发电厂优秀课程设计.doc

发电厂电气部分课程设计

学 院：电气和信息工程学院
专业班级：电气工程及其自动化班12-5班
组 号：第一组
指导老师：齐辉
时 间：.7

摘要

本设计是电厂主接线设计。该火电厂总装机容量为2×50+2×600=1300MW。厂用电率6.5%,机组年利用小时=6500h。依据所给出原始资料确定两种电气主接线方案，然后对比这两种方案进行可靠性、经济型和灵活性比较厚，保留一个较合理方案，最终经过定量技术经济比较确定最终电气主接线方案。在对系统多种可能发生短路故障分析计算基础上，进行了电气设备和道题选择校验设计。在对发电厂一次系统分析基础上，对发电厂配电装置部署做了初步简单设计。此次设计过程是一次将理论和实际相结合初步过程，起到学以致用，巩固和加深对本专业了解，建立了工程设计基础观念，提升了本身设计能力。
关键字：电气主接线；火电厂；设备选型；配电装置部署。

目 录

1设计任务书 ………………………………………………………3
1.1设计原始资料…………………………………………………………3
1.2设计任务和要求………………………………………………………3
2电气主接线 ………………………………………………………5
2.1系统和负荷资料分析……………………………………………………5
2.2主接线方案选择 ……………………………………………………5
2.2.1方案确定依据…………………………………………………5
2.2.2主接线方案确实定………………………………………………7
2.3 主变压器选择和计算 ………………………………………………8
2.3.1变压器容量、台数和型式确实定标准…………………………8
2.3.2变压器选择和计算……………………………………………9
3短路计算 …………………………………………………………10
3.1短路计算通常规则……………………………………………………10
3.2短路电流计算…………………………………………………………10
3.2.1各元件电抗计算………………………………………………10
3.2.2 等值网络化简 ………………………………………………11
4电气设备选择 …………………………………………………16
4.1电气设备选择通常标准………………………………………………16
4.2电气设备选择条件……………………………………………………16
4.2.1按正常工作条件选择电气设备 …………………………………16
4.2.2按短路情况校验 …………………………………………………17
4.2.3 断路器和隔离开关选择 ………………………………………19
4.2.4 电流互感器选择 ………………………………………………20
5结束语 ……………………………………………………………21
6参考文件 …………………………………………………………22

1 火力发电厂电气部分设计任务书
1.1设计原始资料
火力发电厂：
装机5台，分别为供热式机组2*50MVA(=10.5kv),凝汽式机组2*15MVA,
(=10.5kv)，1*300MVA(=10.5kv),厂用电率6%，机组年利用小时=6500小时。
电力负荷和电力系统连接情况以下：
1、10.5KV电压级最大负荷20MW,最小负荷15MW,cos=0.8,电缆馈线6回；
2、110KV电压级最大负荷250MW,最小负荷200MW,cos=0.85,=4500h,架空线6回，系统归算到本电厂110KV母线上电抗标幺值=0.024（基准容量为100MVA）；
3、220KV电压级和容量为3500MW电网连接，架空线6回，系统归算到本电厂220KV母线上电抗标幺值=0.02（基准容量为100MVA）；
4、 发电机组电抗，均为折算到所连接母线上电抗标幺值=0.02（基准容量为100MVA）。

电气主接线形式（老师要求）：
220KV采取双母带旁路母线接线，110KV采取双母带旁路母线接线。

1.2设计任务和要求
(1) 电气主接线选择
注：火力发电厂发电机-变压器接线方法通常采取单元接线方法，注意主变容量应和发电机容量相配套。我们两电压等级母线选择接线方法为：220KV采取双母带旁路母线接线，110KV采取双母带旁路母线接线。

(2) 短路电流计算
在满足工程要求前提下，为了简化计算，对短路电流进行近似计算法。结合电气设备选择选择短路电流计算点求出各电源提供起始次暂态电流，冲击电流，及计算短路电流热效应所需不一样时刻电流。
(3) 关键电气设备选择
要求选择：220KV侧出线断路器、隔离开关、电流互感器。

2 电气主接线
2.1 系统和负荷资料分析
发电厂容量确实定和国家经济发展计划、电力负荷增加速度、系统规模和电网结构和备用容量等原因相关。发电厂装机容量标志着发电厂规模和在电力系统中地位和作用。
发电厂运行方法及年利用小时数直接影响着主接线设计。从年利用小时数看，该电厂年利用小时数为6500h/a，远大于中国电力系统发电机组平均最大负荷利用小时数5000h/年；又为火电厂，所以该发电厂为带基荷发电厂，在电力系统占比较关键地位，所以，该厂主接线要求有较高可靠性；从负荷特点及电压等级可知，该电厂含有10.5kv、110KV和220KV三级电压负荷。110KV电压等级有6回架空线路，最大年利用小时数为6500h/a，说明对其可靠性有一定要求；220KV电压等级有6回架空线路，最大年利用小时数为6500h/a，其可靠性要求较高。

2.2 主接线方案选择
2.2.1方案确定依据
电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以要求图形和文字符号，按电能生产、传输、分配次序及相关要求绘制单相接线图。
对电气主接线基础要求，概括说应该包含可靠性、灵活性和经济性三方面。
(1) 电气主接线设计基础要求
a.可靠性
安全可靠是电力生产首要任务，确保供电可靠是电气主接
最基础要求。
电气主接线可靠性不是绝正确。一样形式主接线对一些发电厂和变电站来说是可靠，而对另外部分发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求。所以，在分析电气主接线可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中地位和作用、用户负荷性质和类型、设备制造水平及运行经验等很多原因。
发电厂或变电站在电力系统中地位和作用。
负荷性质和类型。
设备制造水平 。
长久运行实践经验。
b.灵活性
电气主接线应能适应多种运行状态，并能灵活地进行运行方法转换。灵活性包含以下多个方面。
操作方便性。
调度方便性。
扩建方便性。
c.经济性
在设计主接线时，关键矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。经济性关键从一下几方面考虑。
节省一次投资。
占地面积少。
电能消耗少。
(2) 电气主接线设计程序
电气主接线设计在各阶段中伴随要求、任务不一样，其深度、广度也有所差异，但总设计标准、方法和步骤基础相同。其设计步骤及内容以下。
a. 对原始资料分析
工程情况，包含发电机类型（凝气式火电厂、热电厂、或堤坝式、引水式、混合式水电厂等），设计要求容量（近期、远景），单机容量及台数，最大负荷利用小时数及可能运行方法等。
电力系统情况，包含电气系统近期及远景发展计划（5~），发电厂或变电站在电力系统地位及作用等
负荷情况，包含负荷性质和地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。
环境条件，包含当地气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质海拔高度及地震等原因
c.主接线方案确实定和选择
依据设计任务书要求，在原始资料分析基础上，依据对电源出线回路数、电压等级、变压器台数、容量和母线结构等不一样考虑，能够确定主接线方案。

2.2.2主接线方案确实定
表2-1主接线方案
电 压 等 级
方案
10.5KV
双母分段接线
110KV
双母带旁路母线接线
220KV
双母带旁路母线接线

电气主接线以下图：

图2-1 电气主接线图

2.3 主变压器选择和计算
2.3.1变压器容量确实定标准
(1) 单元接线主变压器容量确实定标准
单元接线时主变压器应按发电机额定容量扣除本机组厂用负荷后，留有10%裕度来确定。采取扩大单元接线时，应尽可能采取分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线计算标准算出两台机容量之和来确定。
(2) 变压器台数确实定标准
发电厂或变电所主变压器台数和电压等级、接线形式、传输容量和和系统联络有亲密关系。通常和系统含有强联络大、中型发电厂和关键变电所，在一个电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联络中、小型发电厂和低压侧电压为6-10KV变电所或和系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地域性孤立一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。
(3) 主变压器型式确实定标准
选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方法、调压方法等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数和绕组接线组别。在330KV及以下电力系统，通常全部应选择三相变压器。对于大型三相变压器，当受到制造条件和运输条件限制时，则宜选择两台小容量三相变压器来替换一台大容量三相变压器，或选择单相变压器。通常当最大机组容量为125MW及以下发电厂多采取三绕组变压器，对于最大机组容量为200MW及以上发电厂，通常采取双绕组变压器加联络变压器，当采取扩大单元接线时，应优先选择低压分裂绕组变压器，这么能够大大限制短路电流。
2.3.2变压器选择和计算
根据变压器容量、台数和型式确实定标准，该发电厂主接线采取3台三相双绕组主变压器和一台联络变压器。3台主变压器分别和3台发电机组组成单元接线，联络变压器选择三相三绕组降压自耦变压器。

表2-2 主变压器参数
110Kv级三项双绕组铝线电力变压器技术数据表
电力变压器型号
额定容量（kVA)
额定电压（Kv）
损耗（kW)
短路电压（%）
空载电流（%）
连接组标号
高压
低压
短路
空载
SSPL150000/110
150000
121±2×2.5%
13.8
646.25
204.5
12.68
1.73
YN,d11
220kV级三相双绕组电力变压器技术数据表
电力变压器型号
额定容量（kVa)
额定电压（Kv）
损耗（kW)
短路电压（%）
空载电压（%）
联结组标号
高压
低压
短路
空载
SSP-360000/220
360000
236±2×2.5%
18
1950
155
15
1
YN,d11

表2-3 联络变压器参数
220kV级三绕组电力变压器技术数据表

型号
额定容量（kVA)
额定容量（kV)
损耗（kW)
短路电压（%）
空载电压（%）
高压
中压
低压
空载
短路
高-中
高-低
中-低
高-中
高-低
中-低
SSPSL-180000/220
180000
236
121
13.8
254
1057
1173
712
14.2
24.1
8.1
2.16

3 短路电流计算
短路计算在设计发电厂主接线过程中有着关键作用，它为电气设备选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。当短路发生时，对发电厂供电可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能造成电力系统失去稳定，甚至造成系统解列。所以，对短路事故计算是很有必需，而且是必需进行一项工作。

3.1短路计算通常规则
(1) 验算导体和电气设备动稳定、热稳定和电气设备开断电流所用短路电流，应按本工程设计计划内容计算，并考虑电力系统远景发展计划（通常为本工程建成后5至）。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流正常接线方法，而不应按仅在切换过程中可能并列运行接线方法。
(2) 选择导体和电器用短路电流，在电气连接网络中，应考虑具体反馈作用对异步电机影响和电容赔偿装置放电电流影响。
(3) 选择导体和电器时，对不带电抗器回路计算短路点，应选择在正常接线方法时短路电流最大点。对带电抗器6KV至10KV出线和厂用分支回路，除其母线和母线隔离开关之间隔离板前引线和套管计算短路点选择在电抗器前外，其它导体和电器计算短路点选择在电抗器后。
(4) 导体和电器动稳定、热稳定和电器开断电流，通常按三相短路验算。

3.2 短路电流计算
3.2.1各元件电抗计算
选基准容量：Sd=100MVA，Uav=Ud
发电机:50MVA
150MVA
300MVA
等值电源：Sd=100MVA

变压器: T1，T2：====0.08453
T3：
==0.0839
==-0.005
==0.05

T4：===0.0417

3.2.2 等值网络化简

图2-2 等值网络图

图2-3 等值网络化简图1

图2-4 等值网络化简图2

图2-5 等值网络化简图3

表3-1 短路电流计算结果
G1.2
标幺值 有名值
0s 2.78 4.17
2S 2.13 3.19
4s 2.21 3.315
G3.4
标幺值 有名值
15.436 7.718
2.918 1.459
2.760 1.38
G5
标幺值 有名值
7.718 23.154
2.808 8.424
2.526 7.578
短路电流
42.477
13.078
12.273

4 电气设备选择
电气设备选择是发电厂和变电所电气设计关键内容之一。正确选择电气设备是使电气主接线和配电装置达成安全、经济运行关键条件。在进行电气设备选择时，应依据工程实际情况，在确保安全可靠前提下，主动而稳妥采取新技术，并注意节省投资，选择适宜电器。

4.1 电气设备选择通常标准
(1) 所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下要求，并考虑远景发展；在满足可靠性要求前提下，应尽可能选择技术优异和经济合理设备，使其含有优异性；
(2) 应按当地环境条件对设备进行校准；
(3) 所选设备应予整个工程建设标准协调一致；
(4) 同类设备应尽可能降低品种；
(5) 选择新产品均应含有可靠试验数据，并经正式判定合格。在特殊情况下，选择未经正式判定新产品时，应经过上级同意。

4.2 电气设备选择条件
正确选择电器是使电气主接线和配电装置达成安全、经济运行关键条件。在进行电器选择时，应依据工程实际情况，在确保安全可靠前提下，主动而稳妥采取新技术，并注意节省投资，选择适宜电器。电器要能可靠工作，必需按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

4.2.1按正常工作条件选择电气设备
(1) 额定电压和最高工作电压
电气设备所在电网运行电压调压或负荷改变，有时会高于电网额定电压，故所选电气设备许可最高工作电压不得低于所接电网最高运行电压。通常，要求通常电气设备许可最高工作电压为设备额定电压1.1-1.15倍，而电网运行电压波动范围，通常不超出电网额定电压1.15倍。所以，在选择电气设备时，所选择电气设备许可最高工作电压不得低于所接电网最高运行电压，即≥。
(2) 额定电流
电气设备额定电流IN是指额定周围环境温度下，电气设备长久许可电流。应大于该回路在多种合理运行方法下最大连续工作电流Imax，即≥Imax。
因为发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其对应回路Imax为发电机、调相机或变压器额定电流1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定（1.3-2倍变压器额定电流）；母联断路器回路通常可取母线上最大一台发电机或变压器Imax；母线分段电抗器Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，确保该段母线负荷所需电流，或最大一台发电机额定电流50%～80%；出线回路Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其它回路转移过来负荷。

4.2.2按短路情况校验
a. 短路热稳定校验
短路电流经过电气设备时,电气设备各部分温度应不超出许可值.满足热稳定条件为
≥Qk
式中：Qk为短路电流产生热效应，It、t分别为电器许可经过热稳定电流和时间。
b.电动力稳定校验
电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应能力，亦称动稳定。满足动稳定条件为
ies≥ish或Ies≥Ish
式中ish、Ish分别为短路冲击电流幅值和有效值；ies、Ies分别为电气设备许可动稳定电流幅值和有效值。
同时，应按电气设备在特定工程安装使用条件，对电气设备机械负荷能力进行校验，即电气设备端子许可荷载应大于设备引线在短路时最大电动力。
下列多个情况可不校验热稳定或动稳定。
（1） 用熔断器保护电气设备，其热稳定由熔断时间确保，故可不验算热稳定。
（2） 采取有限流电阻熔断器保护设备可不校验动稳定。
（3） 装设在电压互感器回路中裸导体和电气设备可不验算动、热稳定。
c.短路计算时间
（1）热稳定短路计算时间。该时间用于校验电气设备在短路状态下热稳定，其值为继电保护动作时间和对应断路器全开断时间之和，即
=+
断路器全开断时间是指给断路器分闸脉冲传送到断路器操动机构跳闸线圈时起，到各相触头分离后电弧完全熄灭为止时间段。显然，包含两个部分，即
=
（2）短路开断计算时间。断路器不仅在电路中作为操作开关，而且在短路时要作为保护电器，能快速可靠地切断短路电流。为此，断路器应能在动静触头刚分离时刻，可靠开断短路电流，该短路开断计算时间和断路器固有分闸时间之和，即
=
对于无延时保护，为保护开启和实施机构时间之和，传统电磁式保护装置通常为0.05~0.06s，微机保护装置通常为0.016~0.03s。

4.2.3 断路器和隔离开关选择
选
发电机最大连续工作电流：

依据110KV出线回路、及断路器安装在屋内要求，查附表5，可选LW6-220/3150型户外断路器，固有分闸时间为0.03s
短路热稳定计算时间为4s
因为>1s，不计非周期热效应，短路电流热效应等于周期分量热效应
冲击电流：

表4-1 断路器、隔离开关选择结果表
计算数据
SW6-220/3150型断路器
GW4-220D/1000-80型隔离开关

220KV

220KV

110KV

1336.43A

3150A

1000A

42.477KA

50KA
-

114.14KA

125KA
-

1221.754

114.14KA

125KA

80KA

断路器选择：
1．从表1-2中可知，
符合高压断路器额定电压和电流选择。
2．开断电流选择：从表1-2中可知
3.短路关合电流选择：从表1-2中可知
4.短路热稳定和动稳定校验：
从表1-2中知，

隔离开关和断路器相比，在额定电压、电流选择及短路动、热稳定校验项目相同。但因为隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流校验。

4.2.4 电流互感器选择
=114.14KA =1221.754 =1336.43A
依据电流互感器安装处电网电压，，查附表8电流互感器技术参数，选LCW-220型电流互感器。

校验互感器热稳定和动稳定：
从附表8中得悉，热稳定系数=60，动稳定系数=60

5 结束语
发电厂课程设计是理论知识具体利用，是一个综合能力强化，经过设计，我了解了发电厂基础整体设计思绪，因为部分条件理想化，难免和实际发电厂线路设计和电气设备选择有出入。经过这次设计，将前面所学知识利用到了设计之中，愈加好了融会贯通了各学科之间联络，所学理论和实践结合起来愈加好达成了学以致用效果，原来模糊概念在这次设计中得以清楚化、条理化，尤其是短路计算，得到了显著加强。在这次设计中，经过查阅多种资料，也对发电厂电气部分知识有了更深入拓展了解。此次设计不仅加强了专业课知识利用，同时也对以后工作中可能碰到问题有了提醒，各部分全部是相互联络，稍有错误将造成后续部分分析全部错误，这也提醒了我们学习需要很好严谨性。
在此次课程设计中，关键任务是电气主接线选择，主变压器和联络变压器选择，短路电流计算，断路器、隔离开关和电流互感器选择，经过这些步骤设计，使我能熟练利用以前所学知识，提升自己理论和实践结合能力。
在这两星期设计过程中，得到了李老师和同学们很大帮助，使我顺利完成了这次课程设计。在此表示由衷地感谢！

6 参考文件
[1] 熊信银，朱永利. 发电厂电气部分. 3版. 北京：中国电力出版社，
[2] 涂光瑜. 汽轮发电机及电气设备. 北京： 中国电力出版社，
[3] 楼樟达，李杨. 发电厂电气设备. 北京： 中国电力出版社，1998
[4] 熊信银,张步涵. 电力系统工程基础. 武汉： 华中科技大学出版社，
[5] 姚春球. 发电厂电气部分. 北京： 中国电力出版社，
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[7] 胡志光. 火电厂电气设备及运行. 北京：中国电力出版社，
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[9] 熊信银，唐巍. 电气工程概论. 北京：中国电力出版社，
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