火电厂课程设计

目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章 设计任务书 2第二章 发电厂电气主接线设计 32.1. 电气主接线的设计原则 32.2. 电气主接线设计的基本要求 32.3. 电气主接线的程序设计 42.4. 过电压保护措施 6第三章 短路电流的计算 63.1. 计算短路电流的目的 73.2. 短路电流计算的方法 73.3. 系统的等值简化电路 8第四章 电气设备的选择 134.1. 电气设备选择的原则 134.2. 几项规定 144.3. 发电机的选择 144.4. 主变压器的选择 144.5. 500KV电压级主变压器的选用 154.6. 联络变压器的选择 154.7. 高压断路器的选择 154.8. 500KV电压等级上的QF选用 164.9. 热稳定的校验 164.10. 动稳定校验（标准：） 174.11. 高压隔离开关的选择 184.12. 对220KV电压等级上的隔离开关进行校验 184.13. 对500KV电压等级上的隔离开关进行检验 18第五章 设计结果 195.1. 图纸 195.2. 说明书 20第六章 设计答辩 20第七章 致谢 20

前言本设计是以一个装机容量4*300MW的火力发电厂为例，讲述了电力系统工程中发电厂部份电气设计的全过程。通过对发电厂的主接线设计、厂用电接线设计、短路电流计算、电气设备选择、经济性和热稳定校验……较为详细地完成了电力系统中发电厂电气部份主接线设计。本设计是在学习了发电厂电气部份专业课程及其相关专业课后的设计尝试，通过这次设计是对发电厂电气部份课程的一次综合性检测。我们知道发电厂变电站设计是一门综合性很强的学科，它需要在多种专业的有机配合、密切协作下才能完成的一个统一的整体，本设计只限于电气部份，着重介绍发电，以保证安全可靠的供电。对厂址选取三通（通水、通电、通路）均未涉及。本设计是一个大型火电厂的设计。着重阐述大型发电厂电气的一次接线设计、短路电流计算······由于篇幅有限，其它均未涉及，因此深表遗憾。电是能量的一种表现形式，电已成为生产和生活中不可缺少的动力，电力工业的水平和电气化程序成为衡量一个国家经济发展水平的重要标志，从世界各国经济发展的进程而言，国民经济增长1%，就业电力工业增长13%~15%，才能适应生产发展的需要。本设计是只限于与主接线设计有关的问题，不包括初步可行性研究等。所以，我们的主要任务是通过方案设计，在对方案的技术经济比较，而确定发电厂电气主接线最优方案。本设计是在电力系统有关规则、规范下进行的。适应这些设计使我方得到了有关火电厂知识的熟练掌握，并大幅度的提高了工程，感谢兰茂天老师的支持和辅导，使本设计能够顺利的完成。限于自己的水平有限，设计中难免会有错误和不足之处，希望大家批评和指正。此设计有待于在今后的学习和工作中进行研究。设计任务书受西咸电厂委托设计区域性火电厂的电气主接线方案西咸电厂主要要求如下：1、该电厂供电容量为1200MW（包括4台300MW的发电机），额定电压,;2、厂址选在铜川；3、厂内设置两个电压等级220kv和500kv，220kv出线4回路，最大负荷250MW,最小负荷200MW,500kv出线3回路，且与系统相连接，系统归算到500kv母线上的电抗标幺值，架空线3回，备用线1回；4、检修出现断路器时不能停电；5、年利用小时数;6、（a）环境条件沿海拔高度400m;(b)最高温度;（c）雷暴天数天（每年）；（d）最热出现在7月(每年平均)；（e）最热且地面下0.8m处土壤的平均温度;（f）污秽等级为Ⅱ级。发电厂电气主接线设计电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。主接线设计是电力系统的重要组成部分，它表明发电机、变压器和各种电压等级以最优化的接线方式和系统相连接，同时也表明发电厂（变电站）内的各种电气设备之间的连接方式。电气主接线设计是根据发电厂（变电站）内的最高电压等级和它们的性质，选出一种与它们在系统中的地位和作用相适应的接线设计，它对发电厂、变电站内的电气设备的选择、布置、继电保护和自动装置的设计都起着决定性的作用。电气主接线还直接影响发电厂、变电站的安全性、经济性、稳定性及灵活的运行。电气主接线的设计原则电气主接线的设计原则如下：以任务书为依据。因为任务书从宏观角度论证建厂的必要性、可能性和经济性；以国家经济建设的方针、政策、技术规范和标准为准则；要与具体情况相结合；要提出处理突发事故的方案；要有近期、远期规划。电气主接线设计的基本要求电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。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线最基本的要求。停电不仅会使发电厂造成损失，而且也会对经济和社会影响造成难以估量的后果。因此主接线的接线形式必须保证供电可靠，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、设备制造水平及运行经验等诸多因素。灵活性电气接线应能适应各种运行状态，并能灵活的进行运行方式的转换。灵活性包括操作的方便性、调度的方便性、扩建的方便性三方面。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。经济性主要考虑的是节省一次投资、占地面积少、电能损耗少等。电气主接线的程序设计对原始资料的分析工程情况：包括发电厂类型、设计规划容量（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。装机容量>15%系统容量时，台数<6台;若单机容量<10%系统容量，台数<8台。电力系统情况：包括电力系统近期及远景发展规划（5~10年），发电厂或变电站在电力系统中的地位（地理位置和容量大小）及作用，本期工程的近期和远景与电力系统相连接方式，以及各级电压中性点接地方式等。（<35kv电压，接地方式为不接地或经消弧线圈接地；>110kv，中性点直接接地；220kv，大接地系统）负荷情况：包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等，电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测。一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间（5~10年）的检验；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，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响。设备供货情况：这往往是设计能否成立的重要前提。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，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等的不同考虑，可拟定出若干个接线方案（本期和远期），进而选出最佳方案。（一）、对原始资料的分析本电厂以火电厂厂址选在铜川，这不仅是环保的要求，更是由于社会发展的要求。由于西咸新区是一个市级新区，这里有100多万人口，新型工厂有20多个生产，生活需要拟建一个大型的火电厂，其容量为4*300=1200MW，这是一件迫在眉捷的事。因为铜川有丰富的煤资源，所以这是一个坑口电厂。其中大部分电能用220kv的高压送往西咸新区，该电厂在西咸新区中担负基荷角色，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性，所以对可靠性的要求很高。如前所述，为了便于管理、运行和维护，所以只选用一种规格的发电机，单机容量为300MW，4台，且符合不超过6台单机的规定，又由于系统容量要为5000MW，可见该电厂占系统总容量比例为，它大大的超过了电力系统的检修备用容量8%~15%的规定，它彰显了本厂的可靠性是不言而喻的。说明该厂在电力系统中的作用和地位至关重要。又由于年利用小时数为，它远远超过了电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数（如2006年我国电力系统发电机组年最大负荷利用小时数为5221h）的规定，就更加说明该主接线的可靠性要求很高。（二）、电气主接线方案的初步拟定根据对原始资料的分析，现将各电压级可能采用的较佳方案列出，进而以优化组合方式组成最佳可比方案。A、220KV电压等级主接线因为出线回路数4回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路接线或双母线带旁路接线，以保证供电的可靠性和灵活性。但是从供电的可靠性出发，我们选用双母线带旁路的接线方式。因为发电机单台功率为300MW,可以满足最大负荷250MW的要求，又由于有2台300MW的发电机-变压器都采用单元接线形式接至220KV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500KV接线相连，相互交换功率。B、500KV电压等级主接线500KV负荷容量大，其主接线是本厂向系统输送功率的主接线方式，为保证可靠性，可能有多种接线形式，经过定性分析筛选后，可选用的方案为双母线带旁路接线和一台半断路器接线，即台断路器接线，并用联络变压器与220KV连接。C、本设计不设发电机电压母线给当地负荷供电，而采用单元接线直接送入系统。D、在单元接线中，发电机与变压器间的接线厂用电分支母线都采用全连分相封闭母线，它与厂露母线相比具有以下优点：甲：可靠性高。（因为封闭母线有效防止了绝缘受尘埃（铜川煤矿的灰尘）等PM2.5的干扰）;乙：运行安全。（因为母线封闭在外壳中，且外壳又接地，工作人员不会触电）；丙：由于金属的屏蔽作用，母线相间的电动力大大的减少，而且基本上消除了导线周围钢构的发热；丁：施工和安装简便，运行和维护工作量少；戊：由于高、中压穿越功率较小，所以采用一组自耦变压器；戌：有防过电压措施。【注】作220KV和500KV之间的联络变压器，其中第三绕组作厂用电备用电源（兼作启动电源），该变压器由三台单相变压器组成。因此，可以拟订主接线方案如图所示：第二主接线方案220KV采用单母线分段带旁路接线，500KV采用双母线带旁路接线，其余与方案一相同。（三）、方案的经济比较采用最小费用法对拟定的的两个方案进行经济性比较（方案的比较，按电力工程经济分析暂行条例的规定），两方案中的相同的部分不参与比较计算，只对相异的部分进行计算。计算部分包括一次投资、年运行费。其计算公式为：AC=也可以用回收年限法进行比较，即,(为静态差额回收期（抵偿年限）；、为方案一、二的投资，、分别为方案一、二的运行费)若<5年时，可选用投资大的方案；若>10年时，可选用投资小的方案；若5<<10年时，可视工程性质、资金性质综合平衡而定。过电压保护措施外部过电压保护。（因为电厂在铜川，属于少雷地区，可以简单考虑。如下：（1）发电厂的烟囱和冷却塔顶部应该配设避雷针；（2）220KV、500KV的主变压器均在厂房外，所以每台变压器的高压侧都安装有MOA（金属氧化物避雷器）；（3）在全连离相封闭母线上安装有FCD2-20阀式避雷器。）内部过电压保护。在500KV电压等级的出线上均安装有高压并联电抗器LN，其有五大作用：限制工频电压升高；可降低操作过电压；可消除发电机的自动励磁现象；可以有效地抑制潜供电流；可降低远距离的送电的电容效应。短路电流的计算在电力系统短路电流的工程计算中，由于快速继电保护的应用，最重要的是计算短路电流基频分量的初始值，及次暂态电流,此外，若已知交流分量的初始值，即可近似的决定冲击电流。计算短路电流的目的目的：甲、为主接线设计中选电器设备提供依据；乙、作为热稳定校验和动稳定校验的依据；丙、校验灭弧能力的依据。短路电流计算的方法计算原则以三相短路电流为主，按最大运行方式考虑。计算的方法有：Ⅰ、简化计算法Ⅱ、运算曲线法（它又分为统一变化法（认为发电机参数相同，可以作为一个考虑）和个别变化法）具体的计算方法如下：画出计算电路图（a）取基准容量=100MVA,基准电压:220KV时，，500KV时，=525KV；(b)汽轮发电机,=300MW,=20KV,=0.85，=0.168(次暂态电抗)；(c)主变压器=14%,；(d)自耦式联络变压器；(e)500KV系统归算到母线上的电抗标幺值；(f)500KV架空线X=；（g）短路点选在K点。系统的等值简化电路将上图转换成用电抗表示的电路图（一）、各元件电抗的计算A、发电机因为,B、升压变压器因为所以C、联络变压器=；(略，因为其接的是厂用备用电源)；D、500KV系统电抗，原设为E、架空线路的电抗由上式电抗的计算将图（三）的电路图简化为图（四）的电路图，如下图所示：根据电路图可知,将图（四）的电路图图（五）的等效电路图，如下图所示：由图可知，,同理可得：,根据上式的电路图图（五）图（六），如下图所示：图(六)图（七），如图所示：短路电流的计算用运算曲线法中的个别变化法计算求计算电抗甲、500KV系统的计算电抗因为500KV系统的计算电抗可视为∞电源，所以直接用转移电抗代替计算电抗，即：乙、的计算电抗丙、的计算电抗B、查运算曲线，求出各短路电流标么值 =1\*GB3①500KV系统查表得出由I(有名值)/I(基准值),可以得出KA,所以I(有名值)=*同理，的电源的短路电流可查表（0.63,0s）点，知。所以在0s时的有名值为：KA在2s、4s时的有名值为：KA的电源的短路电流可查表（0.256,0s）点，知因为，所以在0s时的有名值为：在2s时的有名值为：KA在4s时的有名值为：现将上式的计算列表于下的电源各点短路电流的标么值短路电流的有名值的电源C、根据个别变化法求出短路电流的值为：500KV系统+500KV系统+500KV系统+电气设备的选择电气设备选择的原则=1\*ROMANI、应满足正常运行检修，短路和过电压情况的要求，并考虑5-10年的发展要求；=2\*ROMANII、应力求技术先进，经济合理；=3\*ROMANIII、要拒绝假冒产品。几项规定=1\*ROMANI、选电器时，要按正常运行情况选择；=2\*ROMANII、在校验热稳定和动稳定时，要按短路条件验算；=3\*ROMANIII、要熟悉各种规格和图表。发电机的选择因为本设计四台发电机相同，可以统一选用QFSN-300-2型发电机Q代表的是汽轮发电机；F指的是发电机；S指的是定子水内冷；N指的是氢内冷；300指的是300MW；2指的是2级。主要参数：额定功率300MW，额定电压20KV，额定电流10189A（10.189KA），COS=0.85，额定转速3000r/s,额定氢压0.3MPa，额定励磁电流/电压2510A/320V,效率98.8%，短路比为0.5.主变压器的选择=1\*ZODIAC1甲、台数四台；=2\*ZODIAC1乙、容量由DL5000-2000火力发电厂设计技术规程的规定，本设计为单元接线。主容量式中，为发电机容量300MW,为厂用电率，,=1.1*300*(1-5%)*0.85=266.475MW,为使有5-10年的发展，所以我们选用SFP7-360000/220KV(S代表的是三相，F代表的是油浸风冷式，P代表的是强迫油循环，7代表的是设计号，360000代表的是容量)主要指标：额定容量：360MVA额定电压：242±2*2.5%/20KV额定电流：858.9/10392A联结组号：YNd11所以SFP7-360000/220全称为三相油浸风冷强迫油循环式电力变压器。△=177KW(空载损耗)，=0.3(空载励磁电流)，△(短路损耗)，短路电压,总重量为263t,生产厂家：沈阳变压器厂500KV电压级主变压器的选用技术参数：额定电压：500KV/20KV，额定容量：360MVA,调压范围：550KV/*(1-3*2.5%)KV,额定电流：755.8/20784.6A,联结组号YNd11,△=278.4KW(空载损耗)，=12%(空载励磁电流)，△(短路损耗)，短路电压联络变压器的选择=1\*GB3①、选用原则⒈保证在各种运行方式下的功率交换；2、若其中任一台发电机故障时，通过联络变压器可满足故障侧的用电要求；3、一般都选自耦变压器三绕组担任。所以，我们选用OSFPS2-360000/500型强迫油循环水冷有载调压三绕组自耦变压器。主要参数：额定容量360MW/360MW/40MW,额定电压：高压550KV,中压246±100%KV,低压35KV,△，△(高-中)，(高-中)=10%，(高-低)=26%，(中-低)=41%，接线组别YNaOd11,生产厂家：沈阳变压器厂高压断路器的选择原则：1.按正常工作电压选择，即;2.按正常工作电流选择，即，因为=所以，220KV电压等级上的QF(断路器)选SW6-220/1200500KV电压等级上的QF选用选用LW13-500型QF（因为该断路器,所以选它合理）热稳定的校验=1\*ROMANI、220KV上的断路器(标准：)1698.27<1764合格Ⅱ、用同样的方法校验500KV上的断路器热稳定校验:1698.27<6400合格动稳定校验（标准：）Ⅰ、220KV上的断路器校验,由查表可知54.82<55合格Ⅱ、500KV上的断路器校验,由查表可知(KV)(A)(KA)(KA)()计算数据500407.5421.54857.91698.27SW6-220/1200500 2000401006400合格将上述结果列于下表：(KV)(A)(KA)(KA)()计算数据220910.46521.54854.81698.2SW6-220/1200220 120021551764高压隔离开关的选择【注】隔离开关的选择与断路器的选择相同Ⅰ、220KV上的隔离开关的选择因为根据上述结果知：,所以可选GW4-220D/1000A-80型Ⅱ、用同样的方法可以选择500KV电压等级上的隔离开关型号为GW-500型。对220KV电压等级上的隔离开关进行校验热稳定校验1698.27<2246.76合格动稳定的校验,由查表可知57.6<80合格对500KV电压等级上的隔离开关进行检验甲、热稳定校验1268.16<7500合格乙、动稳定的校验,由查表可知57.6<125合格将上述结果列于下表(KV)(A)(KA)(KA)()计算数据220910.46521.54857.