第一组发电厂电气部分课程设计

1、安眾煖工大嚳ANHUI UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY发电厂电气部分课程设计学 院：电气与信息工程学院专业班级：电气工程及其自 动化班 XXX 班组 号：第X组指导老师：XXX时 间：2015.7i摘要本设计是电厂主接线设计。该火电厂总装机容量为2X5O+2X15O+3OO=13OOMW用电率6%机组年利用小 时x=6500h。根据所给出的原始资料拟定两种电气主 接线方案，然后对比这两种方案进行可靠性、经济型 和灵活性比较厚，保留一种较合理的方案，最后通过 定量的技术经济比较确定最终的电气主接线方案。在 对系统各种可能发生的短路故障分析计算的基础上， 进行

2、了电气设备和道题的选择校验设计。在对发电厂 一次系统分析的基础上，对发电厂的配电装置布置做 了初步简单的设计。此次设计的过程是一次将理论与 实际相结合的初步过程，起到学以致用，巩固和加深 对本专业的理解，建立了工程设计的基本观念，提升 了自身设计能力。关键字：电气主接线；火电厂；设备选型；配电装 置布置。11目录1设计任务书31.1设计的原始资料 31.2设计的任务与要求 32电气主接线52.1系统与负荷资料分析 52.2主接线方案的选择 52.2.1方案拟定的依据 52.2.2主接线方案的拟定 72.3主变压器的选择与计算 82.3.1变压器容量、台数和型式的确定原则 82.3.2变压器的选

3、择与计算 93短路计算103.1短路计算的一般规则 103.2短路电流的计算 103.2.1各元件电抗的计算 103.2.2等值网络的化简 114电气设备的选择 164.1电气设备选择的一般原则 164.2电气设备的选择条件 164.2.1按正常工作条件选择电气设备 164.2.2按短路情况校验 174.2.3断路器和隔离开关的选择 194.2.4 电流互感器的选择 205结束语 216参考文献 221 火力发电厂电气部分设计任务书1.1 设计的原始资料火力发电厂：装机 5 台，分别为供热式机组 2*50MVA(U =10.5kv), 凝汽式机组 2*15MVA, ( U N =10.5kv)

4、 ，1*300MVA(U N =10.5kv), 厂用电率 6%，机组年利用小时 Tmax =6500 小时。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、110KV电压级最大负荷 250MW最小负荷 200MW,cos =0.85, Tmax=4500h,架空线6回，系统归算到本电厂110KV母线上的电抗标幺值 xs =0.024 (基准容量为 100MVA)；3、220KV电压级与容量为3500MW的电网连接，架空线6回，系统归算到本电厂 220KV母线上的电抗标幺值 Xs=0.2 (基准容量为100MVA；4、

5、 发电机组的电抗，均为折算到所连接母线上的电抗标幺值Xs=0.02 (基准容 量为 100MVA)。电气主接线形式(老师规定)：220KV采用双母带旁路母线接线，110KV采用双母带旁路母线接线。1.2 设计的任务与要求(1) 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。我们的两电压等级母线选用的接线方式为： 220KV 采用双母带旁路母线接线，110KV采用双母带旁路母线接线。(2) 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

6、I ，冲击电流 I sh ，及计算短路电流热效应所需不同时刻的电流(3) 主要电气设备的选择要求选择：220KV侧出线断路器、隔离开关、电流互感器 。2 电气主接线2.1 系统与负荷资料分析发电厂容量的确定与国家经济发展规划、 电力负荷增长速度、 系统规模和电 网结构以及备用容量等因素有关。 发电厂装机容量标志着发电厂的规模和在电力 系统中的地位和作用。发电厂运行方式及年利用小时数直接影响着主接线设计。从年利用小时数 看，该电厂年利用小时数为 6500h/a ，远大于我国电力系统发电机组的平均最大 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 电力系统占比较重

7、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 10.5kv、110KV和220KV三级电压负荷。110KV 电压等级有6回架空线路，最大年利用小时数为6500h/a，说明对其可靠性有一 定要求；220KV电压等级有6回架空线路，最大年利用小时数为 6500h/a，其可 靠性要求较高。2.2 主接线方案的选择2.2.1 方案拟定的依据电气主接线又称为电气一次接线， 它是将电气设备以规定的图形和文字符号， 按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。对电气主接线的基本要求， 概括的说应该包括可靠性、 灵活性和经济性三方 面。(1) 电气主接线设

8、计的基本要求a. 可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接 最基本的要求。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则不一定能满足可靠性要求。 所以， 在分析电气主接线可靠性时， 要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、 用 户的负荷性质和类型、设备制造水平及运行经验等诸多因素。 设备的制造水平。 长期运行实践经验。b. 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。c. 经济性 在设计主接线时，主要矛盾往

9、往发生在可靠性与经济性之间。经济性主要从 一下几方面考虑。1 节约一次投资。2 占地面积少。3 电能消耗少。（2）电气主接线的设计程序电气主接线设计在各阶段中随着要求、 任务的不同， 其深度、广度也有所差 异，但总的设计原则、方法和步骤基本相同。其设计步骤及内容如下。a. 对原始资料分析1 工程情况，包括发电机类型（凝气式火电厂、热电厂、或者堤坝式、引 水式、混合式水电厂等），设计规定容量（近期、远景），单机容量及台数， 最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。2 电力系统情况，包括电气系统近期及远景发展规划（ 510 年），发电厂 或变电站在电力系统的地位及作用等3 负荷情况，包括负荷的性质和

10、地理位置、输电电压等级、出线回路数及 输送容量等。环境条件，包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质海拔高度及地震等因素C.主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源的出线回路 数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等的不同考虑，可以确定主接线222主接线方案的拟定表2-1主接线方案电压等级万案10.5KV双母分段接线110KV双母带旁路母线接线220KV双母带旁路母线接线电气主接线如下图:图 2-1 电气主接线图2.3 主变压器的选择与计算2.3.1 变压器容量的确定原则(1) 单元接线的主变压器容量的确定原则 单元接线时主变压器应按发电机的

11、额定容量扣除本机组的厂用负荷后， 留有 10%的裕度来确定。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则算出的两台机容量之和来确定。(2) 变压器台数的确定原则 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。（3）主变压器型式的确定原则选择主

12、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，则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125MW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200MW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按照变压器容量、台数和型式的确定原则，

13、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器。表2-2主变压器的参数110KV级三项双绕组铝线电力变压器技术数据表电力变压器型号量定容A）额压电压呦低压损耗（kW）短路电空载电连接组标短路空载压（%流（%号SSPL150000/110 150000 121 2 X 2.5% 13.8646.25 204.512.681.73YN,d11220kV级三相双绕组电力变压器技术数据表电力变压器型号量定容a）额定电圧（常压损耗（kW）短路电空载电联结组标短路空载压（%压（%号SSP-360000/220

14、 360000 236 2X2.5%181950155151YN,d11表2-3联络变压器的参数220kV级三绕组电力变压器技术数据表型号额定容额定容量（kV）损耗（kW）短路短路电压（%空载 电压（%旦亠量咼（kVA）压中压低压空载高-中高-低中-低咼-中咼-低中-低SSPSL-180000/220180000 236 12113.82541057117371214.224.18.12.163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

15、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。3.1短路计算的一般规则(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发展规划(- 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。(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

16、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。3.2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=UdXG3XG4x SdXSSn1000.020.0450Xg1Xg2x -S1XSSn0.02 1000.0133150发电机:50MVA150MVA1i300MVA0.02XG51000.006730019旦=迪 型=0.08453St(N)100150T3

17、 : Uk1% 伍1Uk2%0.9 Uk3%9XK1Uk1 %100X K2U K2 %100XK3U K3 %100Sd =15.1100=0.0839180Sn100Sd - 0.9100 =-0.005Sn100180Sd- 9100 t=0.05Sn100180等值电源：Sd=100MVAX S V-I00 0.0286XS S S S 3500SSd变压器：T1 , T2: XTi* = XT2*=Uk血100T4:X =Uk(%)- X t 4* Sd. 15100 =0.0417100Sr(N)100360322等值网络的化简jO.OK45JQ0I33J0.0K450133民斗E

18、glEgiEgi图2-2等值网络图jO.0417j0.0067图2-3等值网络化简图1图2-4等值网络化简图2E GL.1J007图2-5等值网络化简图3Ik1 10.1328 0.07囲 42.477表3-1短路电流计算结果G1.2标幺值0s2S4s有名值2.782.132.214.173.193.315G3.4标幺值15.4362.9182.760有名值7.7181.4591.38G5标幺值7.7182.8082.526有名值23.1548.4247.578短路电流42.47713.07812.2734 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

19、备是使电气主接线和配电装置达到安全、 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， 在保证安全可靠的前提下， 积极而稳妥的 采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。4.1 电气设备选择的一般原则(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 虑远景发展； 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

20、用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。4.2 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达到安全、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，在保证安全可靠的前提下， 积极 而稳妥的采用新技术， 并注意节省投资， 选择合适的电器。 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

21、压为设备额定电压的 1.1-1.15 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 1.15 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 Usn。( 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%时，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的1.05倍；若变压器有过负 荷运行可能时，Imax应按过负荷确定(1.3-2倍变压器额定

22、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 , 电气设备各部分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. 电动力稳定校验电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力， 亦称动稳定

23、。 满足动 稳定的条件为ies ish 或 les lsh式中 ish 、 Ish 分别为短路冲击电流幅值和有效值； ies 、 Ies 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。下列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

24、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t k = t pr +t br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，到各相触头分离后电弧完全熄灭为止的时间段。显然，tbr 包括两个部分，即（2）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 刚分离时刻， 可靠开断短路电流， 该短路开断计算时间 t k 和断路器固有分闸时间 tin 之和，即tk = t pr1 tin对

25、于无延时保护，t pM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 0.050.06s ，微机保护装置一般为 0.0160.03s 。423断路器和隔离开关的选择选 Pn 20MVA发电机最大持续工作电流:I max1.05Pn3Un31.05 20 10“3 115105.4A根据110KV出线回路的I及断路器安装在屋内的要求，查附表max丿5,可选23SW4-110 /1000型少油断路器，固有分闸时间 打为0.06s 短路热稳定计算时间住为2sh222|10l112 丄12 tK由于tk1s，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 Qp2 2 2263.2

26、6 KA S125.264 10 5.264 5.264短路开端时间tk tpk1 tin 0.1 0.060.1s，故用I 校验INbr冲击电流：jsh 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 max105.4AI N1000AI N1000AnI5.624KAI Nbr32KA-i sh14.31KAI Nc155KA-223212亠221.55Qk63.26 kA 2 ? sIt?t21024KA? sIt?t22311

27、.25 KA ?Si sh14.31KAi es55KAi es80KA断路器的选择：1从表 1-2 中可知， U N USN 220KV , I N Imax 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 1-2 中可知 I Nbr I 3.短路关合电流的选择：从表 1-2 中可知 iNCL ish 4. 短路热稳定和动稳定校验：2 2 2 2从表 1-2 中知， I t ?t 50 4 10000 KA ?S QK 1221.754 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 项目相同。 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。4.2.4 电流互感器的选择ish =114.14KAQK=1221.754(KA)2 ?SI max =1336.43A根据电流互感器安装处的电网电压， I max ，查附表 8电流互感器的技术参数， 选LCW-22C型电流互感器。校验互感器的热稳定和动稳定：从附表 8中得知，热稳定系数 Kt =60，动稳定系数 Kes=60(KtI1