火力发电厂电气一次部分毕业设计说明.docx

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火力发电厂电气一次部分毕业设计说明

前言•1

摘要及关键词•2

第1章主接线的设计・3

1•1发电机台数和参数的确定•3

1-2变压器台数和参数的确定•3

1•3厂用电的设计的确定•4

1-4220kV主接线的设计•6

第2章短路电流计算点的确定和短路计算结果・9

2•1短路电流计算点的确定・9

2•2短路电流计算•9

2•3短路电流计算结果•16

第3章主要电气设备的配置和选择•16

3•1主要电气设备的配置•16

3•2主要电气设备的选择•17

第4章所选电气设备的校验•21

4•1斷路器的校验・22

4•2隔离开关的校验・23

4•3电流互感器的校验•23

4•4母线的校验・25

第5章继电保护的配置和考虑・25

5-1概述•25

5•2发电机保护配置・27

5•3变压器的保护配置•29

结论•30

辞・31

参考文献・32

附录一所选设备一览表・33

附录二电气主接线・35

前言

毕业设计是我们在校期间最后一次综合训练，它将从思维、理论以及动手能力方面给予我们严格的要求。

使我们综合能.力有一个整体的提高。

它不但使我们巩固了本专业所学的专业知识，还使我们了解'熟悉了国家能源开发策略和有关的技术规程、规定'导则以及各种图形♦符号。

它将为我们以后的学习、工作打下良好的基础。

能源使社会生产力的重要基•础，随着社会生产的不斷发展，人类使用能源不仅在数董上越来越多，在品种及构成上也发生了很大的变化。

人类对能源质量也要求越来越高。

电力使能源工业'基础工业，在国家逑设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。

电能也是发展国民经济的基础，使一种无形的、不能大量存储的二次能源。

电能的发♦变♦送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。

要满足国民经济发展和要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。

因此，做好电力规划，加强电网逑设，就尤为重要。

而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用。

它承担着变换电压、接受和分配电能♦控制电力的流向和调整电压的责任。

222KV变电站电气部分设计使其对变电站有了一个整体的了解。

该设计包括以下任务：

1-主接线的设计2、主变电压器的选择3、短路计算4、导体和电气设备的选择5、所用电设计

摘要：

本文首先根据任务书上所给系统与线路及的参数，分析负荷发展趋势。

然后通过对拟建发电厂的概括以及出线来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可案性方面考虑，确定了220kV以及厂用电的主接线，然后又确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔斷器，隔离开关，母线，绝缘子和穿境套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了2x300冊发电厂电气一次部分的设计。

关键词：

发电厂变压器主接线

第1章主接线的设计

电气主接线是由各种电气设备如：

发电机、变压器'断•路器、隔离开关♦互感器、母线、

电缆、线路等按照一定的要求和顺序连接起来，完成电能的输送和分配的电路。

主接线的好

坏不仅影响到发电、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业的生产和人民的正常生活。

因此，发电厂、变电站的主接线必须满足以下基本要求：

1、保证对必要用户的供电可靠性；

2、接线应力求简单、清晰、操作简便；

3、运行灵活，设备投、停方便，检修、隔离、维护方便；

4'投资少、运行费用低；

5、又扩建的可能性。

1•1发电机台数和参数的确定

发电机的台数确定为2台，选择型号为：

QFSN-300-2，具体参数见下表：

型号

额定

电压

额定

电流

功率

因数

定子

接线

负序电抗（％）

零序电抗（％）

同步电抗（％）

次暂态电抗（%）

QFSN-300-2

18kV

11320A

0.85

2-y

23.36

9.36

236.35

19.15

1-2变压器台数和参数的确定

1-2-1主变压器台数和参数的确定

发电厂主变压器的容量和台数的确定：

发电机与主变压器为单元接线时，主变压器的容

童可按照下列条件的较大者选择：

（1）按发电机的额定容莹扣徐本机组的厂用负荷后>留有10%的余度。

（2）按发电机的最续输出容量扣除本机组的厂用负荷。

本次电厂的设计采用的是发电机-变压器单元接线，所以容量的确定，根損第一条选择：

（1-8%）*/^.^300*（1-8%）^1=3571?

6^

COS00.85

高压侧电压：

242kV低压侧：

18kV

主变压器台数和参数选择结果：

台数确定为2台，型号为：

SFP7-360000/220具体参数见下表：

型号

额定容量（kVA）

额定高压（kV）

额定低压（kV）

连接组别

阻抗电压（％）

SFP7-360000/220

360000

242±2x2.5%

18

YN,dll

14.3

表1-2

1-3厂用电的设计的确定

1-3-1厂用电压等级的确定

经技术经济比较，我国有关技术规定中指定厂用电压的确定原则如下：

发电厂可采用3kV'6kV'10kV作为厂用电电压。

发电机容董为100-300MW的机组宜采用6kV。

所以本次发电厂设计的厂用电电压等级为：

6kV

1・3・2厂用电源及其引接方式

（1）厂用工作电源及其引接方式

发电机额定功率为200MW及以上时>一般采用单元接线，这时厂用电源一般从发电机组出口或变压器低压侧引接，如下图所示：

由于发电机容量为200MW及以上的发电机组引出线及厂用分支采用封闭母线，封闭母线发生相间短路故障的机会很少，因此厂用分支不可装设斷路器，但应有可靠的可拆连接点以便满足检修调试的要求。

图1-1厂用电源引接方式

（2）启动备用/电源的取得

当工作电源故障时，应由备用电源继续向厂用电负荷供电。

启动电源完全消失时，保证机组重新启动的厂用电源。

一般容量在200MW及以上机组需要设置启动电源。

高压厂用备用变压器的引接线应遵循以下原则：

1）当设有发电机电压母线时，可由于工作电源不同的分段上引出。

2）当无发电机电压母线时，由与电力系统连接可案的最低一级电压母线上引出，或由联络变压器的第三（低压）绕组引出，并应保证在发电厂全厂停电的情况下，能从电力系统取得足够的电源。

3）有两个及以上的备用电源时应由两个相对独立的电源引出。

4）在技术经济条件许可的情况下，可由外部电网接一条专用线路供电。

本厂设计方案为

1・3・3厂用变压器容量参数的选择和确定

1）厂用工作变的选择

厂用工作变的台数确定为2台，选分裂绕组变压器，高压侧电压：

18kV低压侧电压：

6.3kV容量的确定:

5^8%*^=300*8%=28235^

cos®0.85

选择结果：

型号SFF7-40000/18具体参数见下表：

表1-3

型号

容量

（kVA）

高压

（kV）

低压

（kV）

全穿越电抗

（%）

半穿越电

抗（％）

连接组别

SFF7-40000/18

40000/2

x20000

18±2x

2.5%

6.3-6.3

8.01

15.06

D，dO，（10

表1-3

2）厂用起备变的选择

厂用起备变的台数确定为1台，选分裂绕组变压器；

高压侧电压：

220kV低压侧电压：

6.3kV

容量的确定:

8%*&

COS0

300*8%

0.85

=28235kVA

选择结果：

型号SFPFZ-40000/220具体参数见下表：

型号

容量（kVA）

高压（kV）

低压

（kV）

全穿越电抗（%）

半穿越电

抗（％）

连接组别

SFPFZ-40000/220

40000/2

x20000

220±8x

1.25%

6.3-6.3

0

25

YN，dll，

dll

表1-4

1-4220kV主接线的设计

1-4-1方案一：

采用双母线接线如图卜2

双母线的两组母线同时工作，并通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配再亮组母线上。

由于母线继电保护的要求，一般某一回路因定于某一母线连接，以固定连接的方式运行。

（1）优点

1）供电可亢。

通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中斷；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任意回路的的母线隔离开关只停该回路。

2）调度灵活。

冬个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

3）扩建方便。

向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。

当有双回线路布置时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母线分段那样导致出现交叉跨越。

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。

（2）缺点

1）増加一组母线和使毎回路就要增加一组母线隔离开关。

2）当母线检修或故障时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。

为了避免误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

（5）适用困：

当出线回路数或母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、

母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统的运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，0级电压采用的具体条件如下：

1）6-10KV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时。

2）35-63KV配电装置，当出线回路数超过8回时；或连接的电源较多、负荷较大时。

3）110-220KV配电装置出线回路数为5回及以上时；或当110~220KV配电装置，在系统中居中重要地位。

出线回路数为4会及以上时。

1-4-2方案二：

采用双母线带旁路接线如图卜3

图1-3双母线带旁路接线

双母线带旁路母线接线的特点：

双母线接线与单母线相比提高了供电的可至性，但是在检修出线斷路器时，该回出线将会停电，若加装旁路斷路器则可避免检修断路器时造成短时停电。

1）接线特点

在出线隔离开关外侧，加装一条旁路母线，每一回出线通过一傍路隔离开关与旁母相连；在每段汇流母线与旁母之间加装一台断路器，组成专设旁路斷路器的接线。

带有专用旁路断路器的接线，多装了斷路器增加了投资，当供电有特殊要求或出线回数过多时，整个出现断路器的检修时间较长时采用。

2）优、缺点分析

采用专设旁路斷路器接线，避免了检修断路器时造成的短时停电。

这种接线的运行操作方便，不影响双母的正常运行，但是多加了一台斷路器增加了投资和配电装置的占地面积。

且旁路断■路器的继电保护为适应各回出线的要求，其整定校为复杂。

1-4-3两种方案的比较和选择

方案一：

采用双母线接线

方案二：

采用双母线带旁路接线

优点：

1）供电可旅。

通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中斷；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任意回路的的母线隔离开关只停该回路。

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，能灵活地适应系统中冬种运行方式调度和潮流变化的需要。

3）扩建方便。

向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分西己，不会引起原有回路的停电。

当有双回线路布置时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母线分段那样导致出现交叉跨越

优点：

采用双母线带旁路接线具有上述，双母线的优点，但是采用专设旁路断路器接线，避免了检修斷路器时造成的短时停电。

这种接线的运行操作方便，不影响双母的正常运行。

缺点：

1）増加一组母线和使毎回路就要增加一组母线隔离开关。

2）当母线检修或故障时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。

为了避免误操作，需要在隔离开关和斷路器之间装设连锁装置。

缺点：

但是多加了一台断路器增加了投资和配电装置的占地面积。

且旁路斷路器的继电保护为适应各回出线的要求*其整定较为复杂。

表1-5

经过综合考虑分析，比较侧重于对供电的可靠性，至于造价作为了辅助的考虑因素，所以选择了双母线带旁路接线，这样避免了检修斷珞器时造成的短时停电，提高了供电的可靠性。

第2章短路电流计算点的确定和短路计算结果

2-1短路电流计算点的确定

短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。

短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电八而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。

因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。

短路电流的计算目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。

按三相短路进行短路电流计算。

最终确定的短路计算点有三个：

220kV母线（kl）；发电机机端18kV（k2）；厂用电母线6kV（k3）.

2・2短路电流计算

系统图：

X10

T1夕X3

X1

X6$

X8I

T2

等效电路图：

）

X5

|K1

X2沐7

*X9

G2—、亠、

^X11

1S>.15*100*0.85

1OO*300

0.054

14.3*1OO

1OO*3

0.（）4

x?

=0.96%=0.0096

X9

X11

解得：

x9=14.1%=0.141

基准容量

Sr=\QOMVAU=Uav

X=0・2%“

0.03

査所选厂用分裂变压器的参数可知：

全穿越电抗=8.01%半穿越电抗二15.06%厂用分裂变压器的等效阻抗电路图：

1:

表示侧

2，3：

表示低压6kV«

乂11

X7

x7+兀9=15.06%

x7+0.5x9=8.01%

=O.OO<^6斗^竺=O.OOQCS*

Sz

乂9=0.141*=o.141

Sz

I00000=0.3525

*

40000

短路点kl的计算（220kV母线）等效电路图：

X5：

；X5

I

I

T1

X3

X4

T2

\

>

r

q/

X1

I.

X2

■

\

G1

G2

K1

X34

X12

K1

X5

X31

如图一：

r=

0.03

6=

=—=O・O4

如图二：

r=

0.03

=0.02文2

如图三：

r=

0.03

1

=O.（>47

对于无穷大系统：

^un=

1.8

=0.027

0.054

=33*333

标幺值：

上sz

有名值：

U=230畀.732=°

Z7V

oo

SN

=0.251*33.333=8.368kA

加=/』+2（忑_1）2=8.368*Jl+2*0・82=12・635M

爲=IP*Kim*“=8.367*1・8*V2=21.3kA

对于发电机：

匕小=185

标幺值：

0.047

*=0.332

1O°*°S5查

发电机的运算曲线：

t二Os

t=ls

t=2s

:

1=3.12

:

1=2.23

:

1=2.4

600

V3*0.85*230—V3*0.85*230—1"

有名值：

t=Os

t=ls

t=2s

1=3.12x1.772=5.53kA

1=2.23x1.772=3.95kA

1=2.4x1.772=4.253kA

几="4+2（K汕—1尸=5.53水/+2*0・85?

=&645kA

*Kim*V2=5.53*1.85*72=14.46^A

对于短路点kl:

t二Ost=ls

t二2s

:

1=8.368+5.53=13.897kA

:

1=8.368+3.95=12.32kA

:

1=8.368+4.253=12.621kA

讪=21.297+14.463=35.76^/1

加=12.635+8.645=21.28S

短路点k2的计算（发电机机端18kV）等效电路图：

X5：

X4T2

T1X3

K2二

"二

筒化电路

K2c

a

/>

）

X5

X42

|_“_b

X3

X1

X1

X2

G1

G2

0.03

0.04

图二:

北42

图三：

x“=乂今+乂3+匚斗$=0.03+OXM+°•°04=0.0824

冬53乂420.094

ac

x说=旳+乂'+八"厶=0.04+0.094+”）04“）09^=0.258乂5

0.03

对于系统：

f=18

标幺值：

6。

心=2*6

SN

有名值：

<7

U…、:

齐=18*1/732=3208kA

1OO

SN

*Ip=3.208*12.136=38.932kA

Iim=山1+2（心一1）2=38.932*Vl+2*0.82=58.786M

打=IP*忑*V2=38.932*1・8*血=99・089以

对于发电机G1：

z

1.9

标幺值：

*Sq—兀「y—

413

0.054*—O.1915

1OO*0.85

査发电机的运算曲线：

t=Os

t=ls

t=2s

1=5.58

1=2.82

1=2.62

Av=73*（X85*18=73*0^*18=U-321A：

A

有名值：

t=Os

t=ls

t=2s

:

1=5.58x11.321=63.17kA

:

1=2.82x11.321=31.925kA

:

1=2.62x11.321=29.661kA

Iim=」J1+2（K〃”—1严=63.17*J1+2*0.9,=\02.25kA

iim=I**Kmi*V2=63.17*1.9*72=169.713ZrA

k—

对于发电机G2：

'"~

标幺值：

Sr

=0.258

300

1OO*0.85

查发电机的运算曲线：

t=Os:

1=1.18

t=2s:

1=1.29

5

a/3*0.85*18

300

V3*0.85*18

=11.321kA

有名值：

t=Os

t=ls

t=2s

:

1=1.18x11.321=13.359kA

:

1=1.19x11.321=13.472kA

:

1=1.29x11.321=14.604kA

Iim=4=（）sJl+2（心—1）2=13.359*Jl+2*0.&=20.15涨4

iim=/=）$*K.n*V2=13.359*1.8*^2=34kA

对于短路点k2:

t=Os:

1=63.17+13.35+3&932=115.452kA

t=ls:

1=13.427+31.925+38.932=84.329kA

t=2s:

1=14.604+29.661+38.932=83.197kA

Iim=102.25+58.786+20.158=181.194Q4

iim=34+99.089+169.713=302.802kA

短路点k3的计算（厂用电母线6kV）等效电路图：

图一：

s

X5J

X3

X4T2

X8

K3F

T1

X6,

X1

X2

倚化乜路［

K3=

x5

IT11"一B

x3-

f

^X68~IC

；X1

I

G2

0.04

=0.024K

卡=0.03

0.353

（S）A

XAC'W

XBC

X68

K3

X1

（S）A

、XAEXAC<

D|

K3.XDE

E（G1,G2）

33五

O.Of>4

图二：

Kg

=0.024+0.353=0.377

Xg=—+¥=0.04+0.054=O.O^>4

图三：

乂5*乂3CccCC0.03*0.04ccoc

xA,・=r+XqH:

=0.03+0.04H=0.0824

7153—0.094

XBC=乂3+—

乂5

=0.04+0.094

0.04*0.094

0.03

=0.258

-v-5=0.03兀,=O.Of>4兀“=O.3W

图四：

=0.3WxAa=O・O824

=0.045

Xbc*召=O・258*0.054xBC+X]0.258-4-0.054

图五：

+X68+

%*

XRC\

=0.0824+0.377+

0.0824*0.377

0.045

=1.15

0.0824

Xde=x68+x^cl+•'陛一木"g=0.377+0.045+心力不（W=0.628

%

对于无穷大系统：

心山

0.348

标幺值：

'sz

有名值：

SB_1QO

V36.3*1.732

=9.165kA

oo

SN

*Z；=0.348*9.165=3.189kA

Iim=IpJ1+2（K讪-1尸=3.189*Vl+2*0.82=4.815kA

=3.189*1.8*y[2=8.117kA

对于发电机：

‘小

近似看做无穷大系统：

标幺值：

6>OO

0.628*=4.433

600

1OO*0.85

V3*0.85*230—V3*0.85*6.3-M

1===0.226

x八4.433

有名值：

Ig=0.226*64.691=14.593S

Iim=/*）$J1+2（K〃“-I）?

=14.593*Vl+2*0.852=22.818kAiim=厶=0$疼Kim*V2=14.593*1.85*72=38.174kA对于短路点k3:

1=3.189+14.593=17.782kA

Iim=4.815+22.818=27.633kA

iim=8.117+38.174=46.291"

2•3短路电流计算结杲：

见下表

电压

等级

短路点

短路电流周期分量的有效值（kA）

短路全电路

最大有效值

（kA）

短路冲击

电流（kA）

t=0s

t=ls

t=2s

220kV

220kV母线（kl）

13.898

12.32

12.621

22.28

35.76

18kV

发电机端18kV

（k2）

115.452

84.3