150MW火力发电厂电气部分设计.docx

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1、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

2、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

3、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

4、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。

5、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50Om2 .机组参数:锅炉：4HG-670140-1.汽机：2N200-130/

6、535/535发电机：4QFQS-200-23 .火力发电厂的接线图，如图7ETgu卜THeqt/TWftT0色mtl-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()=0.0722,2,4,6,8IOOSN100200主变压器的电抗标幺值为X11=X13=X15=X17=()=0.0541厂用高压变压器的电抗标幺值为X19=X22=X25=X

7、28=(1-%)X12X(=(1-)0.098X=0.0464SN431.5X20=X21=X23=X24=X26=XrJ=X29=X30=1.KfXX12X必）=-3.40.098=0.5292f,2SN231.5系统品、S12,即600MW火电厂发电机的电抗标么值为X1=X3=x=0,055713100Sn100300变压器的电抗标幺值为%=X1.丝=旦X吧=0.03892100Sn100360系统S2、S22,即600MW水电厂发电机的电抗标么值为变压器的电抗标幺值为I4%x= 1.ixl=0.0389100SN100 360图3.2等值网络图其等值电抗图为:2.各选取设备电抗值的计算（

8、考虑到最严重故障情况，只进行母线的三相短路计算）选取SB=IOOMW,UB=IU发电机选取的型号为QFSN-2发-2,其中X=0.142d，Vb=15.75KVo发电机电抗：X1.=X2=XdwSBSN=0.142100/235=0.06变压器各绕组阻抗表么值：X3=X4=12(V1.-2+V1.-3-V2-30)SBSN=12(O.245+0.145-0.085)100/240=0.064X5=X6=12(V1.-2+V2-3-V1.-3)SBSN=1.2(0.245+0.085-0.145)100/240=0.039X7=X8=12(V1.-3+V2-3-V1.-2)SBSN=12(O.1

9、45+0.085-0.245)100/240=-0.033联络变压器的阻抗表么值：I-II=1.2(V1.-2+V1.-3-V2-3)SBSN=12(0.24+0.15-0.08)X100/150=0.103II-I=12(V1.-2+V2-3-V1.-3)SBSN=1/2(0.24+0.08-0.15)X100/150=0.057X1.1.=XI-H+XII-III=O.16图3.2可继续化简为下：图中X12=X13=X1+X7=X2+X8=0.06-0.033=0.027X14=1.2X3=l2X4=0.032可化简为X15=1.2X5=1.2X6=0.0195X16=1.2X12=1.2

10、X13=0.0135.对X14,X15,X16支路进行Y变换得出图五等值电路图，其中：X17=X14+X16+X14X16X15=0.032+0.0135+0.032X0.0135/0.0195=0.067X18=X14+X15+X14X15X16=0.098X19=X1.1.+X10=0.16+0.025=0.185计算系统的电抗及短路容量，两台发电机组对短路点d2的转移电抗为：XK=X17X18X19=0.067/0.098/0.185=0.032SK=SBXK=100/0.032=3125WMASo1.OOOO-3125=6875WMA可求的系统的电抗为：X9=SBSC=100/6875

11、=0.015系统对短路点的计算电抗为Xjs9=0.015其分支额定电流为IN=SB/3Vav=IOO/（后230）=0.25发电机组对短路点d2的计算电抗为:Xjs=（XUX18）2352/100=0.18其分支额定电流为IN=SN/（3230）=235X2/6230=1.18系统对短路点的短路电流的表么值为计算电抗的倒数；各发电机组对短路点的短路电流表么值，可查发电机计算曲线数字表得出，所得短路电流表么值，如表3.1,短路电流值1=18.17KA冲击电流ish=kshX万I，其中ksh为冲击系数，表示冲击电流对周期分量幅值的倍数，当时间常数由零到无限大时，冲击系数的范围为：1ksh2,则取k

12、sh为1.8,所以：ish=1.8X211.52=46.27KA（2）I1.OKV母线上短路点d2的短路电流计算：由于I1.OKV母线上短路点与220KV上等值电路图对称，则有:对X14,X15,X16支路进行Y变换得出图五等值电路图，其中X20=X15+X16+X15X16X14=0.041X21=X14+X15+X14X15X16=0.098X22=X11+X9=O.16+0.065=0.225计算系统的电抗及短路容量，两台发电机组对短路点d2的转移电抗为：XK=X20X21X22=0.041/0.098/0.225=0.026SK=SBXK=100/0.026=3846.15WASC=1

13、0000-3846.15=6153.85WMA可求的系统的电抗为：X10=SBSC=1006153.85=0.016系统对短路点的计算电抗为Xjs1.O=O.016其分支额定电流为IN=SB/QVaV=IO0/(百X115)=0.50发电机组对短路点d2的计算电抗为：Xjs=MO/X21)235X2/100=0.14其分支额定电流为IN=SN/(3i5)=23523115=2.36系统对短路点的短路电流的表么值为计算电抗的倒数；各发电机组对短路点的短路电流表么值，可查发电机计算曲线数字表得出，所得短路电流表么值，如表3.1,短路电流值I=35.I1.KA冲击电流ish=1.8X应义35.11=

14、89.37K第4章发电厂避雷装置的设计4.1 概述雷击是一种自然现象，它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力。几个世纪来，人类通过对雷击破坏性的研究、探索，对雷电的危害采取了一定的预防措施，有效地降低了雷害。雷害主要来源有直击雷、感应雷和雷电浪涌。防止雷电对设备的造成过电压，从被保护物体上方引导雷电通过，并安全埋入大地，防止雷电直击，减小在其保护范围内的电器设备(架空输电线路及通电设备)和建筑物遭受直击雷的概率。4.2 雷电过电压的形成与危害(1)直击雷过电压雷电直接对电气设备、输电线、建筑物或其他物体直接放电，简称直击雷。直击雷过电压又引起数万安的强大雷电流通过被击物体而入地,产生破坏性

15、很大的热效应和机械效应，击坏设备，引起火灾，甚至造成人身伤亡。利用避雷针和避雷线，可使各种建筑物、输电线路和电气设备免遭直击雷的危害。避雷针主要用于保护建筑物、发电厂变电所等免受直击雷的危害，避雷器主要用以保护架空输电线路1。本次设计中，采用避雷线保护架空线路，采用避雷针对发电厂进行直击雷保护。(2)雷电波输电线路上遭受直接雷或感应雷后，电荷沿着输电线进入发电厂或变电所，这种由雷电流形成的电流称为雷电波。直接雷、感应雷及其形成的雷电波均对电气设备的绝缘构成严重威胁利用保护间隙和避雷器，可保护电气设备免遭沿线入侵的雷电波的袭击。本次设计中，采用避雷器对电气设备进行雷电波防护。4.3 3电气设备的

16、防雷保护因为电气设备的结构和工作性质的不同，所采取的措施也不同。发电厂和变电所电气设备对直击雷的防护主要采用避雷针；对入侵雷的防护采用进线保护和避雷保护的综合措施，即用进线保护限制雷电流的幅值和陡度，用避雷器限制雷电过电压的同值。电线路采用装设避雷线的方法防止线路遭受直击雷引起跳闸次数，可采用系统中性点经消弧线圈接地工作方式，为避免雷击跳闸造成供电中断，可采用自动重合闸装置完善进线保护的同时，还应采用性能良好的阀型避雷器或金属氧化物避雷器，来保护电机的主绝缘，同时还应考虑装设电容器和中性点避避雷器，以保护匝间绝缘和中性点绝缘。除了对配电变压器高低压侧以及柱上断路器必须装设避雷器或放电间隙保护外

17、，对配电线路本身主要应适当提高其绝缘水平，应广泛采用重合闸，以减少断线和停电事故。发电厂是电力系统的心脏，万一发生损坏设备的事故，往往会带来严重的后果，造成重大的损失。设计中重点对发电机、变压器组、线路的防雷保护进行配置。4.4避雷针的配置原则1,独立式避雷针宜装设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻凡10C0当有困难时，可将该接地装置与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点沿接地线的长度不得小于15no2.独立式避雷针与变配电装置在空气中的间距40.2K+0.1且45m;独立式避雷针的接地装置与变配电所主接地网在地中距离40.3R,且&3w,式中Rj为冲击接地电阻。4.

18、5避雷针位置的确定首先应根据发电厂设备平面布置图的情况而确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程规范的要求。1,电压I1.OKV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于IOOOn米的地区，宜装设独立的避雷针。2. 独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10。3. 35KV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低,雷击时易引起反击。4.在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在址中距离很难达到不小于15m的要求。4. 6

19、防雷保护措施发电厂电气设备对直击雷的防护主要采用避雷针。由于发电场面积较大，采用多支等高避雷针保护。预设发电厂占地面积为225公顷,规模为长500m,宽45Onb保护高度为18mo工程中避雷针的高度一般选用2030b本次设计中拟选用30m的避雷针，避雷针间的布置距离通过计算求得。四只等高避雷针的保护范围如图4.1所示。图4.1四只等高避宙针的保护范围，=1.5(%-%)式中一避雷针的高度；叫一被保护物高度；%一两针间联合保护范围上部边缘的最低点的高度;2%一在高度儿的水平面上，保护范围的最小宽度。在多针保护时，当各边的保护范围最小宽度械均0,则多边形中间的全部面积都处于联合保护范围之内，即4=

20、1.5(%4)=1.5(噎一4)0当X=O时，保护半径最大，即为地面上的保护范围，由此算出O336(m)在高度为久的水平面上算得D210(m)即任意两只避雷针之间的距离不得大于210m,才能保护整个发电厂的地面范围。在地面上的外部保护半径为rx=(A-x)P(4G=(48-O)1=48(m)在高度为久的水平面上的保护半径为为G=(48-18)1.=30(m)根据本厂的面积，需设置916只30m的避雷针。输电线路是电力系统的大动脉，担负着将发电厂产生和经过变压所变压后的电力输送到各地区用电中心的重任。架空输电线路往往穿越山岭旷野、纵横延伸,遭受雷击的机会很多，线路的雷击事故在电力系统总的雷害事故

21、中占有很大的比重。沿全线装设避雷线是目前为止I1.OkV及以上架空输电线路最重要和最有效的防雷措施。本次设计中对220kV架空输电线路采用双避雷线保护。在工程上可以用相对简单的方式一保护角来表示避雷线对导线的保护程度。保护角是指避雷线和外侧导线的连接与避雷线的垂线之间的夹角。220kV双避雷线线路,一般采用保护角20度左右，即可认为导线已处于避雷线的保护范围之内。本次设计中设定保护角为20度，可认为架空输电线路已处于保护范围之内。1,非直配电机的防雷措施从防雷的观点来看，发电机可以分为两大类：(1)经过变压器再接到架空线上的电机，简称非直配电机；(2)直接与架空线相连的电机，简称直配电机。本次

22、设计中四台发电机均为非直配电机。非直配电机所受到的过电压均须经过变压器绕组之间的静电和电磁传递。只要变压器的低压绕组不是空载，那么传递过来的电压就不会太大，只要电机的绝缘状态正常，一般不会构成威胁，。所以只要把变压器保护好就可以了，不必再对发电机再采取专门的保护措施。对于处在多雷区的经升压变压器送电的大型发电机，仍宜装设一组氧化锌或磁吹避雷器加以保护，如果再装上并联电容和中性点避雷器，那就可以认为保护已足够可靠。本次设计中对发电机装设一组金属氧化物避雷器加以保护。2.金属氧化物避雷器的选择(D型式选择拟选用复合外套金属氧化物避雷器，产品体积小，重量轻，除了自立式安装外，还可以悬挂安装，有效的节

23、约占地面积。密封性能好，防潮防爆，无炸裂危险，机械强度高，不易碰损，便于运输和安装。憎水性好，耐污力强。(2)额定电压的选择金属氧化物避雷器的额定电压是指避雷器两端允许施加的最大工频电压有效值。在中性点有效接地系统中，可能出现的最大工频电压值等于电网额定线电压的80%。UN()8xUns=12.6kV第5章电气设备的校验5.1 断路器的校验(1)动稳定校验IMAX=661.33A,断路器额定电流Is=1600A,所以IMAXIsh则动稳定检验合格。(2)热稳定校验短路电流的热效应(kA?S)：设继电保护时间力”为2.OS,则短路计算时间：tk=tpr-tbr=2.0+0.06=2.06(S)查

24、短路电流计算曲线数字表得：Itk2=2.944,Itk=2.659所以Qk=+1.1.tk/2Itk)7K12=(18.17+02.944-2659?)x2.06/12=72.76其中，短路电流的对应值是发电机总的短路电流的一半，而电器可以承受的热效应是：Ht=缈3=4800Qk断路器热稳定校验合格。(三)开断电流校验额定开断电流INbr=40,=18.17开断电流校验合格。(四)短路闭合电流校验额定闭合电流INCI=I00Ish=46.27闭合电流校验合格5.2 隔离开关的校验(一)220KV电压等级隔离开关的校验所选隔离开关GW7-220,UNeUNS=220KV,满足要求。流过隔离开关的

25、最大持续工作电流：IMAX=1.05Ins=1.05X240000/(四X220)=661.33A(1)动稳定的校验IMAX=661.33A,隔离开关额定电流IN=1250A,所以IMAXIsh则动稳定检验合格。(2)热稳定校验短路电流的热效应(kA2S):设继电保护时间为2.OS,则短路计算时间：tk=tpr-tbr=2.0+0.06=2.06(S)查短路电流计算曲线数字表得：Itk2=2.944,Itk=2.659222所以Qk=(1+1.1.tk2+ItOTK/12=(18.172+10X2.9442+2.6592)X2.06/12=72.76其中，短路电流的对应值是发电机总的短路电流的

26、一半，而电器可以承受的热效应是：I2tt=31.52X3=2976.75Qk隔离开关热稳定校验合格。5.3电流互感器的校验(一)220KV电压等级电流互感器的校验所选电流互感器1.B-220,UNUNS=220KV,满足要求。流过器件的最大持续工作电流：IMAX=43Ins=(43)240000/(四X220)=839.78A(1)动稳定的校验IMAX=839.78A,电流互感器一次侧的额定电流IN=1200,所以IMXIsh=46.27则动稳定检验合格。(2)热稳定校验短路电流的热效应(kA2-S)：设继电保护时间为2.0S,则短路计算时间：tk=tpr-tbr=20+006=2.06(S)

27、查短路电流计算曲线数字表得：Itk2=2.944,Itk=2.659所以Qk=(/2+1.Ik/=+ftTK/12=(18.172+10X2.9442+2.6592)2. 06/12=72.76其中，短路电流的对应值是发电机总的短路电流的一半，而电器可以承受的热效应是：(I1.NKt)2=(1.230)2=1296Qk电流互感器热稳定校验合格。第6章课程设计总结本次设计的内容是150MW火力发电厂的电气部分及继电保护部分，包括以下几个方面的内容：1 .电气主接线的设计电气主接线是构成电力系统的主要环节，关系到系统的供电的可靠性、运行调度的灵活性和经济性。为了保证电力系统稳定运行，必须提高大机组

28、超高压电气主接线的可靠性。2 .短路电流计算及设备的选择短路电流计算是电器设计重的主要环节能，本设计中短路电流的计算方法采用标么值折算法，在网络的等值变换与化简利用分布系数法化简。电气设备的选择是国家有关技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地的前提下的正常运行情况选择,按短路条件验算其动热稳定,并按环境条件校验电器的条件。3 .继电保护的设计与配辂电力系统继电保护的设计与配貉是否合理直接影响到电力系统的安全运行，设计在选择保护方式时，希望能全面满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求:设计各种电器设备的保护时，对下列各项作了综合考虑：(1)电力系统的结构特

29、点和运行特性；(2)故障出现了概率及可能造成的后果；(3)电力系统的近期发展情况；(4)经济上的合理性；(5)国内外的成熟经验。所选用的保护方式要满足电力系统结构和发电厂主接线的要求。并宜考虑电力系统和发电厂运行方式的灵活性。参考文献1范锡普.发电厂电气部分.北京水利电力出版社，19952朱永利.发电厂电气部分.中国电力出版社，20043朱亚杰、孙兴文.能源世界之窗.北京清华大学出版社，20014熊信银.发电机及电气系统.中国电力出版社，20045张步涵.电气工程基础.武汉华中科技大学出版社，2005傅知兰.电力系统电气设备选择与使用计算.中国电力出版社，20047黄益庄.变电站综合自动化技术.中国电力出版社，20008周德贵，巩北宁.同步发电机运行技术与实践.中国电力出版社，1996.忽略此处.