发电厂电气部分课程

1、目录摘要第1章设计任务第2章电气主接线图2.1电气主接线的叙述2.2电气主接线方案的拟定2.3电气主接线的评定第3章短路电流计算3.1概述3.2系统电气设备电抗标要值的计算3.3短路电流计算第4章电气设备选择4.1电气设备选择的一般规则4.2电气选择的技术条件4.2.1按正常情况选择电器4.2.2按短路情况校验4.3电气设备的选择4.3.1断路器的选择4.3.2隔离开关的选择4.3.2电流互感器的选择第5章 设计体会及以后改进意见参考文献摘要由发电、变电、输电、和用电等环节组成的电能生产与消费系统，他的功能是将自然界 的一次能源通过发电动力装置转化为电能，再经过输、变电系统及配电系统将电能供应

2、到个 负荷中心。电气主接线是发电厂、变电所电气设汁的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。主接线的确定对整个电力系统及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相 关。并且对电气设备的选择、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、生活的齐个领域。而在我国电源结构中火力设备的容量占 总装机容量的75%。本文是对有2台50MW和2台300MW汽轮发电机的大型火电厂的一 次部分的初步设计、主要完成电气主接线的设计。包括电气主接线的形式比较、选择：主变 压器、启动/备用变压器和厂用高压变压器的计算、台数、型号的选择；短路电流的讣算和 高压电气设备的

3、选择与校验；并做了变压器保护装置【关键词】发电厂、变压器、电力系统、继电保护、电气设备。电力系统故【每年新设讣的电力设备都是系统的可靠性不断提髙，然而，设备的使用不当以及一些偶 然遇到的外在因素均会导致系统故障的发生。发生故障时，电流、电压变化的不正常，从电 厂到用户的送点在相当大得内不令人满意。此时若故障设备不立即从系统中切除的话，则会 造成其他运行设备的损坏。故障时由于有意或无意地两个或更多的导体接触造成的，导体间本来是有电流存在的而 这种接触可能是金属性接触，也可能是电弧引起的。如果是前者造成的故障，则两部分导体 之间电压下降为零；若为后者，则电压便得很低，超长的大电流经过网络留至故障处

4、。此短 路电流通常会大大超岀导线以及供电发电机的热承受能力，苴结果，温度的升髙会导致导体 烧毁或绝缘焦化。在允许的期限内，最靠近故障处的电压会变的很低，致使用电设备无法运 行。显然，系统设计者必须事先考虑到故障可能发生在什么地方，能够推测出故障期间的各 种情况，提供调巧好的设备，以使驱动为将故障设备切除所必须断开的开关能够跳闸。通常 希望此时系统无英他开关打开，否则会导致系统线路不必要的修改。过负荷与故障是两个概念。过负荷仅指施加于系统的负荷超过了设计值。发生这种情况 时，过负荷处的电压可能很低，但并不等于零。这种电压不足的情形可能会超过过负荷处蔓 延一左距离，进而影响系统其他部分。过负荷设备

5、的电流变大而超过预定的热极限，但是这 种情况比发生故障时的电流要小。此时，供电虽然往往能维持，点电压较低。过负荷的情况在家里发生，例如请街坊邻居聚会时，女主人可能会将五个化夫饼干烘烤 器的插头同时插入厨房的插座，诸如此类的过负荷倘若不能迅速处理的话，就会造成电力线 发热甚至酿成火灾。为了避免这种情况的发生，须采用保险丝或断路器来保护住宅区电路免 受损坏。断路器会在电流超出预定值时迅速切断电路。当用户安装的用电器增加时，也会超 过变压器负荷能力，因此有必要不时地监视配电线路以确保在负荷增加时变压器的容量也相 应增加。电力系统会发生各种类型，由各种原因引起的故障。我们在家看到过破损的照明灯电线,

6、是得其两根导线相触，并会发生弧光。如果此时断路器或保险丝能够正常工作，则电路能被 自动切断。大部分架空明线是用裸导体假设的，又是由于风、雨、雷或大树、起重机。飞机及支撑 物的损坏等因素会使导线偶然碰到一起。由雷电或开关瞬变过程中引起的过电压会在支撑物 或导体之间产生电弧，即便在电压正常的情况下，绝缘材料的污染也会引起电弧。通常采用汕浸电缆纸或聚乙烯一类固体塑料绝缘材料将埋地电缆中的导线与导线和导 线与地隔开。这些绝缘会随着时间的流逝而老化，尤英是在过负荷引起的髙温下运行时更是 如此。绝缘材料内的空隙会造成气体的电离，其生成物对绝缘不利。绝缘材料老化会引起绝 缘性能下降而导致导线短路。电缆故障的

7、可能性会因雷电或开关瞬间引起的导线的电压骤然 变髙而增加。变压器故障可能是由绝缘老化、加上雷电、开关顺便过程导致的过高压造成的，其结果 会导致发电机匝内短路。绝缘损坏也可能会发生在某一绕组与左子铁芯的接地钢架构之间。 同一槽内不同绕组之间的绝缘损坏会导致点击大范囤短路。像处理平衡三相负荷一样，处理平衡三相故障也是依照基于由火线到零线的电路或等效 单相电路的原则进行。可以通过电压、电流和电阻的规律来求解问题。当然，单相线路上的 故障的处理方法也可以用于在单项等效电路下三线故障的处理中。鉴于线路故障的这些特征，许多公司都用一种叫高速重合器的装宜。故障发生时，线路 两端的断路器跳闸，电流即被切断，经

8、过一定的时间间隔，待电弧熄火后，断路器又自动进 行再次合闸，大多数情况下，不到一秒既可以恢复正常供电。当然，如果因结构损坏，故障 不能很快排除的话，则断路器必须再次跳闸且保持这种跳闸状态。设计任务：完成火力发电厂的电气主接线的选择及电气主设备，包括变压器、断路器、电流互感 器。原始资料：火力发电厂的原始资料：装机4台，分别为供热式机组2*50MW(n = 10.5KV),凝汽式机组2兮OOMW (n=15.75KV),厂用电率6%,机组年利用小时7=6500力。电力负荷和电力系统连接情况如下：1、10.5KV电压级最大负荷20MW,最小负荷15MW, cos = 0.8，电缆馈线6回；2、22

9、0KV 电压级最大负荷250MW ,最小负荷200MW , cos = 0.85 ,7；琢=4500/7,架空线6回；系统归算到本厂22KV母线上的电抗标幺值=0.024 （基准容量为100KVA）3、110KV电压级与容量为35OOMW的电网连接，架空线6回，系统归算到本电厂 110KV母线上的电抗标幺值兀=0.02 (基准容量为100MV - A)电气主接线形式：220KV采用双母线带旁路母线接线，H0KV采用双母线带旁路母线接线。电气设备的选择：公共部分：变压器分组部分：110KV与220KV联络变接220KV母线侧断路器，隔离开关，电流互感器。原始资料分析：设计电厂总容2x50+2x3

10、00 = 700.当本厂投入生产后，将占系统总容量的 700/(35OO + 700)x 100% = 16.7% 15%，超过了电力系统的检修备用容量和事故备用容 戢，说明了该电厂在未来供电系统中的作用和地位很重要，而且7； = 6500/? 5000/?, 又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该电厂主接线务必着重考虑可靠性。从负 荷点及电压等级可知，它具有10.5KV、110KV、220KV三级电压负荷。10.5KV容量不大， 为地方负荷。110KV与系统6回惯线，备用一回，呈强联系形式，并接受本厂剩余功率， 最大可接受本厂送出电力为700-15 - 200- 700x 6% =

11、443AV,最小可接受本厂送出电 力为700- 20 - 250 - 700x 6% = 388MW ,可见，该厂110KV接线对可靠性要求很髙， 采用双母带旁路母线接线形式。220KV架空线6回，为了提髙苴供电的可靠性，采用双母 线带旁路母线接线形式。10.5KV电压级共有6回电缆出线，其电压恰与发电机端电压相符, 采用直馈线为宜。主接线方案的拟定；在对原始资料的分析基础上，结合对电气接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求, 综合考虑。在满足技术，积极政策的前提下，力争使其技术先进，供电安全可靠、经济合理 的主接线方案。发电、供电的可靠性是发电厂生产的重要问题，主接线的设讣，首先应保证其满发

12、， 满供，不积压发电能力。同时尽可能减少传输能疑过程中的损失，以保证供电的连续性，因 为根据对原始资料的分析，将主接线方案拟左如下：（1）10.5KV：鉴于岀现回路多，且发电单机容量为50MW,远大于有关设计规程对 选定单母线分段接线不得超过24MW的规定，应确左为双母线分段的接线形式，两台50MW 机组分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往髙一级电压220KV.由于50MW机 组均接在10.5KV母线上，可选择轻型设备，任分段处加母线电抗器，各条电缆出线装有电 缆电抗器。（2）220KV：出线6回，采用双母线带旁路接线形式。进线从10.5KV侧送来的剩余 容2x50-（700x6%）

13、+ 20 = 38；WVV ,不能满足220KV最大最小负荷的要求。为此以 一台300MW机组按发电机一变压器单元接线形式接至220KV母线上，剩余容虽机组检验 时不足容屋由联络变压器与110KV接线相连，相互交换功率。（3）110KV：出线6回，为使岀线断路器检修期间不断电，采用双母带旁路母线接线。 其进线一路通过联络变压器与220KV相连，另一路为一台300MW机组与变压器组成单元 接线，直接接入110KV,将功率送入电力系统。据以上分析，接线形式如下： /1 1 J I51111L A fi iR3220D*orr 06H八”八八bmilYU厶厶G1G1G2G3少右?A rh电气主接线2

14、-3电气主接线方案的判断该电气主接线始终遵循了可靠性、经济性、灵活性的要求。在确保可靠性、灵活性的 同时，兼顾了经济性。在可靠性方面该主接线简单淸晰，设备少，无论检修母线或者故障检 修，均不致造成全厂停电，每一种电压级中均有两台变圧器联系，保证在变压器检修和故障 时，不致使各级电压解列。机组的配置也比较合理，使传递能量在变压器中的损耗最小。在 灵活性方而，运行方式比较简单，调度灵活性好，各种电压级接线都便于扩建和发展。在经 济性方而，投资小，占地而积小，采用了单元接线及封闭母线，从而避免了选择大容量的出 口断路器，节省了投资，有很大的经济性。通过以上分析，该主接线方案对所设计的这一火电厂而言，

15、是比较合理的，可以采纳。2.4发电机及变压器的选择1、发电机的选择：查电力系统工程基础两台50MW发电机选用QFS-5O-2汽轮发 电机，两台300MW汽轮发电机选用QFS-3OO-2型汽轮发电机。2、根拯本设计的具体情况，应该选择3台双绕组变压器，1台三绕组变压器。额上功率/MW额泄电压/KV额泄电流/A功率因数电抗（标幺值）发电机G1、G2QFS-50-25010.534370.80.1953发电机G3、G4QFS-300-230018113210.850.167表1-1发电机型号选择2台双绕组变压器额定容疑确定公式Sr =110%x 花法(1-6%) = 365(MW1)所以选左变压器容

16、量为360MVA220KV双绕组变压器为SSP-360000/220型额泄容疑（KVA）连接组别额定电压（KV）空载损耗（KW）阻抗电压（）360000YN,dll高压:2362x2.5%低压：1815515三绕组联络变压器选择SSPSL-180000/220型额定容量（KVA）连接组别额泄电压（KV）空载损耗（KW）短路电压（）180000YN, ynO, dll高中低236 121 13.8254髙中低14. 2 24. 1 8. 1两母线之间的变压器:0.8容量初选：Sx= （300x94%-孚；）+1 100x94%- |=121.95A/VV0.85 V0.8）因此选容量为120MV

17、的变压器，变压器型号为SFP7-120000/2203.1概述电力系统中，常见的短路故障有三相对称短路、两相短路和单项接地短路。其中三相 短路电流的汁算式为了选择和校验QF、QS、母线等电气设备，两相短路电流用于确定继电 保护装置。短路发生后，短路电流的值是变化的，变化的情况决左于系统电源容量的大小、短路 点离电源的远近以及系统内发电机是否带有电压自动调整装置等因素。按短路电流的故障情 况，通常把电力系统分为无限容量系统和有限容量系统。无限容量系统短路电流的计算，采用短路回路总阻抗法讣算;有限容量系统短路电流的汁算, 采用运算曲线法，这中间要用到网络的等值变换。3.2系统电气设备电抗标幺值计算

18、系统基准值s = ioomv4.基准值电压U看U“1-发电机GG： xd=xd=953帀=0.39发电机G.G2： xd二xd167罟=032.变压器电抗标幺值的计算两台220KV主变压器:=血业X 100 SN15100100#360=0.042联络变压器：久（%）詁S2）（%）+0T（%） - /（23）（%）卜*14.2+24.1一&1 = 15.1 心（）詩“冋（）+S3）（%） - t/（T（%）卜 14.2+&124.1卜0.9 心（知冷U（t（%）+ U（t（%）-卜护4.1+8丄14.2 = 9%tm. = !lIx122 = o.O42入八 100 S 100 360=-0.

19、0025Y _C/a2（%LS-0.9J00At2 UmdX2：额泄电流校验：IN 13：开路电流：/血人,（短路电流有效值）4：动稳込几也（短路冲击电流）5：热稳左：2r2k隔离开关的选择校验条件与断路器相冋，并可以适当降低要求。220KV侧断路器的选择流过断路器的最大持续工作电流：max18073x220= 0.496 (KA)U(KV)（KA）Iw (KA)h（KA）2200. 99218.747.7计算数据表：査表选择SW6-220/1200项目额定电额定电额定开热稳定固宦分合闸时动稳定压（KV）流（A）断电流电流闸时间间（S）电流(KA)(KA)(S)(KA)SW6-220/1200

20、22012002121/4S0. 040.2一 一 0开断电流校验：Zaw=21（O）18.7（AA）动稳左校验：=55（/4） 47.7（/64）热稳泄校验：设继电保护后备时间t（x2=O.15s,固有分闸时间.为0.04s,少油断路器燃弧时间.为0. 04s ,保护启动和执行机构时间之和g为0. 06s ,短路开段时间 -=t 叩 +tin =0.06+0.04=0. Is故用厂校验仏祜tk =tprI +tb =0.15s+0.06s=0.21 s短路电流的热效应(2 =/K =18.72xO.21 = 73.4l(KA)2*SQr = I；t = 212x4 = 1764(AA)2 S

21、Q, Qk所以热稳立校验合格应为短路开端时间4 =0.1$用厂校脸扁冲击电流为B = 1.9/2/ = 2.69x18.7 = 50( KA)220KV离开关的选择滤过断路器的最大持续工作电流:max揣辭曲嵩矿0.496()汁算数据表U(KA)hg)eg)2200.4961&747.7为了满足各项条件，选择GW6-220D/1000-50隔离开关型号额左电压(KV)额左电流(KA)动稳泄电流(KA)热稳泄电流GW6220D22010005021/4S曲动稳宦校验:ZiV= 1000(A) /nm=992(A)ies=50(KA)ixfl=47.7(KA)所以动稳定校验合格热稳宦校验设继电保护后

22、备时间0.15$全开断时间为0.06s则短路计算时间为：tk = tpri + tprl = 05 + 0.06 = 0.21($)短路电流的热效应：QK=ltK =18.72x0.21 = 73.4(A)2SQr = I；t = 212x4 = 1764(AA)2 SQ, Qk所以热稳定校验合格4.3电流互感器的选择电流互感器的选择和配巻应按下列条件：1.型式：电流互感器的型式应使用环境条件和产品，情况选择，对于35KV及以上配电 装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立电流互感器。有条件时，应尽量采用套管 式电流互感器2 一次回路电压：w UN3. 次回路电流：次回路最大工作电流）泌原边额

23、定电流）4. 准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求。并 按准确等级要求高的表il来选择。5 二次负荷S? S”或S纳 7热稳沱：1九S（人伙）2220KV的电流互感器的选择1.次回路电压Un=220(AV)2 次回路电流=629.9(A)sx4 = 4x 1800mUn 34 72x220根据以上两项，选择LCW-220型号额泄电流（A）Is热稳泄位数/KA动稳左位数/KALCW2201200/560603 动稳立校验y/2/Nkes = /2 X1X 60 = 84.8(A：A) ish =477(KA)满足动稳左要求4 热稳定校验短路电流的热效应=18.

24、72x 0.21 = 73.41( A：A)2SJ(厶VKJ2 = (1X50)2 = 2500(/C4)2 S(M)2Q满足热稳左性要求综上述，所选的电流互感器LCW-220 (1200/5)满足要求总结随着这学期学习时间的结朿，课程设计也接近了尾声。经过几周的奋战我们的课程设计 终于是完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这一门课程知识的单纯总结，但 是通过做这次的课程设讣发现自己的看法有点太片面了点。课程设计不仅是对之前学习的一 种检验，而且也是对自己能力的一种提髙。通过这次课程设计使我明白了原来自己知识还是 比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么都会了，什么东西自己也都懂 T,有点眼髙手低。通过这次课程设计，我们才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的 工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己的知识和综合素质。在这次课程设汁中也是使我们同学间的友谊更近一步了，也让我们学会如何去更好的合 作办事，同学之间互相帮助，有什么不懂得打架在一起商量，听听不同的看法对我们更好的 理解知识，所以在这里每一个同学都是值得感激的。不管是学会的还是学