發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)報(bào)告凝氣式火力發(fā)電廠一次部分設(shè)計(jì)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名： 1 引言近年來(lái)，隨著國(guó)家電網(wǎng)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外火電機(jī)組的容量也越來(lái)越多。人民用電量的日益增加促使發(fā)電量的不斷增加。在世界的能源不斷消耗，促進(jìn)了新能源的發(fā)展，但是目前新能源還不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)一次能源的發(fā)電，在我國(guó)火力發(fā)電任然占據(jù)主導(dǎo)地位?；鹆Πl(fā)電廠簡(jiǎn)稱火電廠，是利用煤炭、石油或天然氣作為燃料生產(chǎn)電能的工廠，其能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程是由燃料的化學(xué)能到熱能再到機(jī)械能最后轉(zhuǎn)換為電能。本設(shè)計(jì)是凝氣式火電廠一次部分的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)電氣主接線的設(shè)計(jì)和短路電流的計(jì)算。更加經(jīng)濟(jì)可靠的選用相關(guān)的一次設(shè)備，做到更好利用一次能源，與故障時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)

2、。2 主接線方案設(shè)計(jì)2.1 原始資料分析2.1.1 原始資料發(fā)電機(jī)組，U=10.5KV，次暫態(tài)電抗為0.12，年利用率為5000小時(shí)以上，廠用電率6%，高壓側(cè)為220kv、110KV，其中110V出線短有5回出線與系統(tǒng)相連接輸送的功率為120MW，220KV的出線有5回與系統(tǒng)相連接輸送的功率為200MW。中壓側(cè)35KV,3回出線將功率送至5KM內(nèi)的用戶綜合負(fù)荷40MW，。發(fā)電廠處于北方平原地帶，防雷按當(dāng)?shù)仄骄妆┤湛紤]，土壤為普通沙土。系統(tǒng)容量取3500MVA。資料分析根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所提供的資料可知，該火電廠為中型火電站，由于其年利用率在5000小時(shí)以上，所以該發(fā)電廠一般給，類(lèi)負(fù)荷供電，必須采

3、用供電較為可靠的接線形式。其地形條件限制不嚴(yán)格，但從節(jié)省用地考慮，盡可能使其布置緊湊，便于運(yùn)行管理。發(fā)電廠的總?cè)萘颗c系統(tǒng)容量之比相對(duì)較小，所以對(duì)于35KV及110KV可以采取相對(duì)簡(jiǎn)單的接線方式。2.2 電氣主接線設(shè)計(jì)的依據(jù)電氣主接線設(shè)計(jì)是火電廠電氣設(shè)計(jì)的主體。它與電力系統(tǒng)、樞紐條件、電站動(dòng)能參數(shù)以及電站運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性等密切相關(guān)，并對(duì)電氣布置、設(shè)備選擇、繼電保護(hù)和控制方式等都有較大的影響，必須緊密結(jié)合所在電力系統(tǒng)和電站的具體情況，全面地分析有關(guān)影響因素，正確處理它們之間的關(guān)系，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理地選定接線方案。電氣主接線的主要要求為:1、可靠性：衡量可靠性的指標(biāo)，一般是根據(jù)主接線型式及

4、主要設(shè)備操作的可能方式，按一定的規(guī)律計(jì)算出“不允許”事件的規(guī)律，停運(yùn)的持續(xù)時(shí)間期望值等指標(biāo)，對(duì)幾種接線形式的擇優(yōu)。2、靈活性：投切發(fā)電機(jī)、變壓器、線路斷路器的操作要可靠方便、調(diào)度靈活。3、經(jīng)濟(jì)性：通過(guò)優(yōu)化比選，工程設(shè)計(jì)應(yīng)盡力做到投資省、占地面積小、電能損耗小。2.3主接線的方案擬定方案一：根據(jù)對(duì)原始資料的分析可知系統(tǒng)有4個(gè)電壓等級(jí)分別是發(fā)電廠到母線的10KV電壓和經(jīng)過(guò)升壓給周邊用戶使用的35KV的電壓以及提供給系統(tǒng)的110KV和220KV。(1)10kv電壓等級(jí)。鑒于處發(fā)電廠廠用電以外的能量都由10KV母線輸出，所以母線必須有穩(wěn)定可靠的供電，采取雙母線分段接線，這樣設(shè)計(jì)能夠縮小母線故障的停電范

5、圍(2)110KV電壓等級(jí)。采取單母線接線，接線簡(jiǎn)單，操作方便，設(shè)備少、經(jīng)濟(jì)性好。(3)220KV電壓等級(jí)。采取雙母線接線，因?yàn)檩敵龉β?00MW，分四條回路，每回路50MW。(4)35KV電壓等級(jí)。35KV電壓等級(jí)的電能是供給附近5kM的用戶使用的所以采取較為簡(jiǎn)單的單母線接線。電氣主接線圖如圖2-3-1圖2-3-1方案一火電廠電氣主接線圖優(yōu)點(diǎn)：(1)發(fā)電廠供電采取每個(gè)發(fā)電機(jī)單獨(dú)供電，這樣不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)發(fā)電機(jī)的損壞而破壞發(fā)電廠內(nèi)部用電。(2)10KV采取雙母線分段接線能夠有效的切換母線，并在一段母線出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，分段斷路器起作用，減少停電的范圍。(3)220KV采取雙母線也能夠有效的供電。缺點(diǎn)：(

6、1)10KV母線上承擔(dān)的電流太大，幾乎所有的功率都從這條母線上出去。如果10KV母線損壞會(huì)導(dǎo)致功率輸出為0；(2)變壓器使用過(guò)多，110KV從一條母線輸出如果母線損壞將導(dǎo)致110KV測(cè)向系統(tǒng)輸出的功率為0；(3)經(jīng)濟(jì)性不高。方案二：(1)220KV電壓等級(jí)。采用雙母線帶旁路接線。(2)110KV電壓等級(jí)。采用單母線分段接線。(3)35KV電壓等級(jí)。采用單母線接線。(4)10KV電壓等級(jí)。采用雙母線分段接線。電氣主接線圖如2-3-2圖2-3-2方案二電氣主接線圖優(yōu)點(diǎn)：(1)220KV電壓等級(jí)由一臺(tái)發(fā)電機(jī)直接供電已經(jīng)用三繞組變壓器供電，供電可靠穩(wěn)定。有備用。(2)10KV電壓的母線承擔(dān)的電流比方案

7、一小的多。(3)110KV電壓的母線采用分段母線可以在一段母線損壞另一條可以繼續(xù)向系統(tǒng)供電。比較方案一與方案二從安全可靠與經(jīng)濟(jì)性來(lái)說(shuō)選方案一。2.4 發(fā)電機(jī)及主變壓器的選擇發(fā)電機(jī)的選擇發(fā)電機(jī)組，U=10.5KV，次暫態(tài)電抗為0.12，所以選擇型號(hào)為QFN-100-2如下表2-4-1所示型號(hào)額定容量/MW額定電壓/KV功率因數(shù)次暫態(tài)電抗X”dQFN-100-2100 10.5 0.85 0.122-4-1發(fā)電機(jī)型號(hào)參數(shù)表主變壓器的選擇在發(fā)電廠和變電站中，用來(lái)向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。主變壓器的容量、臺(tái)數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。它的確定除了依據(jù)傳遞容量的基本原始

8、資料外，還應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)5-10年發(fā)展規(guī)劃、輸送功率大小、饋線回路數(shù)、電壓等級(jí)以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，進(jìn)行綜合分析和合理選擇。1.變壓器形式和結(jié)構(gòu)的選擇(1)相數(shù)：主變采用三相或單相，主要考慮變壓器的可靠性要求及運(yùn)輸條件等因素。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)有關(guān)規(guī)定，當(dāng)運(yùn)輸條件不受限制時(shí)，在330KV及以下的電廠及變電所均選用三相變壓器。因?yàn)槿嘧儔浩鞅认嗤萘康膯蜗嘧儔浩骶哂泄?jié)省投資，占地面積小，運(yùn)行過(guò)程損耗小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)本電廠的運(yùn)輸?shù)乩項(xiàng)l件不受限制，因而選用三相變壓器。(2) 繞組數(shù)量選擇：根據(jù)電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定：“最大機(jī)組容量為125MW及以下的發(fā)電廠，當(dāng)有兩種升高電壓向用戶供電與或與系統(tǒng)相連

9、接時(shí)，宜采用三繞組變壓器。結(jié)合本電廠實(shí)際，選用1臺(tái)雙繞組變壓器以及三臺(tái)三繞組變壓器。(3)普通型和自耦型選擇：根據(jù)電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定：“在220KV及以上的電壓等級(jí)才宜優(yōu)先考慮采用自偶變壓器。自偶變壓器一般作為聯(lián)絡(luò)變壓器和連接兩個(gè)直接接地系統(tǒng)。從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，結(jié)合本電廠實(shí)際，選用普通型變壓器2.變壓器容量型號(hào)的選擇(1)10KV母線輸出功率 = MW其中除去了每臺(tái)發(fā)電機(jī)供給廠用電負(fù)荷6MW。選用三臺(tái)三繞組變壓器互為備用，當(dāng)其中一臺(tái)容量最大的變壓器故障或者維修時(shí)，另外兩臺(tái)可以承擔(dān)70%的負(fù)荷，故每臺(tái)變壓器的容量計(jì)算如下：(MVA)所以每臺(tái)變壓器容量(MWA)留一定的裕度取變壓器的容量為

10、120MVA，其中兩臺(tái)變壓器型號(hào)一致標(biāo)為T(mén)1，另外一臺(tái)標(biāo)為T(mén)2。(2)從發(fā)電廠直接經(jīng)過(guò)雙繞組升壓變壓器供給給220KV母線上的功率為MW所以升壓變壓器的容量(MVA)選取容量為120MVA的變壓器。根據(jù)上面的分析，經(jīng)過(guò)查電工手冊(cè)，可以的到各個(gè)變壓器的型號(hào)如下表型號(hào)額定容量(KVA)容量比(%)額定電壓(KV)連接組號(hào)損耗（KW）空載電流(%)阻抗電壓（%）高壓中壓低壓空載負(fù)載高中高低中低SEPSZ7-120000/220120000100/100/100220 8 1.25%12110.5YnYn0,dl1904250.813.323.57.7SEPSZ7-120000/22012000010

11、0/100/100220 8 1.25%12110.5YnYn0,dl11444800.812.622.07.72-4-1三繞組變壓器型號(hào)表型號(hào)額定容量(KVA)額定電壓(KV)連接組號(hào)損耗（KW）空載電流(%)阻抗電壓(%)高壓低壓空載負(fù)載S7-120000/2201200002202.5%10.5YND1138.51480.810.52-4-2雙繞組變壓器型號(hào)表3 短路電流計(jì)算3.1 短路電流計(jì)算的基本假設(shè)（1）短路過(guò)程中各發(fā)電機(jī)之間不發(fā)生搖擺，并認(rèn)為所有發(fā)電機(jī)的電勢(shì)都相同電位。（2）負(fù)荷只作近似估計(jì)，或當(dāng)作恒定電抗，或當(dāng)作某種臨時(shí)附加電源，視具體情況而定。（3）不計(jì)磁路飽和。系統(tǒng)各元件的

12、參數(shù)都是恒定的，可以用疊加原理。（4）對(duì)稱三相系統(tǒng)。除不對(duì)稱短路故障處不對(duì)稱之外，實(shí)際系統(tǒng)都是對(duì)稱的。（5）忽略了高壓線的電阻電容，忽略變壓器的電阻和勵(lì)磁電流，這就是說(shuō)，發(fā)電機(jī)、輸電、變電和用電的元件均勻純電抗表示。（6）金屬性短路，即不計(jì)過(guò)度電阻的影響，認(rèn)為過(guò)渡電阻為零的短路情況。3.2電路元件的參數(shù)計(jì)算及等值電路圖選取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓KV1、各元件電抗標(biāo)幺值的計(jì)算。發(fā)電機(jī)：變壓器：線路： 發(fā)電機(jī)電抗的表幺值=0.102三繞組變壓器T1，T2各繞組阻抗電壓百分比分別為：T1變壓器：=14.55=-1.25=8.95T2變壓器：=13.4=-1.7=8.55三繞組變壓器T1、T2各繞組電抗標(biāo)

13、幺值：T1變壓器：T2變壓器：雙繞組變壓器：假設(shè)110KV以及220KV同樣經(jīng)過(guò)5KM接入大系統(tǒng)中，并令輸出功率因數(shù)為0.9。由原始資料可知110KV經(jīng)過(guò)5回線路輸出功率為120MW平均每回線路輸送容量為MVA所以輸出額定電流為0.14KA。等效電抗為220KV經(jīng)過(guò)5回線路輸出功率為200MW平均每回線路輸送容量為MVA輸出額定電流0.13KA 。35KV側(cè)經(jīng)過(guò)3回線路輸送40MW給附近用戶。每回輸送容量 MVA輸出額定電流0.244KA。2.短路計(jì)算等值電路圖(1)220KV線路短路時(shí)經(jīng)簡(jiǎn)化可得經(jīng)計(jì)算可得在220KV的母線上短路時(shí)：220KV側(cè)大系統(tǒng)輸送電流標(biāo)幺值為：110KV側(cè)大系統(tǒng)輸送電

14、流標(biāo)幺值 :發(fā)電機(jī)E向母線輸送電流的標(biāo)幺值：發(fā)電機(jī)E4向母線輸送電流的標(biāo)幺值：綜上計(jì)算可得在220KV短路點(diǎn)的電流標(biāo)幺值為短路電流的實(shí)際值為：(2)110KV線路短路時(shí)繼續(xù)簡(jiǎn)化得到經(jīng)計(jì)算可得在110KV的母線上短路時(shí)：110KV側(cè)大系統(tǒng)輸送電流標(biāo)幺值為：假設(shè)S輸出的電流標(biāo)幺值為，E輸出的電流標(biāo)幺值為，由電路定理可知所以可得E側(cè)輸送的電流標(biāo)幺值為：系統(tǒng)及E4組合S向110KV母線輸送的電流標(biāo)幺值=9.275綜上計(jì)算可得在110KV短路點(diǎn)的電流標(biāo)幺值為短路電流的實(shí)際值為：(3)35KV短路時(shí)：經(jīng)計(jì)算可得在35KV的母線上短路時(shí)：220KV側(cè)系統(tǒng)S輸送電流標(biāo)幺值為： 110KV側(cè)大系統(tǒng)輸送電流標(biāo)幺值

15、為： E側(cè)輸送電流標(biāo)幺值為： 可得在35KV短路點(diǎn)的電流標(biāo)幺值為短路電流的實(shí)際值為：(4)10KV短路時(shí)：經(jīng)計(jì)算可得在10KV的母線上短路時(shí)：E側(cè)輸送電流標(biāo)幺值為：假設(shè)系統(tǒng)S輸出的電流標(biāo)幺值為，大系統(tǒng)輸出的電流標(biāo)幺值為，由電路定理可知所以可得大系統(tǒng)側(cè)輸送的電流標(biāo)幺值為而系統(tǒng)S輸送的電流標(biāo)幺值可得在10KV短路點(diǎn)的電流標(biāo)幺值為短路電流的實(shí)際值為：4 主要電氣設(shè)備的選擇4.1電氣設(shè)備選擇概述由于各種電氣設(shè)備的具體工作條件并不完全相同，所以，它們的具體選擇方法也不完全相同，但基本要求是相同的。即要保證電氣設(shè)備可靠的工作，必須按正常工作條件選擇，并按短路情況校驗(yàn)其熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。4.2 電氣設(shè)備選擇的

16、一般原則應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過(guò)電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展。應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核。應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。與正個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)協(xié)調(diào)一致。同類(lèi)設(shè)備應(yīng)盡量減少品種。用新的產(chǎn)品均應(yīng)有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。4.3斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的選擇1、斷路器的選擇，除滿足各項(xiàng)技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應(yīng)考慮到要便于安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，并經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面都比較后才能確定。根據(jù)目前我國(guó)斷路器的生產(chǎn)情況，電壓等級(jí)在10KV220KV的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，而當(dāng)少油斷路器不能滿足要求時(shí)，可以選用SF6斷路器。電壓等級(jí)在35KV及以下的配電裝置中真空斷路器得到廣泛的應(yīng)用；斷路器選擇的校驗(yàn)內(nèi)容： 額定電

17、壓和額定電流選擇：， 定開(kāi)斷電流和關(guān)合電流選擇：， 熱穩(wěn)定校驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：，（2）隔離開(kāi)關(guān)的選擇隔離開(kāi)關(guān)的選擇方法與斷路器相同，但隔離開(kāi)關(guān)沒(méi)有滅弧裝置，不承擔(dān)接通和斷開(kāi)負(fù)荷電流和短路電流的任務(wù)。同時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)還有隔離電壓、倒閘操作和開(kāi)、合小電流的功能，因此，不需校驗(yàn)額定開(kāi)斷電流和關(guān)合電流。隔離開(kāi)關(guān)選擇的校驗(yàn)內(nèi)容： 定電壓和額定電流選擇： ，熱穩(wěn)定校驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)： ，（3）具體位置的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的選擇1）10KV母線側(cè)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的選擇流過(guò)斷路器的最大持續(xù)工作電流：計(jì)算結(jié)果和校驗(yàn)結(jié)果如表計(jì)算數(shù)據(jù)斷路器(SN4-10G-8000)隔離開(kāi)關(guān)(GN10-20/8000)合格與否UNS 10

18、KVUN 10KVUN 10KV合格Imax 7.13KAIN 8KAIN 8KA合格I 103KAIbr139KA - 合格Qk 10324 KA2.sIt2t 15025 KA2.sIt2t 8024 KA2.s合格2) 110KV母線側(cè)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的選擇流過(guò)斷路器的最大持續(xù)工作電流：計(jì)算結(jié)果和校驗(yàn)結(jié)果如表計(jì)算數(shù)據(jù)斷路器(SW3-110III)隔離開(kāi)關(guān)(GW5-110/630)合格與否UNS 110KVUN110KVUN110KV合格Imax 778AIN2000AIN630A合格I 29.129KA Ibr31.5KA-合格Qk 29.12924 KA2.sIt2t31.52 KA2.sIt2t15.824KA2.s合格3) 220KV母線側(cè)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的選擇流過(guò)斷路器的最大持續(xù)工作電流：計(jì)算結(jié)果和校驗(yàn)結(jié)果如表計(jì)算數(shù)據(jù)斷路器(SW2-220)隔離開(kāi)關(guān)(GW4-220/1250)合格與否UNS 220KVUN220KVUN220KV合格Imax 648AIN2000AIN1250A合格I 15.457KA Ibr31.5KA-合格Qk 15.45724 KA2.sIt2t31.52 KA2.sIt2t12.524KA2.s合格5 總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是基于凝汽式火電廠一次部