發(fā)電廠課程設(shè)計

火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計1前言繼電保護和控制方式都有較大的影響。因此，設(shè)計主接線必須結(jié)合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠或變電站的具體情況，全面分析有關(guān)影響因素，正確處理它們之間的關(guān)系，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟比較，合理選擇主接線方案。本次設(shè)計是對某火力發(fā)電廠的主接線設(shè)計，根據(jù)原始資料及相關(guān)參數(shù)分析，考慮電氣主接線的基本要求，進行方案的經(jīng)濟比較，電氣主接線的形式的比較，進行正確的主接線設(shè)計，并計算一次投資和年運行費用。1火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計2原始資料分析2.1原始資料4250MW（U=10.5kVN凝汽式機組2200MW（U=15.75kV6.3%，機組年利用小時T=6500h。Nmax系統(tǒng)規(guī)劃部門提供的電力負荷及與電力系統(tǒng)連接情況資料如下：(1)10.5kV20+1013/25=25.2MW15+1013/25=20.2）MW，cos=0.8，電纜饋線10回；(2)220kV電壓級最大負荷（250+1013/25=255.2）MW，最小負荷（200+1013/25=205.2）MW，cos=0.85，架空線5回；(3)500kV電壓級與容量為3500MW的電力系統(tǒng)連接，系統(tǒng)歸算到本電廠500kV母線上的電抗標么值x=0.021（基準容量為500kV架空線4回，備用線1回。S*2.2工程情況2×50+2×200=500MW500/（500+3500100％=12.5％，超過了事故備用容量10％的限額，說明該廠在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位至關(guān)重要。一般，承擔基荷為主的電廠年利用小時數(shù)在5000h以上；承擔腰荷煩人發(fā)電廠在3000-5000h；承擔峰荷的發(fā)電廠在3000h以下。設(shè)計內(nèi)容中火力發(fā)電廠的年利用小時為6500>5000h。且年利用小時數(shù)為6500h2006年我國電力系統(tǒng)發(fā)電機組年最大負荷利用小時數(shù)為5221h系統(tǒng)中主要承擔基荷，從而該廠主接線設(shè)計應(yīng)著重考慮其可靠性。發(fā)電廠的運行方式及年利用小時，都直接影響著主接線設(shè)計。2.3電力系統(tǒng)情況電力系統(tǒng)情況包括電力系統(tǒng)近期及遠景發(fā)展規(guī)劃，發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地理位置和容量位置和作用。從負荷特點和電壓等級可知，10.5KV電壓上的地方負荷容量不大，共有10回電纜饋線，與50MW發(fā)電機的機端電壓為15.75KV。擬采用單元接線形式，不設(shè)發(fā)電機出口斷路器，有利于節(jié)省投資及簡化配電裝2火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計置布置，220KV電壓級出線回路數(shù)為5回，為保證檢修出線斷路器不致對該回路停電，擬采取帶旁路母線接線形式為宜，500KV與系統(tǒng)有4回饋線，呈強聯(lián)系形式并送出本廠最大可能的電力為500-16-200-500×6.3％=471.4MW?？梢?，該廠500KV級的接線對可靠性要求應(yīng)很高。3火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計3主接線方案的擬定根據(jù)對原始資料的分析，現(xiàn)將各電壓級可能采用的較佳方案列出，進而以優(yōu)化組合方式組成最佳可比方案。電壓級。鑒于出線回路多，且發(fā)電機單機容量為50MW，遠大于有關(guān)設(shè)計規(guī)程對選用的單母線分段接線每段上不宜超過12MW臺50MW機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電壓220KV。由于兩臺50MW機組均接于10KV母線上，有較大短路電流，為選擇輕型電器，應(yīng)在分段處加裝母線電抗器，各條電纜饋線上裝設(shè)出線電抗器?？紤]到50MW機組為供熱式機組，通?！耙詿?0KV電壓最大負荷20MW，遠小于2×50MW發(fā)電機組裝機容量，即使在發(fā)電機檢修或升壓變壓器檢修的情況下，也可以保證該電壓等級負荷要求，因而10KV電壓級與220KV電壓之間按弱聯(lián)系考慮，只設(shè)一臺主變壓器。電壓級。出線回路數(shù)大于4回，為使其出線斷路器檢修時不停電，應(yīng)采用單母線旁路接線或雙母線帶旁路接線，以保證其供電的可靠性和靈活性，其進線僅從10KV送來剩余容量220KV最大負荷250MW擬以一臺300MW機組按發(fā)電機—變壓器單元接線形式接至220KV母線上，其剩余容量或機組檢修時不足容量由聯(lián)絡(luò)變壓器與500KV接線相連，相互交換功率。為保證可靠性，可能有多種接線形式，經(jīng)定性分析篩選后，可選用的方案為雙母線帶旁路接線和一臺半斷路器接線，通過聯(lián)絡(luò)變壓器與220KV連接，并通過一臺三繞組變壓器聯(lián)系220KV及10KV電壓，以提高可靠性，一臺300MW機組與變壓器組成單元接線，直接將功率送往500KV電力系統(tǒng)。因此，通過以上組合，共有4種可能的接線方案。方案1為220kV側(cè)采用雙母線帶旁路母線接線，500kV側(cè)采用一臺半斷路器接線；方案2為220kV側(cè)采用雙母線帶旁路母線接線；方案3為220kV側(cè)采用雙母線帶旁路母線接線，500kV側(cè)采用雙母線帶旁路母線接線；方案4為220kV側(cè)采用單母線分段帶旁路母線接線，500kV側(cè)采用一臺半斷路器接線。通過篩選，分析，方案3所用的設(shè)備比其它幾種的多，500kV采用雙母線分段接線與一臺半斷路器接線相比，經(jīng)濟上也無優(yōu)勢，且占地面積大；而方案4中220kV側(cè)采用單母線分段帶旁路母線接線的可靠性與靈活性不夠高，所以保留前兩種可能的接線方案。4火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計方案一：5火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計方案二：6火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計4變壓器臺數(shù)和容量的選擇在發(fā)電廠中，用來向電力系統(tǒng)輸送功率的變壓器叫做主變壓器。用于在兩種電壓等級之間起交換功率的變壓器稱之為聯(lián)絡(luò)變壓器。4.1變壓器容量的確定原則10％的裕度來確定。采用擴大單元接線時，應(yīng)盡可能采用分裂繞組變壓器，其容量亦應(yīng)按單元接線計算原則算出的兩臺機容量之和來確定。4.2變壓器臺數(shù)的確定原則對于大、中型火電廠在一種電壓等級下，主變壓器應(yīng)不少于2臺，而中小型發(fā)電廠，只裝一臺主變壓器。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)。它的確定除依據(jù)傳遞容量基本原始資料外，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。如果變壓器容量選的過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資、增大占用面積，而且也增加了運行電能損耗，設(shè)備未能充分發(fā)揮效益；若容量選的過小，將可能“封鎖”發(fā)電機剩余功率的輸出或者滿足不了變電站負荷的需要，這是技術(shù)上不合理的，因為每千瓦的發(fā)電設(shè)備投資遠大于每千瓦變電設(shè)備的投資。為此，在選擇發(fā)電廠主變壓器時，應(yīng)遵循以下基本原則：單元接線的主變壓器：單元接線的主變壓器容量應(yīng)按下列條件中較大者選擇。發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10％的裕度。按發(fā)電機的最大連續(xù)容量，扣除一臺廠用變壓器的計算負荷和變壓器繞組平均升溫在標準環(huán)境溫度或冷卻水溫度不超過65℃的條件選擇。該65℃是依據(jù)我國電力變壓器標準，即在正常使用條件下，油浸變壓器在連續(xù)額定容量穩(wěn)態(tài)下的繞組平均溫度。采用擴大單元接線時應(yīng)盡可能采用分裂繞組變壓器，其容量亦應(yīng)按單元接線的計算原則算出的2臺機容量之和來確定。具有發(fā)電機電壓母線接線的主變壓器：連接在發(fā)電機電壓母線和系統(tǒng)之間的主變壓器的容量應(yīng)考慮一下因素7火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計主變壓器應(yīng)能將發(fā)電機電壓母線上的剩余有功和無功容量送入系統(tǒng)。當接在發(fā)電機電壓母線上的最大一臺機組檢修或者因供熱機組熱負荷變動而需限制本場輸出功率時，主變壓器應(yīng)能從電力系統(tǒng)倒送功率，保證發(fā)電機電壓母線上最大負荷的需要。若發(fā)電機電壓母線上接有2臺或以上的主變壓器時，當其中容量最大的一臺因故退出運行時，其他主變壓器應(yīng)能輸送母線剩余功率的70％以上。在電力市場環(huán)境下，中、小火電機組的高成本電量面臨“競價上網(wǎng)”的約束，特別是在夏季豐水季節(jié)處于不利地位，加之“以熱定電”的中、小熱電廠在夏季熱力負荷減少的情況下，可能停用火電廠的部分或全部機組，主變壓器應(yīng)具有從系統(tǒng)倒送功率的能力，以滿足發(fā)電機電壓母線上最大負荷的要求。具有發(fā)電機電壓母線的發(fā)電廠，在發(fā)電機電壓母線上通常都是接入60MW及以下的中、小型熱電機組，按照“以熱定電”的方式運行，堅持自發(fā)自用原則，嚴格限制上網(wǎng)電量。為確保對發(fā)電機電壓的負荷供電可靠性，接于發(fā)電機電壓母線上的主變壓器不應(yīng)少于2臺，其總?cè)萘砍凉M足上述幾點要求外，還應(yīng)當考慮到不少于5年負荷的逐年發(fā)展。對于利用工業(yè)生產(chǎn)的余熱發(fā)電的中、小型電廠，可只裝一臺主變壓器與電力系統(tǒng)構(gòu)成弱連接。連接兩種升高電壓母線的聯(lián)絡(luò)變壓器：聯(lián)絡(luò)變壓器的臺數(shù)一般只設(shè)置一臺，最多不超過2臺，這是考慮到布置和引線的方便。聯(lián)絡(luò)變壓器的容量選擇應(yīng)考慮以下兩點：聯(lián)絡(luò)變壓器容量應(yīng)能滿足兩種電壓網(wǎng)絡(luò)在各種不同運行方式下有功功率和無功功率交換；聯(lián)絡(luò)變壓器容量一般不應(yīng)小于接在兩種電壓母線上的最大一臺機組容量，以保證最大一臺機組故障或檢修時，通過聯(lián)絡(luò)變壓器來滿足本側(cè)負荷的要求；同時，也可在線路檢修或故障時，通過聯(lián)絡(luò)變壓器將剩余容量送入另一系統(tǒng)。4.3選擇主變壓器的臺數(shù)和容量根據(jù)原始資料的分析，以及主接線方案的擬定，初步可以確定主接線所需2臺雙繞組及1臺3繞組的主變壓器。其中雙繞組變壓器是與變壓器結(jié)成單元接線的主變，而三繞組變壓器是與10.5KV級電壓母線相連的主變。由于接線形式的不同，故選擇變壓器容量的方法也有一定差距。下面分別來介紹這兩種變壓器的選定方法。8火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計10%的裕度。P因為廠用電率K=6.3%，0.85。由公式可以計算出Sk)N這兩臺雙繞組主變壓器的容量為。于是可以通過查閱資料確定：低壓側(cè)電壓15.75KV，高壓側(cè)電壓220KV和500KV，總?cè)萘繛椋▽嶋H可比此值高一些）的兩臺雙繞組變壓器。（2）具有發(fā)電機電壓母線接線的主變壓器：本次主接線設(shè)計會采用一臺三繞組變壓器將10.5KV發(fā)電機電壓母線與220KV、500KV電壓級相連。由于該發(fā)電機組為供熱式機組，經(jīng)常是以熱定電，在夏季熱力負荷減少的情況下，甚至?xí)Ｖ拱l(fā)電，為了滿足近區(qū)負荷的供電要求，這種情況下變壓器應(yīng)從系統(tǒng)到送電能。綜合以上因素，經(jīng)計算后求得該變壓器的容量約為。4.4聯(lián)絡(luò)變壓器的臺數(shù)和容量220KV級與500KV220KV級相連的發(fā)電機容量是200MW，并且該電壓等級所帶的負荷為250MW左右。與500KV級相連的也是一臺200MW發(fā)電機，為了滿足在任何運行情況下，兩個電壓等級都可以通過聯(lián)絡(luò)變壓器傳遞有功、無功功率的要求，綜上各個方面，選定一臺雙繞組、額定容量為300MW的自耦變壓器，其低壓繞組還可以作為廠用電電源。9火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計5方案的經(jīng)濟比較采用最小費用法對擬定的兩個方案進行經(jīng)濟比較，兩方案中的相同部分不參與比較計算，只對相異部分進行計算。計算內(nèi)容包括一次投資、年運行費。采用最小費用法對擬定的兩方案進行經(jīng)濟比較，兩方案中的相同部分不參與比較計算，只對相異部分進行計算。計算內(nèi)容包括一次投資、年費運行。若如上圖所示方案一參與比較部分的設(shè)備折算到施工年限的總投資為6954.7萬元，年運行費用為1016.29萬元5.1計算一次投資（1）綜合總投資的計算式為aII01I—主體設(shè)備的綜合投資，包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、母線、配電裝置及明顯的增修橋0梁、公路和拆遷等費用。a—不明顯的附加費用比例系數(shù)，如基礎(chǔ)加工、電纜溝道開挖費用等。220kV系統(tǒng)取70,110kV取90。方案1參與比較部分的設(shè)備折算到施工年限的總投資為6954.7萬元，方案2參與比較部分的設(shè)備折算到施工年限的總投資為6720.4萬元。.2計算年運行費5火電廠使用年限按n=25年，電力行業(yè)預(yù)期投資回報率i=0.1，則方案1的年費用為10.110.1iin25IC6954.71016.291781.3'1i110.111mmn25同理，在計算出第2方案的折算年總投資及年運行費用之后，可得到方案2的年費用為1638.4萬元。2火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計6、主接線最終方案的確定AC主接線最終方案的確定還必須從可靠性、靈活性等多方面綜合評估，包括大型電廠、變電站對主接線可靠性若干指標的定量計算，最后確定最終方案。通過定性分析和可靠性及經(jīng)濟計算，在技術(shù)上方案一明顯占優(yōu)勢，這主要是由于500KV電壓級采用一臺半斷路器接線方式的高可靠性指標，但在經(jīng)濟上則不如方案2。鑒于大、中型發(fā)電廠大機組應(yīng)以