发电厂电气部分设计(励磁系统)

1引言电从被发明之日起就开始与人们的生活、工作密切相关。经过100多年的发展现在的电力已经成为一个专门的行业，而且是一个关系到国计民生的基础经济。我国电力系统已经进入了大机组、大电厂、超高压、自动化、信息化发展的新时代，对于电力系统设计的要求也相应提高，因此选择了大型的发电厂设计。发电厂的设计主要涉及到电气主接线的设计和厂内电气设备的选择。在设计主接线时要保证在额定电压和出线回数下的安全可靠；选择电气设备的依据是满足所处的实际电网环境，如通过的短路电流最大值。发电厂内最重要的也是最主要的设备是发电机，而发电机的励磁系统关系到发电机的机端电压以及无功出力，因此在选好发电机之后要选择与其相配套的励磁系统。2第一章电气主接线设计1.1主接线的设计原则和要求电气主接线时发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路间的相互关系。所以他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、自动装置的控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。1.1.1.在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据（1）发电厂在电力系统中的地位和作用（2）发电厂的分期和最终建设规模（3）负荷大小和重要性1.1.2.设计主接线的基本要求是（1）可靠性主接线运行可靠性的具体要求：①断路器检修时，不宜影响对系统的供电。②断路器或母线故障，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线的回路数和停电时间，并保证对Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电。③尽量避免发电厂或变电所全部停运的可能性。④对装有大型机组的发电厂及超高压变电所，应满足可靠性的特殊要求。（2）灵活性①调度灵活，操作简便：应能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，灵活地调配电源和负荷，满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求。②检修安全：应能方便地停运线路、断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求。③扩建方便：随着电力事业的发展，往往需要对已投运的发电厂（尤其是火电厂）和变电站进行扩建，从发电机、变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建时一、二次设备所须的改造最少。（3）经济性①投资省：主接线应简单清晰，控制、保护方式不过于复杂，适当限制断路器电流。3②占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件。③电能损耗少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。1.2电气主接线的设计步骤电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。具体步骤如下：（1）本工程情况发电厂类型：区域型大电厂，设计规划容量近期MW2004、远景MW3002；最大负荷利用小时数6000。（2）电力系统情况发电厂220KV及500KV和系统连接，220KV系统容量约6000MW，500KV系统容量约8000MW。1.2.1.大、中型发电厂及配电装置的接线要求大型发电厂（总容量1000MW及以上，单机容量200MW以上），一般距负荷中心较远，电能须用较高电压输送，故宜采用简单可靠的单元接线方式，直接接入高压或超高压系统。1.2.2.设计方案的介绍本厂为220KV与500KV两个电压等级，单机容量为200MW、300MW，故宜采用可靠的单元接线，直接接入系统。对于220KV配电装置的接线，我们选择了双母分段与双母带旁接线两种方案。500KV系统采用双母带旁路及一个半断路器接线接线形式。4图1-1方案一图1-2方案二我们初步拟定了两方案，下面对其进行比较：5表1-1方案比较表方案项目方案1方案2可靠性1.简单清晰，设备少，设备本身故障率小2.10KV及220KV母线检修将导致一半容量停运3.各种电压等级都有可能出现全部失电的概率4.机组配置合理，使传递能量在变压器中损耗为最小5.当检修联络变时，可能出现220KV与500KV解列运行1.可靠性高，无论检修母线或设备故障，检修，均不致全厂停电2.500KV隔离开关不作为操作电器（只做隔离电压用），减少误操作的机率，并易实现自动化3.220KV与500KV之间联络变采用三绕组自耦变压器，不仅可实现功率交换，而且还满足了大容量电厂的厂用备用电源和启动电源的要求灵活性1.运行方式相对简单，调度灵活性差2.各种电压等级都便于扩建和发展1.500KV属环网结构，从而运行调度灵活，相应保护装置较复杂2.易于扩建和实现自动化经济性1.设备相对少，投资小，年费用低2.占地面积相对小3.采用单元接线及封闭母线，从而避免了选择大容量出口断路器，节省了投资1.投资高，设备数量多，年费用大2.500KV采用交叉接线，提高了可靠性经过定性分析和可靠性及经济比较，在技术上（可靠性、灵活性）第二方案明显合理，在经济上方案一占优。鉴于大中型发电厂又为大机组应以可靠性和灵活性为主，所以，经综合分析，决定选第二方案为最终选择方案。61.3发电机、变压器的选择1.3.1.发电机的选择由于所设计的发电厂为4MWMW3002200，在选择发电机时参考了毕业实习的丰镇电厂，并参阅了《电力工程电气设计200例》。表1-2发电机参数型号2200QFSNBQFSN22300额定容量（MVA）235353额定功率（MW）200300额定功率因数（滞后）0.850.85额定电压（KV）15.7520额定电流（A）862510189额定转速（r/min）30003000频率（Hz）5050相数33额定氢压（MPa）0.30.25效率98.63%99.1%直轴超瞬变电抗dX1415.584励磁电流（A）17652075生产厂家哈尔滨电机厂东方电机股份有限公司1.3.2.主变压器容量、台数的选择单元接线中的主变压器容量NS应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度选择)(cos)1(1.1MVAKPSGPNGN（2-1）（1）300MW发电机出口处)(494.3685.0/%)61(301.1cos/)1(1.1MVAKPSGpNGn（2）200MW发电机出口处)(33.2485.0/%)61(201.1cos/)1(1.1MVAKPSGpNGn7表1-3主变压器参数型号SFP7-240000/220SFP-370MVA/500KV相数33频率（Hz）5050额定容量（KVA）240000370000额定电压（KV）242000/15750525/20联结组编号Ynd11Ynd11冷却方式ODAF阻抗电压13.0%14%空载电流0.237%空载损耗（KW）136.8205负载损耗（KW）683.6860器自重（T）122.5油重（T）34总重（T）277外型尺寸（mm）12000*6900*11186生产厂家保定变压器厂西安西电变压器厂1.3.3.联络变压器容量的选择1）联络变压器的容量应满足所联络的两种电压网络之间在各种运行方式下的功率交换，即220KV和500KV网络之间的功率交换600—800MW。2）联络变压器的容量一般不应小于所联络的两种电压母线上最大一台机组的容量即300MW，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需要；同时也可以在线路检修或故障时，通过两落变压器将剩余功率送入另一侧系统。联络变压器一般只装一台。8表1-3联络变压器参数型号ODFPSZ-334MVA/500KV冷却方式OFAF相数单相频率50Hz额定容量334/334/100MVA标准GB1094.1-96声级水平68/75db（A）联结组标号IaOIO线圈传输容量（MVA）额定电压（KV）额定电流（A）高压侧334525/31101.9中压侧334220/32515.2低压侧100362777.8绝缘水平LI1550SI1175-LI325AC140/LI950AC395/LI200AC85运行方式调压开关位置额定容量（MVA）负载损耗（KW）阻抗电压%高-中1334481.613.49334419.11317334513.613.7中-低1100136.330.39100131.33017100193.730.5高-低100134.647顶层油温升45K绕组温升55K总重259.0t生产厂家重庆ABB变压器有限公司ODFPSZ-334MVA/500KV型变压器选于《电力工程电气设计200例》。9第二章厂用电设计2.1厂用电的设计原则发电厂在发电时除发电机等电气设备外还要依赖大量的其它设备，如除尘除灰设备、磨煤机，这些设备用于保证主设备和辅助设备的正常运行。除此之外的一些其它用电设备总的用电量称为厂用电。2.1.1.厂用电设计的一般原则（1）对厂用电设计的要求厂用电设计应按照运行、检修和施工的需要，考虑全厂发展规划，积极慎重的采用经过实验鉴定的新技术和新设备，使设计达到技术先进、经济合理。（2）厂用电电压高压厂用电一般采用6KV，经技术经济比较合理时，也可采用3KV电压。低压厂用电采用380/220V的三相四线制系统。（3）厂用母线接线方式高压厂用电系统应采用单母线。锅炉容量为130~220T/H时，一般每炉由一段母线供电；容量为400T/H及以上时，每炉由两段母线供电，并将两套辅机电动机分接在两段母线上，两段母线可由同一台厂用变压器供电；容量为65T/H时，两台锅炉可合用一段母线。低压厂用电系统应采用单母线接线。当锅炉容量在220T/H及以下，且接有机炉的Ⅰ类负荷时，一般按机炉对应分段，并用刀开关将母线分为两个半段；锅炉容量在400T/H及以上时，每台机炉一般由两段母线供电。当公用负荷较多、容量较大、采用集中供电方式合理时，可设立公用母线，但应保证重要公用负荷的供电可靠性。（4）厂用工作电源高压厂用工作电源一般采用下列引接方式：①当发电机直接接于发电机电压母线时，高压厂用工作电源一般由该机所连的母线段引接。②当发电机与主变压器成单元或扩大单元接线时，高压厂用工作电源由该单元主变压器低压侧引接。容量为125MW及以下机组，厂用分支线上一般装设有高压断路器。若断路器开断容量不够时，也可采用能满足动稳定要求的负荷开关、隔离开关或连接片等方式。对于MW200及以上机组，其厂用工作变压器宜采用分10裂变压器（MW600及以上机组有可能有两台），厂用分支通常与发电机出口回路一并采用分相封闭母线，因故障率很小，可不装断路器和隔离开关。（5）厂用备用电源和启动电源的引接发电厂一般应设置备用电源。备用电源一般作为事故备用，即在工作电源故障时代替工作电源的工作。启动电源是指电厂首次启动活工资电源完全消失的情况下，为保证机组快速启动，向必需的辅助设备供电的电源。因此，启动电源实质上是兼作事故备用电源，故称启动/备用电源，不过对供电可靠性的要求更高。对于200～MW300机组，每两台机组共用一台启动/备用电源，对于MW600及以上机组，每两台机组共用两台启动/备用电源。高压厂用备用电源的引接：①从发电机电压母线引接，但避免与高压厂用工作电源接在同一母线段。②从具有两个及以上电源的最低一级母线上引接。③从联络变得低压绕组引接。④从场外较低电压电网或区域变电所较低电压母线引接。（6）交流事故保安电源对200MW及以上发电机组，当厂用工作电源和备用工作电源都消失时，为确保事故状态下安全停机，事故消失后又能及时恢复供电，应设置事故保安电源，以满足事故保安负荷的连续供电。事故保安电源属后备的备用电源。本设计仅对其厂用高压进行初步设计，每台发电机的厂用高压均接有A、B两段母线，并且分别和厂用/备用变连接，具体设计方案见附图。2.1.2.厂用变压器的选择厂用电由每台发电机供给，200MW～300MW厂用备用高压变压器每两台机组设一台，故4台200MW发电机设置2台厂备用变压器，2台300MW发电机设置1台厂备用变压器。厂用变压器的容量根据厂用电率进行选择，