发电厂电气部分课程设计

发电厂电气部分课程设计设计题目火力发电厂电气主接线设计

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发电厂电气部分

课程设计任务书

一、设计题目

火力发电厂电气主接线设计

二、设计任务

根据所提供的某火力发电厂原始资料（详见附1），完成以下设计任务：

1. 对原始资料的分析

2. 主接线方案的拟定（至少两个方案）

3. 变压器台数和容量的选择

4. 所选方案的经济比较

5. 主接线最终方案的确定

三、设计计划

本课程设计时间为一周，具体安排如下：

第1天：查阅相关材料，熟悉设计任务

第2 ~ 3天：分析原始资料，拟定主接线方案

第4天：选择主变压器的台数和容量，对方案进行经济比较

第5 ~ 6天：绘制主接线方案图，整理设计说明书

第7天：答辩

四、设计要求

1. 按照设计计划按时完成

2. 设计成果包括：设计说明书（模板及格式要求详见附2和附3）一份、主接线方案图（A3）一张

指导教师：

教研室主任：

时间：

摘要

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。

发电厂一次接线，即发电厂电气主接线。其代表了发电厂高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性与灵活性，同时对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面有决定性的关系。

本设计是对配有2 ? 50MW供热式机组， 2 ? 600MW凝汽式机组的的大型火力发电厂电气主接线的设计，包括对原始资料的分析、主接线方案的拟定、变压器台数和容量的选择、方案的经济比较、主接线最终方案的确定。

关键词：火力发电厂；电气主接线

目录

1 前言 (7)

2 原始资料分析 (9)

2.1 工程情况 (9)

2.2 电力系统情况 (9)

3 主接线方案的拟定 (11)

3.1 10.5kV电压级 (11)

3.2 220kV电压级 (11)

3.3 500kV电压级 (11)

4 变压器的选择 (13)

4.1 主变压器 (13)

4.2 联络变压器 (14)

5 方案的经济比较 (15)

5.1 一次投资计算 (15)

5.2 年运行费计算 (15)

5.3 年费用计算 (16)

6 主接线最终方案的确定 (16)

7 结论 (17)

8 参考文献 (18)

1 前言

电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。

我国的电力系统从50年代开始迅速发展。到1991年底，电力系统装机容量为14600万千瓦，年发电量为6750亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路以220千伏、330千伏和500千伏为网络骨干，形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千瓦的省电力系统，大区之间的联网工作也已开始。此外，1989年，台湾省建立了装机容量为1659万千瓦的电力系统。

在电力系统中，大、中型火电厂起着举足轻重的作用，而在我国的电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。一旦故障轻则引起大面积停电，重则可能引起电网崩溃。本次设计的火电厂在电网占有重要位置，一旦发生事故将引起主网的解裂，所以对火电厂主接线形式进行了详细的分析比较，以确定一种安全经济成熟的主接线形式。

现代电力工业在国际上已经迅速发展，其发展的特点是：采用大容量的发电机组，超高压输电线路和巨大的水、火、核电联合电力系统的形成，电力工业的迅速发展，对火力发电厂的设计提出了更高的要求，需要我们认真的研究对待。而现代化火力发电厂的设计是一门综合性的科学，它是在多种专业有机配合，密切协作下完成的一个统一整体，是在审议后的电力系统规划的基础上，为发电厂的发展制定具体方案，在设计中，贯彻国家各项政策，遵照有关的设计技术规定，从整体出发，深入论证电源布置的合理性，提出网络

设计方案，并论证安全可靠性和经济性，为此需进行必要的计算，考虑近期与远期的关系，并为发电厂及下一级电压的系统设计创造条件。

本次火电厂电气主接线的设计程序有四个方面：初步可行性研究、可行性研究、初步设计、施工图设计，设计步骤和内容：对原始资料的分析、主接线方案的拟定、变压器台数和容量的选择、方案的经济比较、主接线最终方案的确定。

本火电厂有2 ? 50MW供热式机组， 2 ? 600MW凝汽式机组，包括三个电压等级：10.5kV 电压级、220kV电压级、500kV电压级。

2 原始资料分析

原始资料：

某火力发电厂原始资料如下：装机4台，分别为供热式机组2 ? 50MW(U N = 10.5kV)，凝汽式机组2 ? 600MW(U N = 20kV)，厂用电率6.5%，机组年利用小时T max = 6500h。

系统规划部门提供的电力负荷及与电力系统连接情况资料如下：

(1) 10.5kV电压级最大负荷21MW，最小负荷16MW，cos? = 0.8，电缆馈线10回；

(2) 220kV电压级最大负荷251MW，最小负荷201MW，cos? = 0.85，架空线5回；

(3) 500kV电压级与容量为3500MW的电力系统连接，系统归算到本电厂500kV母线上

的电抗标么值x S* = 0.021(基准容量为100MVA)，500kV架空线4回，备用线1回。

2.1 工程情况

由于有2 ? 50MW供热式机组， 2 ? 600MW凝汽式机组，厂用电率6.5%，故发电厂类型为凝气式火电厂，设计电厂为大型火电厂，总容量为2?50+2?600=1300MW,发电厂运行方式及年利用小时数，直接影响着主接线设计，因为机组年利用小时T max= 6500h，远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数。所以本火电厂以承担基荷为主，相应主接线应以供电可靠为主选择接线形式。

2.2 电力系统情况

总容量为2?50+2?600=1300MW, 占电力系统总容量1300/(3500+1300) ?100%=27.1%，超过了电力系统的检修备用容量8%~15%和事故备用容量10%的限额，说明该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要，应选择可靠性较高的主接线形式。

为简化网络结构及电厂主接线，减少电压等级，电厂接入系统电压不应超过两级，两台50MW机组接入10.5kV系统，一台容量为600MW机组接入220kV系统，另一台容量为600MW 及以上的机组接入500kV系统，且出线数目应尽量减少，以利于简化配电装置的规模及其维护。

10.5 kV电压电力系统采用中性点非直接接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地)，又称小电流接地系统；对220 kV与500kV高压电力系统，皆采用中性点直接接地系统，又称大电流接地系统。发电机中性点都采用非直接接地方式，目前广泛采用的是中性点经消弧线圈接地方式或经单相配电变压器(二次侧接电阻)接地。

从负荷特点及电压等级可知，10.5kV电压等级上的地方负荷容量不大，共有10回电缆馈线，与50MW发电机的机端电压相等，采用直馈线为宜。20kV电压为600MW发电机出口电压，既无直配负荷，又无特殊的要求，拟采用单元接线的形式，可以节省价格昂贵的发电机出口断路器，又利于配电装置的布置；220kV电压级出现回路数为5回，为了保证检修出线断路器不致对该回路停电，拟采用带旁路母线接线形式为宜；500kV与电力系统有4回馈线，备用线1回，呈强联系形式并送出本厂最大可能的电力为1300-16-201-1300?6.5%=998.5(MV)。可见，该厂500kV级的接线对可靠性要求应当很高。

3 主接线方案的拟定

3.1 10.5kV电压级

(1)10.5kV电压级。单母线接线可靠性比较差，且调度不方便，一般只在出现回路较少，没有重要负荷的发电厂使用；单母线分段接线每段容量12MW左右，且每段出现不超过5回。本次设计，由于10.5kV出线回路比较多，而且发电机的单机容量为50MW，远大于每段12MW，应确定为双母线分段接线的形式，不但具有双母线供电可靠性，调度灵活，扩建方便的优点，而且双母线互为备用，更加提高了供电可靠性。2台50MW发电机分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压220kV。10.5kV电压级与220kV电压级之间按弱联系考虑，只设1台主变压器；同时，由于10.5kV电压最大负荷20MW，远远小于2?50MW发电机组装机容量，即使在发电机检修或升压变压器检修的情况下，也可以保证该电压等级负荷的要求。由于2台50MW机组均接于10.5kV母线上，有较大的短路电流，为了选择合适的电气设备，应在分段处加装母线电抗器，同时各条电缆馈线上装设线路电抗器。

3.2 220kV电压级

(2)220kV电压级。出线回路数为5回，为了使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路母线接线或双母线带旁路母线接线，以保证供电的可靠性和灵活性。其进线仅从10.5KV送来剩余容量2?50—[（100?6.5%+21]=72.5 MW并不能够满足220kV最大负荷250MW的要求。为此，拟采用以1台600MW机组按照发电机——变压器单元接线形式接至220kV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500kV接线连接，彼此之间相互交换功率。

3.3 500kV电压级

(3)500kV电压级。500kV电压级，负荷容量比较大，其主接线是本厂向电力系统输送功率的主要接线方式，为保证可靠性，可能有多种接线方式，经过定性分析筛选后，可以选用的方案为双母线带旁路母线接线和一台半断路器接线，通过联络变压器与220kV连接，并通过一台三绕组变压器和10.5kV电压联系，以提高可靠性。一台600MW机组与变压器构成单元接线，直接将功率送到500kV电力系统。

图1 拟设计的火力发电厂主接线方案I

图2 拟设计的火力发电厂主接线方案2

4 变压器的选择

在发电厂中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器;用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器;只供本厂用电的变压器，称为厂用变压器或自用变压器。

4.1 主变压器

本设计中有两台主变压器，该两台主变压器分别与两台600WM发电机组相连，并且都选用两绕组变压器。发电机与主变压器采用单元接线，保证了发电机电压出线的供电可靠，所以采用单元接线的主变压器原则:

单元接线的主变压器容量应按下列条件中的较大者选择：(1)发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。(2)按发电机的最大连续容量，(制造厂家提供的数据)扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组平均温升在标准环境温度或冷却水温度不超过65℃的条件选择。该65℃是依据我国电力变压器标准，即在正常使用条件下，油浸变压器在连续额定容量稳态下的绕组平均温度。

两台双绕组主变压器容量确定公式为：

220kV与500kV电压等级系统的双绕组主变压器为SFP7-750000/220型

表 1 SFP7-750000/220型参数

4.2 联络变压器

本设计中联络变压器只有一台，连接10.5kV电压母线与220kV电压母线，且采用三绕组变压器，联络变压器的容量选择应考虑以下两点：

(1) 联络变压器的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交换。

(2) 联络变压器容量一般不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时，通过联络变压器来满足本侧负荷的饿要求；与此同时，也可在线路故障或检修时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。

三绕组联络变压器容量确定公式为：

三绕组联络变压器为SFPS7-150000/220

表 2 SFPS7-150000/220参数

5 方案的经济比较

采用最小费用法对拟定的两方案进行经济比较，两种方案中的相同部分不参与比较计算，只对相异部分进行计算。计算内容包括一次投资和年运行费用。

两个方案中相异的部分为220kV 与500kV 侧的接线方式。

5.1 一次投资计算

查资料可知一个高压断路器约2万元，高压隔离开关1000元剩下的器件的价格远远小于这两种器件的价格，可忽略不计。

方案一：主体设备的综合投资为：0143.6I =万元；

方案二： 主体设备的综合投资为：0230.6I =万元；

在一次费用方面，方案二比方案一更少，所以比较以后在一次费用方面方案一比较有优势。

5.2 年运行费计算 方案一：综合总投资为：10170(1)43.6(1)74.12100100a I I =+

=+=万元 年损耗电能：200k max 1()(+)τk N

S A n P K Q T P K Q n S ?=?+?+??)( 取n=2,S=S N ,T=6500h, max τ5000h =,00270P K Q ?+?=,k +630k P K Q ??=; 所以1227065006305000508.52

A ?=??+??=万元 年运行费用为：1112'α(αα)0.5508.574.12(0.030.03)259C A I =?++=?+?+=万元

方案二：综合总投资为：20270(1)30.6(1)52.02100100

a I I =+=+=万元 年运行费用为：2212'α(αα)0.5508.552.02(0.030.03)257.4C A I =?++=?+?+=万元

5.3 年费用计算

方案一：

方案二：

6 主接线最终方案的确定

通过经济性比较，方案一的年费用大于方案二，所以方案二为经济上的最优方案。然而，主接线的最终确定不能只关注经济性，还必须从可靠性、灵活性等多方面综合评估。通过定性分析和可靠性及经济计算，在技术上（可靠性、灵活性）第一方案明显占优势，这主要是因为500kV 电压级采用一台半断路器接线方式的高可靠性指标。鉴于大型火力发电厂大机组应以可靠性和灵活性为主，所以经综合分析，决定选用方案一为设计最终方案。

7 结论

根据所提供的某火力发电厂原始资料，完成了以下设计任务：

1. 对原始资料的分析

2. 主接线方案的拟定（至少两个方案）

3. 变压器台数和容量的选择

4. 所选方案的经济比较

5. 主接线最终方案的确定

通过完成以上部分的设计，火力发电厂电气主接线的设计也就完成了，各技术指标基本达标，并确定了最终主接线设计图。

8 参考文献

[1]姚春球. 发电厂电气部分. 北京:中国电力出版社，2004

[2]电气设备及其系统/华东六省一市电机工程(电力)学会—2版. 北京：中国电力出版社,2007

[3]电气设备及其系统/华东六省一市电机工程(电力)学会. 北京：中国电力出版社,1999.11

[4]卓乐友.电力工程电气设计200例. 北京：中国电力出版社,2007

[5]黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料.北京：中国电力出版社，1998重印

[6]傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算.北京:中国电力出版社, 2004