毕业设计56火力发电厂电气部分设计毕业设计

电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 1 摘 要 由 发电 、 变电 、 输电 、 配电 和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的 一次能源 通 过发电动力装置转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。 电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配 电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。 电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域，而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的 75%。本文是对配有 4 台 200MW 汽轮发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计。包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动 /备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验 ; 并作了变压器保护。 关键词 ： 发电厂；变压器；电力系统；继电保护；电气设备 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 2 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 电力系统概述 . 1 1.2 毕业设计的主要内容及基本思想 . 1 1.2.1毕业设计的主要内容、功能及技术指标 . 2 1.2.2毕业设计的基本思想及设计工作步骤 . 2 2 4*200MW 火力发电厂电气主接线的确定 . 4 2.1 概 述 . 4 2.1.1电气主接线设计的重要性 . 4 2.1.2电气主接线的设计依据 . 4 2.1.3电气主接线的主要要求 . 5 2.2 电气主接线的选择 . 5 2.2.1主接线的基本形式 . 6 2.2.2主接线的设计 . 10 2.2.3方案的选择 . 13 3 火电厂发电机、变压器的选择 . 15 3.1 主变压器和发电机中性点接地方式 . 15 3.1.1电力网中性点接地方式 . 15 3.1.3 发电机中性点接地方式 . 16 3.2 发电机的选型 . 16 3.2.1 简介 . 16 3.2.2 选型 . 16 3.3 变压器的 选型 . 17 3.3.1具有发电机电压母线的主变压器 . 17 3.3.2单元接线的主变压器 . 19 3.4 电气设备的配置 . 19 4 火力发电厂短路电流计算 . 21 4.1 概 述 . 21 4.1.1短路的原因及后果 . 21 4.1.2短路计算的目的和简化假设 . 22 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 3 4.2 各系统短路电流的计算 . 22 4.2.1短路计算的基本假定和计算方法 . 22 4.2.2电抗图及电抗计算 . 23 4.2.3短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算 . 24 5 火电厂一次设备的选择 . 32 5.1选择电气一次设备遵循的条件 . 32 5.1.1按正常工作条件选择 . 32 5.1.2按短路条件进行校验 . 34 5.2 电气设备的选择 . 35 5.2.1系统各个回路的最大工作电流 . 35 5.2.2高压断路器的选择 . 37 5.2.3高压隔离开关的选择 . 43 5.2.4互感器的选择 . 49 5.2.5电抗器的选择 . 56 5.2.6导线及电缆的选择及校验 . 58 5.2.7避雷器的选择 . 64 6 变压器的继电保护 . 66 6.1 概述 . 66 6.1.1电力系统继电保护的基本任务 . 66 6.1.2电力变压器的继电保护 . 66 6.2 变压器继电保护 的整定计算 . 68 6.2.1 纵联差动保护的整定计算 . 68 6.2.2过电流保护的整定计算 . 72 7 结 论 . 74 参考文献 . 75 英文原文 . 75 英文翻译 . 96 致 谢 . 108 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 1 1 绪 论 1.1 电力系统概述 由 发电 、 变电 、 输电 、 配电 和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的 一次能源 通 过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷 中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持 与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约 了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、 控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。 电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度 ,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供 ，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。到 2003 年底，我国发电机装机容量达38450 万千瓦，发电量达 19080 亿度，居世界第 2 位。工业用电量已占全部用电量的50 70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。 电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。 我国 的电力系统从 50年代开始迅速发展。到 1991年底， 电力系统装机容量为 14600万千瓦，年发电量为 6750 亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路以 220 千伏、 330 千伏和 500 千伏为网络骨干，形成 4 个装机容量超过 1500 万千瓦的大区电力系统和 9 个超过百万千瓦的省电力系统，大区之间的联网工作也已开 始。此外， 1989 年，台湾省建立了装机容量为 1659 万千瓦的电力系统。 1.2 毕业设计的主要内容及基本思想 本次毕业设计的主要内容是一个 4*200MW 火力发电厂的电气部分设计。在这次设计中一共分通过以下几个步骤来五年成本次的设计任务。 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 2 1.2.1 毕业设计 的主要内容、功能及技术指标 1、电厂规模： 装机容量 : 装机 4台，容量分别为 4X200MW, UN=10.5KV 机组年利用小时数 : Tmax=6200h 气象条件：年最高温度 40度，平均气温 25 度，气象条件一般，无特殊要求 厂用电率： 8%。 2、主要技术指标： （ 1） 保证供电安全、可靠、经济； （ 2） 功率因数达到 0.9及以上 3、 主要内容： （ 1） 确定主接线： 根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的2 3 个方案，经过技术经济比较，确定最优方案。 （ 2） 选择主变压器：选择变压器的容 量、台数、型号等。 （ 3） 短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，选择短路计算点，绘制等值网络图，计算短路电流，并列表汇总。 （ 4） 电气设备的选择：选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号、数量汇总成设备一览表； （ 5） 主变压器继电保护的整定计算及配置 1.2.2 毕业设计的基本思想及设计工作步骤 1、主接线的设计 发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 电 气主接线的设计原则是：应根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。 2、主变压器的选择 发电厂 200MW 及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足 DL5000 2000火力发电厂设计技术规程的规定：“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负 荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 3 650C 的条件进行选择”。 3、短路电流的计算 短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。 短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式及设备选择。工程要求系统调度或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的的综合阻抗值，由电气专业负责计算。 进行短路计算的目的是 为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。 三相短路是危害最严重的短路形式，因此，三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依据。 4、电气设备的选择 选择并校验 断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号 正确的选择电气设备的目的是为了事导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、及经济合理的运行、在进行设备选择时，应根据工程实际情况、在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采取新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。 5、主变压器继电保护的设计 继电保护是保证系统安全和设备可靠运行的关键装置之一。当电力系统和设备发生故障时，继电保护应准确、可靠快速的切出故障，保证系统和设备的安全发供电，并能保证其他设备的正常 继续运行。 为防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失以及保证电力系统安全连续运行，变压器应设置相应的保护。 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 4 2 4*200MW 火力发电厂电气主接线的确定 2.1 概 述 电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影 响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的方案。 发电厂的电气主接线是保证电力网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 2.1.1 电气主接线设计的重要性 首先，电气主接线图示电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，因此电气运行人员必须熟悉本厂电气主接线土，了解电路中各种电器设备的用途、性能及维护、检察项目和运行的步骤。其次，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。电气主接线直接关系着全厂电气设备 的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定。是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。再次，由于电能生产的特点是：发电、变电、书电荷用电视在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，也直接影响到工农业生产和人民生活。 所以电气主接线的拟定是一个综合性的问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，安全可靠。 2.1.2 电气主接线的设计依据 1、发电厂在电力系统中的地位和作用 电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备 电厂三种类型。大型主力或电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入 300-500KV 超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入 110-220KV 系统，也有接入 330KV 系统；企业自备电厂则以本企业供电供热为主，并与地区 110-220KV 系统相连。中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 5 2、负荷大小和重要性 （ 1） 对于一级负荷必须有两个独立电源供电，切当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。 （ 2） 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。 （ 3） 对于三级负荷一般只需一个电源供电。 2.1.3 电气主接线的主要要求 电气主接线的设计原则是：根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。 （ 1） 可靠性：衡量可靠的标准，一般是根据主接线型式机主要设备操 作的可能方式，按一定的规律计算出“不允许”事件发生的规律，停运的持续时间 期望值等指标，对几种主接线型式中择优。所谓“不允许”事故，是指发生故障后果非常严重的事故，如全部电源津县停运、朱变压器停运，全场停电事故等。供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。 （ 2） 灵活性：是指在调度时，可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以极特殊运行方式下的系统电镀要求；在检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，而不致影响电力网的运行和对用户的供电；在扩建时，可以容易的从初期接线扩建到最终接线，在不影响连接供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路，并对一次和二次部分的改建工作量最少。在操作时间便、安全、不易发生误操作的“方便性”。 （ 3） 主接线应在满足供电可靠性、灵活性要求的前提下做到经济性。即： 主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器等一次设备，要是控制、保护不过于复杂，要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。做到投资省。合理的选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变等）容量、台数，避免两次变压而增加电能的损失。电器主接线选择时要为配电装置的布置创造 条件，尽量使占地面积减少。 2.2 电气主接线的选择 发电厂的主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和引出线。母线（又称汇流 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 6 母线）是中间环节，它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好几倍，故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换，还可以使接线简单明了和运行方便。 2.2.1 主接线的基本形式 1、单母线接线 只有一组母线的接线如图 1-1 所示是一个典型的单母线接线图。这种接线的特点是电源和供电线路都联在同一母线上。为了便于投入或切除任何一条进、出引线每条引线上都装有 可以切除符合电流和故障电流的断路器。 单母线接线的主要优点是：接线简单、清晰、采用设备少，投资省，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。单母线接线一般只适用于一台发电机或一台变压器的以下三种情况： （ 1） 6 10KV 配电装置的出线回数不超过 5 回； （ 2） 35 63KV 配电装置的出线回数不超过 3 回； （ 3） 110 220KV配电装置的出线回数不超过 3回。 单母线接线最严重的缺陷是母线停运（母线检修、故障，线路故障后线路保护或断路器拒运）将使全部支路停运，即停电范围为该母线段的 100%，且停电 时间很长，若为母线自身损坏须待母线修复之后方能恢复各支路运行。 T 2T 1电 源母 线线 路单 母 线 接 线 单 母 线 分 段 接 线T 1 T 2图 2 - 1 图 2 - 2隔离开关作为操作电器，所以断路器和隔离开关在正常运行操作时，必须严格遵守操作顺序；隔离开关“先合后断”或在等电位状态下进行操作。 2、单母线分段接线 单母线接线的缺点可以通过将母线分段的办法来克服。如图 2-2 所示。当母线的中间装设一个断路器后，即把母线分为两段，这样对重要的用户可以由分别接于两段母线 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 7 上的两条线路供电。 由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经 济、方便等基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点，所以这种接线目前仍被广泛应用。单母线分段接线适用范围： （ 1） 6 10KV配电装置的出线回数为 6回及以上时； （ 2） 35 63KV配电装置的出线回数为 4 8回时； （ 3） 110 220KV配电装置的出线回数为 3 4回时。 单母线分段有其如下优点：用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同的段引出两条回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 但是单母线分段接线也有较显著 的缺点，就是当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电；当出线为双回路时，需时架空线路出现交叉跨越；扩建时须向两个方向均衡扩建。显然对于大容量发电厂来说，这都是不允许的。因此，还要改进。 3、双母线接线 双母线接线是根据单母线接线的缺点提出来的，如图 2-3所示。双母线接线，其中一组为工作母线，以组为备用母线，并通过母联断路器并联运行，在进行道砟操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电位下操作或先通后断。它可以有两种运行方式，一种是固定连接分段运行方式。即一些电源 与出线固定连接在一组母线上，母联断路器合上，相当于单母线分段运行。另一种工作方式相当于单母线运行方式。很显然双母线分段的可靠性高于前两种接线方式，只是母线保护较复杂。然而它比单母线分段接线的投资更大。 电 源 1 电 源 2图 2 - 3 双 母 线 接 线如检修工作母线是其操作步骤是：先合上母线断路器两侧的隔离开关，再合母线断路器，向备用线充电，这是两组母线等电位。为保证不中断供电，应先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关。完成母线转换后，在断开母联断路器及其 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 8 两侧的隔离开关，即可对 原工作母线进行检修。 双母线接线的适用范围： （ 1） 6 10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时； （ 2） 35 63KV配电装置的出线回数超过 8回火连接电源较多、负荷较大时； （ 3） 110 220KV 配电装置的出线回数为 5 回以上时，或 110 220KV 配电装置，在系统中居重要地位，出线回数在 4回以上时。 双母线接线的优点有： a 供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。 b 调 度灵活。各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。 c 扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线单位电源和符合均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以至界限不同的母线断路时不回如单母线分段那样导致出线交叉跨越。 d 便于实验。当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。 双母线接线也有其缺点： a 增加一组母线和使每回路就须加一组母线隔离开关。 b 当母线故障或检修时隔离开关 作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需要隔离开关和断路器之间装设连锁装置。 3 5 - 3 3 0 K V3 5 - 2 2 0 K V 1 1 0 - 3 3 0 K V1 1 0 - 3 3 0 k v 变 电 所（ a ）( b ) ( c ) 图 2 - 4 单 元 接 线4、变压器 -线路单元接线 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 9 发电机和变压器直接连接成一个单元，组成发电机 -变压器组，称为单元接线。单元接线的特点是几个元件直接单独连接，其间没有任何横的联系（如母线等），这样不仅减少了电器的数目，简化了配电装置的结构和降低了造价，同时也大大减少了故障的可能性。 （ 1）发电机 -双绕组变压器组成的单元接线。在图 2-4（ a）和（ b）中，发电机和变压器成为一个单元组，电能经升压后直接进入高压电网。这种接线由于发电机和变压器都不能单独运行，因此，二者的容量应当相等。单元接线的基本缺点是原件之一损坏或检修时，整个单元将被迫停止工作。这种接线形式适用于大型的发电厂。 （ 2）发电机 -变压器 -线路单元接线。如图 2-4（ c）所示，这种接线不需在发电厂或变电所中建造高压配电装置，从而大大减小了占地面积与造价，并简化了运行。但这种接线的采用却具有相同的局限性，线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时，线路停运。 5、桥型接线 W L1W L2W L1W L2Q F1Q F2Q F3T1T2Q F1Q F2Q F3 T1T2( a ) ( b ) 图 2 - 5 前 形 接 线（ a ） 内 桥 式 （ b ） 外 桥 式 两个“变压器 -线路”连接，便构成桥型接线。桥型接线分为内桥接线和外桥接线两种，如图 2-5所示。 (1) 内桥型接线 优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。 缺点： a 变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运。 b 桥联断路器检修时，两个回路需解裂运行。 c 出线断路器检修时，线路需较长时期停运。为避免此缺点，可加装正常段开运行的跨条，为了轮流停电检修任何一组隔离开关，再 跨条上需加装两组隔离开关。桥联断路器检修时，也可利用此跨条。 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 10 适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情况下。 (2) 外桥型接线 优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。 缺点： a 线路的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。 b 牵连断路器检修时，两个回路需解裂运行。 c 变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。为避免此缺点，可加装正常段开运行的跨条，桥联断路器检修时也可 利用此跨条。 适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器切换或线路较短时，故障率较少的情况下。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥型接线。 2.2.2 主接线的设计 1、毕业设计的技术背景和设计依据 （ 1） 电厂规模： 装机容量 : 装机 4台，容量分别为 4X200MW, UN=10.5KV 机组年利用小时数 : Tmax=6200h 气象条件：年最高温度 40度，平均气温 25度，气象条件一般，无特殊要求 厂用电率： 8%。 （ 2） 出线回数： a.10KV电压等级： 15km电缆馈线 10回，每回平 均输送容量 1.8MW。 10KV最大负荷20MW,最小负荷 16MW,cos =0.85, Tmax=5300h，为类、类负荷。 b. 110KV 电压等级： 60km 架空出线 6 回，每回平均输送容量 11MW。 110KV 最大负荷 70MW,最小负荷 60MW,cos =0.8, Tmax=5000h，为类负荷。 c.220KV电压等级： 150km架空线 2回， 220KV 与无穷大系统连接，接受该发电厂的剩余功率。当取基准容量为 100MV.A时，系统归算到 220KV母线上的 。 2、主接线的方案 （ 1） 方案一 a.220KV电压等级的方案选择。 由于 220KV 电压等级的电压馈线数目是 2 回，所以 220 KV 电压等级的接线形式可以选择单母线接线形式 。由于单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，采用设备少、投资省、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备装置，所以 220 KV电压等级的接线形式选择为单母线接线 。 b.110KV电压等级的方案选择。 由于 110KV 电压等级的电压馈线数目是 6 回，所以在本方案中的可选择的接线 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 11 形式是单母线分段接线。单母线的优点如下：母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两 个电源供电；一段母线故障（或检修） 时，仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作。 c.10KV电压等级的方案选择。 由于 10KV 电压等级的电压馈线数目是 10 回，所以在本方案中的可选择的接线形式是单母线分段接线。用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同的段引出两条回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 所以可以将主接线形式表示如图 2-6所示。 2 #1 #3 #4 #1 0 K V1 1 0 K V2 2 0 K V图 2-6 方案一接线图 （ 2） 方案二 a.220KV电压等级的方案选择。 由于 220KV 电压等级的电压馈线数目是 2 回，所以 220 KV 电压等级的接线形式可以选择单母线接线形式 。由于单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，采用设备少、投资省、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备装置，所以 220 KV电压等级的接线形式选择为单母线接线 。 b.110KV电压等级的方案选择。 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 12 由于 110KV 电压等级的电压馈线数目是 6 回，所以在本方案中的可选择的接线形式是双母 线接线形式。由于双母线接线的可靠性和灵活性高，它可以轮流检修母线，而不中断对用户的供电；当检修任意回路的母线隔离开关时，只需断开该回路；工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，从而使用户迅速恢复供电；可用母联断路器代替任意回路需要检修的断路器，在种情况下，只需短时停电；在个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分离出来，并单独接至备用母线上。双母线接线形式正好克服了单母线分段接线形式的缺点，所以在大、中型发电厂中这种接线形式被广泛应用。 2 #1 #3 #4 #1 0 K V1 1 0 K V2 2 0 K V 6 回图 2-7 方案二接线图 c.10KV电压等级的方案选择。 在方案二中的 10KV 电压等级的接线形式仍然选择单母线分段接线形式。因为在进行主接线的设计中，必须时时刻刻考虑到可靠性、灵活性和经济行动要求。 （ 3）方案三 方案三的电气主接线形式在 220KV 电压等级的方案选择和 110KV 电压等级的方案选择基本相同，在这里就不再作详细的介绍。唯一不同的是在 10KV 电压等级上将原来方案一的 220KV电压等级两个上的发电机组全部放置到了 10KV电压等级上，具体到电气接 线图如图 2-8所示。 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 13 2.2.3 方案的选择 设计发电厂的电气主接线时，首先应按技术要求确定可能选用的方案。当有多个方案在技术上相当时，则需进行经济比较。 技术上可行方案的选择 设计发电厂主接线时在技术上应考虑的主要问题是： 1）保证全系统运行的稳定性，不应再本厂、站内的故障造成系统的瓦解； 2）保证负荷、特别是重要负荷供电的可靠性及电能质量； 3）各设备、特别要注意高、中压联络变压器的过载是否在允许范围内。 1 1 0 K V1 0 K V图 2-8 方案三接线图 在上述三种方案中，他们在技术上都是有显著差异的，在不同的技术等级中，都有差异。单母线分段在投资上是比双母线接线的投入要小的，而双母线接线的可靠性又比单母线分段接线的可靠性高。根据设计任务书中的要求，在 110KV 电压等级上的出线 上为二类负荷，对这类用户可以进行短暂的停电，并不会造成人身危险以及设备的破坏，也不会给国民经济带来巨大的损失或造成巨大的政治影响。综合考虑，则选择单母线分段的接线形式。 在方案一和方案三的比较中，不同的地方是将方案三中的两台发 电机直接接入220KV 的系统中，原因有二，其一是当把斯泰发电机接入 10KV 母线上浪费，在 10KV 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 14 母线上有两台发电机已经足够；其二是 220KV 电压等级与无穷大系统连接，接受该发电厂的剩余功率。所以考虑将剩余两台发电机通过发电机 -变压器接线方式连接到220KV系统中。由于发电机 -变压器接线方式单元性强，可在机组单元控制室集中控制，不设网控室，使运行管理较灵活方便 通过对三种方案的比较，并且连同电气主接线的设计原则即可靠性、经济性和灵活性的综合考虑，选择出的最优方案是方案一。 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 15 3 火电 厂发电机 、变压器的选择 3.1 主变压器和发电机中性点接地方式 3.1.1 电力网中性点接地方式 选择电力网中性点接地方式是一个综合性问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。电力网中性点接地方式有以下几种： 1、中性点非直接接地 a.中性点不接地 中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。但由于过电压水平较高，要求 有较高的绝缘水平，不宜用于 110KV 及以上电网。 中性点消弧线圈接地 当接地电容电流超过允许值时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过电压。 中性点经高电阻接地 当接地电容电流超过允许值时，也开采用中性点经高电阻接地。此接地方式降低弧光间隙接地过电压，同时可以提供足够的电流和零序电压，使接地保护可靠动作，一般用于大型发电机中性点。 b.中性点直接接地 直接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备需立即切除，增接了断路器的负担，降低了供电的连续性。但由于过电压较低 ，绝缘水平可下降，减少了设备的造价，特别是在高压和超高压电网，经济效益显著。故适用于 110KV及以上电网中。 3.1.2 变压器中性点接地方式 电力网中性点接地方式，决定了主变压器中性点接地方式。 主变压器的 110-500KV 侧采用中性点直接接地方式 （ 1） 凡是自耦变压器，其中性点需要直接接地或经小阻抗接地。 （ 2） 凡中、低压有电源的升压站和降压变电所至少应有一台变压器直接接地。 （ 3） 终端变电所的变压器中性点一般不接地。 （ 4） 变压器中性点接地点的数量是电网所有短路点 的综合零序电抗与综合正序电抗之比小于三，以使单相接地时健全相上工频过电压不超过阀型避雷器的灭弧电压。 （ 5） 所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地，以便于运行调度灵活选择接 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 16 地点。当变压器中性点可能断开运行时，若该变压器中性点绝缘不是按线电压设计，应在中性点装设避雷器保护。 （ 6） 选择接地时应保证任何故障形式都不应使电网节烈成为中性点不接地的系统。双母线接线有两台以上主变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。 3.1.3 发电机中性点接地方式 发电机中性点采用非直接接地方式 发电机 钉子绕组发生单相接地故障时，接地点流过的电流后是发电机本身及其引出回路所连接元件的对地电容电流。 本次设计采用发电机中性点经消弧线圈接地方式。由于它适应于单相接地电流大于允许值的中小机组或 200MW 及以上大机组。消弧线圈可接在直配线发电机的中性点上。当发电机为单元接线时，则应接在发电机的中性点上。 3.2 发电机的选型 3.2.1 简介 汽轮发电机由汽轮机直接耦合传动。励磁机是向汽轮发电机提供励磁的设备。 1. 冷却方式 采用的冷却方式，定子绕组和转子有空冷、水内冷和氢冷等。在转子氢内冷 系统中，又有轴向通风等多种方式。 2. 励磁方式 发电机容量在 100MW 以上的普遍采用同轴交流励磁机经静止半导体整流励磁方式。 3.2.2 选型 1.选择型号 QFSN 200-2 型号含义； 2 2 极 200 额定容量 N 氢内冷 F 发电机 Q 汽轮机 S 水内冷 2.QFSN 200 2型汽轮发电机主要参数 电子发烧友 电子技术论坛 兰州理工大学毕业设计说明书 17 视在功率 （ MVA） 有功功率（ MW） 电压（ V） 电流（ A） 功率因数 cos 235 200 15750 8625 0.85 本次设计题目为 4 200MW的火力发电厂电气部分的设计。由于装机容量 : 装机 4台，容量分别为 4X200MW, UN=10.5KV，所以可以选取的发电机台数有四台。考虑到汽轮机的最大连续进汽量工况出力系制造厂为补偿制造偏差和汽轮机等老化所留的余度，也即汽轮机不宜在此工况下长期连续运行，所以，发电机的最大连续出力在功率因数和氢压为额定值时与汽轮机的最大连续出力配合即可。 3.3 变压器的选型 电力变压器（文字符号为 T或 TM），根据国际电工委员会的界定，凡是三相变压器的额定容量在 5KVA 及以上，单相的在 1KVA 及以上的输变电用变压器，均成为电力变压器。电力变压器是发电厂和变电所中重要的一次设备之一，随着电力系统电压等级的提高和规模的扩大，电压升压和降压的层次增多，系统中变压器的总容量已达发电机容量的 7-10倍。可见，电力变压器的运行是电力生产中非常重要的环节。 主变压器 在电气设备投资中所占比例较大，同时与之相适应的配电装置，特别是大容量、高电压的配电装置的投资也很大。因此 ，主变压器的选择对发电厂、变电所的技术性影响很大。例如，大型大电厂高、中压联络变压器台数不足（一台）或者容量不足将导致电站、电网的运行可靠性下降，来年络变压器经常过载或被迫限制两级电网的功率交换。反之。台数过多、容量过大将增加投资并使配电装置复杂化。 发电厂 200MW 及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足 DL50002000火力发电厂设计技术规程的规定：“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变