发电厂电气部分课程设计标准包含模版

1、v1.0可编辑可修改课程设计说明书学院：机电工程学院专业：电气工程及其自动化课程名称：发电厂电气局部设计题目：中型火力发电厂电气局部设计姓名：学号：指导教师:成绩：1v1.0可编辑可修改发电厂电气局部课程设计评分表序号评分项该项得分1论文结构20分；2论文内容正确,正文结构合理 20分；3参考文献引用质量10分；4附件图纸10分；5出勤20分；6辩论成绩20分.论文评语：课程设计总成绩：目录一设计任务书 3设计的原始资料 3设计的任务与要求 3二电气主接线4电气主接线依据 4主接线方案的设计 52.2.1对原始资料的分析 52.2.2主接线方案的拟定 7主变压器的选择与计算 72.3.1变压器

2、容量、台数和型式确实定原那么 72.3.2变压器的选择与计算 8三短路计算9短路计算的一般规那么 9短路电流的计算 93.2.1各元件电抗的计算 93.2.2等值网络的化简 10四电气设备的选择 14电气设备选择的一般原那么 14电气设备的选择条件 144.2.1按正常工作条件选择电气设备 144.2.2按短路情况校验 154.2.3断路器和隔离开关的选择 174.2.4 电流互感器的选择 18五结束语19六参考文献 20一火力发电厂电气局部设计任务书设计的原始资料凝汽式发电厂：(1) 凝汽式发电组3台：3X100MW,出口电压：,发电厂次暂态电抗：；额定功率因数：(2) 机组年利用小时：Tm

3、ax=5700小时；厂用电率：8%发电机主保护动 作时间秒,环境温度36度,年平均气温为22度.电力负荷：送入220KV系统容量200MW,剩余容量送入110KV系统.发电厂出线：220KV出线3回；110KV出线4回(10KM,无近区负荷.电力系统情况：220KV系统的容量为无穷大,选基准容量100MVAB算到发电厂220KV母线短路容量为3400MVA 110KV系统容量为500MVA设计的任务与要求(1) 发电机和变压器的选择表1-1汽轮发电机的规格参数型 号额定电压额定容量功率因数接线方式次暂态电抗QFS-100-2100MWYY注：发电及参数如上表,要求选择发电厂的主变,联络110K

4、V和 220KV的联络变压器的型号.(2) 电气主接线选择注：火力发电厂的发电机-变压器接线方式通常采用单元接线的方式,注意主变容量应与发电机容量相配套.110KV和 220KV电压级用自耦变压器联接,相互交换功率,我们的两电压等级母线选用的接线方式为：220KV采用双母三分段接线,110K V采用双母线接线.短路电流的计算在满足工程要求的前提下,为了简化计算,对短路电流进行近似计算法. 结合电气设备选择选择短路电流计算点求出各电源提供的起始次暂态电流I ,冲击电流Ish,及计算短路电流热效应所需不同时刻的电流.主要电气设备的选择要求选择：110KV侧出线断路器、隔离开关、电流互感器 .二电气

5、主接线电气主接线依据2.1.1 对电气主接线的根本要求电气主接线的重要性电气主接线是发电厂和变电所电气局部的主体.它说明了各种设备的数量 及连接情况.电气主接线决定了可能存在的运行方式,影响着运行的可靠性和灵 活性.电气主接线决定了电气设备的选择, 配电装置的布置. 电气主接线决定 了继电保护和限制的方式.对电气主接线的根本要求,概括地说应包括可靠性、 灵活性和经济性三方面.1. 可靠性平安可靠是电力生产的首要任务,保证供电可靠是电气主接线最根本的要 求.电气主接线的可靠性不是绝对的.同样形式的主接线对某些发电厂和变电站 来说是可靠的,而对另外一些发电厂和变电站那么不一定能满足可靠性要求.所以

6、,在分析电气主接线的可靠性时,要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、 用户的负荷性质和类别、设备制造水2. 灵活性电气主接线应能适应各种运行状态,并能灵活地进行运行方式的转换.灵活 性包括以下几个方面：(1) 操作的方便性.(2) 调度的方便性.(3) 扩建的方便性.平及运行经验等诸多因素.3. 经济性在设计主接线时,主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间. 通常设计应在 满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理.经济性主要从以下几方面考虑：(1) 节省一次投资.(2)占地面积少.(3) 电能损耗少.2.1.2电气主接线设计的原那么电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体.它与电力系统、

7、电 厂动能参数、根本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关,并 对电气设备选择和布置、继电保护和限制方式等都有较大的影响.因此,主接线设计,必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况,全面分析有关影响因素,正确处理它们之间的关系,经过技术、经济比拟,合理地选择主接线方案.电气主接线设计的根本原那么是以设计任务书为依据,以国家经济建设的方针、 政策、技术规定、标准为准绳,结合工程实际情况,在保证供电可靠、调度灵活、 满足各项技术要求的前提下,兼顾运行、维护方便,尽可能地节省投资,就近取 材,力争设备元件和设计的先进性与可靠性,坚持可靠、先进、适用、经济、美 观的原那么.在工程设计中,

8、经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的.它将根据国家经济开展及电力负荷增长率的规划,给出所设计电厂(变电站)的容 量、机组台数、电压等级、出线回路数、主要负荷要求、电力系统参数和对电厂 的具体要求,以及设计的内容和范围.这些原始资料是设计的依据,必须进行详 细的分析和研究,从而可以初步拟定一些主接线方案. 国家方针政策、技术标准 和标准是根据国家实际状况,结合电力工业的技术特点而制定的准那么,设计时必 须严格遵循.电气主接线的设计2.2.1对原始资料分析设计电厂为大机组中型凝汽式火电厂,其容量为3*100=400MW,年利用小时数为5700h/年,远大于我国电力系统发电机组的平均最

9、大负荷利用小时数 5000h/年,又为火电厂,所以该发电厂为带基荷的发电厂,在电力系统占比拟重要的地位,因此,该厂主接线要求有较高的可靠性；从负荷特点及电压等级可知, 该电厂具有110KV和220KV两级电压负荷.110KV电压等级有4回架空线路,最 大年利用小时数为5700h/a,说明对其可靠性有一定要求；220KV电压等级有3 回架空线路,最大年利用小时数为 5700h/a,其可靠性要求较高.电机单机容量 为100MWV其型号和参数选择见表 2-1 0表2-1汽轮发电机的规格参数型 号额定电压额定容量功率因数接线方式次暂态电抗QFS-100-2100MWYY2.2.2主接线的方案拟定根据对

10、原始资料的分析,现将各电压等级可能采用的较佳方案列出.进而,以优化组合的方式,组成最正确可比方案.拟订两方案如表2-2表2-2拟定的两种方案电压等级万案I万案U110KV单母线分段带旁路接线双母线接线220KV单母线分段带旁路接线双母三分段接线主接线方案的比拟:万案I、可靠性：可靠性一般,可以停电检修出线断路器；可靠性一般,可 以停电检修出线断路器、灵活性：运行灵活性一般,且带旁路母线接法已不是当今趋势、可靠性：投资较双母线分段接法较为经济、可靠性：可靠性较高,检修任一组母线时不会中断对用户的供电； 工作母线故障时,用户在经历短暂倒排时间后迅速恢复供电；单母 分段方式减少了母线故障时造成的损失

11、,缩小了停电范围2、灵活性：运行灵活,各个电源和备用回路负荷可以任意分配到某一 组母线上,通过倒排操作组成各种运行方式；扩建方便,可不影响 两组母线的电源和负荷自由组合负荷,向母线任意方向扩建3、经济性：母线隔离开关数目较多,整个配电装置结构复杂,占地面 积和投资费用较大,经济性较差通过对两种方案的综合分析,方案I在经济性上占优势而方案U在可靠性 和灵活性上占优势,故最终方案选用方案U.电气主接线如以下图主变压器的选择与计算2.3.1变压器容量、台数和型式确实定原那么(1) 单元接线的主变压器容量确实定原那么单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后,留有10%勺裕度来确定.

12、采用扩大单元接线时,应尽可能采用分裂绕组变压器,其容 量亦应按单元接线的计算原那么算出的两台机容量之和来确定.(2) 连接两种升高电压母线的联络变压器确实定原那么联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下, 网络间的有功功 率和无功功率交换,一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量, 以 保证最大一台机组故障或检修时,通过联络变压器来满足本侧负荷的要求.根据以上原那么知,本电厂 3台机组的最大容量为100MW,应根据100MV发电 机来选择联络变压器,又为了布线方便,只选一台自耦联络变.(3) 变压器台数确实定原那么发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及

13、和系统的联系有密切关系.通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所,在一种电压等级下,主变压器应不少于2台；而对弱联系的中、小型发电厂和低 压侧电压为6-10KV的变电所或与系统只是备用性质时,可只装一台主变压器； 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,可设3台主变压器.考虑到本电厂有3台100MW发电机,且电厂和系统有较强联系,故 220KV电压等级接两台主变压器,110K V电压等级接一台主变压器.(4) 主变压器型式确实定原那么选择主变压器型式时,应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑,通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别.在330KV及以 下电力系

14、统,一般都应选用三相变压器.对于大型三相变压器,当受到制造条件 和运输条件的限制时,那么宜选用两台小容量的三相变压器来取代一台大容量三相 变压器,或者选用单相变压器.一般当最大机组容量为125MV及以下的发电厂多 采用三绕组变压器,对于最大机组容量为200MV及以上的发电厂,通常采用双绕组变压器加联络变压器,当采用扩大单元接线时,应优先选用低压分裂绕组变压 器,这样可以大大限制短路电流.2.3.2变压器的选择与计算根据变压器容量、台数和型式确实定原那么,该发电厂主接线采用3台三相双 绕组主变压器和一台联络变压器.3台主变压器分别和3台发电机组组成单元接 线,联络变压器选用三相三绕组降压自耦变压

15、器.S= (100-100 X 8% X = 查手册?发电厂电气局部课程设计参考资料?选出变 压器型号及参数见表.表2-3主变压器的参数型号额定容量(KVA额定电压(KV连接组别阻抗电压(%SFPSZ7-120000/220120000咼压低压YN,d111214220SFPSZ7-120000/110120000咼压低压YN,d1113110表2-4联络变压器的参数型号额定电压(KV连接组别阻抗电压(%SFPSZ7-120000/220咼压中压低压Yn ,y n0,d112322023三短路电流的计算短路计算在设计发电厂主接线的过程中有着重要作用,它为电气设备的选 型、动稳定校正和热稳定校正

16、提供依据.当短路发生时,对发电厂供电的可靠性 可能会产生很大影响,严重时,可能导致电力系统失去稳定,甚至造成系统解列. 因此,对短路事故的计算是非常有必要的,而且是必须进行一项工作.短路计算的一般规那么(1) 验算导体和电气设备动稳定、热稳定以及电气设备开断电流所用的短路电流,应按本工程的设计规划内容计算, 并考虑电力系统的远景开展规划(- 般为本工程建成后5至10年).确定短路电流时,应按可能发生最大短路电流的 正常接线方式,而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式.(2) 选择导体和电器用的短路电流,在电气连接的网络中,应考虑具体反 馈作用对异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响.

17、(3) 选择导体和电器时,对不带电抗器回路的计算短路点,应选择在正常 接线方式时短路电流最大的点.对带电抗器的6KV至10KV出线与厂用分支回路, 除其母线与母线隔离开关之间隔离板前的引线和套管的计算短路点选择在电抗 器前外,其余导体和电器的计算短路点选择在电抗器后.(4) 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流,一般按三相短路 验算.短路电流的计算3.2.1各元件电抗的计算选基准容量：Sd=100MVA Uav=Ud' ' ' 100发电机：S1 S2 S3125 MW0.8100X1 X2 X30.120.096125等值电源：S1： Sd=100MV,S1=

18、3400MVAS1*S1Xs1*空 0.0294S2:S2=500MVA Xs?1SD100小小0.2S2*S2500变压器：T1,T2:%“ = %丁2*")Sd131000.108100St(N)100 120T3：X t 3* = X t2* = X t1*T4 :X 4Uk(%)Sd231000.1917100St(N)100120电缆Xl* 0.4 10 器 0.033.2.2等值网络的化简13° E3oE2oE1图3-1等值网络图11X图3-2等值网络化简图1 Es2图3-3等值网络化简图2图3-4等值网络化简图3图3-5等值网络化简图4图3-6等值网络化简图5

19、v1.0可编辑可修改10015各电抗值的计算:X1X2Xt1X1 0.1080.0960.204X3XT3X30.108 0.0960.204X5X eqX T4Xeq XT4Xs10.081750.192°.°8175°1920.02940.8076X6Xs1XT./X eq0 0294 0 1920.0294 0.1920.29040.08175G3与Es2合并后电抗:X7X3 XS2X3 XS20.204 0.2 0.10100.204 0.2转移阻抗:X1K/ 1XlX6(&xX5 X610.03 0.2904 (0.8076X70.29040.1

20、01013)0.4229X2K1Xl X7(匸入50.03 0.1010X61(0.8076X711)Xl0.2904 0.1010013)0.1452X3KX611)X7 Xl10.8076 0.03( 0.8076 0.2904 0.10101.1609计算电抗：XceqX3k亟Sd1.1609 逻-2.9022表3-1短路电流计算结果v1.0可编辑可修改短路计算时间电流值/KAG 12G 3 , S2S1短路电流/KA0标幺值有名值1标幺值有名值2标幺值有名值,2Sd100 2,电流基准值：|d(1,2) 1.004<3UavJ3 115,Sd100cuccld(s1)0.502寸

21、 3UavV3 115短路电流：Ik 0.513 3.708 1.403 5.624四电气设备的选择电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一.正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置到达平安、 经济运行的重要条件.在进行电 气设备选择时,应根据工程实际情况,在保证平安可靠的前提下,积极而稳妥的 采用新技术,并注意节省投资,选择适宜的电器.电气设备选择的一般原那么(1) 所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求,并考 虑远景开展；在满足可靠性要求的前提下,应尽可能的选用技术先进和经济合理 的设备,使其具有先进性；(2) 应按当地环境条件对设备进行校准；(3) 所选设

22、备应予整个工程的建设标准协调一致；(4) 同类设备应尽量减少品种；(5) 选用新产品均应具有可靠的实验数据,并经正式鉴定合格.在特殊情况下,选用未经正式鉴定的新产品时,应经过上级批准.电气设备的选择条件正确的选择电器是使电气主接线和配电装置到达平安、经济运行的重要条 件.在进行电器选择时,应根据工程实际情况,在保证平安可靠的前提下,积极而稳妥的采用新技术,并注意节省投资,选择适宜的电器.电器要能可靠的工作, 必须按正常条件下进行选择,并按短路状态来校验热稳定和动稳定.4.2.1按正常工作条件选择电气设备(1) 额定电压和最高工作电压电气设备所在电网的运行电压调压或负荷的变化, 有时会高于电网的

23、额定电 压,故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压.通常,规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的倍,而电网运行电压的波动范围,一般不超过电网额定电压的倍.因此,在选择电气设备时,所选 用的电气设备允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压,即Un >U SN.(2) 额定电流电气设备的额定电流IN是指额定周围环境温度下,电气设备的长期允许电 流.In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Imax,即In> Imax.由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%寸,出力保持不变,故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流

24、的倍；假设变压器有过负荷运 行可能时,Imax应按过负荷确定(倍变压器额定电流)；母联断路器回路一般可 取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上 最大一台发电机跳闸时,保证该段母线负荷所需的电流,或最大一台发电机额定 电流的50%-80%出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外,还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷.4.2.2按短路情况校验a. 短路热稳定校验短路电流通过电气设备时,电气设备各局部的温度应不超过允许值 .满足热 稳定的条件为2lt t >Qk式中：Qk为短路电流产生的热效应,It、t分别为电器允许通过的热稳定电 流和时间.b. 电动力稳

25、定校验电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的水平,亦称动稳定.满足动稳定的条件为ies > ish 或 les > Ish式中ish、Ish分别为短路冲击电流幅值和有效值；ies、les分别为电气设 备允许的动稳定电流的幅值和有效值.同时,应按电气设备在特定的工程安装使用条件,对电气设备的机械负荷能 力进行校验,即电气设备的端子允许荷载应大于设备引线在短路时的最大电动 力.以下几种情况可不校验热稳定或动稳定.(1) 用熔断器保护的电气设备,其热稳定由熔断时间保证,故可不验算热 稳定.(2) 采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定.(3) 装设在电压互感器回路中的裸导体和

26、电气设备可不验算动、热稳定.c. 短路计算时间(1)热稳定短路计算时间tk.该时间用于校验电气设备在短路状态下的热稳 定,其值为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tbr之和,即19v1.0可编辑可修改tk=t“+tbr断路器全开断时间tbr是指给断路器的分闸脉冲传送到断路器操动机构的跳闸线圈时起,到各相触头别离后电弧完全熄灭为止的时间段.显然,tbr包括两个局部,即tbr = tin ta2短路开断计算时间tk'.断路器不仅在电路中作为操作开关, 而且在短路 时要作为保护电器,能迅速可靠地切断短路电流.为此,断路器应能在动静触头 刚别离时刻,可靠开断短路电流,该短路开断计算

27、时间tk'和断路器固有分闸时间 tin 之和,即tk=tpr1 tin对于无延时保护,tpM为保护启动和执行机构时间之和,传统的电磁式保护 装置一般为,微机保护装置一般为.tk是短路电流的切除时间,等于继电保护动作时间加上断路器全开断时间.其中,在无继电保护整定资料的情况下, 继电保护后备保护的时限,一般在 电厂高压母线上认定为4秒,对发电机直配线路上认定为 2秒.断路器和隔离开关的选择4.3.1断路器的选择高压断路器是电力系统中最重要的开关设备, 它既可以在正常情况下接通或 断开电路,又可以在系统发生短路故障时迅速的自动断开电路. 断开电路时会在 断口处产生电弧,为此断路器设有专门的

28、灭弧装置.110KV侧出线断路器110KV出线4回,每回输送25MW即 pN 25MVA发电机最大持续工作电流：1.05 Pn 1.05 25 103Imax ；/3Urpr110 0.8 172.23A根据110KV出线回路的Uns、i max及断路器安装在屋内的要求,查附表 6,可选SW4-110 /1000型少油断路器,固有分闸时间ti为in短路计算时间tk 2s由于tk>1s,不计非周期热效应,短路电流的热效应 Qk等于周期分量热效应 Qp2222222 2 212Q I 1011 I2tK 5.264 10 5;?64 5.264 2 63.26 kA 2 sIq短路开端时间t

29、k tpk1 tin 0.1 0.060.1s,故用|校验|Nbr冲击电流：ish 1.8.2 5.624 14.31 KA表4-1断路器、隔离开关选择结果表计算数据SW-110/1000型断路器GW4-1100/1000-80 型隔离开关U Ns110KVU n110KVUn110KVI max173.23AI N1000AI N1000AnII Nbr32KA-i shI Nc155KA-Qk263 .26 KA ?slt2?t32 211024 (KA )2 ? sI2?t21.52 52311.25(KA)2?si shi es55KAi es80KA断路器的选择:1 从表 4-1 中可知,Un Usn 110KV,In |ma符合高压断路器额定电压和电流的选择.2 .开断电流选择：从表4-1中可知Nbr I 3. 短路关合电流的选择：从表1-2中可知jNcL ish4. 短路热稳定和动稳定校验：v1.0可编辑可修改2 2 2 2从表 1-2 中知,It?t 32 1 1024 KA ?S Qk 63.26 KA ?S i ES i sh隔离开关与断路器相比,在额定电压、电流的选择及短路动、热稳定校验的工程相同.但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流,故无需进行开断电流和短路关合电流的校验.4.3.2电流互感器的选择ish =14.31AQK=(KA)2 ?SImax=1