【正文】 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì) 題 目 凝汽式火電廠一次部分 學(xué)院名稱(chēng) 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 職 稱(chēng) 副教授 班 級(jí) 電力071班 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 2012年 6月 15日凝汽式火電廠一次部分課程設(shè)計(jì)1．原始資料1．1 發(fā)電廠建設(shè)規(guī)模 類(lèi)型:300MW凝汽式火電廠 最終容量、機(jī)組的型式和參數(shù): 2300MW、年利用小時(shí)數(shù)：6000h/a1．2 電力系統(tǒng)與本廠的連接情況 電廠在電力系統(tǒng)中的作用與地位：區(qū)域電廠 發(fā)電廠聯(lián)入系統(tǒng)的電壓等級(jí)：220KV， 220KV母線系統(tǒng)正序阻抗標(biāo)么值x1=，零序阻抗標(biāo)么值x0= 電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量：600MW，短路容量：100MVA1．3 電力負(fù)荷水平: 發(fā)電機(jī)組額定電壓20KV,額定功率：300MW，cosΦ=，Xd=﹪。 220KV電壓等級(jí)：架空線8回。 廠用電率：8%。 . 4 高壓廠用電壓6KV。零序廠用電380∕220KV。 環(huán)境條件 當(dāng)?shù)啬曜罡邷?0℃，最低溫33℃，年平均最高溫度15℃，土壤最高溫度30℃。 當(dāng)?shù)睾０胃叨葹?00m 本廠位于某縣邊緣，距負(fù)荷中心30km，供電半徑70km。 發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì) 廠用電設(shè)計(jì) 短路電流的計(jì)算 主要電氣設(shè)備的選擇 配電裝置 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、計(jì)算書(shū)一份 圖紙一張目 錄摘要 31．電力工業(yè)發(fā)展的概況 4 4 4 5 6 7 7 8 10 10 11 12 15 15 17 31結(jié)束語(yǔ) 33參考文獻(xiàn) 34附錄Ⅰ：短路計(jì)算附錄Ⅱ：電氣設(shè)備的選擇結(jié)果表附錄Ⅲ ：設(shè)計(jì)總圖摘 要在高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，電力工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著重要作用，它不僅全面地影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他部門(mén)的發(fā)展，同時(shí)也極大的影響人民的物質(zhì)與文化生活水平的提高。電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對(duì)電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠、變電所本身的運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。并且對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置配置、繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大的影響。電能的使用已經(jīng)滲透到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，而在我國(guó)電源結(jié)構(gòu)中火電設(shè)備容量占總裝機(jī)容量的75%。本文是對(duì)配有2臺(tái)200MW和2臺(tái)300MW汽輪發(fā)電機(jī)的大型火電廠一次部分的初步設(shè)計(jì)，主要完成了電氣主接線的設(shè)計(jì)。包括電氣主接線的形式的比較、選擇；主變壓器、啟動(dòng)/備用變壓器和高壓廠用變壓器容量計(jì)算、臺(tái)數(shù)和型號(hào)的選擇；短路電流計(jì)算和高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)。關(guān)鍵詞： 發(fā)電廠；變壓器；電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；電氣設(shè)備。電力工業(yè)的發(fā)展概況：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?！笆濉逼陂g我國(guó)火電建設(shè)項(xiàng)目發(fā)展迅猛。2001年至2005年8月，經(jīng)國(guó)家環(huán)?？偩謱徟幕痣婍?xiàng)目達(dá)472個(gè)，裝機(jī)容量達(dá)344382MW，其中2004年審批項(xiàng)目135個(gè)，裝機(jī)容量107590MW，比上年增長(zhǎng)207%；2005年1至8月份，審批項(xiàng)目213個(gè)，裝機(jī)容量168546MW，同比增長(zhǎng)420%。隨著中國(guó)電力供應(yīng)的逐步寬松以及國(guó)家對(duì)節(jié)能降耗的重視，中國(guó)開(kāi)始加大力度調(diào)整火力發(fā)電行業(yè)的結(jié)構(gòu)。由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過(guò)發(fā)電動(dòng)力裝置（主要包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等）轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到各負(fù)荷中心。由于電源點(diǎn)與負(fù)荷中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無(wú)法大量?jī)?chǔ)存，電能生產(chǎn)必須時(shí)刻保持與消費(fèi)平衡。因此，電能的集中開(kāi)發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應(yīng)與負(fù)荷的隨機(jī)變化，就制約了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。據(jù)此，電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其功能，就需在各個(gè)環(huán)節(jié)和不同層次設(shè)置相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，以便對(duì)電能的生產(chǎn)和輸運(yùn)過(guò)程進(jìn)行測(cè)量、調(diào)節(jié)、 控制、保護(hù)、通信和調(diào)度，確保用戶獲得安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能。電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉(zhuǎn)換為其它的能源，而且便于控制、管理和調(diào)度,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此，電能已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生產(chǎn)和人民生活的各個(gè)方面。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠提供，電力工業(yè)已成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，得到迅猛發(fā)展。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：通過(guò)原始資料分析和方案比較，確定發(fā)電廠的電氣主接線。計(jì)算短路電流，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)選擇和效驗(yàn)主要電氣設(shè)備。 電氣主接線 、主接線的設(shè)計(jì)原則和要求 發(fā)電廠電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分。它表明了發(fā)電機(jī)、變壓器、線路和斷路器等電氣設(shè)備的數(shù)量和連接方式及可能的運(yùn)行方式，從而完成發(fā)電、變電、輸配電的任務(wù)。它的設(shè)計(jì)，直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的確定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于電能生產(chǎn)的特點(diǎn)是：發(fā)電、變電、輸電和用電是在同一時(shí)刻完成的，所以主接線設(shè)計(jì)的好壞，也影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。因此，主接線的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的問(wèn)題。必須在滿足國(guó)家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策的前提下，力爭(zhēng)使其技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。 （1）可靠性 供電可靠性是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，電氣主接線也必須滿足這個(gè)要求。衡量主接線運(yùn)行可靠性的標(biāo)志是：① 斷路器檢修時(shí)，能否不影響供電。② 線路、斷路器或母線檢修時(shí)，停運(yùn)出線回路數(shù)的多少和停電時(shí)間的長(zhǎng)短，以及能否保證對(duì)重要用戶的供電。③ 發(fā)電廠全部停運(yùn)的可能性。④ 對(duì)大機(jī)組超高壓情況下的電氣主接線，應(yīng)滿足可靠性準(zhǔn)則的要求。 （2）靈活性 ① 調(diào)度靈活，操作簡(jiǎn)便：應(yīng)能靈活地投入某些機(jī)組、變壓器或線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，能滿足系統(tǒng)在事故、檢修及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)度要求。② 檢修安全：應(yīng)能方便地停運(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修而不影響電力網(wǎng)的正常運(yùn)行及對(duì)用戶的供電。 （3）經(jīng)濟(jì)性 ① 投資?。褐鹘泳€應(yīng)簡(jiǎn)單清晰，控制、保護(hù)方式不過(guò)于復(fù)雜，適當(dāng)限制斷路器電流② 占地面積?。弘姎庵鹘泳€設(shè)計(jì)要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件。③ 電能損耗少：經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的型式、容量和臺(tái)數(shù)，避免兩次變壓而增加電能損失。、主接線方案的選擇 方案設(shè)計(jì)1）單元接線其是無(wú)母線接線中最簡(jiǎn)單的形式，也是所有主接線基本形式中最簡(jiǎn)單的一種，此種接線方法設(shè)備更多。本設(shè)計(jì)中機(jī)組容量為300MW，所以發(fā)電機(jī)出口采用封閉母線，為了減少斷開(kāi)點(diǎn)，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(guò)大，使得選擇斷路器時(shí)，受到制造條件或價(jià)格甚高等原因造成的困難。2）單母線分段帶專(zhuān)用旁路斷路器的旁路母線接線優(yōu)點(diǎn)：在正常工作時(shí)，旁路斷路器以及各出線回路上的旁路隔離開(kāi)關(guān)，都是斷開(kāi)的，旁路母線不帶電，通常兩側(cè)的開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)，檢修時(shí)兩兩互為熱備用；檢修QF時(shí)，可不停電；可靠性高，運(yùn)行操作方便。缺點(diǎn)：增加了一臺(tái)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(diǎn)：可以減少設(shè)備，節(jié)省投資；同樣可靠性高，運(yùn)行操作方便；4）雙母線接線優(yōu)點(diǎn)：供電可靠，調(diào)度方式比較靈活，擴(kuò)建方便，便于試驗(yàn)。缺點(diǎn)：由于220KV電壓等級(jí)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(duì)運(yùn)行人員要求高。5）雙母線帶旁路母線的接線優(yōu)點(diǎn)：增加供電可靠性，運(yùn)行操作方便，避免檢修斷路器時(shí)造成停電，不影響雙母線的正常運(yùn)行。缺點(diǎn)：多裝了一臺(tái)斷路器，增加投資和占地面積，容易造成誤操作。 方案一：300MW發(fā)電機(jī)G1,G2通過(guò)雙繞組的變壓器與220kv母線連接，220kv電壓級(jí)出線為8回，采用雙母線接線，并且?guī)月纺妇€能提高供電的可靠性。方案二：有方案一，我們很容易想到110kv母線采用單母線分段帶旁路連接，220kv母線采用雙母線連接。 比較并確定主接線方案在所實(shí)現(xiàn)的目的要求相差不大的情況下，采用最小費(fèi)用法對(duì)擬定的兩方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，兩方案中的相同部分不參與比較計(jì)算，只對(duì)相異部分進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容包括投資，年運(yùn)行費(fèi)用。很容易知道當(dāng)采用單母線分段帶旁路的時(shí)候，必須多增加較多斷路器，這在穩(wěn)定的可靠性，及經(jīng)濟(jì)上都是不具有優(yōu)勢(shì)的，因此采用方案一。接線圖如圖21所示。 圖21 主接線圖、廠用電接線的選擇 廠用電接線的設(shè)計(jì)原則基本上與主接線的設(shè)計(jì)原則相同。首先，應(yīng)保證對(duì)廠用電負(fù)荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)；其次，接線應(yīng)能靈活地適應(yīng)正常，事故，檢修等各種運(yùn)行方式的要求；還應(yīng)適當(dāng)注意經(jīng)濟(jì)性和發(fā)展的可能性并積極慎重的采用新技術(shù)、新設(shè)備，使其具有可行性和先進(jìn)性。此外，在設(shè)計(jì)廠用電系統(tǒng)接線時(shí)還要對(duì)供電電壓等級(jí)，廠用供電電源及其引接進(jìn)行分析和論證。 火電廠的輔助機(jī)械多、容量大，供電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，其主要負(fù)荷分布在鍋爐、氣機(jī)、電氣、 輸煤、出灰、化學(xué)水處理以及輔助車(chē)間和公用電氣部分，因此，廠用電以單母線分段接線形式合理地分配廠用各級(jí)負(fù)荷。 現(xiàn)將該火電廠的廠用電接線的系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)示于圖22。圖22 廠用電接線圖變壓器的選擇與計(jì)算 變壓器的選擇原則 主變壓器的選擇原則 （1）為節(jié)約投資及簡(jiǎn)化布置，主變壓器應(yīng)選用三相式。 （2） 為保證發(fā)電機(jī)電壓出線供電可靠，接在發(fā)電機(jī)電壓母線上的主變壓器一般不少于兩臺(tái)。在計(jì)算通過(guò)主變壓器的總?cè)萘繒r(shí)，至少應(yīng)考慮5年內(nèi)負(fù)荷的發(fā)展需要，并要求：在發(fā)電機(jī)電壓母線上的負(fù)（荷為最小時(shí)，能將剩余功率送入電力系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)電壓母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)停運(yùn)時(shí)，能滿足發(fā)電機(jī)電壓的最大負(fù)荷用電需要；因系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行而需限制本廠出力時(shí)，亦應(yīng)滿足發(fā)電機(jī)電壓的最大負(fù)荷用電。 （3） 在高、中系統(tǒng)均為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的情況下，可考慮采用自耦變壓器。當(dāng)經(jīng)常由低、高壓側(cè)向中壓側(cè)送電或由低壓側(cè)向高、中壓側(cè)送電時(shí)，不宜使用自耦變壓器。 （4） 對(duì)潮流方向不固定的變壓器，經(jīng)計(jì)算采用普通變壓器不能滿足調(diào)壓要求是，可采用有載調(diào)壓變壓器。二、廠用變壓器容量選擇的基本原則和應(yīng)考慮的因素為： （1）變壓器原、副邊電壓必須與引接電源電壓和廠用網(wǎng)絡(luò)電壓一致。 （2）變壓器的容量必須滿足廠用機(jī)械從電源獲得足夠的功率。 （3）廠用高壓備用變壓器或起動(dòng)變壓器應(yīng)與最大一臺(tái)高壓廠用工作變壓器容量相同；低壓廠用設(shè)備用變壓器的容量應(yīng)與最大一臺(tái)低壓廠用工作變壓器容量相同。 確定變壓器臺(tái)數(shù)及容量? 臺(tái)數(shù)：根據(jù)原始資料，該廠除了本廠的廠用電外，其余向系統(tǒng)輸送功率，所以不設(shè)發(fā)電機(jī)母線，發(fā)電機(jī)與變壓器采用單元接線，保證了發(fā)電機(jī)電壓出線的供電可靠，主變壓器200WM發(fā)電機(jī)組的主變壓器選用三繞組變壓器2臺(tái)，300WM發(fā)電機(jī)組的主變壓器選用兩繞組變壓器2臺(tái)。向本廠供電變壓器選用三相式兩繞組變壓器4臺(tái)，廠用備用電源選用兩繞組變壓器1臺(tái)。? 容量：?jiǎn)卧泳€中的主變壓器容量SN 應(yīng)按發(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，預(yù)留10％的裕度選擇，為 —發(fā)電機(jī)容量； —通過(guò)主變的容量—廠用電：　 —發(fā)電機(jī)的額定功率，廠用電率％，單元接線中的主變壓器容量SN 應(yīng)按發(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，預(yù)留10％的裕度選擇。 表31 發(fā)電機(jī)參數(shù)型號(hào)額定功率（MW）額定電壓（KV）額定電流（KA）功率因數(shù)（）同步電抗(Xd%)瞬變電抗(X39。d%)超瞬變電抗(Xd%)QFSN20022008625QFSN30023001811320 發(fā)電機(jī)GG2的額定容量為300MW，扣除廠用電后經(jīng)過(guò)變壓器的容量為： 發(fā)電機(jī)GG4的額定容量為200MW，扣除廠用電后經(jīng)過(guò)變壓器的容量為： 經(jīng)計(jì)算后選取變壓器如下 300MW發(fā)電機(jī)組所選變壓器型號(hào)為：SFP360000/220 兩臺(tái) 200MW發(fā)電機(jī)組所選變壓器型號(hào)為：SFPS240000/220 兩臺(tái) 廠用變壓器選擇 與300MW發(fā)電機(jī)組相連的廠用變壓器型號(hào)為：SFF740000/18兩臺(tái) 與200MW發(fā)電機(jī)組相連的廠用變壓器型號(hào)為：SFF31500/15 兩臺(tái) 廠用備用電源變壓器型號(hào)為：SFPFZI40000/220 一臺(tái) 其具體參數(shù)如表32所示 表32 所選變壓器型號(hào)及其參數(shù)型號(hào)額定容量（KVA）額定電壓空載電流（%）空載損耗（KW）負(fù)載損耗（KW）阻抗電壓（UK%）高壓（KV）中壓（KV）低壓（KV）SFP7360000/22036000018190860SFPS240000/220240000121175800高中高低中低25149SFF7