电力系统规划及发电厂电气部分设计

1、中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文） 题 目：电力系统规划及发电厂电气部分设计学习中心： 年级专业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 导师单位： 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 2013 年 06 月 01 日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 李家超 1设计(论文)题目： 电力系统规划及发电厂电气部分设计 2学生完成设计(论文)期限： 2013 年 1 月 30 日至 2013 年 7 月 30 日 3设计(论文)课题要求： 4实验（上机、调研）部分要求内容： 5文献查阅要求： 6发 出 日 期：

2、2013 年 1 月 30 日 7学员完成日期： 2013 年 7 月 30 日指导教师签名： 学 生 签 名： 注：此页联系指导教师由指导教师填写目 录第1章 前言4第2章 电源规划52.1 装机容量的确定52.1.1 负荷之间的关系52.1.2 备用容量52.1.3 火电厂机容量的确定52.1.4、火电装机容量的确定5第3章 网络结构的确定73.1 电压等级的选择73.2 方案的初步确定73.3 导线截面积的选择73.3.1.导线截面积的选择7第4章 方案的经济技术比较84.1 建设投资84.2年运行费用计算84.3经济比较选择方案8第5章 电气主接线设计95.1发电厂主接线95.2变电所

3、主接线9第6章 发电厂和变电所主变压器的选择106.1发电厂主变压器的选择106.1.1 机压母线的主变压器型号选择原则：106.1.2单元接线主变压器106.2变电所主变选择10第7章 短路电流计算117.1网络模型117.2步骤11第8章 电器设备选择128.1电器设备选择的一般条件128.2高压断路器和隔离开关的选择128.3互感器的选择和配置128.4电压互感器的选择12第9章 潮流计算和调压139.1计算各种运行方式139.2潮流计算的步骤139.3调压13第10章 厂用电设计1410.1厂用电接线1410.1.1确定电压等级1410.1.2厂用电接线1410.1.3厂用电源接线14

4、10.2厂用变压器选择1410.3厂用电主要设备选择14第11章 继电保护规划1511.1发电机保护配置1511.2变压器保护配置1511.3母线保护配置1511.4出线保护的配置15第12章 防雷保护及配置16第13章 结 论17参考文献：18致 谢20摘 要 本设计主要研究电力系统综合设计及发电厂电气部分专题设计。整个设计的过程包括设计任务的分析，电力系统的规划与计算，以及对对设计结果的分析与探讨。首先是电力系统的综合设计部分。第一步是电源规划，依据系统的负荷容量、备用容量、和调峰容量，确定电厂的装机容量和台数。初步拟选电力网络接线，制定发电厂、变电所的主接线方式并选择系统的主变压器，进而

5、通过经济方案的比较，确定电力网络接线。然后，简化系统网络图，进行短路电流计算，根据计算结果，选择系统高压侧的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等电气设备。最后，是计算系统在各种运行方式下的潮流分布并检测在各运行方式下电压是否满足要求，采取调压措施使系统运行在安全运行范围内。在厂用电设计中，主要内容有厂用电的接线方式和厂用变压器的选择、配电装置设计以及防雷接地规划。此外，还需对发电机、变压器、输电线路的保护设计，确保（1）保证可靠持续供电；（2）保证良好的电能质量；（3）保证系统运行的经济性。使电力系统安全可靠地运行。关键词：电力系统，主变压器，短路电流，潮流分布，厂用电 第1章 前言电力

6、是国国民经济的基础，对国民经济发展的发展起到非常重要的作用。电力系统规划是一项具有战略意义的工作，是电力工业实现快速、稳定、持续发展的重要保障。规划的效益是最大的效益，规划的节约是最大的节约。全面、长远的电力发展规划和电力系统规划设计，不仅直接影响到国民经济各行业的发展及其经济性，还关系到电力工业本身投资使用的合理性与能源资源利用的经济性，是电网安全可靠和经济运行的重要保证，是电力行业可持续发展的前提。本设计包括的知识比较广泛，因此对于我们专业理论知识的复习和巩固有很大帮助，同时也是基于工程研究探索的实践基础上的应用和延伸，对应用已学知识的灵活性具有重要意义。第2章 电源规划2.1 装机容量的

7、确定2.1.1 负荷之间的关系1.用电负荷:根据现有负荷情况，考虑变电所的负荷、厂用电、水电厂近区负荷、火厂直配线路上的负荷及和系统之间的功率。2.供电负荷：用电负荷加上输送该功率而产生的功率损耗。3.发电负荷：指满足系统的供电负荷以及发电机直配负荷需求时需要发电机发出的功率，等于系统供电负荷加上厂用电负荷。4.负荷的增长：本毕业设计中认为水平年末比年初增长10%，而年中比年初下降3%。2.1.2 备用容量1. 负荷备用容量：常取最大发电负荷的2%5%2. 事故备用容量：通常为最大发电负荷的10%，但要小于系统中最大一台机组的容量。3. 检修备用和国民经济备用：国民经济包括在负荷备用内。2.1

8、.3 火电厂机容量的确定（1）调峰容量的确定：调峰主要由水电厂承担任务。冬季水厂枯水季节，不能满发，最多能发出调峰容量，由系统调峰图，即可确定其容量。（2）装机容量的确定： （3）检修安排火电厂机组检修周期为1-1.5年，检修周期为30天左右，夏季检修；水电 厂组检修周期为2-3年，检修周期为20天左右，冬季检修。2.1.4、火电装机容量的确定 （1）冬季是水厂调峰，夏季时水厂满发，根据系统调峰图可以确定调峰的容量。 （2）装机容量的确定： 第3章 网络结构的确定3.1 电压等级的选择根据传输容量和传输距离来确定，本设计采用220kv的输电电压等级。3.2 方案的初步确定列出一系列的方案，排除

9、一些明显不合理的方案，进行经济比较，包括断 路器个数，线路长度的比较，需要折合到同一电压等级下同一回线的造价基准比较。3.3 导线截面积的选择3.3.1.导线截面积的选择:按经济电流密度选择导线截面用的传输容量，应考虑线路投入运行后5到10年的发展，在计算中必须采用正常方式下经常重复出现的最高负荷。按经济电流密度进行导线截面积的选择，计算公式为：（1） 电压损失校验：要求正常运行方式为额定电压的10%，故障状态时为额定电压的15%。（2） 发热校验：正常情况下，铝导线的最高工作温度为+70度。（3） 电晕校验:在220不发生电晕相对应的最小截面积是240（4） 机械强度校验：对架空线路，截面积

10、不小于185可以不用进行机械强度校验。负荷矩校验：因为对中长距离输电线路，其传输能力不决定于系统的稳定性，而决定于允许的电压损失与功率及能量的损耗。第4章 方案的经济技术比较4.1 建设投资 线路投资:根据选线结果和导线的造价，计算两方案的造价。断路器投资：因为两系统接线方式不同，故断路器的个数也不同。总的建设费用除包含变压器，线路，断路器等主体设备。线路投资是根据所选导线型号，查出对应的单价和参数，算出线路总投资。配电装置的投资是根据屋外220kv配电装置价格选择的。4.2年运行费用计算线路运行费用根据线路输送容量计算。计算式如下：通过投资和运行费用的比较，可最终确定系统网络图。4.3经济比

11、较选择方案在方案比较中，应选择总投资少、年运行费用少的方案。若无法得到结果可按抵偿年限法来进行比较。经比较选出方案二。第5章 电气主接线设计5.1发电厂主接线火电厂采用双母线接线，机压母线采用双母三分段，并接限流电抗器，机压母线处有负荷固需设置机压母线。火电厂100mw发电机采用单元接线，发电机出口采用封闭母线不装隔离开关和断路器，减少了开关设备。水电厂共四台50mw机组采用双母线，发电机采用单元接线。5.2变电所主接线根据变电所得类型，所处的位置，以及进出线的条数，本设计中变电所1采用外桥接线，采用内桥，变电所2、3、4外桥均采用双母线接线型式。第6章 发电厂和变电所主变压器的选择6.1发电

12、厂主变压器的选择6.1.1 机压母线的主变压器型号选择原则：当发电机母线上负荷最小时，在扣除厂用电后，主变应能将剩余功率送入系统；机压母线上最大一台机停机时，能满足机压母线上的最大负荷用电要求；一台变压器检修时另一台要能承受总负荷的70%以上；夏季丰水期，水电厂满发，火电厂处于不利地位，可能停用火电厂的部分或全部机组，主变应有从系统倒送功率的能力，以满足机压母线上最大负荷的要求。 6.1.2单元接线主变压器 按发电机额定容量扣除厂用负荷留有10的裕度来选择 6.2变电所主变选择原则：（1）大于等于全部重要负荷（2）满足全部负荷容量的7080第7章 短路电流计算 7.1网络模型所用模型为简化模型

13、，即忽略负荷电流；不计及各元件电阻，也不计送电线路电纳及变压器的导纳；发电机用次暂态电抗表示，并认为各发电机电势模型为1.相角为0。7.2步骤 a 选择短路点；b 画等值网络；c 化简网络；d计算参数电抗；e 计算短路电流标幺值；f 转化有名值。第8章 电器设备选择 8.1电器设备选择的一般条件电器设备可靠的动作，必须按正常条件下进行选择并按短路状态下来校验热稳定和动稳定。选择：按1额定电压 ; 2 额定电流校验：按1热稳定；2动稳定 8.2高压断路器和隔离开关的选择按上述原则选择，隔离开关不用进行开断电流和关合电流的校验。断路器的开断电流校验：， 短路关合电流校验： 8.3互感器的选择和配置

14、（1）种类和型式：当一次电流时，宜优先采用一次绕组多匝式，强电系统采用5a，弱电采用1a（2）;(3)准确级和容量选择：为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供电测量仪表的准确级。容量：(4)校验热稳定，动稳定。 8.4电压互感器的选择(1)6-20kv配电装置一般采用油浸绝缘结构(2)220kv配电装置，当容量和准确度满足要求是，一般采用电容式电压互感器.由于超高压线路要求双套主保护，并考虑到后备保护，自动装置和测量仪表的要求，电压互感器一般应具有3个二次绕组，即两个主二次绕组、一个辅助二次绕组第9章 潮流计算和调压 9.1计算各种运行方式（1）冬季最大运行方式 ，水厂调峰（

15、2）冬季最小运行方式 水厂调峰（3）夏季最大运行方式 水厂满发（4）夏季最小运行方式 水厂满发（5）冬季故障运行方式 在1的情况下断开火电-变电所4的双回线（6）夏季故障运行方式 在4的情况下断开水厂-变电所2的双回线 9.2潮流计算的步骤在本设计中，冬季最大运行方式用手算，其它几种方式用计算机算。1、计算网络参数作出等值电路。2、系统中负荷侧的功率已知，火电厂作为平衡节点，水电厂作为pv节点，其余节点pq节点，固先假设系统节点电压已知。3、从已知负荷处推功率，此时假设全网电压额定，再求的功率：之后从已知电压处推算电压降，得出各节点电压值。4、改变分接头的位置或加补偿，使各节点电压都在允许的范

16、围内结束。 9.3调压保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。电力系统的运行电压水平取决于无功功率平衡。系统中各种无功电源的无功功率输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。主要调压措施（1）改变无功功率进行调压，如发电机、并联电抗器、静止补偿器进行调压。（2）改变有功功率和无功功率的分配进行调压。如改变变压器分接头或调压变压器进行调压。离大电源较近的降压变电所，改变其分接头能调整变压器低压侧的电压。（3）改变网络参数进行调压，如串联电容器，改变并列运行变压器的台数进行调压。第10章 厂用电设计10.1厂用电接线10.1.1确定电压

17、等级按发电机电压确定高压厂用电压等级; 按厂用电动机容量，厂用供电网络确定高压厂用电压等级。10.1.2厂用电接线采用按炉分段的原则。根据锅炉容量确定分段数目。本设计中50mw分一段，100mw分两段。10.1.3厂用电源接线从发电机机压母线引接;单元接线时从主变压器低压侧引接;启动/备用电源的引接应保证其独立性。10.2厂用变压器选择 机组容量大于等于100mw以上，厂用母线分成两段，当只有用6kv一张电压等级时，厂用高压变压器可选用一台全容量的分裂绕组变压器或两台双绕组变压器；机组容量100mw一下，采用一段厂用母线，厂用高压工作变可选用一台可调的双绕组变压器。10.3厂用电主要设备选择

18、厂用高压断路器一般放置在室内，通常采用手车式高压开关柜。第11章 继电保护规划 11.1发电机保护配置1纵联差动保护 2匝间短路保护 3定子接地保护4过负荷保护 5励磁回路一点和两点接地保护6失磁保护 7过电压保护 8 逆功率保护9低频保护 10失步保护 11过励磁保护 11.2变压器保护配置1瓦斯保护（主保护） 2纵联差动保护3过电流保护4零序电流保护 5过励磁过电压保护6过负荷保护7非全相保护 11.3母线保护配置1完全电流差动保护2电压差动母线保护3具有比率制动特性的电流差动母线保护 11.4出线保护的配置1反映接线短路的保护阶段式电流保护2电流速断保护3相间距离保护第12章 防雷保护及

19、配置运行中的电器设备可能遭雷击，必须采取有效的过电压防护措施。避雷针和避雷线是防止直接雷过电压的有效措施，电气设备的绝缘配合基于避雷器的保护水平，设备所承受的雷电过电压和操作过电压均有避雷器来限制。本设计在70.5*202的范围内选用根避雷针。）防雷保护方案的确定。）防雷保护范围的计算。第13章 结 论电力系统规划及发电厂电气部分设计是电力系统中最基本的设计，包含电力系统规划、发电厂（变电所）电气主系统设计及继电保护与防雷保护分析三个部分。此次设计是对大学四年所学知识的一个综合的训练及考核，也是对所学知识的应用能力和大学所学理论知识与实践技能相结合的全面检验。通过本次毕业设计有助于加深对理论知识的熟知和对工程设计的了解。参考文献 1 许珉.发电厂电气主系统.北京：机械工业出版社，2006. 2 张保会、尹项根.电力系统继电保护.北京：中国电