1、毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计（论文）,是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定,即:按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计（论文）的印刷
2、本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期:学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期:年 月 日学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门
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4、2.4 变压器的选择72.4.1 变压器的选择72.4.2 变压器运行中的监视和维护152.4.3 变压器的技术规范简述173 短路电流计算203.1 短路的原因、后果及其形式203.2 短路电流计算的目的203.3 各元件电抗计算及等值电路图213.4 500KV母线侧短路电流的计算224 电气设备的选择234.1 电气设备的选择的一般条件234.2 电气设备的选择234.2.1 断路器的选择234.2.2 隔离开关的选择:244.2.3 发电机侧隔离开关的选择254.2.4 6KV系统设备的选择264.2.5 避雷器的选择:264.3 母线的选择274.4 互感器的选择274.4.1 电压
5、互感器的选择:284.4.2 电流互感器的选择:295 配电装置的配置335.1 配电装置的设计原则与设计要求335.1.1 配电装置的设计原则:335.1.2 配电装置设计的要求:6 1000WM汽轮发电机356.1 THDF l25/67电厂发电机组技术参数356.2 THDF l25/67电厂发电机组特点366.3 THDF l25/67电厂发电机各部位介绍376.3.1 发电机本体376.4 发电机的运行参数406.4.1 额定运行方式和调整范围406.4.2 与正常运行不同的运行方式407 发电机励磁系统427.1 对大型发电机励磁系统的要求427.1.1 励磁系统的主要作用427.
6、1.2 对大型发电机励磁系统的要求437.2 本发电机励磁系统结构及特点44结束语46致 谢47参考文献481 绪 论电能是经济发展最重要的一种能源,可以方便、高效地转换成其他能源形式。提供电能的形式有水利发电,火力发电,风力发电,随着人类社会跨进高科技时代又出现了太阳能发电,磁流体发电等。但对于大多数发展中国家来说,火力发电仍是今后很长一段时期内的必行之路。火力发电是现在电力发展的主力军,在现在提出和谐社会,循环经济的环境中,我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响,对不可再生能源的影响,虽然现在在我国已有部分核电机组,但火电仍占领电力的大部分市场,近年电力发展滞后经济发展,全国
7、上了许多火电厂,但火电技术必须不断提高发展,才能适应和谐社会的要求。“十五”期间我国火电建设项目发展迅猛。2001年至2005年8月,经国家环保总局审批的火电项目达472个,装机容量达344382MW,其中2004年审批项目135个,装机容量107590MW,比上年增长207%;2005年1至8月份,审批项目213个,装机容量168546MW,同比增长420%。如果这些火电项目全部投产,届时我国火电装机容量将达5.82亿千瓦,比2000年增长145%1。2006年12月,全国火电发电量继续保持快速增长,但增速有所回落。当月全国共完成火电发电量2266亿千瓦时,同比增长15.5%,增速同比回落1
8、个百分点,环比回落3.3个百分点;随着冬季取暖用电的增长,火电发电量环比增长较快,12月份与上月相比火电发电量增加223亿千瓦时,环比增长10.9%。2006年全年,全国累计完成火电发电量23186亿千瓦时,同比增长15.8%,增速高于2005年同期3.3个百分点2。随着中国电力供应的逐步宽松以及国家对节能降耗的重视,中国开始加大力度调整火力发电行业的结构。超超临界机组电气设备与超临界机组相比,主要体现在有关设备容量和电气参数的增大等方面,如发电系统电流和短路水平的提高、厂用电系统辅机容量增大导致厂用电负荷、开关和变压器容量、短路水平等的加大等。有关的主要系统和设备,包括发电系统发电机、主变压
9、器、发电机出口断路器、离相封闭母线、厂用电系统等,系统设计和设备选型均要考虑由于机组容量增大引起的特殊要求。焦作电厂21000MW机组环保迁建工程项目,符合国家节能减排、改善环境的产业政策和环保政策,在关停4220MW机组后,建设21000MW超超临界机组,有利于优化河南省电网结构、提高电网的安全可靠性,有利于加强焦作地区作为河南省能源基地的地位,能够满足焦作电力需求和提高河南电网在华中电网中水火调剂能力,对河南省及焦作市国民经济和社会发展将产生积极的作用焦作是一个能源基地,要充分利用好山西煤炭资源优势,把包括焦作电厂在内的4个项目布局好, 焦作电厂位于中心城区,2006年排放二氧化硫2.5万
10、吨,占全市总排放量的67%,占中心城区排放量的85%。新上项目采用单机100万千瓦超超临界机组,设计供电标准煤耗260克/千瓦时,较替代机组低120克/千瓦时,每年可节约标准煤84万吨,减少二氧化硫排放2.9万吨。关停焦作电厂4台22万千瓦机组,厂址从市区外迁,能够从根本上改善中心城区环境,提高群众生活质量。1.2 国内外研究及发展现状1987年,全国电力装机容量迈上1亿千瓦台阶;1995年突破2亿千瓦;到2000年底,全国电力装机容量已达3.19亿千瓦。从1949年到改革开放前的1978年,我国电力装机由185万千瓦增加到5712万千瓦,增长了29.9倍;年发电量由43亿千瓦时增加到2566
11、亿千瓦时,增长了58.7倍。而从1978年到二十世纪末,我国电力装机和年发电量又分别增长了4.58和4.33倍。目前,我国的电力装机容量和年发电量均居世界第2位;我国的电力工业也已从大电网、大机组、超高压、高自动化阶段,进入了优化资源配置、实施全国联网的新阶段3。我国是发展中国家,我国的电力工业长期以来依靠多家办电的政策,吸引了投资,促进了我国电力工业的发展;并通过引进、消化和吸收和技术创新,极大地提高了电力的技术水平和装备水平;通过十年的坚持不懈的达标、创一流工作,大大提高了电力企业的管理水平,很多电力企业,尤其是一些发电厂的管理水平可以与发达国家的电厂的管理一比高低。但是,我国人均用电水平
12、还很低,面临着继续快速发展的巨大压力。1.3 电厂地理情况本厂拟设计的火力发电厂选址于黄河北岸、太行山下的山阳城西郊,与煤炭储量丰富的山西相邻,公路、铁路交通便利,加之充足的地下水资源,是较佳的坑口电站选址。此地年最高温度为41.7,最热月平均最高温度32.5,最低温度-18.6,最热月地面下0.8米处土壤平均温度25.3。1.4 电厂基本情况1、设计电厂共安装2台100MW汽轮发电机组,总容量为2000MW,总体一次设计, 采用上海汽轮发电机有限公司依托SIEMENS公司1000MW级发电机的先迸技术制造THDFl25/67型发电机。 THDF l25/67发电机采用德国SIEMENS集团的
13、最新技术,性能优良,为具有国际先进水平的成熟产品,发电机出力裕度大。THDF l25/67发电机的原设计容量为115OMVA,功率因数0.85,定子电压27kV,氢压0.5MPa。SIEMENS公司在2001年针对该型发电机进行了l15O MVA的型式试验。该发电机为水氢氢冷却方式,即:定子绕组水内冷,转子绕组和定子主出线氢内冷,铁心轴向氢冷2、1000MW大型发电厂电气主接线的基本接线形式为一台半断路器接线方式。装设两台1000MW汽轮发电机组,汽轮发电机与主变压器接成发电机-变压器组单元接线方式。发电机出口电压为27KV,经三台单相双绕组、总容量为3340MVA的主变压器升高电压至500K
14、V。500KV升压站采用一个半断路器接线方式3、COS 0.9、Ue27kv Pe1000MW.4、厂用电率为3%,厂用电电压为6KV、380V 发电机出口电压为27KV。1.5 本课题的研究任务拟订主接线的方案:分析原始资料、确定主接线、主变形式、设计经济比较并确定最佳方案、合理的选择各侧的接线方式、确定所用电接线方式。计算短路电流:选择计算短路点、计算各点的短路电流、并列出计算结果表。合理地选择主要的电气设备:选择500KV一台半断路器接线方式线、主变双侧的断路器和刀闸、限流电抗器、避雷针、避雷器、避雷线和各个电压等级主母线上的电压互感器。配置主要的电气设备:配置各级电压互感器、配置避雷器
15、和各个支路的电流互感器和屋内屋外配电装置。合理设计各种保护:防直击雷保护、主变的继电保护、发电机的继电保护和发电厂出线的线路的保护。2 电气主接线设计及变压器选择2.1 电气主接线设计原则发电厂电气主接线是指在电力系统中的发电厂中,为满足预定的功率传送方式和运行等要求设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。其中的高压设备指:发电机、变压器、母线、开关电器、保护电器、输电线路等设备。 发电厂电气主接线的确定与机组容量、电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式等的拟定有着密切的关系。主接线设计是否合理、不仅关系到电厂的安全经济运行,也关系到整个电力系统的安全、灵活和经济
16、运行。电厂容量愈大,在系统中的地位愈重要,则影响也愈大。因此,电气主接线的设计原则是:发综合考虑电厂所在电力系统的特点;电厂的性质、规模和在系统中的地位;电厂所供负荷的范围、性质和出线回路数等因素,并满足安全可靠、运行灵活、检修方便、运行经济和远景发展等要求。大型发电厂典型的电气主接线,一般分为有母线和无母线两类,有母线类接线包括单母线、双母线及带旁路母线的接线等;无母线类主接线包括桥形、多角形和单元接线。2.2 电气主接线设计基本要求（1）可靠性:衡量可靠性的指标,一般根据主接线的型式及主要设备操作的可能方式,按一定的规律计算出“不允许”事件发生的规律,对几种主接线型式中择优。（2）灵活性:
17、投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便、调度灵活。（3）经济性:通过优化比选,工程设计应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少。（4）应具有扩建的可能性。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,还要考虑到扩建的可能性。2.3 电气主接线方案2.3.1 1000MW大型发电厂电气主接线的基本接线形式 两台1000MW汽轮发电机组,汽轮发电机与主变压器接成发电机-变压器组单元接线方式。500KV升压站采用一个半断路器接线方式。发电机至主变压器采用分相封闭母线,厂用工作总变压器分支引出线和电压互感器分支引出线也采用分相封闭母线。 图2.1 一台半断路接接 图2.1所
18、示为一台半断路接线,每一回路经一台断路器1QF或3QF接至一组母线,两回路之间设一联断路器2QF,形成了一个“串”,两个回路共用三台断路器,故又称二分之三接线。正常运行时,所有断路器都是接通的,I、II两组母线同时工作,当任何一组母线检修,或任何一台断路器检修时,各回路仍接原接线方式运行,不需要切换任何回路,避免了利用隔离开关进行大量倒闸操作,十分方便。任一组母线故障时,只是与故障母线相连的断路器自动分闸,任何回路不会停电,甚至在一组母线检修时,另一组母线故障的情况下,仍能继续运行,并且可以保证在对用户不停电的前提下,同时检修多台断路器,所以,这种接线操作简单,运行灵活,有较高的供电可靠性。在
19、一台半断路器的接线中,一般采用交叉配置的原则,电源线宜与出线配合成串。为了进一步提高供电可靠性,同名回路应配制在不同串内,避免当联络断路器故障时,同时切除两个电源线,此外,同名回路还宜接在不同侧的母线上。3/2接线具有供电可靠性高、操作检修方便和运行灵活等优点:1、在任两个断路器检修时不影响连接元件的连续供电,也不需要进行一系列的倒闸操作,减少了一次回路发生误操作的机会。2、当进行母线的检修或清扫时,不需要进行复杂的操作。3、当一组母线发生短路时,母线保护动作后只跳开与该组母线相连的所有断路器,不会使任何连接元件停电。4、在3/2接线中,各隔离开关只作为检修断路器时隔离用,不需要象双母线方式中
20、进行的倒闸操作,因此减少了隔离开关误操作的机会。5、由于不装设旁路母线,一次回路的布置清晰,配电装置占地面积小,耗用材料少。6、当一组母线或任一连接元件发生短路并伴随断路器失灵时,失灵保护动作后需要跳开断路器的数量最少,不会引起全厂停电。但这种接线投资较大,继电保护复杂。2.3.2 发电机一变压器组单元接线 大型发电机出口是否装设断路器,国内外都有着不同的观点。事实上,大型发电机出口装设断路器确实有优点也有缺点,应对其客观分析。大型发电机出口装设断路器有如下缺点:（1）大容量发电机出口断路器价格昂贵,国内不能生产,需要进口;（2）发电机与主变压器之间串接发电机出口断路器后,发电机出口断路器故障
21、或检修将影响整个机组的运行,发电机变压器回路的可靠性要比无发电机出口断路器时下降;（3）由于主变压器作为降压变压器倒送厂用电,为了保证厂用电动机启动时高压厂用母线的电压水平,主变压器或高压厂用变压器需采用有载调压型,也会导致可靠性下降。同时此调压开关价格昂贵,投资增加。实际上,大型发电机出口装设断路器,主要还是投资增加,每台机组约需增加投资一千万元左右。 装设发电机出口断路器的优越性也很明显:（1）机组正常起动或停机时,厂用电源均由系统通过主变压器供给。机组并网或停机只需操作出口断路器就可完成,缩短了机组起动时间,减少了误操作的几率。由于避免了高压厂用电源的切换,简化了厂用电源的控制和保护接线
22、,从而提高了厂用电系统的可靠性。（2）机组在汽机、锅炉或发电机故障引起跳闸时,仅需跳开发电机出口断路器,而不必连同主变压器一同切除,提高了机组保护的选择性。此时停机厂用电源仍可由系统通过主变压器倒送,避免了高压厂用电源系统的事故切换,避免了对厂用负荷的冲击,提高了厂用电系统的可靠性。（3）当500kV采用一个半接线时,机组故障只需跳开发电机出口断路器,不需跳500kV断路器,不影响500kV接线的完整性,不会导致系统开环,提高了系统的稳定性。（4）保护发电机。在发电机承受不平衡负荷,或发电机出口发生不对称短路时,发电机出口断路器可以迅速切除故障,使发电机免遭损坏。发电机带不平衡负荷运行、外部和
23、内部发生不对称短路时,会在转子本体表面感应出两倍工频涡流,在转子中引起附加发热。同时,两倍工频的交变电磁转矩使机组产生倍频振动,引起金属疲劳和机械损伤。附加发热和倍频振动都会严重威胁发电机的安全运行。（5）保护主变压器和高压厂用变压器。变压器内部因绝缘闪络形成的电弧使油分解后产生的大量气体引起变压器内部压力的升高,将导致变压器油箱破裂或爆炸。变压器内部故障电弧电流由系统和发电机共同提供。系统提供的电弧电流由装在主变压器高压侧的断路器切断,切断时间大约40ms。高压系统断开后,发电机在灭磁前仍连续不断的提供电弧电流,使油箱内部压力继续上升,发电机转子灭磁及定子电流衰减时间通常长达数秒（与励磁系统
24、有关）,以致保护不了变压器。而在发电机出口装设断路器可在3周波（60ms）内切断故障电流,将发电机和故障变压器迅速隔离,从而避免变压器遭受严重损坏。机和变压器的容量匹配,必须同时工作,在发电机与变压器之间装设了断路器。1000MW发电机,因采用分相封闭线线,不宜装隔离开关,但应有可拆连接点。图 2.2所示为电厂采用的发电机一双绕组变压器单元接线。图2-3-2发电机-双绕组变压器单元接线2.4 变压器的选择2.4.1 变压器的选择变压器是发电厂和变电所重要的电器设备之一。它不仅能够实现电压的转换,以利于远距离输电和方便用户使用;而且能实现系统联络并改善系统运行方式和网络结构,以利于电力系统的稳定
25、性、可靠性和经济性。变压器是构成电力网的主要变配电设备,起着传递、接受和分配电能的作用。在发电厂中,将发电机发出的电能经过变压器升压后并入电力网,称这种升压变压器为主变压器;另一种是分别接于发电机出口或电力网中将高电压降为用户电压,向发电厂厂用母线供电的变压器,称这种变压器为厂总变压器（简称厂总变）和启动备用变压器（简称启备变）。所用的变压器均为电力变压器。按单台变压器的相数来区分,电力变压器可分为三相变压器印单相变压器。在三相电力系统中,一般使用三相变压器。当容量过大受到制造条件或运输条件限制时,在三相电力系统中也可由三台单相变压器连接成三相组使用。随着单机容量的增大,人们在机组的接线方式选
26、择时,一般都采用发电机变压器组的单元接线。即将每台汽轮发电机和一台变压器直接连接作为一个单元,这样接线非常简单。当任一台机组发生异常和故障时对其他机组没有影响,同时也使机、电、炉的集中单元控制成为可能,便于运行人员的调节、监视和事故处理。其中变压器常称为主变的容量通常超过700MVA,因此多采用三相变压器,也有采用由三台单相交压器接成三相组的,如平纡电厂中的主变就是由三台240MVA的单相变压器接成的三相组。电力变压器按其每相绕组数分,有双绕组、三绕组或更多绕组的等型式。双绕组变压器是适用性强、应用最多的一种变压器。三绕组变压器常在需要把三个电压等级不同的电网相互连接时采用。例如,系统中220
27、、ll0、35kV之间有时就采用三绕组变压器来连接;600Mw发电机的厂用工作电源都由发电机出口支接,当厂用高压为10.5kV和3kv二个电压等级时,也常采用三绕组变压器。电力变压器,为了加强绝缘和改善散热,其铁芯和绕组都一起浸入充满变压器油的油箱中,故称为油浸式变压器。此外,还有一类电压不高的、无油的干式变压器,适用于需要防火等场合。在600MW机组厂房内的厂用低压变压器,就出于防火要求而普遍采用干式变压器。2.4.1.1 主变压器的技术特点主变压器是发电厂发出的电能输入电网必不可少的重要环节,其安全性、可靠性有严格的要求。变压器选型应按生产运行的实际需要和有关标准的规定,对其型式、额定容量
28、、接线组别、调压方式和范围、电压比、短路阻抗及其允许误差等方面按照技术经济合理的原则提出技术要求。变压器的整个器身应组成一个刚性结构,对铁芯柱应用环氧粘接带并采用专用设备绑扎,另设有上部、下部和铁芯两侧的固定装置。采用整体套装工艺,绕组的内部均设有整体硬纸筒。在绕组的上下部安装有整体大压环,有效增强器身的强度,从而提高变压器的抗短路能力。导线应普遍采用高强度自粘性换位导线、半硬自粘性换位导线或高强度组合导线外绕组 ,提高导线的屈服强度,增强导线自身的刚性和强度。为确保内绕组不出现径向失稳现象,应主要依靠导线自身的刚性和强度,即以绕组自支持为基础来抵抗变形。同时还应采取增加导线宽度、减小电流密度等措施来减小短路力,提高绕组抗变形能力。绝缘件包括端圈垫块及线圈垫块 应采用优质高密度绝缘纸板和成型绝缘件,以增加其电气和机械强度。保证绝缘压板承受的总压力并使在短路时绕
