發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計報告

1、發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計報告凝氣式火力發(fā)電廠一次部分設(shè)計班級：學號：姓名： 1 引言近年來，隨著國家電網(wǎng)的迅速發(fā)展，國內(nèi)外火電機組的容量也越來越多。人民用電量的日益增加促使發(fā)電量的不斷增加。在世界的能源不斷消耗，促進了新能源的發(fā)展，但是目前新能源還不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)一次能源的發(fā)電，在我國火力發(fā)電任然占據(jù)主導地位。火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤炭、石油或天然氣作為燃料生產(chǎn)電能的工廠，其能量的轉(zhuǎn)換過程是由燃料的化學能到熱能再到機械能最后轉(zhuǎn)換為電能。本設(shè)計是凝氣式火電廠一次部分的設(shè)計。通過對電氣主接線的設(shè)計和短路電流的計算。更加經(jīng)濟可靠的選用相關(guān)的一次設(shè)備，做到更好利用一次能源，與故障時對電力系統(tǒng)的保護

2、。2 主接線方案設(shè)計2.1 原始資料分析2.1.1 原始資料發(fā)電機組，U=10.5KV，次暫態(tài)電抗為0.12，年利用率為5000小時以上，廠用電率6%，高壓側(cè)為220kv、110KV，其中110V出線短有5回出線與系統(tǒng)相連接輸送的功率為120MW，220KV的出線有5回與系統(tǒng)相連接輸送的功率為200MW。中壓側(cè)35KV,3回出線將功率送至5KM內(nèi)的用戶綜合負荷40MW，。發(fā)電廠處于北方平原地帶，防雷按當?shù)仄骄妆┤湛紤]，土壤為普通沙土。系統(tǒng)容量取3500MVA。資料分析根據(jù)設(shè)計任務(wù)書所提供的資料可知，該火電廠為中型火電站，由于其年利用率在5000小時以上，所以該發(fā)電廠一般給，類負荷供電，必須采

3、用供電較為可靠的接線形式。其地形條件限制不嚴格，但從節(jié)省用地考慮，盡可能使其布置緊湊，便于運行管理。發(fā)電廠的總?cè)萘颗c系統(tǒng)容量之比相對較小，所以對于35KV及110KV可以采取相對簡單的接線方式。2.2 電氣主接線設(shè)計的依據(jù)電氣主接線設(shè)計是火電廠電氣設(shè)計的主體。它與電力系統(tǒng)、樞紐條件、電站動能參數(shù)以及電站運行的可靠性、經(jīng)濟性等密切相關(guān)，并對電氣布置、設(shè)備選擇、繼電保護和控制方式等都有較大的影響，必須緊密結(jié)合所在電力系統(tǒng)和電站的具體情況，全面地分析有關(guān)影響因素，正確處理它們之間的關(guān)系，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，合理地選定接線方案。電氣主接線的主要要求為:1、可靠性：衡量可靠性的指標，一般是根據(jù)主接線型式及

4、主要設(shè)備操作的可能方式，按一定的規(guī)律計算出“不允許”事件的規(guī)律，停運的持續(xù)時間期望值等指標，對幾種接線形式的擇優(yōu)。2、靈活性：投切發(fā)電機、變壓器、線路斷路器的操作要可靠方便、調(diào)度靈活。3、經(jīng)濟性：通過優(yōu)化比選，工程設(shè)計應(yīng)盡力做到投資省、占地面積小、電能損耗小。2.3主接線的方案擬定方案一：根據(jù)對原始資料的分析可知系統(tǒng)有4個電壓等級分別是發(fā)電廠到母線的10KV電壓和經(jīng)過升壓給周邊用戶使用的35KV的電壓以及提供給系統(tǒng)的110KV和220KV。(1)10kv電壓等級。鑒于處發(fā)電廠廠用電以外的能量都由10KV母線輸出，所以母線必須有穩(wěn)定可靠的供電，采取雙母線分段接線，這樣設(shè)計能夠縮小母線故障的停電范

5、圍(2)110KV電壓等級。采取單母線接線，接線簡單，操作方便，設(shè)備少、經(jīng)濟性好。(3)220KV電壓等級。采取雙母線接線，因為輸出功率200MW，分四條回路，每回路50MW。(4)35KV電壓等級。35KV電壓等級的電能是供給附近5kM的用戶使用的所以采取較為簡單的單母線接線。電氣主接線圖如圖2-3-1圖2-3-1方案一火電廠電氣主接線圖優(yōu)點：(1)發(fā)電廠供電采取每個發(fā)電機單獨供電，這樣不會因為一個發(fā)電機的損壞而破壞發(fā)電廠內(nèi)部用電。(2)10KV采取雙母線分段接線能夠有效的切換母線，并在一段母線出現(xiàn)問題時，分段斷路器起作用，減少停電的范圍。(3)220KV采取雙母線也能夠有效的供電。缺點：(

6、1)10KV母線上承擔的電流太大，幾乎所有的功率都從這條母線上出去。如果10KV母線損壞會導致功率輸出為0；(2)變壓器使用過多，110KV從一條母線輸出如果母線損壞將導致110KV測向系統(tǒng)輸出的功率為0；(3)經(jīng)濟性不高。方案二：(1)220KV電壓等級。采用雙母線帶旁路接線。(2)110KV電壓等級。采用單母線分段接線。(3)35KV電壓等級。采用單母線接線。(4)10KV電壓等級。采用雙母線分段接線。電氣主接線圖如2-3-2圖2-3-2方案二電氣主接線圖優(yōu)點：(1)220KV電壓等級由一臺發(fā)電機直接供電已經(jīng)用三繞組變壓器供電，供電可靠穩(wěn)定。有備用。(2)10KV電壓的母線承擔的電流比方案

7、一小的多。(3)110KV電壓的母線采用分段母線可以在一段母線損壞另一條可以繼續(xù)向系統(tǒng)供電。比較方案一與方案二從安全可靠與經(jīng)濟性來說選方案一。2.4 發(fā)電機及主變壓器的選擇發(fā)電機的選擇發(fā)電機組，U=10.5KV，次暫態(tài)電抗為0.12，所以選擇型號為QFN-100-2如下表2-4-1所示型號額定容量/MW額定電壓/KV功率因數(shù)次暫態(tài)電抗X”dQFN-100-2100 10.5 0.85 0.122-4-1發(fā)電機型號參數(shù)表主變壓器的選擇在發(fā)電廠和變電站中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。主變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。它的確定除了依據(jù)傳遞容量的基本原始

8、資料外，還應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)5-10年發(fā)展規(guī)劃、輸送功率大小、饋線回路數(shù)、電壓等級以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，進行綜合分析和合理選擇。1.變壓器形式和結(jié)構(gòu)的選擇(1)相數(shù)：主變采用三相或單相，主要考慮變壓器的可靠性要求及運輸條件等因素。根據(jù)設(shè)計手冊有關(guān)規(guī)定，當運輸條件不受限制時，在330KV及以下的電廠及變電所均選用三相變壓器。因為三相變壓器比相同容量的單相變壓器具有節(jié)省投資，占地面積小，運行過程損耗小的優(yōu)點，同時本電廠的運輸?shù)乩項l件不受限制，因而選用三相變壓器。(2) 繞組數(shù)量選擇：根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊規(guī)定：“最大機組容量為125MW及以下的發(fā)電廠，當有兩種升高電壓向用戶供電與或與系統(tǒng)相連

9、接時，宜采用三繞組變壓器。結(jié)合本電廠實際，選用1臺雙繞組變壓器以及三臺三繞組變壓器。(3)普通型和自耦型選擇：根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊規(guī)定：“在220KV及以上的電壓等級才宜優(yōu)先考慮采用自偶變壓器。自偶變壓器一般作為聯(lián)絡(luò)變壓器和連接兩個直接接地系統(tǒng)。從經(jīng)濟性的角度出發(fā)，結(jié)合本電廠實際，選用普通型變壓器2.變壓器容量型號的選擇(1)10KV母線輸出功率 = MW其中除去了每臺發(fā)電機供給廠用電負荷6MW。選用三臺三繞組變壓器互為備用，當其中一臺容量最大的變壓器故障或者維修時，另外兩臺可以承擔70%的負荷，故每臺變壓器的容量計算如下：(MVA)所以每臺變壓器容量(MWA)留一定的裕度取變壓器的容量為

10、120MVA，其中兩臺變壓器型號一致標為T1，另外一臺標為T2。(2)從發(fā)電廠直接經(jīng)過雙繞組升壓變壓器供給給220KV母線上的功率為MW所以升壓變壓器的容量(MVA)選取容量為120MVA的變壓器。根據(jù)上面的分析，經(jīng)過查電工手冊，可以的到各個變壓器的型號如下表型號額定容量(KVA)容量比(%)額定電壓(KV)連接組號損耗（KW）空載電流(%)阻抗電壓（%）高壓中壓低壓空載負載高中高低中低SEPSZ7-120000/220120000100/100/100220 8 1.25%12110.5YnYn0,dl1904250.813.323.57.7SEPSZ7-120000/22012000010

11、0/100/100220 8 1.25%12110.5YnYn0,dl11444800.812.622.07.72-4-1三繞組變壓器型號表型號額定容量(KVA)額定電壓(KV)連接組號損耗（KW）空載電流(%)阻抗電壓(%)高壓低壓空載負載S7-120000/2201200002202.5%10.5YND1138.51480.810.52-4-2雙繞組變壓器型號表3 短路電流計算3.1 短路電流計算的基本假設(shè)（1）短路過程中各發(fā)電機之間不發(fā)生搖擺，并認為所有發(fā)電機的電勢都相同電位。（2）負荷只作近似估計，或當作恒定電抗，或當作某種臨時附加電源，視具體情況而定。（3）不計磁路飽和。系統(tǒng)各元件的

12、參數(shù)都是恒定的，可以用疊加原理。（4）對稱三相系統(tǒng)。除不對稱短路故障處不對稱之外，實際系統(tǒng)都是對稱的。（5）忽略了高壓線的電阻電容，忽略變壓器的電阻和勵磁電流，這就是說，發(fā)電機、輸電、變電和用電的元件均勻純電抗表示。（6）金屬性短路，即不計過度電阻的影響，認為過渡電阻為零的短路情況。3.2電路元件的參數(shù)計算及等值電路圖選取基準容量和基準電壓KV1、各元件電抗標幺值的計算。發(fā)電機：變壓器：線路： 發(fā)電機電抗的表幺值=0.102三繞組變壓器T1，T2各繞組阻抗電壓百分比分別為：T1變壓器：=14.55=-1.25=8.95T2變壓器：=13.4=-1.7=8.55三繞組變壓器T1、T2各繞組電抗標

13、幺值：T1變壓器：T2變壓器：雙繞組變壓器：假設(shè)110KV以及220KV同樣經(jīng)過5KM接入大系統(tǒng)中，并令輸出功率因數(shù)為0.9。由原始資料可知110KV經(jīng)過5回線路輸出功率為120MW平均每回線路輸送容量為MVA所以輸出額定電流為0.14KA。等效電抗為220KV經(jīng)過5回線路輸出功率為200MW平均每回線路輸送容量為MVA輸出額定電流0.13KA 。35KV側(cè)經(jīng)過3回線路輸送40MW給附近用戶。每回輸送容量 MVA輸出額定電流0.244KA。2.短路計算等值電路圖(1)220KV線路短路時經(jīng)簡化可得經(jīng)計算可得在220KV的母線上短路時：220KV側(cè)大系統(tǒng)輸送電流標幺值為：110KV側(cè)大系統(tǒng)輸送電

14、流標幺值 :發(fā)電機E向母線輸送電流的標幺值：發(fā)電機E4向母線輸送電流的標幺值：綜上計算可得在220KV短路點的電流標幺值為短路電流的實際值為：(2)110KV線路短路時繼續(xù)簡化得到經(jīng)計算可得在110KV的母線上短路時：110KV側(cè)大系統(tǒng)輸送電流標幺值為：假設(shè)S輸出的電流標幺值為，E輸出的電流標幺值為，由電路定理可知所以可得E側(cè)輸送的電流標幺值為：系統(tǒng)及E4組合S向110KV母線輸送的電流標幺值=9.275綜上計算可得在110KV短路點的電流標幺值為短路電流的實際值為：(3)35KV短路時：經(jīng)計算可得在35KV的母線上短路時：220KV側(cè)系統(tǒng)S輸送電流標幺值為： 110KV側(cè)大系統(tǒng)輸送電流標幺值

15、為： E側(cè)輸送電流標幺值為： 可得在35KV短路點的電流標幺值為短路電流的實際值為：(4)10KV短路時：經(jīng)計算可得在10KV的母線上短路時：E側(cè)輸送電流標幺值為：假設(shè)系統(tǒng)S輸出的電流標幺值為，大系統(tǒng)輸出的電流標幺值為，由電路定理可知所以可得大系統(tǒng)側(cè)輸送的電流標幺值為而系統(tǒng)S輸送的電流標幺值可得在10KV短路點的電流標幺值為短路電流的實際值為：4 主要電氣設(shè)備的選擇4.1電氣設(shè)備選擇概述由于各種電氣設(shè)備的具體工作條件并不完全相同，所以，它們的具體選擇方法也不完全相同，但基本要求是相同的。即要保證電氣設(shè)備可靠的工作，必須按正常工作條件選擇，并按短路情況校驗其熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。4.2 電氣設(shè)備選擇的

16、一般原則應(yīng)滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展。應(yīng)按當?shù)丨h(huán)境條件校核。應(yīng)力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理。與正個工程的建設(shè)標準應(yīng)協(xié)調(diào)一致。同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種。用新的產(chǎn)品均應(yīng)有可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。4.3斷路器和隔離開關(guān)的選擇1、斷路器的選擇，除滿足各項技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應(yīng)考慮到要便于安裝調(diào)試和運行維護，并經(jīng)濟技術(shù)方面都比較后才能確定。根據(jù)目前我國斷路器的生產(chǎn)情況，電壓等級在10KV220KV的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，而當少油斷路器不能滿足要求時，可以選用SF6斷路器。電壓等級在35KV及以下的配電裝置中真空斷路器得到廣泛的應(yīng)用；斷路器選擇的校驗內(nèi)容： 額定電

17、壓和額定電流選擇：， 定開斷電流和關(guān)合電流選擇：， 熱穩(wěn)定校驗和動穩(wěn)定校驗：，（2）隔離開關(guān)的選擇隔離開關(guān)的選擇方法與斷路器相同，但隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，不承擔接通和斷開負荷電流和短路電流的任務(wù)。同時，隔離開關(guān)還有隔離電壓、倒閘操作和開、合小電流的功能，因此，不需校驗額定開斷電流和關(guān)合電流。隔離開關(guān)選擇的校驗內(nèi)容： 定電壓和額定電流選擇： ，熱穩(wěn)定校驗和動穩(wěn)定校驗： ，（3）具體位置的斷路器和隔離開關(guān)的選擇1）10KV母線側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇流過斷路器的最大持續(xù)工作電流：計算結(jié)果和校驗結(jié)果如表計算數(shù)據(jù)斷路器(SN4-10G-8000)隔離開關(guān)(GN10-20/8000)合格與否UNS 10

18、KVUN 10KVUN 10KV合格Imax 7.13KAIN 8KAIN 8KA合格I 103KAIbr139KA - 合格Qk 10324 KA2.sIt2t 15025 KA2.sIt2t 8024 KA2.s合格2) 110KV母線側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇流過斷路器的最大持續(xù)工作電流：計算結(jié)果和校驗結(jié)果如表計算數(shù)據(jù)斷路器(SW3-110III)隔離開關(guān)(GW5-110/630)合格與否UNS 110KVUN110KVUN110KV合格Imax 778AIN2000AIN630A合格I 29.129KA Ibr31.5KA-合格Qk 29.12924 KA2.sIt2t31.52 KA2.sIt2t15.824KA2.s合格3) 220KV母線側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇流過斷路器的最大持續(xù)工作電流：計算結(jié)果和校驗結(jié)果如表計算數(shù)據(jù)斷路器(SW2-220)隔離開關(guān)(GW4-220/1250)合格與否UNS 220KVUN220KVUN220KV合格Imax 648AIN2000AIN1250A合格I 15.457KA Ibr31.5KA-合格Qk 15.45724 KA2.sIt2t31.52 KA2.sIt2t12.524KA2.s合格5 總結(jié)本次課程設(shè)計是基于凝汽式火電廠一次部