4×100MW+2×300MW发电厂电气部分设计论文.docx

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学校代码：

10128

学 号：

200621202084

本科毕业设计说明书

（

题 目：

4×100MW+2×300MW发电厂电气部分设计学生姓名 ：

马洁

学 院：

电力学院

系 别：

电力工程及其自动化专 业：

电气工程及其自动化班 级：

电气06-3班

指导教师：

李立新讲师

二〇一〇年六月

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书

摘 要

此次设计的主要任务是4×100MW+2×300MW的地区性火电厂电气部分的初步设计。

在设计中设计了发电厂电气主接线设计，对发电机、主变压器、启动/备用变压器进行选型。

计算发电机、变压器等的参数，画等值网络图，合理选择短路点进行短路电流计算并列出短路电流计算结果表，根据计算结果进行其他电气设备；根据计算结果进行其他电气设备包括断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、接地开关、避雷器、熔断器、母线等的选择与校验。

最后，为防止雷击事故，对发电厂又进行了防雷接地保护计算。

设计中要查阅大量的专业资料，逐步掌握查阅，运用资料的能力。

通过在校外的设计和实习，收集资料，使设计更具实用性，又可以总结四年来所学的电力工业的所有相关知识，理论联系实际。

为我们日后的工作打下了坚实的基础。

关键词：

电气主接线；短路计算；设备选择；防雷与接地计算

Abstract

Themaintaskofthisdesignistheregionof4×100MW+2×300MWthermalpowerplantofthepreliminarydesignoftheelectricalpart.Designedinthedesignofthemainelectricalwiringdesignofpowerplants,maintransformers,start/standbytransformerselection.Calculationofgenerators,transformersandotherparameters,theequivalentnetworkdiagramdrawn,reasonablechoiceofshort-circuitshort-circuitcurrentcalculationofpointsandshort-circuitcurrentcalculationresultsarelistedinTable,accordingtothecalculationresultsofotherelectricalequipment;inaccordancewithresultsforotherelectricalequipmentincludingcircuitbreakers,isolationswitch,voltagetransformers,currenttransformers,earthingswitches,surgearresters,fuses,bus,etc.Theselectionandvalidation.andfinally,inordertopreventalightningstrikeaccident,carriedoutonthesubstationgroundinglightningprotectiontoprotectcomputing.

Thedesignofalargenumberofprofessionalstoaccessinformation,andgraduallymastertheaccessanduseinformation.Throughthedesignandoff-campusinternships,thecollectionofinformationtoenablethedesignofmorepracticalandcanbesummarizedinfouryearsofpowerindustrybylearningalltherelevantknowledge,theorywithpractice.Forourfutureworktolayasolidfoundation.

Keywords:

electricalmainwiring;short-circuitcalculation;equipmentselection;Lightningcalculationandgrounding

符

〈1〉主要符号：

号

说明

I″——0S短路电流周期分量

R——电阻

（有名值）

Z——阻抗

Id.t——断路器实际开断时间t秒的

X——电抗

短路电流周期分量

I——电流

Ib——基准电流

It——断路器t秒热稳定电流。

其

中tdz=tz+0.05β″2

IN——额定电流

由β″=I″/ I和短路电流计算时

U——电压

间t

Ub——基准电压

Ug——电网工作电压

UN——额定电压

UGF——工频放电电压

UN1——额定电压（一次侧）

UMI——额定灭弧电压

UN2——二次侧额定电压

K0——温度修正系数

〈2〉常用符号：

L——长度

Ikd——最大开断电流

H——高度

IOh——全电流最大有效值

P——短路损耗

I＊″——0S短路电流周期分量

P——负荷

（标值）

W——能量

Ich——短路电流冲击值

tkd——固有分闸时间

Ibr——断路器的额定开断路器

tdz——短路电流发热等值时间（又称

Ig.max——最大持续工作电流

假象时间

Imax——断路器极限通过电流

Sn——变压器的容量

峰值

Xjs——支路计算电抗（标幺值）

I∞——稳态三相短路电流

目录

引言 1

第一章电气主接线设计 2

1.1主接线的设计原则和要求 2

1.1.1电气主接线的设计依据 2

1.1.2设计主接线的基本要求 2

1.2电气主接线的设计 3

1.2.1大、中型发电厂的接线要求 3

1.2.2主接线图 4

1.3.1主变压器台数的确定 4

1.3.2主变压器容量的确定 4

第二章厂用电设计 6

2.1发电厂自用电设计的原则和要求 6

2.1.1对厂用电设计的要求 6

2.1.2厂用电设计的一般原则 6

2.2厂用变压器的选择 7

2.2.1容量选择 7

2.2.2厂用变压器的选择 8

2.2.3厂用高压启动/备用变的选择 9

2.3厂用电原理图 9

2.3.1本厂厂用电设计说明 9

第三章短路电流计算 12

3.1短路电流计算的目的 12

3.2短路电流计算步骤 12

3.2.1短路计算步骤 12

3.2.2等值电路短路点的选择 12

3.4各元件参数值的计算 13

3.4.1发电机电抗标幺值的计算 13

3.4.2变压器电抗标幺值的计算 14

3.4.3厂用变压器的电抗标幺值的计算 14

3.5各短路点的计算 16

3.5.1F1点短路的短路计算 16

3.5.2F2点短路的短路计算 19

3.5.3F3点短路的短路计算 21

3.5.5F5点短路的短路计算 27

3.5.6F6点短路的短路计算 31

3.6短路计算表 35

第四章电气设备的选择及校验 38

4.1电气设备选择的一般原则 38

4.1.1一般原则 38

4.1.2导体和电器选择和校验项 38

4.2母线及架空线的选择与校验 39

4.2.1母线的选择及校验原则 39

4.2.2220KV母线选择 40

4.2.3500KV母线选择 41

4.2.4发电机变压器封闭母线的选择 41

4.2.5220KV出线选择 41

4.3断路器的选择与校验 42

4.3.1断路器型式的选择 42

4.3.2断路器选择的具体技术条件简述如下 42

4.3.3220KV主变高压侧断路器（母线及其母联上） 43

4.3.4220KV出线断路器选择 44

4.3.5联络变压器同220KV母线所选断路器 45

4.3.6500KV断路器选择 46

4.3.7联络变500KV侧断路器 47

4.3.8联络变低压侧断路器：

48

4.4隔离开关的选择与校验 49

4.4.1隔离开关的用途 49

4.4.2隔离开关的选择与校验 49

4.4.3220KV主变高压侧的隔离开关的选择 50

4.4.4220KV出线隔离开关的选择 51

4.4.5500KV侧隔离开关的选择 51

4.5高压熔断器的选择与校验 52

4.5.1熔断器的作用 52

4.5.2选择的技术原则 52

4.5.3发电机出口处与电压互感器相连的熔断器的型号：

RN2 53

4.6电压互感器的选择与校验 53

4.6.1电压互感器的作用 53

4.6.2电压互感器的选择与校验原则 53

4.6.3电压互感器型式的选择 54

4.7电流互感器的选择与校验 55

4.7.1电流互感器的作用 55

4.7.2电流互感器的选择与校验原则 55

4.7.3发电机出口电流互感器的选择与校验 55

4.7.4主变压器出口电流互感器的选择与校验 56

第五章本厂防雷设计 58

5.1防雷保护及其配置 58

5.1.1避雷针的保护 58

5.1.2避雷线的保护 59

5.2避雷器保护及配置 60

5.3避雷器的主要技术参数 60

5.4避雷器的配置 61

5.5防雷计算 62

5.5.1避雷针的保护范围 62

5.5.2防雷计算 63

5.6避雷器的选择与校验 65

5.6.1氧化锌避雷器应按下列条件选择 65

5.6.2联络变上220KV侧避雷器的选择 66

5.7接地计算 67

结 论 68

参考文献 69

附录 70

谢 辞 72

引言

为了适应电力系统发展趋势，通过本次设计，应该能够综合应用电气工程及其自动化专业的知识，设计出一个符合工程实际的电厂，尽早掌握电厂运行知识，培养实践能力和独立工作能力。

预期目标：

电气主接线设计；厂用电设计，选择厂用变压器；短路电流计算，列出短路计算结果表；主要电气设备选型及校验，本厂防雷系统设计。

我国电力工业已经进入了大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化、信息化发展的新时期。

但与发达国家仍有较大差距，人均占有装机容量和人均占有发电量较低；火电厂的平均发电煤耗、供电煤耗、厂用电率及电网损耗率等仍较高；火电厂的污染物排放量较高；电网相对薄弱，供电可靠性偏低；发供电设备质量问题较多，性能欠佳。

根据教学的基本要求和教学计划的需要，采用了从教学设计中进一步掌握电力系统各专业的基础知识并能够进一步用于实践，以防止教学中出现理论与实践不统一的现象发生。

为尽量拓宽内容，提供较为广泛的参考资料，以适应各种类型毕业设计的需要。

既注意与课程教学的结合，又适合顾及自身的完整。

我们都全身心投入到设计中，为较好地完成课程设计，翻阅了大量的相关资料，请教指导教师毕业设计中的相关问题。

既增强了理解，又完成理解上的增强，可谓受益匪浅。

35

第一章电气主接线设计

1.1主接线的设计原则和要求

电气主接线是发电厂电气设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。

主接线方案的确定与发电厂的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟订有较大的影响。

因此主接线的设计是一个综合性的问题。

1.1.1电气主接线的设计依据

1、发电厂在电力系统中的地位和作用

发电厂电气主接线方案的选择，主要决定发电厂的类型、工作特性、发电厂的容量、发电机和主变压器的台数和容量。

2、发电厂的分期和最终建设规模

发电厂建设规模应根据电力系统5-10年发展规划进行设计。

3、负荷大小和重要性

（1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。

（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

（3）对于三级负荷一般只需一个电源供电。

（4）系统备用容量大小

（5）系统专业对电气主接线提供的具体资料

1.1.2设计主接线的基本要求

（1）可靠性：

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。

衡量主接线运行可靠性的标志是：

①断路器检修时，能否不影响供电。

② 线路、断路器或母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长

短，以及能否保证对重要用户的供电。

③对大机组超高压情况下的电气主接线，应满足可靠性准则的要求。

（2）灵活性

① 调度灵活，操作简便：

应能灵活地投入某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

② 检修安全：

应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。

（3）经济性

① 投资省：

主接线应简单清晰，控制、保护方式不过于复杂，适当限制断路器电流。

②占地面积小：

电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件。

③ 电能损耗少：

经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。

1.2电气主接线的设计

（1）本工程情况：

区域性火电厂，设计规划容量近期

4´100+2´300（MW）；最大负荷利用小时数5500h。

（2）电力系统情况：

发电厂）220KV电压等级承担部分地区负荷，承担基荷；最大负荷300MW，最小负荷250MW，为I类、II类负荷。

500KV与无穷大系统连接，接受该发电厂的剩余功率

1.2.1大、中型发电厂的接线要求

大型发电厂（总容量1000MW及以上，单机容量100MW以上），一般距负荷中心较远，电能需要用较高压输送，故宜采用简单可靠的单元接线方式，直接接入高压或超高压系统。

1.2.2主接线图

G

G

G

G

G

G

1.3主变压器的选择

1.3.1主变压器台数的确定

根据电力系统建设和运行经验，一般是台数少、容量大的方案要优于台数多、容量小的方案。

为了能把全部剩余功率送入电力系统，同时也保证发电机电压出线供电的可靠性，确定采用单元接线，选择六台主变压器。

1.3.2主变压器容量的确定

单元接线中的主变压器容量应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度选择：

SN=1.1PNG（1-KP）/cosj

（1—1）

式中：

PNG—发电机容量，MW；

cosj—发电机额定功率因数；

KP—厂用电率。

1）100MW机组侧主变压器容量：

SN=1.1PNG（1-KP）/cosj=1.1´100´（1-8%）/0.85=119.06（MVA）

2）300MW机组侧主变压器容量：

SN=1.1PNG（1-KP）/cosj=1.1´300´（1-8%）/0.85=357.18（MVA）

本厂主变压器选择结果表如下：

表1.2变压器参数

型号

额定容量

（KVA）

额定电压

联接组标号

损耗（KW）

空载电流

（％）

阻抗电压

（%）

高压

低压

空载

短路

SFPS7-120000/220

120000

242±2

´2.5%

10.5

YNd11

118

385

0.9

11.2

SFP7-360000/500

360000

525

20

YNd11

225

1060

0.7

16

第二章厂用电设计

发电厂装有许多设备，如照明、充电机、鼓风机等等，这些称为自用电负荷。

在电力系统中，发电厂的自用电负荷是最重要的负荷。

如不能保证对自用电负荷的正常供电，则发电厂便不能正常工作，这就要影响系统的正常运行和经济运行。

因此，自用电的设计和安全经济地运行，是十分重要的任务。

2.1发电厂自用电设计的原则和要求

2.1.1对厂用电设计的要求

厂用电接线除应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，还应满足下列特殊要求：

（1）尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故；

（2）充分考虑发电厂正常、事故、检修和起动等运行方式下的供电要求，切换操作简便；

（3）厂用电配电装置的布置应结合主厂房的布局确定，尽量节省电缆用量，并避开潮湿和灰尘的场所。

容量为200MW及以上的机组，厂用配电装置宜布置

在汽机房内；

（4）便于分期扩建或连续施工。

对公用负荷的供电，要结合远景规划统筹安排。

厂用电设计应按照运行、检修和施工的需要，考虑全厂发展规划，积极慎重的采用经过实验鉴定的新技术和新设备，使设计达到技术先进、经济合理。

2.1.2厂用电设计的一般原则

（1）厂用电电压

高压厂用电一般采用6KV，技术经济比较合理时，也可采用3KV电压。

低压厂用电采用380/220V的三相四线制系统。

（2）厂用母线接线方式

高压厂用电系统应采用单母线。

锅炉容量为130~220T/H时，一般每炉由一段母线供电；容量为400T/H及以上时，每炉由两段母线供电，并将两套辅机电动机分接在两段母线上，两段母线可由同一台厂用变压器供电；容量为

65T/H时，两台锅炉可合用一段母线。

低压厂用电系统应采用单母线接线。

当锅炉容量在220T/H及以下，且接有机炉的Ⅰ类负荷时，一般按机炉对应分段，并用刀开关将母线分为两个半段；锅炉容量在400T/H及以上时，每台机炉一般由两段母线供电。

当公用负荷较多、容量较大、采用集中供电方式合理时，可设立公用母线，但应保证重要公用负荷的供电可靠性。

（3）厂用工作电源

高压厂用工作电源一般采用下列引接方式：

①当有发电机电压母线时，由各段母线引接，供给接在该段母线上的机组厂用负荷；

②当发电机与主变压器采用单元接线时，由主变压器低压侧引接，供给本机组厂用负荷。

（4）厂用备用或起动电源

高压厂用备用或起动电源一般采用下列引接方式：

① 当无发电机电压母线时，一般由高压母线中电源可靠的最低一级电压引接，或由联络变压器的低压绕组引接，并应保证在发电厂全停的情况下，能从电力系统取得足够的电源；

②当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路作为高压厂用备用或起动电源。

（5）交流事故保安电源

200MW及以上发电机组应设置交流事故保安电源，当厂用工作和备用电源消失时，应自动投入，保证交流保安负荷的起动，并对其持续供电。

2.2厂用变压器的选择

2.2.1容量选择

（1）选择原则

① 高压厂用工作变压器容量应按高压电动机计算负荷的110%当低压厂用电计算负荷之和选择。

低压厂用工作变压器的容量留有10%左右的裕度。

②高压厂用备用变压器（或电抗器）或启动/备用变压器，带有公用负荷时，其容量还应满足最大一方高压厂用工作变压器的要求，并考虑该起动/备用变压器检修的条件。

高压厂用备用变压器或起动/备用变压器自投负荷最大的一段厂用母线时，如不满足所带的一类电动机自启动的要求；亦采用分批自启动的方式，而不宜增大备用变压器或启动/备用变压器的容量。

③低压厂用备用变压器的容量应当最大一分低压厂用工作变压器容量相同。

2.2.2厂用变压器的选择

1#-4#发电机厂用变压器

S=PNG´KP/COSj

=100×8﹪/0.85

=9.412（MVA）

变压器型号为SF7-10000/10.5#-6#发电机厂用变压器



（2-1）

S=PNG´KP/COSj

=300×8﹪/0.85

=28.235（MVA）

变压器型号为SFF7-40000/20

（2-1）

表2-1变压器参数表

型号

额定容量

（MVA）

额定电压（KV）

空载电流

（﹪）

空载损耗

（KW）

负载损耗

（KW）

阻抗电压

（﹪）

分裂系数

高 压

低 压

全穿越

半穿越

SF7-10000/10

10000

10±2´2.5%

6.3-6.3

0.8

13.6

53

7.5

SFF7-40000/20

40000/2

×20000

20±2´2.5%

6.3-6.3

0.23

31.1

18/4.3

6.76

12.71

3.74

SFFZ-120000/220

120000

220±2´2.5%

6.3-6.3

0.9

118

385

12

SFFZ9-CY-31500/35

31500

35±4´2.5%

6.3-6.3

0.7

30

148

18.5

3.5

联络变压器

型号

额定容量

（MVA）

额定电压（KV）

空载损耗

（KW

）

负载损耗

（KW

）

阻抗电压

（﹪）

分裂系数

高

压

中压

低

压

全穿

越

半穿

越

ODFPS2-167000/500

167000

167000

66700

500

3

242±10%

3

35

125

352

51

11.5

37

2.2.3厂用高压启动/备用变的选择

此变压器为备用的，当厂用变压器故障或检修时，能保证厂用电不停电，故应选其最大一台的容量。

故查得型号为SFFZ-120000/220和SFFZ9-CY-

31500/35。

2.3厂用电原理图

2.3.1本厂厂用电设计说明

本厂为100MW和300MW发电机组，发电机与主变压器采用单元接线，厂用电由主变压器低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。

本厂为6台发电机组，所以选择6台变压器，且配备两台高压启动/备用变，1#备用变供

1#、2#、3#、4#发电机备用，2#备用变供5#、6#发电机备用。

由220KV系统接入厂用。

高压厂用电压采用6KV，低压厂用采用380/220V的三相四线制系统。

厂用分支采用分相封闭母线，在该分