【正文】 800MW 區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計 第 1 頁共 43 頁 緒 論 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)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通 過發(fā)電動力裝置轉(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)到各負荷中心。 電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠、變電所本身的運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性密切相關(guān)。并且對電氣設(shè)備選擇、配電裝置配置、繼電保護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、經(jīng)濟、生活的各個領(lǐng)域，而在我國電源結(jié)構(gòu)中火電設(shè)備容量占總裝機 容量的 75%。本文是對 800MW 區(qū)域發(fā)電廠部分電氣的設(shè)計，主要完成了電氣主接線的設(shè)計。包括電氣主接線的形式的比較、選擇；主變壓器、啟動 /備用變壓器和高壓廠用變壓器容量計算、臺數(shù)和型號的選擇；短路電流計算和高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗 。 并作 了變壓器保護。 800MW 區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計 第 2 頁共 43 頁 第一章 電力工業(yè)的發(fā)展 電力工業(yè)發(fā)展的狀況 中國電力自 1882 年誕生至今，經(jīng)歷了 3 個發(fā)展時期。 1949 年新中國成立前電力發(fā)展很慢， 1949 年發(fā)電裝機容量和發(fā)電量僅為 185 萬 kW 和 43 億 kWh，居世界第 21 位和第 25 位。新中國成立后，電力工業(yè)在黨中央、國務(wù)院的 高度重視下，得到快速發(fā)展。 1978 年發(fā)電裝機容量達到 5712 萬 kW，發(fā)電量達到 2566 億 kWh，分別躍居世界第 8 位和第 7 位。改革開放以來，電力工業(yè)體制不斷改革，改變了單一國家投資體制，實行多家辦電、積極合理利用外資和多渠道資金，運用多種電價和鼓勵競爭等有效政策的激勵，電力工業(yè)不斷跨上新的臺階。 “ 十五 ” 以來，我國電力工業(yè)加快發(fā)展， “ 西電東送 ” 、城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造等工作成效顯著。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，全社會需求大幅度增加。與此同時，受高耗能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過快，主要江河偏枯和燃料價格上漲，以及部分地 區(qū)新投產(chǎn)的發(fā)電容量偏少等因素影響，部分地區(qū)電力供應(yīng)形式變得較為嚴峻。針對電力供需出現(xiàn)的新情況和新問題，黨中央、國務(wù)院未雨綢繆，及時調(diào)整了 “ 十五 ” 電力發(fā)展規(guī)劃，加強了宏觀調(diào)控力度，采取有力措施，加快了電力建設(shè)步伐，緩解了電力供應(yīng)緊張的局面，取得了顯著成效。 我國 電力行業(yè)發(fā)展方針 首先，在 21 世紀前 20 年的電力發(fā)展中，必須重點抓緊抓好電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，要把電網(wǎng)的建設(shè)擺到一個重要的位置，其原因是： （ 1）加快發(fā)展電網(wǎng)和擴大聯(lián)網(wǎng)，這是電力工業(yè)發(fā)展規(guī)律所決定的，是實現(xiàn)電力可持續(xù)發(fā)展和實現(xiàn)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn) 略的需要。只有發(fā)展電網(wǎng)才能開發(fā)西部水電、北部煤炭基地的火電，以及加快東部大型核電基地的建設(shè)，為這些大型電站的開發(fā)提供廣闊的市場。只有發(fā)展電網(wǎng)才能為新能源、分散的能源開發(fā)提供連續(xù)供電的條件。 800MW 區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計 第 3 頁共 43 頁 （ 2）電網(wǎng)是建立和完善電力市場機制的基礎(chǔ)。電網(wǎng)是電力市場的載體，沒有一個統(tǒng)一的互聯(lián)電網(wǎng)就不可能建立統(tǒng)一而競爭有序的電力市場，沒有電網(wǎng)的發(fā)展，就不可能擴展電力市場。 （ 3）加快電網(wǎng)建設(shè)有利于資源的優(yōu)化配置，有利于縮小我國東部與西部經(jīng)濟差距。有了全國統(tǒng)一的電網(wǎng)，才能使西部的水火電有廣闊的市場，而西部水火電廠的建設(shè)，使水力和煤 炭資源優(yōu)勢得到發(fā)揮，這將帶動西部經(jīng)濟的進一步發(fā)展。 （ 4）加快電網(wǎng)建設(shè)和電網(wǎng)互聯(lián)，有利于提高電力系統(tǒng)本身的效益，使電力發(fā)展走上集約化發(fā)展的道路。聯(lián)網(wǎng)本身可帶來一系列效益，如互為備用效益、錯峰效益等，同時又能夠提高電力系統(tǒng)供電可靠性，這也會帶來巨大的社會經(jīng)濟效益。 （ 5）只有加強電網(wǎng)的發(fā)展，才能與 21 世紀信息時代相適應(yīng)，信息社會負荷與電源的特點將是分散性和小型化，以及對電力供應(yīng)的可靠性和質(zhì)量上的要求越來越高，只有發(fā)達、完善、可靠的電網(wǎng)，才能適應(yīng)電源分散性，滿足供電的可靠性和高質(zhì)量的要求。 （ 6）促進聯(lián)網(wǎng)建設(shè)， 可使我國電力融入全球經(jīng)濟，使電力跟上全球經(jīng)濟一體化的大趨勢?？傮w來看，目前我國電網(wǎng)還是比較薄弱的，因此，加強電網(wǎng)建設(shè)必然成為 21 世紀初期電力建設(shè)中十分重要的內(nèi)容。在我國的電網(wǎng)建設(shè)中，要實施抓兩頭帶中間的策略。重點要抓好兩頭，一頭是大型電廠、能源基地的電力外送與全國聯(lián)網(wǎng)以及跨國聯(lián)網(wǎng)建設(shè)；另一頭是農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)與城市配電網(wǎng)的建設(shè)，這是當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)中十分薄弱的一環(huán)，既要改造和提高，又要擴大（電力市場）。而中間，則主要是指 220kV 電網(wǎng)及各網(wǎng)省電力公司范圍內(nèi) 500 kV 電網(wǎng)網(wǎng)架的建設(shè)，也需要進一步完善和加強。 其次， 我國電網(wǎng)發(fā)展的基本思路和實施的步驟是：一要以三峽電網(wǎng)為中心，推進全國聯(lián)網(wǎng)，三峽電網(wǎng)先向北與華北的聯(lián)網(wǎng)，以及與西北的聯(lián)網(wǎng)，向南與華南的聯(lián)網(wǎng)，向西則隨金沙江溪洛渡、向家壩電力外送，使三峽電網(wǎng)繼續(xù)擴展并得到進一步的加強；二是要配合大型水電站和火電基地的建設(shè)，進一步加大“西電東 800MW 區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計 第 4 頁共 43 頁 送”和“北電南送”的力度，實現(xiàn)以送電為主的“送電型”聯(lián)網(wǎng)；三是在不斷加強各大區(qū)自身電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在適當(dāng)?shù)臅r機和地點按照利益均沾、互惠互利的原則，采用交流或直流，實現(xiàn)以聯(lián)網(wǎng)效益為主的“效益型”聯(lián)網(wǎng)，并把“送電型”聯(lián)網(wǎng)與“效益型”聯(lián)網(wǎng)有機地結(jié) 合起來，把全國聯(lián)網(wǎng)與加強各地區(qū)電網(wǎng)自身網(wǎng)架的建設(shè)結(jié)合起來，最后推進全國聯(lián)網(wǎng)的形成和發(fā)展，與此同時還要重視發(fā)展我國電網(wǎng)與周邊國家電網(wǎng)的互聯(lián)。 第二章 電氣主接線設(shè)計 主接線概述 電氣主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體，它反映各設(shè)備的作用、連接方式和回路的相互關(guān)系。所以，由文獻 [1]可知；它的設(shè)計直接關(guān)系到全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置，繼電保護、自動裝置和控制方式的確定，對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行起著決定的作用。概括地說包括以下三個方面： 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線最基本的要求 。 停電不僅給發(fā)電廠造成損失，而且給國民經(jīng)濟各部門帶來的損失將更加嚴重，在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，故障停電的經(jīng)濟損失是實時電價的數(shù)十倍，乃至上百倍，至于導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報廢、城市生活混亂等經(jīng)濟損失和政治影響，更是難以估量。因此，電氣主接線必須保證供電可靠。 在 研究主接線可靠性時應(yīng)重視國內(nèi)外長期運行的實踐經(jīng)驗和其可靠性的定性分析；主接線的可靠性要包括一次部分和相應(yīng)組成的二次部分在運行中可靠性的綜合，在很大程度上也取決于設(shè)備的可靠程度。 斷路器檢修時是否影響供電；設(shè)備和線路故障檢修 時，停電數(shù)目的多少和停電時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。 800MW 區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計 第 5 頁共 43 頁 靈活性 ： 主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性。在調(diào)度時，應(yīng)可以靈活地投入和切除發(fā)電機、變壓器和線路，調(diào)配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式的系統(tǒng)調(diào)度要求；在檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進行安全檢修而不致影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電；擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線 。 主接線正常運行時可以根據(jù)調(diào)度的要求靈活的改變運行方式，達到調(diào)度的目的，而且在各種事故或設(shè)備檢修 時，能盡快地退出設(shè)備。切除故障停電時間最短、影響范圍最小，并且再檢修在檢修時可以保證檢修人員的安全 經(jīng)濟性 ： 要節(jié)省投資，主接線應(yīng)力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備；要節(jié)省繼電保護和二次回路不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜；要能限制短路電流，以便于選擇價廉的電氣設(shè)備或輕型電器；主接線設(shè)計要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少；經(jīng)濟合理地選擇主變壓器的種類、容量、數(shù)量、要避免因兩次變壓而增加電能損失 。主接線在保證安全可靠、操作靈活方便的基礎(chǔ)上，還應(yīng)使投資和 年運行費用小，占地面積最少，使其盡地發(fā)揮經(jīng)濟效益。 對原始資料的分析 從原始資料可以知道，本電廠屬于地區(qū)性火力發(fā)電廠，建成后總?cè)萘繛?00MW，建成后與周邊的幾個電廠形成區(qū)域電網(wǎng)。該電廠的發(fā)電容量除了本廠廠用電后剩余的電力向系統(tǒng)供電。因此，本電廠在系統(tǒng)有重要作用。電廠是否安全、可靠運行直接影響該地區(qū)的經(jīng)濟效益，可見該電廠的重要性。 擬定可行的主接線方案 確定變壓器臺數(shù)及容量： 臺數(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， 800MW 區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計 第 6 頁共 43 頁 所以不設(shè)發(fā)電機母系，發(fā)電機與變壓器采用單元接線， 保證了發(fā)電機電壓出線的供電可靠，本廠主變壓器選用三相式變壓器 4 臺。 容量：單元接線中的主變壓器容量 SN 應(yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后，預(yù)留 10％的裕度選擇，為GPNGN ΦCO S )Κ1(=S () NGΡ— 發(fā)電機容量； WΜ200=ΡGΝ NS— 通過主變的容量 ?? — 廠用電： %8??? GΦCOS — 發(fā)電機的額定功率， =ΦCOS G 發(fā)電機的額定容量為 200MW，扣除廠用電后經(jīng)過變壓器的容量為： M V = )(200=ΦCO S )Κ1(=S G PNGN () 采用三相風(fēng)冷自然循環(huán)雙繞組無勵磁調(diào)壓變壓器，由文獻 [2]可知； 型號為： 22010SF ，參數(shù)為 ??? 2． 4 主接線方案 ： 根據(jù)變壓器的組合方案擬定主接線的初步方案，并依據(jù)對主接線的基本 要求，從技術(shù)上進行論證各方的優(yōu)、缺點，淘汰了一些較差的方案，保留了兩個技術(shù)上相對較好的方案，如圖 和圖 所示 : 800MW 區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計 第 7 頁共 43 頁 圖 雙母接線 (方案一 ) 圖 雙母帶旁路接線 (方案二 ) 2． 5 比較主接線方案： 技術(shù)上的比 較：方案一供電可靠，通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不至使供電中斷；調(diào)度靈活，各個電源和各回路負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要；擴建方便，向雙母的左右任何一個方向擴建均不影響兩組母線的電源和負荷均勻分配 ，不會引起原有回路的停電；便于試驗。方案二比方案一供電更可靠，此接線方式 除 具備 雙母 線接線的優(yōu)點外， 還 可以保證使某一回路檢修時，不中斷對外供電及操作簡便 。 經(jīng)濟上的比較：雖然方案二比方案一供電更可靠，但是從經(jīng)濟的角度看，方案二的投資比方案一要大很多，增加了旁路間隔和旁路母線，每回間隔增加一把隔離開關(guān)，大大的增加了投資， 也容易造成誤操作。 同時方案二比方案一多占用了土地，當(dāng)今我國的土地資源比較缺乏， 但我國人口多，人均占地面積少，所 800MW 區(qū)域發(fā)電廠電氣部分設(shè)計 第 8 頁共 43 頁 以我們更應(yīng)該合理而有效的利用土地，積極提倡“節(jié)約為主，長效機制”的原則。 從技術(shù) 和經(jīng)濟的角度論證了兩個方案，雖然方案二比方案一供電可靠，但是由于目前斷路器采用的是六氟化硫斷路器，它的檢修周期長，不需要經(jīng)常檢修，所以采用旁路也就沒有多大意義了，這樣一來不僅僅節(jié)省了投資，也節(jié)約了用地，所以比較論證后確定采用了方案一。 第三章 廠用電的設(shè)計 廠用電源選擇 廠用電電壓等級的確定： 廠用電供電電壓等級是根據(jù)發(fā)電機的容量和額定電壓、廠用電動機的額定電壓及廠用網(wǎng)絡(luò)的可靠、經(jīng)濟運行等諸方面因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟比較后確定。因為發(fā)電機的額定容