4×300MW火力发电厂电气部分初步设计

4×300MW火力发电厂电气部分初步设计4某300MW火力发电厂电气部分初步设计摘要随着我国经济发展，对电的需求也越来越大。

电作为我国经济发展最重要的一种能源，主要是可以方便、高效地转换成其它能源形式。

电力工业作为一种先进的生产力，是国民经济发展中最重要的基础能源产业。

而火力发电是电力工业发展中的主力军，截止2006年底，火电发电量达到48405万千瓦，越占总容量77.82%。

由此可见，火力电能在我国这个发展中国家的国民经济中的重要性。

该设计主要从理论上在电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择、配电装置的布局、防雷设计、发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，并与火力发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济性和灵活性，通过计算论证火电厂实际设计的合理性与经济性。

采用软件绘制了大量电气图和查阅相关书籍，进一步完善了设计。

近几年随着我国工业的高速发展，我国电力工业超常规发展，每年装机容量超过6000万千瓦，30万千瓦、60万千瓦亚临界火电机组成为我国电网的主力机组，百万千瓦的超超临界火电机组已经在建。

目前，我国30万千瓦、60万千瓦的火力发电机组，70万千瓦的水力发电机组，在国际招标中标成功率大于90%以上。

这几年电力工业之所以能飞速发展，其重要原因是，为中国电力市场提供的火力发电设备主要立足于国内生产。

这一观点得到国内各发电公司以及电厂老总们的认同。

今天电气制造企业的国内用户率已达到75%以上。

火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。

目前，我国的电力工业已经进入“大电网”、“大机组”、“超高压，交直流输电”、“电网调度自动化”、“状态检修”等新技术发展新阶段，一些世界水平的先进技术，已在我国电力系统得到了广泛的应用。

随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长，电力工业的发展仍不能满足整个社会发展的需要。

另外，由于我国人口众多，因此在按人口平均用电方面，仍只处于中等水平，尚不能及全世界平均人口用电量的一半。

2022年人均用电量2596kW·h，人均占用发电装机容量仅为0.6kW；我国第二产业用电比重为76.49%，第三产业为9.78%，生活用电比重为11%。

由此可见，我国人均用电水平远低于发达国家，与完成其工业化进程国家的电力指标相比，我国经济发展正处于工业化进程的中后期，我国用电远低于国际水平。

我国近些年电力需求持续上升，2003年增速达到15%左右，大大超过GDP的增长幅度。

由于需求的高速增长，全国2002年有12个省、市、区，2003年有21个省、市、区先后出现缺电局面，对经济发展和人民生活带来了一定影响，电力供应不足已成为国民经济发展的制约瓶颈。

时至今日电力供应仍然十分紧张，据最新统计，1月到4月份全国社会用电量同比增长了16.1%，其中4个省增长30%以上，发电厂、变电站和输电线路几乎都在满负荷极限运行，发生大面积停电事故的概率加大。

由于电力系统的备用容量不足，一些发电机组处于满负荷运行，给电网运行的安全带来一定的隐患。

正是基于以上所有的考虑，在能源中心建设一批骨干发电厂,改“输煤为输电”是非常必要的，它将缓解该地区乃至整个电网的供需不平衡。

而且借着“振兴东北老工业基地”的东风，我国的国民经济水平一定会达到一个新的高度。

本次的设计题目是：4某300MW发电厂电气部分初步设计（励磁系统），主要是进行电气主接线设计，通过方案比较确定主接线方案，选择发电机和主变压器；厂用电设计，选择厂用变压器；通过短路电流计算，进行主要电气设备选择及校验，然后是励磁系统设计，发电机主保护设计以及配电装置设计；通过此次设计，使学生对自己所学专业知识在临近毕业前进行一次检验和巩固，同时利用自己所掌握的知识初步的设计出一个符合实际的能够安全运行的电厂。

通过本次设计，对大中型发电厂有一个全方位的了解和认识，将所学的理论知识与实际相结合，在巩固自己的所学的专业知识的同时，也使自己更能胜任今后的工作。

（2）机组年利用小时数取=6500h/a。

（3）环境条件：发电厂所在最高温度+40℃，年平均温度+8℃，气象条件一般无特殊要求（台风、地震、海拔等）。

（4）厂用电率：10%2电力负荷及电力系统的连接情况：（1）220KV电压级，架空线路4回与系统相连。

（2）其中线路长度分别是2某200KM；2某150KM。

（3）当取基准容量为100MVA时，系统归算到200KV母线上电抗为0.267。

1.3设计原则和基本要求1．发电厂电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。

它表明了发电机、变压器、线路、断路器等其它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、输电和配电的任务。

电气主接线的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置安装，关系到电力系统的安全、稳定和经济运行。

2．电气主接线设计的原则依据（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类型。

大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入330-500KV超高压系统，地区电厂靠近城镇，一般接入110-220KV系统；企业自备电厂则以对本企业供电供热为主，中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。

（2）发电厂的分期和最终建设规模：发电厂的机组容量，应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的8～10%为宜。

一个厂房内的机组，其台数以不超过6台、容量等级以不超过两种为宜。

（3）负荷的大小和重要性：①一级负荷必须有两个独立电源供电且当任何一个电源失去后，保证全部一级负荷不间断供电；②二级负荷一般有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，保证全部或大部分二级负荷供电；③三级负荷只需一个电源供电。

（4）系统备用容量大小：系统中需要有一定的发电机装机备用容量。

运行备用容量不宜少于8～10%，以适应负荷突增、机组检修和故障停运三种情况。

系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。

设计主接线时，应充分考虑这个因素。

（5）发电厂电气主接线方案的选择，主要决定发电厂的类型、工作特性、发电厂的容量、发电机和主变压器的台数和容量。

（6）发电厂建设规模应根据电力系统5-10年发展规划进行设计。

3．主接线应该满足可靠性，灵活性，经济性三项要求。

1、可靠性供电可靠性是指电力生产和分配的要求。

主接线应满足这个要求：（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

（2）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。

并且对一次负荷全部或大部分二次负荷供电。

（3）尽量避免发电厂，变电所全部停运的可能性。

（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性特殊要求2、灵活性主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活性：(1)调度时应可以灵活的接入和切除发电机，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下的系统调度要求。

（2）检修时可以方便的停运断路器，母线及其继电保护设备。

进行安全检修。

（3）扩建时，可以容易的从初期接线过渡到最终接线。

3、经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。

（1）投资省a.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； b.要能使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； c.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； d.如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端可采用简易电器。

（2）占地面积小主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。

（3）电能损失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，此外在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。

2.电气主接线设计2.1电气主接线分析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。

1)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。

表2-1方案比较表方案一方案二可靠性双母三分段接线，母线检修或故障时，只有1/3的电源和负荷短时停电，检修任一回路的短路器时，只有该回路停电，可靠性较高。

一组母线检修时，所有回路均不中断供电，检修任一回路的母线侧隔离开关时，只中断该回路的供电，检修任一回路电路器时，可用母联断路器代替工作，可靠性较高。

灵活性能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，灵活地调配电源和负荷，满足系统在正常、事故检修及特殊运行方式下的要求扩建方便。

也能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，有很强的灵活性，扩建方便。

经济性占地面积大，断路器和配电装置的投资很大。

多用于进出线回数较多的配电装置。

占地面积和双母三分段相比少了一些，设备比双母三分段少，所以投资较少。

结论：两个方案的灵活性、可靠性相差不大，这时就要对两个方案的经济性做出比较，从占地面积和投资比较，方案二的占地面积较小，投资较少。

方案二明显比方案一的经济性好，所以选择方案二。

2.5.1容量和台数的确定1、发电厂主变压器容量的确定本电厂发电机变压器采用单元接线，变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。

⑶对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设三台主变压器。