【正文】 火電廠工程設(shè)計(jì)畢業(yè)論文第一部分 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1 電氣主接線的基本要求及設(shè)計(jì)原理、作用、及電力用戶的分析待建發(fā)電站在城市遠(yuǎn)郊，在發(fā)電廠附近有地區(qū)負(fù)荷，220KV架空出線4回，不同分段上與系統(tǒng)連接，110KV架空出線2回，每回輸送功率20MW。10KV電纜出線6回，每回輸送功率2MW。(1) 安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠性和電能質(zhì)量是對(duì)主接線最基本的要求。停電不僅使發(fā)電廠造成損失，而且對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)帶來(lái)的損失將更加嚴(yán)重，往往比少發(fā)電能的價(jià)值大幾時(shí)倍，至于導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報(bào)廢、城市生活混亂等經(jīng)濟(jì)損害司和政治影響，更難以估量。因此主接線的接線形式必須保證供電可靠。(2) 必須具有一定的靈活性和方便性電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。不僅正常運(yùn)行時(shí)能安全可靠地供電，而且在系統(tǒng)故障或設(shè)備檢修及故障時(shí)，也能適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈活、簡(jiǎn)便、迅速地倒換運(yùn)行方式，使停電時(shí)間最短，影響范圍最小。(3) 具有經(jīng)濟(jì)性在主接線設(shè)計(jì)時(shí)，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間。欲使主接線可靠、靈活，將導(dǎo)致投資增加。所以必須把技術(shù)與經(jīng)濟(jì)兩者綜合考慮，在滿足供電可靠、運(yùn)行靈活方便的基礎(chǔ)上，盡量使設(shè)備投資費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)為最少，相應(yīng)注意節(jié)約占地面積和搬遷費(fèi)用，在可能和允許條件下應(yīng)采取一次設(shè)計(jì)，分期投資、投產(chǎn)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。 主接線的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性問(wèn)題，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)提出原始資料為依據(jù)，以國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)方針、政策及有關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)程為準(zhǔn)則，全面的綜合分析，對(duì)主接線方式進(jìn)行初選。具體應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：(1) 發(fā)電機(jī)的容量和臺(tái)數(shù)的考慮。(2) 電壓等級(jí)及接入方式的考慮。(3) 保證負(fù)荷供電可靠性考慮(4) 其他方面的綜合考慮 電氣主接線方式的比較 擬采用的主接線方式的比較方案一 簡(jiǎn)圖如下：方案一中2臺(tái)50MW發(fā)電機(jī)采用擴(kuò)大單元接線方式，這種接線大大減少了電器的數(shù)量，簡(jiǎn)化了配電裝置的結(jié)構(gòu)，降低了工程投資。同時(shí)也減少了故障的可能性，降低了短路電流值。當(dāng)某一元件故障或檢修時(shí)，該單元全停。3臺(tái)25MW發(fā)電機(jī)經(jīng)2臺(tái)3繞組變壓器升至110KV，110KV側(cè)出線2回，當(dāng)只有2臺(tái)變壓器和2條線路時(shí)，采用橋行接線。這種接線相當(dāng)2個(gè)變壓器線路單元接線增加一個(gè)橋連接，橋上布置一臺(tái)橋斷路器及其兩側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)。4條回路只用3臺(tái)斷路器，是最經(jīng)濟(jì)的接線形式。方案二 簡(jiǎn)圖如下：方案二中2臺(tái)50MW發(fā)電機(jī)采用擴(kuò)大單元接線，這種接線可靠性相對(duì)較高，但選用設(shè)備較方案一多，造價(jià)比較高，維護(hù)檢修成本也相應(yīng)加大。 主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較在充分研究原始資料的基礎(chǔ)上，先提出若干個(gè)基本可行的主接線方案，經(jīng)分析評(píng)價(jià)逐漸淘汰，最后仍有幾個(gè)方案都能滿足技術(shù)要求時(shí)，需進(jìn)一步作方案的經(jīng)濟(jì)比較。經(jīng)濟(jì)比較主要是對(duì)方案的綜合總投資、年運(yùn)行費(fèi)用和方案綜合比較三方面內(nèi)容，確定出最佳主接線方案。(1) 計(jì)算綜合投資。包括變壓器綜合投資、配電裝置綜合投資、輸電線路綜合投資等。(2) 計(jì)算年運(yùn)行費(fèi)用。包括設(shè)備折舊費(fèi)、維修費(fèi)和電能損耗費(fèi)三項(xiàng)。(3) 各方案的綜合比較。有靜態(tài)比較和動(dòng)態(tài)比較兩種。電氣主接線的技術(shù)比較，主要是比較各方案的供電可靠性和運(yùn)行靈活性。(1) 對(duì)電氣主接線可靠性的一般考慮。① 運(yùn)行實(shí)踐是電氣主接線可靠性的客觀衡量標(biāo)準(zhǔn)。② 可靠性的概念不是絕對(duì)的。(2) 一般衡量主接線可靠性的具體標(biāo)志。斷路器檢修時(shí)，能否不影響供電。① 線路、斷路器甚至母線故障時(shí)以及母線檢修時(shí)，停運(yùn)的回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間的長(zhǎng)短，能否保證對(duì)重要用戶的供電。② 廠或變電所全部停運(yùn)的可能性。(3) 對(duì)大機(jī)組超高壓主接線提出的可靠性準(zhǔn)則。① 何斷路器檢修，不得影響對(duì)用戶的供電。② 任何一臺(tái)進(jìn)出線斷路器故障或拒動(dòng)，不應(yīng)切除一臺(tái)以上機(jī)組和相應(yīng)線路。③ 任何一臺(tái)斷路器檢修并與另一臺(tái)斷路器故障或拒動(dòng)相重合，以及當(dāng)分段或母聯(lián)斷路器故障或拒動(dòng)時(shí)，不應(yīng)切除兩臺(tái)以上發(fā)電機(jī)組，不應(yīng)切除兩回以上超高壓線路。④ 一段母線故障（或連接于母線上的進(jìn)出線斷路器故障或拒動(dòng)），宜將故障范圍限制到不超過(guò)整個(gè)母線的四分之一；當(dāng)分段或母聯(lián)斷路器故障時(shí)，其故障范圍宜限制到不超過(guò)整個(gè)母線的二分之一。⑤ 經(jīng)過(guò)論證，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定和發(fā)電廠不致全停的條件下，允許切除兩臺(tái)以上300MW機(jī)組或故障范圍大于上述要求。(4) 電氣主接線可靠性的計(jì)算。(1) 假設(shè)采用單母線接線其具有簡(jiǎn)單清晰、設(shè)備少、投資小、運(yùn)行操作方便且有利于擴(kuò)建等優(yōu)點(diǎn)，但可靠性和靈活性較差。當(dāng)母線或母線隔離開(kāi)關(guān)發(fā)生故障或檢修時(shí)，必須斷開(kāi)全部電源，造成全廠停電。(2) 假設(shè)采用單母線分段加旁路接線，雖然此接線具有足夠的可靠性和靈活性，但其配電裝置和運(yùn)行復(fù)雜，且出線回路不能太多，否則，由于母線隔離開(kāi)關(guān)檢修機(jī)會(huì)增多，使母線停電頻繁。(3) 假設(shè)采用雙母線接線，它具有兩組母線：工作母線和備用母線。每回路都經(jīng)臺(tái)斷路器和兩組隔離開(kāi)關(guān)分別與兩組母線連接，母線之間通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)斷路器連接，稱為雙母線接線。有兩組母線后，使運(yùn)行的可靠性和靈活性大為提高，其特點(diǎn)如下：① 檢修任一母線時(shí)，不會(huì)停止對(duì)用戶連續(xù)供電。② 運(yùn)行調(diào)度靈活，通過(guò)倒換操作可以形成不同運(yùn)行方式。③ 線路斷路器檢修，可臨時(shí)用母聯(lián)斷路器代替。④ 在特殊需要時(shí)，可以用母聯(lián)與系統(tǒng)進(jìn)行同期或解列操作，當(dāng)個(gè)別回路需要獨(dú)立工作或進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可將該回路單獨(dú)接到備用母線上運(yùn)行。當(dāng)線路利用短路方式熔冰時(shí)，亦可騰出一條母線作為熔冰母線，不致影響其他回路工作。 結(jié)論本工程采用2臺(tái)50MW機(jī)組以發(fā)電機(jī)－變壓器擴(kuò)大單元接線形式接入220kV升壓站母線；其余3臺(tái)25MW機(jī)組采用發(fā)電機(jī)出口母線的形式經(jīng)三繞組變壓器升壓至110KV。發(fā)電機(jī)與主變之間的連接采用槽型鋁母線。220kV配電裝置采用雙母線接線。發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線的優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，設(shè)備最少，不需高壓配電裝置。它的缺點(diǎn)是線路故障或檢修時(shí)，變壓器停運(yùn)；變壓器故障或檢修時(shí)，線路停運(yùn)。電氣主接線見(jiàn)附圖。 主變壓器臺(tái)數(shù)、容量的選擇 具有發(fā)電機(jī)電壓母線的主變壓器連接在發(fā)電機(jī)電壓母線與系統(tǒng)之間的主變壓器容量，應(yīng)按下列條件計(jì)算：(1) 機(jī)電壓母線上負(fù)荷最小時(shí)，能將發(fā)電機(jī)電壓母線上的剩余有功和無(wú)功容量送入系統(tǒng)，但不考慮最小負(fù)荷情況。(2) 電機(jī)電壓母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)組停用時(shí)，能由系統(tǒng)供給發(fā)電機(jī)電壓的 最大負(fù)荷。(3) 限制本廠輸出功率時(shí)，能供給發(fā)電機(jī)電壓的最大負(fù)荷。 單元接線的主變壓器 發(fā)電廠如果沒(méi)有發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷，采用發(fā)電機(jī)—變壓器單元接線時(shí)，主變壓器容量只要和發(fā)電機(jī)容量相配套即可。 發(fā)電機(jī)與主變壓器為單元連接時(shí)，主變壓器的容量可按下列條件選擇：(1) 按發(fā)電機(jī)的額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留有10%的余度。(2) 按發(fā)電機(jī)的的最大連續(xù)輸出容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷。當(dāng)采用擴(kuò)大的單元接線時(shí)應(yīng)采用分裂繞組變壓器，其容量應(yīng)等于按上述(1)或(2)算出的兩臺(tái)機(jī)容量之和。 主變壓器型式的選擇相數(shù)的選擇選擇主變壓器相數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮以下問(wèn)題：(1) 在330V及以下電壓系統(tǒng)中，一般都選三相變壓器。以為單相變壓器組相對(duì)來(lái)講投資大、占地多、運(yùn)行損耗也較大。同時(shí)，配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了維修工作量。(2) 當(dāng)發(fā)電廠與系統(tǒng)連接的電壓為500kV時(shí)宜經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定選用三相變壓器或單相變壓器。 繞組數(shù)量和連接方式的選擇 (1) 雙繞組還是三繞組變壓器，普通型還是自耦型，發(fā)電廠如以兩種升高電壓向用戶供電或與系統(tǒng)連接時(shí)，可以采用雙繞組或三繞組變壓器。一般應(yīng)優(yōu)先考慮采用三繞組變壓器。(2) 在考慮系統(tǒng)或機(jī)組的并列同期要求以及三次諧波的影響等因素，主變壓器接線組別一般都選用Y/△11常規(guī)接線。 主變壓器選擇結(jié)果根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，系統(tǒng)為220kV的電壓等級(jí),需要2臺(tái)主變壓器接為三繞組變壓器，1臺(tái)主變壓器接為兩繞組變壓器。1,2主變壓器容量為63MVA，電壓比 220177。%/%/ ，接線組別為 YN,yn0,d11 ，3主變壓器容量為120MVA，電壓比 %/ ，接線組別為 YN,d11 。 斷路器的選擇斷路器參數(shù)表裝設(shè)位置型號(hào)額定電壓KV額定電流A額定開(kāi)斷電流KA動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值）KA熱穩(wěn)定電流KALW1220/2000（W）22020004010040（4S）220KV側(cè)3號(hào)主變進(jìn)線LW122/2000(W)22020004010040（4S）220KV側(cè)出線回路LW1220/2000(W)22020004010040（4S）SW411011010005521（5S）110KV側(cè)出線回路SW411011010005521（5S）（母聯(lián)）SNA10G/5000105000105300120（5S）10KV側(cè)出線回路SNA10G/5000105000105300120（5S）1,2,3,4,5號(hào)發(fā)電機(jī)出線SNA10G/5000105000105300120（5S） 隔離開(kāi)關(guān)的選擇 隔離開(kāi)關(guān)參數(shù)表安裝位置型號(hào)額定電壓(KV)額定電流（A）動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值）KA熱穩(wěn)定電流KA（4S）GW4220/2000220200010040220KV側(cè)3號(hào)主變進(jìn)線GW4220/2000220200010040220KV側(cè)出線回路GW4220/2000220200010040GW4110G/1250110125080110KV側(cè)出線回路GW4110G/1250110125080（母聯(lián)）GN2320/800020800030012010KV側(cè)出線回路GN2320/80002080003001201,2,3,4,5號(hào)發(fā)電機(jī)出線GN2320/8000208000300120 高壓熔斷器的選擇RN2型高壓熔斷器參數(shù)表安裝位置型號(hào)額定電壓額定電流最大開(kāi)斷容量最大切斷電流（有效值）（KA）最大切斷電流或過(guò)電壓倍數(shù)10KV母線RN210100050（A）4,5號(hào)發(fā)電機(jī)出口RN210100050（A） 電抗器的選擇電抗器參數(shù)表安裝位置型號(hào)額定電壓(KV)額定電流（A）動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值）KA熱穩(wěn)定電流KA（4S）10KV側(cè)出線回路XKK104000610400020480 電壓互感器的選擇電壓互感器參數(shù)表安裝 位置型　　式（屋外式）額定電壓（KV）最大容量（VA）二次額定容量（VA）一次線圈一次線圈134,5號(hào)發(fā)電機(jī)出口電壓互感器單相JDJ101064080150320220KV母線電壓互感器三相YDR2201200150220440110KV電壓互感器三相YDR110120015022044010KV母線電壓互感器三相JSJB1010960120200480 電流互感器的選擇電流互感器參數(shù)表安裝位置型號(hào)額定電流比A1S熱穩(wěn)定電流KA(倍)動(dòng)穩(wěn)定電流KA(倍)LCLWD22202x300/52138220KV側(cè)3號(hào)主變進(jìn)線LCLWD22202x300/52138220KV側(cè)出線回路LCLWD22202x300/52138LCWDL1102x502x600/575135110KV側(cè)出線回路LCWDL1102x502x600/575135（母聯(lián)）LAJ1020006000/5509010KV側(cè)出線回路LAJ1020006000/550901,2,3,4,5號(hào)發(fā)電機(jī)出線LAJ1020006000/55090 避雷器的選擇避雷器參數(shù)表安裝位置型號(hào)額定電壓滅弧電壓（KV，有效值）（KV，不大于）220KV母線避雷器FCZ220J22020051510KV母線避雷器FZ101045主變壓器220KV側(cè)避雷器FCZ220J220200515主變壓器110KV側(cè)避雷器FCZ110110126345主變壓器10KV側(cè)避雷器FZ101045 母線的選擇母線參數(shù)表位置型號(hào)材料導(dǎo)體截面(mm2)導(dǎo)體最高允許溫+700C時(shí)的Iy(A)220KV母線LHBJ絞線鋁合金630118210KV母線槽型母線鋁68707550220KV側(cè)主變進(jìn)線LHBJ絞線鋁合金6301182110KV側(cè)主變進(jìn)線LHBJ絞線鋁合金500102410KV側(cè)主變進(jìn)線槽型母線鋁13902620第二部分 短路電流計(jì)算1 短路計(jì)算短路是電力系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對(duì)于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。 短路形成的原因（1）設(shè)備絕緣損壞：正常運(yùn)行時(shí)電力系統(tǒng)各部分絕緣足以承受所帶電壓，且具有一定的裕度。但電氣設(shè)備在制造時(shí)可能存在某