火力发电厂电气一次部分设计

1华北水利水电学院毕业设计任务书设计题目：D火力发电厂电气一次部分设计专业：电气工程及其自动化班级学号：姓名:指导教师：2009年04月20日2D火力发电厂电气一次部分设计任务书一设计的原始资料1凝气式发电厂⑴凝气式发电机组3台：3*200MW；出口电压：15.75KV；发电机次暂态电抗：0.125；额定功率因数：0.87。⑵机组年利用小时数：Tmax=6000小时。⑶厂用电率：6%。⑷发电机出口处主保护动作时间取0.1秒。⑸环境温度：最高温度40oC,年平均气温20oC。2发电厂出线220KV出线3回，两回经15KM架空在A1变电站220KV母线与系统连接，另一回经10KM架空在A2变电站220KV母线与系统连接，A1和A2两变电站220KV母线经15KM一回架空连接。正常时A1和A2断开运行。3电力系统情况220KV系统容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到A1变电站220KV母线短路容量为(A1和A2断开)2500MVA；归算到A2变电站220KV母线短路容量为(A1和A2断开)2000MVA。二设计的任务与要求1设计的任务⑴电气主接线方案设计。⑵短路电流计算。⑶电气设备选择。⑷发电机电压母线选择。2设计要求⑴电气主接线方案设计应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案。⑵短路电流及电气设备选择计算方法应正确。⑶主接线图形符号，线条及图签符合规范，接线正确，图面布局合理，参数标注正确，图形清晰美观。3⑷论文格式应符合要求，结构严谨，逻辑性强，层次分明，文理通顺，无错别字，要求打印，统一用A4纸。⑸独立完成，严禁抄袭或请人代作。⑹按分配时间阶段完成相应任务。三重点研究问题电气主接线，电气设备选择。四设计（论文）成果要求1毕业设计论文说明书及计算书装订次序：（1）毕业设计（论文）任务书（抄录原件有关内容）；（2）目录；（3）毕业设计（论文）正文。正文包括方案论证（变压器选择、技术论证和经济比较）、短路计算图表、电气设备选择（高压开关电器、互感器、避雷器、母线等）及设备表、结论和体会。（4）计算书2发电厂电气主接线图、短路电流计算接线及等效阻抗图、220KV开关站纵剖面图、发电厂继电保护图（要求计算机绘图[A3]各一份和手工绘图[1号图纸]发电厂电气主接线图一份）。3参考文献[1]熊银信主编发电厂电气部分（第三版）中国电力出版社2004.8[2]西北电力设计院电力工程电气一次设计手册水利电力出版社1989[3]西北电力设计院电力工程电气二次设计手册水利电力出版社1989[4]陈珩主编电力系统稳态分析中国电力出版社1998[5]李光琦主编电力系统暂态分析中国电力出版社2002[6]贺家李宋从矩合编电力系统继电保护20034专业文献（汉字要求3000字以上）四时间安排4本次设计时间共12周，各部分设计内容的时间安排大致如下：收集资料，熟悉任务1周方案论证比较2周短路电流计算2周电气设备选择计算3周计算机绘图2周编制设计说明书1周答辩1周总计12周5第一部分设计说明书1电气主接线方案的设计1.1电气主接线方案的选择1.1.1基本资料（1）凝气式发电厂①凝气式发电机组3台：3*200MW；出口电压：15.75KV；发电机次暂态电抗：0.125；额定功率因数：0.87。②机组年利用小时数：Tmax=6000小时。③厂用电率：6%。④发电机出口处主保护动作时间取0.1秒。⑤环境温度：最高温度40oC,年平均气温20oC。（2）发电厂出线220KV出线3回，两回经15KM架空在A1变电站220KV母线的不同分段上与系统连接，另一回经10KM架空在A2变电站220KV母线与系统连接，A1和A2两变电站220KV母线经15KM一回架空连接。正常时A1和A2断开运行。（3）电力系统情况220KV系统容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到A1变电站220KV母线短路容量为(A1和A2断开)2500MVA；归算到A2变电站220KV母线短路容量为(A1和A2断开)2000MVA。由基本资料可知该火电厂为地区中型火电厂。1.1.2地区中型火电厂电气主接线特点地区中型火电厂的单机容量和总装机容量都较小，一般都建在负荷中心附近（城市边缘）。所发出的电能有较大部分以发电机电压（10KV）经线路直接送到附近的用户，或升至35KV送到较远的用户，其余的电能则升压到110KV或220KV电压送入系统。在本厂发电机故障或检修时，可由系统返送电能给地方负荷。6由基本资料可知该火电厂生产的电能主要经过升压变压器升高至较高电压后送入系统，没设发电机电压母线给当地负荷直接供电。发电机出口接线多采用发电机—变压器单元接线，升高至一个最多两个升高电压等级。升高电压等级则根据具体情况，一般可以选用单母线，单母线分段，单母线分段带旁路母线,双母线等接线形式。1.1.3发电机-变压器组接线方案的确定（1）发电机—双绕组变压器单元接线发电机—双绕组变压器单元接线（图1-1）一般200MW及以上大机组都采用这种接线形式，发电机出口不装设断路器,因为制造这样大的断路器很困难,价格十分昂贵。为避免大型发电机出口短路这种故障,常采用安全可靠的分相封闭母线来连接发电机和变压器,甚至连隔离开关也不装设(但设有可连接点以方便试验)。图1-1图1-2（2）扩大单元接线扩大单元接线（图1-2）为减少主变压器的台数(还有相应的断路器数和占地面积等),可将两台发电机与一台主变连接,构成扩大单元接线。71.1.4220KV侧接线方案确定（1）单母线分段带旁路母线接线单母线分段带旁路母线接线（图1-3）适用范围:旁路母线系统增加了许多设备,造价昂贵,运行复杂,只有在出线断路器不允许停电检修的情况下才设置旁路母线。220KV如果采用单母分段,一般应设置旁路母线且设专用旁路断路器为宜。ⅠⅡ图1-3图1-4（2）双母线接线双母线接线（图1-4）双母线接线具有两组母线，图中Ⅰ为工作母线，Ⅱ为备用母线，两组母线通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。每一回线路都经过线路隔离开关、断路器和两组母线隔离开关分别与两组母线连接。双母线接线的优缺点:①双母线与单母线相比，停电机会减少了，必需的停电时间缩短了，运行的可靠性和灵活性有了显著的提高。另外，双母线接线在扩建时也比较方便，施工不必停电。②双母线接线的缺点是使用设备较多，投资较大，配电装置比较复杂。同时，在运行中需将隔离开关作为操作电器。适用范围:8220KV配电装置出线回数为5回及以上时，或者出线回路为4回但在系统中地位重要时。1.1.5接线方案的形成由以上论述可知形成了两种方案，这两种方案为：方案1方案21.1.6方案的技术经济比较（1）方案1和方案2采用的双母线接线正常运行时，工作母线带电，备用母线不带电，所有电源和出线回路都连接到工作母线上（工作母线隔离开关在合上位置，备用母线隔离开关在断开位置），母联断路器亦断开，这是一种运行方式。此时相当于单母线运行。工作母线发生故障将导致全部回路停电，但是可在短时间内将所有电源和负荷均转移到备用母线上，迅速恢复供电。另外正常运行时，为提高供电可靠性，也常采用另一种运行方式，即工作母线和备用母线各自带一部分电源和负荷，母联断路器合上，这种运行方式相当于单母线分段运行。若一组母线故障，担任分段的母联断路器跳开，接于另一组母线回路不受影响。9同时，接于故障母线的回路经过短时停电后也能迅速转移到完好母线上恢复供电。（2）方案1和2采用的双母线接线检修任一组母线不必停止对用户供电。（3）该发电厂为地区中型火力发电厂，主要与系统相连，所以对电气主接线以可靠性为主。方案1和2的220KV侧采用双母线接线，停电机会减少了，必需的停电时间缩短了，运行的可靠性合灵活性有了显著的提高。另外，双母线接线扩建时也比较方便，施工不必停电。（5）一般200MW及以上大机组都采用发电机—双绕组变压器单元接线形式，发电机出口不装设断路器,因为制造这样大的断路器很困难,价格十分昂贵.为避免大型发电机出口短路这种故障,常采用安全可靠的分相封闭母线来连接发电机和变压器,甚至连隔离开关也不装设(但设有可连接点以方便试验)。采用扩大单元接线时，变压器低压侧短路时短路电流很大，且有很大的电动力，一旦发生事故将造成严重的后果。由此可见方案2不可取。方案的综合比较见表（1-1）表1-1方案断路器数量隔离开关数量可靠性灵活性经济性方案1717高好一般方案2615高好不好综上所述,在满足可靠性和灵活性的前提下，方案1的经济性比较好。故该火力发电厂的电气主接线应选方案1,即发电出口采用发电机—双绕组变压器单元接线,220KV侧采用双母线接线。1.2发电机出口主变压器的选择DL5000—2000火力发电厂设计技术规程规定：容量为200MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时，该变压器的容量可按下列两种条件中的较大者选择：（1）按发电机额定容量扣除本机组的厂用电负荷，且变压器绕组的温升在标准环境或冷却水温度下不超过55K。10(2)按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用电负荷，且变压器绕组的温升不超过65K。由于发电机的最大连续输出容量系非额定工况，出现的机率较少，平均温升65K下的容量为55K时的1.12倍，为使发电机在可能工况下运行，升压变压器的容量不应限制发电机的出力，可按第一条规程选择变压器容量，并留有10%的裕度。规程中所指厂用负荷，并不是厂用变压器的容量，也不应是计算中厂用负荷之和。因为厂用变压器的容量与其实际负荷间差别有时较大，而计算容量之和则为当发电机在满载运行时可能出现的最大连续负荷，它可以用来选择厂用变压器的容量，但是在选择主变压器容量的计算中，不能单独地将发电机在各种工况下的出力扣除厂用变容量或扣除计算厂用负荷来决定。变压器在局部时间内因少量过负荷对绝缘造成的过热损伤，可以在同样时间内以相同比率的低负荷来弥补其寿命。因此，以年平均厂用电率来作为主变压器选择中的厂用负荷是比较合理的。对于凝气式机组的电厂，厂用负荷可用下述简易公式计算:ejsePsCos式中jss—厂用电计算负荷,KVA；e—厂用电率（%）；Pe—发电机的额定功率（MW）;Cos—发电机在运行功率时的平均功率因数。故变压器容量可按下式计算：1.1(1)NGNPesMVACos故主变压器容量为：1.1200(16%)237.70.87NsMVA所以选用主变压器的容量为240MVA。11由变压器的变比15.75KV/220KV,及主变压器的容量为240MVA选择主变压器型号为SFP7-240000/220。该变压器的技术参数见表（1-2）。表1-2型号额定电压（KV）连接组别空载损耗(KW)负载损耗(KW)空载电流(%)阻抗电压(%)高压低压SFP7-240000/220242±2×2.5%15.75YN,d112006300.8142短路电流计算2.1短路电流计算目的（1）电气主接线的比较与选取。（2）选择导体及电气设备。（3）确定中性点接地方式。（4）计算软导线的短路摇摆。（5）确定分裂导线间隔棒的间距。（6）验算接地装置的接触电压和跨步电压。（7）选择继电保护装置和整定计算。2.2短路点的选择(1)220KV电压等级的短路点K1该厂220KV侧采用双母线接线，在220KV侧母联断路器对备用母先进行充电检查时，恰好备用母线上发生短路的情况，此时发电机和系统供给的短路电流都通过母联断路器，情况最为严重，故选母联断路器处为220KV侧的短路计算点。12(2)15.75KV电压等级的短路点K2由于发电机侧采用发电机-变压器单元接线，三台发电机对称，故任选一台发电机出口处短路作为发电机侧的短路计算点2.3短路电流计算的结果(1)短路点K1的短路电流计算结果如表（2-1）表2-1短路点电源次暂态短路电流I（KA）冲击系数Ksh冲击短路电流ish（KA）短路电流I2.0短路电流I4.0K1系统15.5172.5514.0685.5175.517系统24.4042.5511.234.4044.404火电厂1237.4442.6219.5034.3284.