a.短路热稳定校验
短路电流通过电气设备时，电气设备各部分的温度应不超过允许值.满足热稳定的条件为
/,2x/鼻Qk
式中：
Qk为短路电流产生的热效应，It、t分别为电器允许通过的热稳定电流和时间。
b.电动力稳定校验
电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。
满足动稳定的条件为
ies^ish或Ies^Ish
式中ish、Ish分别为短路冲击电流幅值和有效值；ies、les分别为电气设备允许的动稳定电流的幅值和有效值。
同时，应按电气设备在特定的工程安装使用条件，对电气设备的机械负荷能力进行校验，即电气设备的端子允许荷载应大于设备引线在短路时的最大电动力。
下列儿种情况可不校验热稳定或动稳定。
（1）用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。
（2）采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定。
（3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不验算动、热稳定。
c.短路计算时间
（1）热稳定短路计算时间―。
该时间用于校验电气设备在短路状态下的热
稳定，其值为继电保护动作时间/“和相应断路器的全开断时间Q之和，即
断路器全开断时间切是指给断路器的分闸脉冲传送到断路器操动机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后电弧完全熄灭为止的时间段。
显然，％包括两个部分，即
―加+ta
（2）短路开断讣算时间断路器不仅在电路中作为操作开关，而且在短路时要作为保护电器，能迅速可靠地切断短路电流。
为此，断路器应能在动静触头刚分离时刻，可幕开断短路电流，该短路开断讣算时间「和断路器固有分闸时间如之和，即
对于无延时保护，为保护启动和执行机构时间之和，传统的电磁式保
护装置一般为0.05〜0.06s,微机保护装置一般为0.016^0.03s。
4.2.3断路器和隔离开关的选择
选Pn二20MVA
发电机最大持续工作电流:
z1.05Pv
1.05x20x10'“一w
I==
maX如
-厂-10o.4Am
V3xll5
根据110KV出线回路的皿、/唤及断路器安装在屋内的要求，查附表5,可选
SW4-110/1000型少油断路器，固有分闸时间匚为0.06s
短路热稳定计算时间q为2s山于rK>ls,不计非周期热效应，短路电流的热效应Q等于周期分量热效应0
5.624?
+10X5.624?
+5・264?
12
短路开端时间,=加+心二0・1+0.06>0.Is,故用V校验INhro
冲击电流：
=1.8^2x5.624=14.31（K4）
表4-1断路器、隔离开关选择结果表
计算数据
SW-110/1000型断路器
GW4-1100/1000-80型隔离开关
Uw
110KV
S
110KV
Un
110KV
Imax
105.4A
In
1000A
Zv
1000A
•・
I
5.624KA
INbr
32KA
—
is..
14.31KA
INc\
55KA
—
2
63.26（心"
I>1
322xi=
1024（ala）'•$
I>'
21.5*5=
2311.25（/G4）：
>5
■
Ish
14.31KA
L
55KA
i»
80KA
断路器的选择：
1.从表1-2中可知，Un=Usn=\\0KVJn>I^.
符合高压断路器额定电压和电流的选择。
2.开断电流选择：
从表1-2中可知iNbr>r
3.短路关合电流的选择：
从表1-2中可知iNCL>ish
4.短路热稳定和动稳定校验：
从表1-2中知，=32*1=1024（/^4）2•$>Q=63.26（KA）2・s
>b
隔离开关与断路器相比，在额定电压、电流的选择及短路动、热稳定校验的项LI相同。
但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。
4.2.4电流互感器的选择
Jh二14.31AQk二63.26（KA）2•S/max=105.4A
根据电流互感器安装处的电网电圧，人疵，查附表8电流互感器的技术参数，选LCWD-110型电流互感器。
校验互感器的热稳定和动稳定：
从附表8中得知，热稳定系数K,=75,动稳定系数K“=150
（KgI?
=（75x1）2=5625（KA）2・S>°k=63.26（曲）？
・S
=V2xlxl50=212.1（/C4）>zv/i=14.31（/C4）
动热稳定均符合要求。
5结束语
发电厂课程设计是理论知识的具体运用，是一种综合能力的强化，通过设计，我了解了发电厂的基本整体设计思路，|]|于部分条件的理想化，难免与实际发电厂线路设计以及电气设备的选择有出入。
通过这次设计，将前面所学的知识运用到了设计之中，更好了融会贯通了各学科之间的联系，所学的理论和实践结合起来更好的达到了学以致用的效果，原来模糊的概念在这次设计中得以清晰化、条理化，特别是短路计•算，得到了明显的加强。
在这次设计中，通过查阅各种资料，也对发电厂电气部分的知识有了更进一步的拓展了解。
此次设讣不仅加强了专业课的知识运用，同时也对以后工作中可能遇到的问题有了提醒，各部分都是相互联系的，稍有错误将导致后续部分分析全部错误，这也提醒了我们学习需要很好的严谨性。
在此次课程设计中，主要的任务是电气主接线的选择，主变压器和联络变压器的选择，短路电流的计算，断路器、隔离开关和电流互感器的选择，通过这些步骤的设计，使我能熟练运用以前的所学知识，提高的自己的理论与实践结合的能力。
在这一个星期的设计过程中，得到了瞿老师和同学们的很大的帮助，使我顺利的完成了这次课程设计。
在此表示由衷地感谢！
6参考文献
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