1200MW的凝汽式区域性火电厂电气一次部分及其厂用电高压部分的设计毕业论文.doc

发电厂的设计需要考虑诸多复杂的条件因素，本设计是一种简单的整体设计，严格依照设计步骤，即对原始资料分析、主接线方案的拟定与选择、短路电流计算和主要电气选择、绘制电气主接线图、编制工程预算，其中工程预算在本设计中仅作估计处理，不作严格计算，而短路电流的计算是基于变压器，发电机的选择之上且影响到后面电气设备的选择，起着承前启后的作用。设计工作是工程建设的关键环节，是工程建设的灵魂。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产的综合经济效益，起着决定性的作用。它是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各方面的综合性的应用技术科学。设计工作的基本任务是，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、安全适用、技术先进、综合经济效益好的设计，有效地为电力建设服务。因此做好设计工作对工程的建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。本设计的目的是使树立工程观点，加强基本理论的理解和工程设计基本技能的训练，了解现代大型发电厂的电能生产过程及其特点，掌握发电厂电气主系统的设计方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到训练，为今后从事电气设计、运行管理和科研工作，奠定必要的理论基础。本设计是对4×300MW总装机容量为1200MW的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用电高压部分的设计，它主要包括了四大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。其中详细描述了主接线的选择、短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并对设计进行了理论分析。1 系统与负荷资料分析1.1 工程情况由原始资料可知，。本设计根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为1200MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装4台300MW机组，总容量占电力系统总装机容量的,没有超过电力系统检修备用容量8%15%和事故备用容量10%的要求，这说明了该火电厂在未来电力系统中的不占主导作用和地位，主要是负责地区供电，而且年利用小时数为,又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，因此该电厂的电气主接线要求有较高的可靠性。电厂建成后以6KV电压供给本厂负荷，厂用电为6%。以220KV电压等级供给系统，架空线6回，属于I级负荷，最大输送710MW，并以110KV电压等级供给负荷，架空线8回，也属于I级负荷，最大输送430MW，。并且本设计需要做到的技术指标要求保证供电安全、可靠、经济，且功率因数达到0.85。1.2 电力系统情况该发电厂在电力系统中的作用与地位为地区电厂，电力系统总装机容量为16000MW，短路容量为12000MVA。该发电厂联入系统的电压等级为220KV。1.3 负荷分析该发电厂有两个电压等级，其负荷分析分别如下 ：220KV电压等级：有架空线6回，备用2回，即8回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送710MW，最大负荷小时数为6000h/a，功率因数为0.85。110KV电压等级：有架空线8回，备用2回，即10回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送430 MW，最大负荷小时数为6000h/a，功率因数为0.85。由于两个电压等级所联负荷均为一级负荷，且最大负荷小时数为6000h/a，故对主接线的可靠性要求很高。1.4 环境情况由原始资料可知，当地海拔高600M，故可采用非高原型的电气设备；当地年最高温度为40度，年最低温度为-20度，最热月平均最高温度为32度，最热月平均最低温度为25度，气象条件无其他特殊要求。1.5 发电机的选择汽轮发电机由汽轮机直接耦合传动。励磁机是向汽轮发电机提供励磁的设备。1. 冷却方式采用的冷却方式，定子绕组和转子有空冷、水内冷和氢内冷等。在转子氢内冷系统中，又有轴向通风等多种方式，一般发电机容量在100MW以上的普遍采用定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷系统采用轴向通风。 2. 励磁方式发电机容量在100MW以上的普遍采用同轴交流励磁机经静止半导体整流励磁方式。根据原始资料中给出了发电机的容量及一般的冷却方式、励磁方式，选择出发电机的型号，选择结果如表1.1表1.1 发电机型号及参数型号额定功率（MW）额定电压（KV）额定电流（KA）功率因数（）同步电抗(Xd%)瞬变电抗(X'd%)超瞬变电抗(X"d%)QFSN-300-230018113200.85236.3531.9317.1型号含义； 22极200/300额定容量N氢内冷F发电机Q汽轮机S水内冷2 电气主接线设计2.1 主接线概述电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。所以，它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面：2.1.1 可靠性在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠程度。可靠性的具体要求在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。2.1.2 灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求；在检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。2.1.3 经济性要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备；要节省继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少；经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。2.2 拟定可行的主接线方案2.2.1 110KV侧出线为10回架空线路，I级负荷，最大输送430MW，为实现不停电检修出线断路器，可采用单母线分段或双母线接线形式。由于四台发电机组单机容量均为300MW，而110KV侧的最大负荷为430MW，其全年平均负荷为。若接一台300MW机组，其容量接近于年平均负荷294.52MW，若当联络变压器出现故障时，会造成发电机大量积压容量，可能引起发电机出现甩负荷现象，并且在选择主变压器时有一定困难，所以在110KV侧不接发电机，而通过两台联络变压器从220KV侧引接来给110KV侧负荷供电。而且，同型号的发电机一般接在同一电压等级，因此为使联络变容量竟可能小，对于110KV电压等级，拟采用不接发电机组的方式。2.2.2 220KV侧出线为8回架空线路，I级负荷，为使其检修出线断路器时不停电，可采用双母线或双母分段接线形式，以保证供电的可靠性和灵活性。四台发电机的出口电压均为20KV、单机容量均为300MW，其额定电流和短路电流都很大，发电机出口断路器制造困难，价格昂贵，并且300MW及以上机组对供电可靠性要求级高，拟采用分相封闭母线直接与主变压器连接，并构成单元接线接至220KV母线上，可减少出口断路器和隔离开关，大大限制短路电流，提高可靠性与经济性，也减少事故的发生。综上所述，可拟定两种主接线方案：图2.1 凝汽式火电厂一次部分主接线方案一图2.2凝汽式火电厂一次部分主接线方案二 2.2.3 比较主接线方案方案一110KV侧采用单母分段接线形式，220KV侧采用双母线接线形式；方案二 110KV侧采用双母接线形式，220KV侧采用双母线接线形式，其对比如表2.2所示。表2.2 方案接线方式对比电压等级方案 一方案 二110KV单母分段接线双母线接线220KV双母线接线双母线接线两个方案发电机与变压器采用单元接线形式，没有发电机电压母线，所以不需要比较。对于110KV电压等级接线形式，方案一采用的是单母线分段接线形式，方案二采用的是双母线接线形式。从经济性方面看，两个方案中，方案二占地面积较大，但所用断路器数量和方案一一样，因此，在投资上，两个方案基本相当；从可靠性方面看，方案一可靠性相对较差；从灵活性方面看，方案一运行方式单一，灵活性最差。因此，110KV侧应选用双母线接线形式，对于220KV电压等级接线形式，方案一和方案二接线形式一样，可靠性高。因此，220KV侧选用双母线接线。两种方案中方案二是最优方案，所以选择方案二作为该凝汽式火电厂的主接线方案。2.3 变压器容量、台数和型式的确定原则 (1) 单元接线的主变压器容量的确定原则单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。 (2) 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下，网络间的有功功率和无功功率交换，一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求；同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。此外，为了布置和引线方便，通常只设一台，在中性点接地方式准许条件下，以选自耦变压器为宜。其低压绕组兼作厂用备用电源或无功功率补偿装置。 (3) 变压器台数的确定原则发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联系的中、小型发电厂和低压侧电压为6-10KV的变电所或与系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。 (4) 主变压器型式的确定原则选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。在330KV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，增加了维修工作量。对于大型三相变压器，当受到制造条件和运输条件的限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器来取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。一般当最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，对于最大机组容量为200MW及以上的发电厂，通常采用双绕组变压器加联络变压器，当采用扩大单元接线时，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样，可以大大限制短路电流。变压器三绕组的接线组别必须与系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星型“Y”和三角形“D”两种。变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。我国规定，110KV及以上电压等级，变压器三绕组都采用“YN”连接；35KV采用“Y”连接，其中性点通过消弧线圈接地；35KV以下高压电压，变压器三绕组都采用“D”连接。在发电厂和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响因素，根据以上绕组连接方式的原则，主变