发电厂电气部分毕业设计论文.doc

1 引言近年，我国电力工业发展迅速，电力供应能力显著增强。“十五”期间全国发电装机新增近2亿千瓦，创历史最高水平，2006年又新增装机容量1亿千瓦，总容量超过6亿千瓦，今年投产规模仍将保持在7000万千瓦以上，全国电力供应紧张的局面已经得到全面缓解。但是，我国电力工业结构不合理的矛盾仍十分突出，特别是能耗高、污染重的小火电机组比重过高。因此，电力工业将“上大压小”、加快关停小火电机组放在了“十一五”期间工作的首位。据测算，火电机组容量的不同，反映在煤耗和污染物排放量上差别很大。大型高效发电机组每千瓦时供电煤耗为290克-340克，中小机组则达到380克-500克。5万千瓦机组其供电煤耗约440克/千瓦时，发同样的电量，比大机组多耗煤30-50%。与此同时，小火电机组排放二氧化硫和烟尘排放量分别占电力行业总排放量的35%和52%。国家发改委能源局局长赵小平算了一笔账，“现有的小机组若能够完全由大机组替代，一年可节能9000万吨标准煤，相应减少排放二氧化硫220万吨，少排放二氧化碳2.2亿吨。目前全国10万千瓦及以下小火电机组占火电装机比重达到29.4，这些小火电绝大部分是在我国电力供应较为紧张的“八五”、“九五”期间建设的，主要分布于经济发达地区和煤炭资源丰富的省份。加速关停小火电机组，一方面是保证节能降耗指标的完成，另一方面有助于保障大机组的开工率，促进电力产业结构改造升级。关停小火电机组是从国家大局出发，优化电力工业结构的重要举措，对提高电力工业的整体质量和效益，促进电力工业可持续发展具有十分重要的意义。发电厂二期工程电气部分设计 装机容量： 装机两台，总容量600MW； 机组年利用小时数： Tmax=6000小时 气象条件：发电厂所在地最高气温32，年平均气温565，最大风速25m/s 厂用电率：按6%考虑 220kV电压等级，架空线路2回与系统相连，系统电抗以100MVA为基准折算到220kV母线为0.028设计基本要求：确定发电厂电气主接线的最佳方案（包括主变压器型式、容量的选择）；确定发电厂厂用电接线的最佳方案；计算短路电流；事故保安负荷计算、电气设备的配置方案；电气设备的选择与校验；绘制有关图纸（电气主接线图、配电装置平面图与断面图等）；2 电气主接线2.1 概述主接线设计必须结合电力系统和发电厂的具体情况，全面分析有关因素，正确处理它们之间的关系，最后合理确定主接线的方案。2.1.1 电气主接线设计的重要性(1)电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。(2)电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。 2.2 电气主接线的基本形式结合本次设计的实际情况，初步拟定三种接线方案：单母线接线，其接线形式为图1图1单母线接线双母线接线，其接线形式为图2图2 双母线接线带旁路母线的双母线接线，其接线形式为图3图3 双母线带旁路针对以上主接线形式，进行技术经济比较，从而确定本次设计所采用的主接线形式为双母线接线。2.3 主变压器形式、容量、发电机型号的选择2.3.1 主变的选择100MW及300MW机组的主变选择根据电力工程电气设计手册电气一次部分规定“发电机与主变压器为单元接线时，主变压器的容量按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。”#1#2发电机主变压器的容量：原有一期为2*100MW机组，发电机具体参数见表2-1表2-1 #1#2发电机主变压器参数表型 号SFP7-12000/220额定容量（kVA）12000额定电压(kV)高压2422*2.5% 低压10.5空载电流(kA)0.9空载损耗（kW）118负载损耗（kW）385阻抗电压（%）13连接组编号Yn-d11二期为扩建工程，装机2*300MW，具体型号与参数见表2-2#3#4发电机主变压器的容量：厂用电率，取6%（MVA）表2-2 #3#4发电机主变压器参数型 号SFP10-400000/220额定容量（kVA）400000额定电压（kV)高压2422*2.5% 低压24空载电流(kA)0.9空载损耗（kW）118负载损耗（kW）385阻抗电压(%)15连接组编号Yn-d112.3.2 发电机组的选择一期：两台100MW机组,具体型号与参数见表2-3表2-3 #1#2发电机参数机 组#1、#2型 号QFS-100-2额定功率 (MW)100视在功率（MVA）117.5有功功率(MW)100出口电压 (V)10500电流 (A)6470转 速3000功率因数0.85频 率 (HZ)50次暂态电抗18.3冷 却 方 式定子 水内冷 转子 水内冷 铁心 空 冷二期：两台300MW机组，具体型号与参数见表2-4表2-4 #3#4发电机参数机 组#3、#4型 号T255-460额定功率 (MW)300额定容量（MVA）3882定子电流 (A)9339定子电压 (V)24000励磁电流 (A)2495励磁电压 (V)542功率因数0.85频 率 (HZ)50相数3相冷 却 方 式水氢氢定子线圈接线方式Y冷 却 方 式水氢氢绝缘等级F级3 高压厂用电接线3.1 概述厂用机械的重要性决定了厂用电的重要程度，应高度保证供电的可靠性和连续性。 设计厂用电接线方式时，对厂用电的电压等级、厂用电源及其引接等问题进行分析和论证；当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线简单。3.2 厂用电压等级及接线形式3.2.1 厂用电压等级按发电机容量确定高压厂用电压等级火力发电厂为300MW燃煤机组，采用6kV作为厂用高压电压；3.2.2 厂用电接线型式本次设计发电厂厂用电系统接线采用单母线分段接线形式，为了保证厂用电系统的供电可靠性和经济性，高压厂用电母线采用按锅炉分段的原则。 3.3 厂用电源及备用电源引接方式3.3.1 厂用电源引接方式厂用电源的取得方式主要决定于电气主接线的方式。本次设计采用发电机、变压器单元接线，厂用工作电源从主变压器的低压侧引接。火力发电厂，投入系统并联运行，发电机电压回路通过厂用高压变压器取得厂用高压工作电源，即使发电机组全部停止运行，仍可从电力系统倒送电能供给厂用电源。3.3.2 备用电源引接方式本次设计为300MW大型发电机组，为了确保机组安全和厂用电的可靠，设置备用电源，本次设计的备用电源是从220kV母线引接。3.4 高压厂用变、备用变压器的选择3.4.1 容量、型式的选择根据火力发电厂设计技术规程规定：高压厂用备用变压器或启动/备用变压器的容量不应小于最大一台高压厂用工作变压器的容量； 火力发电厂为两台300MW机组，所以设一台高压厂用/备用变压器根据300MW发电机组厂用负荷表选择厂用变压器和启动备用变压器如下：厂用变压器：型号：SFF10-50000/24kV 额定容量：50000/30000-30000kVA额定电压：2422.5/6.3-6.3kV 阻抗电压：18.5%备用变压器：型号：SFPFZ-50000/220kV 额定容量：50000/30000-30000kVA额定电压：23081.25/6.3-6.3kV 阻抗电压：20%3.5 厂用电接线图4 #4机计算负荷4.1 #4发电机保安段负荷统计每个单元机组事故停机时，同时运行的保安负荷额定功率。kW式中： 保安段上所接“连续”运行的保安负荷之和（kW） =683.1 kW 保安段上所接“定期”运行的保安负荷之和（kW）=343.2 kW 计算负荷=0.8*854.7=683.76kVA =*=683.76*0.86=588kW 式中： 计算负荷（kVA） 每个单元机组事故停机时，可能同时运行的保安负荷的额定功率之和（kW）K 计算系数，取0.8 计算负荷有功功率（kW） 计算负荷的功率因数，取0.86。柴油发电机容量选择发电机带负荷启动一台最大容量的电动机时短路过负荷能力校验，发电机在热状态下，能承受150%，时间为15S+(1.25-K)Pdm/1.5=683.76+(1.25*6.5-0.8)*37/1.5=636.52kVA式中：Pdm 最大电动机额定功率 （kW） 最大电动机的启动电流倍数，取0.65发电机连续输出容量应大于最大计算负荷。=683.76 kVA比较以上两种情况，容量较大为683.76 kVA，选择柴油发电机组容量为：=894 kVA=715kW柴油机输出容量的负荷持续一小时运行状态下输出功率校验：/1.1/=1.15*588/1.1/0.96=640.3 kW式中： 计算负荷的有功功率（kW） 发电机的效率，不低于0.96 a 柴油发电机的功率配合系数，取1.15柴油机首次加载能力校验：2.5*+2=482.5kW初始投入的保安负荷（旋转）额定功率之和（kW）=66.1KW初始投入的保安负荷（静止）额定功率之和（kW）=76KW启动负荷的电流倍数，取5启动负荷功率因数，取0.4最大电动机启动时母线上的电压水平校验：=/（+1.25）=894/（894+1.25*5*37*0.25）=93.9%75%式中： 发电机的暂态电抗（标么值），取0.25。5 短路电流计算5.1 元件电抗标么值计算及等值电路图元件电抗标么值计算：图5-1 系统等值电抗图Xs=0.028 S=100MVAX1=X2=0.108X3=X4=0.0375X5=X6=Xd*=0.183*=0.156X7=X8= Xd*=0.185*=0.052X9=X10=0.370X11=0.4005.2 220kV母线侧d 1点短路：图5-2 d1点短路等值电抗图转移电抗X=0.028 无穷大电源、短路电抗标么值为：I=35.714系统提供短路电流有名值：I= I*=8.965 kA1号发电机：X=X1+X5=0.108+0.156=0.264计算电抗：X=X*=0.264*=0.311查曲线，得各时刻短路电流周期分量标么值：0S: I=3.451 有名值：I=I*=3.451*=1.019 kA0.1S: I=2.954 有名值：I= I*=2.954*=0.872 kA0.2S：I=2.720 有名值：I= I*=2.720*=0.803 kA2S: I=2.330 有名值：I= I*=2.330*=0.688 kA4S: I=2.325 有名值： I= I*=2.325*=0.687 kA2号发电机与1号发电机相同冲击电流：I=*K* I=*1.85*1.019=2.666 kA3号发电机X=X3+X7=0.0895计算电抗：X=X*=0.0895*=0.316查曲线，得各时刻短路电流周期分量标么值：0S: I=3.447 有名值：I= I*=3.447*=3.054 kA0.1S I=2.934 有名值：I= I*=2.934*=2.599 kA0.2S I=2.702 有名值:I= I*=2.702*=2.394 kA 2S I=2.320 有名值：I= I*=2.320*=2.057 kA4S I=2.314 有名值：I= I*=2.314*=2.050 kA220KV母线上短路电流：=8.965+3.451*2+3.447*2=22.761 kA冲击电流：I=*K*=*1.85*22.761=59.541 kA4号发电机与3号发电机相同5.3 发电机出口侧d 2点短路根据图5-2结果：图5-3 d2点短路等值电抗图利用法，将阻抗标么值全部归算到24kV（发电机出口电压）化简网络：=+ =+ =35.714+2*3.788+26.667+11.173=81.130求各阻抗相对于短路点的转移阻抗X=X*X*=0.028*0.0375*81.130=0.085X=X=X* X*=0.264*0.0375*81.130=0.803X=X* X*=0.0895*0.0375*810130=0.272化简后，等值电抗图为：图5-4 d2点短路网络化简图X=0.085 无穷大电源，短路电抗标么值为： I=11.765 有名值：I=I*=11.765*=28.302 kA1号发电机X=0.803 计算电抗 X= X*=0.803*=0.945查曲线，得各时刻短路电流周期分量标么值：0S I=1.095 有名值：I= I*=1.095*=3.099 kA0.1S I=1.035 有名值：I= I*=1.035*=2.929 kA0.2S I=1.005 有名值：I= I*=1.005*=2.844 kA2S I=1.204 有名值：I= I*=1.204*=3.408 kA4S I=1.204 有名值：I= I*=1.204*=3.408 kA冲击电流 I=*K* I=*1.85*3.099=8.107 kA2号发电机与1号发电机相同4号发电机X=0.272 计算电抗：X= X*=0.272*=0.96查曲线，得各时刻短路电流周期分量标么值：0S I=1.087 有名值：I= I*=1.807*=9.229 kA0.1S I=1.029 有名值：I= I*=1.029*=8.736 kA0.2S I=1.000 有名值：I= I*=1.000*=8.490 kA2S I=1.197 有名值：I= I*=1.197*=10.164 kA4S I=1.197 有名值：I= I*=1.197*=10.164 kA冲击电流 I=*K* I=*1.85*9.229=24.142 kA3号发电机X=0.052 按无穷大电源处理I=19.231 有名值：I= I*=19.231*=67.873 kA厂用变低压侧短路（3号发电机厂用变）将各阻抗归算到6.3kV侧，根据图4已将各阻抗归算到24kV侧：5.4 发电机高压厂用变低压侧d 3点短路 图5-5 d3点短路等值电抗图利用法， =+ =+ =11.765+1.245+1.245+19.231+3.677+2.703=39.866求各阻抗相对于短路点的各阻抗：X=X*X*=0.085*0.370*39.866=1.254X=X=0.803*0.370*39.866=11.845X=X*X*=0.052*0.370*39.866=0.767X=X* X*=0.272*0.370*39.866=4.012化简后，等值电路图为：图5-6 d3点短路化简等值电抗图系统提供的短路电流：X=1.254 I=0.797有名值： I= I*=0.797*=7.308 kA1号发电机X =X=11.845 计算电抗 X= X*=13.9353.45按无穷大电源计算 I=0.072 有名值：I= I*=*=0.658 kA4号发电机X=4.012 计算电抗：X= X*=4.012*=14.163.45按无穷大电源处理： I= kA有名值： I= I*=*=2.284 3号发电机X=0.767 计算电抗：X= X*=0.767*=2.707查曲线，得各时刻短路电流周期分量标么值：0S: I=0.375 有名值：I= I*=0.375*=12.130 kA0.1S I=0.360 有名值：I= I*=0.360*=11.644 kA0.2S I=0.357 有名值：I= I*=0.357*=11.547 kA2.0S I=0.376 有名值：I= I*=0.376*=12.138 kA4.0S时的标么值与2.0S时相同冲击电流 I=*K* I=*1.85*12.130=31.731 kA电动机反馈电流 总容量取17MVA计算公式：I=K*I I=K*I*10= K10冲击电流计算公式：I=*1.1*K* IK:电动机反馈电流的冲击系数 12.5万以上机组取1.7计算各时刻的短路电流值：0S: I=K *I=1* K* I*10=1*5.7*=11.656 kA0.1S I=K* I=* K* I=0.20*5.7* I=2.331 kA0.2S I=K* I=* K* I=0.040*5.7 *I=0.463 kA2.0S时 I=04.0S时 I=0冲击电流I=*1.1*K* I=*1.1*1.7*11.656=30.835 kA5.5 高备变低压侧d 4点短路将各阻抗折算到6.3kV侧：根据图2图5-7 d4点短路等值电抗图化简等值电抗图：=+=35.71+3.788+3.788+11.173+11.17+2.5=68.136求各点相对于短路点的转移阻抗：X=X*X*=0.028*0.4*68.136=0.763X=X* X*=0.264*0.4*68.136=7.195 X= X=7.195X=X* X*=0.0895*0.4*68.136=2.442 X= X=2.442化简后等值电抗图 图5-8 d4点短路化简等值电抗图系统提供的短路电流：X=0.763 I=1.311有名值： I= I*=1.311*=12.011 kA1号发电机：X=7.195 计算电抗：X= X*=7.195*=8.4653.45按无穷大电源处理：I= 有名值：I= I*=*=1.274 kA2号发电机与1号发电机相同冲击电流：I= *K*I=*1.85*1.274=3.333 kA3号发电机：X=2.442 计算电抗： X= X*=2.442*=8.6193.45按无穷大电源处理：I= 有名值：I= I*=*=3.753 kA电动机的反馈电流与厂用变低压侧短路时相同。6 电气设备的配置6.1 电流互感器的配置电流互感器是一种小型的变流器，其一次绕组串接于电力系统的一次回路，二次绕组与仪表或继电保护或自动装置的电流线圈相串联。发电机两侧装设电流互感器。所有装设断路器的回路均装设电流互感器。励磁变压器两侧装设电流互感器。6.2 电压互感器的配置电压互感器是一种小型的变压器，其一次绕组并接于电力系统的一次回路，仪表或继电保护或自动装置的电压线圈并接与二次绕组。220kV电压等级的每组主母线的三相上装设电压互感器。监视和检测线路侧有无电压，出线侧的每一相上装设电压互感器。发电机出口装设电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。厂用变高压侧装设电流互感器。6.3 避雷器的配置 220kV变压器到避雷器的电气距离超过允许值，在变压器附近增设一组避雷器。单元连接的发电机出线装设一组避雷器。SB6m全封闭电器的架空线路侧装设避雷器。6.4 继电保护的配置6.4.1 发电机保护本厂是300MW的大容量机组，且发电机与变压器之间没有断路器，所以除发电机变压器组共用纵联差动保护外，发电机还装设单独的纵联差动保护；100%的定子接地保护；本次设计采取发电机定子绕组为星形接线且中性点侧有分支引出端，所以设匝间保护；发电机外部短路引起的过电流，采用负序过电流保护； 励磁绕组过负荷：采用励磁绕组过负荷保护。6.4.2 电力变压器保护主变压器的保护：纵联差动保护瓦斯保护电流速断保护过电流保护 高压厂用工作变压器的保护：纵联差动保护瓦斯保护单相接地保护电流速断保护高压厂用起动（备用）变压器的保护：纵联差动保护瓦斯保护6.5 自动装置的配置本电厂的自动装置配置有以下几种：备用电源自动投入装置自动重合闸装置本电厂的220kV母线，由于都装设有断路器，所以都装设自动重合闸装置。自动准同期装置自动调节励磁装置和自动灭磁装置7 电气设备的选择电气设备要可靠接地，必须按正常工作条件进行选择，按短路状态来校验热稳定和动稳定。(1)额定电压电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即：(2)额定电流电气设备的长期允许电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即 7.1 断路器、隔离开关的选择本设计为300MW大型火力发电机，要求运行的可靠性高，短路时间内不能检修，SB6m断路器满足以上的要求，因此选定SB6m断路器。额定电压和额定电流的选择：电网的额定电压：电气设备的额定电压：，即最大负荷电流：电气设备的额定电流：即：短路热稳定校验=*4=1395.658结合本设计的具体要求，断路器的选择结果见表7-1：表7-1 六氟化硫断路器参数 SB6m245计 算 资 料额定工作电压UN220kVUNs220kV额定工作电流IN2500AImax1036A额定开段电流Inbr40kAI22.761kA短路关合电流INCI125kAish55.541A热稳定校验It6400kAQd1395.658k动稳定校验ies100kAish55.541kA经比较各项指标均满足要求。7.1.1 隔离开关的选择隔离开关的有关计算数据同断路器的计算数据是一致的，因此，在此选择隔离开关时可以参考断路器的的数据：高压隔离开关具体参数见表7-2表7-2 高压隔离开关参数 出线侧 GW7220计 算 资 料额定工作电压220kV220KV额定工作电流2000AImax1036A热稳定校验It6400kAQd1395.658k动稳定校验 i100kAish 55.541kA 母线侧 GW6220计 算 资 料额定工作电220kV220kV额定工作电1250AImax1036A热稳定校验It6400kAQd1395.658k动稳定校验 i100kAish55.541kA比较各项指标均满足要求。7.2 互感器的选择7.2.1 电流互感器的选择发电机出口=24kV=7577.95A选用LRZB245P20，电流比：12000/5A。发电机接地侧与出口侧电流互感器的型号一致。220kV进出母线。=220kV=1102.25A选用LGBJ220，电流比：21200/5A。厂用变压器的高压侧。=24kV=1262.99A选用LZZBJ910，电流比：4000/5A。厂用变压器低压侧与厂用变压器高压侧电流互感器的型号一致。备用变压器高压侧。=220kV=137.78A选用LGBJ220，电流比：2*750/5A。7.2.2 电压互感器的选择具体参数见表7-3表7-3 电压互感器参数型号初级绕组次级绕组220kV母线电压互感器TYD220/-0.0045220/0.10/300MW机组电压互感器JDZJ -2424/0.1厂用变低电压侧互感器JDZJ-66/0.1/7.2.3 避雷器选择具体参数见表7-4表7-4 避雷器参数型号额定电压有效值300MW机组变压器高压侧Y10W5-200/520200300MW机组变压器中性点Y1.5W5-146/320146300MW机组发电机Y5W1-25-53.425220KV母线Y10W5-200/5202007.3 母线的选择7.3.1 母线选择按持续工作电流选择式中导体的长期允许载流量（A）；回路的持续工作电流（A）。7.3.2 220kV母线选择按最大持续工作电流选择： 根据母线工作电压并考虑电晕效应，选择铝锰合金管型导体LDRE 130/116。主母线参数为：导体截面 2705导体最高允许温度时的载流量 3511A(70)/2976（80）截面系数 79.0惯性矩 513惯性半径 4.36cm导体系数 2.73 g/m弹性系数 7.1104 N/mm2最大允许应力 8820N/cm自重 7.38kg/m27.3.3 封闭母线的选择本设计为300MW机组，采用全连式分相封闭母线。根据本设计工程的实际状况及与300MW的发电机配套方案，对封闭母线选择其技术参下表7-5封闭母线的参数参数300MW额定电压(kV)24主回路额定电流(A)25000外壳尺寸(mm)10508导体尺寸(mm)50012分支回路额定电流(A)2500外壳尺寸(mm)6505导体尺寸(mm)150108 配电装置配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，在电力系统中起着接受和分配电能的作用。8.1 220KV屋外配电装置设计火力发电厂的配电装置型式选择，考虑所在地区的地理情况和环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行、检修和安装的要求，通过技术经济比较确定。本次设计高压配电装置采用屋外分相中型配电装置式。8.2 分相中型配电装置的特点所谓分相布置系隔离开关是分相直接布置在母线的正下方。减小母线相间距离降低构架高度节约占地面积接线简单、清晰。屋外配电装置平面图、断面图见图纸。32附录序号负荷名称额定容量(kW)安装台数备用台数总容量(kW)连续定期启动时间负荷性质瞬时启动台数容量(kW)台数容量(kW)瞬时延时旋转静止旋转负荷静止负荷1#4发电机密封油主油4发电机密封油交流备用油泵7.517.517.5117.53#4机顶轴油泵303160260224#4机盘车37137137115#4机交流润滑辅助油泵30130130116#4机定子水冷装置水泵37137137117#4机EH油泵302130130118#4机滤油泵11111119#4机EH冷却油泵212121110#4机电动给水泵辅助油泵5.53111211221111#4机炉空预器火灾报警控制器3232622612#4炉磨煤机润滑油泵7.55130430443013#4炉磨煤机润滑油站加热器1851904904414#4机UPS电源（kVA）801801801115#4机110V蓄电池电源（kVA）252502502216#4机220V蓄电池电源（kVA）501501501117#4机热控锅炉电动门配电箱601601601118#4机热控汽机电动门配电箱1601601601119