【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 發(fā)電廠時(shí)電力系統(tǒng)的重要組成環(huán)節(jié)，它直接影響整個(gè)電力系 統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)主要講河津電廠電氣設(shè)計(jì)，主要完成電氣主接線設(shè)計(jì)、短路電流的計(jì)算、電氣設(shè)備的選擇和配電裝置的選擇的等內(nèi)容。 山西大學(xué)工程學(xué)院 畢業(yè)論文 2 第 1 章 緒論 第 1 節(jié) 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 電力系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 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)展概況 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。 第 2 節(jié) 原始資料 及分析 原始資料 見(jiàn)任務(wù)書(shū) 節(jié)原始資料分析 該廠為新建電廠，屬凝汽式火力發(fā)電廠，發(fā)電機(jī)出口電壓 23KV，經(jīng)開(kāi)壓至 220KV送入系統(tǒng)。 220KV出線四回分別是趙家莊兩回臨晉一回，備用一回。總規(guī)劃容量（ 13001400MW）二期擬擴(kuò)建 2 臺(tái) 300—350MW 機(jī)組。本設(shè)計(jì) 充分地應(yīng)用和鞏固所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，如 發(fā)電廠電氣部分、電力系統(tǒng)分析、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置和高電壓技術(shù)等，進(jìn)行實(shí)際運(yùn)算，以 提高分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為今后的工作打下堅(jiān)定的基礎(chǔ) 。 山西大學(xué)工程學(xué)院 畢業(yè)論文 3 第 2 章 電氣主接線選擇 第 1 節(jié) 概述 電氣主接線時(shí)發(fā)電廠、變電站電氣設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的要環(huán)節(jié)。 本章以電氣主接線的設(shè)計(jì)為中心 ，從工程的觀點(diǎn)出發(fā)，介紹對(duì)主接線的基本要求、典型接線形式以及主要設(shè)備的作用、配置原則等。綜合闡述了發(fā)電廠電氣接線的特點(diǎn)和主接線的原則、步驟等 。 主接線的設(shè)計(jì)原則 (1)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和作用 這是主要因素，很大程度上決定了發(fā)電廠的主接線形式。如發(fā)電廠是系統(tǒng)的大型主力電廠，還是屬于地區(qū)或企業(yè)的中小型電廠；是帶基本負(fù)荷的電廠，還是只負(fù)責(zé)腰荷或調(diào)峰的電廠。各類(lèi)發(fā)電廠在系統(tǒng)中的地位和作用不同，對(duì)于主接線的可靠性，選擇性和靈活性的要求也不同。本設(shè)計(jì)發(fā)電廠為新建電廠，首期建成后分別供給臨晉、趙家莊，且總規(guī)劃容量為 13001400MW，屬于地區(qū)性的重要發(fā)電廠。 (2)電廠的分期和最終建設(shè)規(guī)模 發(fā)電廠的機(jī)組容量，應(yīng)該根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃容量， 負(fù)荷增長(zhǎng)速度和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行選擇，最大機(jī)組的容量以占系統(tǒng)總?cè)萘康?810％為宜，且以一個(gè)廠房?jī)?nèi)的機(jī)組其臺(tái)數(shù)以不超過(guò) 6臺(tái)，容量等級(jí)以不超過(guò)兩種為宜。本設(shè)計(jì)發(fā)電廠分為兩期建設(shè)，最終建設(shè)規(guī)模為13001400MW。 總之， 我們 設(shè)計(jì)的 電氣主接線 基本原則是以設(shè)計(jì)任務(wù)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)定，標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實(shí)際情況，以保證宮殿可靠，調(diào)度靈活，滿足各項(xiàng)技術(shù)要求的前提下，兼顧運(yùn)行，維護(hù)方便，盡可能地節(jié)約投資，就近取材，力爭(zhēng)設(shè)備元件和設(shè)計(jì)的先進(jìn)性與可靠性，堅(jiān)持可靠，先進(jìn)，適用，經(jīng)濟(jì)，美觀的原則 。 主接線的要求 (1)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，電氣主接線必須保證供電可靠。 電氣主接線的可靠性不是絕對(duì)的。同樣形式的主接線對(duì)某些發(fā)電廠是可靠的，而對(duì)另一些發(fā)電廠則不一定能滿足可靠性要求。在分析電氣主接線可靠性時(shí)，要考慮發(fā)電廠在系統(tǒng)中的地位和作用，用戶的負(fù)荷類(lèi)型和性質(zhì)，設(shè)備運(yùn)行制造水平及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等。 通常定性分析和衡量主接線可靠性時(shí)，從以下幾方面考慮： ①發(fā)電廠或變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用 ②發(fā)電廠接入電力系統(tǒng)的方式 ③運(yùn)行方式和負(fù)荷性質(zhì) ④設(shè)備的可靠程度直接影響著主接線的可靠性 ⑤長(zhǎng)期實(shí)踐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累提高可靠性是主要條件 (2)靈活性 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)變。靈活性包括以下幾個(gè)方面： ①操作的方便性。電氣主接線應(yīng)該在滿足可靠性的條件下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便運(yùn)行人員掌握，不致再操作過(guò)程中出錯(cuò)。 ②調(diào)度的方便性。電氣主接線在正常運(yùn)行時(shí)，要根據(jù)調(diào)度要求，方便地改變運(yùn)行方式，山西大學(xué)工程學(xué)院 畢業(yè)論文 4 并且在發(fā)生事故時(shí)，要盡快的切除故障，使停電時(shí)間最短，影響范圍最小，不致過(guò)多的影響對(duì)用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定 運(yùn)行。 ③擴(kuò)建的方便性。對(duì)將來(lái)要擴(kuò)建的發(fā)電廠和變電站，其主接線必須具有擴(kuò)建的方便性。尤其是火電廠和變電站，在設(shè)計(jì)主接線時(shí)要留有發(fā)展擴(kuò)建的余地。設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮最終接線的實(shí)現(xiàn)，還要考慮到從初期接線過(guò)渡到最終接線的可能和分階段施工的可行方案，使其盡可能的不影響連續(xù)供電或在停電時(shí)間最短的情況下，將來(lái)可順利完成過(guò)渡方案的實(shí)施，使改造工作量最少。 (3)經(jīng)濟(jì)性 在設(shè)計(jì)主接線時(shí)，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間。通常設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理。經(jīng)濟(jì)性要從以下幾方面考慮： ①節(jié)省一次投資。主接線應(yīng) 簡(jiǎn)單清晰，并要適當(dāng)采用限制短路電流的措施，以節(jié)省開(kāi)關(guān)電器數(shù)量，選用價(jià)廉的電器或輕型電器，以便降低投資。 ②占地面積小。主接線設(shè)計(jì)要為配電裝置布置創(chuàng)造節(jié)約土地的條件，盡可能使占地面積小，同時(shí)應(yīng)注意節(jié)約搬遷費(fèi)用，安裝費(fèi)用和外匯費(fèi)用。對(duì)大容量發(fā)電廠或變電站，在可能和允許條件下，應(yīng)采取一次設(shè)計(jì)，分期投資，投建，盡快發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。 ③電能損耗小。在發(fā)電廠或變電站中，電能損耗主要來(lái)自變壓器，應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理的選擇變壓器的型式，容量和臺(tái)數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗。 電氣主接線的設(shè)計(jì)程序 電氣主接線的設(shè)計(jì)伴隨 著發(fā)電廠或變電站的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行，即按照工程基本建設(shè)程序，歷經(jīng)可行性研究階段，初步設(shè)計(jì)階段和施工設(shè)計(jì)階段等四個(gè)階段。在各階段中隨要求，任務(wù)的不同，其深度，廣度也有所差異，但總的設(shè)計(jì)思路，方法和步驟基本相同。 設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容如下： (1)工程情況，對(duì)發(fā)電廠類(lèi)型，設(shè)計(jì)規(guī)劃容量，單機(jī)容量和臺(tái)數(shù)，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)及可能的運(yùn)行方式等的分析。 發(fā)電廠容量的確定與國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，電力負(fù)荷增長(zhǎng)速度，系統(tǒng)規(guī)模和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及備用容量等因素有關(guān)。發(fā)電廠裝機(jī)容量標(biāo)志著發(fā)電廠的規(guī)模和在電力系統(tǒng)中的地位和作用。在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)發(fā)展的電力 系統(tǒng)可優(yōu)先選用較為大型的機(jī)組。但是最大單機(jī)容量不宜大于系統(tǒng)總?cè)萘康?10％，以保證在該機(jī)檢修或故障情況下系統(tǒng)的供電可靠性。 發(fā)電廠運(yùn)行方式及利用小時(shí)數(shù)直接影響著主接線設(shè)計(jì)。承擔(dān)基荷為主的發(fā)電廠，設(shè)備利用率高，一般年利用小時(shí)數(shù)在 5000 小時(shí)以上；承擔(dān)腰荷的發(fā)電廠，設(shè)備利用小時(shí)數(shù)在3000－ 5000 小時(shí)；承擔(dān)峰荷的發(fā)電廠，設(shè)備利用小時(shí)數(shù)在 3000 小時(shí)以下。不同的發(fā)電廠其工作特性不同。對(duì)于核電廠或 300MW 及以上的火電廠以及徑流式水電廠等應(yīng)優(yōu)先擔(dān)任基荷，相應(yīng)主接線應(yīng)保證可靠性。對(duì)于水電廠，其具有靈活的機(jī)動(dòng)性，故其主 接線應(yīng)保證調(diào)度靈活。 (2)電力系統(tǒng)情況，及對(duì)電力系統(tǒng)近期及遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃，發(fā)電廠或變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用，本期工程和遠(yuǎn)景與電力系統(tǒng)連接方式以及各級(jí)電壓中性點(diǎn)接地方式等的分析。 發(fā)電廠的總?cè)萘颗c電力系統(tǒng)容量之比如果大于 15％時(shí)，則就可認(rèn)為該廠在系統(tǒng)中處于重要地位，應(yīng)選擇可靠性較高的接線方式。以防一旦全廠停電影響系統(tǒng)供電的可靠性。 主變壓器和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與電壓等級(jí)，單相接地短路電流，過(guò)電壓水平，保護(hù)配置等有關(guān)，其直接影響電網(wǎng)的絕緣水平，系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性，主變壓器和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全以及對(duì)通 信線路的干擾等。我國(guó)規(guī)定：一般 35 千伏及以下電壓系統(tǒng)采用中性點(diǎn)非直接接地方式（中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地） 。110 千伏及以上的高壓系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地方式。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)都采用非直接接地方式，目前廣泛采用經(jīng)消弧線圈山西大學(xué)工程學(xué)院 畢業(yè)論文 5 接地方式或經(jīng)中性點(diǎn)接地變壓器接地。 (3)負(fù)荷情況，及對(duì)負(fù)荷的性質(zhì)及其地理位置，輸電電壓等級(jí)，出現(xiàn)回路數(shù)及輸送容量等分析。在設(shè)計(jì)中，對(duì)電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)不僅應(yīng)有短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，還應(yīng)有中期負(fù)荷預(yù)測(cè)，對(duì)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系著發(fā)電廠或變電站電氣主接線設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量。發(fā)電廠承擔(dān)的負(fù)荷應(yīng)僅可能的讓全部機(jī) 組安全滿發(fā)，并按系統(tǒng)提出的運(yùn)行方式，在機(jī)組間經(jīng)濟(jì)合理的分配負(fù)荷，減少母線上的電流流動(dòng)，讓發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定和滿足電能質(zhì)量要求。 第 2 節(jié) 主接線的基本接線形式 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)整體如發(fā)電廠﹑變電所本身運(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)和控制方式的擬訂有較大影響。因此，必須正確處理好各方面的關(guān)系，全面分析有關(guān)影響因素，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理確定主接線方案。 可 選 方案 的確定 據(jù)原始 資料可知： 220kV 出線為四回，主變進(jìn)線兩回，廠用高壓起動(dòng)∕備用變兩回，進(jìn)出線共計(jì)八回。 按手冊(cè)：對(duì)主接線的基本要求為：安全性、可靠性﹑靈活性﹑經(jīng)濟(jì)性。 根據(jù)該電廠的具體情況以及手冊(cè)要求，對(duì)各種基本接線的具體分析如下： (1)單母線接線 依手冊(cè)可知，單母線適用于 220kV 配電裝置的出線回路數(shù)不超過(guò) 2回，而該電廠的出線數(shù)為 4回，所以單母線接線不可選。 (2)單母線分段接線 根據(jù)手冊(cè)，單母分段接線適用于出線回路數(shù)為 3～ 4 回，但可靠性不高，所以該接線也不可選。 (3)雙母線接線 依手冊(cè)，該接線適用于 220kV 配電 裝置的出線回路數(shù)為 5回以上時(shí)；或 220kV 配電裝置在系統(tǒng)中居重要地位，出線數(shù)為 4 回及以上時(shí)，所以雙母接線可選。 (4)雙母線分段接線（包括雙母三分段和雙母四分段） 按手冊(cè)，雙母分段接線適用于 220kV 配電裝置的出線回路數(shù)為 10～ 14 回時(shí)，所以該接線可選。 (5)雙母線帶旁路母線接線 依據(jù)手冊(cè)可知： 220kV 線路輸送功率較多﹑送電距離較遠(yuǎn)﹑停電影響較大，并且 220kV少油斷路器平均每臺(tái)每年檢修時(shí)間約需 5 天及 7天，停電時(shí)間較長(zhǎng)，一般需設(shè)置旁路母線或旁路隔離開(kāi)關(guān)。而且 220kV 出線為 5回及以上時(shí)，一般裝設(shè)專(zhuān)用旁路 斷路器。所以雙母線帶旁路母線接線可選，并且設(shè)置專(zhuān)用旁路斷路器。 (6)一臺(tái)半斷路器接線 查手冊(cè)得：在特殊情況下，個(gè)別大型電廠和樞紐變電所未接入 500kV 系統(tǒng)而接入 220kV系統(tǒng)，致使其 220kV 配電裝置在系統(tǒng)中的地位特別重要而采用了超高壓配電裝置應(yīng)用的一臺(tái)半斷路器接線可選。 (7)橋形接線 按照手冊(cè)，橋形接線適用于較小容量的發(fā)電廠，而該發(fā)電廠為大容量的電廠，所以橋形接線不可選。 (8)3～ 5 角形接線 根據(jù)手冊(cè)可知：多角形接線適用于最終進(jìn)出線為 3～ 5 回的 110kV 及以上配電裝置，山西大學(xué)工程學(xué)院 畢業(yè)論文 6 所以多角形接線不可選。 可選方案的分析 綜合以上分析可知：符合原始資料和規(guī)程規(guī)定的方案有： 方案?。弘p母線接線（如 2— 1） (1)該方案的優(yōu)點(diǎn)： 1)供電可靠； 2)調(diào)度靈活； 3)擴(kuò)建方便； 4)便于實(shí)驗(yàn)。 (2)缺點(diǎn)： 1)增加一組母線和一