150MW火力发电厂电气部分设计.docx

由发电、配电、输电、变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。火力本文主要完成了电气主接线的方案设计及其经济型分析，主要电气设备的选择，包括主变压器的容量计算。在发电厂短路电流计算的基础上，进行配电装置的选型方案的设计。回路。在火力发电厂电气部分设计中，一次回路的设计是主体，它是保证供电可靠性、经济性和电能质量的关键，并直接影响着电气部分的投资。本文主要完成了电气主接线的方案设计及其经济型分析，主要电气设备的选择，包括主变压器的容量计算。在发电厂短路电流计算的基础上，进行配电装置的选型方案的设计。关键词：发电厂；电气主接线；电气设备第1章绪论11.1 电力工业的发展概况11.2 发电厂预设规模11.3 发电厂接入系统的原则2第2章电气主接线设计32.1 电气主接线设计的基本要求32.2 拟定可行的主接线方案32.3 3变压器的选型5第3章短路电流的计算62.4 1概述63.2 短路电流计算条件63. 3短路计算73.4画等值网络图7第4章发电厂避雷装置的设计134. 1概述134.2 雷电过电压的形成与危害134.3 电气设备的防雷保护134.4 避雷针的配置原则144. 5避雷针位置的确定144.6防雷保护措施15第5章电气设备的校验185. 1断路器的校验185.2隔离开关的校验185.3电流互感器的校验19第6章课程设计总结20参考文献21第1章绪论由发电、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（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）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。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。1.1 电力工业的发展概况随着我国电力事业迅猛发展，工程规模在不断扩大，所采用的电气设备在不断更新换代。通过具体实践摸索及不断总结、积累和丰富了很多宝贵的运行经验和设计经验。自九十年代起，我国陆续修订了所有的规程和规范，电气标准全面向IEC标准靠拢，并等效地被采用。从1982年起，分十几批淘汰了大量的落后机电产品，多次整顿生产秩序，加强了对电气产品的质量管理，努力缩小了发达国家的差距,引进和开发了具有国际先进水平的电气设备。二十多年来我们无论是在设计标准、设计依据和设计方法上，还是在设计所选用的先进技术和设备上都有了腾飞性的发展。随着对大中型水电站推广“无人值班、少人值守”的运行方式，电站的自动化水平越来越高，要更广泛地采用高水准的设备，相应地对厂用电系统设计和厂用设备选型上也提出了更高的要求。1.2 发电厂预设规模1 .厂址概况：本厂为坑口电厂，所有燃料由煤矿直接供给。电厂生产的电能除用于厂用外，全部22OkV线路送入周边系统。厂区地势较不平坦，地质条件好,有新的公路、铁路通向矿区，交通方便。厂址附近有大河通过，水量丰富，冻土层1.5米深，覆冰厚IOmm；最大风速20m/s；年平均温度+6C,最高气温+38C,最低气温-36,土壤电阻率50Om°2 .机组参数:锅炉：4×HG-670140-1.汽机：2×N200-130/535/535发电机：4×QFQS-200-23 .火力发电厂的接线图，如图"7ETgu卜THeqt/TWftT0色m<t<er图1.1火力发电厂接线图1.3发电厂接入系统的原则在拟定发电厂接入系统的方案时，应明确该厂规划装机容量、单机容量、送电方向、功率、供电距离及在电力系统中的地位和作用，对于不同规模的发电厂及发电机组，应根据在系统中的地位，接入相应电压等级的电力网。在负荷中心的中小发电厂，在发电机端设立母线，发电机经母线及升压变压器接入系统；对远离负荷中心的火力发电厂，应直接接入高压主网。单机容量为100125MW的机组,当系统有稳定性要求时,应直接升压接入22OkV电力网;单机容量为500MW及以上的机组，一般直接升压接入500kV电力网川。第2章电气主接线设计2.1 电气主接线设计的基本要求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。概括地说包括以下五个方面：1 .可靠性；2 .灵活性；3 .经济性；4 .操作应尽可能简单、方便；220kV电压等级常用接线方式220kV电压级常用接线方式及适用范围总结见表2-1o表2.1220kV电压级常用接线方式及适用范围电压接线方式适用范围220双母线或单母线采用SF6全封闭组合电器时，不设旁路措施；采用SF6断路器时，不宜设旁路措施；采用少油断路器出线在4回及以上时，采用带专用旁母断路器的旁路母线双母线分段安装200MW及以下机组，电厂容量在800MW及以上，进出线1014回：采用双母线双分段配置困难的配电装置双母线双分段安装200MW及以下机组，电厂容量在IOOOMW及以上，进出线15回及以上2.2拟定可行的主接线方案1采用双母线分段接线方式，将双回路分别接于不同的母线段上，可缩小母线故障的影响范围，主接线形式见图27。图2.1方窠接线图2采用双母线接线，断路器采用高可靠性的5线断路器。主接线形式见图2.2。2.2方案二接线图3方案的比较与选定1 .可靠性方案一将双回路分别接于不同的母线段上，保证了系统的供电可靠性，减小了停电的几率，缩小了母线的故障范围。方案二可以通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至使供电中断。在检修任意线路断路器时，该回路需短时停电。断路器采用5联断路器，检修周期长，不需要经常检修减小了断路器检修停电的几率。通过对比可见，可靠性方面方案一的可行性稍高于方案二。2 .经济性方案一多装了价高的断路器及隔离开关，投资增大，占地面积增加。方案二设备相对少，投资小，年费用小，占地面积相对较小。通过对比可见，经济性方面方案二的可行性明显优于方案一。通过对实际情况的分析，方案二在可靠性上略低于方案一,但断路器采用SF6断路器，它的检修周期长，不需要经常检修。这样就可以减小了断路器检修停电的几率。在经济性上，方案二明显高于方案一，因而综合考虑选择方案二。2. 3变压器的选型主变压器在电气设备投资中所占比例较大，同时与之相适应的配电装置，特别是大容量、高电压的配电装置的投资也很大。因此，主变压器的选择对发电厂、变电所的技术性影响很大。本次设计中变压器均为单元接线形式,单元接线时变压器容量应按发电机的额度容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。1.IPNG(I-KP)JN一cosr(2-1)式中PNG一发电机容量，为200MW；SN一通过主变的容量；KP一厂用电，为8%；CoSG一发电机的额定功率，为0.85。发电机的额定容量为200MW,扣除厂用电后经过变压器的容量为：=1.IPNG(I-KP)=11X2OO(1OO8)=238.12MVAcosg0.85选定三相风冷自然循环双绕组无励磁调压变压器，型号为：SF10-240,参数为240000-242±2x2.5%/15.75。第3章短路电流的计算1 .1概述电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在供电系统的设计和运行中，还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统危害最大的是短路故障。短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。因此，短路电流计算是电气主接线的方案比较、导体及电气设备的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的基础。短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。如电力系统中，相与相之间的中性点直接接地系统中的相与地之间的短接都是短路。为了保证电力系统的安全，可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，一定要考虑系统等不正常工作状态。造成短路的原因通常有以下几种：1,导体及电气设备因绝缘老化、或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起的绝缘损坏。2 .架空线路或因大风或导线覆冰引起的电杆倒塌等，或因鸟兽跨界裸露导体等都可能导致短路。3 .电气设备因设计、安装、维护不良和运行不当或设备本身不合格引发的短路。4 .运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等都会造成短路。根据国外资料显示，每个人都有违反规程操作的意识。5 .其它原因，如输电线断线、倒杆、碰线、或人为盗窃、破坏等原因都可能导致短路。3. 2短路电流计算条件1 .正常工作时，三相系统对称运行。2 .所有电流的电功势相位角相同。3 .电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。4 .短路发生在短路电流为最大值的瞬间。5 .不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻略去不计。6 .不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流。7 .元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。8 .输电线路的电容略去不计。3. 3短路计算选择流过所要校验的设备内部和载流导体的短路电流最大的短路点为短路计算点，本次计算中选取的短路点为发电机出口短路点d1.、22OkV母线短路点d2、厂用6kV高压母线短路点d3o3. 4画等值网络图1 .去掉系统中的所有负荷分支、线路电容和各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗X；。2 .计算网络中各发电机的基本参数见表3.1,各变压器的基本参数见表4-2。表3.1发电机参数型号额定容量额定电压额定电流功率因数X：QFQS-200-200M15.75k14.8625A0.852WV44%300M1132016.QFS-300-218kV0.85WA7%TS1264/300-4300MHOOO30.18kV0.8758WA56%表3-2变压器参数型号额定电压(kW)短路阻抗()SF10-240000242/15.7513SF10-3150015.75/6.39.8SFP7-360000242/1814本设计的系统的等值网络图如图3.1所示。OX1.><l-46图3.1等值网络图3.将各元件电抗换算为同一基准的标么电抗取基准容量SB=IOOMVA,电压基准值为各段的平均额定电压，UP1.=242kV,UD产15.75kV,d3=6.3kVoP-(1)4X200MW火力发电厂发电机的电抗标幺值为X12=X14=X16=X18=(区2)X(%=(此丝)X()=0.0722,2,4,6,8IOOSN