1、4300MW发电厂电气设计 概述+第一章第1章 绪论阳泉第二发电厂位于山西省阳泉市所辖的平定县境内，距平定县城南约4公里的冠庄东村，是山西电网中一个大型骨干电厂。根据电网发展规范，拟建设4300MW发电厂，除满足当地使用外，多余电力送往其它地区电网。建设规模为1200MW，安装四台300MW国产燃煤汽轮发电机组，型号为QFSN3002水氢氢汽轮发电机，一次建成，并预留2300MW的扩建余地。4台300MW汽轮机组均采用机-变压器组单元接线接入220KV用线，220KV配电装置出线八回，主变进线四回，厂用高压启动备用变压器2回。本厂东北方向10km，正西方向130km，西南方向150km，西北方
2、向10km分别有一座220kV变电站，可供接入系统。除西南方向为电网中一个重要的联络站外，其它变电站均只向当地负荷供电。并予考虑未来几年向东南方向另一电网送电。本设计遵循火力发电厂设计技术规程SDJ-84等有关部分设计技术规程、规定和规范。设计力争反映先进化、现代化电厂水平，使阳泉第二发电厂设计与山西经济发展相适应。整个电气部分设计力争体现下列特点：1.全厂各部分技术方案统一组织，相互协调。电气设计采用新技术，新设备，做到全厂整体供电、规划合理，便于生产管理、运行和检修。2.电气设备布置采用整洁、清晰的方案，即保持运行维护安全的指标，有要强调布置美感。3.电气系统设计和设备选型上要优化、优选，
3、克服常见、多发问题。4.根据我国国情讲究实效、适用，在技术水平上具有一定的先进性，体现机组整体运行和时代水平。5.严格控制占地，做好电气方案的优化设计和电气设备的比价择优工作，讲究技术经济指标。 第二章电气主接线选择电气主接线是发电厂、变电所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电力系统及发电厂、变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电气设备选择、配电装置布置等的拟定有较大影响。本次阳泉第二发电厂容量除满足当地使用外，多余电力送往其他地区电网。4台300MW汽轮发电机组均采用发电机变压器组单元接线接入220KV用线，且220KV出线还包括4回备用出线，故出
4、现回路按8回设置，电厂的4台主变压器接入220KV母线，进线为4回，两台启动/备用变也从220KV母线引线，则整个母线出线回路数为12回。第一节 主变压器的选择 一主变压器台数的选择根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，从而确定主变压器台数为1台。 二主变压器绕组数的确定 对于机组容量为200MW以上的发电厂，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。由于三绕组变压器不如双绕组变压器灵活，且三绕组变压器中压侧在制造原因上一般不希望出现分接头，只制造死接头，从而对高、中压侧调压及负荷分配不利，故主变压器选择双绕组变压器。 三主变压器容量的选择主
5、变压器与发电机采用单元接线，其容量的确定方法为：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。 四主变压器等级的选择变压器一次侧接电源，相当于用电设备，二次侧向负荷供电相当于发电机。因此，变压器一次侧额定电压等于线路电压（用电设备额定电压），对于直接和发电机相连的变压器一次侧额定电压等于发电机额定电压。变压器二次侧看作发电机，其额定电压应为线路额定电压的105%。考虑到变压器的额定电压是按空载条件定义的，而在带负荷运行时，其内部损耗存在电压损耗，约为5%，为在带负荷运行时，使线路始端电压能为线路额定电压的105%，变压器二次侧额定电压定为较线路额定电压高10%。 因此，变压器低压侧
6、为20KV，高压侧为220（1+10%）=242KV。变压器所选型号如下：变压器型号额定容量（KVA）额定电压（KV）空载电流（%）阻抗电压（%）空载损耗（KW）负载损耗（KW）连接组标号高压低压SFP7- 370000/20370000242+22.5%200.381214221790YNd11五发电机主变压器接线4台300MW机组分别与主变压器组成单元接线，对200MW以上机组，发电机出口采用分相封闭母线，为减少断开点，亦可不装隔离开关，但应留有可拆点以利于机组调试。 为提高供电可靠性，4台发电机组分别接于各母线上。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能适应电力系统中各种运行方
7、式调度和潮流变化的需要，灵活性高。并且向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电，扩建方便。但适用于110220kV配电装置出线回路为5回及以上，且母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求的电网。第二节 电气主接线的选择阳泉二电厂是山西电力主力电厂之一，电厂位于负荷中心，装机容量大，在电网中处于十分重要的地位。电网对电厂电气主接线的安全可靠性及运行灵活性都有较高的要求。电气主接线与电厂的可靠性、高压配电装置的占地面积、设备投资费用及运
8、行方式等多种因素有关。根据阳泉第二发电厂在系统中的作用和地位、系统运行方式及系统专业对该厂接入系统的论证。一般总容量为1000MW及以上、单机容量为200MW及以上为大型电厂。因此根据电压等级、出现回路数、机组容量决定在初步设计中，对电气主接线提出了双母双分段母线接线及一个半断路器接线两种方案。一初选接线方案1.双母线双分段接线 当双母线接线配电装置的进、出线回路数多时，为增加可靠性和运行上的灵活性，可在双母线的两条母线上加分段断路器，形成双母线双分段接线。双母线双分段接线图 双母线双分段接线克服了双母线存在全停可能性的缺点，缩小了故障停电范围，提高了接线的可靠性。特别是双母线双分段接线，比双
9、母线单分段接线只多了一台分段断路器和一台母线电压互感器和避雷器，占地面积相同，但可靠性提高明显。在任何双重故障情况下不致造成配电装置全停。该接线在系统运行中也非常灵活，可通过分段断路器和母联断路器将系统分割成几个互不连接的部分，达到限制短路电流、控制潮流、缩小故障停电范围等目的。双母线双分段接线比双母线接线增加了两台断路器，投资有所增加。但双母线双分段不仅具有双母线的各种优点，并且任何时候都有备用母线，有较高的可靠性和灵活性。2.一台半断路器接线一台半断路器接线图这种接线方案在发生各种单一故障甚至母线故障时，任何回路都不会停电，并保持原来的运行方式。甚至于两组母线同时故障的极端情况下，功率仍能
10、继续输送。在正常情况下，一台半断路器接线各串形成多环连接，调度灵活，任一电气设备均可随时停电进行维护检修，运行操作方便。另外，所有隔离开关仅作检修时隔离之用，这样就避免了在改变运行方式或处理事故，消除缺陷时的大量倒闸操作，从而也消除了可能发生的误操作事故。一台半断路器接线虽可靠性高，但造价高，投资大。虽调度灵活，但停运一个回路需操作两台断路器，母线故障时，接线内潮流变化大。 二主接线方案的比较 从技术上论证两方案优缺点，进行经济计算比较和可靠性定量分析计算比较。最后获得最优的技术合理、经济可行的主接线方案。比较如下： 1.可靠性计算比较可靠性是指系统、设备在规定的条件下和预定的时间内，完成规定
11、功能的概率。可以用逻辑表格法计算主接线可靠性，逻辑表格法是以供电连续性作为系统可靠工作的判据。其基本思想是针对主接线具体接线，分析因故障或计划检修切除某一设备（回路）时，应当将那些相邻设备断开，即所有可能故障或检修的设备（主要是断路器和母线）由于切除而对主接线的影响。对处于完好的、故障的以及某设备检修时与另一设备故障相重叠等情况一一列举出来，分别计算其出现的概率，填入典型的表格中，然后根据全概率公式计算出某设备在一年内平均切除次数和停运时间的概率，从而表明其主接线的可靠性。对于接线方案的可靠性计算采用逻辑表格法，应具备以下资料：1设备的故障率包括断路器故障率、母线故障率、变压器故障率、发电机故
12、障率、线路故障率（指100km的线路在一年内发生的平均次数）等等。虽然在主接线中的隔离开关数量很多，但均与断路器配套使用，且其故障率比断路器小一个数量级，为简化可靠性计算工作量，常把隔离开关的故障率分别计入其相邻的断路器中，不致影响可靠性计算的准确性。2断路器故障停运时间指查明和排除一次故障所需的时间。3断路器大修周期()指每台断路器每年的平均大修次数，其值随断路器类型及电压等级而异。4断路器大修时间指每台断路器每次大修所需的平均时间。5断路器小修时间指每台断路器每次小修所需的平均时间。6断路器小修周期指每台断路器每年小修次数。7母线故障停运时间指母线因故障每次停运的平均时间。8母线检修周期指
13、母线每年平均检修次数。9母线检修停运时间指母线每次检修平均时间。10故障查明时间每次查明故障所需平均时间。11隔离开关分（合）时间指隔离开关操作一次（分或合）所需的平均时间。 已知条件:220kV采用断路器，输电线路长度取=10km， =130km， =150km， =10km，设备原始数据为：断路器故障率=0.014f/a，母线故障率=0.1f/a，线路故障率=0.01f/a，断路器大修周期=0.2f/a、断路器小修周期=1r/a、断路器故障停运时间=60h、断路器大修时间=500h、断路器小修时间=90h、故障查明时间=0.3h、隔离开关分合闸时间=0.1h、母线故障停运时间=8h、母线检
14、修周期=1r/a、母线检修停运时间=6h。双母双分段接线正常运行方式时，接母线接母线接母线接母线.全部投入，以不固定接线方式连接运行。1.先求其辅助系数断路器故障率，有,对断路器分别计算。其中对母联断路器及一串的中间断路器的修正为值，计算结果示故障表。表1-1 双母双分段接线断路器故障率表 断路器编号线路长度L(km)自身故障率线路影响率母线影响率某断路器故障率QF0100.01400.0020.016QF0200.01400.0020.016QF0300.01400.0020.016QF0400.01400.0020.016QF05100.0140.0010.0020.017QF06100.
15、0140.0010.0020.017QF071500.0140.0150.0020.031QF081500.0140.0150.0020.031QF091300.0140.0130.0020.029QF101300.0140.0130.0020.029QF11100.0140.0010.0020.017QF12100.0140.0010.0020.017QF1300.02800.0040.032QF1400.02800.0040.032QF1500.02800.0040.032QF1600.02800.0040.032表1-2 一台半断路器接线断路器故障率表断路器编号线路长度L(km)自身故障
16、率线路影响率母线影响率某断路器故障率QF100.01400.0040.018QF2100.0280.0010.0040.033QF3100.0140.0010.0040.019QF4100.0140.0010.0040.019QF5100.0280.0010.0040.033QF600.01400.0040.018QF71300.0140.0130.0040.031QF81300.0280.0130.0040.045QF900.01400.0040.018QF1000.01400.0040.018QF111300.0280.0130.0040.045QF121300.0140.0130.004
17、0.031QF1300.01400.0040.018QF141500.0280.0150.0040.047QF151500.0140.0150.0040.033QF161500.0140.0150.0040.033QF171500.0280.0150.0040.047QF1800.01400.0040.018QF19100.0140.0010.0040.019QF20100.0280.0010.0040.033QF2100.01400.0040.018QF2200.01400.0040.018QF23100.0280.0010.0040.033QF24100.0140.0010.0040.01
18、9断路器故障停运系数，由公式分别对不同的方案求得。双母线接线 一台半断路器接线 断路器计划检修停运系数=母线故障停运系数 母线计划检修停运系数正常工作系数双母线双分段母线： =1-一台断路器接线： =1-一台断路器检修期间，另一台故障停运，引起对应线路被迫停运时间，分别计算断路器和母线故障。断路器故障：（h）母线故障： 一母线检修期间，另一元件故障，引起对应线路被迫停运时间，分别计算断路器和母线故障断路器故障： 母线故障: （9）断路器或其它元件故障，引起对应元件被迫停运时间，即对应元件经切换的恢复时间，由下式计算。 式中，n视隔离开关需切换台数而定。（10）全部元件正常时，某断路器或母线故障
19、的停运频次由式 可得。（11）断路器检修时，另一断路器或母线故障的停运频次由式可得。 以上辅助参数经计算后，其结果分析列入表中，根据全概率定理即可求得：各元件的停运概率；各元件每年停运的时间；同时切除两元件的概率；同时停运频次等可靠性指标。2. 两方案可靠性计算结果分析 （1）各回路每年停运频次及停运时间 由表1-3可见：元件的停运频次，双母双分段接线相应比一台半断路器接线要高0.66493.9363倍；元件每年停运时间要高3.986313.1108倍。 表1-3 各回路每年停运频次及停运时间对比表停运元件停运频次（f/a）停运频次比每年停运时间（h）停运时间比/L10.207870.0553
20、373.75641.131720.11384139.9412L20.207870.065741263.16191.131720.161706166.9986L30.235480.08261622.85031.96780.23707158.3004L40.23550.086856662.71141.9678250.1907335810.3171L50.231290.08555192.70351.8485050.1596327711.5797L60.231290.089236262.59191.8485050.218100748.4755L70.207870.21634590.96081.1317
21、20.230528474.9092L80.207870.312630260.66491.131720.283898863.9863T10.209180.05314083.93631.08170.0825045413.1108T20.209180.06945783.01161.0857860.132980348.1650T30.230440.07231523.18661.08470.137040427.9152T40.207810.21510180.96611.073380.192654665.5715 （2）不同元件发生停运的频次 由表1-4可见：一台半断路器接线不会发生五元件及以上同时停运、
22、而双母双分段接线在相同条件下，可能发生五元件以上同时停运。 表1-4 不同元件数量发生停运频次对比表停运元件数量停运频次（f/a）双母双分段接线一台半断路器接线一元件0.5982073二元件0.032130.3593696三元件0.60022四元件0.00027396五元件0.01449六元件0.11151九元件0.00008通过逻辑表格法对两方案分析计算，明显得出一台半断路器的可靠性优于双母双分段接线。 II、经济计算比较采用最小费用法，对两方案进行经济性计算比较。断路器：14500元/个 隔离开关：29000元/个第一方案双母线双分段接线：断路器：16个 隔离开关：44个断路器费用：145
23、0016=232000元 隔离开关费用：2900044=1276000元所有电器折算到施工年的总投资为=232000+1276000=150.8万元，折算年运行费=248.6484万元（)第二方案一台半断路器接线：断路器：24个 隔离开关：48个断路器费用：1450024=348000元 隔离开关费用：2900048=1392000元所有电器折算到施工年的总投资为=348000+1392000=174万元， =447.1676万元（)取服务年限n=25年，投资回收率=0.1，故按最小年费用公式（电力工业推荐最小年费用法进行动态经济比较）可得：第一方案的年费用为： 265.2981(万元）第二方
24、案的年费用为：（万元）由此可知，故方案I比方案II经济。 III、主接线方案的评定对方案一和方案二综合比较，见表1-5 方案I方案II可 靠 性简单清晰，设备少，设备本身故障率小220kv母线检修将导致母线所带负荷停运机组配置合理，使传递能量在变压器中损耗为最小当检修联络变时，可能出现220kv解列运行可靠性高，无论检修母线或设备故障、检修，均不致全厂停电每一种电压级中，均有两台变压器联系，保证了在变压器检修或故障时，不致使各级电压解列，提高了供电可靠性灵活性运行方式相对简单，调度灵活性差各种电压级接线都便于扩建和发展220kv均有多种运行方式易于扩建和实现自动化经济性设备相对少，投资小，年费用小占地面积相对小采用单元接线及封闭母线，从而避免了选择大容量出口断路器，节省了投资投资高，设备数量多，年费用大220kv采用交叉接线，提高了可靠性，增大了占地面积 通过定性分析和可靠性及经济计算，在技术上（可靠性、灵活性）第二方案明显合理，在经济上则第一方案占优势。经综合分析，以经济性为原则，决定选第一方案为设计最终方案。
