150MW火力发电厂电气部分课程设计共14页.docx

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150MW火力发电厂电气部分课程设计

  XX大学　　发电厂电气部分课程设计题目：

  150MW火力发电厂电气部分设计　　院：

  专业班级：

  学　　号：

  学生姓名：

  指导教师：

  起止时间：

  课程设计任务及评语院：

电气学院　　教研室：

  学号学生姓名专业班级课程设计题目150MW火力发电厂电气部分设计课程设计任务装机容量装机4台，容量2×25MW+2×50MW，UN=10.5kV 机组年利用小时，TMAX=6500h/a ，厂用电率按8%考虑 10.5kV电压级  电缆出线六回，输送距离最远8km，每回平均输送电量4.2MW，10kV最大负荷25MW，最小负荷16.8MW，COSφ = 0.8，Tmax = 5200h/a。

 35kV电压级  架空线六回，输送距离最远20km,每回平均输送容量为5.6MW。

35kV电压级最大负荷33.6MW，最小负荷为22.4MW。

COSφ=0.8， Tmax =5200h/a。

 110kV电压级架空线4回与电力系统连接，接受该厂的剩余功率，电力系统容量为3500MW，当取基准容量为100MVA时，系统归算到110kV母线上的电抗X = 0.083。

  设计具体内容：

  1）设计电气主接线方案；

  2）完成主变压器容量计算、台数和型号的选择；

  3）短路电流的计算；

  4）完成电气设备的选择与校验；

  进度计划1、布置任务，查阅资料。

2、系统总体方案设计。

3、设计主接线。

4、设计变压器。

5、短路计算。

7、电气设备选择校验6、撰写、打印设计说明书指导教师评语及成绩　　平时：

  论文质量：

  答辩：

  总成绩：

  指导教师签字：

  　年　　月　　日注：

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算摘要由发电、配电、输电、变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。

  火力本文主要完成了电气主接线的方案设计及其经济型分析，主要电气设备的选择，包括主变压器的容量计算。

在发电厂短路电流计算的基础上，进行配电装置的选型方案的设计。

回路。

在火力发电厂电气部分设计中，一次回路的设计是主体，它是保证供电可靠性、经济性和电能质量的关键，并直接影响着电气部分的投资。

  本文主要完成了电气主接线的方案设计及其经济型分析，主要电气设备的选择，包括主变压器的容量计算。

在发电厂短路电流计算的基础上，进行配电装置的选型方案的设计。

  关键词：

发电厂；

  电气主接线；

  电气设备　　目录第1章绪论11.1电力工业的发展概况11.2发电厂预设规模11.3发电厂接入系统的原则2第2章电气主接线设计32.1电气主接线设计的基本要求32.2拟定可行的主接线方案42.3变压器的选型5第3章短路电流的计算63.1概述63.2短路电流计算条件63.3短路计算73.4画等值网络图7第4章发电厂避雷装置的设计134.1概述134.2雷电过电压的形成与危害134.3电气设备的防雷保护134.4避雷针的配置原则144.5避雷针位置的确定144.6防雷保护措施15第5章电气设备的校验185.1断路器的校验185.2隔离开关的校验185.3电流互感器的校验19第6章课程设计总结20参考文献21第1章绪论由发电、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。

由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。

因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。

据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。

  1.1电力工业的发展概况随着我国电力事业迅猛发展，工程规模在不断扩大，所采用的电气设备在不断更新换代。

通过具体实践摸索及不断总结、积累和丰富了很多宝贵的运行经验和设计经验。

  自九十年代起，我国陆续修订了所有的规程和规范，电气标准全面向IEC标准靠拢，并等效地被采用。

从1982年起，分十几批淘汰了大量的落后机电产品，多次整顿生产秩序，加强了对电气产品的质量管理，努力缩小了发达国家的差距，引进和开发了具有国际先进水平的电气设备。

  二十多年来我们无论是在设计标准、设计依据和设计方法上，还是在设计所选用的先进技术和设备上都有了腾飞性的发展。

随着对大中型水电站推广“无人值班、少人值守”的运行方式，电站的自动化水平越来越高，要更广泛地采用高水准的设备，相应地对厂用电系统设计和厂用设备选型上也提出了更高的要求。

  1.2发电厂预设规模1．厂址概况：

本厂为坑口电厂，所有燃料由煤矿直接供给。

电厂生产的电能除用于厂用外，全部220kV线路送入周边系统。

厂区地势较不平坦，地质条件好，有新的公路、铁路通向矿区，交通方便。

厂址附近有大河通过，水量丰富，冻土层1.5米深，覆冰厚10mm；

  最大风速20m/s；

  年平均温度+6℃，最高气温+38℃，最低气温-36℃，土壤电阻率>500。

  2．机组参数：

  锅炉：

4HG-670/140-1汽机：

2N200-130/535/535发电机：

4QFQS-200-23．火力发电厂的接线图，如图1-1。

  图1.1火力发电厂接线图1.3发电厂接入系统的原则在拟定发电厂接入系统的方案时，应明确该厂规划装机容量、单机容量、送电方向、功率、供电距离及在电力系统中的地位和作用，对于不同规模的发电厂及发电机组，应根据在系统中的地位，接入相应电压等级的电力网。

在负荷中心的中小发电厂，在发电机端设立母线，发电机经母线及升压变压器接入系统；

  对远离负荷中心的火力发电厂，应直接接入高压主网。

单机容量为100~125MW的机组，当系统有稳定性要求时，应直接升压接入220kV电力网；

  单机容量为500MW及以上的机组，一般直接升压接入500kV电力网。

  第2章电气主接线设计2.1电气主接线设计的基本要求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，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。

概括地说包括以下五个方面：

1．可靠性；

  2．灵活性；

  3．经济性；

  4．操作应尽可能简单、方便；

  220kV电压等级常用接线方式220kV电压级常用接线方式及适用范围总结见表2-1。

  表2.1220kV电压级常用接线方式及适用范围电压接线方式适用范围220双母线或单母线采用SF6全封闭组合电器时，不设旁路措施；

  采用SF6断路器时，不宜设旁路措施；

  采用少油断路器出线在4回及以上时，采用带专用旁母断路器的旁路母线双母线分段安装200MW及以下机组，电厂容量在800MW及以上，进出线10~14回；

  采用双母线双分段配置困难的配电装置双母线双分段安装200MW及以下机组，电厂容量在1000MW及以上，进出线15回及以上2.2拟定可行的主接线方案1采用双母线分段接线方式，将双回路分别接于不同的母线段上，可缩小母线故障的影响范围，主接线形式见图2-1。

  图2.1方案一接线图2采用双母线接线，断路器采用高可靠性的断路器。

主接线形式见图2.2。

  2.2方案二接线图3方案的比较与选定1．可靠性方案一将双回路分别接于不同的母线段上，保证了系统的供电可靠性，减小了停电的几率，缩小了母线的故障范围。

  方案二可以通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至使供电中断。

在检修任意线路断路器时，该回路需短时停电。

断路器采用断路器，检修周期长，不需要经常检修减小了断路器检修停电的几率。

  通过对比可见，可靠性方面方案一的可行性稍高于方案二。

  2．经济性方案一多装了价高的断路器及隔离开关，投资增大，占地面积增加。

  方案二设备相对少，投资小，年费用小，占地面积相对较小。

  通过对比可见，经济性方面方案二的可行性明显优于方案一。

  通过对实际情况的分析，方案二在可靠性上略低于方案一，但断路器采用SF6断路器，它的检修周期长，不需要经常检修。

这样就可以减小了断路器检修停电的几率。

在经济性上，方案二明显高于方案一，因而综合考虑选择方案二。

  2.3变压器的选型主变压器在电气设备投资中所占比例较大，同时与之相适应的配电装置，特别是大容量、高电压的配电装置的投资也很大。

因此，主变压器的选择对发电厂、变电所的技术性影响很大。

  本次设计中变压器均为单元接线形式，单元接线时变压器容量应按发电机的额度容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。

  式中—发电机容量，为200MW；

  —通过主变的容量；

  —厂用电，为8%；

  —发电机的额定功率，为0.85。

  发电机的额定容量为200MW，扣除厂用电后经过变压器的容量为：

  选定三相风冷自然循环双绕组无励磁调压变压器，型号为参数为。

  第3章短路电流的计算3.1概述电力系统运行有三种状态：

正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。

在供电系统的设计和运行中，还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况。

对供电系统危害最大的是短路故障。

短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。

因此，短路电流计算是电气主接线的方案比较、导体及电气设备的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的基础。

短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。

如电力系统中，相与相之间的中性点直接接地系统中的相与地之间的短接都是短路。

为了保证电力系统的安全，可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，一定要考虑系统等不正常工作状态。

造成短路的原因通常有以下几种：

  1．导体及电气设备因绝缘老化、或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起的绝缘损坏。

  2．架空线路或因大风或导线覆冰引起的电杆倒塌等，或因鸟兽跨界裸露导体等都可能导致短路。

  3．电气设备因设计、安装、维护不良和运行不当或设备本身不合格引发的短路。

  4．运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等都会造成短路。

根据国外资料显示，每个人都有违反规程操作的意识。

  5．其它原因，如输电线断线、倒杆、碰线、或人为盗窃、破坏等原因都可能导致短路。

  3.2短路电流计算条件1．正常工作时，三相系统对称运行。

  2．所有电流的电功势相位角相同。

  3．电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。

  4．短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

  5．不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻略去不计。

  6．不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流。

  7．元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。

  8．输电线路的电容略去不计。

  3.3短路计算选择流过所要校验的设备内部和载流导体的短路电流最大的短路点为短路计算点，本次计算中选取的短路点为发电机出口短路点d1、220kV母线短路点d2、厂用6kV高压母线短路点d3。

  3.4画等值网络图1．去掉系统中的所有负荷分支、线路电容和各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗。

  2．计算网络中各发电机的基本参数见表3.1，各变压器的基本参数见表4-2。

  表3.1发电机参数型号额定容量额定电压额定电流功率因数QFQS-200-2200MW15.75kV8625A0.8514.44%QFS-300-2300MW18kV11320A0.8516.7%TS1264/300-48300MW18kV11000A0.87530.56%表3-2变压器参数型号额定电压（kW）短路阻抗（%）SF10-240000242/15.7513SF10-3150015.75/6.39.8SFP7-360000242/1814本设计的系统的等值网络图如图3.1所示。

  图3.1等值网络图3．将各元件电抗换算为同一基准的标么电抗取基准容量=100MVA，电压基准值为各段的平均额定电压，=242kV，=15.75kV，=6.3kV。

（1）4×200MW火力发电厂发电机的电抗标幺值为主变压器的电抗标幺值为厂用高压变压器的电抗标幺值为　　

（2）系统、，即600MW火电厂发电机的电抗标么值为　　变压器的电抗标幺值为（3）系统、，即600MW水电厂发电机的电抗标么值为变压器的电抗标幺值为其等值电抗图为：

  图3.2等值网络图2.各选取设备电抗值的计算选取SB=100MW，UB=Uav，发电机选取的型号为QFSN-200-2，其中，VB=15.75KV。

  发电机电抗：

X1=X2=Xd″×SB/SN=0.142×100/235=0.06变压器各绕组阻抗表么值：

  X3=X4=1/2（V1-2+V1-3-V2-30）×SB/SN=1/2（0.245+0.145-0.085）×100/240=0.064X5=X6=1/2（V1-2+V2-3-V1-3）×SB/SN=1/2（0.245+0.085-0.145）×100/240=0.039X7=X8=1/2（V1-3+V2-3-V1-2）×SB/SN=1/2（0.145+0.085-0.245）×100/240=-0.033联络变压器的阻抗表么值：

  Ⅰ-Ⅱ=1/2（V1-2+V1-3-V2-3）×SB/SN=1/2（0.24+0.15-0.08）X100/150=0.103Ⅱ-Ⅲ=1/2（V1-2+V2-3-V1-3）×SB/SN=1/2（0.24+0.08-0.15）X100/150=0.057X11=XⅠ-Ⅱ+XⅡ-Ⅲ=0.16图3.2可继续化简为下：

  图3.3等值网络图化简图图中X12=X13=X1+X7=X2+X8=0.06-0.033=0.027　　可化简为　　图3.4　　图3.5X14=1/2X3=1/2X4=0.032X15=1/2X5=1/2X6=0.0195X16=1/2X12=1/2X13=0.0135.对X14，X15，X16支路进行Y—△变换得出图五等值电路图，其中：

  X17=X14+X16+X14X16/X15=0.032+0.0135+0.032×0.0135/0.0195=0.067X18=X14+X15+X14X15/X16=0.098X19=X11+X10=0.16+0.025=0.185计算系统的电抗及短路容量，两台发电机组对短路点d2的转移电抗为：

  XK=X17//X18//X19=0.067//0.098//0.185=0.032SK=SB/XK=100/0.032=3125WMASC=10000-3125=6875WMA可求的系统的电抗为：

X9=SB/SC=100/6875=0.015系统对短路点的计算电抗为Xjs9=0.015其分支额定电流为IN=SB/Vav=100/=0.25发电机组对短路点d2的计算电抗为：

Xjs=（X17//X18）×235×2/100=0.18其分支额定电流为IN=SN/=235×2/×230=1.18系统对短路点的短路电流的表么值为计算电抗的倒数；

  各发电机组对短路点的短路电流表么值，可查发电机计算曲线数字表得出，所得短路电流表么值，如表3.1，短路电流值I″=18.17KA冲击电流ish=ksh×I″,其中ksh为冲击系数，表示冲击电流对周期分量幅值的倍数，当时间常数由零到无限大时，冲击系数的范围为：

1I″=18.17开断电流校验合格。

  短路闭合电流校验额定闭合电流INcl=100>Ish=46.27闭合电流校验合格5.2隔离开关的校验220KV电压等级隔离开关的校验所选隔离开关GW7-220,UN≥UNS=220KV，满足要求。

  流过隔离开关的最大持续工作电流：

IMAX=1.05Ins=1.05×240000/=661.33A动稳定的校验IMAX=661.33A，隔离开关额定电流IN=1250A,所以IMAXIsh=46.27　　则动稳定检验合格。

  热稳定校验短路电流的热效应：

设继电保护时间为2.0S，则短路计算时间：

  ＝2.0+0.06＝2.06（S）查短路电流计算曲线数字表得：

  Itk/2=2.944,Itk=2.659所以Qk　=TK/12=（18.172+10×2.9442+2.6592）×2.06/12=72.76其中,短路电流的对应值是发电机总的短路电流的一半，而电器可以承受的热效应是：

  （I1NKt）2=（1.2×30）2=1296＞Qk电流互感器热稳定校验合格。

  第6章课程设计总结本次设计的内容是150MW火力发电厂的电气部分及继电保护部分，包括以下几个方面的内容:

　　1．电气主接线的设计　　电气主接线是构成电力系统的主要环节，关系到系统的供电的可靠性、运行调度的灵活性和经济性。

为了保证电力系统稳定运行，必须提高大机组超高压电气主接线的可靠性。

  2．短路电流计算及设备的选择　　短路电流计算是电器设计重的主要环节能，本设计中短路电流的计算方法采用标么值折算法，在网络的等值变换与化简利用分布系数法化简。

  电气设备的选择是国家有关技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地的前提下的正常运行情况选择，按短路条件验算其动热稳定，并按环境条件校验电器的条件。

  3．继电保护的设计与配臵电力系统继电保护的设计与配臵是否合理直接影响到电力系统的安全运行，设计在选择保护方式时，希望能全面满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求:

设计各种电器设备的保护时，对下列各项作了综合考虑:

（1）电力系统的结构特点和运行特性;　　

（2）故障出现了概率及可能造成的后果;　　（3）电力系统的近期发展情况;　　（4）经济上的合理性;　　（5）国内外的成熟经验。

  所选用的保护方式要满足电力系统结构和发电厂主接线的要求。

并宜考虑电力系统和发电厂运行方式的灵活性。

  参考文献范锡普.发电厂电气部分.北京水利电力出版社，1995朱永利.发电厂电气部分.中国电力出版社，20xx朱亚杰、孙兴文.能源世界之窗.北京清华大学出版社，2001熊信银.发电机及电气系统.中国电力出版社，20xx张步涵.电气工程基础.武汉华中科技大学出版社，20xx傅知兰.电力系统电气设备选择与使用计算.中国电力出版社，20xx黄益庄.变电站综合自动化技术.中国电力出版社，2000周德贵，巩北宁.同步发电机运行技术与实践.中国电力出版社，1996