火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì)

1、發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)論文 題 目 3×25mw+2×50mw火電廠電氣主接線設(shè)計(jì) 目 錄 摘要1第一章 發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì)1-1 設(shè)計(jì)要求及原始資料分析21-2 主接線方案的擬定31-3 主接線方案的評(píng)定31-4 發(fā)電機(jī)及變壓器的選擇4第二章 廠用電設(shè)計(jì)2-1 負(fù)荷的分類與統(tǒng)計(jì)42-2 廠用電接線的設(shè)計(jì)62-3 廠用變壓器的選擇7第三章 導(dǎo)體、電纜、架空導(dǎo)體的選擇3-1 導(dǎo)體的選擇73-2 電纜的選擇.103-3 架空導(dǎo)線的選擇.11結(jié)束語(yǔ).13參考文獻(xiàn).14摘 要發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的重要組成部分，也直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與運(yùn)行。在發(fā)電廠中，一次接線和二次接線都是其電

2、氣部分的重要組成部分。在本次設(shè)計(jì)中，主要針對(duì)了一次接線的設(shè)計(jì)。從主接線方案的確定到廠用電的設(shè)計(jì)以及電氣設(shè)備的選擇，都做了較為詳盡的闡述。設(shè)計(jì)過程中，綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性、可靠性和可發(fā)展性等多方面因素，在確?？煽啃缘那疤嵯拢?zhēng)經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞：凝汽式火電廠 電氣主接線第一章 發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì)1-1 設(shè)計(jì)要求及原始資料分析1、凝汽式發(fā)電機(jī)的規(guī)模（1）裝機(jī)容量 裝機(jī)5臺(tái) 容量3×25mw+2×50mw，un=10.5kv（2）機(jī)組年利用小時(shí) tmax=6500h/a（3）廠用電率 按8%考慮（4）氣象條件 發(fā)電廠所在地最高溫度38，年平均溫度25。氣象條件一般無(wú)特殊要求（臺(tái)風(fēng)、地

3、震、海拔等）2、電力負(fù)荷及電力系統(tǒng)連接情況（1）10.5kv電壓級(jí) 電纜出線六回，輸送距離最遠(yuǎn)8km，每回平均輸送電量4.2mw，10kv最大負(fù)荷25mw，最小負(fù)荷16.8mw，cos = 0.8，tmax = 5200h/a。（2）35kv電壓級(jí) 架空線六回，輸送距離最遠(yuǎn)20km,每回平均輸送容量為5.6mw。35kv電壓級(jí)最大負(fù)荷33.6mw，最小負(fù)荷為22.4mw。cos=0.8， tmax =5200h/a。（3）110kv電壓級(jí) 架空線4回與電力系統(tǒng)連接，接受該廠的剩余功率，電力系統(tǒng)容量為3500mw，當(dāng)取基準(zhǔn)容量為100mva時(shí)，系統(tǒng)歸算到110kv母線上的電抗x*s = 0.08

4、3。（4）發(fā)電機(jī)出口處主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tpr1 = 0.1s，后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tpr2 = 4s。原始資料分析設(shè)計(jì)電廠總?cè)萘?×25+2×50=175mw，在200mw以下，單機(jī)容量在50mw以下，為小型凝汽式火電廠。當(dāng)本廠投產(chǎn)后，將占系統(tǒng)總?cè)萘繛?75/（3500+175）×100%=4.1%15%，未超過電力系統(tǒng)的檢修備用容量和事故備用容量，說明該電廠在未來供電系統(tǒng)中的地位和作用不是很重要，但tmax=6500h/a>5000h/a，又為火電廠，在電力系統(tǒng)中將主要承擔(dān)基荷，從而該電廠主接線的設(shè)計(jì)務(wù)必著重考慮其可靠性。從負(fù)荷特點(diǎn)及電壓等級(jí)可知，它具有10.5

5、kv，35kv，110kv三級(jí)電壓負(fù)荷。10.5kv容量不大，為地方負(fù)荷。110kv與系統(tǒng)有4回饋線，呈強(qiáng)聯(lián)系形式，并接受本廠剩余功率。最大可能接受本廠送出電力為175-16.8-22.4-175×8%=121.8mw，最小可能接受本廠送出電力為175-25-33.6-175×8%=102.4mw，可見，該廠110kv接線對(duì)可靠性要求很高。35kv架空線出線6回，為提高其供電的可靠性，采用單母線分段帶旁路母線的接線形式。10.5kv電壓級(jí)共有6回電纜出線其電壓恰與發(fā)電機(jī)端電壓相符，采用直饋線為宜。1-2 主接線方案的擬訂在對(duì)原始資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)電氣接線的可靠性、靈活

6、性及經(jīng)濟(jì)性等基本要求，綜合考慮。在滿足技術(shù)，積極政策的前提下，力爭(zhēng)使其技術(shù)先進(jìn)，供電安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的主接線方案。發(fā)電、供電可靠性是發(fā)電廠生產(chǎn)的首要問題，主接線的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)保證其滿發(fā)，滿供，不積壓發(fā)電能力。同時(shí)盡可能減少傳輸能量過程中的損失，以保證供電的連續(xù)性，因而根據(jù)對(duì)原始資料的分析，現(xiàn)將主接線方案擬訂如下：（1）10kv電壓級(jí) 鑒于出線回路多，且為直饋線，電壓較低，宜采用屋內(nèi)配電。其負(fù)荷亦較小，因此采用單母線分段的接線形式。兩臺(tái)25mw機(jī)組分別接在兩段母線上，剩余功率通過主變壓器送往高一級(jí)電壓35kv。由于25mw機(jī)組均接于10kv母線上，可選擇輕型設(shè)備，在分段處加裝母線電抗器，各條電

7、纜饋出線上裝出線電抗器。（2）35kv電壓級(jí) 出線6回，采用單母線分段帶旁路接線形式。進(jìn)線從10kv側(cè)送來剩余容量3×25-（175×8%）+25=36mw，不能滿足35kv最大及最小負(fù)荷的要求。為此以一臺(tái)50mw機(jī)組按發(fā)電機(jī)一變壓器單元接線形式接至35kv母線上，其剩余容量或機(jī)組檢修時(shí)不足容量由聯(lián)絡(luò)變壓器與110kv接線相連，相互交換功率。（3）110kv電壓級(jí) 出線4回，為使出線斷路器檢修期間不停電，采用雙母線帶旁路母線接線，并裝有專門的旁路斷路器，其旁路母線只與各出線相連，以便不停電檢修。其進(jìn)線一路通過聯(lián)絡(luò)變壓器與35kv連接，另一路為一臺(tái)50mw機(jī)組與變壓器組成單元

8、接線，直接接入110kv，將功率送往電力系統(tǒng)。據(jù)以上分析，接線形式如下：1-3 主接線方案的評(píng)定該電氣主接線的設(shè)計(jì)始終遵循了可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的要求。在確?？煽啃?、靈活性的同時(shí)，兼顧了經(jīng)濟(jì)性。在可靠性方面該主接線簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備少，無(wú)論檢修母線或設(shè)備故障檢修，均不致造成全廠停電，每一種電壓級(jí)中均有兩臺(tái)變壓器聯(lián)系，保證 在變壓器檢修或故障時(shí)，不致使各級(jí)電壓解列。機(jī)組的配置也比較合理，使傳遞能量在變壓器中損耗最小。但是10kv及35kv母線檢修將導(dǎo)致一半設(shè)備停運(yùn)。在靈活性方面，運(yùn)行方式較簡(jiǎn)單，調(diào)度靈活性差，但各種電壓級(jí)接線都便于擴(kuò)建和發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)性方面，投資小，占地面積少，采用了單元接線及封閉母

9、線，從而避免了選擇大容量出口斷路器，節(jié)省了投資，有很大的經(jīng)濟(jì)性。通過以上分析，該主接線方案對(duì)所設(shè)計(jì)的這一小型火電廠而言，是比較合理的，可以采納。1-4 發(fā)電機(jī)及變壓器的選擇1、發(fā)電機(jī)的選擇 查電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三冊(cè)），三臺(tái)25mw發(fā)電機(jī)選用qf2-25-3型汽輪發(fā)電機(jī)，兩臺(tái)50mw的發(fā)電機(jī)選用qfs-50-2型汽輪發(fā)電機(jī)。2、變壓器的選擇 35kv電壓母線所接的主變壓器容量s = 50/0.8 = 62.5mw，查電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三冊(cè)），變壓器選用sspl60000/35型，其短路電壓百分?jǐn)?shù)uk%=8.5；110kv電壓母線所接的主變器容量s = 50/0.8 = 62.5mw，查電力工

10、程設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三冊(cè)），變壓器選用sfpl163000/110型，其短路電壓百分?jǐn)?shù)為uk%=10.5；用于聯(lián)絡(luò)三級(jí)電壓的聯(lián)絡(luò)變壓器，通過它向110kv傳輸?shù)淖畲笕萘繛?0-22.4+（25×3）-16.8-175×8%=71.8mw，當(dāng)35kv母線所連機(jī)組和10.5kv母線所連機(jī)組各有一臺(tái)檢修時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)變壓器的最大容量為14.2+12=26.2mw。綜合考慮，聯(lián)絡(luò)變壓器應(yīng)選48.8÷0.8=61mw，故選sfsl60000/110型，其中uk(1-2)%=17.5，uk(2-3)%=6.5，uk(3-1)%=10.5?，F(xiàn)將發(fā)電機(jī)和變壓器的選擇結(jié)果列表如下，以供查詢

11、：表1-1發(fā)電機(jī)g1,g2qf2-25-2發(fā)電機(jī)g3,g4qfs-50-2變壓器t1sspl60000/35, uk%=8.5變壓器t2sfpl163000/110 ,uk%=10.5變壓器t3sfsl60000/110，uk(1-2)%=17.5，uk(2-3)%=6.5，uk(3-1)%=10第二章 廠用電設(shè)計(jì)2-1 負(fù)荷的分類與統(tǒng)計(jì)發(fā)電廠在電力生產(chǎn)過程中，有大量的電動(dòng)機(jī)械，用以保證主要設(shè)備和輔助設(shè)備的正常運(yùn)行。這些電動(dòng)機(jī)及全廠的運(yùn)行操作、試驗(yàn)、修配、照明等用電設(shè)備的總耗電量，統(tǒng)稱為廠用電或自用電。廠用負(fù)荷，按其用電設(shè)備在生產(chǎn)中的作用和突然中斷供電時(shí)造成危害程度可分為四類：（1）類廠用負(fù)荷

12、 凡短時(shí)停電會(huì)造成設(shè)備損壞，危及人身安全，主機(jī)停運(yùn)及大量影響出力的廠用負(fù)荷，都屬于類負(fù)荷。如火電廠的給水泵，凝結(jié)水泵，循環(huán)水泵，引風(fēng)機(jī)，送風(fēng)機(jī)，給粉機(jī)等以及水泵的調(diào)速器，壓油泵，潤(rùn)滑油泵等。通常他們都設(shè)有兩套設(shè)備互為備用，分別接到兩個(gè)獨(dú)立電源的母線上。（2）類廠用負(fù)荷 允許短時(shí)停電，恢復(fù)供電后，不致造成生產(chǎn)紊亂的廠用負(fù)荷，均屬于類負(fù)荷。如火電廠的工業(yè)水泵，疏水泵，灰漿泵，輸煤設(shè)備和化學(xué)水處理設(shè)備等，一般它們應(yīng)由兩段母線供電，并采用手動(dòng)切換。（3）類廠用負(fù)荷 較長(zhǎng)時(shí)間停電，不會(huì)影響生產(chǎn)，僅造成生產(chǎn)上的不方便者，都屬于類廠用負(fù)荷。如試驗(yàn)室，中央修配廠，油處理室等負(fù)荷，通常由一個(gè)電源供電。（4）事故

13、保安負(fù)荷 指在停機(jī)過程中及停機(jī)后一段時(shí)間內(nèi)仍應(yīng)保證供電的負(fù)荷，否則將引起主要設(shè)備損壞，重要的自動(dòng)控制裝置失靈或推遲恢復(fù)供電，甚至可能危及人身安全的負(fù)荷稱為事故保安負(fù)荷。它分為直流保安負(fù)荷，如發(fā)電機(jī)組的直流潤(rùn)滑油泵等，其直流電源由蓄電池組供電；交流保安負(fù)荷，如盤車電動(dòng)機(jī)，實(shí)時(shí)控制用的電子計(jì)算機(jī)等都屬于交流保安負(fù)荷?，F(xiàn)將火電廠的主要負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如下（見表2-1）表2-1分類名稱負(fù)荷類別運(yùn)行方式備注鍋爐部分引風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)磨粉機(jī)給粉機(jī)或經(jīng)常，連續(xù)無(wú)煤粉倉(cāng)時(shí)為汽機(jī)部分凝結(jié)水泵循環(huán)水泵給水泵給水油泵生水泵工業(yè)水泵經(jīng)常，連續(xù)給水泵不帶主油泵時(shí)電氣及公用部分充電機(jī)變壓器變壓器冷卻風(fēng)機(jī)通訊電源硅整流裝置不經(jīng)常，斷續(xù)經(jīng)

14、常，短時(shí)經(jīng)常，連續(xù)經(jīng)常，連續(xù)經(jīng)常，連續(xù)出灰負(fù)荷灰漿泵碎渣機(jī)電氣除塵器沖灰水泵經(jīng)常，連續(xù)輔助車間油處理設(shè)備中央修理車間起重機(jī)電氣實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常，連續(xù)經(jīng)常，連續(xù)不經(jīng)常，斷續(xù)不經(jīng)常，斷續(xù)2-2 廠用電接線的設(shè)計(jì)廠用電接線的設(shè)計(jì)原則基本上與主接線的設(shè)計(jì)原則相同。首先，應(yīng)保證對(duì)廠用電負(fù)荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)；其次，接線應(yīng)能靈活地適應(yīng)正常，事故，檢修等各種運(yùn)行方式的要求；還應(yīng)適當(dāng)注意經(jīng)濟(jì)性和發(fā)展的可能性并積極慎重的采用新技術(shù)、新設(shè)備，使其具有可行性和先進(jìn)性。此外，在設(shè)計(jì)廠用電系統(tǒng)接線時(shí)還要對(duì)供電電壓等級(jí)，廠用供電電源及其引接進(jìn)行分析和論證?；痣姀S的輔助機(jī)械多、容量大，供電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，其主要負(fù)荷分

15、布在鍋爐、氣機(jī)、電氣、輸煤、出灰、化學(xué)水處理以及輔助車間和公用電氣部分，因此，廠用電電壓必須由10kv和0.4kv兩級(jí)電壓，以單母線分段接線形式合理地分配廠用各級(jí)負(fù)荷。一、廠用供電電壓等級(jí)的確定發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)電壓等級(jí)是根據(jù)發(fā)電機(jī)額定電壓，廠用電動(dòng)機(jī)的電壓和廠用電網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行等諸方面因素，由上一節(jié)負(fù)荷分析可知，取兩級(jí)廠用電壓，高壓級(jí)取6kv，由兩組廠用主變壓器從25mw機(jī)組的電壓母線上取，低壓級(jí)取380v，采用母線分段式。1、 6kv電壓等級(jí)供電分析對(duì)同樣的廠用系統(tǒng)，6kv網(wǎng)絡(luò)不僅節(jié)省有色金屬及費(fèi)用，且短路電流也較小，同時(shí)6kv電壓等級(jí)電動(dòng)機(jī)功率可制造得較大，滿足大量負(fù)荷要求。擬采用兩段6k

16、v的廠母線，另外再設(shè)置兩段6kv備用母線，以提高供電可靠性。2、 380v電壓級(jí)低壓供電分析380v廠用電一般采用動(dòng)力和照明共用的三相四線制接地系統(tǒng)，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，采用動(dòng)力和照明分開供電及其引接。二、 廠用電工作電源及其引接 廠內(nèi)裝在二機(jī)三爐，發(fā)電機(jī)電壓為10.5kv，6kv廠用高壓母線分單母線，按鍋爐臺(tái)分為三段，通過t11、t12、t13廠用高壓變壓器分別接于主母線上兩個(gè)分段上，380/220v低壓廠用母線，由于機(jī)組容量不大，設(shè)啟動(dòng)電源和事故保安電源，低壓廠用母線分為兩段，備用電源采用明備用形式，即專設(shè)一臺(tái)t10備用廠用高壓變壓器，平時(shí)斷開，當(dāng)任一段廠用工作母線的電源回路發(fā)生故障時(shí)qf3

17、斷開，qf1和qf2在備用電源自動(dòng)投入裝置作用下合閘。于是，t10廠用高壓變壓器代替t11廠用高壓變壓器工作。為了在主母線上發(fā)生故障時(shí)，仍有可靠的備用電源，運(yùn)行中可將t10備用廠用高壓變壓器和主變壓器t2都接到備用母線上，并將主母線第段的母聯(lián)斷路器qf4合上，使備用母線和工作母線均帶電運(yùn)行。這樣，當(dāng)主母線發(fā)生事故時(shí)，qf4斷開，t10變壓器還可通過t2供電。2-3 廠用變壓器的選擇廠用變壓器容量選擇的基本原則和應(yīng)考慮的因素為：（1）變壓器原、副邊電壓必須與引接電源電壓和廠用網(wǎng)絡(luò)電壓一致。（2）變壓器的容量必須滿足廠用機(jī)械從電源獲得足夠的功率。（3）廠用高壓備用變壓器或起動(dòng)變壓器應(yīng)與最大一臺(tái)高壓

18、廠用工作變壓器容量相同；低壓廠用設(shè)備用變壓器的容量應(yīng)與最大一臺(tái)低壓廠用工作變壓器容量相同。據(jù)此，廠用變壓器t4，t5，t6，t7，選擇如下：s=（25×3+50×2）×8% / 0.8×3=5000kva，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，應(yīng)選sjl1-6300 / 10型雙繞組鋁線電力變壓器。第三章 導(dǎo)體、電纜、架空導(dǎo)體的選擇3-1 導(dǎo)體的選擇一、10.5kv母線的選擇選用鋁質(zhì)，矩形截面；三相水平布置，平放，相間距a0.75m，絕緣子跨距l(xiāng)1.2m，彈性模量e7×1010pa。按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選截面imaxial，式中imax導(dǎo)體所在回路最大持續(xù)工作電流。ial

19、在額定環(huán)境溫度0=25時(shí)的導(dǎo)體允許電流。imax2×25×103/×10.5×0.83437a，查手冊(cè)，選3條125mm×10mm矩形鋁導(dǎo)體，平放允許電流ial3903a，集膚效應(yīng)系數(shù)ks1.8，可見合乎要求。熱穩(wěn)定校驗(yàn) 短路持續(xù)時(shí)間為：tk=4s周期分量的熱效應(yīng)：qp×46525ka2·s因t>1s，故忽略非周期分量熱效應(yīng)。qk=qp正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體溫度：0+（al- 0）imax2/ ial 225+（70-25）×34372/3903260（）查手冊(cè)，c91滿足導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面：smin/c/

20、911191（mm2）3×125×103750（mm2）滿足熱穩(wěn)定要求。動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)導(dǎo)體的自振頻率由以下求得：mh×b×w0.125×0.01×27003.375(kg/m)ibh3/120.01×0.1253/121.63×10-6(m4)按匯流母線為兩端簡(jiǎn)支多跨梁查手冊(cè)，nf3.56，則f1454.5（hz）155（hz），故1。發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，沖擊系數(shù)k1.9，則ish=1.9i2.69×54.73147ka。母線相間應(yīng)力：fph1.73×10-7×ish2/a1.73×

21、;10-7×1470002/0.754984(n/m)導(dǎo)體截面系數(shù)w0.5bh20.5×0.01×0.125278.125×10-6m3，則ph fph·l2/10w4984×1.22/10×78.125×10-69.2×106pa同相條間作用應(yīng)力計(jì)算：0.08，10/(10+125) 0.074， 30/1350.222查設(shè)計(jì)手冊(cè)導(dǎo)體形狀系數(shù)k120.37，k130.57，得fb8(k12+k13) ×10-9×ish2/b8(0.37+0.57) ×10-9×1

22、470002/0.0116250 pa條間襯墊跨距計(jì)算：每相三條鋁導(dǎo)體1197，臨界跨距l(xiāng)crb41197×0.0140.63mbalal-ph(70-9.2)×10660.8×106 pa條間襯墊最大跨距：lbmaxb0.01×0.31m 0.63m為了便于安裝，每跨絕緣子中設(shè)三個(gè)襯墊：lbl/41.2/40.3m二、35kv母線和110kv母線均用鋼芯鋁絞線，其型號(hào)分別為：lgjq600和lgj400。3-2 電纜的選擇按經(jīng)濟(jì)電流密度選截面通過每回電纜的最大持續(xù)工作電流：imax1.05×25×103/×10.5

23、5;6240(a)，查手冊(cè)tmax5200h/a,j0.9a/mm2,則imax/j240/0.9267 mm2,選用6根10kv zlq2-3×240三芯油浸紙絕緣鋁芯鉛包鋼帶鎧裝防腐電纜，每根電纜s240 mm2，ial25325a，正常允許最高溫度60，x0.073/km，r0.155/km。按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流校驗(yàn)ial25325a240a。熱穩(wěn)定校驗(yàn)周期分量熱效應(yīng)qp=×4113ka2s由于tk1，故qkqp113ka2s短路前電纜最高運(yùn)行溫度為： 0+（al- 0）imax2/ ial 225+（60-25）×2632/325250電纜的熱穩(wěn)定系數(shù)：c&

24、#215;10-2×10-269.5熱穩(wěn)定所需最小截面積為smin/c/69.5153mm²240mm²電壓降校驗(yàn) u%173 imaxl(rcos+xsin)/u173×263×8×(0.155×0.80.073×0.6)/105005.5%3-3 架空導(dǎo)線的選擇一、選擇原則架空線路導(dǎo)線的選擇，目前，一般均選用鋁線或鋼芯鋁絞線。送電線路和高壓配電線路的導(dǎo)線截面，一般根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。二、經(jīng)濟(jì)電流密度選導(dǎo)線截面： imax1.05×(33.6÷6)×10³/×35×0.83123(a)查手冊(cè),tmax5200h/a，j0.9a/mm²,則simax/j123/0.9136mm²選用lgj-120型鋼芯鋁絞線。2、按全線電壓損失校驗(yàn)導(dǎo)線截面負(fù)荷矩mpl(33.6÷6)×20112(mw-km)查手冊(cè)，cos0.8時(shí)，u%0.0416%(mw-km)，全線電壓損失ul%u%·m0.0416%×1124.7%5%10.5kv母線3條125