【正文】 ......................... 35 第 7 章 總結(jié)和展望 .................................................................................................................... 37 致 謝 .............................................................................................................................................. 38 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................... 39 附錄 A............................................................................................................................................. 41 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 1 第 1 章 緒 論 課題背景 社會(huì)背景 電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要部門(mén)之一，是一種將煤，石油，天然氣，水能，核能，風(fēng)能等一次能源轉(zhuǎn)換成電能這個(gè)二次能源的工業(yè)，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其他各部門(mén)的快速，穩(wěn)定發(fā)展提供足夠的動(dòng)力，其發(fā)展水平是反映國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志，又和廣大人民群眾的日常 生活有著密切的關(guān)系。電力是工業(yè)的先行，電力工業(yè)的發(fā)展必須優(yōu)先于其他的工業(yè)部門(mén)，整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)才能不斷前進(jìn)。 近幾年隨著我國(guó)工業(yè)的高速發(fā)現(xiàn)，我國(guó)電力工業(yè)超常規(guī)發(fā)展，每年裝機(jī)容量超過(guò) 6000萬(wàn)千瓦， 30 萬(wàn)千瓦、 60 萬(wàn)千瓦亞臨界火電機(jī)組成為我國(guó)電網(wǎng)的主力機(jī)組。目前，我國(guó) 30萬(wàn)千瓦、 60 萬(wàn)千瓦的火力發(fā)電機(jī)組， 70 萬(wàn)千瓦的水力發(fā)電機(jī)組，在國(guó)際招標(biāo)中中標(biāo)成功率大于 90%以上。這幾年電力工業(yè)之所以能飛速發(fā)展，其重要原因是，為中國(guó)電力市場(chǎng)提供的火力發(fā)電設(shè)備主要立足于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。這一觀點(diǎn)得到國(guó)內(nèi)各發(fā)電公司以及電廠老總們的認(rèn)同。今 天電氣制造企業(yè)的國(guó)內(nèi)用戶率已達(dá)到 75%以上。 火力發(fā)電是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍，在現(xiàn)在提出和諧社會(huì)，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的環(huán)境中，我們?cè)谔岣呋痣娂夹g(shù)的方向上要著重考慮電力對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)不可再生能源的影響，雖然現(xiàn)在在我國(guó)已有部分核電機(jī)組，但火電仍占領(lǐng)電力的大部分市場(chǎng)，近年電力發(fā)展滯 后經(jīng)濟(jì)發(fā)展，全國(guó)上了許多火電廠，但火電技術(shù)必須不斷提高發(fā)展，才能適應(yīng)和諧社會(huì)的要求。 目前，我國(guó)的電力工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入“大電網(wǎng)”，“大機(jī)組”，“超高壓，交直流輸電”，“電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化”，“狀態(tài)檢修”等新技術(shù)發(fā)展新階段，一些世界水平的先進(jìn)技術(shù)，已在我 國(guó)電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。 隨著近年來(lái)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與人民生活用電的急劇增長(zhǎng)，電力工業(yè)的發(fā)展仍不能瞞足整個(gè)社會(huì)發(fā)展的需要。另外，由于我國(guó)人口眾多，因此在按人口平均用電方面，仍只處于中等水平，尚不能及全世界平均人口用電量的一半。 2021 年人均用電量2596kW h，人均占用發(fā)電裝機(jī)容量?jī)H為 ；我國(guó)第二產(chǎn)業(yè)用電比重為 %，第三產(chǎn)業(yè)為 %，生活用電比重為 11%。由此可見(jiàn)，我國(guó)人均用電水平遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，與完成其工業(yè)化進(jìn)程國(guó)家的電力指標(biāo)相比，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展正處于工業(yè)化進(jìn)程的中后期， 我國(guó)用電遠(yuǎn)低于國(guó)際水平。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 2 因此我國(guó)電力工業(yè)必須持續(xù)，穩(wěn)步地大力發(fā)展，一方面要加強(qiáng)電源建設(shè)，搞好“西電東送”，確保電力現(xiàn)行，另一方面要深化電力體制改革，實(shí)施廠網(wǎng)分家。 . 專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)背景 本課題設(shè)計(jì)者在大學(xué)期間認(rèn)真地修完了電氣工程專(zhuān)業(yè)的所有課程，掌握了使電力系統(tǒng)安全運(yùn)行以及如何排除其不正常運(yùn)行故障的知識(shí)，能運(yùn)用電機(jī)，發(fā)電廠、變電所電氣部分，高電壓技術(shù)，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)等專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)做了充分的知識(shí)原料準(zhǔn)備。 課題研究的目的和意義 我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)的電力工業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)依靠多 家辦電的政策，吸引了投資，促進(jìn)了我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展；并通過(guò)引進(jìn)、消化和吸收和技術(shù)創(chuàng)新，極大地提高了電力的技術(shù)水平和裝備水平；通過(guò)堅(jiān)持不懈的達(dá)標(biāo)、創(chuàng)一流工作，大大提高了電力企業(yè)的管理水平，很多電力企業(yè)，尤其是一些發(fā)電廠的管理水平可以與發(fā)達(dá)國(guó)家的電廠的管理一比高低。 因此，研究火電廠設(shè)計(jì)有著重大意義，像我國(guó)某些二期發(fā)電工程，發(fā)電能夠滿足廣大寒冷地區(qū)冬季的采暖供熱， 采用水塔排煙 (煙塔合一 )新工藝 是 自主設(shè)計(jì)、自主施工，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)工藝技術(shù)。二期工程建設(shè)引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)和設(shè)施，實(shí)現(xiàn)一期已建成機(jī)組 與二期工程同步進(jìn)行 100％煙氣脫硫；在采用低氮燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，二期鍋爐采用 100％煙氣脫硝系統(tǒng)和采用高效除塵器， 排放指標(biāo)較低。 引進(jìn)污水處理廠提供的中水，作為發(fā)電冷卻用補(bǔ)充水，每年可節(jié)約優(yōu)質(zhì)水資源，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。鍋爐采用干除灰、干排渣技術(shù)?；?、渣及脫硫石膏 100％綜合利用和深加工，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)零排放。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 電力系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 新中國(guó)成立以后，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)電力工業(yè)得到了迅速發(fā)展。在黨中央、國(guó)務(wù)院的正確領(lǐng)導(dǎo)下，廣大電力職工奮發(fā)圖強(qiáng)，辛勤耕耘，中國(guó)的電力工業(yè)取得 了令人矚目的成就。 1987 年，全國(guó)電力裝機(jī)容量邁上 1 億千瓦臺(tái)階； 1995 年突破 2 億千瓦；到 2021年底，全國(guó)電力裝機(jī)容量已達(dá) 億千瓦。從 1949 年到改革開(kāi)放前的 1978 年，我國(guó)電畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 3 力裝機(jī)由 185 萬(wàn)千瓦增加到 5712 萬(wàn)千瓦，增長(zhǎng)了 倍；年發(fā)電量由 43 億千瓦時(shí)增加到 2566 億千瓦時(shí)，增長(zhǎng)了 倍。而從 1978 年到二十世紀(jì)末，我國(guó)電力裝機(jī)和年發(fā)電量又分別增長(zhǎng)了 和 倍。目前，我國(guó)的電力裝機(jī)容量和年發(fā)電量均居世界第 2 位；我國(guó)的電力工業(yè)也已從大電網(wǎng)、大機(jī)組、超高壓、高自動(dòng)化階段，進(jìn)入了優(yōu)化資 源配置、實(shí)施全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的新階段 [3]。 我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)的電力工業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)依靠多家辦電的政策，吸引了投資，促進(jìn)了我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展；并通過(guò)引進(jìn)、消化和吸收和技術(shù)創(chuàng)新，極大地提高了電力的技術(shù)水平和裝備水平；通過(guò)十年的堅(jiān)持不懈的達(dá)標(biāo)、創(chuàng)一流工作，大大提高了電力企業(yè)的管理水平，很多電力企業(yè)，尤其是一些發(fā)電廠的管理水平可以與發(fā)達(dá)國(guó)家的電廠的管理一比高低。但是，我國(guó)人均用電水平還很低，面臨著繼續(xù)快速發(fā)展的巨大壓力。 自從加入了ＷＴＯ以后，國(guó)家電力公司已經(jīng)確定了“建成控股型、經(jīng)營(yíng)型、集團(tuán)化、現(xiàn)代化、國(guó)際一流的電力公 司”的戰(zhàn)略目標(biāo)，并已在 2021 年躋身世界 500 強(qiáng)， 2021 年在世界 500 強(qiáng)中位居 77 位。中國(guó)加入 WTO 對(duì)電力工業(yè)來(lái)說(shuō)，是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，機(jī)遇大于挑戰(zhàn)。 . 火電廠設(shè)計(jì)研究的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在我國(guó)乃至全世界范圍，火電廠的裝機(jī)容量占總裝機(jī)容量的 70％左右，發(fā)電量占總發(fā)電量的 80％左右。截止目前為止，我國(guó)火力發(fā)電廠單機(jī)容量以 30 萬(wàn)千瓦和 60 萬(wàn)千瓦機(jī)組為主，浙江省溫州市玉環(huán)縣的華能玉環(huán)電廠正在投建 4 臺(tái) 100 萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組，首臺(tái)機(jī)組預(yù)計(jì)今年投產(chǎn)發(fā)電。其 100 萬(wàn)千瓦超超臨界火力發(fā)電機(jī)組主蒸汽壓力為 25 兆帕，主蒸汽和再熱蒸汽 溫度均為 600度，這不僅在我國(guó)是最高參數(shù)，在世界上也處于最前沿水平。此前，上海電氣與西門(mén)子合作制造的上海外高橋 2 臺(tái) 90 萬(wàn)千瓦火力機(jī)組是我國(guó)第一個(gè)超臨界百萬(wàn)級(jí)項(xiàng)目，首臺(tái)機(jī)組已于 2021 年開(kāi)始發(fā)電 [4]。 課題的主要研究工作 . 設(shè)計(jì)內(nèi)容 擬訂主接線的方案：分析原始資料、確定主接線、主變形式、設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)比較并確定最佳方案、合理的選擇各側(cè)的接線方式、確定所用電接線方式。 計(jì)算短路電流：選擇計(jì)算短路點(diǎn)、計(jì)算各點(diǎn)的短路電流、并列出計(jì)算結(jié)果表。 合理地選擇主要的電氣設(shè)備：選擇 220KV、 500KV 電氣的主接線、主變雙側(cè)的斷 路器畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 4 和刀閘、限流電抗器、避雷針、避雷器、避雷線和各個(gè)電壓等級(jí)主母線上的電壓互感器。 配置主要的電氣設(shè)備：配置各級(jí)電壓互感器、配置避雷器和各個(gè)支路的電流互感器和屋內(nèi)屋外配電裝置。 合理設(shè)計(jì)各種保護(hù)：防直擊雷保護(hù)、主變的繼電保護(hù)、發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)和發(fā)電廠出線的線路的保護(hù)。 . 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 發(fā)電機(jī)、變壓器、線路的各種保護(hù)問(wèn)題；電氣主接線的一二次設(shè)計(jì)問(wèn)題。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 5 第 2 章 電氣主接線設(shè)計(jì) 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則及要求 發(fā)電廠和變電所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﹑選擇﹑自動(dòng)化水平和二次回路 設(shè)計(jì)的原則和基礎(chǔ)。 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則是：應(yīng)根據(jù)發(fā)電廠和變電所在電力系統(tǒng)的地位和作用，首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求。根據(jù)規(guī)劃容量、本期建設(shè)規(guī)模、輸送電壓等級(jí)、進(jìn)出線回路數(shù)、供電負(fù)荷的重要性、保證供需平衡、電力系統(tǒng)的線路容量、電氣設(shè)備性能和周?chē)h(huán)境及自動(dòng)化規(guī)劃與要求等條件確定。應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的要求[5]。 電氣主接線的主要要求為： （ 1）可靠性：衡量可靠性的指標(biāo)，一般根據(jù)主接線的型式及主要設(shè)備操作的可能方式，按一定的規(guī)律計(jì)算出“不允許”事件發(fā)生的規(guī)律，對(duì)幾種主接線型式中擇優(yōu)。 （ 2）靈活性：投切發(fā)電機(jī)、變壓器、線路斷路器的操作要可靠方便、調(diào)度靈活。 （ 3）經(jīng)濟(jì)性：通過(guò)優(yōu)化比選，工程設(shè)計(jì)應(yīng)盡力做到投資省、占地面積小、電能損耗少。 明確任務(wù)和設(shè)計(jì)原理 . 原始資料 裝機(jī) 4臺(tái)，分別為供熱式機(jī)組 2*50MW( KVUN 10? )、凝氣式機(jī)組 2*300MW( KVUN 20? ),廠用電率 6%，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù) hT 6500max ? 。系統(tǒng)規(guī)劃部門(mén)提供的電力符合及與電力系統(tǒng)連接情況資料： 10KV 電壓級(jí)最大負(fù)荷 20MW,最小負(fù)荷 15MW, ?? ,電纜饋線 10 回。220KV 電壓級(jí)最大負(fù)荷 250MW，最小負(fù)荷 200MW, ?? , hT 6500max ? ，架空線路 4回。 500KV 電壓級(jí)與容量為 3500MW 的電力系統(tǒng)連接，系統(tǒng)歸算到本電廠 500KV 母線上的標(biāo)幺電抗 ?SX ，基準(zhǔn)容量為 ,500KV 架空線 4回，備用線路 1 回。 此外，尚有相應(yīng)的地理資料、氣候條件和其它資料。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 6 . 原 始資料的分析 設(shè)計(jì)電廠為大﹑中型火電廠 ,其容量為 2*50+2*300=700(MW),占電力系統(tǒng)容量700/(3500+700)*100%=%,超過(guò)了電力系統(tǒng)的檢修備用容量 8%～ 15%和事故備用容量10%的限額 ,說(shuō)明該廠在未來(lái)電力系統(tǒng)中的作用和地位至關(guān)重要 ,而且年利用小時(shí)數(shù)為6500h5000h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的平均最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)（如 2021 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 5225h）。該廠為火電廠，在電力系統(tǒng)中將主要承擔(dān)基荷，從而該廠主接線設(shè)計(jì)務(wù)必著重考慮其可靠性 [6]。 從負(fù)荷特點(diǎn)及電壓等級(jí)可知， 10KV 電壓等級(jí)上的地方負(fù)荷容量不大，共有 10 回電纜饋線，與 50MW 發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓相等，采用直饋線為宜。 20KV 電壓為 300MW 發(fā)電機(jī)出口電壓，既無(wú)直配負(fù)荷，又無(wú)特殊的要求，擬采用單元接線的形式，可以節(jié)省價(jià)格昂貴的發(fā)電機(jī)出口斷路器，又利于配電裝置的布置； 220KV 電壓級(jí)出現(xiàn)回路數(shù)為 4 回，為了保證檢修出線斷路器不致對(duì)該回路停電，擬采用帶旁路母線接線形式為宜； 500KV 與系統(tǒng)有 4 回饋線，呈強(qiáng)聯(lián)系形式并送出本廠最大可能的電力為 70015200700*6%=443（ MV） ?？梢?jiàn) ，該廠 500KV 級(jí)的接線對(duì)可靠性要求應(yīng)當(dāng)很高 [7]。 方案的設(shè)計(jì)、論證和選擇 . 方案設(shè)計(jì) 根據(jù)對(duì)原始資料的分析 ,現(xiàn)將各電壓級(jí)可能采用的較佳方案列出，進(jìn)而以優(yōu)化組合方式 ,組成最佳的方案。 （ 1） 10KV 電壓級(jí)。由于 10KV 出線回路多，而且發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量為 50MW，遠(yuǎn)大于有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程對(duì)選用單母線分段接線不得超過(guò) 24MW 的規(guī)定，應(yīng)確定為雙母線分段接線的形式， 2 臺(tái) 50MW 發(fā)電機(jī)分別接在兩段母線上，剩余功率通過(guò)主變壓器送往高一級(jí)電壓220KV。考慮到 50MW 機(jī)組為供熱式機(jī)組，通常“以熱定電”，機(jī)組的年負(fù)荷最大小時(shí)數(shù)較低，即 10KV 電壓級(jí)與 220KV 電壓級(jí)之間按弱聯(lián)系考慮，只設(shè) 1 臺(tái)主變壓器；同時(shí)，由于10KV 電壓最大負(fù)荷 20MW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 2*50MW 發(fā)