發(fā)電廠電氣部分課設(shè)

1、黑龍江大學(xué)課程設(shè)計說明書學(xué)院：機電工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化課程名稱：發(fā)電廠電氣部分設(shè)計題目：火力發(fā)電廠電氣部分設(shè)計姓名：宋丹學(xué)號：20101965指導(dǎo)教師：瞿曉東成績：發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計評分表序號評分項該項得分1論文結(jié)構(gòu)20分；2論文內(nèi)容正確，正文結(jié)構(gòu)合理20分；3參考文獻引用質(zhì)量10分；4附件圖紙10分；5出勤20分；6答辯成績20分。論文評語： 課程設(shè)計總成績：目 錄1設(shè)計任務(wù)書 41.1設(shè)計的原始資料41.2設(shè)計的任務(wù)與要求42電氣主接線 62.1系統(tǒng)與負荷資料分析62.2主接線方案的選擇 6方案擬定的依據(jù)6主接線方案的擬定82.3 主變壓器的選擇與計算 9變壓器容量、臺數(shù)和

2、型式的確定原則9變壓器的選擇與計算103短路計算 113.1短路計算的一般規(guī)則113.2短路電流的計算11各元件電抗的計算11 等值網(wǎng)絡(luò)的化簡 124電氣設(shè)備的選擇 174.1電氣設(shè)備選擇的一般原則174.2電氣設(shè)備的選擇條件17按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 17按短路情況校驗 18 斷路器和隔離開關(guān)的選擇 20 電流互感器的選擇 215結(jié)束語 226參考文獻 231 火力發(fā)電廠電氣部分設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計的原始資料凝汽式發(fā)電廠：（1） 凝汽式發(fā)電組3臺：3100MW，出口電壓：10.5KV，發(fā)電廠次暫態(tài)電抗：0.12；額定功率因數(shù)：0.8（2） 機組年利用小時：=5700小時；廠用電率：8%。

3、發(fā)電機主保護動作時間0.1秒，環(huán)境溫度36度，年平均氣溫為22度。電力負荷：送入220KV系統(tǒng)容量200MW，剩余容量送入110KV系統(tǒng)。發(fā)電廠出線：220KV出線3回; 110KV出線4回（10KM），無近區(qū)負荷。電力系統(tǒng)情況: 220KV系統(tǒng)的容量為無窮大，選基準容量100MVA歸算到發(fā)電廠220KV母線短路容量為3400MVA，110KV系統(tǒng)容量為500MVA。1.2設(shè)計的任務(wù)與要求（1）發(fā)電機和變壓器的選擇表1-1 汽輪發(fā)電機的規(guī)格參數(shù)型 號額定電壓額定容量功率因數(shù)接線方式次暫態(tài)電抗QFS-100-210.5KV100MW0.8YY0.12注：發(fā)電及參數(shù)如上表，要求選擇發(fā)電廠的主變，聯(lián)

4、絡(luò)110KV和220KV的聯(lián)絡(luò)變壓器的型號。(2) 電氣主接線選擇注：火力發(fā)電廠的發(fā)電機-變壓器接線方式通常采用單元接線的方式，注意主變?nèi)萘繎?yīng)與發(fā)電機容量相配套。110KV和220KV電壓級用自耦變壓器聯(lián)接，相互交換功率，我們的兩電壓等級母線選用的接線方式為：220KV采用雙母三分段接線，110KV采用雙母線接線。(3) 短路電流的計算在滿足工程要求的前提下，為了簡化計算，對短路電流進行近似計算法。結(jié)合電氣設(shè)備選擇選擇短路電流計算點求出各電源提供的起始次暫態(tài)電流，沖擊電流，及計算短路電流熱效應(yīng)所需不同時刻的電流。(4) 主要電氣設(shè)備的選擇 要求選擇：110KV側(cè)出線斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器

5、。2 電氣主接線2.1 系統(tǒng)與負荷資料分析發(fā)電廠容量的確定與國家經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、電力負荷增長速度、系統(tǒng)規(guī)模和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及備用容量等因素有關(guān)。發(fā)電廠裝機容量標志著發(fā)電廠的規(guī)模和在電力系統(tǒng)中的地位和作用。發(fā)電廠運行方式及年利用小時數(shù)直接影響著主接線設(shè)計。從年利用小時數(shù)看，該電廠年利用小時數(shù)為5700h/a，遠大于我國電力系統(tǒng)發(fā)電機組的平均最大負荷利用小時數(shù)5000h/年；又為火電廠，所以該發(fā)電廠為帶基荷的發(fā)電廠，在電力系統(tǒng)占比較重要的地位，因此，該廠主接線要求有較高的可靠性；從負荷特點及電壓等級可知，該電廠具有110KV和220KV兩級電壓負荷。110KV電壓等級有4回架空線路，最大年利用小時數(shù)為5

6、700h/a，說明對其可靠性有一定要求；220KV電壓等級有3回架空線路，最大年利用小時數(shù)為5700h/a,其可靠性要求較高。2.2 主接線方案的選擇 方案擬定的依據(jù)電氣主接線又稱為電氣一次接線，它是將電氣設(shè)備以規(guī)定的圖形和文字符號，按電能生產(chǎn)、傳輸、分配順序及相關(guān)要求繪制的單相接線圖。對電氣主接線的基本要求，概括的說應(yīng)該包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面。(1) 電氣主接線設(shè)計的基本要求a.可靠性安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠是電氣主接最基本的要求。電氣主接線的可靠性不是絕對的。同樣形式的主接線對某些發(fā)電廠和變電站來說是可靠的，而對另外一些發(fā)電廠和變電站則不一定能滿足可靠性要求。所

7、以，在分析電氣主接線可靠性時，要考慮發(fā)電廠和變電站在系統(tǒng)中的地位和作用、用戶的負荷性質(zhì)和類型、設(shè)備制造水平及運行經(jīng)驗等諸多因素。發(fā)電廠或變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用。負荷的性質(zhì)和類型。設(shè)備的制造水平 。長期運行實踐經(jīng)驗。b.靈活性電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行運行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個方面。操作的方便性。調(diào)度的方便性。擴建的方便性。c.經(jīng)濟性在設(shè)計主接線時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。經(jīng)濟性主要從一下幾方面考慮。節(jié)約一次投資。占地面積少。電能消耗少。(2) 電氣主接線的設(shè)計程序 電氣主接線設(shè)計在各階段中隨著要求、任務(wù)的不同，其深度、廣度也有所差異，但總的設(shè)計

8、原則、方法和步驟基本相同。其設(shè)計步驟及內(nèi)容如下。a. 對原始資料分析 工程情況，包括發(fā)電機類型（凝氣式火電廠、熱電廠、或者堤壩式、引水式、混合式水電廠等），設(shè)計規(guī)定容量（近期、遠景），單機容量及臺數(shù)，最大負荷利用小時數(shù)及可能的運行方式等。 電力系統(tǒng)情況，包括電氣系統(tǒng)近期及遠景發(fā)展規(guī)劃（510年），發(fā)電廠或變電站在電力系統(tǒng)的地位及作用等 負荷情況，包括負荷的性質(zhì)和地理位置、輸電電壓等級、出線回路數(shù)及輸送容量等。 環(huán)境條件，包括當?shù)氐臍鉁亍穸取⒏脖?、污穢、風向、水文、地質(zhì)海拔高度及地震等因素c.主接線方案的擬定與選擇 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，在原始資料分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)對電源的出線回路數(shù)、電壓等級

9、、變壓器臺數(shù)、容量以及母線結(jié)構(gòu)等的不同考慮，可以確定主接線方案。主接線方案的擬定表2-1主接線方案電 壓 等 級方案 110KV雙母線接線 220KV雙母三分段接線電氣主接線如下圖：圖2-1 電氣主接線圖2.3 主變壓器的選擇與計算變壓器容量、臺數(shù)和型式的確定原則(1) 單元接線的主變壓器容量的確定原則單元接線時主變壓器應(yīng)按發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度來確定。采用擴大單元接線時，應(yīng)盡可能采用分裂繞組變壓器，其容量亦應(yīng)按單元接線的計算原則算出的兩臺機容量之和來確定。(2) 連接兩種升高電壓母線的聯(lián)絡(luò)變壓器的確定原則聯(lián)絡(luò)變壓器容量應(yīng)能滿足兩種電壓網(wǎng)絡(luò)在各種運行方式下，網(wǎng)

10、絡(luò)間的有功功率和無功功率交換，一般不應(yīng)小于接在兩種電壓母線上最大一臺機組的容量，以保證最大一臺機組故障或檢修時，通過聯(lián)絡(luò)變壓器來滿足本側(cè)負荷的要求。根據(jù)以上原則知，本電廠3臺機組的最大容量為125MW，應(yīng)根據(jù)125MW發(fā)電機來選擇聯(lián)絡(luò)變壓器，又為了布線方便，只選一臺自耦聯(lián)絡(luò)變。(3) 變壓器臺數(shù)的確定原則發(fā)電廠或變電所主變壓器的臺數(shù)與電壓等級、接線形式、傳輸容量以及和系統(tǒng)的聯(lián)系有密切關(guān)系。通常與系統(tǒng)具有強聯(lián)系的大、中型發(fā)電廠和重要變電所，在一種電壓等級下，主變壓器應(yīng)不少于2臺；而對弱聯(lián)系的中、小型發(fā)電廠和低壓側(cè)電壓為6-10KV的變電所或與系統(tǒng)只是備用性質(zhì)時，可只裝一臺主變壓器；對地區(qū)性孤立的

11、一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，可設(shè)3臺主變壓器?？紤]到本電廠有3臺100MW發(fā)電機，且電廠和系統(tǒng)有較強聯(lián)系，故220KV電壓等級接兩臺主變壓器，110KV電壓等級接一臺主變壓器。(4) 主變壓器型式的確定原則選擇主變壓器型式時，應(yīng)從相數(shù)、繞組數(shù)、繞組接線組別、冷卻方式、調(diào)壓方式等方面考慮，通常只考慮相數(shù)和繞組數(shù)以及繞組接線組別。在330KV及以下電力系統(tǒng)，一般都應(yīng)選用三相變壓器。對于大型三相變壓器，當受到制造條件和運輸條件的限制時，則宜選用兩臺小容量的三相變壓器來取代一臺大容量三相變壓器，或者選用單相變壓器。一般當最大機組容量為125MW及以下的發(fā)電廠多采用三繞組變壓器，對于最大機組容量為2

12、00MW及以上的發(fā)電廠，通常采用雙繞組變壓器加聯(lián)絡(luò)變壓器，當采用擴大單元接線時，應(yīng)優(yōu)先選用低壓分裂繞組變壓器，這樣可以大大限制短路電流。變壓器的選擇與計算按照變壓器容量、臺數(shù)和型式的確定原則，該發(fā)電廠主接線采用3臺三相雙繞組主變壓器和一臺聯(lián)絡(luò)變壓器。3臺主變壓器分別和3臺發(fā)電機組組成單元接線，聯(lián)絡(luò)變壓器選用三相三繞組降壓自耦變壓器。S=（100-1008%）1.1/0.8 =126.5MVA表2-2 主變壓器的參數(shù)型號額定容量（MVA）額定電壓（KV）連接組別阻抗電壓（%）SFP7-120000/220120000高壓低壓YN,d11121422013.8SFP7-120000/1101200

13、00高壓低壓YN,d111311013.8表2-3 聯(lián)絡(luò)變壓器的參數(shù)型號額定電壓（KV）連接組別阻抗電壓（%）SFPS7-120000/220高壓中壓低壓Yn,yn0,d11232202313.83 短路電流的計算短路計算在設(shè)計發(fā)電廠主接線的過程中有著重要作用，它為電氣設(shè)備的選型、動穩(wěn)定校正和熱穩(wěn)定校正提供依據(jù)。當短路發(fā)生時，對發(fā)電廠供電的可靠性可能會產(chǎn)生很大影響，嚴重時，可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定，甚至造成系統(tǒng)解列。因此，對短路事故的計算是非常有必要的，而且是必須進行一項工作。3.1短路計算的一般規(guī)則(1) 驗算導(dǎo)體和電氣設(shè)備動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電氣設(shè)備開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按本工程的設(shè)計規(guī)

14、劃內(nèi)容計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃（一般為本工程建成后5至10年）。確定短路電流時，應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應(yīng)按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。(2) 選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具體反饋作用對異步電機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。(3) 選擇導(dǎo)體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點，應(yīng)選擇在正常接線方式時短路電流最大的點。對帶電抗器的6KV至10KV出線與廠用分支回路，除其母線與母線隔離開關(guān)之間隔離板前的引線和套管的計算短路點選擇在電抗器前外，其余導(dǎo)體和電器的計算短路點選擇在電抗器后。(4) 導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器

15、的開斷電流，一般按三相短路驗算。3.2 短路電流的計算各元件電抗的計算選基準容量：Sd=100MVA，Uav=Ud發(fā)電機: =125MVA=0.12=0.0768等值電源：S1：Sd=100MVA，S1=3400MVA Xs1= =0.0294 S2：S2=500MVA Xs2= =0.2變壓器: T1，T2：=0.108 T3：= T4：=0.19電纜： =0.410=0.03 等值網(wǎng)絡(luò)的化簡圖2-2 等值網(wǎng)絡(luò)圖圖2-3 等值網(wǎng)絡(luò)化簡圖1圖2-4 等值網(wǎng)絡(luò)化簡圖2圖2-5 等值網(wǎng)絡(luò)化簡圖3圖2-6 等值網(wǎng)絡(luò)化簡圖4圖2-7 等值網(wǎng)絡(luò)化簡圖5各電抗值的計算：=0.108+0.0768=0.18

16、48=0.108+0.0768=0.1848=0.08175+0.19+=0.8=0.0294+0.19+=0.288與合并后電抗：=0.096轉(zhuǎn)移阻抗： =0.030.288 =0.419=0.030.096 =0.14=0.80.03 =1.163計算電抗：=1.163=2.9075表3-1 短路電流計算結(jié)果短路計算時間電流值/KA,短路電流/KA0標幺值0.3277.3862.795有名值0.5133.7081.4035.6241標幺值0.3277.3862.795有名值0.5133.7081.4035.6242標幺值0.3277.3862.795有名值0.5133.7081.4035.

17、624電流基準值：=1.26=0.502 短路電流： =0.513+3.708+1.403=5.6244 電氣設(shè)備的選擇電氣設(shè)備的選擇是發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)計的主要內(nèi)容之一。正確的選擇電氣設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電氣設(shè)備選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的采用新技術(shù)，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。4.1 電氣設(shè)備選擇的一般原則(1) 所選設(shè)備應(yīng)能滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展；在滿足可靠性要求的前提下，應(yīng)盡可能的選用技術(shù)先進和經(jīng)濟合理的設(shè)備，使其具有先進性；(2) 應(yīng)按當?shù)丨h(huán)境條件對設(shè)備進行校準

18、；(3) 所選設(shè)備應(yīng)予整個工程的建設(shè)標準協(xié)調(diào)一致；(4) 同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種；(5) 選用新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的實驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。在特殊情況下，選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品時，應(yīng)經(jīng)過上級批準。4.2 電氣設(shè)備的選擇條件正確的選擇電器是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的采用新技術(shù)，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。電器要能可靠的工作，必須按正常條件下進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。按正常工作條件選擇電氣設(shè)備(1) 額定電壓和最高工作電壓 電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運行電壓調(diào)壓或負荷的變化，有時會

19、高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電氣設(shè)備允許的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。通常，規(guī)定一般電氣設(shè)備允許的最高工作電壓為設(shè)備額定電壓的1.1-1.15倍，而電網(wǎng)運行電壓的波動范圍，一般不超過電網(wǎng)額定電壓的1.15倍。因此，在選擇電氣設(shè)備時，所選用的電氣設(shè)備允許最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓，即。(2) 額定電流 電氣設(shè)備的額定電流IN是指額定周圍環(huán)境溫度下，電氣設(shè)備的長期允許電流。應(yīng)不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax，即Imax。由于發(fā)電機、調(diào)相機和變壓器在電壓降低5%時，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的Imax為發(fā)電機、調(diào)相機或變壓器的額定電流的1.05

20、倍；若變壓器有過負荷運行可能時，Imax應(yīng)按過負荷確定（1.3-2倍變壓器額定電流）；母聯(lián)斷路器回路一般可取母線上最大一臺發(fā)電機或變壓器的Imax；母線分段電抗器的Imax應(yīng)為母線上最大一臺發(fā)電機跳閘時，保證該段母線負荷所需的電流，或最大一臺發(fā)電機額定電流的50%80%；出線回路的Imax除考慮正常負荷電流外，還應(yīng)考慮事故時由其他回路轉(zhuǎn)移過來的負荷。按短路情況校驗a. 短路熱穩(wěn)定校驗短路電流通過電氣設(shè)備時,電氣設(shè)備各部分的溫度應(yīng)不超過允許值.滿足熱穩(wěn)定的條件為Qk式中：Qk為短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，It、t分別為電器允許通過的熱穩(wěn)定電流和時間。b.電動力穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是電氣設(shè)備承受短路電流機

21、械效應(yīng)的能力，亦稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件為iesish或IesIsh式中ish、Ish分別為短路沖擊電流幅值和有效值；ies、Ies分別為電氣設(shè)備允許的動穩(wěn)定電流的幅值和有效值。同時，應(yīng)按電氣設(shè)備在特定的工程安裝使用條件，對電氣設(shè)備的機械負荷能力進行校驗，即電氣設(shè)備的端子允許荷載應(yīng)大于設(shè)備引線在短路時的最大電動力。下列幾種情況可不校驗熱穩(wěn)定或動穩(wěn)定。（1） 用熔斷器保護的電氣設(shè)備，其熱穩(wěn)定由熔斷時間保證，故可不驗算熱穩(wěn)定。（2） 采用有限流電阻的熔斷器保護的設(shè)備可不校驗動穩(wěn)定。（3） 裝設(shè)在電壓互感器回路中的裸導(dǎo)體和電氣設(shè)備可不驗算動、熱穩(wěn)定。c.短路計算時間（1）熱穩(wěn)定短路計算時間。該時間

22、用于校驗電氣設(shè)備在短路狀態(tài)下的熱穩(wěn)定，其值為繼電保護動作時間和相應(yīng)斷路器的全開斷時間之和，即=+斷路器全開斷時間是指給斷路器的分閘脈沖傳送到斷路器操動機構(gòu)的跳閘線圈時起，到各相觸頭分離后電弧完全熄滅為止的時間段。顯然，包括兩個部分，即= （2）短路開斷計算時間。斷路器不僅在電路中作為操作開關(guān)，而且在短路時要作為保護電器，能迅速可靠地切斷短路電流。為此，斷路器應(yīng)能在動靜觸頭剛分離時刻，可靠開斷短路電流，該短路開斷計算時間和斷路器固有分閘時間之和，即= 對于無延時保護，為保護啟動和執(zhí)行機構(gòu)時間之和，傳統(tǒng)的電磁式保護裝置一般為0.050.06s，微機保護裝置一般為0.0160.03s。 斷路器和隔離

23、開關(guān)的選擇選=20MVA發(fā)電機最大持續(xù)工作電流：105.4A根據(jù)110KV出線回路的、及斷路器安裝在屋內(nèi)的要求，查附表5，可選SW4-110 /1000型少油斷路器，固有分閘時間為0.06s短路熱穩(wěn)定計算時間為2s由于1s，不計非周期熱效應(yīng)，短路電流的熱效應(yīng)等于周期分量熱效應(yīng)=63.26短路開端時間=0.1+0.060.1s，故用校驗。沖擊電流：表4-1 斷路器、隔離開關(guān)選擇結(jié)果表計算數(shù)據(jù)SW-110/1000型斷路器GW4-1100/1000-80型隔離開關(guān)110KV110KV110KV105.4A1000A1000A5.624KA32KA-14.31KA55KA- 63.2614.31KA

24、55KA80KA斷路器的選擇：1從表1-2中可知，。 符合高壓斷路器額定電壓和電流的選擇。2開斷電流選擇：從表1-2中可知 3.短路關(guān)合電流的選擇：從表1-2中可知 4.短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗：從表1-2中知，隔離開關(guān)與斷路器相比，在額定電壓、電流的選擇及短路動、熱穩(wěn)定校驗的項目相同。但由于隔離開關(guān)不用來接通和切除短路電流，故無需進行開斷電流和短路關(guān)合電流的校驗。 電流互感器的選擇=14.31A =63.26 =105.4A根據(jù)電流互感器安裝處的電網(wǎng)電壓，查附表8電流互感器的技術(shù)參數(shù)，選LCWD-110型電流互感器。校驗互感器的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定：從附表8中得知，熱穩(wěn)定系數(shù)=75，動穩(wěn)定系數(shù)=150動熱穩(wěn)定均符合要求。5 結(jié)束語發(fā)電廠課程設(shè)計是理論知識的具體運用，是一種綜合能力的強化，通過設(shè)計，我了解了發(fā)電