700MW火力发电厂电气部分设计

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辽宁工业大学

发电厂电气部分课程设计（论文）题目：700MW火力发电厂电气部分设计

院（系）：新能源学院

专业班级：电气132班

学号：131803037

学生：晓川

指导教师：

起止时间：2014.12.29 — 2015.1.9

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：新能源学院教研室：电气工程及其自动化

1.某地区根据电力系统的发展规划，拟新建一座装机容量为700MW的凝汽式

火力发电厂，装机4台，2台50MW机组（UN=10.5kV），2台300MW机组

（U N=15.75kV）厂用电率为6%，机组年利用小时T max=6500h。2．电力负荷及

与电力系统连接情况1）10.5kV电压级：最大负荷20MW，最小负荷15MW，

cos＝0.8,电缆馈线10回；2）220kV电压级：最大负荷250MW，最小负荷

200MW，cos＝0.85,Tmax=4500h，架空线6回；3）330kV电压级与容量为

3500MW的电力系统连接，系统归算到本电厂330kV母线上的标幺电抗为0.021

（基准容量为100MVA），330kV架空线4回，备用线1回。3．环条当地年

最高温度40℃，年平均温度25℃；当地海拔高度700m；当地雷暴日数30日／年；

气象条件一般，无严重污染。

设计具体容：

1）设计电气主接线方案；

2）完成主变压器容量计算、台数和型号的选择；

3）短路电流的计算；

4）完成电气设备的选择与校验；

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要

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、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。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2台50MW和2台300MW汽轮发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计。包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用/备用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验;并作了变压器继电保护

关键词: 发电厂；变压器；电力系统；继电保护；电气设备

目录

第1章绪论 (1)

1.1本文的研究容 (1)

第2章电气主接线的设计 (2)

2.1概述 (2)

2.2电气主接线的基本思想及工作步骤 (2)

2.3主接线方案拟定 (3)

第3章主变压器的选择 (6)

3.1变压器容量和台数的确定 (6)

3.1.1容量的计算及确定 (6)

3.1.2.绕组接线组别的确定 (7)

3.2主变压器确定 (7)

第4章短路电流计算 (9)

4.1概述 (9)

4.2短路电流计算 (9)

第5章电气设备的选择 (18)

5.1断路器的选择 (18)

5.2隔离开关的选择 (20)

5.2.1330KV侧隔离开关的选择 (20)

5.3电流互感器的选择 (21)

5.3.1330K V侧电流互感器的选择 (22)

5.4发电机端封闭母线的选择 (24)

第6章课程设计总结 (25)

参考文献 (26)

第1章绪论

1.1本文的研究容

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，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，通过计算论证该火电厂实际设计的合理性与经济性。在计算和论证的过程中，结合新编电气工程手册规，进一步完善设计。

第2章电气主接线的设计

2.1 概述

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。

电气主接线：由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。

主接线电路图：用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列。详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的接线图。

主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。

因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。

电气主接线的基本要求概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。2.2 电气主接线的基本思想及工作步骤

1.主接线的设计

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。

电气主接线的设计原则是：应根据发电厂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。

2.短路电流的计算

短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。短

路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式及设备选择。工程要求系统调度或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的的综合阻抗值，由电气专业负责计算。进行短路计算的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响围。三相短路是危害最严重的短路形式，因此，三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依据。

3.电气设备的选择

选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号正确的选择电气设备的目的是为了事导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、及经济合理的运行、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。

4.主变压器继电保护的设计

继电保护是保证系统安全和设备可靠运行的关键装置之一。当电力系统和设备发生故障时，继电保护应准确、可靠快速的切出故障，保证系统和设备的安全发供电，并能保证其他设备的正常继续运行。

为防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失以及保证电力系统安全连续运行，变压器应设置相应的保护。

2.3 主接线方案拟定

综上所述：发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计，首先应保证其满发，满供，不积压发电能力。同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电的连续性，因而根据对原始资料的分析，现将主接线方案拟订如下：

（1）10kV：出线为8回，鉴于出线回路多，且发电机单机容量为50MW，远大于有关设计规程对选用单母线分段接线不得超过24MW的规定，应确定为双母线分段接线形式，两台50MW机组分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压110kV。由于50MW机组均接于10kV母线上，可选择轻型设备，在分段处加装母线电抗器，各条电缆出线上装出线电抗器。

图2-1 10kV出线

（2）110kV：出线6回，采用双母线带旁路接线形式。进线从10kV侧送来剩余容量2×50-[（700×6%）+20]=38MW，不能满足110kV最大及最小负荷的要求。为此以一台300MW机组按发电机一变压器单元接线形式接至110kV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由三绕组变压器与330kV接线相连，相互交换功率。

图2-2 110kV出线

（3）330kV：出线4回，为使出线断路器检修期间不停电，采用3/2接线，。其进线一路通过三绕组变压器与110kV连接，另一路为一台300MW机组与变压器组成单元接线，直接接入330kV，将功率送往电力系统。

图2-3 330kV出线：

图2-4 电气主接线图

第3章主变压器的选择

3.1 变压器容量和台数的确定

在各种电压等级的变电站中,变压器是主要电气设备之一,其担负着变换网络电压,进行电力传输的重要任务.确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证.因此,在确保安全可靠供电的基础上,确定变压器的经济容量,提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义.

变压器的选择应符合:

a）GB/T17468《电力变压器选用导则》、GB1094.1《电力变压器第一部分：总则》、GB1094.2《电力变压器第二部分：温升》和GB1094.5《电力变压器第五部分：承受短路的能力》的要求。

b）变压器的参数应符合:GB/T6451《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》的规定。

c）变压器的负载能力应符合:GB/T15164《油浸式电力变压器负载导则》的要求。

d）变压器的绝缘水平应符合:GB1094.3《电力变压器第三部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空间间隙》和GB311.1《高压输变电设备的绝缘配合》的规定

3.1.1容量的计算及确定

连接在发电机电压母线与系统间的主变压器容量，应考虑一下因素：

（1）当发电机全部投入运行时，在满足发电机供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机母线电压上的剩余有功和无功容量送入系统。

（2）当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或因供热机组负荷变动而需限制本厂出力时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。

（3）若发电机电压母线上接有2台及以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70%以上。

3.1.2.绕组接线组别的确定

变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。全星形接线变压器用于中性点不接地系统时，3次谐波无通路，将引起正弦波电压畸变，并通过通信设备发生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。在我国，由于500、330、220、110KV均系中性点直接接地系统，系统的零序阻抗较小。

为了保证发电厂供电质量，电压必须维持在允许围。通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。

3.2主变压器确定

（1）330kV侧双绕组为SSP1-360000/330型。

表3-1 技术参数

(2) 110kV侧双绕组为SFP7-360000/110型。

表3-2 技术参数

（3）10kV侧三绕组变压器选取OSFPS－240000/330型。

表3-3技术参数

第4章 短路电流计算

4.1 概述

在电力系统的运行过程中，时常会发生故障，其多数是短路故障（简称短路）。 所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。

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。

4.2 短路电流计算

系统基准值B S =100MVA ，基准电压B U = .av n U

1、发电机电抗标幺值的计算

发电机1G 2G （型号：QFS-50-2）：12X X d d =**=0.191

发电机3,4G G （型号：QFS-300-2）：

34X X d d =**=0.1953

2、变压器电抗标幺值的计算

330kV 主变压器：(%)151000.0421********k B T N U S X S =*?=?=

110kV 主变压器: (%)141000.038100100360k B T N U S X S =*?=?=

10kV 侧连接厂备用三绕组变压器T （ SSPSO-360000/330）：

(1(12)(13)(23)1%)[(%)(%)(%)]2k U U U U ---=+-

= 1(7.577.566.7)9.152+-=

(2(12)(23)(13)1%)[(%)(%)(%)]2k U U U U ---=+-

= 1(7.566.777.5) 1.652+-=-

3(13)(23)(12)1(%)[(%)(%)(%)]2k U U U U ---=+-

=1(77.566.77.5)68.352+-=

11(%)9.151000.025*********k B T N U S X S =*

?=?= 22(%) 1.651000.005100100360k B T N U S X S =*

-?=?=- 33(%)68.351000.19100100360k B T N U S X S =

*?=?=

10kV 侧三绕组变压器T （ SSPSO-240000/330）

(1(12)(13)(23)1%)[(%)(%)(%)]2k U U U U ---=+-

= 1(8.6494.278.5)12.172+-=

(2(12)(23)(13)1%)[(%)(%)(%)]2k U U U U ---=+-

= 1(8.6478.594.2) 3.532+-=-

3(13)(23)(12)1(%)[(%)(%)(%)]2k U U U U ---=+-

=1(78.594.28.64)82.032+-=

11(%)12.171000.0510*******k B T N U S X S =*

?=?= 22(%) 3.531000.015100100240k B T N U S X S =*

-?=?=- 33(%)82.031000.342100100240k B T N U S X S =

*?=?=

短路点的选择应选择通过导体和电器的短路电流为最大的那些点作为短路计算点。应在三条电压等级的母线上选择三个短路计算点K1、K2、K3。 如取平均额定电压进行计算，则系统的短电压U=Uav ，若选取Ud=Uav 则无限大功率系统

的短路电压的标幺值 *1d U U U ==，

短路电流周期分量的标幺值为

****1P U I X X ∑∑== 式中*X ∑ ——无限大功率系统对短路点的组合电抗（即总电抗）的标幺值；

短路电流的有名值为 I I B f =*/I f =X I f

∑

则冲击电流为

K i sh sh =I k I f

sh fM 2= 式中 0.011a

T sh K e -=+——冲击系数，表示冲击电流对周期分量幅值的倍数。当时间常数Ta 的值由零偏至无限大时，冲击系数值的变化围为：

12Ksh <<

用于校验设备的最大三相对称短路电流的计算。本设计中，短路计算采用近

似方法计算。即发电机和系统的次暂态电势"E =1。图4-1为全系统图的等值电路

k1

k3

k2

k5k4330kV

10.5kV

110kV

图4-1全系统图的等值电路

k1点发生短路，其等值电路图如下图4-2：

图4-2 k1点短路等值电路图

X =X //(X +X )=0.021//(0.191+0.038)=0.02

14123X =X +X =0.191+0.042=0.233

1545X X +X =0.025-0.005=0.02

16=89X =X +X =0.655+0.1953=0.85201213

Y —△

0.050.3420.050.0150.0150.342610677100.06717

0.342100.050.3420.050.0150.0150.34261067710

1.532180.015

70.050.3420.050.0150.0150.34261067710196X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X ?+?+??+?+?===?+?+??+?+?===?+?+??+?+?==0.460.05

X X //X 0.02//0.0670.015

211617====

△－

Y

1.5320.01518210.01122X X 1.5320.460.015

181921 1.5320.4618190.35123X X 1.5320.460.015

1819210.460.01519210.00324X X 1.5320.460.015181921X X X X X X X X X X X X ??===++++??===++++??===++++

X

X +X //X X X 0.020.011//0.2330.0030.379251422152423

==++（）（+）+（）（）+0.351= 短路等值阻抗 252011 X X //X //0.379//0.85//0.19530.112

X *∑===

短路电流周期分量有效值

1

1I 8.9X 0.112

I I 8.948.9(kA)w w w B I **∑*====?=

最大有效值

imp 1.52I 1.5248.974.3(kA)I w ==?= 冲击电流

2.55I 2.5548.9124.7(kA)sh w i ==?= 短路功率 8.9100890kt w B S I S ==?=*?（MVA ）

(1) 110kV 母线（k2点）发生短路，其等值电路图如下图4-3：

X =X //(X +X )=0.021//(0.191+0.038)=0.0214123

X =X +X =0.191+0.042=0.233

1545X X +X =0.025-0.005=0.02

16=89X =X //(X +X )+X =0.1953//(0.655+0.1953)+0.342=0.51711121310

图4-3 110kV 母线短路等值电路图

△－Y 67186716616

1967167162067160.050.015

0.009

0.050.0150.020.050.020.003

0.050.0150.02

0.0150.020.004

0.050.0150.02X

X X X X X X

X X X X X X

X X X X X =??==+++

+??===++++??

===++++

211419==221718=//+23212220X =X +X =0.02+0.003=0.23

X X +X 0.5+0.009=0.509

X X X X =0.023//0.509+0.004=0.026

短路等值阻抗 1523X X //X 0.233//0.0260.023

*∑===

短路电流周期分量有效值

1

1I 43.48X 0.023

I I I 43.4821.83(kA)w w w B w I **∑**====?=

最大有效值 imp 1.52I 1.5221.8333.18w I ==?=

冲击电流

2.55I 2.5521.8355.67(kA)sh w i ==?= 短路功率

43.481004348kt w B S I S *==?=?(MVA) (2) 发电机4G 出口（k4点）短路计算，其等值电路图如下图4-4：

图4-4发电机4G 出口（k4点）短路等值电路图

X =X //(X +X )=0.021//(0.191+0.038)=0.0214123

//15111213101689X =X (X +X )+X =0.1953//(0.655+0.1953)+0.342=0.5

X =X +X =0.025-0.005=0.02

△－

Y