发电厂电气部分课程设计报告报告

《发电厂电气部分》课程设计报告凝气式火力发电厂一次部分设计

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1 引言

近年来，随着国家电网的迅速发展，国内外火电机组的容量也越来越多。人民用电量的日益增加促使发电量的不断增加。在世界的能源不断消耗，促进了新能源的发展，但是目前新能源还不能完全代替传统一次能源的发电，在我国火力发电任然占据主导地位。

火力发电厂简称火电厂，是利用煤炭、石油或天然气作为燃料生产电能的工厂，其能量的转换过程是由燃料的化学能到热能再到机械能最后转换为电能。本设计是凝气式火电厂一次部分的设计。通过对电气主接线的设计和短路电流的计算。更加经济可靠的选用相关的一次设备，做到更好利用一次能源，与故障时对电力系统的保护。

2 主接线方案设计

2.1 原始资料分析

2.1.1 原始资料

发电机组4100?，85.0cos =?，U=10.5KV ，次暂态电抗为0.12，年利用率为5000小时以上，厂用电率6%，高压侧为220kv 、110KV ，其中110V 出线短有5回出线与系统相连接输送的功率为120MW ，220KV 的出线有5回与系统相连接输送的功率为200MW 。中压侧35KV,3回出线将功率送至5KM 内的用户综合负荷40MW ，。发电厂处于北方平原地带，防雷按当地平均雷暴日考虑，土壤为普通沙土。系统容量取3500MVA 。 2.1.2资料分析

根据设计任务书所提供的资料可知，该火电厂为中型火电站，由于其年利用率在5000小时以上，所以该发电厂一般给I ，II 类负荷供电，必须采用供电较为可靠的接线形式。其地形条件限制不严格，但从节省用地考虑，尽可能使其布置紧凑，便于运行管理。发电厂的总容量与系统容量之比相对较小，所以对于35KV 及110KV 可以采取相对简单的接线方式。

2.2 电气主接线设计的依据

电气主接线设计是火电厂电气设计的主体。它与电力系统、枢纽条件、电站动能参数以及电站运行的可靠性、经济性等密切相关，并对电气布置、设备选择、继电保护和控制方式等都有较大的影响，必须紧密结合所在电力系统和电站的具体情况，全面地分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，通过技术经济比较，合理地选定接线方案。

电气主接线的主要要求为:

1、可靠性：衡量可靠性的指标，一般是根据主接线型式及主要设备操作的可能方式，按一定的规律计算出“不允许”事件的规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种接线形式的择优。

2、灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便、调度灵活。

3、经济性：通过优化比选，工程设计应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗小。

2.3主接线的方案拟定

方案一：根据对原始资料的分析可知系统有4个电压等级分别是发电厂到母线的10KV电压和经过升压给周边用户使用的35KV的电压以及提供给系统的110KV和220KV。

(1)10kv电压等级。鉴于处发电厂厂用电以外的能量都由10KV母线输出，所以母线必须有稳定可靠的供电，采取双母线分段接线，这样设计能够缩小母线故障的停电范围

(2)110KV电压等级。采取单母线接线，接线简单，操作方便，设备少、经济性好。

(3)220KV电压等级。采取双母线接线，因为输出功率200MW，分四条回路，每回路50MW。

(4)35KV电压等级。35KV电压等级的电能是供给附近5kM的用户使用的所以采取较为简单的单母线接线。

电气主接线图如图2-3-1

图2-3-1方案一火电厂电气主接线图

优点：(1)发电厂供电采取每个发电机单独供电，这样不会因为一个发电机的损坏而破坏发电厂内部用电。

(2)10KV采取双母线分段接线能够有效的切换母线，并在一段母线出现问题时，分段断路器起作用，减少停电的范围。

(3)220KV采取双母线也能够有效的供电。

缺点：(1)10KV母线上承担的电流太大，几乎所有的功率都从这条母线上出去。如果10KV母线损坏会导致功率输出为0；

(2)变压器使用过多，110KV从一条母线输出如果母线损坏将导致110KV测向系统输出的功率为0；

(3)经济性不高。

方案二：

(1)220KV电压等级。采用双母线带旁路接线。

(2)110KV电压等级。采用单母线分段接线。

(3)35KV电压等级。采用单母线接线。

(4)10KV电压等级。采用双母线分段接线。

电气主接线图如2-3-2

图2-3-2方案二电气主接线图

优点：(1)220KV电压等级由一台发电机直接供电已经用三绕组变压器供电，供

电可靠稳定。有备用。

(2)10KV 电压的母线承担的电流比方案一小的多。

(3)110KV 电压的母线采用分段母线可以在一段母线损坏另一条可以继续向系统供电。

比较方案一与方案二从安全可靠与经济性来说选方案一。

2.4 发电机及主变压器的选择

2.4.1发电机的选择

发电机组4100?，85.0cos =?，U=10.5KV ，次暂态电抗为0.12，所以选择型号为QFN-100-2如下表2-4-1所示

2-4-1发电机型号参数表

2.4.2主变压器的选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。 主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除了依据传递容量的基本原始资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

1.变压器形式和结构的选择

(1)相数：主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素。根据设计手册有关规定，当运输条件不受限制时，在330KV 及以下的电厂及变电所均选用三相变压器。因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节省投资，占地面积小，运行过程损耗小的优点，同时本电厂的运输地理条件不受限制，因而选用三相变压器。

(2) 绕组数量选择：根据《电力工程电气设计手册》规定：“最大机组容量

为125MW 及以下的发电厂，当有两种升高电压向用户供电与或与系统相连接时，宜采用三绕组变压器。结合本电厂实际，选用1台双绕组变压器以及三台三绕组变压器。

(3)普通型和自耦型选择：根据《电力工程电气设计手册》规定：“在220KV 及以上的电压等级才宜优先考虑采用自偶变压器。自偶变压器一般作为联络变压器和连接两个直接接地系统。从经济性的角度出发，结合本电厂实际，选用普通型变压器

2.变压器容量型号的选择

(1)10KV 母线输出功率z P = 100363282?-?=MW 其中除去了每台发电机供给厂用电负荷6MW 。选用三台三绕组变压器互为备用，当其中一台容量最大的变压器故障或者维修时，另外两台可以承担70%的负荷，故每台变压器的容量计算如下：

b z =P /cos θ×0.7=232.2S (MVA)

所以每台变压器容量/2116.1K b S S ==(MWA)留一定的裕度取变压器的容量为120MVA ，其中两台变压器型号一致标为T1，另外一台标为T2。

(2)从发电厂直接经过双绕组升压变压器供给给220KV 母线上的功率为

P 100694K =-=MW

所以升压变压器的容量94/0.85111.5Z S ==(MVA) 选取容量为120MVA 的变压器。

根据上面的分析，经过查《电工手册》，可以的到各个变压器的型号如下表

2-4-1三绕组变压器型号表

2-4-2双绕组变压器型号表

3 短路电流计算

3.1 短路电流计算的基本假设

（1）短路过程中各发电机之间不发生摇摆，并认为所有发电机的电势都相同电位。

（2）负荷只作近似估计，或当作恒定电抗，或当作某种临时附加电源，视具体情况而定。

（3）不计磁路饱和。系统各元件的参数都是恒定的，可以用叠加原理。 （4）对称三相系统。除不对称短路故障处不对称之外，实际系统都是对称的。 （5）忽略了高压线的电阻电容，忽略变压器的电阻和励磁电流，这就是说，发电机、输电、变电和用电的元件均匀纯电抗表示。

（6）金属性短路，即不计过度电阻的影响，认为过渡电阻为零的短路情况。 3.2电路元件的参数计算及等值电路图

选取基准容量100B S MVA =和基准电压10.5G V =KV 1、各元件电抗标幺值的计算。 发电机：''''d

G d

GN

S X

X S = 变压器：*

%100d

K T TN

S U X S =

线路： *

2

d

L L

d S X X U = 发电机电抗的表幺值''100

0.12100/0.85

g X =?

=0.102

三绕组变压器T1，T2各绕组阻抗电压百分比分别为： T1变压器：

1213321

[U U U ]2

KI K K K U ---=+-=14.55

21223311

[U U U ]2K K K K U ---=+-=-1.25

31323211

[U U U ]2

K K K K U ---=+-=8.95

T2变压器：

1213321

[U U U ]2TI T T T U ---=+-=13.4

21223311

[U U U ]2T T T T U ---=+-=-1.7

31323211

[U U U ]2

T T T T U ---=+-=8.55

三绕组变压器T1、T2各绕组电抗标幺值： T1变压器：

*114.55100

0.12125100120K X =

?= *

2

1.251000.010*******K X -=?=- *

3

8.951000.074100120

K X =?= T2变压器：

*113.4100

0.111100120T X =

?= *

2

1.71000.014100120T X -=?=- *

3

8.551000.07100120

T X =?= 双绕组变压器：

*10.5100

0.0875100120

k X =

=

假设110KV 以及220KV 同样经过5KM 接入大系统中，并令输出功率因数为0.9。 由原始资料可知110KV 经过5回线路输出功率为120MW 平均每回线路输送容量为

11024

26.70.9

kv S =

=MVA 所以输出额定电流为0.14KA 。 等效电抗为

220KV 经过5回线路输出功率为200MW 平均每回线路输送容量为

22040

44.40.9

kv S =

=MVA 输出额定电流0.13KA 。

35KV 侧经过3回线路输送40MW 给附近用户。

每回输送容量3540

14.80.93

kv S =

=? MVA 输出额定电流0.244KA 。

2.短路计算等值电路图

E1

E2

E3

大系统

大系统

(1)220KV 线路短路时

E

大系统

大系统

经简化可得

E

大系统

大系统

经计算可得在220KV 的母线上短路时：

220KV 侧大系统输送电流标幺值为：1

''8.470.118

I == 110KV 侧大系统输送电流标幺值 :21

''7.4(0.09440.041)

I =

=+

发电机E 向母线输送电流的标幺值：12''0.6'' 4.44I I =?= 发电机E4向母线输送电流的标幺值：41

11.40.0875

E I =

=

综上计算可得在220KV 短路点的电流标幺值为''412''''''58.9S E I I I I I =+++=

短路电流的实际值为：''15457.2S I I A =

= (2)110KV 线路短路时

E

大系统

S

继续简化得到

E

大系统

0.08

0.07

经计算可得在110KV 的母线上短路时： 110KV 侧大系统输送电流标幺值为：1

''35.70.028

I =

= 假设S 输出的电流标幺值为1''I ，E 输出的电流标幺值为2''I ，由电路定理可知

21''8''7

I I = 所以可得E 侧输送的电流标幺值为：21

''10.67

0.070.013(1)

8I =

=++ 系统及E4组合S 向110KV 母线输送的电流标幺值127

''''8

I I ==9.275

综上计算可得在110KV 短路点的电流标幺值为''12''

''''55.5S I I I I =++=

短路电流的实际值为：''29129.9S I I A =

= (3)35KV 短路时：

E

大系统

系统S

经计算可得在35KV 的母线上短路时：

220KV 侧系统S 输送电流标幺值为： 11

''8.470.118I =

= 110KV 侧大系统输送电流标幺值为：21

''7.10.14

I ==

E 侧输送电流标幺值为：31

'' 5.26

0.19

I ==

可得在35KV 短路点的电流标幺值为''123''''''20.83S I I I I =++= 短路电流的实际值为：''34360S I I A == (4)10KV 短路时：

E

大系统

系统S

经计算可得在10KV 的母线上短路时： E 侧输送电流标幺值为：''1

29.40.034

I =

= 假设系统S 输出的电流标幺值为1''I ，大系统输出的电流标幺值为2''I ，由电路定 理可知

21''63''26I I =

所以可得大系统侧输送的电流标幺值为''21

17.090.05849

I ==

而系统S 输送的电流标幺值1226

''''7.05563

I I =

= 可得在10KV 短路点的电流标幺值为''12''''''53.545S I I I I =++= 短路电流的实际值为：''309142S I I A =

=

4 主要电气设备的选择

4.1电气设备选择概述

由于各种电气设备的具体工作条件并不完全相同，所以，它们的具体选择方法也不完全相同，但基本要求是相同的。即要保证电气设备可靠的工作，必须按正常工作条件选择，并按短路情况校验其热稳定和动稳定。 4.2 电气设备选择的一般原则

⑴应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 ⑵应按当地环境条件校核。 ⑶应力求技术先进和经济合理。 ⑷与正个工程的建设标准应协调一致。 ⑸同类设备应尽量减少品种。

⑹用新的产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 4.3断路器和隔离开关的选择

1、断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV~220KV 的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF 6断路器。电压等级在35KV 及以下的配电装置中真空断路器得到广泛的应用；断路器选择的校验内容：

① 额定电压和额定电流选择：

N NS U U ≥，max N I I ≥

② 定开断电流和关合电流选择：

'NBR k I I ≥，Ncl sh i i ≥

③ 热稳定校验和动稳定校验：

2t k I t Q ≥，as sh i i ≥

（2）隔离开关的选择

隔离开关的选择方法与断路器相同，但隔离开关没有灭弧装置，不承担接通和断开负荷电流和短路电流的任务。同时，隔离开关还有隔离电压、倒闸操作和开、合小电流的功能，因此，不需校验额定开断电流和关合电流。隔离开关选择的校验内容：

① 定电压和额定电流选择：

N NS U U ≥ ，al max I I A ≥(）

① 热稳定校验和动稳定校验：

()2

2[·]T K I t Q kA S ≥ ，()as sh i i kA ≥

（3）具体位置的断路器和隔离开关的选择

1）10KV 母线侧断路器和隔离开关的选择

①流过断路器的最大持续工作电流：

)(13.785

.0103100

05.1305.1max KA U S I N N =???==

计算结果和校验结果如表

2

2

2

2) 110KV 母线侧断路器和隔离开关的选择

①流过断路器的最大持续工作电流：

)(778.085

.01103120

05.1305.1max KA U S I N N =???==

计算结果和校验结果如表

2

2

KA 2

3) 220KV 母线侧断路器和隔离开关的选择

①流过断路器的最大持续工作电流：

)(648.085

.02203200

05.1305.1max KA U S I N N =???==

计算结果和校验结果如表

2

2

2

5 总结

本次课程设计是基于凝汽式火电厂一次部分的设计，通过给定的原始资料先根据系统需要进行主接线的设计，然后计算额定电流、输出容量选择相应的变压器并算出短路时的电流。在得到短路电流的基础上选择主要的电气设备，且进行动稳定和热稳定校验。

在初期用了两个星期去复习发电厂电气部分的内容，并去图书馆借阅了关于发电厂设计部分的书籍与资料，加上在网上查找到的相关设计，设计了合适的主接线图。在这过程中发现了很多问题，也切身体会到我们专业与实际相连的紧密，光有单单书本上的知识太过于笼统，在设计一个实际的工程时，要查阅很多的资料，相关的参数，在这个过程中我学到了很多，也充实了很多。在此期间，我询问了老师比较多的问题，老师的讲解让我受益匪浅，收获颇多。

总之，在此次的课程设计中，使我把这三年的专业知识慢慢的串联起来，不像以前一样感觉零零散散的，提高了自己的分析问题、查阅资料、解决问题的能力。

通过这次设计让我对电力系统有了初步比较清晰的认识。对以后的工程实践打下了良好的基础。由于本人的水平与时间有限，所以在此次设计中肯定有些错误，希望在以后不断学习中能做的更好。