【正文】 .......... 85 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 86 2022屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一部分 設(shè)計(jì)說明書 第一章 緒 論 電力 系統(tǒng) 與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著十分密切的關(guān)系，它不僅是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全 的戰(zhàn)略大問題，而且與人們的日常生活、社會(huì)穩(wěn)定密切相關(guān)。隨著 中國(guó)經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展，對(duì)電的需求量不斷擴(kuò)大，電力銷售市場(chǎng)的擴(kuò)大又刺激了整個(gè)電力生產(chǎn)的發(fā)展。 “ 十一五 ” 期間，我國(guó)電力工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，電力規(guī)模實(shí)現(xiàn)歷史性跨越、電力結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、電力技術(shù)取得重大突破、電力節(jié)能 降耗成效顯著。特別是電力供應(yīng)能力得到顯著提高，面對(duì)新世紀(jì)以來重 工業(yè) 的發(fā)展 加速 了 電力需求的迅猛增長(zhǎng)，扭轉(zhuǎn)了歷史上最為嚴(yán)重的全國(guó)大范圍缺電局面，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)范圍的電力供需總體平衡，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人民生活水平的迅速提高作出巨大的貢獻(xiàn)。在 “ 十二五 ” 新的發(fā)展階段，電力需求仍將保持平穩(wěn)較快增長(zhǎng)， 根據(jù) 中電聯(lián)發(fā)布 的“ 電力工業(yè) ‘ 十二五 ’ 研究報(bào)告 ”， “ 預(yù)計(jì) 2022 年全社會(huì)用電量將達(dá)到 ～ 萬(wàn)億千瓦時(shí)， ‘ 十二五 ’ 期間年均增長(zhǎng) %～ %，推薦為 萬(wàn)億千瓦時(shí)，年均增長(zhǎng) %；最大負(fù)荷達(dá)到 ～ 億千瓦、 ‘ 十二五 ’ 期間年均增長(zhǎng) %～ %，推薦為 億千瓦，年均增長(zhǎng) %。 ” 由此可見，我國(guó)電力工業(yè)已得到迅猛發(fā)展，這就對(duì)發(fā)電廠的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，需要我們認(rèn)真研究 對(duì)待。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?cè)谛Ｆ陂g最后一個(gè)重要的綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，使我們?nèi)鎽?yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)和基本技能，對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、研究的綜合性訓(xùn)練?？梢耘囵B(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際問題的能力和獨(dú)立創(chuàng)新的意識(shí)，以及理論聯(lián)系實(shí)際和嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)。本課題主要研究的是關(guān)于火電廠電氣一次及變壓器、母線保護(hù)設(shè)計(jì)，著重在于鍛煉我們對(duì)發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)和繼電保護(hù)課程的熟悉和運(yùn)用能力。從而熟悉電力系統(tǒng)電氣一次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)步驟，并根據(jù)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范 ，對(duì)電氣一次設(shè)備進(jìn)行選型和校驗(yàn)，為以后工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ) 。 xxx： xxxx發(fā)電廠電氣一次及變壓器、母線保護(hù)設(shè)計(jì) 2 第二章 電氣主接線設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 原始資料 及分析 原始資料 發(fā)電廠情況 1) 類型：火電廠 2) 發(fā)電廠容量為臺(tái)數(shù)： 4 200MW；發(fā)電機(jī)電壓 ,cosa= 3) 發(fā)電廠年利用小時(shí)數(shù) maxT =6500小時(shí) 4) 電廠所在地最高溫度： 42 度，平均溫度： 25 度，氣象條件一般，所在海拔低于 1000 米 電力負(fù)荷情況 1) 發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷：最大 50MW，最小 25MW 2) 110kv最大 300MW,最小 200MW， ?cos =,Tmax=7000小時(shí) 3) 其余送入 220 系統(tǒng)，系統(tǒng)容量為 10000MVA 歸算到 220kv 母線側(cè)阻抗為（ Sj=100MVA） 4) 自用電率為 4% 5) 供電線數(shù)目 ，每回輸送容量 30MW， ?cos = 6回，每回輸送功率 50MW， ?cos = 4回，與系統(tǒng)連接 設(shè)計(jì)任務(wù) 1) 發(fā)電廠電氣主接線的設(shè)計(jì) 2) 短路電流計(jì)算 3) 主要電氣設(shè)備選擇 4) 電氣設(shè)備校驗(yàn) 5) 配電裝置的設(shè)計(jì) 6) 變壓器保護(hù)設(shè)計(jì) 7) 母線 保護(hù)設(shè)計(jì) 2022屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 原始資料分析 需要設(shè)計(jì)的火電廠為大中型火電廠，其裝機(jī)容量為 4200=800MW， 在電力系統(tǒng)中 有 較為重要 的地位 ，且年利用小時(shí)數(shù)為 6500h， 110kv電壓負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù) 7000h， 遠(yuǎn)大于電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的平均最大利用小時(shí)數(shù)（如2022年我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為 5221h），故該發(fā)電廠的電氣主接線設(shè)計(jì)要求有很高的可靠性。 從負(fù)荷特點(diǎn)與電壓等級(jí)可知，發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷 電壓等級(jí)容量 最大 50MW，最小 25MW，占機(jī)組容量很小，共有 2回， 用一臺(tái)機(jī)組足以承擔(dān)所需電量， 采用直饋線為宜； 110KV與系統(tǒng)有 6回饋線， 且要求可靠性高，為保證檢修出線斷路器不致對(duì)該回路停電，擬采取帶旁路母線接線形式為宜。220KV 電壓級(jí)出線回路數(shù)為 4 回，與系統(tǒng)相連，最大 送出電能為800 ?25 ?200 ?800 4％ = 543，占總發(fā)電量的 ％，故 220kv電壓等級(jí)的主接線 設(shè)計(jì) 要求具有很高的可靠性。 電氣主接線設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則和基本要求 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則 發(fā)電廠的電氣主接線是保證電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，是電氣 設(shè)備布置和選擇、自動(dòng)化水平及二次回路設(shè)計(jì)的原則和基礎(chǔ)。 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則是： ① 以設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)，以國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，結(jié)合工程實(shí)際情況，根據(jù)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)的地位和作用確定對(duì)主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的要求。② 主接線的設(shè)計(jì)除考慮電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求外，還應(yīng)滿足電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)急處理的要求。 ③ 各種配電裝置接線的選擇，要考慮配電裝置所在發(fā)電廠的性質(zhì)、電壓等級(jí)、進(jìn)出線回路數(shù)、采用的設(shè)備情況、供電負(fù)荷的重要性和本地區(qū)的運(yùn)行習(xí)慣等因素。 ④ 近期接線和遠(yuǎn)期接線相結(jié)合，方便接線的過度。 電氣主接線的設(shè)計(jì)步驟 1) 原始資 料分析。根據(jù)下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，在分析原始資料的基礎(chǔ)xxx： xxxx發(fā)電廠電氣一次及變壓器、母線保護(hù)設(shè)計(jì) 4 上，各電壓等級(jí)擬定可采用的數(shù)個(gè)主接線方案。 2) 對(duì)擬定的各方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選出最好的方案。 3) 繪制電氣主接線圖。圖中采用新的國(guó)標(biāo)圖形符號(hào)和文字代號(hào)，并將所有設(shè)備的型號(hào)、主要參數(shù)、母線及電纜截面等標(biāo)注在圖上。 對(duì)主接線設(shè)計(jì)的基本要求 電氣主接線設(shè)計(jì)的基本要求，概況的說應(yīng)包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三方面。 可靠性 。主接線可靠性的基本要求通常包括以下幾個(gè)方面：斷路器檢修時(shí)，不宜影響對(duì)系統(tǒng)供電；線路、斷路器或母線故障時(shí)，以及母線或母線隔離開關(guān)檢修時(shí)，盡量減少停運(yùn)出線回路數(shù)和停電時(shí)間，并能保證對(duì)全部Ⅰ類及全部或大部分Ⅱ類用戶供電；盡量避免發(fā)電廠或變電站全部停電的可能性；大型機(jī)組突然停運(yùn)時(shí)，不應(yīng)危及電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 靈活性。靈活性包括以下幾個(gè)方面： 操作的方便性；調(diào)度的方便性；擴(kuò)建的方便性。 經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性應(yīng)從以下幾個(gè)方面 考慮：節(jié)省一次投資；占地面積少；電能損耗小。 電氣主接線方案的初步擬定 1) 220KV 電壓等級(jí)的方案選擇。 由于 220KV 電壓等級(jí)的電壓饋線數(shù)目是 4 回，且最大送出電能為 80025 200 800 4％ =543，占總發(fā)電量的 ％，輸送發(fā)電機(jī)發(fā)出的主要電能，故 220KV 電壓等級(jí)的主接線設(shè)計(jì)要求具有很高的可靠性。，所以 220 KV電壓等級(jí)的接線形式可以選擇雙母線接線或者雙母線分段接線形式。 雙母線接線有兩組母線，可以互為備用，兩組母線之間通過母聯(lián)斷路器聯(lián)接。其優(yōu)點(diǎn)是：供電可靠，通過兩組母線隔離開關(guān)的倒閘操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷。一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電。檢修任一回路的母線隔離開關(guān)，只停該回路。調(diào)度靈活，各個(gè)電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活的適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運(yùn)行2022屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 方式調(diào)度和潮流變化的需要，通過倒換操作可以組成各種運(yùn)行方式。擴(kuò)建方便，向雙母線左右任何方向擴(kuò)建，均不會(huì)影響兩組母線的電源和負(fù)荷自由組合分配，在施工中也不會(huì)造成原有回路停電。所以 220 KV 電壓等級(jí)的接線形式選擇為雙母線接線。 雙母線分段接線比雙母線接線可靠 性更高。當(dāng)一段工作母線發(fā)生故障后，在繼電保護(hù)作用下，分段斷路器先自動(dòng)跳開，而后將故障母線所連的電源回路的斷路器跳開，該段母線所連的出線回路停電，隨后將故障段母線所連的電源回路和出現(xiàn)回路切換到備用母線，即可恢復(fù)供電。這樣，只是部分短時(shí)停電，而不必全部短期停電。 2) 110KV 電壓等級(jí)的方案選擇。 由于 110KV 電壓等級(jí)的電壓饋線數(shù)目是 6 回，且年最大利用小時(shí)是7000h，而斷路器經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行和切斷數(shù)次短路電流后都需要檢修，為保證檢修出線斷路器不致對(duì)該回路停電，擬采取帶旁路母線接線形式為宜，所以在本方案中選擇的接線形 式是雙母線帶旁路母線的接線。優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高，運(yùn)行靈活，適用于向重要用戶供電。由于目前采用的斷路器為六氟化硫斷路器，它的開斷能力強(qiáng)，允許連續(xù)開斷次數(shù)較多，適用于頻繁操作，機(jī)電磨損小。所以檢修周期長(zhǎng)，所以 110KV 電壓等級(jí)也可以采用雙母線接線。 3) 電壓等級(jí)的方案選擇。 由于 電壓等級(jí)的電壓饋線數(shù)目只有 2 回，且負(fù)荷容量最大50MW，最小 25MW，占機(jī)組容量很小，用一臺(tái)機(jī)組足以承擔(dān)所需電量，采用直饋線為宜。所以在本方案中選擇的接線形式是單母線接線。這種接線簡(jiǎn)單清晰，使用設(shè)備少，經(jīng)濟(jì)性好。 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，誤操作是造成系統(tǒng)故障的重要原因之一，主接線簡(jiǎn)單，操作人員發(fā)生誤操作的可能性小。 故淘汰掉一些較差的方案后，可以得到下面 四 種主接線方案。 各方案的主接線圖如下圖 21，圖 22，圖 23 所示： xxx： xxxx發(fā)電廠電氣一次及變壓器、母線保護(hù)設(shè)計(jì) 6 方案一： 圖 21 電氣主接線方案一 方案二： 圖 22 電氣主接線方案 二 2022屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 方案三： 圖 23 電氣主接線方案 三 主接線方案選擇 本次主接線設(shè)計(jì)中采用了雙母線接線、 雙母線分段接線、雙母線帶旁路母線的接線、單母線接線這幾種接線形式。它們都各有優(yōu)缺點(diǎn)。 雙母線接線 1) 優(yōu)點(diǎn)： a) 供電可靠。通過兩組母線隔離開關(guān)的倒閘操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷。一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電。檢修任一回路的母線隔離開關(guān)，只停該回路。 b) 調(diào)度靈活。各個(gè)電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活的適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要，通過倒換操作可以組成各種運(yùn)行方式。 c) 擴(kuò)建方便。向雙母線左右任何 方向擴(kuò)建，均不會(huì)影響兩組母線的電源和負(fù)荷自由組合分配， 施工中也不會(huì)造成原有回路停電。 xxx： xxxx發(fā)電廠電氣一次及變壓器、母線保護(hù)設(shè)計(jì) 8 2) 缺點(diǎn)： a) 增加電氣設(shè)備的投資。 b) 當(dāng)母線故障或檢修時(shí)，隔離開關(guān)作為倒閘操作器，容易誤操作。為了避免誤 操作，需在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)閉鎖裝置。 c) 當(dāng)饋線斷路器或線路側(cè)隔離開關(guān)故障時(shí)停止對(duì)用戶供電。 雙目線分段接線 1) 優(yōu)點(diǎn)： a) 雙母線分段接線比雙母線接線可靠性更高。當(dāng)一段工作母線發(fā)生故障后，在繼電保護(hù)作用下，分段斷路器先自動(dòng)跳開，而后將故障母線所連的電源回路的斷路器跳開，該段母線所連的出線回路停電，隨后將故障段母線所連的電源回路和出現(xiàn)回路切換到備用母線，即可恢復(fù)供電。這樣，只是部分短時(shí)停電，而不必全部短期停電。 b) 調(diào)度靈活 ， 擴(kuò)建方便 2) 缺點(diǎn)： a) 增加電氣設(shè)備的投資。 雙母線分段接線與雙母線接線相比增加了兩臺(tái)斷路器，投資有所增加。 b) 當(dāng)母線故障或檢修時(shí)，隔離開關(guān)作為倒閘操作器，容易誤操作。為了避免誤操作，需在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)閉鎖裝置。 c) 當(dāng)饋線斷路器或線路側(cè)隔離開關(guān)故障時(shí)停止對(duì)用戶供電。 雙母線帶旁路母線接線 1) 優(yōu)點(diǎn)： a) 供電可靠性高， 檢修出線斷路器不致對(duì)該回路停電 ，適用于向重要用戶供電。 b) 運(yùn)行靈活，便于擴(kuò)建。 2) 缺點(diǎn)： a) 增加電氣設(shè)備的投資。 2022屆電氣工程及其自動(dòng)化（電力）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 b) 當(dāng)母線故障或檢修時(shí)，隔離開關(guān)作為倒閘操作器，容易誤操作。為了避免誤操作，需在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)閉鎖裝置。 c) 當(dāng)饋線斷路器或線路側(cè) 隔離開關(guān)故障時(shí)停止對(duì)用戶供電。 單母線接線 1) 優(yōu)點(diǎn)： a) 接線簡(jiǎn)單清晰。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，誤操作是造成系統(tǒng)故障的重要原因之一，主接線簡(jiǎn)單，操作人員發(fā)生誤操作的可能性小。 b) 使用設(shè)備少，經(jīng)濟(jì)性好。 c) 母線便于向兩端延伸，擴(kuò)建方便 2) 缺點(diǎn)： a) 可靠性差。母線或母線隔離開關(guān)檢修或故障時(shí)，所有回路都要停止運(yùn)行，造成全廠長(zhǎng)期停電。 b) 調(diào)度不方便，電源只能并列運(yùn)行，不能分列運(yùn)行，并且線路側(cè)發(fā)生故障時(shí)，有較大的短路電流。 主接線方案比較 綜上所述，可得到如下 表 21所示 結(jié)果： 表 21 設(shè)備個(gè)數(shù) 接線形式 方案一 21臺(tái)斷路器， 5臺(tái)主變 雙母、雙母加旁母、單母線 方案二 22臺(tái)斷路器， 5臺(tái)主變 雙母分段、雙母、單母線 方案三 21臺(tái)斷路器， 4臺(tái)主變 雙母、雙母、單母線 由此可見， 方案三的經(jīng)濟(jì)性最好，但是 方案一 的可靠性和靈活性最好 ，但是由于目前采用的斷路器為六氟化硫斷路器，它 的 開斷能力強(qiáng)，允許連續(xù)開斷次數(shù)較多，適用于頻繁操作，機(jī)電磨損小 ，所以檢修周期長(zhǎng)。從這一點(diǎn)說來，方案 三