发电厂电气论文

发电厂电气论文

院系: 信息与控制

专业: 电气工程及及其自动化姓名: 顾蓉

班级: 电气一班

学号: 20131393036

摘要

电力系统以发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费的一个完整的系统。它主要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。

电气主接线也称为电气主系统一次接线，它是发电厂、变电所电气设计的主体，也是电力系统网络的重要组成部分。电气主接线反映了发电机、变压器、线路、断路器和隔离开关等有关电气设备的数量、各回路中电气设备的连接关系及发电机、变压器与输电线路、负荷间以怎样的方式连接，直接关系到电力系统的可靠性、灵活性和安全性，直接影响发电厂、变电所电气设备的选择，配电装置的布置，保护与控制方式选择和检修的安全与方便性。而且电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域，而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。本文是对配有6台300MW汽轮发电机的大型火电厂电气一次部分的初步设计，主要完成了整个电气一次部分主接线的设计。包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、高压厂用变压器台数、容量和型号的选择；短路电流计算和高压电气设的选择与校验; 以及相关的配电装置设计及选择。

关键词：发电厂，主接线，变压器，电气设备

一、应用背景

1.1课题背景

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。据此，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。本设计的主要内容包括：通过原始资料分析和方案比较，确定发电厂的电气主接线。

1.2原始资料

1、课题名称：800MW区域性发电厂电气部分设计

2、原始资料：

(1)厂址概况：本厂在一大型煤矿区内，为坑口电厂，所有燃料由煤矿直接供给。电厂生产的电能除用于厂用外，全部以5回220kV线路送入系统。厂区地势较不平坦，地质条件好，有新的公路、铁路通向矿区，交通方便。厂址附近有大河通过，水量丰富，属于6级地震区，冻土层1.5米深，覆冰厚10mm；最大风速20m/s；年平均温度+6℃，最高气温+38℃，最低气温-36℃，土壤电阻率>500 。

(2)机组参数：锅炉：1-140/670-汽机：535/535/1302002 发电机：2-200-4QFQS

(3)电力系统接线图，如图1-1

1.3电力系统规划设计的任务和基本要求

电力系统包括发电、送电、变电、配电、用电以及与之相适应的通信，安全自动装置、继电保护、调度自动化等设施，电气系统规划设计及运行的任务是：在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供充足可靠和质量合格的电能。

电力系统规划是根据国民经济发展计划和现有电力系统实际情况，结合能源和交通条件，分析负荷及其增长速度，预计电力电量的发展，提高电源建设和系统网架的设想拟定、勘测、设计以及新设备试制的任务。

1.4 课程设计的目的和要求

1.4.1 课程设计的目的

发电厂电气部分课程设计是学生在学习电力系统课程后的一次综合性训练，复习巩固本课程及其他课程的有关知识，增强工程观念，通过设计，加强学生对所学知识的理解，掌握理论联系实际的思路与方法，培养学生独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。

1.4.2 课程设计的要求

（1）熟悉国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则等，树立供电必须安全、可靠、经济的观念。

（2）掌握电气部分设计的基本方法和主要内容。

（3）熟悉电气部分设计的基本计算。

（4）学习工程设计的说明书得撰写。

1.5 我国电力行业发展方针

目前我国人均拥有装机容量和人均占有发电量较低，技术经济指标平均水平不高，火电厂的污染物排放量高，电网相对薄弱，供电可靠性偏低。为了提高效率和保护环境，及时关闭低效率、煤耗高、污染严重的小火电机组，以大带小，装设烟气脱硫及降低氮氧化物设施，开展洁净煤燃烧技术的研究及应用。主要的发展方针有：

（1）、积极发展水电，水能资源是可再生的、清洁的能源；在电力系统中，有一定比重的水电装机容量对系统调峰和安全经济运行极为有利；水电站的发电成本低，水库可以综合利用。我国水电装机容量目前仅开发了少部分，所以要积极发展水电。

（2）、优化发展火电，我国有丰富的煤炭、石油和天然气，火电厂的厂址不受限制，建设周期短，能较快发挥效益。

（3）、重点发展电网，促进全国联网。（4）、因地制宜发展新能源发电，做好农村电气化建设，在边远农村和沿海岛屿，因地制宜建设小水电、风力发电、潮汐发电、地热发电和太阳能发电等。

二、主变压器的选择

2.1主变压器选择原则

2.1.1主变压器容量、台数的选择

主变压器容量和台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的选择除依据基础资料外，主要取决于输送功率的大小与系统联系的紧密程度、运行方式及负荷的增长等因素，并至少考虑5年内负荷的发展需要。如果容量选的过大，台数选得过多，则会增加投资、占地面积和损耗，不能充分发挥设备的效益，并增加运行和检修的工作量；如果容量选的过小，台数选的过少，则可能封锁发电厂剩余功率的传送，或限制变电所符合的需要，影响系统不同电压等级之间的功率变换及运行的可靠性等。因此，应合理选择其容量和台数。

2.1.2主变压器形式的选择

1、相数的确定

在330Kv及以下发电厂和变电所中，一般都选用三相变压器，因为一台三相式较同容量的三台单项式投资少、占地小、损耗小，同时配电装置结构简单，运行维护较方便。

在500KV及以上的发电厂中，应按其容量、可靠性要求、制造水平、运输条件、负荷和系统情况等，经技术比较后确定。

2、绕组的确定

（1）只有一种升高电压向用户供电或系统连接的发电厂，以及只有两种电压的变电所，采用双绕组变压器。

（2）有两种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及有三种电压的变电所，可以采用双绕组变压器或三绕组变压器。

2.2主变压器台数和型号的计算

2.2.1主变压器台数的选择

根据原始资料，该厂除了本厂的厂用电外，其余向系统输送功率，所以不设发电机母系，发电机与变压器采用单元接线，保证了发电机电压出线的供电可靠，本厂主变压器选用三相式变压器4台。

2.2.3主变压器型号的选择

1、主变压器容量的选择：根据设计手册，发电机与变压器为单元连接式，主变压器的容量为238.12MVA。

2、型式的选择：根据主接线的设计，主变压器选用双绕组变压器；

3、相数：因为母线电压等级为220KV，故选用三相变压器。

故选择三相双绕组变压器，型号为SFPL-240000/220的主变压器，参数如表2-1

3.1电气主接线的设计原则

应根据发电厂和变电所在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统的线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。

3.2电气主接线的要求

电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。所以，由文献[1]可知；它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面：

3.2.1可靠性

在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠程度。可靠性的具体要求在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。

主要表现在以下几个方面：

1、线路检修时，是否影响连续供电；

2、线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成停电馈线停运的回路多少和停电时间的长短，能否满足Ⅰ、Ⅱ类负荷对供电的要求；

3、本发电厂有无全厂停电的可能性；

4、大型机组全部停电，对电力系统特定运行的影响与产生的后果等因素；

5、可靠性的客观衡量标准是运行实际，故应充分考虑长期积累的运行时间经验；

6、综合性，因此不仅要考虑一次设备（母线、断路器、隔离开关、互感器等）的故障率及其对供电的影响，还要考虑继电器保护等二次设备的故障率及其对供电的影响。

当然，可靠性并不是绝对的，分析和评估主接线的可靠性时，不能脱离发电厂和变电所在系统中的地位合作用，所以对大、中型发电厂主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行可靠性定量计算。

3.2.2灵活性

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求；在检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；扩建时，可以容易

地从初期接线过渡到最终接线。主要有以下几方面：

1、应能灵活的投入（或切除）一些机组或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故，检修及特殊方式下的调度要求。

2、能方便的停运断路器，母线及继电保护设备进行安全检修且不影响电力网的正常

3、应能容易地从初期过渡到最终接线，在扩建时，一次和二次设备所需要改造很少。 3.2.3经济性

要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备；要节省继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少；经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。 1、投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器，隔离开关电压和电流互感器，避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护，不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资，要能限制短路电流，以便合理的选择电气设备或轻型电器；

2、占地面积小，主接线要为配电装置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子几安装费用；

3、电能损失小，主接线要为配电装置创造条件，经济合理地选择主变压器的型式容量

和数量，避免两次变压而增加电能损失。 3.3对原始资料的分析 从原始资料可以知道，本电厂属于地区性火力发电厂，建成后总容量为800MW ，建成后与周边的几个电厂形成区域电网。该电厂的发电容量除了本厂厂用电后剩余的电力向系统供电。出线回路为5回，电压高，

用。电厂是否安全、可靠运行直接影响该地区的经济效益，可见该电厂的重要性。 3.4拟定可行的主接线方案 3.4.1主接线方案

根据变压器的组合方案拟定主接线的初步方案，并依据对主接线的基本要求，从技术上进行论证各方的优、缺点，淘汰了一些较差的方案，保留了两个技术上相对较好的方案，即双母线接线和双母线带旁路接线，如图2.1和图2.2所示。 3.4.2 比较主接线方案 比较内容如表3-1

经分析比较，本厂采用方案一 3.5主电路图

四、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要求

1、电气设备选择的一般原则

（1）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。

（2）应按当地环境条件校核。

（3 应力求技术先进和经济合理。

（4）与正个工程的建设标准应协调一致。

（5）同类设备应尽量减少品种。

（6）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 按正常工作条件选择

4.3.1按额定电压选择

电气设备的额定电压就是其铭牌上标的线电压，另外还有规定允许最高工作电压，所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所在电网的最高运行电压，即而对于电网，由于系统采取各种调压措施，电网的最高运行电压通常不超过电网额定电压的10%。

4.3.2按额定电流选择

电气设备的额定电流是指在额定环境条件下，电气设备的长期允许电流。长期允许电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流。

4.3.3按短路情况校验A.短路电流的计算条件：

（1）容量与接线

（2）短路和种类

（3）短路计算点

B．短路时间的计算

（1）检验热稳定的短路计算时间，即计算短路电流热效应时间。

式中:——后备继电保护动作时间——断路器全断开时间

五、应用场合

5.1、线路变电所组接线

线路变压器组接线便是线路和变压器直接相连，是一种最简略的接线要领。线路变压器组接线的好处是断路器少，接线简略，造价省。相应220kV接纳线路变压器组，110kV宜接纳单母分段接线，正常分段断路器打开运行，对限定短路电流结果显着，较得当于110kV开环运行的网架。但其可靠性相对较差，线路妨碍检修停运时，变压器将被迫停运，对变电所的供电负荷影响较大。其较得当用于正常二运一备的城区中间变电所，如上海中间城区就有接纳。

5.2、桥形接线

桥形接线接纳4个回路3台断路器和6个隔离开关，是接线制止路器数量较少。也是投资较省的一种接线要领。根据桥形断路器的位置又可分为内桥和外桥两种接线。由于变压器的可靠性宏大于线路，因此中应用较多的为内桥接线。若为了在检修断路器时不影响和变压器的正常运行，偶然在桥形外附设一组隔离开关，这就成了长期开环运行的四边形接线。

5.3、多角形接线

多角形接线便是将断路器和隔离开关相互连接，且每一台断路器两侧都有隔离开关，由隔离开关之间送出回路。多角形接线所用配置少，投资省，运行的机动性和可靠性较好。正常环境下为双重连接，任何一台断路器检修都不影响送电，由于没有母线，在连接的任一部门妨碍时，对电网的运行影响都较小。其最紧张的缺点是回路数受到限定，因为当环形接线中有一台断路器检修时

就要开环运行，此时当别的回路产生妨碍就要造成两个回路停电，扩大了妨碍停电范畴，且开环运行的时间愈长，这一缺点就愈大。环中的断路器数量越多，开环检修的机遇就越大，所一样平常只采四角（边）形接线和五角形接线，同时为了可靠性，线路和变压器接纳对角连接原则。四边形的掩护接线比力庞大，一。二次回路倒换操作较多。

5.4、单母线分段接线

单母线分段接线便是将一段母线用断路器分为两段，它的好处是接线简略，投资省，操作方便；缺点是母线妨碍或检修时要造成部门回路停电。

5.5、母线接线

双母线接线便是将事情线。电源线和出线议决一台断路器和两组隔离开关连接到两组（一次/二次）母线上，且两组母线都是事情线，而每一回路都可议决母线团结断路器并列运行。

与单母线相比，它的好处是供电可靠性大，可以轮番检修母线而不使供电制止，当一组母线妨碍时，只要将妨碍母线上的回路倒换到另一组母线，就可敏捷光复供电，别的还具有调治。扩建。检修方便的好处；其缺点是每一回路都增长了一组隔离开关，使配电装置的构架及占地面积。投资费用都相应增长；同时由于配电装置的庞大，在变化运行要领倒闸操作时容易产生误操作，且不宜实现自动化；尤其当母线妨碍时，须短时切除较多的电源和线路，这对特别紧张的大型发电厂和变电站是不容许的。

5.6、母线带旁路接线

双母线带旁路接线便是在双母线接线的根本上，增设旁路母线。其特点是具有双母线接线的好处，当线路（主变压器）断路器检修时，仍有连续供电，但旁路的倒换操作比力庞大，增长了误操作的机遇，也使掩护及自动化体系庞大化，投资费用较大，一样平常为了节省断路器及配置隔绝，当出线到达5个回路以上时，才增设专用的旁路断路器，出线少于5个回路时，则接纳母联兼旁路或旁路兼母联的接线要领。

5.7、母线分段带旁路接线

双母线分段带旁路接线便是在双母线带旁路接线的根本上，在母线上增设分段断路器，它具有双母线带旁路的好处，但投资费用较大，占用配置隔绝较多，一样平常接纳此种接线的原则为：

（1）当配置连接的出入线总数为12～16回时，在一组母线上设置分段断路器；

（2）当配置连接的出入线总数为17回及以上时，在两组母线上设置分段断器。

5.8、3/2（4/3）断路器接线

3/2（4/3）断路器接线便是在每3（4）个断路器中间送出2（3）回回路，一样平常只用于500kV（或紧张220kV）电网的母线主接线。它的紧张好处是：

(1）运行调治机动，正常时两条母线和全部断路器运行，成多路环状供电；

（2）检修时操作方便，当一组母线停支时，回路不必要切换，任一台断路器检修，各回路仍按原接线要领霆，不需切换；

（3）运行可靠，每一回路由两台断路器供电，母线产生妨碍时，任何回路都不停电。

2/3（4/3）断路器接线的缺点是利用配置较多，特别是断路器和电流互感器，投资费用大，掩护接线庞大。

六、总结

本次课程设计的题目是“火力发电厂电气部分设计”。在这次设计中的发电机台数为四台，装机容量分别为4X200MW。在这次设计得过程中，我们翻阅了许多的相关资料，最重要的是通过本次设计，我们能够巩固所学的基本理论、专业知识，并综合运用所学知识来解决实际的工程问题，学习工程设计的基本技能，基本程序和基本方法。所设计的火电厂电气部分具有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工程建设规模要求。采用的电气主接线具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和可扩建发展的可能性等特点。所选主变经济、合理。

在设计过程中，短路电流是按最严重情况考虑计算的，并结合实际环境，选择的电气设备提高了运行的可靠性，节约运行成本。在设计的初期我们利用了三天的时间熟悉了这次设计的题目及要求，并在图书馆、电子图书室查阅了有关的技术资料。在查阅

资料和分析的过程中，大大拓宽我们的专业知识领域，使我们慢慢生成了这次设计的主要思路，培养我们具有初步的科研和设计算的能力。由于时间关系以及个人水平的问题，这次的设计也有很多不完善的东西，相信这些会在我们的工作过程中慢慢的理解。

总之，在这次设计中最大的受益者是我们自己。我们不仅在这次设计中发现了我们学习的薄弱之处，而且我们学会了如何理论与实际相结合，明白了这次设计的目的。这次设计是我们自己能够独立的分析问题、解决问题，使理论知识与工程实际相联系，并达到对知识的融汇和贯通及合理应用。通过这次设计，我们进一步领会电力工业建设中的政策观念和经济技术观念，以及对工程技术中的技术和经济问题，能够进行比较全面的综合分析。使我们对电力系统有了一个整体和具体的了解，这对我们今后工作中有积极的意义。

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际能力的具体训练和考察过程，对我们学工科的同学来说尤为重要。