毕 业 设 计.docx
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毕业设计
华北电力大学成人教育
毕业设计(论文)
论文题目:
发电厂一次系统设计
学生姓名:
孙建省学号03310325
年级、专业、层次:
2004级电力系统及其自动化
函授站:
泰安电校
二○○七年九月
教研室高压
华北电力大学教研室主任
批准日期
函授毕业设计(论文)任务书
电力工程系电力专业泰安函授站、学生_________
一、毕业设计(论文)课题发电厂一次系统设计
二、毕业设计(论文)工作自2007年5月18日起至2007年9月15日止
三、毕业设计(论文)进行地点:
华北电力大学
四、毕业设计(论文)的内容要求;原始资料数据和参考资料:
(一)原始资料:
1、2台机组,每台30MW.
2、出口电压10.5KV,母线电压10KV和110KV。
(二)设计要求:
1、选择该电厂电气主接线的确定和发电机接线。
(方案比较,2~3个方案进行比较,最终确定一个最佳方案)
2、短路电流计算。
3、电气设备选择。
4、变压器台数及容量的选择。
5、屋外配电装置的确定。
(三)设计成果
1、说明书一份。
2、短路电流计算书一份。
3、图纸:
主接线图、屋外配电装置布置图、断面图
(2)共4张。
(四)设计参考资料
1、发电厂电气部分。
2、电力设计手册。
3、发电厂电气设备课程设计参数资料。
4、其它资料自行查找。
负责指导教师:
律方成
指导教师:
律方成
接受设计论文任务开始执行日期:
2007-5-18
学生签名:
孙建省
目录
第一章毕业设计前言…………………………………….4
第二章概述……………………………………………….5
第三章电气主接线和发电机接线的选择……………….6
第一节110KV进线接线方式设计…………………………….7
第二节发电机出口接线方式设计……………………………….8
第三节10KV出线接线方式设计…………………………....10
第四章主变压器容量和台数的选择……………………13
第一节主变压器容量的选择……………………………14
第二节主变压器台数的选择……………………………14
第三节主变压器型号的选择……………………………15
第四节厂用变压器的选择(附加)………………………16
第五章短路电流的计算………………………………….18
第六章一次电气设备的选择…………………………….21
第一节母线的选择及效验……………………………….21
第二节高压断路器的选择……………………………….24
第三节隔离开关的选择及校验………………………….27
第四节互感器及避雷器的选择………………………….28
第七章配电装置的布置………………………………….31
第八章图纸部分………………………………………….32
第一章毕业设计前言
为期四年的函授学习即将结束,四年来在电校老师的精心辅导下,我的理论知识有了很大的提高。
为检验四年来的学习成果,学校选择了发电厂一次系统设计作为毕业设计内容。
在设计过程中,我根据电院所学知识再联系自己的工作实际进行设计。
没想到看起来简单的设计,实际干起来却有太多疑问。
有时为了弄懂一个数据,除了要一遍遍的查找资料,还要向懂行的老师傅们屡屡请教;有时还要抱着原来所学的课程在进行学习。
经过两个月的努力,终于有了这份毕业设计。
虽然设计的内容中还存在许多的缺陷,但却是几个月来辛勤劳动的结果。
通过这次设计,使我学到了许多新的知识,更深深地了解自己所学的只是太少,还需进一步努力。
这次的毕业设计完成是与各位老师,特别是律方成老师的悉心教导分不开的,在此表示衷心的感谢。
第二章概述
发电厂是电力系统的中心环节,它在整个电网中起着发输电的重要作用。
本期所设计的发电厂为某集团公司的自备电厂,由于该集团公司发展很快,用热量很大,目前都是有该公司小锅炉供热。
落后的供热方式大大的制约了经济的发展,随着集团的发展和生产规模的不断扩大,使得整个集团对热能、电能的需求连年增长。
由于蒸汽和用电都是从市场上高价购买,给生产经营带来沉重的负担。
同时本省内同行业都有自己的自备电厂,生产成本低,因此,该集团在市场上的明显优势不足。
为了满足集团发展需要,为了提高产品在市场上的竟争力,该集团决定依据国家及地方有关政策和归定投资建设该集团的自备热电厂。
其主要任务是除了向该集团用户供电,还将部分作了功的蒸汽从汽轮机中段抽出供给电厂附近的热用户,减少凝汽器中的热量损失,使电厂的效率提高到60%~70%。
本期设计要严格按《电力工程手册》、《发电厂电气部分》、《发电厂电气设备课程设计》等参考资料进行主接线的选择,要与所选设备的性能结合起来考虑,最后确定一个技术合理,经济可靠的最佳方案。
第三章电气主接线和发电机接线的选择
电气主接线指的是发电厂、变电站中产生、传输、分配电能的电路,也称为一次接线。
它把各电源送来的电能汇聚起来,并进行分配,供给不同的电力用户。
根据毕业设计任务书的要求和设计规模。
在分析原始资料的基础上,参照电气主接线设计参考资料。
依据对主接线的基本要求和适用范围,首先淘汰一些明显不合格的接线型式,保留2—3个技术上相当,又能满足设计要求的方案。
对较好的2—3个方案,进行详细的技术经济比较,最后确定一个技术合理,经济可靠的主接线最佳方案。
第一节110KV进线接线方式设计
本厂有两个110KV电源,进线回路不多,主接线应有较高的可靠性和灵活性。
设计时可采用单母线无分段接线、单母线分段接线等接线方式,其单母线无分段接线的主要优点是接线简单、清晰,所用电气设备少,操作方便,配电装置造价便宜。
主要缺点是:
只能提供一种单母线运行方式,对运行状况变化的适应能力差;并且线路侧发生短路时,有较大的短路电流。
母线和母线隔离开关故障或检修时,全部回路均需停止工作,也就是要造成全厂长期停电;任一断路器检修时,其所在回路也将停运。
单母线分段接线可以提供单母线运行、各段并列运行、各段分列运行等运行方式,且便于分段检修母线,减少母线故障的影响范围,全部停电的可能性很小,显然提高了运行灵活性与供电可靠性。
当任一段母线故障时,继电保护装置可使分段断路器跳闸,保证正常母线段继续运行。
若分段断路器平时断开,则当任一段母线失去电源时,可有备用电源自动投入装置使分段断路器合闸,继续保持该母线段的运行。
单母线分段接线的主要缺点是在一段母线故障检修期间,该段母线上的所有回路均需停电;任一断路器检修时,所在回路也将停电。
总之,单母线接线的工作可靠性和灵活性都较差,只能用于某些出线回路较少,对供电可靠性要求不高的小容量发电厂与变电站中。
所以总上所叙,在电厂里选择用单母线分段接线是比较经济可靠的。
第二节发电机出口接线方式设计
对于发电机出口的接线可适用的接线有单母分段接线、双母线接线、单母分段带旁母接线三种。
方案一选用单母线分段接线
优点:
(1)用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两个电源供电。
(2)当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障切除,保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点:
(1)当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期内停电。
(2)扩建时需向两个方向均衡扩建。
方案二、选用双母线接线
优点:
(1)供电可靠。
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致使供电中断;一组母线故障后能迅速恢复供电,检修任一回路的母线隔离开关时,只需停该回路。
(2)调度灵活。
各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上,能灵活的适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要;通过倒换操作可以组成各种运行方式。
(3)扩建方便。
向双母线的左右任何一个方向扩建,均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配,不会引起原有回路的停电,当有双回架空线路时,可以布置,以致连接不同的母线时,不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。
(4)便于试验。
当个别回路需要单独进行试验时,可将该回路分开,单独接至一组母线上。
缺点:
(1)增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关。
(2)当母线故障和检修时,隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作,为避免应装闭锁装置。
方案三、选用单母分段带旁路母线接线
带有旁路母线主要是为了能使采用单母线分段或双母线的配电装置检修短路器时,不中断该回路的供电,可增设旁路母线。
通常,旁路母线有三种接线方式:
母联断路器兼作旁路断路器、有专用旁路断路器和用分段断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线三种形式。
优点:
除双母线接线的优点外,此种接线可以保证使某一回路检修时,不中断对外供电及操作简便。
缺点:
除双母线的缺点外,此种接线增加了一组母线,增加了一个间隔的配电装置,增大了投资和占地面积。
对以上三种方案分析比较,双母接线及单线分段带旁母的接线,在可靠性方面都优越于单母分段接线,但从经济性方面大大增加了投资和占地面积,而单母分段接线的缺点也可从设备的选择上进行弥补。
经综合性考虑分析发电机出口主接线宜采用单母分段的接线方式。
第三节10KV厂用母线接线方式设计
一:
厂用电接线的设计原则
(1)、厂用电接线应保证对厂用负荷的可靠和连续供电,使发电厂主机安全运转;
(2)、接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求;(3)、厂用电源的对应供电性,本机、炉的厂用负荷有本机组供电,这样,当厂用电系统发生故障时,只影响一台发电机组的运行,缩小故障范围,接线也简单;(4)、设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备,使厂用电接线具有可行性和先进性;(5)、还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。
二、厂用电的电压等级
厂用电的电压等级是根据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网等因素相互配合,经过技术经济综合比较后确定的。
由于发电机的额定电压为10.5KV,结合厂用电供电网综合考虑,其厂用电的电压等级选为10KV作为高压厂用电压。
三、厂用电接线形式
厂用母线可适用的接线有:
1单母分段接线②单母分段带旁母接线③单母线接线
方案一、单母分段接线
优点:
(1)用断路器把母线分段后,对重要设备可以从不同段引出两个回路,有两个电源供电。
(2)当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障切除,保证正常段母线不间断供电和不致使重要设备停电。
缺点:
(1)当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期内停电。
(2)扩建时需向两个方向均衡扩建。
方案二、单母分段带旁母接线
带有旁路母线主要是保证不中断对设备的供电。
有母联兼旁路断路器和设专用旁路断路器两种形式。
优点:
除双母线接线的优点外,此种接线可以保证使某一回路检修时,不中断对外供电及操作简便。
缺点:
除双母线的缺点外,此种接线增加了一组母线,增加了一个间隔的配电装置,增大了投资和占地面积。
方案三、单母线接线
优点:
(1)接线简单清晰,操作方便,使用电器少。
(2)配电装置建造费用低。
(3)隔离开关仅在检修时作隔离电器用,不用它进行倒闸操作,误操作少。
缺点:
(1)任一段母线及母线隔离开关发生故障时,要停止该段母线上所有的工作。
(2)任一段母线及母线隔离开关检修时,也将造成母线上所有回路停电。
(3)引出线回路的断路器检修时,该回路要停止供电。
发电厂厂用系统接线通常采用单母线分段接线形式。
厂用电各级电压均采用单母线(按锅炉分段)接线方式,具有以下特点:
若某一段母线发生故障,只影响其对应的一台锅炉的运行,使事故影响范围局限在一炉一机;
厂用电系统发生短路时,短路电流较小,有利于电气设备的选择;
将同一机炉的厂用电负荷接在同一段母线上,便于运行管理和安排检修。
故采用单母线分段接线。
第四章主变压器容量和台数的选择
主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。
它的确定除依据传递容量基本原始资料外,还应根据电力系统的发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素,进行综合分析和合理选择。
如果变压器容量选的过大、台数过多,不仅增加投资,增大占地面积,而且也增加运行电能损耗,设备未能充分发挥效益;若容量选的过小,将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者会满足不了变电站的需要,这在技术上是不合理的,因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。
第一节主变压器容量的选择
对于发电厂中的主变压器容量的选择应根据以下方面进行:
(1)当本厂两台发电机全部投入运行时,在满足发电机电压供电的日最小负荷,并扣除厂用负荷后,主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。
(2)当接在发电机电压母线上的一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需要限制本厂出力时,主变压器应能从电力系统倒送功率,保证发电机电压母线上最大负荷的需要。
(3)为保证供电的可靠性,避免一台主变故障或检修时影响对用户的供电,主变容量应为总负荷的70%-80%。
(4)根据《电力工程电气设计手册》及其他设计资料本厂主变压器容量应为40000kvA。
第二节主变压器台数的选择
根据《电力工程电气设计手册》、《发电厂电气部分》及其它资料中可知:
对于这种热电联产的小型电厂中,为确保供电的可靠性、操作方便、设备易选及经济性好等特点,并参照本厂的主接线形式和发电机的台数。
本厂主变压器宜选两台。
第三节主变压器型号的选择
根据主接线可以看出本厂有110KV、10.5KV两个电压等级,根据设计规程主变压器一般选择双绕组升压变压器,其型号及参数如下:
、甲、乙主变压器技术规范
型号
SF10—40000/110
额定频率
50HZ
额定电压
(121±2×2.5%)/10.5KV
接线组别
Y。
/△
额定容量
40000KVA
频率
50HZ
设备种类
户外
相数
3
空载电流
0.25%
冷却方式
ONAF
空载损耗
28.407KW
短路阻抗
10.29%
负载损耗
150.747KW
厂家
山东达驰电气股份有限公司
高压侧
低压侧
开关位置
接法
电压(V)
电流(A)
电压(V)
电流(A)
Ⅰ
X、Y、Z(2—3)
127050
181.8
10500
2199.4
Ⅱ
X、Y、Z(3—4)
124025
186.2
Ⅲ
X、Y、Z(4—5)
121000
190.9
Ⅳ
X、Y、Z(5—6)
117975
195.8
Ⅴ
X、Y、Z(6—7)
114950
200.9
第四节厂用变压器的选择(附加)
厂用变压器的选择主要考虑厂用工作变压器和备用变压器的选择,其选择内容包括变压器的台数、额定电压和容量。
为了正确选择厂用变压器,首先应对厂用主要用电设备的容量、数量及其运行方式有所了解,并予以分类和统计,最后方能确定结果。
1、厂用变压器台数的选择
厂用变压器台数的选择主要是与厂用工作母线的段数有关,而厂用工作母线的段数又与用电设备有关。
本厂10KV高压母线共分四段,400V低压母线共有九段,即工作段为八段,备用段一段。
根据本厂10KV高压母线段数可分厂用变压器1#、2#、3#和备用变0#四台专用变。
根据用电设备及母线段数考虑,本厂有三台锅炉三个电除尘器、化水车间和燃料车间,故变压器分1#、2#、3#除尘变、化水变和输煤变。
即本厂厂用变压器台数可选择九台。
2、厂用变压器额定电压的选择
厂用变压器的额定电压的选择应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定,变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。
因此本厂厂用变压器高压侧为10KV,低压侧为380V。
3、厂用变压器额定容量的选择
厂用变压器额定容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率,
厂用变压器的容量应留有10%左右的裕度。
厂用备用变压器的容量应与最大一台厂用工作变压器的容量相同。
厂用变压器额定容量的选择除了考虑所接负荷的因素外,还应考虑:
1电动机自启动时的电压降;
2变压器低压侧短路容量;
3留有一定的备用裕度。
4、本厂厂用变压器的参数
各厂用变的技术规范
名称
0、1、2、3、厂变
除尘变
化水变
输煤变
型号
S11-M-1250/10
S11-M-800/10
SCB(9)-800/10
SCB(9)-800/10
额定容量
1250KVA
800KVA
800KVA
800KVA
额定电压
10.5±2×2.5%/0.4KV
额定电流(A)
高压
低压
高压
低压
高压
低压
高压
低压
63.73
1804.2
43.99
1154.7
44
1154.7
44
1154.7
阻抗电压
4.81%
4.73%
5.77%
5.85%
接线方式
D,yn11
D,yn11
D,yn11
D,yn11
绝缘等级
F
F
冷却方式
ONAN
ONAN
AN/AF
AN/AF
调压方式
无载
无载
无载
无载
厂家
上海德力西
第五章短路电流的计算
根据原始资料及设计说明书的要求,本厂短路电流的发生点可选择以下几点:
(1)、d1选择在110kv母线上。
(2)、d2选择在10.5kv甲段母线上。
(3)、d3选择在10.5kv乙段母线上。
1、确定基准值
1取基准容量Sj为1000MVA
2基准电压Uj为115kv
3基准电流Ij为Sj/
×115=0.5A
2、计算各设备的电抗标么值
由于系统给出的短路阻抗为0.5281,取的基准容量Sj为1000MVA,根据计算则系统的短路容量为1893.5MVA。
选主要设备的参数如下:
甲主变的短路阻抗Uk甲%=10.29%
乙主变的短路阻抗Uk乙%=10.33%
发电机超瞬变电抗Ⅹd″=13.73%
电抗器电抗百分数Ⅹd=6%
(1)、甲主变的电抗标么值
ⅩB甲*=(Uk甲%×Sj)/(100×Se)=(10.29%×1000)/(100×40)
=2.5725
(2)、乙主变的电抗标么值
ⅩB乙*=(Uk乙%×Sj)/(100×Se)=(10.33%×1000)/(100×40)
=2.5825
(3)、发电机的电抗标么值
ⅩF*=(Ⅹd″×Sj)/[100×(P/0.8)]=(13.73%×1000)/[100×(30/0.8)]=3.6613
(4)、电抗器的电抗标么值
ⅩX*=6×55/100×0.6=5.5
3、对于短路电流计算等值电路图如下所示:
(1)、对于110kv母线上d1点短路时的电流计算
Ⅹ*A=(Ⅹ*B甲+Ⅹ*F)∥(Ⅹ*B乙+Ⅹ*F)∥0.5281=(2.5725+3.6613)∥(2.5825+3.6613)∥0.5281=0.4516
所以110kv母线的短路容量为1020/0.4516=2214MVA
所以110kv母线d1点的短路电流为5250/0.4516=11.625KA
(2)、对于10.5kv甲母线上d2点短路时的电流计算
Ⅹ甲*=[(Ⅹ*B乙+Ⅹ*F)//Ⅹ*系统+Ⅹ*B甲]//Ⅹ*F=[(2.5825+3.6613)//0.5281+2.5725]//3.6613=1.6667
所以10.5kv甲母线的短路容量为:
1000/1.6667=600MVA
所以10.5kv甲母线的短路电流为:
55000/1.6667=33KA
(3)、对于10.5kv乙母线上d3点短路时的电流计算
Ⅹ甲*=[(Ⅹ*B甲+Ⅹ*F)//Ⅹ*系统+Ⅹ*B乙]//Ⅹ*F=[(2.5725+3.6613)//0.5281+2.5825]//3.6613=1.67
所以10.5kv乙母线的短路容量为:
1000/1.67=598MVA
所以10.5kv乙母线的短路电流为:
55000/1.67=32.93KA
各点短路电流计算结果
短路类型
短路点编号
短路点名称
短路电流
短路容量
三相
短路
d1
110kv母线
11.625KA
2214MVA
d2
10.5kv甲母线
33KA
600MVA
d3
10.5kv乙母线
32.93KA
598MVA
第六章一次电气设备的选择
第一节母线的选择及效验
一、110KV母线选择
根据原始资料的规定情况,按两台主变容量选择如下:
Imax=261.17A
本厂110KV母线查表选定LGJ-240型软母线,其允许载流量为610A
(大于261.17A)
热稳定校验:
KId1≥Imax
查表知在40℃时,K=0.18
KId1=K×610=494.1>261.17A
θF=θ0+(θc-θ0)(261.17/494.1)2
=40+(70-40)×0.28
=48.4℃
θF<70℃,
所以允许长期发热,即满足要求。
短路电流的发热:
允许最高温度是70℃,t=1.1S
S≥√—Qd/C
对于无限大容量电流
当70℃时,C=87
Smin=√————Qd/C=
8/87=181.7(mm2)
因为181.7mm2<240mm2
故短路热稳定满足要求。
二、10KV母线的选择
(1)、Tmax=6000小时,查表得J≈0.75A/mm2
Imax=1.05×IN=1.05×2062=2165(A)
Smax=Imax/J=2165/0.75=2886.7mm2
预选定2×(100×10)的矩形硬铜母线,允许载流为4000A。
修正:
本厂选用2×(100×10)的矩形硬铜母线,母线为水平放置,查表y得知室温为40℃时的校正系数K取0.81。
故长期允许电流为:
Iy=KId1=0.81×4000=3240(A)>2165(A)
θF=θ0+(θc-θ0)(2165/3240)2
=40+(70-40)×0.67
=60℃
θF<70℃,
所以允许长期发热,即满足要求。
(2)、热稳定校验
短路电流的热效应:
允许最高温度是70℃,t=1.1S
Smin≥√——Qd——/C
Qd=200002×1.1=440×106(A2s)
当70℃时,C=87
Smin=241.1(mm2)
所以母线截面为
2×(100×10)=2000(mm2)>241.1(mm2)
故能满足热稳定要求。
(3)、动稳定校验
10KV母线c三相短路时的短路冲击电流为
i(3)ch=2.55×33=84.15KA
中间相母线所受最大电动力为
F(3)=1.73[i(3)ch]2l/a10-7
=1.73×(84.15×103)2×1.2/0.25×10-7
=5880.25(N)
最大弯距为
M=F(3)l/10=5880.25×1.2/10=705.63(N.m)
母线截面抗弯距为
W=bh2/6=0.02×0.12/6
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