4200MW火力发电厂电气设计说明书.docx
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4200MW火力发电厂电气设计说明书
摘要：
随着大学生活的即将结束，我们在2004年4月7日开始的大学的最后一个环节一一毕业设计，即将顺利完成。
我所设计的题目是：
《4X200MW地区发电厂初步设计》，包括:
4X200MW发电厂电气主接线设计；发电厂厂用电设计；主要电器设备选择、校验（包括母线，封闭母线，出线，SF6断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，避雷器）；主变压器的保护配置及整定；了解目前大型电厂的实际配置，架空出线上开关单接地和双接地的作用；200MW发变组的微机保护配置，特别是对新知识（封闭母线，200MW发变组的微机保护配置）的学习和了解，在设计中对以前所学知识的巩固和修正，并且进一步提高了自己的理论水平。
关键词：
主接线设备校验保护配置
、八
刖
随着高速发展的现代社会，电力工业在国民经济中的作用已为人所共知，它不仅全面
的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水平的提高，影响整个社会的进步，其中发电厂在电力系统中起着重要的作用•
本次设计的主要任务是设计总装机容量为800WM（4*200W的地区性火电厂,本次设计从2004年3月29日开始至2004年6月20日结束,历时两个多月,其中涉及到发电厂电气,暂态,继电保护等多门知识，现将设计内容具体介绍如下：
1.确定主接线方案并对保留方案做技术经济比较：
主接线代表了火电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的主要组成
部分,它直接影响运行的可靠性，灵活性并对电器选择和配电装置布置以及继电保护的整定都有决定性关系.因此，主接线的正确，合理设计，必须综合处理各个方面的因素,经过技术经济论证比较后方可确定.确定了双母接线的方案。
2.电气主接线的设计
电器主接线设计应遵循可靠性，灵活性和经济性三个方面•
3.厂用电设计主要是对厂用变压器的选择和对厂用电主接线的设计.
4.主要电气设备的选择和校验
主要是对母线，出线,SF6断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，避雷器的选择和
校验.所选设备满足要求。
5.主变保护配置设计及整定计算
6.防雷保护设计
7.200MW发电机变压器组微机保护配置设计方案专题讨论
现将本次设计的成果作如下介绍：
1.毕业设计说明书（包括目录、摘要、前言、计算说明、设计内容、结论、外文翻译、参考文献）
2.毕业设计计算书（包括参数计算、短路计算、设备选择及校验、主变保护配置及整定）
3.主接线图一张（4X200MV发电厂电气主接线）
4.外文翻译一篇（关于火力发电厂母线及其厂用接线原版资料一篇）
在郭力萍老师的认真辅导下使我在此次的毕业设计中对发电厂等方面的知识有了更多的了解,真是受益匪浅.
由于我的知识，经验不足，在毕业设计中存在一些错误和纰漏，希望各位老师予以斧正.
第一章绪论
本章首先阐述我国电力工业的现状和发展远景，介绍当前电力工业开发的方针，还简要介绍发电厂和变电所的各种类型和生产过程，以及主要电器作用。
同时，还指出本次设计的目的。
第1.1节电力系统发展
1.1.1.建设大型矿口电厂，搞好煤、电、运平衡
目前，我国一次能源主要是煤炭，火电仍为主要电源。
煤炭产地主要在山西、内蒙古、河南等省，为了变输煤为输电，把建设大型矿口电厂和港口电厂作为电厂建设的重点。
1.1.2.政企分开，省为实体，联合电网，统一调度，集资办电
为了适应社会主义市场经济和社会化大生产的需要，我国在原有电力系统的基础上，已成立了华北、东北、华东、华中、西北等电力集团，遵循社会主义市场经济的准则，形成电力市场，互相调剂、共同发展。
1.1.3.因地制宜，多能互补，综合利用，讲究效益
在边远农村和沿海岛屿，因地制宜建设小水电、风力发电、地热发电和太阳能发电以
解决无电、缺电地区的用电问题，重视和做好农村电气化建设。
1.14节约能源，降低消耗
减少自身消耗，降低煤耗和水耗、厂用电和线损，发展热电联产。
新建电厂应采用高参数、高效率的大机组。
1.15.重视环境保护，积极防止对环境的污染
发展能源应与环境保护相协调。
积极贯彻“预防为主，综合治理”的方针，合理布局合理利用资源。
新建和扩建电力项目，要达到国家或地方制定的污染物排放标准。
我国电力工业自动化水平正在逐年提高。
20万KW及以上大型机组已采用计算机监控系统，许多变电所已装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。
迄今，我国电力工业已进入了大机组、大电厂、大电力系统、高自动化的新阶段。
第1.2节发电厂类型
发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂。
电能一般还要由变电所升压，经高压输电线路送出，再由变电所降压才能供给用户使用。
下面简要介绍发电厂类型。
1.2.1.发电厂类型
（1）火力发电厂
这是指用煤（包括用油和天然气）为燃料的发电厂。
火力发电厂的原动机，大都为气轮机，也有个别地方采用柴油机和燃气轮机。
火力发电厂又可分为：
1凝汽式火电厂锅炉产生蒸汽，送到汽轮机，带动发电机发出电能。
已作过功的
蒸汽，排入凝汽器中冷却成水，又重新送回锅炉。
在凝汽器中，大量的热量被循环水带走,所以凝汽式火电厂的效率较低，只有30%〜40%。
凝汽式火电厂，通常简称火电厂。
2热电厂热电厂与凝汽式火电厂不同之处在于：
汽轮机中一部分作过功的蒸汽，从中间段抽出供给热用户，或经热交换将水加热后，再把热水供给用户。
这样，可减少被循环水带走的热量损失，现代热电厂的效率高达60%〜70%。
⑵水力发电厂
水力发电厂把水的位能和动能转变成电能，通常简称水电厂或水电站。
根据水利枢纽布置的不同，水电厂又可分为堤坝式、引水式等。
（3）核电厂
核电厂是利用核裂变能转化为热能，再按火电厂的发电方式，将热能转换为电能，它的原子核反应堆相当于锅炉。
（4）其它发电方式
禾I」用其它一次能源发电的，尚有风力发电、潮汐发电、地热发电、太阳能发电等。
此夕卜，还有直接将热能转换成电能的磁、流体发电等。
1.22本厂类型
本厂属于大型凝汽式火力发电厂，利用内蒙古地区丰富的煤炭资源，采用空冷机组,并且装设最先进的除尘设备，做到保护环境的要求。
第1.3节厂用电气设备简述
1.3.1.厂用电设备概括
为满足生产需要，发电厂中安装有各种电气设备。
通常把生产和分配电能的设备，女口发电机、变压器和断路器等称为一次设备。
它们包括：
（1）生产和转换电能的设备如发电机将机械能转换成电能，电动机将电能转换成机械能，变压器将电压升高或降低，以满足输配电需要。
这些都是发电厂中最主要的设备。
（2）接通或断开电路的开关电器例如：
断路器、隔离开关、熔断器、接触器之类,它们用语正常或事故时，将电路闭合或断开。
（3）限制故障电流和防御过电压的电器例如：
限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷器等。
（4）接地装置无论是电力系统中性点的工作接地或是保护人身安全的保护接地，均同埋入地中的接地装置相连。
（5）载流导体如裸导体、电缆等，它们按设计的要求，将有关电气设备连接起来另外，还有一些设备是对上述一次设备进行测量、控制、监视和保护用的，故称为二
次设备。
它们包括：
（1）仪用互感器如电压互感器和电流互感器，可将电路中的电压或电流降至较低值，供给仪表和保护装置使用。
（2）测量表计如电压表、电流表、功率因数表等，用于测量电路中的参量值。
（3）继电保护及自动装置这些装置能迅速反应不正常情况并进行监控和调节，例如：
作用于断路器跳闸，将故障切除。
（4）直流电源设备包括直流发电机组、蓄电池等，供给保护和事故照明的直流用电。
本次设计的主要目的和任务是：
通过设计树立工程观点，掌握发电厂设计的方法，并在分析、计算和解决实际工程等方面得到训练，为今后从事设计、运行和科研工作，奠定必需的理论基础。
1.3.2本厂厂用电设备介绍
本厂厂用电设备有：
高压厂用工作变压器、高压厂用启动/备用变压器、厂用高压电动机（机、电、炉）、事故保安电源、低压厂用工作变压器。
第二章电气主接线设计
第2.1节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。
设计主接线的基本要求是：
（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。
第2.2节基本接线的适应范围及本厂的设计
2.2.1大、中型发电厂及配电装置的接线要求
大型发电厂（总容量1000MW及以上，单机容量200MW以上），一般距负荷中心较远，电能需用较高压输送，故宜采用简单可靠的单元接线方式，直接接入高压或超高压系统。
中型发电厂（总容量200MW~1000MW、单机容量50~200MW）和小型发电厂（总容量200MW以下、单机50MW以下），一般靠近负荷中心，常带有6~10KV电压级的近区负荷，同时升压送往较远用户或与系统连接。
发电机电压超过10KV时，一般不设机压母线而以升高电压直接供电。
对于6~220KV电压配电装置的接线，一般分为两大类：
其一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。
对于330~500KV超高压配电装置接线，首先要满足可靠性准则的要求。
常用的接线有：
3~5角形接线、一台半断路器接线、双母线多分段接线、变压器一母线接线、环形母线多分段接线及断路器接线。
2.2.2设计方案的介绍
本厂为220KV与15.75KV两个电压等级，单机容量为200MW,故宜采用可靠的单元接线，直接接入220KV系统。
对于220KV配电装置的接线，我们选择了双母线接线，与单母分段带旁路两种接线方案，目前大型电厂接线都采用双母接线，具有很高的供电可靠性、调度灵活性，扩建方便，适合目前电力发展需求，两组母线同时工作，并且通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，即称之为固定连接方式运行。
这也是目前生产中最常用的运行方式，它的母线继电保护相对比较简单。
单母分段带旁路接线具有简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便，且有利于扩建等优点，但可靠性和灵活性比较差。
223两种设计方案主接线图如下：
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方案II
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图J2方案原主接线图
肘咼压启动/备用变
第2.3节主变压器的选择
2.3.1200MW发电机组变压器选择要求
对于200MW及以上发电机组：
一般与双绕组变压器组成单元接线，主变压器的容量和台数与发电机容量配套选用。
当有两种升高电压之间装联络变压器，其容量按两种电压网络的交换功率选择。
2.3.2.对于中、小型发电厂应按下列原则选择：
（1）为节约投资及简化布置，主变压器应选用三相式。
（2）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。
（3）在发电厂有两种升高电压的情况下，当机组容量为125MW及以下时，从经济上考虑，一般采用三绕组变压器，但每个绕组的通过功率应达该变压器容量的15%以上。
三绕组变压器一般不超过两台。
（4）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。
（5）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。
2.3.3.主变压器的选择
1.方案一.采用单母线分段带旁路接线形式
根据接线方式,本厂选用四台容量相等双绕组变压器，单机容量为200MW，为了以后扩建的可能和电压等级的变动，高低压之间采用自耦变压器为系统之间联络变压器，发电机与变压器为单元接线时，主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择.
（1）按发电机的额定容量和扣除本机组的厂用负荷后留有10%的裕度
（2）按汽轮发电机组的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷.
已知:
PG=200WM,COS©=0.85
双绕组变压器的选择Smax=PG/COS©=200/0.85=235.39（MVA）
因为在大容量发电厂，自耦变压器用来作高低压系统之间联络用的变压器，它的阻抗小，对改善系统稳定性有一定的作用，可以扩大变压器的制造容量，便利运输和安装。
在220KV的发电厂应尽可能的选用三相变压器。
所以选择的型号为SFP9——240000的三相自耦变压器。
校验：
已知：
发电厂出线有两个变电站，发电机机端的最大负荷为90MW
1#变负荷情况：
110MW/95MW（1回）
2#变负荷情况：
270MW/225MW（2回）
当一台机组发生故障时，其余机组送出的负荷为：
Pl=3*200-（3*200*6.5%）-0=471（MW）>110+270（MW）满足负荷要求
2.方案二.采用双母线接线形式
因为采用相同的变压器所以与方案一的选择要求一样.
双绕组变压器的选择Smax=PG/COS©=200/0.85=235.39（MVA）
选择的型号为SFP9——240000的三相自耦变压器.
校验：
已知：
发电厂出线有两个变电站，发电机机端的最大负荷为90MW
1#变负荷情况:
110MW/95MW（1回）
2#变负荷情况:
270MW/225MW（2回）
当一台机组发生故障时，其余机组送出的负荷为：
Pl=3*200-（3*200*6.5%）-0=471（MW）>110+270（MW）满足负荷要求
根据主接线和设计要求，需用四台型号为SFP9------240000/220的三相自耦主变压器
表2•1变压器参数表
型号
变比
容量
（KVA）
短路电压%
绕组形式
台
数
相数
SFP9---
---240000
220/15.75
240000
13%
Ynd11
四
二
备注
变压器中性点全部接地。
第2.4节主接线设计方案的技术经济比较
经济计算是从国民经济整体利益出发，计算电气主接线各个比较方案的费用和效益，为选择经济上的最优方案提供依据.在经济比较中，一般有投资（包括主要设备及配电装置的投资）和年运行费用两大项，计算时可只计算各放案中不同部分的投资和年运行费用.
本次设计的是200MW火电机组,结合本地区的实际环境情况，采用空冷机组发电机，所以200MW火电厂发电机的型号选择为：
QFSN3-200-2此型号发电机的参数为：
Pg=200WM,COS©=0.85,Un=15.75KV,In=8625AXd'='16.5%
241.方案一.
1.计算综合投资Z
220KV侧采用单母分段带旁路，有5回出线，初选SF5断路器,型号:
LW-252W
表2•2设备型号及综合投资表
单母线分段带旁路
设备
型号
综合
投资
（万兀）
增加或减少一个
回路的投资（万元）
主变
馈线
SFP9——240000
108
/
/
220KV配电装置
477.4
218.5*2
（四台）
40.4
（五回）
经济计算投资：
Z。
=主变投资+配电装置投资
=108+477.4
=585.4（万元）
固定投资：
Z1=Z0（1+70%）=585.4X（1+70%）=995.16（万元）
2.年运行费用计算
U=/AaX10"2X10-2+U+L2
Ui：
小修维护费,取0.032Z
U2:
折旧费,取0.031Z
a:
电能价格
/A:
变压器年电能损失总值（KW.h）
U=/AaX10"2X10"2+U+U2
=/AaX10"2X10"2+0.032*995.16+0.031*995.16
=/AaX10"2X10"2+62.7（万元）
2.4.2.方案二.
1.计算综合投资Z
220KV侧采用双母线接线，有5回出线,初选SF5断路器,型号:
LW-252W
双母线接线
设备
型号
综合
投资
（万元）
增加或减少一个回路的投资（万元）
主变
馈线
SFP9——240000
108
/
/
220KV配电装置
473
216.3*2
（四台）
40.4
（五回）
经济计算投资：
Z。
=主变投资+配电装置投资
=108+473
=581（万元）
固定投资：
Zi=Z0（1+70%）=581X（1+70%）=987.7（万元）
2.年运行费用计算
U=/AaX10"2X10"2+Ui+L2
Ui:
小修维护费,取0.032Z
U2:
折旧费，取0.031Z
a:
电能价格
/A:
变压器年电能损失总值（KW.h）
U=/AaX10"2X10"2+U+U2
=/AaX10"2X10"2+0.032*987.7+0.031*987.7
=/AaX10"2X10"2+62.23（万元）
结论：
在经济性比较中方案II比方案I占优势,在可靠性中，鉴于目前大型火电厂接线方式以及目前各种技术的先进，方案II为目前大型电厂都采用的双母接线，具有很高的供电可靠性、调度灵活性，扩建方便，适合目前电力发展需求，两组母线同时工作，并且通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，即称之为固定连接方式运行。
这也是目前生产中最常用的运行方式，所以在可靠性和灵活性上较方案I占优势,经综合
分析,决定选择方案II作为本次设计的最终方案.
第三章厂用电设计
第3.1节厂用电设计的要求
3.1.1.厂用负荷分类
按其负荷的重要性一般分为以下四类：
（1）事故保安负荷
在事故停机过程中及停机后的一段时间内，仍应保证供电，否则可能引起主要设备损坏、重要的自动装置控制失灵或危及人身安全的负荷，称为事故保安负荷。
根据对电源要求不同，又可分下列三种：
1直流保安负荷。
由蓄电池组供电，如发电机组的直流润滑油泵等。
2直流不停电保安负荷。
一般由接于蓄电池组的逆变装置供电，如实时控制用电子
计算机。
3允许短时停电的交流保安负荷。
平时由交流厂用电供电，失去厂用工作电源时，
交流保安电源应自动投入，如200MV及以上机组的盘车电动机。
（2）I类负荷
短时（手动切换恢复供电所需时间）的停电可能影响人身或设备安全，使生产停顿或发电量大量下降的负荷。
如给水泵、凝结水泵等。
对I类负荷，必须保证自起动，并应由有2个独立电源的母线供电，当一个电源失去后，另一个电源应立即自动投入。
（3）U类负荷
允许短时停电，但停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。
如工业水泵、输水泵等。
对U类负荷，应由有2个独立电源的母线供电，一般采用手动切换。
（4）川类负荷
长时间停电不会直接影响生产的负荷。
如中央修配厂、实验室等的用电设备。
对川类负荷，一般由1个电源供电。
3.1.2.基本要求
厂用电接线除应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足下列特殊要求：
（1）尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。
（2）充分考虑发电厂正常、事故、检修、起动等运行方式下的供电要求。
切换操作简单。
（3）便于分期扩建或连续施工。
对公用负荷的供电，要结合远景规模统筹安排。
第3.2节厂用电设计原则及本厂厂用电设计
厂用电设计的一般原则
（1）对厂用电设计的要求
厂用电设计应按照运行、检修和施工的需要，考虑全厂发展规划，积极慎重的采用经过实验鉴定的新技术和新设备，使设计达到技术先进、经济合理。
（2）厂用电电压
对于火电厂当容量在100MV到300MW寸，高压厂用电一般采用6KV低压厂用电采用380/220V的三相四线制系统。
（3）厂用母线接线方式
高压厂用电系统应采用单母线。
锅炉容量为130~220T/H时，一般每炉由一段母线
供电；容量为400T/H及以上时，每炉由两段母线供电，并将两套辅机电动机分接在两段母线上，两段母线可由同一台厂用变压器供电；容量为65T/H时，两台锅炉可合用一段母
线。
低压厂用电系统应采用单母线接线。
当锅炉容量在220T/H及以下，且接有机炉的I
类负荷时，一般按机炉对应分段，并用刀开关将母线分为两个半段；锅炉容量在400T/H
及以上时，每台机炉一般由两段母线供电。
当公用负荷较多、容量较大、采用集中供电方式合理时，可设立公用母线，但应保证重要公用负荷的供电可靠性。
（4）厂用工作电源
高压厂用工作电源一般采用下列引接方式：
1当有发电机电压母线时，由各段母线引接，供给接在该段母线上的机组的厂用负荷。
2当发电机与主变压器采用单元接线时，由主变压器低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。
发电机容量为125MV及以下时，一般在厂用分支线上装设断路器。
若断路器开断容量不够时，也可采用能满足动稳定要求的负荷开关、隔离开关或连接片等
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