火力發(fā)電廠電氣主接線設計

1、火力發(fā)電廠電氣主接線設計遼寧工程技術大學發(fā)電廠電氣部分課程設計設計題目火力發(fā)電廠電氣主接線設計指導教師院（系、部）電氣與控制工程學院專業(yè)班級學號姓名日期課程設計成績評定表學期姓名專業(yè)電氣工程及其自動化班級課程名稱發(fā)電廠電氣部分設計題目火力發(fā)電廠電氣主接線設計成績評分項目優(yōu)良中及格不及格設計表現(xiàn)1.設計態(tài)度非常認真認真較認真不認真2.設計紀律嚴格遵守遵守基本遵守少量違反嚴重違反3.獨立工作能力強較強能獨立設計完成基本獨立設計完成不能獨立設計完成4.上交設計時間提早或按時按時遲交半天遲交一天遲交一天以上設計說明書5.設計內容設計思路清晰，結構方柔良好，設計參數(shù)選擇正確，條理清楚，內容完整，結果正確

2、設計思路清晰，結構方柔合理，設計參數(shù)選擇正確，條理清楚，內容較完整，極少量錯誤設計思路較清晰，結構方案基本合理，設計參數(shù)選擇基本正確，調理清楚，內容基本完整，有少量錯誤設計思路基本清晰，結構方案基本合理，設計參數(shù)選擇基本正確，調理清楚，內容基本完整，有些錯誤設計思路不清晰，結構方案不合理，關鍵設計參數(shù)選擇宿錯誤，調理清楚，內容不完整，有明顯錯誤6.設計書寫、字體、排版規(guī)范、整潔、有條理，排版很好較規(guī)范、整潔、有條理，個別排版有問題基本規(guī)范、整潔、有條理，個別排版有問題基本規(guī)范、整潔、有條理，排版有問題較多不規(guī)范、不整潔、無條理，排版有問題很大7.封面、目錄、參考文獻完整較完整基本完整缺項較多不

3、完整圖紙8.繪圖效果很出色較出色:較差很差9.布局合理、美觀較合理基本合理有些混亂布局混亂10.繪圖工程標準符合標準較符合標準基本符合標準個別不符合標準完全不符合標準評定說明：不及格標準：設計內容一項否決制，即5為不及格，整個設計不及格，其他4項否決；優(yōu)、良、中、及格標準：以設計內容為主體，其他項超過三分之一為評定標準，否則評定為下一等級；如優(yōu)秀評定，設計內容要符合5,其余九項要有4項符合才能評定為優(yōu)，否則評定為良好，以此類推。最終成績：評定教師簽字:發(fā)電廠電氣部分課程設計任務書一、設計題目火力發(fā)電廠電氣主接線設計二、設計任務1 .對原始資料的分析2 .主接線方案的擬定（至少兩個方案）3 .變

4、壓器臺數(shù)和容量的選擇4 .所選方案的經(jīng)濟比較5 .主接線最終方案的確定三、設計計劃本課程設計時間為一周，具體安排如下：6 1天：查閱相關材料，熟悉設計任務7 23天：分析原始資料，擬定主接線方案8 4天：選擇主變壓器的臺數(shù)和容量，對方案進行經(jīng)濟比較9 56天：繪制主接線方案圖，整理設計說明書10 天:答辯四、設計要求1 .按照設計計劃按時完成2 .設計成果包括：設計說明書一份、主接線方案圖（A3）一張指導教師：教研室主任：時間：原始資料某火力發(fā)電廠原始資料如下：裝機4臺，分別為供熱式機組250MWUn=10.5kV),凝汽式機組2600MWUn=20kV),廠用電率6.5%,機組年利用小時Tm

5、ax=6500h。系統(tǒng)規(guī)劃部門提供的電力負荷及與電力系統(tǒng)連接情況資料如下：(1) 10.5kV電壓級最大負荷26.2MW最小負荷21.2MWcos=0.8,電纜饋線10回;(2) 220kV電壓級最大負荷256.2MW最小負荷206.2MWcos=0.85,架空線5回;(3) 500kV電壓級與容量為3500MWJ電力系統(tǒng)連接，系統(tǒng)歸算到本電廠500kV母線上的電抗標么值xs*=0.021(基準容量為100MVA,500kV架空線4回，備用線1回。摘要本設計是電廠主接線設計。該火電廠總裝機容量為250+2600=1300MW。廠用電率6.5%,機組年利用小時Tmax=6500h。根據(jù)所給出的原

6、始資料擬定兩種電氣主接線方案，然后對這兩種方案進行可靠性、經(jīng)濟性和靈活性比較后，保留一種較合理的方案，最后通過定量的技術經(jīng)濟比較確定最終的電氣主接線方案。在對系統(tǒng)各種可能發(fā)生的短路故障分析計算的基礎上，進行了電氣設備和道題的選擇校檢設計。在對發(fā)電廠一次系統(tǒng)分析的基礎上，對發(fā)電廠的配電裝置布置做了初步簡單的設計。此次設計的過程是一次將理論與實際相結合的初步過程，起到學以致用，鞏固和加深對本專業(yè)的理解，建立了工程設計的基本觀念，提升了自身設計能力。關鍵字：電氣主接線；火電廠；設備選型；配電裝置布置目錄1前言-1-2原始資料分析-2-2.1 工程情況-2-2.2 電力系統(tǒng)情況-2-3主接線方案的擬定

7、-3-4變壓器臺數(shù)和容量的選擇-6-4.1 選擇主變壓器的臺數(shù)和容量-6-4.1.1 主變壓器臺數(shù)的選擇-8-4.1.2 主變壓器容量的選擇-8-4.2 選擇聯(lián)絡變壓器的臺數(shù)和容量-8-4.2.1 聯(lián)絡變壓器臺數(shù)的選擇-9-4.2.2 聯(lián)絡變壓器容量的選擇-9-5方案的經(jīng)濟比較-10-5.1 一次投資的計算-10-5.2 年費用的計算.-.11-6主接線最終方案的確定-13-7結論-14-參考文獻-15-火力發(fā)電廠電氣主接線設計1前言火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤炭、石油或天然氣作為燃料生產(chǎn)電能的工廠，其能量的轉換過程是：燃料的化學能一熱能一機械能一電能?；鹆Πl(fā)電廠的特點有：（1）火電廠布局靈

8、活，裝機容量的大小可按需要決定。（2）火電廠的一次性建設投資少，單位容量的投資僅為同容量水電廠的一半左右。（3）火電廠耗煤量大。（4）火電廠動力設備繁多，發(fā)電機組控制操作復雜，廠用電量和運行人員都多余水電廠，運行費用高。（5）燃煤發(fā)電機組由停機到開機帶滿負荷需要幾小時到十幾小時，并附加耗用大量燃料。（6）火電廠擔負調峰、調頻或事故備用，相應的事故增多，強迫停運率增高。（7）火電廠的各種排泄物對環(huán)境污染較大。本設計火電廠的主接線設計，本設計從主接線、主要電氣設備選擇等幾個方面對火電廠設計進行了闡述，并繪制了電氣主接線圖。-17 -2原始資料分析2.1 工程情況通過對原始資料的分析可知，該火電站總

9、裝機容量為250+2600=1300MW,占電力系統(tǒng)總容量1300/(3500+1300)100%=27.1%,超過了電力系統(tǒng)的檢修備用容量8%-15%和事故備用容量10%的限額，說明該火電廠在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位至關重要，且年利用小時數(shù)為6500h,遠遠大于電力系統(tǒng)發(fā)電機組的平均最大負荷利用小時數(shù)。該火電廠在電力系統(tǒng)中將主要承擔基荷，從而該廠主接線設計務必著重考慮其可靠性。2.2 電力系統(tǒng)情況從負荷特點及電壓等級可知，10.5kV電壓上的地方符合容量不大，共有10回電纜饋線，與50MW發(fā)電機的機端電壓相等，采用直饋線為宜。600MW發(fā)電機的機端電壓為20kV,擬采用單元接線形式，不設發(fā)

10、電機出口斷路器，有利于節(jié)省投資及簡化配電裝置布置；220kV電壓級出線回路數(shù)為5回，為保證檢修出線斷路器不致對該回路停電，擬采取帶旁路母線接線形式為宜；500kV與系統(tǒng)有4回饋線，呈強聯(lián)系形式并送出本廠最大可能的電力1300-21.2-206213006.5%=988.1MW?？梢姡搹S500kV級的接線對可靠性要求應當很高。3主接線方案的擬定根據(jù)對原始資料的分析，現(xiàn)將各電壓級可能采用的較佳方案列出，進而以優(yōu)化組合方式組成最佳可比方案。(1) 10kV電壓級：鑒于出線回路多，且發(fā)電機單機容量為50MW,遠大于有關設計規(guī)程對選用單母線分段接線每段上不宜超過12MW的規(guī)定，應確定為雙母線分段接線形

11、式，2臺50MW機組分別接在兩段母線上，剩余功率通過主變壓器送往高一級電壓220kV。由于兩臺50MW機組均接于10kV母線上，有較大的短路電流，為選擇輕型電器，應在分段處加裝母線電抗器，各條電纜饋線上裝設出線電抗器。考慮到50MW機組為供熱式機組，通?！耙詿岫姟保瑱C組年最大負荷小時數(shù)較低，同時由于10kV電壓最大負荷26.2MW,遠小于250MW發(fā)電機組裝機容量，即使在發(fā)電機檢修或升壓變壓器檢修的情況下，也可保證該電壓等級負荷要求，因而10kV電壓級與220kV電壓之間按弱聯(lián)系考慮，只設1臺主變壓器。(2) 220kV電壓級：出線回路數(shù)大于4回，為使其出線斷路器檢修時不停電，應采用單母線分

12、段帶旁路接線或雙母線帶旁路接線，以保證其供電的可靠性和靈活性。具進線僅從10kV送來的剩余容量250-(1006.5%)+26.2=67.3MW,不能滿足220kV最大負荷256.2MW的要求。為此，擬以1臺600MW機組按發(fā)電機一變壓器單元接線形式接至220kV母線上，其剩余容量活機組檢修時不足容量由聯(lián)絡變壓器與500kV接線相連，相互交換功率。(3) 500kV電壓級：500kV負荷容量大，其主接線是本廠向系統(tǒng)輸送功率的主要接線方式，為保證可靠性，可能有多種接線形式，經(jīng)定性分析篩選后，可選用的方案為雙母線帶旁路接線和一臺半斷路器接線，通過聯(lián)絡變壓器與220kV連接，并通過一臺三繞組變壓器聯(lián)

13、系220kV及10kV電壓，以提高可靠性，一臺600MW機組與變壓器組成單元接線，直接將功率送往500kV電力系統(tǒng)。根據(jù)以上分析、篩選、組合，可保留兩種可能的接線方案：方案I:500kV側采用一臺半斷路器接線，220kV側采用雙母線帶旁路母線接線，如圖1所示；方案n：500kV側采用雙母線帶旁路母線接線，220kV側采用單母線分段帶旁路母線接線，如圖2所示。A徊±600/圖1擬設計的火電廠主接線方案I示意圖備 用1 1 n 1工工工工工工nnvnnv、一 500kV'工工工 工工tn n n圖2擬設計的火電廠主接線方案n示意圖4變壓器臺數(shù)和容量的選擇在發(fā)電廠和變電站中，用來向

14、電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器；用于兩種電壓等級之間交換功率的變壓器，稱為聯(lián)絡變壓器；只供本所(廠)用的變壓器，稱為站(所)用變壓器或自用變壓器。本章是對變電站主變壓器的選擇。4.1選擇主變壓器的臺數(shù)和容量1、變壓器容量和臺數(shù)的確定原則：主變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結構。它的確定除依據(jù)傳遞容量基本原始資料外，還應根據(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)、電壓等級以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，進行綜合分析和合理選擇。為此，在選擇發(fā)電廠主變壓器時，應遵循以下的基本原則。(1)主變壓器容量一般按變電所建成后5-10年的規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮到遠

15、期10-20年的負荷發(fā)展。對于城郊變電所，主變壓器容量應與城市規(guī)劃相結合。(2)根據(jù)變電所所帶負荷的性質和電網(wǎng)結構來確定變壓器的容量。對于有重要負荷變壓器的變電所，應考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力后的允許時間內，應保證用戶的一級和二級負荷；對一般性變電所，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應能保證全部負荷的70%-80%(3)同級電壓的單臺降壓變壓器容量的級別不宜太多，應從全網(wǎng)出發(fā)，推行系列化、標準化。我國110kV及以上電壓，變壓器繞組多采用Y連接；35kV亦采用Y連接，其中性點多通過消弧線圈接地。35kV以下電壓，變壓器繞組多采用連接。選擇主變壓器，需考慮如下原

16、則：(1)當不受運輸條件限制時，在330KV及以下的發(fā)電廠和變電站，均應選用三相變壓器。(2)當發(fā)電廠與系統(tǒng)連接的電壓為500kV時，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后，確定選用三相變壓器、兩臺50份量三相變壓器或單相變壓器組。對于單機容量為300MW并直接升到500kV的，直選用三相變壓器。(3)對于500kV變電所，除需考慮運輸條件外，尚應根據(jù)所供負荷和系統(tǒng)情況，分析一臺(或一組)變壓器故障或停電檢修時對系統(tǒng)的影響。尤其在建所初期，若主變壓器為一組時，當一臺單相變壓器故障，會使整組變壓器退出，造成全網(wǎng)停電；如用總容量相同的多臺三相變壓器，則不會造成所停電。為此要經(jīng)過經(jīng)濟論證，來確定選用單相變壓器還是三相變壓

17、器。在發(fā)電廠或變電站還要根據(jù)可靠性、靈活性、經(jīng)濟性等，確定是否需要備用相。2、本設計在選擇變壓器起的時候應該遵循具有發(fā)電機電壓母線接線的主變壓器選擇原則和單元接線原則，連接在發(fā)電機電壓母線與系統(tǒng)之間的主變壓器的容量，應考慮以下因素：(1)當發(fā)電機全部投入運行時，在滿足發(fā)電機電壓供電的日最小負荷，并扣除常用負荷后，主變壓器應能將發(fā)電機電壓母線上的剩余有功和無功容量送入系統(tǒng)。(2)當接在發(fā)電機電壓母線上的最大一臺機組檢修或者因供熱機組負荷變動而需限制本廠出力時，只變壓器應能從電力系統(tǒng)倒送功率，保證發(fā)電機電壓母線上最大負荷的需求。(3)若發(fā)電機點發(fā)母線上接有2臺及以上的主變壓器時，當其中容量最大的一

18、臺因故退出運行時，其他主變壓器應能輸送母線剩余功率的70姒上。(4)主變壓器應具有從系統(tǒng)倒送功率的能力，以滿足發(fā)電機電壓母線上最大負荷的要求。單元接線的主變壓器應遵循以下原則：單元接線的主變壓器容量應按下列條件的較大者選擇。(1)發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10稀度。(2)按發(fā)電機的最大連續(xù)容量，(制造廠家提供的數(shù)據(jù))扣除一臺廠用變壓器的計算負荷和變壓器繞組平均溫升在標準環(huán)境溫度或冷卻水溫度不超過65c的條件選擇。該65C是依據(jù)我國電力變壓器標準，即在正常使用條件下，油浸變壓器在連續(xù)額定容量穩(wěn)態(tài)下的繞組平均溫度。采用擴大單元接線時應盡可能采用分裂繞組變壓器，其容量亦應按單元接線

19、的計算原則算出的兩臺機容量之和來確定。4.1.1 主變壓器臺數(shù)的選擇根據(jù)原始資料，此火電廠需要兩臺主變壓器：即20kV和500kV之間需要一臺發(fā)電機一變壓器單元接線形式的主變壓器和20kV和220kV之間需要一臺發(fā)電機一變壓器單元接線形式的主變壓器。4.1.2 主變壓器容量的選擇發(fā)電機一變壓器單元接線中的主變容量應按發(fā)電機額定容量扣除本機組廠用電后，留有10%勺裕度來確定。主變容量一般按變電所建成后510年的規(guī)劃負荷來進行選擇，并適當考慮遠期1020年的負荷發(fā)展。(1) 20kV和220kV之間的主變壓器容量：根據(jù)本設計具體情況，主變的容量計算如下：Pn600Sn(1%)110%(16.5%)

20、110%771.375MVAcos0.8式中：Pn為發(fā)電機容量，8s為功率因數(shù)，為廠用電率。所以容量應取780MVA。(2) 20kV和500kV之間的主變壓器容量：根據(jù)本設計具體情況，主變的容量計算如下：cPn600Sn(1%)110%(16.5%)110%771.375MVAcos0.8式中：Pn為發(fā)電機容量，cos為功率因數(shù)，%為廠用電率。所以容量應取780MVA。4.2選擇聯(lián)絡變壓器的臺數(shù)和容量聯(lián)絡變壓器的臺數(shù)一般只設置1臺，最多不超過2臺，這是考慮到布置和引線的方便。聯(lián)絡變壓器的容量選擇應考慮以下兩點：(1)聯(lián)絡變壓器的容量應能滿足兩種電壓網(wǎng)絡在各種不同運行方式下有功功率和無功功率交

21、換;(2)聯(lián)絡變壓器的容量一般不應小于接在兩種電壓母線上的最大一臺機組容量，以保證最大一臺機組故障或檢修時，通過聯(lián)絡變壓器來滿足本側負荷的要求；同時，也可在線路檢修或故障時，通過聯(lián)絡變壓器將剩余容量送入另一系統(tǒng)。4.2.1 聯(lián)絡變壓器臺數(shù)的選擇根據(jù)原始資料和對電廠實際情況的分析，應裝設一臺三相三繞組的聯(lián)絡變壓器。4.2.2 聯(lián)絡變壓器容量的選擇根據(jù)聯(lián)絡變壓器的選擇原則和對原始資料及主接線形式的分析，其容量應為：SNS1S2502780880MVA§為10kV與220kV之間的主變壓器容量，S2為20kV與220kV之間的主變壓器容量。所以容量取880MVA。5方案的經(jīng)濟比較5.1 一

22、次投資的計算一次投資即綜合總投資，其中包括變壓器綜合投資，開關設備、配電裝置綜合投資以及不可預見的附加投資等。進行方案比較時，一般不必計算全部費用，只算出方案不同部分的投資，可計算為Io 1a100（元）式中：I0為主體設備的綜合投資，包括變壓器、開關設備、母線、配電裝置及明顯的增修橋梁、公路和拆遷費用；a為不明顯的附加費用比例系數(shù)，如基礎加工、電纜溝道開外費用等，220kV取70,110kV取90。所以一次投資的計算如下：方案I:根據(jù)原始資料和對電氣主接線形式的分析，參與比較部分的設備折算到施工年限的總投資中主體設備的綜合投資為：變壓器部分合計2500萬元，開關設備合計80070_一、169

23、54.7（萬兀）100萬元，母線合計400萬元，配電裝置合計300萬元，明顯的增修橋梁、公路和拆遷費用合計91萬元。所以：I1I011250080040030091100方案根據(jù)原始資料和對電氣主接線形式的分析，參與比較部分的設備折算到施工年限的總投資中主體設備的綜合投資為：變壓器部分合計2500萬元，開關設備合計700萬元，母線合計300萬元，配電裝置合計300萬元，明顯的增修橋梁、公路和拆遷費用合計73萬元。所以：I2I0212500700300300731型6584.5（萬元）100100因此方案I的一次投資為6954.7萬元，方案II的一次投資為6584.5萬元5.2 年費用的計算年運

24、行費用C'主要包括一年中變壓器的損耗電能費及檢修、維護、折舊費等，按投資百分率計算，計算式為C'A1I2I（元）式中：-4500 0.2 1400為檢修維護費率，取為0.022-0.042;為折舊費率，取為0.005-0.058;為損耗電能的電價元/（kW?h）;A為變壓器年損耗電能（kW?h）年損耗電能A隨變壓器類型的不同而異。例如雙繞組變壓器：n臺同類型、容量雙繞組變壓器并聯(lián)運行時，其年損耗電能計算式為A nPoK Qo T2PkKQkmaxkW?hSn式中：n為同容量、同類型變壓器臺數(shù)；Sn為每臺變壓器額定容量（kV?A）;S為n臺變壓器擔負的總負荷（kV?A）;T為變壓

25、器年運行小時數(shù)（h）;max為最大負荷損耗小時P。、Q。分別為每臺變壓器的空載損耗有功（kW）和損耗無功（kvar）；R、Qk分別為每臺變壓器的短路損耗有功（kW）和損耗無功（kvar）; K為單位損耗無功引起的損耗有功系數(shù)，發(fā)電機母線上的變壓器取0.02,系統(tǒng)中的變壓器取0.1-0.15所以方案I的年損耗電能A1為:A nPoK Qo TQk2SSNmax 2 3200 0.2 1100 500014800 0.2 16002771.375780250040382450 kW ?h方案I的年損耗電能A2為:A2nP0K Q0 T1Pk nQkSSNmax 2 2900 0.2 900 500

26、0771.375780250036643590kW?h所以方案I的年運行費用C'1為:Ci'Ai1I12I10.2403824500.025695470000.005695470001016.29(萬元)方案R的年運行費用C'2為:C2'A21I22I20.2366435900.022658450000.00565845000910.65(萬元)因此：方案I:根據(jù)原始資料和對電氣主接線形式的分析，參與比較部分的設備這算到施工年限的總投資為6954.7萬元，年運行費用為1016.29萬元，火電廠使用年限按n=25年，電力行業(yè)預期投資回報率i=0.1o則年費用為：A

27、GI1i(1 i)n(1 i)n 1C'16954.70.1(1 0.1)25(10.1)2511016.29 1781.3(萬元)方案根據(jù)原始資料和對電氣主接線形式的分析，參與比較部分的設備這算到施工年限的總投資為6584.5萬元，年運行費用為910.65萬元，火電廠使用年限按n=25年,電力行業(yè)預期投資回報率i=0.1。則年費用為：ACni(1 i)n(1 i)n 1C'2250.1(1 0.1)6584.5 25910.65 1636.1(萬兀)(1 0.1)25 16主接線最終方案的確定通常，經(jīng)過經(jīng)濟比較計算，求得年費用AC最小方案者，即為經(jīng)濟上最優(yōu)方案；然而，主接線最終方案的確定還必須從可靠性、靈活性等多方面綜合評估，包括大型電廠、變電站對主接線可靠性若干指標的定量計算，最后確定最終方案。