发电厂电气部分课程设计方案报告

《发电厂电气部分》课程设计报告

凝气式火力发电厂一次部分设计

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1引言

近年来，随着国家电网的迅速发展，国内外火电机组的容量也越来越多。人

民用电量的日益增加促使发电量的不断增加。在世界的能源不断消耗，促进了新

能源的发展，但是目前新能源还不能完全代替传统一次能源的发电，在我国火力

发电任然占据主导地位。

火力发电厂简称火电厂，是利用煤炭、石油或天然气作为燃料生产电能的工

r,其能量的转换过程是由燃料的化学能到热能再到机械能最后转换为电能。本

设计是凝气式火电厂一次部分的设计。通过对电气主接线的设计和短路电流的计

算。更加经济可靠的选用相关的一次设备，做到更好利用一次能源，与故障时对

电力系统的保护。

2主接线方案设计

2.1原始资料分析

2.1.1原始资料

发电机组4x100,coscp=0.85,U=10.5KV,次暂态电抗为0.12,年利用率为5000

小时以上，厂用电率6%,高压侧为220kv、110KV,其中110V出线短有5回出线

与系统相连接输送的功率为120MW,220KV的出线有5回与系统相连接输送的功

率为200MW。中压侧35KV,3回出线将功率送至5KM内的用户综合负荷40MW,。发

电厂处于北方平原地带，防雷按当地平均雷暴日考虑，土壤为普通沙土。系统容

量取3500MVAo

2.1.2资料分析

根据设计任务书所提供的资料可知，该火电厂为中型火电站，由于其年利用率在

5000小时以上，所以该发电厂一般给/,〃类负荷供电，必须采用供电较为可

靠的接线形式。其地形条件限制不严格，但从节省用地考虑，尽可能使其布置紧

凑，便于运行管理。发电厂的总容量与系统容量之比相对较小，所以对于35KV

及110KV可以采取相对简单的接线方式。

2.2电气主接线设计的依据

电气主接线设计是火电厂电气设计的主体。它与电力系统、枢纽条件、电站

动能参数以及电站运行的可靠性、经济性等密切相关，并对电气布置、设备选择、

继电保护和控制方式等都有较大的影响，必须紧密结合所在电力系统和电站的具

体情况，全面地分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，通过技术经济比

较，合理地选定接线方案。

电气主接线的主要要求为：

1、可靠性：衡量可靠性的指标，一般是根据主接线型式及主要设备操作的

可能方式，按一定的规律计算出“不允许”事件的规律，停运的持续时间期望值

等指标，对几种接线形式的择优。

2、灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便、调度灵

活。

3、经济性：通过优化比选，工程设计应尽力做到投资省、占地面积小、电

能损耗小。

2.3主接线的方案拟定

方案一：根据对原始资料的分析可知系统有4个电压等级分别是发电厂到母线的

10KV电压和经过升压给周边用户使用的35KV的电压以及提供给系统的110KV和

220KVo

(DlOkv电压等级。鉴于处发电厂厂用电以外的能量都由1OKV母线输出，所以

母线必须有稳定可靠的供电，采取双母线分段接线，这样设计能够缩小母线故障

的停电范围

(2)110KV电压等级。采取单母线接线，接线简单，操作方便，设备少、经济性

好。

(3)220KV电压等级。采取双母线接线，因为输出功率200MW,分四条回路，每回

路50MWo

(4)35KV电压等级。35KV电压等级的电能是供给附近5kM的用户使用的所以采取

较为简单的单母线接线。

电气主接线图如图2-3-1

图2-3-1方案一火电厂电气主接线图

优点：(1)发电厂供电采取每个发电机单独供电，这样不会因为一个发电机的损

坏而破坏发电厂内部用电。

(2)10KV采取双母线分段接线能够有效的切换母线，并在一段母线出现问题时，

分段断路器起作用，减少停电的范围。

(3)220KV采取双母线也能够有效的供电。

缺点：(D10KV母线上承担的电流太大，几乎所有的功率都从这条母线上出去。

如果10KV母线损坏会导致功率输出为0；

(2)变压器使用过多，110KV从一条母线输出如果母线损坏将导致110KV测向系

统输出的功率为0；

⑶经济性不高。

方案二：

(D220KV电压等级。采用双母线带旁路接线。

(2)110KV电压等级。采用单母线分段接线。

(3)35KV电压等级。采用单母线接线。

(4)10KV电压等级。采用双母线分段接线。

电气主接线图如2-3-2

口।।口二।口外厂

UUUa

X\X、

图2-3-2方案二电气主接线图

优点：(D220KV电压等级由一台发电机直接供电已经用三绕组变压器供电，供

电可靠稳定。有备用。

(2)10KV电压的母线承担的电流比方案一小的多。

(3)110KV电压的母线采用分段母线可以在一段母线损坏另一条可以继续向系统

供电。

〔［较方案一与方案二从安全可靠与经济性来说选方案一。

2.4发电机及主变压器的选择

2.4.1发电机的选择

发电机组4x100,cos(p=0.85,U=10.5KV,次暂态电抗为0.12,所以选择型号

为QFN-100-2如下表2-4-1所示

型号额定容量/MW额定电压/KV功率因数次暂态电抗

X”d

QFN-100-210010.50.850.12

2-4T发电机型号参数表

2.4.2主变压器的选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。

主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除了

依据传递容量的基本原始资料外，还应根据电力系统5To年发展规划、输送功

率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析

和合理选择。

1.变压器形式和结构的选择

(1)相数：主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件

等因素。根据设计手册有关规定，当运输条件不受限制时，在330KV及以下的电

厂及变电所均选用三相变压器。因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节

省投资，占地面积小，运行过程损耗小的优点，同时本电厂的运输地理条件不受

限制，因而选用三相变压器。

(2)绕组数量选择：根据《电力工程电气设计手册》规定:“最大机组容量为

125MW及以下的发电厂，当有两种升高电压向用户供电与或与系统相连接时，宜

采用三绕组变压器。结合本电厂实际，选用1台双绕组变压器以及三台三绕组变

压器。

(3)普通型和自耦型选择：根据《电力工程电气设计手册》规定：“在220KV

及以上的电压等级才宜优先考虑采用自偶变压器。自偶变压器一般作为联络变压

器和连接两个直接接地系统。从经济性的角度出发，结合本电厂实际，选用普通

型变压器

2.变压器容量型号的选择

⑴10KV母线输出功率P=100x3-6x3=282MW其中除去了每台发电机供给厂

用电负荷6MW。选用三W三绕组变压器互为备用，当其中一台容量最大的变压器

故障或者维修时，另外两台可以承担7096的负荷，故每台变压器的容量计算如下：

S=P/cos伙0.7=232.2(MVA)

bz

所以每台变压器容量5=S/2=116.1(MWA)留一定的裕度取变压器的容量为

Kb

120MVA,其中两台变压器型号一致标为T1,另外一台标为T2。

⑵从发电厂直接经过双绕组升压变压器供给给220KV母线上的功率为

P=100—6=94MW

K

所以升压变压器的容量S=94/0.85=111.5(MVA)

Z

选取容量为120MVA的变压器。

根据上面的分析，经过查《电工手册》，可以的到各个变压器的型号如下表

型号额定容容量比(%)额定电压连接损耗(KW)空载阻抗电压(/)

量(KVA)(KV)组号电流

高压中压低压空载负(%)高中高低中低

载

SEPSZ7120000100/100/100220±812110.5Yn904250.813.323.57.7

-120000x1.25%YnO,

/220dll

SEPSZ7120000100/100/100220±812110.5Yn1444800.812.622.07.7

-120000x1.25%YnO,

/220dll

2-4-1三绕组变压器型号表

型号额定容量额定电压(KV)连接损耗(KW)空载阻抗

(KVA)高压低压组号空载负电流电压

我(%)(%)

S7-120000/220120000220±2.510.5YXD1138.51480.810.5

%

2-4-2双绕组变压器型号表

3短路电流计算

3.1短路电流计算的基本假设

(1)短路过程中各发电机之间不发生摇摆，并认为所有发电机的电势都相同电

位。

(2)负荷只作近似估计，或当作恒定电抗，或当作某种临时附加电源，视具体

情况而定。

(3)不计磁路饱和。系统各元件的参数都是恒定的，可以用叠加原理。

(4)对称三相系统。除不对称短路故障处不对称之外，实际系统都是对称的。

(5)忽略了高压线的电阻电容，忽略变压器的电阻和励磁电流，这就是说，发

电机、输电、变电和用电的元件均匀纯电抗表示。

(6)金属性短路，即不计过度电阻的影响，认为过渡电阻为零的短路情况。

3.2电路元件的参数计算及等值电路图

选取基准容量S=100〃忆4和基准电压丫=10.5KV

BG

1、各元件电抗标幺值的计算。

发电机：X"=X"—<#-

GdS

GN

*vu%s

变压器：x片面r

TN

s

线路:X：=XL京

发电机电抗的表幺值

三绕组变压器Tl,T2各绕组阻抗电压百分比分别为:

T1变压器：

U=1(U+U-U]=M.55

K12Kl-2Kl-3K3-2

U=l[u+U-U]=-1,25

K22K】-2K2-3K3-】

U=1[u+U-U]=8.95

K32K1-3K2-3K2-]

T2变压器：

1

U[U+U—U]=13.4

TI2n-2Tl-3T3-2

1

U山+U-U1=-1.7

T22Tl-2T2-3T3-1

1

U%一+匕「%」=8.55

732

三绕组变压器Tl、T2各绕组电抗标幺值:

T1变压器：

14.55100

X*x=0.12125

K1100120

-1.25100

X*—X—=-0.0104

K2100120

8.95100

X*0.074

K3100120■

T2变压器:

13.4100

X=0.111

100120

-1.7100

X*x=-0.014

T2100120

8.55100

X*x=0.07

73100120

双绕组变压器:

X*10.5100=00875

100120

假设110KV以及220KV同样经过5KM接入大系统中，并令输出功率因数为0.9。

由原始资料可知110KV经过5回线路输出功率为120MW平均每回线路输送容量为

24

S==26.7MVA

UOZ0.9

所以输出额定电流为0.14KAO

等效电抗为

220KV经过5回线路输出功率为200MW平均每回线路输送容量为

40

S=44.4MVA

220八0.9

输出额定电流0.13KAo

35KV侧经过3回线路输送40MW给附近用户。

40

每回输送容量s=14.8MVA

35A-V0.9x3

输出额定电流0.244KAO

2.短路计算等值电路图

大系统

0.028

220KV

llOkv

0.0875

大

系

统WJ

-0.01040.1213-001040.12130.111

AA…,-0.014

0.074I.0740.07

0.1020.1020.102

E3

(D220KV线路短路时

大系统

0.028

大

系

统

E

经简化可得

大系统

大

系

统

10kv

经计算可得在220KV的母线上短路时:

220KV侧大系统输送电流标幺值为：/"==8.47

0.118

H0KV侧大系统输送电流标幺值I"=

2(0.0944+0.041)

发电机E向母线输送电流的标幺值：/"=0.6x/"=4.44

12

发电机E4向母线输送电流的标幺值：/=——=11.4

£4().0875

综上计算可得在220KV短路点的电流标幺值为/“=/+1"+/"+/"=58.9

SE4I2

短路电流的实际值为：/=xl-=15457.2A

s

(2)110KV线路短路时

s

大

系

统

0.059

0.035

lOkv

继续简化得到

so8

大

系

统

so

E

经计算可得在110KV的母线上短路时:

110KV侧大系统输送电流标幺值为：1"=1=35.7

0.028

假设S输出的电流标幺值为/E输出的电流标幺值为/由电路定理可知

12

In8

-2—=

In7

所以可得E侧输送的电流标幺值为：/”=_______-_____-=10.6

27

0.07+0.013(1+^)

系统及E4组合S向110KV母线输送的电流标幺值/"=71"=9.275

।82

综上计算可得在110KV短路点的电流标幺值为八=/"+/”'=55.5

S12

s

短路电流的实际值为：/=事匚X7'^=29129.9/4

(3)35KV短路时：

220KV-

llOkv

大0.0228

系

统

经计算可得在35KV的母线上短路时：

220KV侧系统S输送电流标幺值为：/"=1=8.47

>().118

11OKV侧大系统输送电流标幺值为：/"=—L=7.1

20.14

E侧输送电流标幺值为：/"=1=5.26

30.19

可得在35KV短路点的电流标幺值为八=/"+/"+/"=20.83

S123

短路电流的实际值为：/=x/”=34360A

(4)10KV短路时:

系统S

0.021

HOkv

大0.0228

系

统\AA/

10kv

0.034

E

经计算可得在10KV的母线上短路时：

E侧输送电流标幺值为：「=1=29.4

0.034

假设系统S输出的电流标幺值为/大系统输出的电流标幺值为/由电路定

12

工m—「如/"63

理可知—2-=

/"26

1

所以可得大系统侧输送的电流标幺值为/”=1=17.09

20.05849

而系统S输送的电流标幺值/"=26/"=7.055

1632

可得在10KV短路点的电流标幺值为=1"+/"+/"=53.545

短路电流的头际值为：/=-^曰一义卜=309142A

事U.s

4主要电气设备的选择

4.1电气设备选择概述

由于各种电气设备的具体工作条件并不完全相同，所以，它们的具体选择方法也

不完全相同，但基本要求是相同的。即要保证电气设备可靠的工作，必须按正常

工作条件选择，并按短路情况校验其热稳定和动稳定。

4.2电气设备选择的一般原则

⑴应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。

⑵应按当地环境条件校核。

⑶应力求技术先进和经济合理。

⑷与正个工程的建设标准应协调一致。

⑸同类设备应尽量减少品种。

⑹用新的产品均应有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。

4.3断路器和隔离开关的选择

1、断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和

运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，电压等级

在10KV~220KV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF6

断路器。电压等级在35KV及以下的配电装置中真空断路器得到广泛的应用；断路器选择的

校验内容：

①额定电压和额定电流选择：

U>U,/>1

NNSNmax

②定开断电流和关合电流选择：

I>1,i>i

NBRkNdsh

③热稳定校验和动稳定校验：

ht>Q,i>i

tkassh

(2)隔离开关的选择

隔离开关的选择方法与断路器相同，但隔离开关没有灭弧装置，不承担接通和断开负荷

电流和短路电流的任务。同时，隔离开关还有隔离电压、倒闸操作和开、合小电流的功能，

因此，不需校验额定开断电流和关合电流。隔离开关选择的校验内容：

①定电压和额定电流选择：

U>U,I>1⑷

NNSalmax

①热稳定校验和动稳定校验：

I2t>Q[(">•$,i>/(M)

TKassh

(3)具体位置的断路器和隔离开关的选择

1)10KV母线侧断路器和隔离开关的选择

①流过断路器的最大持续工作电流：

，1.05S-100rD、

I=—=~4=1.05x-----------=7.13(AL4)

max内召X10x0.85

N

计算结果和校验结果如表

计算数据断路器(SN,T0G-8000)隔离开关(GN-20/8000)合格与否

U10KVU10KVU10KV合格

N

I7.13KAI8KAI.8KA合格

I103KAIhr139KA合格

合格

Q103.'X4KA2.s12t1502*5KA2.S12t80K4KA2.S

ktt

2)110KV母线侧断路器和隔离开关的选择

①流过断路器的最大持续工作电流：

1.05S[八<120err。/山、

Iz=—=~=1.05x-----------=0.778(AL4)

maxJ3U73x110x0.85

计算结果和校验结果如表

计算数据断路器(SW3T10III)隔离开关(GW1110/630)合格与否

U110KVU110KVU110KV合格

I778AIX!2000AIV630A合格

-

I29.129KA1(31.5KA合格

12t31.52乂4KA2.s合格

Q29.129。*4KA2.st12tl5.82x4KA2.S

k