凝气式火电厂一次部分课程设计

发电厂电气部分课程设计题目凝气式火电厂一次部分课程设计指导教师刘新职称讲师班级0705051学号070505152学生姓名刘德华2011年12月22日2/31凝汽式火电厂一次部分课程设计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：2×300MW、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：地区电厂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：16000MW，短路容量：10000MVA1.2.4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8回，备用2回，I级负荷，最大输送200MW，Tmax＝4000h/a1.3.2110KV电压等级：架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，Tmax＝4000h/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3/31凝汽式火电厂一次部分课程设计摘要电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。本设计是对配有2台300MW的汽轮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，它主要包括了四大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。其中详细描述了主接线的选择、短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并对设计进行了理论分析。本设计是对2×300MW总装机容量为600MW的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用电高压部分的设计，它主要包括了五大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择、安全保护装置。其中详细描述了短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，列出各设备选择结果表。并对设计进行了理论分析。最后的设计总图包括主接线，厂用电，断路器，隔离开关等。［关键词］：主接线发电机变压器短路电流厂用电厂备用安全保护4/31一电气主接线1系统与负荷资料分析（1）工程情况由原始资料可知，。本设计根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为1200MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装2台600MW机组，总容量占相联电力系统总容量的6000*100016000MWMW＝03.750,没有超过电力系统检修备用容量080—0150和事故备用容量0100的要求，这说明了该火电厂在未来电力系统中的不占主导作用和地位，主要是负责地区供电，而且年利用小时数为6000ha5000ha,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此该电厂的电气主接线要求有较高的可靠性。该发电机端额定电压为20KV，电厂建成后以6KV电压供+给本厂负荷，厂用电为8%。以220KV电压等级供给系统，架空线8回，属于I级负荷，最大输送200MW，Tmax＝4000h/a并以110KV电压等级供给负荷，架空线8回，也属于I级负荷，最大输送180MW，Tmax＝4000h/a。并且本设计需要做到的技术指标要求保证供电安全、可靠、经济，且功率因数达到0.85。（2）电力系统情况该发电厂在电力系统中的作用与地位为地区电厂，地区电厂靠近城镇。电力系统总装机容量为16000MW，短路容量为10000MVA。该发电厂联入系统的电压等级为220KV。(3)负荷分析该发电厂有两个电压等级，其负荷分析分别如下：220KV电压等级：有架空线8回，备用两回，即十回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送200MW，最大负荷小时数为4000h/a，功率因数为0.85。110KV电压等级：有架空线8回，即8回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送180MW，最大负荷小时数为4000h/a，功率因数为0.85。由于两个电压等级所联负荷均为一级负荷，且最大负荷小时数为4000h/a，故对主接线的可靠性要求很高。5/31（4）环境情况由原始资料可知，当地海拔高50m，故可采用非高原型的电气设备；当地年最高温度为40度，年最低温度为-6度，最热月平均最高温度为28度，最热月平均最低温度为24度，气象条件无其他特殊要求。（5）设备情况原始资料中给出了两台发电机的容量，这里对单台300MW发电机设备的型号进行选择。根据原始资料中给出了发电机的容量，课选择出发电机的型号，选择结果如表发电机代号发电机型号额定电压(KV)额定功率(MW)功率因数同步电抗0()0dX瞬变电抗'0()0dX超瞬变电抗0()0dX台数G-1~~G-2QFSN-300-2203000.85188.5919.6818.92型号含义；2——2极300——额定容量N——氢内冷F——发电机Q——汽轮机S——水内冷2主接线方案的选择（1）主接线方案的拟定1)110KV电压等级：出线为8回架空线路，I级负荷，最大输送180MW，为实现不停电检修出线断路器，可采用单母线分段带旁路或双母线带旁路接线形式。由于两台发电机组单机容量均为300MW，而110KV侧的最大负荷为180MW，其全年平均负荷为330×4300÷8760=161.98MW。若接一台300MW机组，其容量远大于最大负荷330MW以及年平均负荷161.98MW，若当联络变压器出现故障时，会造成发电机大量积压容量，可能引起发电机出现甩负荷现象，并且在选择主变压器时有一定困难，所以在110KV侧不接发电机，而通过两台联络变压器从6/31220KV侧引接来给110KV侧负荷供电。而且，最大输送200MW，同型号的发电机一般接在同一电压等级，因此为使联络变容量竟可能小，对于110KV电压等级，拟采用不接发电机组的方式。2)220KV电压等级：出线为10回架空线路，承担一级负荷，为使其检修出线断路器时不停电，可采用双母线或双母分段接线形式，以保证供电的可靠性和灵活性。两台发电机的出口电压均为220KV、单机容量均为300MW，其额定电流和短路电流都很大，发电机出口断路器制造困难，价格昂贵，并且600MW及以上机组对供电可靠性要求级高，拟采用分相封闭母线直接与主变压器连接，并构成单元接线接至220KV母线上，可减少出口断路器和隔离开关，大大限制短路电流，提高可靠性与经济性，也减少事故的发生。综上所述，可拟定两种主接线方案：方案一：发电机出口采用分相封闭母线；110KV电压等级采用单母分段带旁路接线形式，分段断路器兼作旁路断路器；220KV电压等级采用双母接线形式，两台发电机与分别与两台变压器接成发电机-变压器单元接线形式接至220KV电压母线上；220KV电压母线和110KV电压母线之间设有两台联络变压器；通过这两台联络变压器由220KV电压母线给110KV侧负荷供电。方案二发电机出口采用分相封闭母线；110KV电压等级采用双母线带接线形式。220KV电压等级采用双母线带接线形式。两台发电机与分别与两台变压器接成发电机-变压器单元接线形式接至220KV电压母线上；220KV电压母线和110KV电压母线之间设有两台联络变压器；通过这两台联络变压器由220KV电压母线给110KV侧负荷供电。（2）主接线方案的比较原则对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方面。可靠性:安全可靠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的要求。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几个方面考虑：断路器检修时，是否影响连续供电；线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回路数多少和停电时间长短，能否满足重要的一、二类负荷对供电7/31的要求；本电厂有无全厂停电的可能性；大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。所以对大、中型发电厂电气主接线，除一般定性分析其可靠性外，还需进行可靠性定量计算。灵活性：电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面：操作的方便性；调度的方便性；扩建的方便性。经济性:在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要从以下几个方面考虑：节省一次投资;占地面积少；电能损耗少。（3）主接线方案的比较与选定方案一110KV侧采用单母分段带旁路接线形式，220KV侧采用双母接线形式；方案二110KV侧采用双母接线形式，220KV侧也采用双母接线形式，其对比如表电压等级方案一方案二110KV单母分段带旁路双母线接线220KV双母线接线双母线接线两个方案发电机出口端都采用分相封闭母线，厂用电均从发电机出口端引接，所以不需要比较。对于110KV电压等级接线形式，方案一采用的是单母线分段带旁路接线形式，方案二采用的是双母线接线形式。从经济性方面看，两个方案中，方案二占地面积较大，但所用断路器数量和方案一一样，因此，在投资上，两个方案基本相当；从可靠性方面看，方案一可靠性相对较差；从灵活性方面看，方案一运行方式单一，灵活性最差。因此，110KV侧应选用双母线接线形式，对于220KV电压等级接线形式，方案一和方案二接线形式一样，可靠性高。因此，220KV侧选用双母线接线形式。通过比较得出比较结果下表，两种方案中方案二是最优方案，所以选择方案二作为该凝汽式火电厂的主接线方案。8/31方案项目方案一方案二可靠性较差较高灵活性较差较高经济性相对较高相对较低3主变压器的选择与计算变压器的选择包括容量、台数、型式和结构的选择。(1)单元接线的主变压器容量的确定原则单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。两台主变压器的容量为300-300×8%=276MW，300MW发电机的功率因素为0.85，所以这两台变压器的容量为276×(1+0.1)/0.85=357.2MVA，因此可选取变压器容量为360MW主变压器型号（额定量360MW）额定电压KV短路阻抗(%)空载电流(%)额定容量连接组标号台数空载损耗（KW）短路损耗（KW）高压中压/低压SFP7-360000/220242±2×2.5%2014.00.7360MWYNd112195860(2)连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下网络间的有功功率和无功功率交换，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9/31器来满足本侧负荷的要求；同时，也可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，设计题目中要求220KV电压等级架空线8回，备用2回，I级负荷，最大输送200MW，要求110KV电压等级架空线8回，I级负荷，最大输送180MW，穿越本厂功率为50MVA。这里选择两台三绕组变压器，其容量按主变压器最大的容量计算，因此查表可选择三相三绕组变压器额定容量为360MW联络变压器型号额定电压KV短路阻抗%额定容量连接组标号空载电流%台数高压中压/低压SFPS7-360000/220242±2×2.5%121/15.75高中13.0高低12.0中低19.4360MW（100/100/50）YNd11