电气工程专业本科段毕业设计(绝对原创)

毕业设计任务书

题目：2×300MW火力发电厂电气系统设计

一、原始资料

1、发电厂的建设规模

①类型：大型凝汽式火电厂

②最终容量，机组台数与型式：2×300MW发电机，其出口

电压为18kV，年最大利用小时数6000小时/年

2、电力系统与本厂连接情况

①发电厂在电力系统中地位和作用：年利用小时多，宜带基

本负荷

②发电厂联入系统的电压等级为330kV，出线回路数为3回

架空线

③电力系统总装机容量5000MW，短路容量或归算后的标么

电抗为X*=0.00746(S J=100MV A)

3、电力负荷水平

①厂用负荷:厂用电率为6.2%

②330kV级负荷3回路输电线输入系统，COSФ=0.85

4 、环境条件

①当地年最高温度42℃，年平均温度25℃

②气象条件一般

5、继电保护要求：

①发电机出线主保护动作时间0.1S

②后备保护时间4S

二、设计任务

⒈电气主接线选择

⒉短路电流计算

⒊主要电气设备选择

⒋主接线图的绘制

⒌小结

第一章电气接线设计

第一节原始资料分析

一、发电厂与系统的关系

由原始资料，本次发电厂设计容量为2×300MW，共计600MW，属大型凝汽式火电厂，系统容量为5000MW，本厂占系统容量的12%，发电机年利用最大小时数为6000小时，主要承担系统的基本负荷，兼有一定的调峰，调频任务，如考虑将来再扩建两台300MW 机组，则其总容量将达到1200MW，约占系统容量的24%。因此，本厂设计时应考虑其容量对系统的影响较大，该厂的性质应属于区域性发电厂，又为大型发电厂，其电压等级分为三级，即：330kV、高电机端电压18kV及厂用6kV，备用电源引自110kV系统。

三、对各级电压的分析

1、330kV电压级

330kV电压级与系统直接相连，出线3回，发电厂中除去厂用电后的剩余功率都直接全部送入系统，本次设计可将2台300MW机组采用单元式接线形式再经过变压器升压后直接送

入330 kV系统，其与系统的联系方式可采用，双母带旁路母线或一台半断路器接线等形式。

2、发电机机端电压18kV级

因本厂为大型电厂，其发电机机端电压，应保证有足够的供电可靠性，应采用全连式分相封闭母线，并按规定：发电机出口不装设隔离开关，设可拆连接点作调试发电机之用。

3、厂用6kV级

高压厂用电压采用6kV，其工作电源经厂用变压器连接于发电机的引出线上，厂用工作母线为单母线，每台机组设置二段母线。

4、110kV级

火力发电厂一般均设置备用电源，备用电源的引接应保证其独立性，避免与厂用工作电源由同一电源处，要保证有足够的供电容量。按设计手册规定：3台机组及以下设1个高压厂用备用电源，且对与300MW机组，应由110kV级以上电网供电。

第二节草拟主接线

一、主接线的设计原则

1、供电可靠性

本次设计中三条出线都应保证足够高的供电可靠性，尽量避免或减少在各种故障或检修期间中断供电。

2、调度的灵活性

①要能适应各种运行方式的要求，要能方便、灵活地进行各种运行

方式的切换。

②应能方便地停运断路器，母线及继电保护装置，进行检修而不影

响电力网对用户的供电。

③扩建方便

3、经济性

①投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器，隔离开关等一次设

备。

②电能损耗小，合理选择主变型式，容量以避免不必要的电能损失。

4、要有发展可能性

本次设计中，应考虑将来再扩建两台2×300MW机组的可能。

5、对大机组主接线的可靠性的特殊要求。由设计手册可知对于单机容量为300MW及以上的发电厂：

①任何断路器检修，不影响对系统的连续供电。

②任何一进出线断路器故障或拒动以及母线故障不应切除一台以

上机组和相应的线路。

③任何一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动重合，以及当母

线分段或母线联络断路器故障或拒动时，不应切除两个以上机组和相应的线路。

二、主接线方案的设计

由本章第一、二节并结合《电气工程设计手册》分析，在考虑了可靠性﹑灵活性和经济性﹑发展可能性基础上初步选出3种方案，见附图（方案I, 方案II,方案III）

第三节三种方案的比较

一、三种方案的相同点：

⒈2台300MW机组功率直接升压后送入330kV系统。

⒉厂用备用电源系统由近邻110kV电网经降压后送入6kV厂用备用电源段。

3．330kV与18kV母线间均采用两台双绕组变压器以保证可靠性。

4．布线方式均采用单元制。

5．厂高变均为双分裂式变压器。

二、三种方案的不同点

Ⅰ方案330kV侧为双母线四分段旁路母线式接线方式，而Ⅱ方案330kV侧为变压器-母线接线方式，Ⅲ方案330kV侧为一台半断路器接线方式，三者之间仅是在330kV侧不同，其余均相同。

三﹑三种方案间的优劣比较

1、方案Ⅰ与方案Ⅱ的比较

①可靠性与灵活性的比较

A、两方案在厂用备用电源段接线，以及发电机－变压器组单

元式接线法均相同，所以其供电可靠性和调度灵活性均

相。，

B、方案Ⅰ330kV侧为双母四分段带旁路母线接线，当其一段母

线故障或连接在母线上的进出线断路器故障时，停电范围

不超过整个母线的四分之一，而当一段母线故障合并分段

或母联断路器拒动时，停电范围不超过整个母线的三分之

二或二分之一，此接线方式可以通过两组母线隔离开关的

倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，且

一组母线故障后，能迅速恢复供电，因此供电可靠性较高。

另外，该接线方式各个电源和各回路负荷可以任意分配到

某一组母线上，能够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，因此具有相当的调度灵活性。

而方案II 330kV侧为变压器－母线式接线，此种方式出线采用双断路器，以保证高度可靠性，且通过选用质量可靠的主变压器，直接将主变压器经隔离开关连接到母线上，以节省断路器。而在变压器故障时，连接于母线上的断路器跳开后，母线即可恢复供电。

由上述论述可知，方案Ⅱ虽然接线方式较方案Ⅰ有接线简单便于倒闸操作安全，以及较为灵活等优点，但由于本次工程中均采用国产设备，较难以保证方案Ⅱ要求的选用质量可靠，故障甚低的变压器，且其在母线，开关检修时灵活性难以与方案Ⅰ相比，因此在供电可靠性和调度灵活性上，方案Ⅰ优于方案Ⅱ。

②经济性比较

由于方案Ⅰ与方案Ⅱ仅在330kV侧不同，经过比较不难看出，方案Ⅰ采用断路器及隔离开关数目要比方案Ⅱ大，因此，方案Ⅰ在经济性方面，投资比方案Ⅱ要大一些。

③发展性比较

方案Ⅰ在双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电，很容易扩建。而方案Ⅱ在今后工作中如因需要再扩充两台2×300MW或更大容量机组时，其接线方式在使用中可靠性和灵活性将大为降低，因此在发展性方面，方案Ⅰ优于方案Ⅱ。

2、方案Ⅰ与方案Ⅲ的比较

①可靠性与灵活性的比较

A、两方案在厂用备用电源段接线及发电机－变压器组单

元式接线接法均相同，所以其供电可靠性和调度灵活性均相

同。

B、方案Ⅰ330kV侧可靠性论述见前页所述，此不在论述

方案Ⅲ330kV侧采用一个半断路器接线方式，其在灵活性可

靠性和安全性上均较优越，母线故障时不切除任何元件，当

一个断路器检修时，另一个断路器发生故障，一般至多切除

两个元件，而且其一次接线布置清晰，隔离开关仅为断路器

检修而设，没有倒闸操作，大大减少了断路器误操作的可能

性，提高了运行的可靠性。

其灵活性表现为：为多环形供电，调度灵活，但停运一

个回路需操作两台断路器，母线故障时，接线内潮流变化大；检修断路器时，不需要带旁路操作。

由于一个半断路器接线方式在操作可靠性以及防止误操作性方面优越性明显强于方案Ⅰ且方案Ⅲ无倒闸操作从而进一步提高了安全性，降低了工作强度，因此在可靠性和灵活性方面方案Ⅲ强于方案Ⅰ。

②经济性比较

由于3～5串是一个半断路器的最经济范围，而7回及以下时双母线四分段带旁路母线接线较贵。而在占地面积方面，当一台半断路器接线为常规三列式顺序布置时，因一个间隔可以双侧出线，占地面积比双母线四分段带旁路母线可节约用地约40%，仅由此，在经济性方面，方案III强于方案I 方式。

③发展性比较

方案I与方案III的接线方式均可在必要时向两侧扩展，因而在发展性方面方案 I与方案III相同。

结论：综合考虑可靠性，灵活性，经济性可知，方案III优于方案I。

3﹑最优主接线的确定

由于供电可靠性和灵活性是电力生产和分配的首要要求，方案I和方案II在此方面都存在不同程度的缺陷，经过综合考虑主接线设计的四条基本原则后，最优方案应为方案III。

四、最佳方案的运行特点

1、300kV侧主接线采用一个半断路器接线

在灵活性，可靠性，和安全性上均较优越，母线故障时不切除任何无件而当一个断路器检修时，另一断路器发

生故障，一般至多切除两个元件，且一次接线布置清晰，

隔离开关仅为断路器检修而设，无倒闸操作，大大减少了

误操作的可能性，从而提高了运行可靠性。

2、发电机进线与线路配对成串，330kV断路器采用三

列式布置，发电机与主变压器成单元接线接入高压母线，

厂用高压工作变压器由主变低压侧引接；发电机出线和

厂用高压分支线，电压互感器，避雷器回路，均采用全

连式分相封闭母线且按规程规定：发电机出口不装隔离

开关，但设可拆连接点，发电机中性点采用单相干式自

冷消弧线圈接地，为便于调谐设有五个电流分接头。发

电机中性点接地方式有两种：一种是用配电变压器高电阻接地，一种是装设消弧线圈，而本次采用后者方案原因是：当发电机定子一点接地时，过电压水平与高电阻接地相近，但单相接地电流大大减少，可限制到1安以下，由于本次拟采用双水内冷机组，其定子线圈为水内冷，可能发生接地的机率比氢内冷的多，而我国供电紧张，不必立即停机，可使运行人员有足够时间转移负荷后，停机检查。高电阻接地由于接地电流大，一但接地，则必须立即跳闸停机对系统负荷影响大。

3、厂用备用电源从附近110kV电网接引，根据“火力

电厂设计技术规程第11.3.8 条，第三项“当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路供给。因此厂用高压起动/备用电源从110kV母线引接。＃1机组和＃2机组共设一台起动备用变压器，变压器高压侧带有载调压分接头，低压侧为双分裂绕组，且不带公用负荷，变压器容量与工作变压器相同。

第二章短路电流计算

第一节发电机、变压器的选择

一、发电机的选择（S b=100MVA）

二、主变压器与厂用高压工作变压器的选择

1、300MW机组主变压器容量的确定

S=P e/cosФ=300/0.85=353MVA

2、厂用高压工作变压器的选择

依据《电力工程电气设计手册》中厂用高压工作变压器的选择原则：高压厂用工作变压器容量应按高压电动机

计算负荷的110%与低压厂用电计算负荷之和选择。

负荷计算列表 ( 注：容量单位为kW)

依上述计算及列表有：

主变及厂用高压工作变压器选择如下：（S b=100MVA）

第二节粗算短路电流

一、选仅容量及电压基准

S b=100MVA U b=Uav

二、计算相关电抗值：

1、#1，#2发电机和次暂态生抗

X″d1*=X″d2*=0.473

2、#1，#2主变电抗：

X T1*=X T2*=U K%/100×S b/S N=14/100×100/360=0.0389

3、#1，#2厂用高压变压器：

X TC1*=X TC2*=U KT-Ⅱ/100×S b/S N=1.5/100×100/40=0.375

4、系统等值电抗

X s*=X*=0.00746

四、计算330kV母线上短路时，即d1点短路时的短路电流

1、d1点短路时的等值网络为：

2、由上图可知相关转移电抗为：

X1=0.00746

X2=(0.0389+0.0473)/2=0.0431

3、短路瞬间次暂态电流

I ″*=1/X 1+1/X 2=134.048+23.202=157.25 则有各值I ″= I ″*b

b U S 3=157.25·

345

3100 =26.316（kA ）

4、求计算电抗

X 1JS =X 1S S /S b =0.00746×5000/100×0.8=0.466 X 2js =X 2S F1F2/S b =0.0431×600/100×0.85=0.304 5、

t=∞ 时短路电流I ∞（查t =4s 时曲线）

I 1*=1/X 1JS =2.146 查表：I 2*=2.35 则有各值 I 1= I 1*·b b U S 3=22.446（kA ） I 2= I 2*·

b

b U S 3=2.776（kA ）

I ∞=I 1+I 2=25.222（kA ）

6、 t =0.2s 短路电流I 0.2(查t =0.2s 曲线) I 10.2*=1/X 1JS =2.146 查表：I 20.2*=2.7

则有名值：I 10.2=22.446（kA ）

I 20.2=2.7×600/0.85/3/345=3.19 （kA ）