某4300MW火力发电厂电气初步设计文献综述.doc

文献综述 某 4300MW 火力发电厂电气初步设计一、发电厂电气设计的背景和意义 我国电力工业的发展概况：我国自1882年以来至1949年底，经过67年发展装机容量只达到185万千瓦，年发电量43亿千万时，分别居世界第21位和25位。 新中国成立以后，电力工业的发展可以分为1950-1978年以后的两个阶段。在1950-1978年期间，新中国的建立为电力工业的发展创造了有利条件。1978年后，中国开始实行改革开放政策，电力工业更是以前所未有的速度向前发展。目前， ， 比较完备的电力工业体系已经初步建立， 技术装备水平正在逐步提高。2003年全国总装机容量达到38450万千瓦，年发电量19080亿千瓦，从1996年其起，我国发电机装机容量和年发电量均居世界第二位，2004年全国总装机容量达到44700万千瓦，2004年电力弹性系数达到1.6。 目前我国最大的火力发电厂是北仑港电厂，装机容量300万千瓦，单机容量60万千瓦。我国的电力工业已经进入大机组、大电厂、大电网、超高压、超度自动化的发展的时期和向跨大区联网、推进全国联网的新阶段。1 我国有丰富的煤炭资源，储量7241亿吨。在我国电源结构中，现在火电设备容量占总装机容量的75以上，在相当长的时期内，火电建设仍然是主要的。我国火电建设的重点是：积极采用高参数、大容量、高效率、高调节性。节水型，以装机容量600MW以上为主的设备；大力开发清洁煤燃烧技术，以减轻对环境的压力；鼓励热电联产和热、电、冷技术的推广，以提高能源综合利用率；积极支 1持和化大力气建设矿口电厂，建设煤炭基地的电站群，发挥规模经济效益。 目前我国的电力网还不够完善。正如在文献2中研究的，我国的电网正在向智能型的多目标方向发展，也有许多新型的电网公司被建立。对于控制技术，文献3谈到的我国发电厂电气系统的综合自动化时，其中涉及的有传统地分布式控制技术，还有新型的以微型计算机为基础的控制技术。 火力发电厂电气部分设计是发电厂的重要组成部分，合理的电气设计既能安全运行，又能有效地节省资源，使得发出的电能有效的输送给最终用户。二发电厂电气设计的主要内容 发电厂是电力系统的重要组成部分，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 风力发电场。考虑发电厂中的地位和作用， 电力系统中的发电厂有大型主力发电厂， 中小型地区发电厂及企业自备发电厂三种类型。无论是那种形式的电发厂它们的电气部分设计的主要内容及基本思想都是相通的。41主接线的设计 电气主接线是发电厂中的一次设备按照设计要求连接起来，表示生产、汇聚和分配电能的电路。主接线是构成电力系统的主要环节，主接线的拟定正确与否 5对电气设备的选择、配电装置布置、运行可靠性和经济性等都有重大影响。 电气主接线的设计原则是： 应根据发电厂在电力系统的地位和作用， 首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。由于我国工农业的高速发展， 电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。 电气主接线设计的一般步骤：a.原始资料分析。根据下达的设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，各电压等级拟订可采用的数个主接线方案。b.对拟订的各方案进行技术、经济比较，选择最好的方案。各主接线方案都应该满足系统和用户对供电可靠性的要求，最后确定和种方案，要通过经济比较，选用年运行费用最小的作为最终方案，当然，还要兼顾到今后的扩容和发展。c.绘制电气主接线图。按工程要求，绘制工程图，图中采用新国标图形符号和文字代号，并将所有设备的型号、主要参数、母线及电缆截面等标注在图上。6 电气主接线的基本要求：（1）可靠性：电气可靠性的要求与其在电力系统中的地位和作用有关，由其容量、电压等级、负荷大小和类别等因素决定。评价电气主接线可靠性的标志是：断路器检修时，不宜影响对系统的供电；线路或母线发生故障时应尽量减少线路的停运回路数和主变的停运台数，尽量保证对重要用户的供电；尽量避免变电站全部停运的可能性。（2）灵活性：应满足调度、检修的灵活性，能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，灵活地调配电源和负荷，满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求；在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。（3）经济性：主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。7 主接线基本接线形式及适用范围:1单母线接线优点：接线简单清晰，设备用量少，操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。缺点：供电可靠性差，运行不够灵活，当母线及母线隔离开关等设备故障或检修时，均需将整个配电装置停电，影响供电。适用范围：10KV出线一般不超过5 回，35KV出线不超过5 回，110220KV出线不超过2 回。2 单母线分段接线优点：该接线方式由双电源供电，故供电可靠性较高，同时具有接线简单、操作方便、投资少等。当一段母线发生故障时，分段断路器将故障切除，保证正常段母线不间断地供电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。适用范围：适用于变电所内安装2 台主变压器，10KV出线不宜超过6 回，35KV出线不宜超过8 回，110220KV出线不宜超过4 回。3 双母线接线优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。调度灵活，当双母线的两组母线同时工作时，通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。当母联断路器断开后，变电所负荷可同时接在主母线或副母线上运行。缺点：增加一组母线时每回路就需要增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设联锁装置。适用范围：适用于出现回路较多，供电可靠性要求较高的变电所。一般35KV出线回路为8 回，110- 220KV出线为4 回。62.主变压器的选择 在发电厂和变电站中用来向电力系统或用户输送功率的变压器称为主变压器用于两种电压等级之间交换功率的变压器称为联络变压器只供厂站用电的变压器称为站用变压器或自用变压器。主变压器在电厂和变电站中非常重要而主变压器的选择尤为关键。8 主变压器是发电厂电气部分中的主要电气设备主要作用是变换电压以利于功率的传输对供电的安全可靠性有着重大影响合理选择主变压器容量与台数可减少停电故障和限电概率并能提高电网运行的可靠性和经济性。9 主变压器容量选择原则: a.按电网发展规划选择主要变压器容量。主变压器容量一般按变电所建成后510 年的发展规划负荷选择，并适当考虑到远期1020年的负荷发展。对于城市郊区变电所，选择的主变压器容量应与城市发展规划相结合。b.按电压等级选择主变压器容量。变电所主变压器容量选择的一般原则为电压等级高，变电所密度低，主变压的容量就要选择大些。电压等级低、变电所密度高，一般变压器的容量可选择小些。c.根据变电所所带负荷的性质和电网结构来选择主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力时，在允许时间内应保证用户的一级和二级负荷；对于一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的7080。d.同级电压的单台变压器容量的级别。同级电压的单台变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行主变压器容量的系统化、标准化。在一个地区的电网中，同一级电压的主变压器单台容量不宜超过三种。一般在同一变电所中同一级电压的主变压器宜采用相同容量规格。否则将会给变电所的运行管理和检修带来麻烦。6 主变压器台数选择原则：（1）安全运行。主变台数过多将导致接线复杂、投资成本高、占地面积大等问题。主变压器台数的下限应满足 n - 1 安全准则主变压器在正常运行时的负荷率为: k n - 1 St / nS t 6式中 St 为单台主变压器容量 n 为主变压器的实际安装台数。假设有2 台主变压器要满足 n - 1 安全准则并考虑主变压器具备1. 3 倍的过负荷能力则每台变压器运行时仅能带50 65 的负荷备用容量为100 当为3 台主变压器时则每台可带67 87 的负荷备用容量为50 当为4 台主变压器时每台可带75. 0 97. 5 的负荷备用容量至33 变压器在较合理的经济运行范围内。因此城市电网变电站主变压器台数一般选择34 台较为合适。2容载比和供电灵活性。过大或过小的电网容载比均将使电网缺乏灵活性过大将导致投资增加反之将造成电网鲁棒性变差、调度不灵活。从电网运行灵活性来看2 台主变压器将导致每台各带50 的负荷否则无抗故障能力电网灵活性差而34 台主变压器无论检修或故障均可灵活适应极大减少倒闸操作降低停电概率。3 投资成本。在满足相同负荷需求前提下规划34 台主变压器投资成本差异小而一个变电站拥有34 台主变压器相比2 台更节约占地面积将极大节省城市电网建设开支。另外在使用大容量变压器后较为集中的主变压器安置也使电网结构清晰便于集中控制可实现高质量电能供给。9 而在选择变压器的时候还要考虑到的是选择三相变压器，还是选择选择单相变压器组，如文献得出的结论是：三相变压器在经济上、技术上有优越性。103.短路电流 电力系统在运行中，由于多种原因，难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。各种短路故障是破坏电力系统正常运行最为常见而且危害最大的原因。1短路的种类在三相系统中，短路的基本类型有：三相短路、两相短路、两相接地短路、单相短路和单相接地短路等。三相短路时，三相短路回路中的阻抗相等，三相电压和电流仍然保持对称，属于对称短路。其他形式的短路，由于短路回路三相阻抗不相等，三相电压和电流均不对称，属于不对称短路。除了上述短路外，对变压器和电动机等电气设备还可能发生一相绕组的匝间及层间短路。一切不对称短路在采用对称分量法后，都可以归纳为对称短路的计算。2短路的原因 造成短路的原因很多，主要有以下几个方面：（1）绝缘损坏。电气设备年久陈旧，绝缘自然老化；绝缘瓷瓶表面污秽，使绝缘下降；绝缘受到机械性损伤；供电系统受到雷电的侵袭或者在切换电路时产生过电压，将电气装置绝缘薄弱处击穿，都会造成短路。（2）误操作。例如，带负荷拉?懈衾肟兀纬汕看蟮牡缁。斐苫舛搪罚换蚪脱股璞肝舐虢尤敫哐沟缤斐啥搪贰?）鸟兽危害。鸟兽跨越不等电位的裸露导体时，造成短路。（4）恶劣所气候。雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倾倒等。（5）其他意外事故。挖掘沟渠损伤电缆，起重机臂碰触架空导线，车辆撞击电杆等。113短路电流的计算方法 其中一种常用的方法是标么值计算方法。标么值法经常会用在高压供电系统中，来进行短路电流的计算。标么值法又叫相对值法，就是说，某一个变量的相对值是该变量的实际值与另外选定的基准值的比值。基准值一般有4个，包括基准容量常取100MVA，基准电压Ub10.5UN基准电流Ib Sb/ Ub，基准电抗XbUbIb Ub 2/Sb下面是具体的计算步骤：由供电系统图得出等效的电路图，在图上标明元件参数。选定基准值，包括基准容量和基准电压，按公式求取基准电流和基准电抗。计算系统中各个元件电抗的标么值。计算电源至短路点的总阻抗X。按照I1/X计算短路电流的标么值，如果是无限大电源容量系统，那么短路电流周期分量将会保持不变，即II0.2I。计算短路电流、短路冲击电流和短路容量。12 在电力系统中基本是采用标幺值计算短路电流的，因为它有着明显的优势，这在文献13中被讨论。4.变压器保护1瓦斯保护 瓦斯保护的基本工作原理:反映故障时气体数量和油流速度的保护称为瓦斯保护。当变压器内部故障时，故障点局部高温使变压器油温升高，体积膨胀，油内空气被排出而形成上升气体。若故障点产生电弧，则变压器油和绝缘材料将分解出大量气体，这些气体自油箱流向储油柜。故障程度越严重，产生气体越多，流向储油柜的油流速度越快。由于气体数量和油流速度能直接反映变压器故障性质和严重程度，股产生少量气体和气流速度较小时，轻瓦斯动作于信号；故障严重，油流速度高时，重瓦斯保护瞬时作用于跳闸。2差动保护 差动保护的基本原理:变压器差动保护是按循环电流原理构成的，它能正确区分变压器内、外故障，并能瞬时切除保护区内的故障。变压器两侧分别装设电流互感器TA1和TA2，其二次线圈按环流原则相串联，差动继电正常运行或外部故障时，变压器两侧都有电流通过，两个电流互感器的变比若选择适当时，二次电流I12和I22 的大小相等，方向相同，而在差动回路中I12 和I22 的方向相反，因而差动继电器KD中的电流等于两侧电流互感器二次电流之差，电流为零，所以正常运行或外部故障时继电器不会动作。当变压器内部发生故障时，两侧电流互感器的二次电流Id12 和Id22 在差动回路中方向相同，差动继电器流过的电流为两电流之和，使差动继电器动作。14 不光是变压器保护，发电厂还有还有很多设备需要进行电气保护，从实际出发，需要特别注意几点问题：电流闭锁、断路器防跳。在实行继电保护时，要 15确保继电保护装置的选择性、灵敏性、速动性。三结束语 发电厂电气部分设计，是构成电力系统的重要环节，对电力系统整体及发电厂的运行的可靠性、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。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定发电厂的设计方案及电气设备。四、参考文献1许珉，杨宛辉，孙丰奇.发电厂电气主系统B.北京：机械工业出版社，2006.52郑漳华艾芊徐伟华施婕解大韩利.A Multiobjective DispatchOptimization Strategy for Economic Operation of Smart GridsJ.电网技术，2010.2342:7-13.3Guo WeiWang Li. 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