发电厂电气部分课程设计报告

四川大学网络教育学院

专业课课程设计

题目哈尔滨热电厂电气主接线系统

办学学院四川大学电气信息学院

学习中心黑龙江松花江林区奥鹏

专业层次专升本

年级 0709

学生姓名张辉

学号 DH1072r7001

2011年 2月18日

一、设计依据和原始资料分析

1.哈尔滨热电厂环境概况

1.1地理位置

哈尔滨热电有限责任公司位于哈尔滨市动力区安通街125号。

哈尔滨是中国黑龙江省省会，是我国东北北部政治、经济、文化中心，也是我国省辖市中面积最大、人口居第二位的特大城市,哈尔滨地处东北亚中心位置，被誉为欧亚大陆桥的明珠，是第一条欧亚大陆桥和空中走廊的重要枢纽。

1.2交通条件

铁路：铁路主要有哈大、滨绥、滨州、滨北、拉滨五条铁路连通国内。

公路：102国道（京哈高速公路）、202国道（黑河－大连）、221国道（哈尔滨－同江）、301国道（满洲里－绥芬河）四条国道呈辐射状通向全国各地。省内有哈尔滨－大庆、齐齐哈尔；哈尔滨－牡丹江、绥芬河；哈尔滨－佳木斯、鹤岗三条高速公路。

水路：哈尔滨水运航线遍及松花江、黑龙江、乌苏里江和嫩江，并与俄罗斯远东部分港口相通，经过水路江海联运线，东出鞑靼海峡，船舶可直达日本、朝鲜、韩国和东南亚地区。

1.3企业现状

哈尔滨热电有限责任公司，是我国第一座自己设计、制造并安装的高温、高压热电厂，股东分别是黑龙江省电力有限公司、哈尔滨能源投资公司、黑龙江省电力开发公司和黑龙江电力股分有限公司。

1.4气象条件

哈尔滨位于最北端，是我国纬度最高、气温最低的大都市。四季分明，冬季漫长寒冷，而夏季则显得短暂凉爽。

哈尔滨的集中降水期为每年7至8月，集中降雪期为每年11月至次年1月。年平均温度3.6℃。最冷的1月份，平均气温为零下13.2℃至零下24.8℃，最热的7月份，平均气温为18.1℃至22.8℃。

2．原始资料

2.1毕业设计原始资料：

1．电厂为3台100MW 汽轮发电机组，一次设计完成。

2．有220KV 和110KV 两级电压与系统连接，220KV 出线有4回，每回出线最大输送容量为50MVA ，220kv 电压等级最大负荷250MW ，最小负荷200MW ，110KV 出线有3回，每回出线输送容量为35MVA 。本厂无6～10KV 及35KV 出线。

2.2毕业设计的任务

1．完成电气一次主接线形式比较、选择； 2．完成主变压器容量计算、台数和型号的选择； 3．进行必要的短路计算以完成电气设备的选择； 2.3毕业设计主要技术指标、要求及内容

1．系统阻抗在最大运行方式下（100J S MVA =），与110KV 系统的联系阻抗为0.025，与220KV 系统的联系阻抗为0.065，两系统均视为无穷大容量系统。

2．发电机参数：型号QFN-100-2 100e P MW = 10.5e U KV = cos 0.85Φ=。

二、电气主接线的设计

电气主接线是发电厂电气设计的首要部分,也是构成电力系统的主要环节。

2.1 电气主接线的叙述

1.单元接线

其是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种，此种接线方法设备更多。

本设计中机组容量为300MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器。这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。

2.单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线

优点：在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不带电，通常两侧的开关处于合闸状态，检修时两两互为热备用；检修QF时，可不停电；可靠性高，运行操作方便。

缺点：增加了一台旁路断路器的投资。

3.单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线

优点：可以减少设备，节省投资；同样可靠性高，运行操作方便；

4.双母线接线

优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。

缺点：由于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。

5.双母线带旁路母线的接线

优点：增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，

不影响双母线的正常运行。

缺点：多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作[1] [2] [3]。

2.2 拟定两种方案

第一种方案是：10.5KV 侧采用单元接线 ，110KV 侧采用单母线分段带专用旁路器，220KV 侧采用双母线设计。其主接线如图2-1所示。

WL54

3

2

WL WL G3

G2G1WL7

WL6

110KV

220

KV

1

WL WL

图2-1 第一种方案主接线图

第二种方案是：10.5KV 侧采用单元接线，110KV 侧采用单母分段线分段断路器兼作旁路断路器，220KV 侧采用双母线带旁路。其主接线如图2-2所示。

G3

G2WL7

WL6

WL5G1110KV

220KV

WP

4

3

2

1

WL WL WL WL

图2-2第二种方案主接线图

现对这两个方案进行综合比较：（如表2-1） 表2-1 方案比较

通过对两种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，现确定第二方案为设计最终方案。

三、短路电流计算

3.1 短路电流计算的目的

在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：

1.在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。

2.在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。

3.在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。

4.在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。

5.接地装置的设计，也需用短路电流。

3.2 短路电流计算条件

1．基本假定：

（1）正常工作时，三相系统对称运行

（2）所有电流的电动势相位角相同

（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行

（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间

（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计

（6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流

（7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围

（8）输电线路的电容略去不计

2．一般规定

（1）验算导体电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。

（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点

（4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。[3] [4]

系统的电路图等效电路如图3-1：

110

KV

G1X1X2X3X4

X6

X7

X8X9

X10

X11X12

K1

220KV

X50.215

0.215

0.215

K2

k4

K3

K5

0.087-0.004-0.0040.0580.058

0.025

0.095

0.095

0.065

A

B

图3-1 等值电路图

设B S =100MV ·A ，B av U =U 。计算各个元件标幺值。 发电机：

1=2=3100

X X = =0.1830.215

X 100/0.85/cos d

N X P ??=ΦB ”

S ————————

110KV 和220KV ：40.025X = 50.065X = 双绕组T ：

6%13%0.087

S X U =?=?=B

N 100S ———S 150

由于三侧容量相等，所以主变各绕组阻抗计算如下：

11212311%%%%22

S S S S U U U U --=-+--（）（3-）（）（）=（22.9+13.6-8.0）=14.25%

21211%%%%22S S S S U U U U -=-+--（）（2-3）（3-1）（）=（22.9+8.0-13.6）=8.65%

31211

%%%%22S S S S U U U U -=-+--（2-3）（3-1）（）（）=（8.0+13.6-22.9）=-0.65%变压器各绕

组阻抗标幺值：

1037%S X X U ==??B N S —=-0.65%S 100

0.004

150=-—— 1118%B S N S X X U S ==?=?——14.25%100

0.095

150=—— 1229%B S N S X X U S ==??——=8.65%100

0.058

150=——

当1K 点短路时，简化电路图为： 各元件标幺值如下：

132//30.215

0.108

0.215X X X ?===0.215——————0.215+ 148110.0950.095

//0.048

0.0950.095

X X X ?===+——————

G1x14x16

x15x13

220KV

K1

X50.065

X6

0.087

X10.215

0.108

-0.002

0.029

0.048

X4

0.025

220KV

X50.065

G1

K1

X6

0.087

X10.215

x14x18

x170.106

0.054

0.048

A B

C

A B

C

图3-2 简化后的等值电路图 图3-3简化后的等值电路图

159120.0580.058

//0.029

0.0580.058X X X ?===+——————

167//100.0040.002

0.004X X X -?===--（-0.004）

————————-0.004

171540.0290.0250.054

X X X +==+=

1813160.1080.0020.106X X X +==-=

对图3-3中的14X ,17X ,18X 支路进行Y —△变换,得如图3-4所示:

1814191814170.1060.048

0.1060.0480.248

0.054X X X X X X +??=+=++=—————————— 1714201714180.0540.048

0.0540.0480.126

0.106X X X X X X +??=+=++=——————————

对图3-4中的651920X X X X ，，，支路进行星网变换,求得各个电源点对1K 的转、移电抗为（图3-5）:

图3-4 星网变换图 图3-5 各电源单独计算的等值电路图

656519201111

Af X X X X X X X =??+++（————————）

10.0650.087?? =0.087（———+10.065———+10.248———+1

0.126———

)

=0.220

6206519201111

Bf X X X X X X X =??+++（————————）

10.1260.087?? =0.087（———+10.065———+1

0.248———+10.126———

）

=0.426

6196519201111

Cf X X X X X X X =??+++（————————）

1

0.2480.087?? =0.087（———+10.065———+10.248———+10.126———

)

=0.838

把220KV 和110KV 侧按照无穷大功率电源处理,则电流标幺值为：

*11 4.5450.22Af Af I X ===———— *11

2.347

0.426Bf Bf I X ===—————

发电机的计算电抗 ：100

20.85

0.838 1.972

100N jcf cf B S X X S ?=?=?=——

—————— 11100

0.85

0.1250.253

100N jx B S X X S =?=?=——

——————

汽轮发电机按照计算电抗查计算曲线,电流标幺值为： 0s 时：*0.519Cf I = 1* 4.308x I = 所以：有名值:

1***1*B B B B

f Af Bf Cf x S S S S I I I I I =?+?+?+?

100100

21001000.850.85

4.545 2.3470.519 4.30810.510.510.510.5

?=?+?+?+?————

72.482KA =

冲击电流： 1.972.482184.829sh

i KA ==

短路容量：10.572.4821318.158k S =?=MVA 1.65s 时：*0.535Cf I = 1* 2.515x I = 有名值为：160.88f I =KA

0.825s 时：*0.521Cf I = 1* 2.638x I = 有名值为：161.5f I =KA

（2）当2K 点短路时，由计算1K 中的图3-6、图3-7和图3-8可以简化为，如图3-9所示：