发电厂电气部分课设

1、大学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：发电厂电气部分设计题目：火力发电厂电气部分设计:宋丹学号：20101965指导教师：瞿晓东成绩:发电厂电气部分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答辩成绩20分。论文评语：课程设计总成绩：目录1设计任务书 41.1设计的原始资料 41.2设计的任务与要求 42电气主接线62.1系统与负荷资料分析 62.2主接线方案的选择 6方案拟定的依据 6主接线方案的拟定 82.3主变压器的选择与计算 9变压器容量、台数和型式的确

2、定原则 9变压器的选择与计算 103短路计算113.1短路计算的一般规则 113.2短路电流的计算 11各元件电抗的计算 11等值网络的化简 124电气设备的选择 174.1电气设备选择的一般原则 174.2电气设备的选择条件 17按正常工作条件选择电气设备 17按短路情况校验 18断路器和隔离开关的选择 20电流互感器的选择 215结束语 226参考文献 231火力发电厂电气部分设计任务书1.1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：10.5KV，发电厂次暂态 电抗：0.12 ;额定功率因数：0.8(2) 机组年利用小时：Tmax=5700小时；厂用电

3、率：8%发电机主保护动 作时间0.1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500MVA1.2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-100-210.5KV100MW0.8YY0.12注：发电及参数如上表，要求选择发电厂的主变，联

4、络110KV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。(3) 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 I sh ，及计算短路电流热效应所需不同时刻的电流。(4) 主要电气设备的选择要求选择：1

5、10KV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 5700h/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22

6、0KV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

7、。 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。 发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用。 负荷的性质和类型。 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。 操作的方便性。 调度的方便性。 扩建的方便性。c. 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。经济性主要从一下几方面考虑。1 节约

8、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负荷情况，包括负荷的性质和地理位置、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

9、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，可以确定主接线主接线方案的拟定表2-1主接线方案电压等级万案110KV双母线接线220KV双母三分段接线图2-1电气主接线图- G电气主接线如下图:2.3主变压器的选择与计算2.3.1 变压器容量、台数和型式的确定原则(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

10、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) 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则 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。根据以上原则知，本电厂 3台机组的最大容量为125MW，应根据125MV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

11、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100MV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) 主变压器型式的确定原则 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 下电力系统， 一般都应选用三相变压

12、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。232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，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。S= (100-

13、100 X 8% X 1.1/0.8 =126.5MVA表2-2主变压器的参数型号额定容量(MVA额定电压(KV连接组别阻抗电压(%SFP7-120000/220120000咼压低压YN,d11121422013.8SFP7-120000/110120000咼压低压YN,d111311013.8表2-3联络变压器的参数型号额定电压(KV连接组别阻抗电压(%SFPS7-120000/220咼压中压低压Yn ,y n0,d11232202313.83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

14、 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。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容计算，并考虑电力系统的远景发展规划(一般 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

15、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。3.2短路电流的计算各元件电抗的计算发电机：s/ S2' S3' = 100=125MVA0.8选基准容量：Sd=100MVA Uav=UdX1X3X2=0.12=0.076856.25等值电源：S1： Sd=100MV，S1=3400MVAXs1Sd100=0.0294S1 * S

16、1 3400S2:S2=500MVA1Xs2*=-S2*Sd =型=0.2S1 500变压器：T1T2: XT1* = XT2*= Uk(%)=100SdSt(N)13100欲108电缆:T3T4: X t 3* = Xt 2* = X T1*:X 一Uk(%) X t 4* 100Sd23St(N) 100100 =0.19120X l* =0 4 10-100r=0.03115等值网络的化简t2图2-2等值网络图11X图2-3等值网络化简图1 Es2E3图2-4等值网络化简图2El |EjIS(G3.F2)图2-5等值网络化简图3srG?.F5?>图2-6等值网络化简图4图2-7等值

17、网络化简图5各电抗值的计算:X1 X2 XT1 X/' =0.108+0.0768=0.1848X3 Xt3 X3 =0.108+0.0768=0.1848X5XeqXt4XeqXT4 =0.08175+0.19+ 0.08175 0.19 =0.8Xs10.0294X6Xs1XT4XeqXT4 =0.0294+0.19+ 0.0294 0.19 =0.288Xeq0.08175G3与Es2合并后电抗：X7X3XS2 = 01848 0.2 =0.096X3 XS2 0.1848 0.2转移阻抗：X1KXl?X6 (-11)X5 X6 X7 XlX 0.288X (占=0.03=0.4

18、191 10.2880.09610.03X2KXl?X7(1X51 1X6 X71Xl)=0.03 X 0.096 (丄0.810.28810.09610.03X3K=0.14)=0.8 X 0.03 (10.2881 10.0960.03)计算电抗：Xceq = X3K ? S(1,2) =1.163125 2 =2.9075Sd100X5?Xl (丄X51X61X7Xl10.8=1.163表3-1短路电流计算结果短路计算时间电流值/KAG 12G 3 , S 2S1短路电流/KA0标幺值0.3277.3862.795有名值0.5133.7081.4035.6241标幺值0.3277.386

19、2.795有名值0.5133.7081.4035.6242标幺值P 0.3277.3862.795有名值0.5133.7081.4035.624电流基准值：1一 Sd =仁52 =1Id(13U3 115=1.261001 d(S1)0.502,3 115短路电流：IK =0.513+3.708+1.403=5.6244 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容之一。正确的选择电 气设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。

20、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

21、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压为设备额定电压的 1.1-1.15 倍，而电网运行电压的波动围，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

22、压，即卩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

23、 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。 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

24、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tk=tpr

25、 +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t br =t in（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 tk '和断路器固有分闸时间 tin 之和，即tk = t pr1tin对于无延时保护， t pr1 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 ，

26、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 max31.05Pn05 20 10105.4AUNS,3Un3 115根据110KV出线回路的Uns、丨max及断路器安装在屋的要求，查附表 5,可选SW4-110 /1000型少油断路器，固有分闸时间tm为0.06s短路热稳定计算时间tK为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Qp222Qk|"2 10l22tK=562410 J245264 2=63.26(KA)2?s短路开端时间tk' tpk1 tin

27、 =0.1+0.06>0.1s，故用I''校验 扁o冲击电流：ish 18.2 5.62414.31(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221.5 5Qk63.26 kA 2? sIt?t21024KA? sIt?t22311.25 KA ?Si sh14.31KAi es55KAi es8

28、0KA断路器的选择：1 从表 1-2 中可知，Un Usn 110KV,In 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INbr I''3. 短路关合电流的选择：从表1-2中可知iNCL ish4. 短路热稳定和动稳定校验：从表 1-2 中知，lt2?t 322 11024(KA)2?s Qk 63.26(KA)2 ?si ES Ish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。电流互感器的选择ish =14.31A Qk =63.26 (KA)2 ?S I max=105.4A根据电流互感器安装处的电网电压，Imax，查附表8电流互感器的技术参数, 选LCWD-11C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 =75,动稳定系