發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計報告

1、四川大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院專業(yè)課課程設(shè)計題 目 哈爾濱熱電廠電氣主接線系統(tǒng) 辦學(xué)學(xué)院 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 學(xué)習(xí)中心 黑龍江松花江林區(qū)奧鵬 專業(yè)層次 專升本 年 級 0709 學(xué)生姓名 張輝 學(xué) 號 DH1072r7001 2011年 2月18日一、設(shè)計依據(jù)和原始資料分析1.哈爾濱熱電廠環(huán)境概況1.1地理位置哈爾濱熱電有限責(zé)任公司位于哈爾濱市動力區(qū)安通街125號。哈爾濱是中國黑龍江省省會，是我國東北北部政治、經(jīng)濟、文化中心，也是我國省轄市中面積最大、人口居第二位的特大城市,哈爾濱地處東北亞中心位置，被譽為歐亞大陸橋的明珠，是第一條歐亞大陸橋和空中走廊的重要樞紐。1.2交通條件鐵路：鐵路主要有哈大、濱

2、綏、濱州、濱北、拉濱五條鐵路連通國內(nèi)。公路：102國道（京哈高速公路）、202國道（黑河大連）、221國道（哈爾濱同江）、301國道（滿洲里綏芬河）四條國道呈輻射狀通向全國各地。省內(nèi)有哈爾濱大慶、齊齊哈爾；哈爾濱牡丹江、綏芬河；哈爾濱佳木斯、鶴崗三條高速公路。水路：哈爾濱水運航線遍及松花江、黑龍江、烏蘇里江和嫩江，并與俄羅斯遠東部分港口相通，經(jīng)過水路江海聯(lián)運線，東出韃靼海峽，船舶可直達日本、朝鮮、韓國和東南亞地區(qū)。1.3企業(yè)現(xiàn)狀哈爾濱熱電有限責(zé)任公司，是我國第一座自己設(shè)計、制造并安裝的高溫、高壓熱電廠，股東分別是黑龍江省電力有限公司、哈爾濱能源投資公司、黑龍江省電力開發(fā)公司和黑龍江電力股分有限

3、公司。1.4氣象條件哈爾濱位于最北端，是我國緯度最高、氣溫最低的大都市。四季分明，冬季漫長寒冷，而夏季則顯得短暫涼爽。 哈爾濱的集中降水期為每年7至8月，集中降雪期為每年11月至次年1月。年平均溫度3.6。最冷的1月份，平均氣溫為零下13.2至零下24.8，最熱的7月份，平均氣溫為18.1至22.8。2原始資料2.1畢業(yè)設(shè)計原始資料：1電廠為3臺100MW汽輪發(fā)電機組，一次設(shè)計完成。2有220KV和110KV兩級電壓與系統(tǒng)連接，220KV出線有4回，每回出線最大輸送容量為50MVA，220kv電壓等級最大負荷250MW，最小負荷200MW，110KV出線有3回，每回出線輸送容量為35MVA。本

4、廠無610KV及35KV出線。2.2畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)1完成電氣一次主接線形式比較、選擇；2完成主變壓器容量計算、臺數(shù)和型號的選擇；3進行必要的短路計算以完成電氣設(shè)備的選擇；2.3畢業(yè)設(shè)計主要技術(shù)指標、要求及內(nèi)容1系統(tǒng)阻抗在最大運行方式下（），與110KV系統(tǒng)的聯(lián)系阻抗為0.025，與220KV系統(tǒng)的聯(lián)系阻抗為0.065，兩系統(tǒng)均視為無窮大容量系統(tǒng)。2發(fā)電機參數(shù)：型號QFN-100-2 。二、電氣主接線的設(shè)計電氣主接線是發(fā)電廠電氣設(shè)計的首要部分,也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。2.1 電氣主接線的敘述1.單元接線其是無母線接線中最簡單的形式，也是所有主接線基本形式中最簡單的一種，此種接線方法設(shè)備更多。

5、本設(shè)計中機組容量為300MW，所以發(fā)電機出口采用封閉母線，為了減少斷開點，可不裝斷路器。這種單元接線，避免了由于額定電流或短路電流過大，使得選擇斷路器時，受到制造條件或價格甚高等原因造成的困難。2.單母線分段帶專用旁路斷路器的旁路母線接線優(yōu)點：在正常工作時，旁路斷路器以及各出線回路上的旁路隔離開關(guān)，都是斷開的，旁路母線不帶電，通常兩側(cè)的開關(guān)處于合閘狀態(tài)，檢修時兩兩互為熱備用；檢修QF時，可不停電；可靠性高，運行操作方便。缺點：增加了一臺旁路斷路器的投資。3.單母分段線分段斷路器兼作旁路斷路器的接線優(yōu)點：可以減少設(shè)備，節(jié)省投資；同樣可靠性高，運行操作方便；4.雙母線接線優(yōu)點：供電可靠，調(diào)度方式比

6、較靈活，擴建方便，便于試驗。缺點：由于220KV電壓等級容量大，停電影響范圍廣，雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較復(fù)雜，對運行人員要求高。5.雙母線帶旁路母線的接線優(yōu)點：增加供電可靠性，運行操作方便，避免檢修斷路器時造成停電，不影響雙母線的正常運行。缺點：多裝了一臺斷路器，增加投資和占地面積，容易造成誤操作1 2 3。2.2 擬定兩種方案 第一種方案是：10.5KV側(cè)采用單元接線 ，110KV側(cè)采用單母線分段帶專用旁路器，220KV側(cè)采用雙母線設(shè)計。其主接線如圖2-1所示。圖2-1 第一種方案主接線圖第二種方案是：10.5KV側(cè)采用單元接線，110KV側(cè)采用單母分段線分段斷路器兼作旁路斷路

7、器，220KV側(cè)采用雙母線帶旁路。其主接線如圖2-2所示。圖2-2第二種方案主接線圖現(xiàn)對這兩個方案進行綜合比較：（如表2-1）表2-1 方案比較方案項目方案一方案二可靠性1）220KV接線簡單，設(shè)備本身故障率少；2）220KV故障時，停電時間較長。1）220KV可靠性較高；兩臺主變壓器工作，保證了在變壓器檢修或故障時，不致使各級電壓解列，提高了可靠性。靈活性1）220KV運行方式相對簡單，靈活性差；2）各種電壓級接線都便于擴建和發(fā)展。3）110KV操作過程復(fù)雜1）各電壓級接線方式靈活性都好；2）220KV電壓級接線易于擴建和實現(xiàn)自動化。3）110KV操作過程相對簡單經(jīng)濟性1）220KV設(shè)備相對

8、少，投資小；2）110KV增加了一臺旁路斷路器的投資1）220KV設(shè)備相對多，投資較大；2）110KV設(shè)備少，投資小通過對兩種主接線可靠性，靈活性和經(jīng)濟性的綜合考慮，辨證統(tǒng)一，現(xiàn)確定第二方案為設(shè)計最終方案。三、短路電流計算3.1 短路電流計算的目的在發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算的目的的主要有以下幾個方面：1.在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采用限制短路電流的措施，均需進行必要的短路電流計算。2.在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障狀況下都能安全、可靠的工作。同時又力求節(jié)約資金，這就需要按短路情況進行全面校驗。3.在

9、設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導(dǎo)線相間和相對地安全距離。4.在選擇繼電保護方式和進行整定計算，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。5.接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流。3.2 短路電流計算條件1基本假定：（1）正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行（2）所有電流的電動勢相位角相同（3）電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷下運行（4）短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間（5）不考慮短路點的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外，元件的電阻都略去不計（6）不考慮短路點的電流阻抗和變壓器的勵磁電流（7）元件的技術(shù)參數(shù)均取額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍（8）輸電線路的電容略去不計2一般規(guī)定（1）驗算導(dǎo)體電器的動穩(wěn)定

10、、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按本工程設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)遠景的發(fā)展計劃。（2）選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電器連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流影響。（3）選擇導(dǎo)體和電器時，對不帶電抗回路的計算短路點，應(yīng)選擇在正常接線方式時短路電流最大地點（4）導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和以及電器的開斷電流，一般按三相短路計算。3 4系統(tǒng)的電路圖等效電路如圖3-1：圖3-1 等值電路圖設(shè)MV·A，。計算各個元件標幺值。發(fā)電機：110KV和220KV： 雙繞組T：由于三側(cè)容量相等，所以主變各繞組阻抗計算如下： 變壓器各繞組阻抗標幺值：當

11、點短路時，簡化電路圖為：各元件標幺值如下： 圖3-2 簡化后的等值電路圖 圖3-3簡化后的等值電路圖 對圖3-3中的,支路進行Y變換,得如圖3-4所示:對圖3-4中的支路進行星網(wǎng)變換,求得各個電源點對的轉(zhuǎn)、移電抗為（圖3-5）: 圖3-4 星網(wǎng)變換圖 圖3-5 各電源單獨計算的等值電路圖)把220KV和110KV側(cè)按照無窮大功率電源處理,則電流標幺值為： 發(fā)電機的計算電抗 ： 汽輪發(fā)電機按照計算電抗查計算曲線,電流標幺值為：0s時： 所以：有名值: 沖擊電流：短路容量：MVA1.65s時： 有名值為：KA0.825s時： 有名值為：KA（2）當點短路時，由計算中的圖3-6、圖3-7和圖3-8可

12、以簡化為，如圖3-9所示：圖3-6 等值電路圖 圖3-7 簡化后的等值電路圖 圖3-8 簡化后的等值電路圖圖3-9 簡化后的等值電路圖把220KV和110KV側(cè)按照無窮大功率電源處理,則短路電流標幺值為：發(fā)電機的計算電抗 ：汽輪發(fā)電機按照計算電抗查計算曲線, 電流標幺值為：0s時： 所以：有名值: 沖擊電流：短路容量：MVA1.54s時： 有名值為：KA0.77s時： 有名值為：KA（3）當點短路時，由圖3-10化簡可得圖3-11：圖3-10 等值電路圖 圖3-11 Y變換圖 圖3-12簡化后的等值電路圖 先對圖3-11中的支路進行Y變換，然后把C電源分裂，如圖3-12所示：再對支路進行星網(wǎng)變

13、換，如圖3-13所示： +）圖3-13 各電源單獨計算的等值電路圖+）+）把220KV和110KV側(cè)按照無窮大功率電源處理,則短路標幺值為： 發(fā)電機的計算電抗： 輪發(fā)電機按照計算電抗查計算曲線,電流標幺值為：0s時： 沖擊電流：短路容量：1.55s時： 有名值為：KA0.775s時： 有名值為：KA（4）當點短路時，由圖3-14和圖3-15，再把進行Y變換,得如圖3-16所示: 圖3-14 等值電路圖圖3-15 簡化后的等值電路圖 圖3-16 Y變換圖而B點假設(shè)成無窮大功率電源，則可以把它分裂成如圖3-17所示：圖3-17 分裂電源圖然后再把支路進行Y變換，如圖3-18所示：圖3-18 Y變換

14、圖把圖3-18整理，然后把其中的支路進行Y變換，得圖5-19： 圖3-19 分裂電源圖圖3-19中的是無限大功率電源分裂出來的。用單位電流法求其轉(zhuǎn)移阻抗。令的電動勢為0，假設(shè)在點加電源使所在支路通過單位電流，如圖3-20：由于假設(shè)為電抗，不考慮相位的問題，則電壓與電流的有效值為：5.646圖3-20 求轉(zhuǎn)移阻抗及電流分布系數(shù)圖：其中把電源看成無限大功率電源，其電流標幺值為： 發(fā)電機的計算電抗 ：汽輪發(fā)電機按照計算電抗查計算曲線,查得電流標幺值為：0s時： 有名值：沖擊電流：短路容量：1.65s時： 有名值為：KA0.8255s時： 有名值為：KA(5)點的短路計算與點相同。短路計算結(jié)果列表于下

15、：表3-1 短路計算結(jié)果短路點基準電壓短路電流（0時刻）沖擊電流短路容量短路電流（時刻）短路電流（時刻）(KV)(KA)(KA)(MVA)(KA)(KA)K110.572.482184.8291318.15860.8861.5K22307.83219.9723119.9567.4367.386K311526.62867.9015303.76525.29625.287K410.5145.425370.8332644.777132.507132.54K510.5145.425370.8332644.777132.507132.54四、主變壓器的選擇4.1 主變壓器臺數(shù)的確定確定主變壓器臺數(shù)的因素很

16、多，主要取決于該電廠在系統(tǒng)中的重要性并結(jié)合電廠本身的裝機臺數(shù)。為減少主變壓器臺數(shù)，可考慮采用擴大單元接線。 一般裝機一至三臺的小型非骨干電廠以確定一臺主變壓器為宜，裝機四臺及以上的小型電廠可考慮確定兩臺主變壓器以滿足運行的可靠性和靈活性。 無調(diào)節(jié)水庫的徑流電站，偏僻山區(qū)的運輸困難的電站可采用兩臺小容量的變壓器并列運行。4.2 主變壓器的容量確定1.發(fā)電機變壓器單元接線中的主變?nèi)萘繎?yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組廠用電后，留有10%的裕度來確定。主變?nèi)萘恳话惆醋冸娝ǔ珊?10年的規(guī)劃負荷來進行選擇，并適當考慮遠期1020年的負荷發(fā)展。 2.高、中壓電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)變壓器應(yīng)按兩級電網(wǎng)正常與檢修狀態(tài)下可能出

17、現(xiàn)的最大功率交換確定容量，其容量一般不應(yīng)低于接在兩種電壓母線上最大一臺機組的容量。3.小型電廠機端電壓母線上的升壓變壓器的容量選擇條件為：（1）接于該母線上的發(fā)電機處于全開滿載狀態(tài)而母線負荷（包括廠用電）又最小時能將全部剩余功率送出。（2）發(fā)電機開機容量最小、母線負荷最大時，經(jīng)主變壓器倒送的功率。（3）兩臺變壓器并列運行互為備用時，其原則與前述聯(lián)絡(luò)變壓器同。由于變壓器的檢修周期長，而且它可與該母線上的發(fā)電機檢修相配合，因此不需因檢修增加容量。 4.3 變壓器型式的選擇1.單相變壓器的使用條件 一般用三相變壓器，單相變壓器應(yīng)用于500KV及以上的發(fā)電廠、變電站中。 2.三繞組普通變壓器和三繞組自

18、耦變壓器的使用條件 使用三繞組變壓器比使用兩臺雙繞組變壓器經(jīng)濟。使用自耦變壓器不經(jīng)濟，且自耦變壓器只能用于高、中壓中性點都有效接地的電網(wǎng)，故其只能用于220KV及以上的發(fā)電廠和變電站。且自耦變阻抗較小可能使短路電流增加，故應(yīng)經(jīng)計算確定。 3.有載調(diào)壓變壓器的使用條件 在電壓變化范圍大且變化頻繁的情況下需使用有載調(diào)壓變壓器。 有載調(diào)壓變壓器的價格較貴，質(zhì)量不行大大降低其可靠性，所以應(yīng)慎用。 一般中小電廠設(shè)立發(fā)電機電壓母線的，連接該母線與高、中壓電網(wǎng)的變壓器可能出現(xiàn)功率倒送，為保證母線負荷供電電壓質(zhì)量要求，通常要帶負荷調(diào)節(jié)電壓；地方變電站、工礦企業(yè)的自用變電站往往日負荷變化幅度很大，要滿足電能質(zhì)量

19、也需帶負載調(diào)壓；330KV及以上的變電站在晝夜負荷變化時高壓側(cè)端電壓變化很大，為維持中低壓電壓水平需裝設(shè)有載調(diào)壓變壓器1 3。根據(jù)本設(shè)計具體情況，應(yīng)該選擇兩組變壓器，一組為三繞組2臺，另一組為雙繞組2臺。本設(shè)計中的主變選擇如下：容量確定公式：查發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計資料，選定變壓器的容量為150MVA。由于升壓變壓器有兩個電壓等級，所以這里選擇兩臺三繞組變壓器和一臺雙繞組變壓器，查電力系統(tǒng)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計參考資料選定主變型號為：雙繞組為SFP7-150000/220型。主要技術(shù)參數(shù)如表4-1：表4-1 技術(shù)參數(shù)額定容量連接組標號額定電壓空載損耗阻抗電壓空載電流150000（KVA）高壓：24

20、2±2×2.5%低壓：10.5（KV）140(KW)13.0%0.8%三繞組為SFPS-150000/220型。主要技術(shù)參數(shù)如表4-2：表4-2 技術(shù)參數(shù)額定容量連接組標號額定電壓空載損耗阻抗電壓（%）150000（KVA）高壓：242±2×2.5%中壓：121 低壓：10.5（KV）168(KW)高中：22.9 中低：13.6高低：8.0五、結(jié)論通過對“哈爾濱熱電廠電氣部分”的設(shè)計，我主要做了以下幾個方面：1發(fā)電廠電氣主接線的設(shè)計（完成主接線；主變及廠變的選擇：包括容量計算、臺數(shù)和型號的選擇；繪出主接線圖）；2短路電流計算；3主要電氣設(shè)備選擇； 其中，發(fā)電廠的電氣主接線應(yīng)滿足供電可靠、調(diào)度靈活、運行檢修方便且具有經(jīng)濟性和擴建的可能性等基本要求。在設(shè)計主接線時，須因地制宜得綜合分析該廠的容量、裝機臺數(shù)、負荷性質(zhì)以及在次同中的地位等條件，依據(jù)國家有關(guān)政策及技術(shù)規(guī)范，正確確定主接線形式，合理選擇變壓器。在設(shè)計過程中，應(yīng)對原始資料進行詳盡分析，關(guān)注電力市場化改革的進程，對草擬的主接線方案進行比較是，