火力发电厂电气部分设计

火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣华北水利水电学院水利职业学院电气自动化专业（三年制专科）毕业论文（设计）火力发电厂电气部分设计姓名：聂姣姣学号：113126101指导教师:程勇完成时间:2013年12月火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣1摘要火力发电在我国的起步较早，经过近几十年的迅速发展，各项措施已得到了不断的完善，但我们仍然还能够发现一些不足，如有关发电厂电气部分设计的一些不合理性、保护性措施的欠缺等。这些都需要我们通过设计出更加合理的方案来解决这些问题。本文将针对某火力发电厂的设计来对这些问题进行探讨，主要是对电气方面进行研究，期望提出更加合理的方案来完善现有设施。首先将会对火力发电的有关内容做一阐述，并对火力发电的现状做一描述；随后对火力发电厂的电气主接线设计和防雷保护的原理部分进行介绍，最后将给出该火力发电厂的主接线的设计和防雷保护的具体实现。关键词：火力发电电气主接线防雷保护火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣2目录摘要...................................................1第一章绪论.............................................41.1课题提出的背景...................................41.2课题研究的目的和意义.............................4第二章火力发电厂的发电原理.............................62.1火力发电厂的生产过程.............................62.2火力发电厂的发电原理.............................8第三章火力发电厂的电气主接线及防雷保护..................103.1电气主接线的概述................................103.2电气主接线的基本形式............................103.2.1有汇流母线的主接线........................113.2.2无汇流母线的主接线.......................153.3防雷保护的基本原理...............................173.3.1防雷保护的现状...........................173.3.2防雷保护的基本原理.......................17第四章火力发电厂的电气主接线设计.......................204.1电气主接线的设计..............................204.1.1电气主接线的设计原则.....................204.1.2火力发电厂电气主接线的设计................214.1.3互感器和避雷器的配置......................234.1.4主变压器的选择..........................234.2厂用电接线的设计..............................264.2.1厂用电接线的基本要求......................264.2.2厂用电接线的设计.........................284.36kV线路过电流保护的设计........................29火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣34.4主接线防雷保护的设计...........................344.4.1发电厂的直击雷保护.......................344.4.2变压器的防雷保护.........................364.4.3小容量直配电机的防雷保护..................364.5短路电流的计算.................................384.6电气设备的选择.................................424.6.1电气设备选择的一般条件....................424.6.2电气设备的选择...........................45结束语..................................................54致谢....................................................55参考文献................................................56附图一:火力发电厂的电气主接线图..........................57附图二：火力发电厂的厂用电接线图........................58火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣4第一章绪论1.1课题提出的背景能源是我国国民经济的基础。煤、石油、天然气、核能均可作为发电燃料，其中应用最广泛的是煤。我国发电以燃煤为基础，以火电为主的基本格局，在短期内不会改变。我国煤炭资源丰富，而石油资源相对短缺，目前的一些燃油电厂已有不少改为燃煤，因此现在火力发电燃料主要是指煤。电力燃料质量，直接关系到火力发电厂的成本及锅炉机组的安全经济运行。目前燃料费用约占电厂发电成本的70%左右，这就要求我们必须重视并切实加强燃料试验工作，并还要对火力发电厂的电气部分进行改进，使之能够更好地为发电厂的各项工作服务，达到经济、科学、稳定和安全的相统一。电力工业在国民经济起着重要的作用，是关系着国计民生的基础产业，同时也是世界各国经济发展战略中的优先发展重点，因此对发电厂电气部分的研究和设计也显得尤为重要。1.2课题研究的目的和意义火力发电由于起步较早，到目前为止各项措施已取得了不断的完善和发展，其电气部分也得到很大的进展，但仍然存在一些不足期待改进。这就要求我们改善这些不良方面，最大限度的发挥经济火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣5效益，并减少事故的发生。火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能产生出电能的工厂。按其功用可分为两类，即凝汽式电厂和热电厂。前者仅向用户供应电能，而热电厂除供给用户电能外，还向热用户供应蒸汽和热水，即所谓的“热电联合生产”。目前采用最广泛的发电形式是利用煤的燃烧来获得电能，而我国煤的储量也是相当丰富的，因此本课题的提出具有很大的现实意义，如何设计好火电厂的电气主接线及各项保护性措施，就显得尤为重要。火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣6第二章火力发电厂的发电原理2.1火力发电厂的生产过程燃煤被输煤皮带从煤场运至煤斗中。为提高燃煤效率，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带送入锅炉炉膛内燃烧。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，然后进入除尘器，将烟气中的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样一方面使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉着火和燃烧，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通，汽包内的水经由水冷壁不断循环，火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣7吸收着煤燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一小直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线路送至用户。释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，凝结成水，此水成为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内，完成一个循环。在循环过程中难免有汽水的泄露，即汽水损失，因此要适量地向循环系统内补给一些水，以保证循环的正常进行。高、低压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置，除氧火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣8器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。下图为火力发电厂的生产过程：图1—1火力发电厂的生产过程2.2火力发电厂的发电原理通过以上有关火力发电厂生产过程的描述我们可以看出：由于蒸汽推动汽轮机转子转动，形成了机械能，而汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器连在一起；当汽轮机转子转动时便带动发电机火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣9转子转动。在发电机转子的另一端带着一直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣10第三章火力发电厂的电气主接线及防雷保护3.1电气主接线的概述电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。3.2电气主接线的基本形式电气主接线的基本形式可分为有汇流母线的接线形式和无汇流母线的接线形式。变电所电气主接线的基本环节是电源（变压器）、母线和出线（馈线）。各个变电所的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。但有母线后，配电装置占地面积较大，使火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣11用断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适于进出线回路少，不再扩建和发展的变电所。有汇流母线的接线形式主要有：单母线接线和双母线接线。3.2.1有汇流母线的主接线为了克服一般单母线接线存在的缺点，提高它的供电可靠性和灵活性，把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关。每段母线上均接有电源和出线回路，便成为单母线分段接线。火力发电厂电气部分设计机电与信息工程系聂姣姣12图3—2分段的单母线接线单母线分段接线的优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检火力发电厂电气