发电厂一次侧课程设计11.docx
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发电厂一次侧课程设计11
摘要：
电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其它能源形式。
当今，火力发电在我国乃至全世界范围，其装机容量占总装机容量的70％左右，发电量占总发电量的80％左右。
由此可见，电能在我国这个发展中国家的国民经济中担任着主力军的作用。
发电厂是电力系统的重要组成部分，也直接影响整个电力系统的安全与运行。
在发电厂中，一次接线和二次接线都是其电气部分的重要组成部分。
在本次设计中，主要针对了一次接线的设计。
从主接线方案的确定到厂用电的设计，从短路电流的计算到电气设备的选择以及配电装置的布置，都做了较为详尽的阐述。
设计过程中，综合考虑了经济性、可靠性和可发展性等多方面因素，在确保可靠性的前提下，力争经济性。
设计说明书中所采用的术语、符号也都完全遵循了现行电力工业标准中所规定的术语和符号。
关键词：
主接线设计；短路电流；配电装置；电气设备选择
电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其他能源形式。
提供电能的形式有水利发电，火力发电，风力发电，随着人类社会跨进高科技时代又出现了太阳能发电，磁流体发电等。
但对于大多数发展中国家来说，火力发电仍是今后很长一段时期内的必行之路。
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%。
如果这些火电项目全部投产，届时我国火电装机容量将达5.82亿千瓦，比2000年增长145%[1]。
2006年12月，全国火电发电量继续保持快速增长，但增速有所回落。
当月全国共完成火电发电量2266亿千瓦时，同比增长15.5%，增速同比回落1个百分点，环比回落3.3个百分点；随着冬季取暖用电的增长，火电发电量环比增长较快，12月份与上月相比火电发电量增加223亿千瓦时，环比增长10.9%。
2006年全年，全国累计完成火电发电量23186亿千瓦时，同比增长15.8%，增速高于2005年同期3.3个百分点。
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。
1系统与负荷资料分析
⑴凝汽式火电厂的规模
①装机容量：
装机2台，容量均为200MW
②机组年利用小时数T=6000h/a
③气象条件：
当地年最高温40℃，最低温－6℃，最热月平均最高温度28℃，最热月平均最低温度24℃，当地海拔高度为50m，气象条件无其他特殊要求
④厂用电率：
6％
⑵负荷及电力系统连接情况
1220KV电压等级：
架空线10回，备用2回，I级负荷，最大输送200MW，
Tmax=4000h/a
2110KV电压等级：
架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，Tmax=4000h/a
3穿越本厂功率为50MVA
4电力系统总装机容量16000MW，短路容量10000MVA
5发电厂连入系统的电压等级：
220KV
⑶原始资料分析
设计电厂为大机组中型凝汽式火电厂，其容量为2*200=400MW，占电力系统容量400/16000*100％=2.5％，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，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（如2005年我国电力系统发电机组年最大负荷利用小时数为5225h）。
该厂为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。
发电机单机容量为200MW，其型号和参数选择见表1-1。
表1-1发电机型号及参数
型号
额定容量（MW）
额定电压
（KV）
功率因数
（COSФ）
次暂态电抗
Xd〞
定子结线
QFS-200-2
200
15.75
0.85
0.146
YY
2电气主接线
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。
⑴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。
⑵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。
⑶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素。
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。
拟订两方案如表2-1-1
表2-1-1拟定的两种方案
电压等级
方案Ⅰ
方案Ⅱ
110KV
双母分段主接线
单母线分段带旁路接线
220KV
双母分段主接线
单母线分段带旁路接线
主接线方案的比较如表2-1-2
表2-1-2主接线方案比较
方案
项目
方案Ⅰ
方案Ⅱ
可
靠
性
1可靠性较高，检修任一组母线时不会中断对用户的供电
2工作母线故障时，用户在经历短暂倒排时间后迅速恢复供电
3单母分段方式减少了母线故障时造成的损失，缩小了停电范围
1可靠性一般，可以停电检修出线断路器
2可以不停电检修电源回路断路器，只需在电源回路加装与旁路母线相连的隔离开关
灵
活
性
1运行灵活，各个电源和备用回路负荷可以任意分配到某一组母线上，通过倒排操作组成各种运行方式
2扩建方便，可不影响两组母线的电源和负荷自由组合负荷，向母线任意方向扩建
运行灵活性一般，且带旁路母线接法已不是当今趋势
经
济
性
母线隔离开关数目较多，整个配电装置结构复杂，占地面积和投资费用较大，经济性较差
投资较双母线分段接法较为经济
通过对两种方案的综合分析，方案Ⅰ在可靠性和灵活性上占优势而方案Ⅱ在经济性上占优势，考虑到220KV和110KV电压等级负荷均为Ⅰ级负荷，故最终方案选用方案Ⅰ。
如图2.1.1
图2.1.1电气主接线
2.2主变压器的选择与计算
一、选择原则及项目
根据负荷的要求及与系统的连系，本厂在系统中的地位进行主变压器的选择。
⑴主变压器的电压确定
1.变压器对于负荷侧的电压，可根据给定的负荷送电电压来确定，若未规定具体电压，则可根据负荷量与送电距离即负荷距离来确定负荷的允许送电电压，继而确定变压器高压侧电压。
2.变压器与系统联系侧的电压可根据本厂接入电网的电压来确定，若未明确规定时，可按本厂发电机的功率和功率因数来确定。
3.110KV和220KV之间需要交换功率时需联络变，选取联络变压器。
⑵主变容量的确定
1.主变容量应能满足本厂供给最大负荷的要求，扣除厂变6%，又留有10%的余量，及系统要求的交换功率同时还应考虑5-10年的发展情况及网络的功率损失。
2.主变的台数的确定
由于本厂采用发电机—变压器单元接线，故有二台，联络变一台，厂用变二台。
3.变压器结构型式的选择
当具有三个电压等级时，如果通过主变各侧的功率达到变压器额定容量的15%以上，一般应选择三绕组结构，变压器各侧的容量比可根据各侧负荷情况来选定。
4.变压器的型式
根据变压器的容量，使用条件，冷却方式及系统要求情况，选择国家生产的标准产品。
⑶本厂的主变型号容量的选择
1.主变的选择由Pe=200MW,COSФe=0.85,故Se=235.2MVA。
查手册《发电厂电气部分课程设计参考资料》选出变压器型号及参数见表2-2-1。
表2-2-1主变压器型号及参数
型号
额定容量
（KVA）
额定电压
（KV）
阻抗电压（％）
结线方式
高中
高低
中低
SFPS7-240000
/220
240000
242±2*2.5％/
121/15.75
25.0
14.0
9.0
YN/yn0/d11
2.厂用变压器的选择
厂用电分别从两台发电机出口经变压器取得，采用分裂绕组变压器，发电机出口的容量为（200/0.85）*6％=14.1MVA，所选型号及参数见表2-2-2。
表2-2-2厂用变压器型号及参数
型号
额定容量（KVA）
额定电压
（KV）
额定电流
（A）
短路
电压（%）
结线方式
SFF3-31500/
15.75
31500/
15750/15750
15.75±2.5%/
6.3/6.3
1154.3/
1443.7/1443.7
18.5
△/△
-12-12
3.联络变压器的选择
1.连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定原则
1联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有
功功率和无功功率的交换。
2联络变压器容量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，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求，同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。
联络变压器为了布置和引线方便，通常只选一台，其第三绕组，即低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置
该发电厂的联络变压器高中压绕组分别接于220KV和110KV母线，其低压绕组作为厂用备用电源，由于穿越本厂功率为50MVA，所选联络变容量大于50MVA既可满足，由于只能选到符合要求的低压方变为10.5KV的联络变压器，因此还需在低压方接一个双绕组变压器将其变为6.3KV，以用作厂用备用电源
联络变压器及双绕组变压器的型号及参数见表2-2-3与2-2-4
表2-2-3联络变压器型号及参数
型号
额定容量
（KVA）
额定电压
（KV）
阻抗电压（％）
结线方式
高中
高低
中低
SFPS7-180000
/220
180000
220±2*2.5％/
121/10.5
14.0
23.0
7.0
YN/yn0/d11
表2-2-4双绕组变压器型号及参数
型号
额定容量（KVA）
额定电压
（KV）
阻抗电压
（％）
结线方式
S7-5000/
10
5000
10±5％/
6.3
5.5
Y,d11
2.3厂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。
现代发电厂厂用电系统往往由主发电机进行供电，为提高该系统供电可靠性，厂用电系统接线通常采用单母线分段并配以成套配电装置以降低电力系统及厂用设备本身故障带来的影响。
由于火电厂厂用电负荷中锅炉相关负荷占厂用电量的60％以上，为便于厂用电系统的灵活调度并提高其供电可靠性与经济性，火电厂厂用系统母线按锅炉台数进行分段。
当锅炉容量较大，辅助负荷相应也容量较大时，每台锅炉可由两段厂用母线供电。
2.3.1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。
即采用单母线分两段接线，分别从两发电机处获得工作电源，而从联络变压器低压端获得备用电源。
厂用电接线如图2.3.1
图2.3.1厂用电接线
2.4主接线中设备配置的一般规则
2.4.1断路器的配置
室内高压断路器是开关电器中结构最为复杂的一类。
在正常运行时，可用它来将用电负荷或某线路接入或退出电网，起倒换运行方式的作用；当设备或线路上发生故障时，可通过继电保护装置联动断路器迅速切除故障用电设备或线路，保证无故障部分仍正常运行。
由此可见，高压断路器在电力系统中担负着控制和
保护电气设备或线路的双重作用。
高压断路器具有分断能力强、性能稳定、工作可靠和运行维护方便的特点，其核心部件是灭弧装置和触头。
按使用不同的灭弧介质而生产了各类高压断路器，目前我国电力系统中应用的断路器有如下几种：
（1）高压空气断路器是以压缩空气为灭弧介质和弧隙绝缘介质。
并兼作操作机构的动力，操作机构与断路器合为一体。
目前我国生产的KW4、KW5系列高压空气断路器的空气压力在2×105兆帕以上，多用于是10KV及以上的电力系统中。
（2）六氟化硫（SF6）高压断路器则采用SF6气体作为灭弧介质，与其它高压元件组成全封闭式高压断路器，因此不受环境条件影响，运行安全可靠，在电力系统中，尤其是在110KV及以上电力系统中得到越来越广泛的采用。
（3）真空高压断路器是利用真空作为绝缘介质，其绝缘强度最高，而且绝缘强度恢复快。
其真空灭弧室是高强度的真空玻璃泡构成，真空度可达到10-7-10-9mm汞柱，多用10KV及以上的电力系统中。
（4）油高压断路器是利用变压器油作为灭弧和弧隙绝缘介质。
按其绝缘结构及变压器油所起的作用不同，分为多油式和少油式两种高压断路器。
多油高压断路器的变压器油除了作为灭弧介质外，还作为弧隙绝缘及带电部分与接地外壳（油箱）之间的绝缘。
少油高压断路器的变压器油只作为灭弧介质和弧隙绝缘介质，其油箱带电，油箱对地绝缘则通过瓷介质（支持瓷套）来实现。
少油高压断路器的灭弧能力较强，工作安全可靠，维护方便，而且体积小，用油量少、重量轻，价格便宜，所以在电力系统中获得最为广泛的采用。
在20KV及以下电压等级的供配电系统中广泛采用SN10系列（户内式）断路器，在20KV以上则大量使用SW4和SW6（户外式）断路器
2.4.2隔离开关的配置
（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。
2.4.3电压互感器的配置
（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。
2.4.4电流互感受器的配置
（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短路计算的一般规则
短路电流计算的一般规定：
（1）验算导体和电器动稳定、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）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）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）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。
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。
3.2短路电流的计算
一、短路计算点
在正常接线情况下，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。
在本次设计中为减少计算量只在110KV和220KV电压母线上各选一个点做为短路计算点，分别为d1和d2。
二、短路电流的计算（见附录Ⅰ）
1．选择短路计算点；
2．画等值网络（次暂态网络）图；
3．化简等值网络；
4．求计算电抗Xjs;
5．由运算曲线查出各电流供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到Xjs=3.45）
6．计算无限大容量（或Xjs≥3）的电源供给的短路周期分量。
7．计算短路电流周期分量有名值和短路容量。
8．计算短路电流冲击值。
9．绘制短路电流计算结果表。
3.3短路电流计算表
短路电流计算结果表见表3.3.1
表3.3.1短路电流计算结果表
短路电流值（KA）
短路点冲击电流
77.6
46.1
短路点起始电流
29.67
17.61
4s
2.806
25.1
5.473
9.65
1s
2.91
25.1
5.433
9.65
0.1s
3.864
25.1
6.874
9.65
0s
4.568
25.1
7.96
9.65
短路电流标幺值
4s
2.378
100
2.316
19.23
1s
2.464
100
2.299
19.23
0.1s
3.274
100
2.909
19.23
0s
3.872
100
3.368
19.23
分支额定电流IN
KA
1.18
0.251
2.363
0.502
分支
电抗
Xjs
0.283
0.01
0.3294
0.052
分支线名称
G
C
G
C
基准电流IB
KA
0.251
0.502
短路点平均电压
230
115
短路点编号
d1
d2
4电气设备的选择
4.1电气设备选择的一般规则
电气设备的选择原则
1.正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的要求。
2.应当地环境条件考核。
3．应力求技术先进和经济合理。
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器型号一致。
6．选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格
4.2电气设备选择的条件
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。
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。
⑴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
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