火力发电厂毕业设计.docx

1、火力发电厂毕业设计 毕业设计（论文）电气与信息工程 学院 电气工程及其自动化 专业 电气0903 班 题 目 新建300MW火电厂电气系统总体方案与布置设计 任务起止日期： 2013 年 月 日 2013 年 月 日 学 生 姓 名 黄 湘 伟 学 号 200924050321 指 导 教 师 陈 元 新 教研室主任 年 月 日审查院 长 年 月 日批准绪论一、我国的电力工业发展现状简介我国建成的第一座火力发电厂的标志是1882年7月26日在上海建设成功地上海电气公司。而我国的水力发电是从1912年农历4月12日开始，在我国西南地区的云南昆明附近地螳螂川上修建成功地石龙坝水力发电厂，并且配备了

2、两台240kW的水轮发电机组。这也就是我国的电力工业发展被全世界人民公认的起点。就在新中国成立后，中国的电力工业有了飞跃式的发展，尤其在1978年之后，国家实行改革开放等等一系列优良政策，以及发展国民经济地正确决策从而使得我国综合国力得到了极大地提高。与此同时，我国的电力工业也因此而取得了突飞猛进、举世瞩目的辉煌成就。直到1955年末，全中国的年发电量已经达到了近10000亿kWh，仅次于美国而位列世界排名第二位。截止到2007年底，全中国发电机的装机总容量达到了7.1329亿kW，同比增长了14.36%。据相关专家的预计，在2020年前后，全中国的发电机组装机总容量将有可能超越美国，从而位列

3、世界第一。目前，我国最大的火力发电机组单机装机容量已经达到了100万kW（玉环火力发电厂），最大的水电机组单机装机容量也达到了70100万kW（三峡水力发电站），最大的核电厂发电机组单机装机容量达到了100100万kW（田湾核电站）。华东、华北、东北和华中四大国家电网的总容量均已经超过了4000万kW。然而，由于太阳能和风能发电技术还不是很成熟，而核电技术投入成本又很高，再者核电的污染也很严重。所以，火力发电将仍然是我国目前主要的发电方式。随着社会经济与科学技术的飞跃式发展，城市社会对电能的需求量也越来越大，对电能质量的要求也越来越高。据专家的预测，中国的火力发电厂的年发电量都会以大约10%的

4、速度增长。就这个势头也将在未来十年内基本上会保持不变。而且，自2005年以来，我国又陆续批准建设的近100多座发电厂之中，几乎全部都是火力发电厂。因此，在未来的很长一段时间内，我国的火力发电厂行业还将有会很大的发展空间。二、电力系统的发展前景电力系统的基本任务也就是为我国地国民经济各个部门与全国人民的生活提供充足、可靠、优质以及廉价地电能。做到节能减排，并实现高度全程自动化，西电东送、南北互供、发展联合式电力系统是我国的电力行业发展的方向，也将会是一项全局性的庞大电力系统工程。在“十一五期间”，为了节约能源，减少有毒地废气大量的排放，国家政策决定关闭或者停止运行的小型火力发电厂的装机总容量可以

5、达到6500万kW，为此而新建的火力发电厂装机总容量将达到1亿kW以上。在“十二五期间”，国家还将接连实施一系列的政策以便进一步促进我国电力行业的发展。依据我国国情，以及社会经济的发展需要，要积极加强我国电力总体性的规划与布局，确定合理可靠的的电源结构和布局。同时要留有充足的容量和能量作为后期储备，建成容量充足，结构合理可靠、运行灵活性强的联合式电力系统。为了防范于未然，必须积极采取必要的防范措施。要确保联合式电力系统的安全、稳定运行，为国民经济的正常运转与人民的正常的生活需求提供充足、可靠、优质和廉价的电能。三、本次课题设计的内容和任务本次课题设计的主要设计内容是根据指导老师所给的原始资料，

6、完成第一期新建工程2300MW火力发电厂，并考虑最终4300MW机组火力发电厂的电气主系统和厂用接线的方案确定、设备选型等任务。发电厂的电气主接线也可以称之为电气一次接线，其主要的或者说常用的接线形式有：单母线或者单母线带旁路接线、单母线分段或者单母线分段带旁路接线、双母线或者双母线带旁路接线、双母线分段或者双母线分段带旁路接线、此外还有单元接线、一台半断路器接线、桥形接线以及角形接线。具体设计时，可以根据具体电压等级及出线回数的要求，选择相应地符合供电运行可靠、经济性好、调度灵活地主接线方式。当然这三个要素之间是存在冲突的，设计师具体问题具体分析，通过方案的比较选出综合性相对较好的电气主接线

7、形式就可以。厂用的主接线一般相对要简单一些。通常情况下，发电厂厂用电的电气主接线的形式一般是选择单母线分段接线，采用“按炉分段”的原则，要特许要求式也可以采用单母线分段带旁路母线的主接线方式。各个高压电气设备（主变压器、厂用变压器、断路器、隔离开关等等）的选型是一项比较精细、繁琐地工作。但同样也是发电厂设计的重要任务之一，高压设备选择的对与否直接关系到该发电厂运行的安全性、可靠性、经济性，甚至可能会导致整个发电厂设计的不成功。因此，对于选择出来的各个高压电气设备都要进行相应地动稳定校验、热稳定校验等等一系列的校验计算，以便确保所选的电气设备是完全符合和要求的。对于本次毕业设计还应考虑到二期扩建

8、的问题，在电气设备选择时要留有一定的裕度，充分考虑二期扩建的需要。配电装置设计。各个电压等级配电装置的实际也是一项重要的工作。配电装置一般可以分为屋外配电装置、屋内配电装以及成套配电装置。根据电力工程电气系统设计手册规定：35kV及以下电压等级一般选择屋内配电装置，当然，如果遇到特殊的情况，110220kV也可应酌情考虑采用；220kV及以上电压等级一般则采用屋外配电装置或者是SF6全封闭组合电器。此外，目前在我国的发电机组单机装机容量在2001000MW之间的机组的母线一般都采用导体铝制作而成的全连离相封闭母线。四、本次课题设计的目的和意义本次毕业设计的主要目的就是让学生通过阅读文献和期刊，

9、了解现代火力发电厂气系统的主体情况和发展趋势；学习发电厂电气一次部分初步设计的范围和步骤，掌握设计方法，树立工程意识；加深对火电厂电气主系统的接线方式及合理选择电气设备的认识；通过此次毕业设计培养学生独立发现问题、分析问题并解决问题的能力；掌握资料收集、工程计算、工程技术图纸的绘制标准及绘制方法、设计报告的撰写等。在设计中加强基本理论专业知识的理解和工程设计基本技能的训练，同时需尽量做到理论联系实际，注意自身创新能力的培养和提高。新建300MW火电厂电气系统总体方案与布置设计摘要目前，我国电力工业格局依旧是以火力发电为主。而300MW火力发电机组仍然是火力发电厂的主流发电机组。此次毕业课题设计

10、的主题就是要针对新建300MW火力发电厂电气系统的方案与布置进行设计，主要是通过灵活运用所学的发电厂电气部分，电力系统暂态分析，电力系统稳态分析，电路原理，AutoCAD制图等专业知识结合工程实际来逐步有序的完成发电厂电气主接线的设计，厂用电接线，各种电气设备的选择及负荷分析计算等设计任务，并绘制各种电气接线图与配电装置图。在电气主接线的设计过程中严格遵守发电厂电气系统设计原则的同时灵活运用其它参考资料。针对提出的不同的设计方案进行深入的逐个对比分析和探讨，得出最佳设计方案。关键词:火力发电厂，电气主接线，配电装置，电气系统NEW 300 MW COAL-FIRED POWER PLANT E

11、LECTRICAL SYSTEM OVERALL PLAN AND LAYOUT DESIGNABSTRACTAt present, our country electric power industry pattern is still predominantly coal-fired power.And 300MW thermal power unit is still the mainstream of the coal-fired power plant generating set.The graduation project design is according to the t

12、heme of the new 300MW coal-fired power plant electrical system of plan and layout design, mainly through the flexible use of knowledge of power plant electrical part, power system transient analysis of power system stability analysis, AutoCAD drawing and other professional knowledge combined with pr

13、actical engineering to gradually and orderly complete power plant, the main electrical wiring design, auxiliary power wiring, selection of all sorts of electrical equipment and load analysis and calculation, etc. Design task, and map all kinds of electric wiring diagram and distribution equipment.In

14、 the process of the main electrical wiring design strictly abide by the principle of power plant electrical system design of flexible use of other resources at the same time. In view of the different design scheme is put forward by the in-depth comparative analysis and discussion, one by one the bes

15、t design solution.Key words: thermal power plant, the main electrical wiring, power distribution equipment, electrical systems第一篇 设计说明书本篇之中将主要详细地介绍电气主接线、厂用电主接线、变压器的选型以及其它各高压电气设备的选型与校验。第一章 电气主接线设计本章主要针对电气一次接线（又称电气主接线）的设计为中心。阐述课题设计的火力发电厂的220kV、500kV（扩建）以及6kV厂用电主接线的设计。1.1 发电机电压级接线1.1.1 发电机和变压器接线方式选择此次毕

16、业设计的课题关于发电厂和变压器的连接方式通过初步考虑后决定选择采用的是单元接线方式。单元接线可以说是所有电气主接线的基本形式中最简单的一种。其接线简单，对开关设备的需求少，操作很便捷，由于其不设电机电压级母线，且在发电机与变压器之间采用的是全封闭母线，因此发电机与变压器低压侧短路的可能性和短路电流比具有发电机电压级母线时就会相应减少。因此使得在大型机组中不安装出口断路器的发电机双绕组变压器单元接线方式得到了广泛地应用。然而，由于没有设置出口断路器，在运行的时候也可能会出现以下几个技术性的问题：1）当变压器或者厂用变压器发生故障时，不但要跳开主变压器高压侧出口断路器，还需要跳开发电机磁场的断路器

17、。故障时只要有一个故障处拒跳都将造成严重的后果，特别是磁场处断路器拒跳所造成的后果更为严重。2）发电机发生故障跳闸时，将失去厂用电源，而在这种情况之下备用电源的快速切断有可能不成功，因而机组面临厂用电中断的威胁1。然而，如果在大容量发电机组出口处装设断路器会有以下几个方面的优越性：（1）厂用变压器故障或者主变压器时，要快速断开发电机出口处断路器和变压器高压侧的断路器，才能保证发电机和变压器的安全。（2）发电机故障时只要断开发电机出口处的断路器，而不必断开变压器高压侧的断路器，有益于电网的安全运行。发电机组在正常启、停或事故停机时，只要操作发电机出口处的断路器，由系统经主变压器倒送电能供给厂用电

18、，这样就很大程度的提高了供电的可靠性。（3）主变压器可兼作厂用的启动与备用电源，容量大，可靠性高，可以在一定程度上简化厂用电系统接线，具有明显经济效益1。鉴于该接线方式主要用于600-1000MW的大型机组，且增设一台高压断路器的投资较大等其它一些因素，而本次课题设计主要是针对300MW发电机组，利弊权衡之下，本次设计更加适合前一种接线方式。其接线方式如图1-1所示：图1-1发电机和变压器单元接线1.2 220 kV电气主接线电气主接线（也称电气一次接线）。就是将各种电气设备用规定的文字符号和图形，并且按照电能生产、传输、分配次序以及要求绘制而成的单相接线图。是发电厂电气主系统部分设计的首要部

19、分，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线形式的选择是一个综合性问题。电气主接线设计地正确、合理与否，直接会影响电力生产运行、电气设备的选择、配电装置布局、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系1。电气主接线设计概括的讲应满足供电可靠性、调度灵活性、运行检修方便性且具有经济性和可靠扩建可能性等基本要求。电力生产的首要任务是保证供电可靠，这也是电气主接线设计的最基本要求。停电事故不仅会给发电厂造成损失，对国民经济带来的损失将会更加不可估量。甚至会造成人身伤亡、设备毁坏、城市生活动乱。所以，在设计主接线的接线方式一定要进行多方案设计比较及验证，以保证主接线设计的合理性，确保供电的安

20、全可靠性。评估供电可靠性的主要指标有停电频率、每次停电的持续时间及用户在停电时的生产损失或电网公司在电力市场环境下通过辅助服务市场获得备用容量所付出的的代价。电气主接线要能够适应各种电力运行状态，尽最大可能的满足电网调度、检修和扩建的灵活性。保证各个设备操作的方便性，电能调度的方便性，厂房未来扩建的方便性。在发生事故时，要保证能够快速地切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行1。经济性。电气主接线设计时的主要矛盾经常发生在经济性和可靠性之间，但出于电力安全生产第一的原则，需优先考虑供电的可靠性。因此，在满足供电可靠性和调度、扩建灵活性的前提下就要尽

21、可能的达到经济合理化，尽最大限度的减少投资的成本。这就要求主接线尽量简单，以便于选取数量少各类电气设备。1.2.1 220kV主接线方案的选取和比较220kV主接线设计方案的选取。针对于本次毕业课题设计，根据原始资料以及主接线对可靠性、灵活性和经济性的要求。对于一期工程，考虑到为220KV高压配电装置接线且出线为4回，首先要满足可靠性准则的要求，初步考虑两种可能接线方式：单母线分段带旁路母线接线方式和双母线接线方式。单母线分段带有专用旁路断路器的旁路母线的接线原理图如下图1-2所示图1-2 单母线分段带有专用旁路断路器的旁路母线的接线原理图方案一：单母线分段带旁路接线。通常，旁路母线有三种接线

22、方式：有专用旁路断路器的旁路母线接线；母联断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线；用分段断路器兼作旁路断路器的母线接线。而单母线分段带有专用旁路断路器的接线，可以极大地提高可靠性。倒闸操作相对于其它两种接线方式要简单便捷许多1。因此，本次毕业课题设计针对于单母线分段带旁路母线接线方式将采用带有专用旁路断路器的旁路母线接线方式进行下一步方案比较。(1)方案二：双母线接线。双母线接线方式有两组母线可以相互备用。每一电源和出线回路都装设一台断路器以及两组母线隔离开关，母线隔离开关分别与两组母线相连。两组母线通过母联断路器（QFC）来连接，与单母线接线相比较，使得运行的可靠性以及灵活性大为提高。对于两个3

23、00MW发电机和4回220kV高压配电装置接线可以任意的分配到某一组母线上，可以灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒闸操作可以组成各种运行方式。此外，根据系统调度的需要，双母线还可以完成一些特需功能。例如：用母联断路器和系统进行同期或解列等操作1。此外，由于双母线接线具有较大的可靠性，广泛应用于220kV出线数为4回及以上，对于此次完成第一期新建工程2300MW，并考虑最终4300MW机组火力发电厂的电气主接线和厂用电接线的课题设计而言，该接线方式具有极大优势。双母线接线方式的原理图如图1-3所示图1-3双母线接线方式的原理图方案比较：(1)技术性比较。300MW机组为

24、主的火力发电厂是我国电力系统的大型主力发电厂。本次设计的发电厂机组年利用小时数一般都在5000小时以上，这说明该厂需要在电力系统中承担基本的负荷任务，这也就要求主接线要有较强的供电安全可靠性。就方案一而言，单母线分段带有专用断路器的旁路母线接线方式的可靠性方面基本上能满足要求，但是扩建不是很方便，很难做到电源的均匀分布；当断路器检修时，虽然可以保证不停电进行倒闸操作将需要检修的断路器退出，但是当发电机出口处断路器需要检修时会造成部分线路的停电；当一段母线故障或需要检修时，可将该母线上的出线回路和电源回路切换到旁路母线上恢复供电，只会造成部分回路短时停电。但是该接线方式倒闸较为繁杂，且倒闸次数较

25、多。而方案二是采用两组母线互为备用，通过两组母线隔离开关的倒闸转换，可以轮流检修任意一组母线而不知中断供电，一组母线故障后，能迅速恢复供电，可靠性能满足要求；两组母线通过一台母联断路器（QFC）连接，当一组母线故障后，倒闸切换操作很方便。(2)经济性比较：方案一除了需要母联断路器（QFD）外，还需增加一台旁路断路器（QFP），而方案二两组母线间只是通过一台母联断路器进行连接，比方案一少用了一台高压断路器，因此所需要的其它一些电气设备相应也会少些，因而占地面积减少，节省了投资。通过上述的技术性和经济性对比可以很明显的得出电气主接线方式选取双母线接线方式作为本次电厂设计的电气主接线是最为经济、合理

26、、可行。1.3 6kV厂用电接线发电厂在生产电能的过程中，除了向系统输送电能外，发电场本身要消耗一部分电能。厂用电的电能大都有发电场本身提供，且为重要负荷。发电厂的厂用负荷可分为：类厂用负荷、0类厂用负荷（不停电负荷）、类厂用负荷、0类厂用负荷（直流保安负荷）、类厂用负荷、0类厂用负荷（交流保安负荷）。厂用电的电气主接线的设计必须按照运行、检修和施工要求，充分考虑全厂的发展，采用新设备以及新技术时必须慎重，做到设计方案的技术先进、经济合理、确保机组安全、经济地运行1。因此厂用电的主接线要满足供电可靠，运行灵活；各个机组间的厂用电系统要保持相互独立；全厂的公用负荷要分散接进不同机组的厂用母线或者

27、公用负荷母线上；考虑发电厂在正常、事故、检修、启停等运行方式时的可靠供电要求1；电源要尽可能的和电力系统保持密切联系；充分考虑厂用电的分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。厂用电电压等级根据发电机的额定电压、厂用电动机电压以及厂用电供电网络等因素，互相配合，经技术经济等综合比较后得以确定。本次课题的发电机容量是300MW，发电机电压为20kV，按照发电机容量、电压确定高压厂用电宜采用6kV，低压厂用采用380/220V的三相四线制系统。通常，高压厂用电系统要采用单母线分段接线。为保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，高压厂用母线宜采取可靠的“按炉分段”的接线为原则。低压厂用母线也可采用单

28、母线分段接线，即“按炉分段”的原则，其电源由对应的高压厂用母线提供。这样有利于电气设备的选择，运行管理、安排检修方便。因为低压系统负荷较多，宜采用动力与照明分组供电。厂用电接线原理图如图1-4所示。图1-4 厂用电接线原理图而本次课题采用的是300MW发电机和主变压器单元接线，则厂用工作电源从主变压器的低压侧引接一台高压厂用工作变压器作为6kV厂用电系统的工作电源，供给本机组的厂用负荷。此外，高压厂用启动（备用）电源由启/备变压器从220kV母线上引接。低压厂用启动（备用）电源引自对应高压厂用6kV母线段。1.4 500kV接线的选取和确定（二期扩建）500kV高压系统属于二期扩建。在电气主接

29、线形式中，330kV500kV大容量的配电装置中，出线在6回及以上者，宜采用一台半断路器接线。同时，也可以采用双母线分段接线作为主接线。一台半断路器接线在运行时，两组母线与同一串的3个断路器都将投入工作，称之为完整串运行，形成多环状供电，具有很高的灵活性和可靠性。通过分析可知，交叉接线比非交叉具有更高的运行可靠性，可以减少特殊运行方式下事故扩大，其原理接线图如图1-5所示。在一台半断路器接线中，通常有两条原则：（1）电源线要求和负荷线匹配成对。（2）配电装置建设开始只有两串时，同名的回路应分别的接入不同侧母线，进出线必须装设隔离开关。当接线达到三串及以上时，同名的回路可以连接在同一条母线上，此

30、时的进出线就不必装设隔离开关了。图1-5 一台半断路器接线原理图如果采用的是双母线分段接线作为500kV大容量配电装置的主接线可以在一定程度上缩小母线故障时的停电范围。每一段工作母线通过自带的母联断路器与备用母线分别相连，电源与出线回路要在两段工作母线上均匀的分布。如图1-6所示图1-6双母线分段接线原理图双母线分段接线的供电可靠性和灵活性较双母线接线方式要高一些，但相比于一台半断路器接线而言其灵活性以及可靠性又有所不如。500kV高压系统一般在电力系统中都占有很重要的地位，所以对其正常稳定工作的可靠性以及调度、运行、检修等的灵活性的要求自然也会较高。双母线分段接线方式更多的是用于220kV配

31、电装置之中，在500kV大容量的配电装置的主接线方式的选择之中相对还是比较少采用的。从经济上比较，同样两个电源分别接连于两段母线上，引出两回出线，双母线分段接线至少需要7台断路器，而一台半断路器接线方式只需要6台断路器。当母线进出线回数较多时，通常要将母线分成多段，并在分段处加装母线电抗器。如此一来，一台半断路器接线方式比较双母线分段接线方式所需的配电装置的投资要低一些，节省了投资。通过以上简单的综合比较可以看出一台半断路器接线方式有着明显的优势。因此，对于本次课题设计的500kV配电装置的电气主接线方式选择一台半断路器接线方式作为电气主接线方式。第二章 负荷计算及变压器选择本章主要介绍发电厂

32、的负荷计算以及变压器的选取。负荷计算在发电厂设计中是一项十分重要的任务之一，负荷计算为变压器的选择以及其相关电气设备的选择和校验提供了十分重要的理论依据。同时选择合理的主变压器以及厂用变压器又为第四章的短路电流计算提供了相关计算数据。2.1 厂用负荷计算为了合理、正确地选择厂用变压器台数、容量，就需要对每段母线上的电动机以及低压变压器的台数和容量进行分别统计和计算。2.1.1 厂用电负荷的计算原则（1）经常且连续运行的负荷要全部计入（计算公式：P=PN）；（2）连续却不经常运行的负荷也要计入（计算公式：P=PN）；（3）经常且断续运行的负荷也要计入（计算公式：P=0.5PN）；（4）短时断续却又不经常运行的负荷不予计算(计算公式：P=0)。（5）同一台变压器提供电能的相互备用的设备，只须计算同时运行的台数；（6）对于分裂绕组变压器，其低压绕组、高压绕组的负荷要分别计算。2.1.2 厂用电负荷的计算方法（1）换算系