凝汽式火电厂一次部分设计

第1页共35页电气工程基础课程设计题目凝气式火电厂一次部分设计学院名称2011年6月15日设计任务书--凝汽式式火电厂一次部分课程设计第2页共35页1．原始资料1．1发电厂建设规模1.1.1类型:凝汽式火电厂1.1.2最终容量、机组的型式和参数：2×200MW+2×300MW、年利用小时数：6000h/a1．2电力系统与本厂的连接情况1.2.1电厂在电力系统中的作用与地位：区域电厂1.2.2发电厂联入系统的电压等级：220KV1.2.3电力系统总装机容量：14000MW，短路容量：12000MVA1.2.4发电厂在系统中所处的位置、供电示意图1．3电力负荷水平:1.3.1220KV电压等级：架空线10回，I级负荷，最大输送1000MW，Tmax＝5000h/a1.3.2110KV电压等级：架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，Tmax＝4500h/a1.3.3穿越本厂功率为50MVA。1.3.4厂用电率：8%1.4环境条件1.4.1当地年最高温40℃，最低温－6℃，最热月平均最高温度28℃，最热月平均最低温度24℃1.4.2当地海拔高度为50m1.4.3气象条件无其它特殊要求。2.设计任务2.1发电厂电气主接线设计2.2厂用电设计2.3短路电流的计算2.4主要电气设备的选择2.5配电装置3.设计成果3.1设计说明书、计算书一份3.2图纸一张第3页共35页目录设计任务书摘要引言.......................................................................11系统与负荷资料分析........................22电气主接线..............................32.1主接线方案的选择.........................32.2变压器的选择与计算........................72.3厂用电接线方式的选择.......................113短路电流的计算...........................143.1短路计算的一般规则........................143.2短路电流的计算...........................153.3短路电流计算表...........................174电气设备的选择...........................184.1电气设备选择的一般规则......................184.2电气选择的条件...........................184.3电气设备的选择...........................204.4电气设备选择的结果表.......................245配电装置..............................265.1配电装置选择的一般原则......................265.2配电装置的选择及依据.......................275.3主接线中设备配置的一般原则....................28结束语.................................31参考文献................................32附录Ⅰ：短路计算...........................33附录Ⅱ：电气设备的校验.......................36附录3：设计总图第4页共35页摘要由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域，而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。本文是对配有4台300MW发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计。包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验;并作了变压器保护。关键词：发电厂；变压器；电力系统；继电保护；电气设备。引言经济要发展，电力需先行。进入21世纪，随着我国“十一五”计划的进行和“西部大开发”战略的实施，我国的电力建设事业将出现一个大发展的新局面，第5页共35页为了适应这一新形势的要求，国家着重发展火电、水电、核电，高质量的电力资源和可靠的供电水平是衡量电力行业发展的指标，电力行业是国民经济发展的基础和关键，所以电力的发展必须与时俱进。在理论学习的基础上，为了进一步加深对知识的掌握和理解，进行了本次课程设计。本设计是针对地区变电站的要求来进行配置的，它主要包括了四大部分：电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。其中主要部分为短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路点进行分析和计算，不同的短路参数选择不同种类设备，并进行理论分析，在理论上证实变电站实际可行性，达到设计要求，做好预先设计工作对工程建设的工期、质量、投资，以及建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着重要的决定性作用。本设计多处采用简明扼要、一目了然的表格形式及涉及到的电路图，同时采用我国发电厂技术方面的最新标准规范和技术材料，在此次设计过程中得到了很多同学的热情指导和帮助，还有徐祖华老师耐心的讲解，他们提出了不少宝贵意见，在此对他们表示衷心的感谢！限于本人的水平，本设计中难免有错误和不足之处，热诚希望读者和同仁批评指正，本人不胜感激。1系统与负荷资料分析设计电厂为大型凝气式火电厂，其容量为2×300+2×300=1200MW,其最大单机容量为300MW，具有大型容量的规模、大型机的特点。当电厂全部机组投入运第6页共35页行后，将占电力系统总容量的1200/14000≈8.57%，而电力系统的检修备用容量为8%～15%和事故备用容量为10%，说明该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要。从年利用小时看，该厂年利用小时数位6000h/a5000h/a,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，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，该厂具有110kv和220kv两级电压负荷。110kv具有8回架空线路，承担一级负荷，最大的输送功率为180MW，最大年利用小时数为4300h/a,说明对其可靠性有一定的要求，拟采用双母线接线形式；220KV电压等级有10回架空线路，承担一级负荷，最大输送功率为1000MW,最大年利用小时数为5000h/a,送出本场最大可能的电力为1000-1000×8%=920MW，其可靠性要求较高，为保证检修出线断路器不致对该回路断电，所以也拟采用双母线接线形式。另外，因此次为2×300+2×300的凝气式火电厂，故需要用到4台300MW发电机，故结合设计手册分别选出选合适的电机，电机类型如下。300MW的发电机：QFS-300-2所选发电机的主要参数如表1.1表1.1发电机的主要参数发电机型号额定容量(MW)功率因数额定电压(KV)额定电流(A)Xd(%)QFS-300-23000.85181132016.72电气主接线设计2.1主接线方案的选择2.1.1主接线方案的选择依据电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。所以，由相关文献可知它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面：⑴可靠性衡量可靠性的指标，一般是根据主接型式及主要设备操作的可能方式，按一第7页共35页定规律算出“不允许”事件发生地规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种主接型式中择优。可靠安全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要求。它可以从以下几方面考虑：①发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用；②发电厂和变电所接入电力系统的方式；③发电厂和变电所的运行方式及负荷性质；④设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性；⑤长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。⑵灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。①调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求；②检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；③扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。⑶经济性主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般从以下几方面考虑。①投资省；②占地面积少；③电能损耗少。对于主接型式的具体选择可以根据DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》综合发电厂的具体要求确定。在此设计中可以参考一下相关规定：(1)发电机电压母线可采用双母线或双母线分段的接线方式。为了限制短路电流，可在母线分段回路中安装电抗器。如不满足要求，可在发电机或主变压器第8页共35页回路中装设分裂电抗器，也可在直配线上安装电抗器。(2)容量为200～300MW的发电机与双绕组变压器为单元连接时，在发电机与变压器之间不应装设断路器、负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。(3)采用单母线或双母线的110～220kV配电装置，当断路器为少油型或压缩空气型时，除断路器有条件停电检修外，应设置旁路设施；当220kV出线在4回及以上、110kV出线在6回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。当断路器为六氟化硫(SF6)型时，可根据系统、设备、布置等具体情况，有条件时可不设旁路设施；当需要设置旁路设施，且220kV出线在6回及以上、110kV出线在8回及以上时，可采用带专用旁路断路器的旁路母线。2.1.2各电压等级接线方案的拟定根据对原始资料的分析，将各电压等级可能采用的较好的方案列出。进行优化组合，得出最佳的方案。（1）110KV电压等级：出线为8回，I级负荷，最大输送180MW，为实现不停电检修出现断路器，可采用单母分段带旁路或双母接线形式。且由于110KV侧的最大负荷为180MW，其全年平均负荷为180×4300/（365×24）=88.35MW,不管接的是300MW还是200MW，其容量均远大于180MW和其年平均负荷82.19MW，若当联络变压器出现故障，将造成发电机大量积压容量，可能引起发电机甩荷现象，选择主变压器也困难，因此110KV侧不接发电机，通过两台联络变压器从22KV侧输送功率。（2）220KV电压等级：出线为10回，承担一级负荷，根据手册可知，为使其检修出现断路器时不停电，可采用双母带旁路接线形式，以保证供电的可靠性。但根据现实的实际应用情况，双母带旁路占地面积大，经济性差，因此常用双母线接线方式。又四台发电机均接在220KV电压母线上，根据一次侧设计手册可知，容量在200MW及以上的大机组一般采用与双绕组变压器组成单元接线而不与三绕组变压器组成单元接线。发电机到变压器采用分相封闭母线相连，这样既节省了断路器的费用，又能限制短路电流，提高了安全性。2.1.3主接线方案的拟定第9页共35页根据方案选择的依据及电压等级接线方案的分析，先拟定以下几种主接线方案。方案一四台发电机全部通过双绕组变压器组成单元接线连接在220KV母线上，发电机出口到变压器采用分相封闭母线。220KV电压等级采用双母线接线形式（有专用旁路断路