火力發(fā)電廠電氣主接線的設計

...wd......wd......wd...火力發(fā)電廠電氣主接線的設計一、設計題目 火力發(fā)電廠電氣主接線設計二、設計任務 根據(jù)所提供的某火力發(fā)電廠原始資料〔詳見附1〕，完成以下設計任務： 1.對原始資料的分析 2.主接線方案的擬定〔至少兩個方案〕 3.變壓器臺數(shù)和容量的選擇 4.所選方案的經(jīng)濟比擬 5.主接線最終方案確實定三、設計方案 本課程設計時間為一周，具體安排如下： 第1天：查閱相關材料，熟悉設計任務 第2~3天：分析原始資料，擬定主接線方案 第4天：選擇主變壓器的臺數(shù)和容量，對方案進展經(jīng)濟比擬 第5~6天：繪制主接線方案圖，整理設計說明書 第7天：辯論四、設計要求 1.按照設計方案按時完成 2.設計成果包括：設計說明書〔模板及格式要求詳見附2和附3〕一份、主接線方案圖〔A3〕一張 指導教師： 教研室主任： 時間：摘要發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的重要組成局部,也直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與運行。在發(fā)電廠中，一次接線和二次接線都是其電氣局部的重要組成局部。發(fā)電廠一次接線，即發(fā)電廠電氣主接線。其代表了發(fā)電廠高電壓、大電流的電氣局部主體構(gòu)造，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡構(gòu)造的重要組成局部。它直接影響電力生產(chǎn)運行的可靠性與靈活性，同時對電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護、自動裝置和控制方式等諸多方面有決定性的關系。本設計是對配有250MW供熱式機組，2600MW凝汽式機組的的大型火力發(fā)電廠電氣主接線的設計，包括對原始資料的分析、主接線方案的擬定、變壓器臺數(shù)和容量的選擇、方案的經(jīng)濟比擬、主接線最終方案確實定。關鍵詞：火力發(fā)電廠；電氣主接線目錄TOC\o"1-3"\u1前言62原始資料分析72.1工程情況72.2電力系統(tǒng)情況73主接線方案的擬定93.110.5kV電壓級93.2220kV電壓級93.3500kV電壓級94變壓器的選擇114.1主變壓器114.2 聯(lián)絡變壓器115方案的經(jīng)濟比擬135.1一次投資計算135.2年運行費計算135.3年費用計算136主接線最終方案確實定147結(jié)論158參考文獻161前言電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉(zhuǎn)換為其它的能源，而且便于控制、管理和調(diào)度易于實現(xiàn)自動化。因此，電能已廣泛應用于國民經(jīng)濟、社會生產(chǎn)和人民生活的各個方面。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠提供，電力工業(yè)已成為我國實現(xiàn)現(xiàn)代化的根基，得到迅猛開展。到2003年底，我國發(fā)電機裝機容量達38450萬千瓦，發(fā)電量達19080億度，居世界第2位。工業(yè)用電量已占全部用電量的50～70%，是電力系統(tǒng)的最大電能用戶，供配電系統(tǒng)的任務就是企業(yè)所需電能的供給和分配。我國的電力系統(tǒng)從50年代開場迅速開展。到1991年底，電力系統(tǒng)裝機容量為14600萬千瓦，年發(fā)電量為6750億千瓦時，均居世界第四位。輸電線路以220千伏、330千伏和500千伏為網(wǎng)絡骨干，形成4個裝機容量超過1500萬千瓦的大區(qū)電力系統(tǒng)和9個超過百萬千瓦的省電力系統(tǒng)，大區(qū)之間的聯(lián)網(wǎng)工作也已開場。此外，1989年，臺灣省建設了裝機容量為1659萬千瓦的電力系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，大、中型火電廠起著舉足輕重的作用，而在我國的電源構(gòu)造中火電設備容量占總裝機容量的75%。一旦故障輕則引起大面積停電，重則可能引起電網(wǎng)崩潰。本次設計的火電廠在電網(wǎng)占有重要位置，一旦發(fā)生事故將引起主網(wǎng)的解裂，所以對火電廠主接線形式進展了詳細的分析比擬，以確定一種安全經(jīng)濟成熟的主接線形式。現(xiàn)代電力工業(yè)在國際上已經(jīng)迅速開展，其開展的特點是：采用大容量的發(fā)電機組，超高壓輸電線路和巨大的水、火、核電聯(lián)合電力系統(tǒng)的形成，電力工業(yè)的迅速開展，對火力發(fā)電廠的設計提出了更高的要求，需要我們認真的研究對待。而現(xiàn)代化火力發(fā)電廠的設計是一門綜合性的科學，它是在多種專業(yè)有機配合，密切協(xié)作下完成的一個統(tǒng)一整體，是在審議后的電力系統(tǒng)規(guī)劃的根基上，為發(fā)電廠的開展制定具體方案，在設計中，貫徹國家各項政策，遵照有關的設計技術規(guī)定，從整體出發(fā)，深入論證電源布置的合理性，提出網(wǎng)絡設計方案，并論證安全可靠性和經(jīng)濟性，為此需進展必要的計算，考慮近期與遠期的關系，并為發(fā)電廠及下一級電壓的系統(tǒng)設計創(chuàng)造條件。本次火電廠電氣主接線的設計程序有四個方面：初步可行性研究、可行性研究、初步設計、施工圖設計，設計步驟和內(nèi)容：對原始資料的分析、主接線方案的擬定、變壓器臺數(shù)和容量的選擇、方案的經(jīng)濟比擬、主接線最終方案確實定。本火電廠有250MW供熱式機組，2600MW凝汽式機組，包括三個電壓等級：10.5kV電壓級、220kV電壓級、500kV電壓級。2原始資料分析原始資料：某火力發(fā)電廠原始資料如下：裝機4臺，分別為供熱式機組250MW(UN=10.5kV)，凝汽式機組2600MW(UN=20kV)，廠用電率6.5%，機組年利用小時Tmax=6500h。 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)10.5kV電壓級最大負荷21MW，最小負荷16MW，cos=0.8，電纜饋線10回； (2)220kV電壓級最大負荷251MW，最小負荷201MW，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xS*=0.021(基準容量為100MVA)，500kV架空線4回，備用線1回。2.1工程情況由于有250MW供熱式機組，2600MW凝汽式機組，廠用電率6.5%，故發(fā)電廠類型為凝氣式火電廠，設計電廠為大型火電廠，總?cè)萘繛?50+2600=1300MW,發(fā)電廠運行方式及年利用小時數(shù)，直接影響著主接線設計，因為機組年利用小時Tmax=6500h，遠遠大于電力系統(tǒng)發(fā)電機組的平均最大負荷利用小時數(shù)。所以本火電廠以承當基荷為主，相應主接線應以供電可靠為主選擇接線形式。2.2電力系統(tǒng)情況總?cè)萘繛?50+2600=1300MW,占電力系統(tǒng)總?cè)萘?300/(3500+1300)100%=27.1%，超過了電力系統(tǒng)的檢修備用容量8%~15%和事故備用容量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重要，應選擇可靠性較高的主接線形式。為簡化網(wǎng)絡構(gòu)造及電廠主接線，減少電壓等級，電廠接入系統(tǒng)電壓不應超過兩級，兩臺50MW機組接入10.5kV系統(tǒng)，一臺容量為600MW機組接入220kV系統(tǒng)，另一臺容量為600MW及以上的機組接入500kV系統(tǒng)，且出線數(shù)目應盡量減少，以利于簡化配電裝置的規(guī)模及其維護。10.5kV電壓電力系統(tǒng)采用中性點非直接接地系統(tǒng)(中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地)，又稱小電流接地系統(tǒng)；對220kV與500kV高壓電力系統(tǒng)，皆采用中性點直接接地系統(tǒng)，又稱大電流接地系統(tǒng)。發(fā)電機中性點都采用非直接接地方式，目前廣泛采用的是中性點經(jīng)消弧線圈接地方式或經(jīng)單相配電變壓器(二次側(cè)接電阻)接地。從負荷特點及電壓等級可知，10.5kV電壓等級上的地方負荷容量不大，共有10回電纜饋線，與50MW發(fā)電機的機端電壓相等，采用直饋線為宜。20kV電壓為600MW發(fā)電機出口電壓，既無直配負荷，又無特殊的要求，擬采用單元接線的形式，可以節(jié)省價格昂貴的發(fā)電機出口斷路器，又利于配電裝置的布置；220kV電壓級出現(xiàn)回路數(shù)為5回，為了保證檢修出線斷路器不致對該回路停電，擬采用帶旁路母線接線形式為宜；500kV與電力系統(tǒng)有4回饋線，備用線1回，呈強聯(lián)系形式并送出本廠最大可能的電力為1300-16-201-13006.5%=998.5(MV)?？梢?，該廠500kV級的接線對可靠性要求應當很高。3主接線方案的擬定3.110.5kV電壓級(1)10.5kV電壓級。單母線接線可靠性比擬差，且調(diào)度不方便，一般只在出現(xiàn)回路較少，沒有重要負荷的發(fā)電廠使用；單母線分段接線每段容量12MW左右，且每段出現(xiàn)不超過5回。本次設計，由于10.5kV出線回路比擬多，而且發(fā)電機的單機容量為50MW，遠大于每段12MW，應確定為雙母線分段接線的形式，不但具有雙母線供電可靠性，調(diào)度靈活，擴建方便的優(yōu)點，而且雙母線互為備用，更加提高了供電可靠性。2臺50MW發(fā)電機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。10.5kV電壓級與220kV電壓級之間按弱聯(lián)系考慮，只設1臺主變壓器；同時，由于10.5kV電壓最大負荷20MW，遠遠小于250MW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的要求。由于2臺50MW機組均接于10.5kV母線上，有較大的短路電流，為了選擇適宜的電氣設備，應在分段處加裝母線電抗器，同時各條電纜饋線上裝設線路電抗器。3.2220kV電壓級(2)220kV電壓級。出線回路數(shù)為5回，為了使其出線斷路器檢修時不停電，應采用單母線分段帶旁路母線接線或雙母線帶旁路母線接線，以保證供電的可靠性和靈活性。其進線僅從10.5KV送來剩余容量250—[〔1006.5%+21]=72.5MW并不能夠滿足220kV最大負荷250MW的要求。為此，擬采用以1臺600MW機組按照發(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缺乏容量由聯(lián)絡變壓器與500kV接線連接，彼此之間相互交換功率。3.3500kV電壓級(3)500kV電壓級。500kV電壓級，負荷容量比擬大，其主接線是本廠向電力系統(tǒng)輸送功率的主要接線方式，為保證可靠性，可能有多種接線方式，經(jīng)過定性分析篩選后，可以選用的方案為雙母線帶旁路母線接線和一臺半斷路器接線，通過聯(lián)絡變壓器與220kV連接，并通過一臺三繞組變壓器和10.5kV電壓聯(lián)系，以提高可靠性。一臺600MW機組與變壓器構(gòu)成單元接線，直接將功率送到500kV電力系統(tǒng)。圖1擬設計的火力發(fā)電廠主接線方案I圖2擬設計的火力發(fā)電廠主接線方案24變壓器的選擇在發(fā)電廠中，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;用于兩種電壓等級之間交換功率的變壓器，稱為聯(lián)絡變壓器;只供本廠用電的變壓器，稱為廠用變壓器或自用變壓器。4.1主變壓器本設計中有兩臺主變壓器，該兩臺主變壓器分別與兩臺600WM發(fā)電機組相連，并且都選用兩繞組變壓器。發(fā)電機與主變壓器采用單元接線，保證了發(fā)電機電壓出線的供電可靠，所以采用單元接線的主變壓器原則:單元接線的主變壓器容量應按以下條件中的較大者選擇：(1)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。(2)按發(fā)電機的最大連續(xù)容量，(制造廠家提供的數(shù)據(jù))扣除一臺廠用變壓器的計算負荷和變壓器繞組平均溫升在標準環(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。兩臺雙繞組主變壓器容量確定公式為：220kV與500kV電壓等級系統(tǒng)的雙繞組主變壓器為SFP7-750000/220型表1SFP7-750000/220型參數(shù)型號SFP7-750000/220連接組別Ynd11額定容量(kVA)額定電壓(kV)空載損耗(kW)短路損耗(kW)空載電流(%)阻抗電壓(%)高壓低壓750000220/2422706300.25144.2 聯(lián)絡變壓器本設計中聯(lián)絡變壓器只有一臺，連接10.5kV電壓母線與220kV電壓母線，且采用三繞組變壓器，聯(lián)絡變壓器的容量選擇應考慮以下兩點：(1)聯(lián)絡變壓器的容量應能滿足兩種電壓網(wǎng)絡在各種不同運行方式下，網(wǎng)絡間的有功功率和無功功率交換。(2)聯(lián)絡變壓器容量一般不小于接在兩種電壓母線上最大一臺機組的容量，以保證最大一臺機組故障或檢修時，通過聯(lián)絡變壓器來滿足本側(cè)負荷的餓要求；與此同時，也可在線路故障或檢修時，通過聯(lián)絡變壓器將剩余容量送入另一系統(tǒng)。三繞組聯(lián)絡變壓器容量確定公式為：三繞組聯(lián)絡變壓器為SFPS7-150000/220表2SFPS7-150000/220參數(shù)額定容量(kVA)連接組號額定電壓〔kV〕阻抗電壓(%)150000YNyn0d11220±2x2.5%/121/15.75高-中24高-低15中-低85方案的經(jīng)濟比擬采用最小費用法對擬定的兩方案進展經(jīng)濟比擬，兩種方案中的一樣局部不參與比擬計算，只對相異局部進展計算。計算內(nèi)容包括一次投資和年運行費用。兩個方案中相異的局部為220kV與500kV側(cè)的接線方式。5.1一次投資計算查資料可知一個高壓斷路器約2萬元，高壓隔離開關1000元剩下的器件的價格遠遠小于這兩種器件的價格，可忽略不計。方案一：主體設備的綜合投資為：；方案二：主體設備的綜合投資為：；在一次費用方面，方案二比方案一更少，所以比擬以后在一次費用方面方案一比擬有優(yōu)勢。5.2年運行費計算方案一：綜合總投資為：年損耗電能：取n=2,S=SN,T=6500h,,,;所以年運行費用為：方案二：綜合總投資為：年運行費用為：5.3年費用計算方案