火力发电厂电气部分设计.doc

1、陕西理工学院毕业设计 青岛大学毕业论文设计任务书院(系) 电气工程系 专业班级 XXX班 学生姓名 XXX 一、毕业论文设计题目 火力发电厂电气部分设计 二、毕业论文设计工作自 2012 年 3 月 1 日 起至 2012 年 6 月 25 日止三、毕业论文设计进行地点: 201楼继电保护实验室 四、毕业论文设计的内容要求：（一）设计原始资料发电厂建设规模某地区根据电力系统的发展规划，拟新建一座装机容量为700MW的凝汽式火力发电厂，装机4台，2台50MW机组（UN =10.5kV），2台300MW机组（UN =15.75kV），厂用电率6%，机组年利用小时Tmax=6500h。 电力负荷及与

2、电力系统连接情况 1）10.5kV电压级：最大负荷20MW，最小负荷15MW，0.8,电缆馈线10回； 2）220kV电压级：最大负荷250MW，最小负荷200MW，0.85, Tmax=4500h，架空线6回； 3）330kV电压级与容量为3500 MW的电力系统连接，系统归算到本电厂330kV母线上的标幺电抗为0.021（基准容量为100MVA），330kV架空线4回，备用线1回。 环境条件 当地年最高温度40，年平均温度25；当地海拔高度700m；当地雷暴日数30日年； 气象条件一般，无严重污染。 （二）设计任务 发电厂电气主接线的设计； 2短路电流计算； 3主要电气设备选择； 4配电装

3、置规划及布置； 5发电机、变压器的保护配置及整定计算； 6330kV、2200kV线路的保护配置及整定计算。 （三）设计要求 、设计要遵循国家现行法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序； 、在满足可靠性的前提下，尽量经济，便于施工、维护、检修、扩建等； 、积极采用成熟的新产品和新技术，主要设备要做到可靠、适用、先进； 、变电站应靠近负荷中心，节约用地；具有线路进出线走廊，交通运输方便； 、电气设备选择结果应以表格的形式给出； 、图纸要求用AutoCAD绘制，图纸的图幅、图框、文字、符号应符合国家标准的规定。 （四）设计成果 、设计说明书一份 、发电厂电气主接线图一张 指 导

4、 教 师 系(教 研 室) 系(教研室)主任签名 批准日期 接受论文 (设计)任务开始执行日期 学生签名 火力发电厂电气部分设计XXX（）指导教师：XXX摘要 由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各

5、个领域，而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。本文是对配有2台50MW和2台300MW汽轮发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计。包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验; 并作了变压器保护配置。关键词 发电厂；变压器；电力系统；继电保护；电气设备 The Design Of Steam power plant electrical partLi fei（Grade06,class4,The department of Electrical Engine

6、ering, Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）Tutor：Li ying fengAbstract: By the power generation, transformation, transmission and distribution of electricity and energy components, and other aspects of production and consumption systems. It is the function of the natural world th

7、rough the power of primary energy into electrical energy power plant, then lost, transforming the system and distribution system will supply power to the load centers.Electrical wiring is the main power plant, electric substation designed first and foremost part of the power system is also constitut

8、e an important part. Determination of the main cable on the power system as a whole and power plants, substations to run its reliability, flexibility and economy are closely related. And choice of electrical equipment, power distribution equipment configuration, relay protection and control of the m

9、eans to develop a greater impact. The use of power has infiltrated the social, economic, in all areas of life, and in the power structure of Chinas thermal power equipment capacity of the total installed capacity of 75%. This article is equipped with 2*50 and 2*300MW turbo-generator of large-scale t

10、hermal power plants a part of the preliminary design of the main completed the main electrical wiring design. Including the electrical wiring of the main forms of comparison, the choice; main transformer, the start / stand-by transformer and the high-voltage transformer factory with the capacity of

11、calculation, the number of models and options; short-circuit current calculation and high-voltage electrical equipment selection and validation; and made the protection of transformer .Key words: power plant; transformer; power system; relay; electrical equipment.目 录1 引 言12 电气主接线设计22.1 原始资料22.2 主接线方

12、案的拟定22.3 主接线方案的评定32.4 发电机及变压器的选择33 短路电流计算63.1 概 述63.2 系统电气设备电抗标幺值计算63.3 短路电流计算73.3.1 10.5kV侧短路计算73.3.2 220kV侧短路计算93.3.3 330kV侧短路计算124 电气设备的选择164.1 断路器的选择164.1.1 330kV侧高压断路器的选择164.1.2 220kV侧高压断路器的选择184.1.3 10.5kV侧断路器的选择204.2 隔离开关的选择234.2.1 330kv侧隔离开关的选择234.2.2 220kV侧隔离开关的选择254.2.3 10.5kV隔离开关的选择274.3

13、电流互感器的选择294.3.1 330kV侧电流互感器的选择304.3.2 220kV侧电流互感器的选择324.3.3 10.5kV侧电流互感器的选择344.4 电压感器的选择354.4.1 330kV侧TV的选择364.4.2 220kV侧TV的选择374.4.3 发电机TV的选择374.5 导体的选择及校验384.5.1330kV母线选择384.5.2 330kV连接线选择394.5.3 220kV母线选择404.5.4 220kV连接线选择414.5.5 10.5kV母线选择414.5.6 发电机端封闭母线的选择425 配电装置规划及布置435.1 概 述435.2 屋内配电装置435.

14、3 屋外配电装置445.4 发电机与配电装置的连接446 主系统保护配置整定456.1 系统防雷保护456.1.1 330kV侧避雷器的选择和校验466.1.2 220kV侧避雷器的选择和校验466.1.3 10.5kV侧避雷器的选择和校验476.2 变压器继电保护配置及整定486.3 发电机继电保护配置及整定496.4 输电线路保护52总 结53致 谢54参考文献55外文翻译55附录60附录61陕西理工学院毕业设计1 引 言在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中有着重要作用，它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大的影响人民的物质与文化生活水平的提高。发电厂是电力系统的重要组

15、成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济。发电厂的作用是将其他形式的能量转化成电能。按能量转化形式大体分为火力发电厂，水力发电厂，核能发电厂和风力发电场。而火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在中国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。1.1 设计在工程建设中的作用 设计工作是工程建设的关键环节。做好设计工作对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生

16、产的综合经济效益，起着决定性作用。设计是工程建设的灵魂。设计的基本任务是，在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全实用、技术先进、综合效益好的设计，有效的为电力建设服务。1.2 设计工作应遵循的主要原则1遵守国家的法律、法规，贯彻执行国家的经济建设方针、政策和基本建设程序，特别应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。2要运用系统工程的方法从全局出发，正确处理中央与地方、工业与农业、城市与乡镇、近期与远期、技改与新建、生产与生活、安全与经济等方面的关系。3要根据国家规范、标准与有关规定，结合工程的不同性质、要求，从实际情况出发，合理确定设计标准。4要实行资源的

17、综合利用，节约能源、水源，保护环境，节约用地等。1.3 设计的基本程序设计要执行国家规定的基本建设程序。工程进入施工阶段后，设计工作还要配合施工、参加工程管理、试运行和验收，最后进行总结，从而完成设计工作的全过程。随着我国电力工业的技术水平和管理水平不断提高，现在已有许多电厂实现了集中控制和采用计算机监控电力系统也实现了分级集中调度，所有电力企业都在努力增产节约，降低成本，确保安全远行。随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。火力发电厂是生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑。电力工业的发展,单机容量的增大、总容量在百万千瓦以上火电厂的建立促使火电厂建筑结

18、构和设计不断地改进和发展。2 电气主接线设计2.1 原始资料设计电厂总容量250+2300=700MW。当本厂投产后，将占系统总容量为700/（3500+700）100%=16.7%15%，超过了电力系统的检修备用容量和事故备用容量，说明该电厂在未来供电系统中的地位和作用很重要，而且Tmax=6500h/a5000h/a，又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该电厂主接线的设计务必着重考虑其可靠性。从负荷特点及电压等级可知，它具有10.5kV，220kV，330kV三级电压负荷。10.5kV容量不大，为地方负荷。330kV与系统有4回馈线，备用线1回，呈强联系形式，并接受本厂剩余功率，最

19、大可能接受本厂送出电力为700-15-200-7006%=443MW，最小可能接受本厂送出电力为700-20-250-7006%=388MW，可见，该厂330kV接线对可靠性要求很高，采用3/2接线形式。220kV架空线出线6回，为提高其供电的可靠性，采用双母线带旁路母线的接线形式。10.5kV电压级共有10回电缆出线，其电压恰与发电机端电压相符，采用直馈线为宜。2.2 主接线方案的拟定在对原始资料分析的基础上，结合对电气接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术，积极政策的前提下，力争使其技术先进，供电安全可靠、经济合理的主接线方案。发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，

20、主接线的设计，首先应保证其满发，满供，不积压发电能力。同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电的连续性，因而根据对原始资料的分析，现将主接线方案拟订如下：（1）10.5kV：鉴于出线回路多，且发电机单机容量为50MW，远大于有关设计规程对选用单母线分段接线不得超过24MW的规定，应确定为双母线分段接线形式，两台50MW机组分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压220kV。由于50MW机组均接于10.5kV母线上，可选择轻型设备，在分段处加装母线电抗器，各条电缆出线上装出线电抗器。（2）220kV：出线6回，采用双母线带旁路接线形式。进线从10.5kV侧送来剩余容量250-

21、（7006%）+20=38MW，不能满足220kV最大及最小负荷的要求。为此以一台300MW机组按发电机一变压器单元接线形式接至220kV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与330kV接线相连，相互交换功率。（3）330kV：出线4回，为使出线断路器检修期间不停电，采用3/2接线，。其进线一路通过联络变压器与220kV连接，另一路为一台300MW机组与变压器组成单元接线，直接接入330kV，将功率送往电力系统。据以上分析，接线形式如下：电气主接线图2.3 主接线方案的评定该电气主接线的设计始终遵循了可靠性、灵活性、经济性的要求。在确保可靠性、灵活性的同时，兼顾了经济性。在可靠性

22、方面该主接线简单清晰，设备少，无论检修母线或设备故障检修，均不致造成全厂停电，每一种电压级中均有两台变压器联系，保证 在变压器检修或故障时，不致使各级电压解列。机组的配置也比较合理，使传递能量在变压器中损耗最小。在灵活性方面，运行方式较简单，调度灵活性好，各种电压级接线都便于扩建和发展。在经济性方面，投资小，占地面积少，采用了单元接线及封闭母线，从而避免了选择大容量出口断路器，节省了投资，有很大的经济性。通过以上分析，该主接线方案对所设计的这一火电厂而言，是比较合理的，可以采纳2.4 发电机及变压器的选择1、发电机的选择： 查电气设备运行及事故处理两台50MW发电机选用QFS-50-2汽轮发电

23、机，两台300MW汽轮发电机选用QFS-300-2型汽轮发电机。 2、变压器的选择： 根据本设计具体情况，应该选择2台双绕组变压器， 2台三绕组变压器， 本设计中的主变选择如下：2台双绕组变压器容量确定公式：(MVA)查电气设备运行及事故处理，选定变压器的容量为360MVA。根据实际要求，联络变压器的容量选取和主变一样3. 现将发电机和变压器的选择结果列表如下，以供查询：（1）发电机具体参数如表2 -1:表2-1 发电机技术参数型 号额 定功率/MW额 定电压/kV额 定电流/A功率因数电抗（标幺值）发电机QFS-50-25010.534370.80.1953发电机QFS-300-230018

24、113210.850.167（2）330kv 双绕组为SFP-7-360000/330型。主要技术参数如表2-2：表2-2 技术参数额定容量（kVA）连接组别额定电压（kV）空载损耗(kW)阻抗电压（%）360000高压：34522.5%低压：1814014(3) 220kv 双绕组为SFP-7-360000/220型。主要技术参数如表2-3：表2-3 技术参数额定容量（kVA）连接组别额定电压（kV）空载损耗(kW)阻抗电压（%）360000高压：24222.5%低压：1815515(4) 联络变压器选取SSPSO-360000/330型。主要技术参数如表2-4：表2-4 技术参数额定容量（

25、kVA）容量比/MVA额定电压（kV）空载损耗(kW)阻抗电压（%）连接组别360000100/100/20高压：3635%中压：242低压：10.5207高-中：7.5高-低：77.5中-低：66.74. 10kV侧三绕组变压器选取OSFPS240000/330型。主要技术参数如表2-5：表2-5 技术参数额定容量（kVA）容量比/MVA额定电压（kV）空载损耗(kW)阻抗电压（%）连接组别240000100/100/50高压：36321%中压：242低压：10.573.5高-中：8.64高-低：94.2中-低：78.53 短路电流计算3.1 概 述电力系统中，常见的短路故障有三相对称短路、

26、两相短路和单相接地短路。其中三相短路电流的计算是为了选择和校验QF、QS、母线等电气设备，两相短路电流用于整定继电保护装置。短路发生后，短路电流的值是变化的，变化的情况决定于系统电源容量的大小、短路点离电源的远近以及系统内发电机是否带有电压自动调整装置等因素。按短路电流的变化情况，通常把电力系统分为无限容量系统和有限容量系统。无限容量系统短路电流的计算，采用短路回路总阻抗法计算；有限容量系统短路电流的计算采用运算曲线法，这中间要用到网络的等效变换。本次设计中，短路电流的计算就涉及到这两个方面的内容。3.2 系统电气设备电抗标幺值计算系统基准值100MVA，基准电压= 1、发电机电抗标幺值的计算

27、发电机，：=0.1953发电机：=0.1912、变压器电抗标幺值的计算330kV主变压器：220kV主变压器: 10kV侧三绕组变压器T： = = =3.母线电抗器电抗标幺值的计算：发电机G1(或G2)的额定电流ING3.347kA。母线电抗器一般取发电机额定电流的58，照此标准选电抗器NKL-10-400-5型，额定电流0.4kA，10kV，电抗百分比数5，由此得电抗标么值为：4. 系统归算到330kV侧的电抗标么值：3.3 短路电流计算用于校验设备的最大三相对称短路电流的计算。本设计中，短路计算采用近似方法计算。即发电机和系统的次暂态电势=1。图3-1 全系统图的等值电路3.3.1 10.

28、5kV侧短路计算k1点发生短路，其等值电路图如下：YY 短路等值阻抗短路电流周期分量有效值 最大有效值 冲击电流 短路功率 （MVA）3.3.2 220kV侧短路计算(1) 220kV母线（k2点）发生短路，其等值电路图如下：Y短路等值阻抗 短路电流周期分量有效值最大有效值 冲击电流 短路功率 (MVA)(2) 发电机出口（k4点）短路计算，其等值电路图如下：Y短路等值阻抗 短路电流周期分量有效值最大有效值 (kA)冲击电流(kA)短路功率 (MVA)3.3.3 330kV侧短路计算（1）330kV母线处（k3点）短路，其等值电路图如下：Y短路等值阻抗 短路电流周期分量有效值最大有效值 冲击电

29、流 短路功率 （2）发电机出口（k5点）短路计算，其等值电路图如下：Y 短路等值阻抗 短路电流周期分量有效值最大有效值 (kA)冲击电流 (kA)短路功率 (MVA)4 电气设备的选择4.1 断路器的选择断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10kV220kV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF6断路器。断路器选择的具体技术条件如下：1）额定电压校验： 2）额定电流选择： 3）开断电流： （短路电流有效值） 4）动稳定： （短路冲击电流） 5）热稳定

30、： 隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求4.1.1 330kV侧高压断路器的选择(1) 主变330kV侧高压断路器的选择流过断路器的最大持续工作电流(kA) 计算数据表：表4-1 330kV高压断路器计算数据表U(kV) (kA) (kA) (kA)3308.3321.24 为了满足计算的各项条件，查电气设备运行及事故处理参考资料，选择LW15-363/Q高压断路器，技术参数如下：表4-2 LW15-363/Q型高压断路器参数表项 目额定电压最高 电压额 定电 流额定开断电流额定关合电流动稳定电 流热稳定电 流额定合闸时间全开断时 间单 位kVkVAkAkAkAkAssLW1

31、5-363/Q33036331504010010040/4s0.10.05 开断电流校验: 40(kA)8.33(kA) 开断电流校验合格。 动稳定校验：100(kA) 21.24(kA) 动稳定校验合格。 热稳定校验：设继电保护后备保护时间为0.15S，全开断时间为0.05S，则短路计算时间： 0.15+0.050.2(S)短路电流的热效应 热稳定校验合格。所以，所选断路器满足要求。(2) 330kV出线高压断路器的选择330kV出线回路设备应按最大负荷进行考虑选择，所以流过断路器的工作电流最大时为系统全部出力通过一回330kV送入系统时：（四条出线回路的断路器相同） 计算数据表： 表4-3

32、 330kV高压断路器计算数据表U(kV) (kA) (kA) (kA)3301.8918.3321.24 为了满足计算的各项条件，查电气设备运行及事故处理参考资料，选择LW15-363/Q高压断路器，技术参数如下：表4-4 LW15-363/Q型高压断路器参数表项 目额定电压最高 电压额 定电 流额定开断电流额定关合电流动稳定电 流热稳定电 流额定合闸时间全开断时 间单 位kVkVAkAkAkAkAssLW15-363/Q33036331504010010040/4s0.10.05 开断电流校验: 40(kA)8.33(kA) 开断电流校验合格。 动稳定校验：100(kA) 21.24(kA

33、) 动稳定校验合格。 热稳定校验：设继电保护后备保护时间为0.15S，全开断时间为0.05S，则短路计算时间： 0.15+0.050.2(S)短路电流的热效应 热稳定校验合格。所以，所选断路器满足要求。330kV四条回路选择相同的高压断路器.4.1.2 220kV侧高压断路器的选择(1) 主变220kV侧高压断路器的选择流过断路器的最大持续工作电流(kA) 计算数据表：表4-5 220kV高压断路器计算数据表U(kV)(kA)(kA)(kA)2200.99210.8727.72 为了满足计算的各项条件，查电气设备运行及事故处理参考资料，选择LW23-252型高压断路器，技术参数如下：表4-6

34、LW23-252型高压断路器参数表项 目额定电压最高 电压额 定电 流额定开断电流额定关合电流动稳定电 流热稳定电 流额定合闸时间全开断时 间单 位kVkVAkAkAkAkAssLW23-25222025212504010010040/4s0.10.06 开断电流校验: 40(kA)10.87(kA) 开断电流校验合格。 动稳定校验：100(kA) 27.72(kA) 动稳定校验合格。 热稳定校验：设继电保护后备保护时间为0.15S，全开断时间为0.05S，则短路计算时间： (S)短路电流的热效应 热稳定校验合格。所以，所选断路器满足要求。(2) 220kV侧母联断路器的最大工作条件与变压器2

35、20kV侧满足相同的要求，故选用相同设备。即选用LW23-252型六氟化硫断路器。(3) 220kV出线高压断路器的选择220kV出线回路设备应按最大负荷进行考虑选择，所以流过断路器的工作电流最大时为系统全部出力通过一回220kV送入系统时：（六条出线回路的断路器相同）(kA) 计算数据表：表4-7 220kV高压断路器计算数据表U(kV)(kA)(kA)(kA)2200.13510.8727.72 为了满足计算的各项条件，查电气设备运行及事故处理参考资料，选择LW12-252型高压断路器技术参数如下：表4-8 LW12-252型高压断路器参数表项 目额定电压最高 电压额定电流额定开断电流额定关合电流动稳定电 流热稳定电 流额定合闸时间全开断时 间 单 位kVkVAkAkAkAkAss LW12-25222025240005012512550/4s0.10.06 开断电流校验: 50(kA)10.87(kA) 开断电流校验合格。 动稳定校验：125(kA) 27.72(kA) 动稳定校验合格。 热稳定校验：设继电保护后备保护时间为0.15S，全开断时间为0.