火力发电厂电气一次部分设计指导书

-1-湖南水利水电职业技术学院HunanTechnicalCollegeofWaterResourcesandHydroPower毕业设计指导书题目：火力发电厂电气一次部分设计院（系）：电力工程系专业：电力系统自动化技术题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发年月日-2-第一章绪论1.1原始资料1.1.1厂址概况厂址位于新建的大型煤矿内，是一个坑口电站，所用燃料又煤矿直接供给。电厂生产的电能用110kV电压等级8回线向4各较大的负荷供电，其综合最大负荷为200MW；另外，220kV电压等级有4回与电力系统的联络线。厂地地质条件较好，地势较为平坦，属于5级地震区，冻土层深1.5米，最大风速20米/秒，年平均气温＋5℃，最高气温＋38℃，最低气温－20℃。1.1.2机组参数锅炉：2×HG----410/100；2×HG----670/140-1汽轮机：2×N100-90；2×N200-130/535发电机：2×TQN-100-2；2×QFQS-200-21.1.3电力系统接线图100KM150KMMMM2×TSS1264/250-482×SFPL-240/2202×QFS－300－22×SFPL—360/220-发电厂-3-1.1.4负荷资料110kV电压等级综合最大负荷为200MW序号用户名称最大负荷KW距离Km线路数利用小时1变电所900050260002机械厂500020240003化工厂600015255004煤矿800030260001.2本文的研究内容本课题的主要研究内容为：2×100＋2×200MW供热式火力发电厂的电气主接线的选择，发电机——变压器组继电保护的配置以及全厂自动化装置的配置。发电机中性点引出3个分支。本文所要完成的主要内容包括以下几个方面：1.电气主接线的设计：满足可靠性、灵活性、经济性的要求；2.短路电流的计算：三相短路，每个电压等级一个短路点；3.设备选择：最大电压等级断路器和隔离开关及互感器。-4-第二章发电厂电气主接线方案的确定2.1主接线设计的基本要求电气主接线是电力系统的主要部分之一，它表明了发电机、变压器、输电线、断路器和隔离开关等电气设备的数量，并指出怎样去连接这些电气设备，并与电力系统相连接，进而完成发电、变电、输电和配电任务。主接线的确定与电力系统的安全、稳定、灵活和经济地运行，以及对电厂和变电所的电气设备选择、配电装置的布置、继电保护及控制方式的确定都有密切的联系。由于发电、变电和输配电是同时完成的，所以主接线的设计好坏对发电厂、变电所和负荷的正常运行都有影响。因此主接线的设计必须满足以下条件：（1）保证必要的供电可靠性和电能质量安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电的可靠性和电能质量是对主接线最基本的要求，包括：①应考虑在长期运行中所积累的经验，并在设计中有所遵循。②各个元件可靠地综合在一起就是主接线地可靠性。因此，在设计时要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电可靠性的影响。③评价可靠性时，应具体问题具体分析，不能脱离发电厂在系统中所处的地位。（2）具有一定的灵活性和方便性。①主接线应该能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换，即：②在正常运行时安全可靠地供电。在系统故障或设备检修及其故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。（3）具有经济性在满足技术要求地前提下，做到经济合理：①投资少：主接线满足简单清晰，节省断路器和隔离开关等一次设备，并使二次-5-设备不过于复杂。②占地面积小：电气主接线设计时要为配电装置地布置创造条件。③电能损耗小：经济合理地选择主变压器地形式。容量和台数，避免多次变压而增加地电能损耗。（4）具有发展和扩建地可能性随着建设事业地高速发展，往往需要对已投产地发电厂或变电所进行扩建，所以在设计主接线时应留有发展地余地，不仅要考虑最终接线地实现，而且还要兼顾到分期过渡接线地可能和施工的方便。2.2电气主接线方案的确定2.2.1对原始资料的分析该电厂火电厂，其容量为2×100＋2×200＝600MW，最大机组容量为200MW，即具有中型容量的规模、大型机组的特点。该厂又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线的设计必须着重考虑其可靠性和灵活性。该厂在未来电力系统中作用和地位是至关重要的。从负荷特点及电压等级来看，它具有110kV、220kV两级电压和一级电压负荷。220kV与系统又4回线路，呈强联系形式并接受本厂剩余功率；110kV电压等级出线回路为8回，供给重要负荷。2.2.2主接线的分析2.2.3方案的技术（可靠性和灵活性）和经济比较2.2.4电气主接线方案的最终确定通过定性地分析，在技术（可靠性和灵活性）上和经济上地综合分析，最终采用方案二作为本火电厂的电气主接线。2.3变压器的选择-6-2.3.1主变及厂用高压变的选择因主接线中采用发电机变压器的单元接线，一般规定厂用高压变的容量为发电机额定容量的10％；而主变的容量是把发电机所能发出的最大功率（扣除厂用负荷外）传递到母线侧，并留有10％的裕度。2.3.2联络变的选择联络变压器的台数一般只设置一台，最多不超过2台。这是考虑到布置和引线的方便。联络变压器的容量选择应考虑以下几点：（1）联络变压器容量应能满足两种电压网络在不同运行方式下有功功率和无功功率交换。（2）联络变压器容量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；同时，也可以在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。联络变压器一般采用自耦变压器。在按上述原则选择容量时，要注意低压侧接有大量无功设备的情况，必须全面考虑有功功率和无功功率的交换，以免限制自耦变压器容量的充分利用。-7-第三章短路电流的计算3.1短路电流计算的目的及基本假定3.1.1短路电流计算的目的（1）电气主接线的比较选择；（2）选择导体和电器；（3）确定中性点接地方式；（4）验算接地装置的接触电压和跨步电压；（5）选择继电保护装置和进行整定计算；3.1.2短路电流计算的基本假定（1）正常工作时，三相系统对称运行；（2）所有的电源电动势相位角相同；（3）系统中所有同步、异步电机为理想；（4）电力系统中各元件磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小变化；（5）电力系统中所以电源都在额定负荷条件下运行；（6）同步电机都具有自动调磁装置（包括强行励磁）；（7）短路发生在短路电流为最大的瞬间；（8）不考虑短路点电弧阻抗和变压器的励磁电流；（9）除计算短路电流衰减时间常数和低压网络短路电流外，元件电阻不计；（10）元件计算参数均取额定值，不考虑参数误差和调整范围；（11）输电线路电容略去不计；3.2短路电流的计算步骤和结果3.2.1短路电流的计算步骤在工程中，短路电流的计算通常采用运算曲线法。现将其计算步骤简述如下：-8-（1）选择短路点；（2）画等值网络（次暂态电抗）图；①去掉系统中的所以负荷分支，发电机电抗用次暂态电抗Xd’’;②选取基准容量Sj和基准电压Uj（一般取各级电压的平均值）；③将各元件电抗换算为同一基准值下的标么电抗；④绘出等值网络图，并将各元件电抗统一编号；（3）化简等值电路。为了计算不同短路点的短路电流，需将等值网络图分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络图，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗；（4）求计算电抗Xjs；（5）由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到Xjs＝3.5）；（6）计算无穷大容量（Xjs3）的电源供给的短路电流周期分量；（7）计算短路电流周期分量有名值；（8）绘制短路电流计算结果表。本文短路电流计算采用单位电流法化简网络，具体计算过程详见计算书。3.2.2短路电流计算结果表-9-第四章电气设备的选择4.1电气设备选择的要求4.1.1一般原则（1）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；（2）应按当地环境校核；（3）应力求技术先进和经济合理；（4）与整个工程的建设标准应一致；（5）同类设备应尽量减少品种；（6）选用的新产品均应具有可靠的试验数据，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，应经上级批准。由于高压开断电器没有连续过载能力，在选择其额定电流时应满足可能运行方式下回路持续工作电流的要求，即取最大持续工作电流max.gI。当电器安装点的环境温度高于＋40℃（但不高于＋60℃）时，每增加1℃，建议额定电流减少1.8%；当低于＋40℃时，每减少1℃，建议额定电流增加0.5％，但总的增加值不超过额定电流的20％。4.1.2在正常运行条件下各回路的最大持续工作电流，应按下面计算（1）发电机回路：nnnngUPIIcos305.105.1max.；（2）三相变压器回路：nnngUSII305.105.1max.；（3）母联断路器回路，max.gI一般为该母线上最大一台发电机或一组变压器的持续工作电流；（4）出线断路器max.gI等于本线上的最大负荷电流加上事故时的转移负荷电流。-10-4．2断路器的选择断路器型式的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。一般电压6～220KV的电网，一般选择少油断路器。电压110～220KV的电网，当少油断路器的技术条件不满足要求时，选用六氟化硫或空气断路器，大容量机组采用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。4．2．1断路器选择的技术条件(1).额定电压选择NSNUU式中NU——电器的额定电压NSU——装置地点电网额定电压(2).额定电流选择max.gNII式中NI——电器的额定电流max.gI——该回路在各种合理的运行方式下的最大持续工作电流。(3).开断电流选择ptNbrII式中NbrI——高压断路器的额定开断电流。ptI——实际开断瞬间的短路电流的周期分量。当断路器的NbrI较系统短路电流大很多时，为了简化计算，也可用次暂态电流''I进行选择.即''IINbr；(4).短路关合电流的选择shNcii1式中1Nci——断路器的额定关合电流。shi——短路电流最大冲击值。冲击电流''69.2''29.1IIish(5).热稳定校验ktQtI2式中tI——断路器t秒热稳定电流。-11-kQ——短路电流产生的热效应。当stk1时，不计非周期热效应。)10''(222ktktpkIIIQQ/12;(6).动稳定校验shesii断路器的选择结果表4.3隔离开关的选择4.3.1隔离开关选择的技术条件隔离开关应与断路器配套使用，隔离开关选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关的用途如下：（1）隔离电压；（2）倒闸操作；（3）分、合小电流4.3.2隔离开关的选择结果隔离开关的选择结果见表4.4其他相关设备的选择互感器（包括电流互感器TA和电压互感器TV）是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电器设备的正常运行和故障情况。4.4.1电流互感器的选择（1）条件①型式：应根据使用环境条件和产品情况来选择。对6～20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构；对35KV及以上的，一般采用油-12-浸瓷箱式绝缘结构的独立式，有条件的应采用套管式电流互感器。②一次回路电压：Ug≤UNUg――安装处二次回路工作电压；UN――电流互感器额定电压。③一次回路电流：Imax≤I1NImax——安装处的一次回路最大工作电流；I1N——电流互感器一次回路额定电流。④准确等级：由电流互感器二次回路所接仪表的类型对准确等级的要求，并按准确等级最高的表计来选择。⑤二次负荷S2：S2≤SNSN—电流互感器的额定容量。⑥动稳定：内部动稳定：chi≤dwdwNi＝12（电流互感器极限通过电流峰值）⑦热稳定：dzt2≤21）（tNK