×4200mw火力发电厂电气部分一次接线设计电气工程及自动化--大学毕设论文

×××交通大学

毕业设计（论文）4×200MW火力发电厂电气部分一次接线设计

申请人：×××

专业：电气工程及自动化

远程与继续教育学院

×××交通大学

毕业设计(论文)成绩评议

×××交通大学

毕业设计(论文)任务书

本任务书下达给：××××级本科电气工程及自动化专业学生×

××

设计（论文）题目：4×200MW火力发电厂电气部分一次接线设计

一、设计（论述）内容：

二、基本要求：

通过在掌握变电站生产过程的基础上，根据课题模拟的电力系统环境，拟建一座220kV的变电站。从方案拟定设计到设备选择完成，都有详细的计算繁衍过程，常用公式都一一列出，构成了一套比较完整的变电站电气设计的研究体系。

三、重点研究的问题：

A.火力发电厂电气主接线的确定

B.发电厂主接线设计及方案选择

C.火电厂变压器的选择

D.火力发电厂短路电流计算

E.火电厂一次设备的选择

四、主要技术指标：

保证供电安全、可靠、经济；功率因数达到0.9及以上

五、其他要说明的问题

下达任务日期：年月日

要求完成日期：年月日

答辩日期：年月日指导教师：

开题报告

题目：4×200MW火力发电厂电气部分一次接线设计

报告人：电气工程及自动化××× 2012年2月11日

一、文献综述

本次毕业设计的主要内容是一个4×200 MW火力发电厂的电气部分设计。在这次设计中一共分通过以下几个步骤来完成本次的设计任务。

1.电厂规模：

装机容量: 装机4台，容量分别为：4×200 MW,机组年利用小时数: Tmax=6200h 气象条件：年最高温度40℃，平均气温25℃，气象条件一般，无特殊要求。厂用电率：8％。

2、主要技术指标：保证供电安全、可靠、经济；功率因数达到0.9及以上

3、主要内容：确定主接线：发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的2～3个方案，经过技术经济比较，确定最优方案。

二、选题的目的及意义

电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。电能是一种清洁的二次能源。本次设计的主要目的和任务是：通过设计树立工程观点，掌握发电厂设计的方法，并在分析、计算和解决实际工程等方面得到训练，为今后从事设计、运行和科研工作，奠定必需的理论基础。

三、研究的重点内容

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的方案。本设计考虑我国的经济政策和国家基本建设方针，从出发点安全实际，切合实用，使资源得到充足的利用。

四、进度安排

1.（3月1日—3月31日）

分析题目，查阅资料，学习与毕业设计相关的知识，作好前期准备工作

2. （4月1日—4月30日）

排列撰写计划，方案论证，拟定论文初稿。

3．（5月1日—6月10日）

撰写毕业论文并征求导师意见，修改毕业论文，进行毕业论文的评议。

五、指导教师意见：

指导教师：

年月日

中期报告

题目：4×200MW火力发电厂电气部分一次接线设计

报告人：电气工程及自动化×××

一、总体设计

本设计的总体框架及各个关键步骤如下：

1.火力发电厂电气主接线的确定

2.发电厂主接线设计及方案选择

3.火电厂变压器的选择

4.火力发电厂短路电流计算

5.火电厂一次设备的选择

二、框架（框图）

重要性：（1）.电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。

(2).主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠

性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置配

置和控制方式的拟定有着很大影响.

(3).必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术

经济比较，合理确定主接线的方案。

主要内容：本论文提出了单母线接线、单母线分段接线、变压器-线路单元接线等接线形式。之后再介绍了变压器的类型及选型方法，根据发变组单元接线通过对系统接入点的短路容量进行短路计算，从而选出了高压断路器.隔离开关.电压互感器.电流互感器.避雷器等主要设备的具体型号，对这些设备器件进行动稳定及热稳定校验，以验证其可靠性，最终得到了该变电站的电气线路设计方案。为发电厂的整体设计奠定了技术基础。

三、进展情况

本论文已基本完成，现在正在进行修改和整理，预计下周可完成。

四、指导教师意见

结题验收

一、完成日期

二、完成质量

三、存在问题

四、结论

指导教师：

年月日

中文摘要

电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置配置和控制方式的拟定有着很大影响，因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的方案。本论文在一开始就提出了单母线接线、单母线分段接线、变压器-线路单元接线等接线形式，并进行经济上、技术上的可行性分析最终确定接线方案。之后再介绍了变压器的类型及选型方法，根据发变组单元接线通过对系统接入点的短路容量进行短路计算，从而选出了高压断路器.隔离开关.电压互感器.电流互感器.避雷器等主要设备的具体型号，对这些设备器件进行动稳定及热稳定校验，以验证其可靠性，最终得到了该变电站的电气线路设计方案。为发电厂的整体设计奠定了技术基础。

本设计考虑我国的经济政策和国家基本建设方针，从出发点安全实际，切合实用，使资源得到充足的利用。

关键词：发电厂；变压器；电力系统；电气设备

English Abstract

The power system is composed of power generation, substation, transmission, distribution and electricity and other sectors of energy production and consumption systems. Its function is the nature of primary energy by generating power plant into electricity, then lost, substation system and distribution system to the electricity supply to the load center.

The main electrical wiring is a power plant, substation electrical design of the first part, but also constitute an important part of power system. The main wiring is closely related to the overall power system and power plants, substations operating reliability, flexibility and economy, and the electrical equipment selection and configuration of power distribution equipment and control the formulation, Therefore, we must correctly handle the relationship between various aspects of a comprehensive analysis of the impact factors, technical and economic comparison to reasonably determine the main wiring scheme. At the outset, the paper proposed a single bus connection, single busbar connection in the form of wiring, transformers - line unit connection, and the economic and technical feasibility analysis to finalize the wiring scheme. After re-introduction of the transformer type and selection methods, through the system short-circuit capacity of the access point to the short circuit calculation, to elect a high voltage circuit breaker isolation switch voltage transformer current transformer according to the unit wiring of the transformer unit. specific model of the arrester and other equipment and calibration of dynamic stability and thermal stability, these devices are devices to verify their reliability, finally got the electrical circuit design of the substation. Laid the technical foundation for the overall design of the power plant.

The design considerations of economic policy and national infrastructure policy, the actual starting point safety, practicability, and the resources to get plenty of use.

Key Words: power plant; transformer; power system;

electrical equipment

1 绪论 (1)

1.1 课题背景.目的.意义 (1)

1.2 文献综述 (2)

2 火力发电厂电气主接线的确定 (3)

2.1 主接线的设计原则和要求 (3)

2.2 电气基本接线适应范围及优缺点 (3)

2.2.1 大、中型发电厂及配电装置的接线要求 (3)

2.2.2 主接线的基本形式 (4)

2.3 发电厂主接线设计及方案选择 (6)

2.3.1 毕业设计的技术背景和设计依据 (6)

2.3.2 出线回数 (6)

2.3.3 主接线的设计方案 (6)

2.3.4 主接线设计方案的技术经济比较 (8)

2.3.5 发电厂主接线方案的选择 (9)

3 火电厂变压器的选择 (10)

3.1 主变压器和发电机中性点接地方式 (10)

3.1.1 电力网中性点接地方式 (10)

3.1.2 变压器中性点接地方式 (10)

3.1.3发电机中性点接地方式 (10)

3.2 主变压器的选型 (11)

3.3.1 200MW发电机组变压器选择要求 (11)

3.3.2. 对于中、小型发电厂应按下列原则选择： (11)

3.3.3.主变压器的选择 (12)

4 火力发电厂短路电流计算 (12)

4.1 短路电流计算的目的 (12)

4.1.1 电力系统短路的原因及后果 (12)

4.1.2 短路计算的目的 (13)

4.2 短路电流的一般规定 (13)

4.2.1.短路电流计算的一般规定 (13)

4.2.2.本厂等值电路图中短路点的选取 (14)

4.3 短路电流计算步骤 (14)

4.4 各系统短路电流的计算 (15)

4.4.1 电抗图及电抗计算 (15)

4.4.2.短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算 (16)

5 火电厂一次设备的选择 (19)

5.1 选择电气一次设备遵循的条件 (19)

5.1.1按正常工作条件选择 (19)

5.1.2 按短路条件进行校验 (21)

5.2 电气设备的选择及校验 (22)

5.2.1 系统各个回路的最大工作电流 (22)

5.2.2高压断路器的选择 (23)

5.2.3 高压隔离开关的选择 (28)

5.2.4 电压互感器的选择 (29)

6 结论与展望 (31)

参考文献 (32)

附录 (33)

1 绪论

电力系统发展由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。

1.1 课题背景.目的.意义

电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。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。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。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。

本次设计的主要目的和任务是：通过设计树立工程观点，掌握发电厂设计的方法，并在分析、计算和解决实际工程等方面得到训练，为今后从事设计、运行和科研工作，奠定必需的理论基础。

1.2 文献综述

本次毕业设计的主要内容是一个4×200 MW火力发电厂的电气部分设计。在这次设计中一共分通过以下几个步骤来完成本次的设计任务。

1.电厂规模：

2、主要技术指标：保证供电安全、可靠、经济；功率因数达到0.9及以上

选择主变压器：发电厂200 MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL5000－2000《火力发电厂设计技术规程》的规定：“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过65℃的条件进行选择”。选择变压器的容量、台数、型号等。

短路电流计算：根据电气设备选择的需要，选择短路计算点，绘制等值网络图，计算短路电流，并列表汇总。

电气设备的选择：选择并校验断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、避雷器等，选用设备的型号、数量汇总成设备一览表；正确的选择电气设备的目的是为了使导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、经济和合理的运行。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采取新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

2 火力发电厂电气主接线的确定

2.1 主接线的设计原则和要求

发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。电气主接线图示电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，因此电气运行人员必须熟悉本厂电气主接线土，了解电路中各种电器设备的用途、性能及维护、检察项目和运行的步骤。由于电能生产的特点是：发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。

1.发电厂在电力系统中的地位和作用。电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力或电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入300～500kV超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110～220kV系统，也有接入330kV系统；企业自备电厂则以本企业供电供热为主，并与地区110～220KV系统相连。中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。

(1)对于一级负荷必须有两个独立电源供电，切当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。

(2)对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

(3)对于三级负荷一般只需一个电源供电。

2.2 电气基本接线适应范围及优缺点

2.2.1 大、中型发电厂及配电装置的接线要求

1.大型发电厂（总容量1000MW及以上，单机容量200MW以上），一般距负荷中心较远，电能需用较高压输送，故宜采用简单可靠的单元接线方式，直接接入高压或超高压系统。

2.中型发电厂（总容量200MW～1000MW、单机容量50～200MW）和小型发电厂（总容量200MW以下、单机50MW以下），一般靠近负荷中心，常带有6 ～10KV电压级的近区负荷，同时升压送往较远用户或与系统连接。发电机电压超过10KV时，一般不设机压母线而以升高电压直接供电。

3.对于6～220kV 电压配电装置的接线，一般分为两大类：其一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。对于330～500kV 超高压配电装置接线，首先要满足可靠性准则的要求。常用的接线有：3～5角形接线、一台半断路器接线、双母线多分段接线、变压器—母线接线、环形母线多分段接线及断路器接线。

2.2.2 主接线的基本形式

1.单母线接线

只有一组母线的接线如图2-1所示，它是一个典型的单母线接线图。这种接线的特点是电源和供电线路都联在同一母线上。

单母线接线的主要优点是：接线简单、清晰、采用设备少，投资省，操作方便，

便于扩建和采用成套配电装置。单母线接线一般只适用于只有一台发电机或一台变压器的以下三种情况：

(1)6～10kV 配电装置的出线回数不超过5回；

(2)35～63kV 配电装置的出线回数不超过3回；

(3)110～220kV 配电装置的出线回数不超过3回。

单母线接线最严重的缺陷是母线停运（母线检修、故障，线路故障后线路保护或断路器拒运）将使全部支路停运，即停电范围为该母线段的100%，且停电时间很长，若为母线自身损坏须待母线修复之后方能恢复各支路运行。

2.单母线分段接线

单母线接线的缺点可以通过将母线分段的办法来克服。如图2-2所示。当母线的中间装设一个断路器QF 后，即把母线分为两段，这样对重要的用户可以由分别接于两段母线上的两条线路供电。

由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点，所以这种接线目前仍被广泛应用。

3.双母线接线

双母线接线是根据单母线接线的缺点提出来的，如图2-3所示。图2－1 单母线接线

图2－2单母线分段接线 QF