1、发电厂电气部分课程设计 题目2600MV火力发电厂电气部分初步设计 所学专业：电气工程及其自动化班 级： 电气工程1401 发电厂电气部分课程设计 第V页发电厂电气部分课程设计任务书题目：2X600MW火力发电厂电气部分初步设计原始资料：1. 发电厂情况装机两台，容量2X600MW，发电机额定电压20KV，cos=0.9，机组年利用小时数6500h，厂用电率5.5% ，发电机主保护时间0.05s，后备保护时间3.8s，环境条件可不考虑。2. 接入电力系统情况发电厂除厂用电外， 剩余功率送入330kV电力系统，架空线路4回，系统容量6800MW，通过并网断路器的最大短路电流：I=31.2KA I
2、2s=27.1KA I4s=26.8KA 3、附近有110kV电源设计内容：1、发电机和变压器的选择（1）发电机型号、容量、台数、参数的选择（2 )主变压器，厂用变压器，启动/备用变压器型号、容量、台数、参数的选择2、电气主接线设计（1 )电气主接线方案比较（2）电气主接线方案确定（3）厂用电主接线设计3、主要电器设备选择与校验（1）断路器的选择与校验（2）隔离开关的选择与校验（3）电压互感器的选择（4）电流互感器的选择（5）高压熔断器的选择（6）避雷器的选择（7）发电机出口导体及封闭母线的选择 4、发电厂电气部分主接线图一张摘 要本设计为 600MW火力发电厂电气部分初步设计，主要分为两部分
3、，设计说明书和设计主接线图。设计说明书主要陈述了火电厂电气主接线方案设计方案。确定了发电机、主变、启动变的选型；根据给出的短路电流和设备参数对断路器、隔离开关等电气设备进行选型和校验；用计算机绘制600MW火力发电厂电气主接线图。本设计中对变压器以及开关电器等电气元件的选型均考虑了经济性、技术先进性、环保等因素，且设计中做了市场调查。关键词：发电机 变压器 断路器 主接线 ABSTRACTThis design is the preliminary design of the electrical part of 600MW thermal power plant. It is mainly
4、divided into two parts, the design instructions and the main wiring diagram. The design specification mainly states the design scheme of main electrical wiring scheme in thermal power plant. Selection of generator, transformer, starting; according to the short-circuit current and the parameters of e
5、quipment selection and calibration of the circuit breaker, isolating switch and other electrical equipment; drawing of 600MW thermal power plant, the main electrical wiring diagram by computerIn the design, the selection of electrical components such as transformers and switch electrical appliances
6、has been taken into account in the aspects of economy, advanced technology, environmental protection and so on, and the market survey has been done in the design.Key words: generator transformer circuit breaker main connection目录第1章 绪 论11.1 发电厂电气部分国内外现状及发展趋势11.2 原始资料及分析11.2.1 原始资料11.2.2 对原始资料的分析2第2章
7、发电机和主变压器的选择32.1 发电机型号、容量、台数、参数的选择32.2主变压器选择32.2.1变压器的结构32.2.2绕组数与结构32.2.3绕组接线组别42.2.4调压方式42.2.5冷却方法42.2.6容量和台数的确定42.3发电厂厂用变压器选择52.3.1厂用变压器的台数选择62.3.2厂用变压器容量的选择62.3.3 厂用变压器型式的选择62.2.4 备用变压器选择7第3章 电气主接线设计83.1 600MW机组电气主接线基本接线形式83.1.1双母线接线83.1.2 二分之三断路器接线103.2 2600MW机组厂用电设计123.2.1 厂用电概述及设计原则123.2.2厂用电的
8、电压等级确定133.2.3厂用电源及其引接方式133.2.4启动/备用电源及其引接143.2.5事故保安电源及其引接143.2.6厂用电接线设计143.2.7厂用负荷计算163.2.8厂用变压器的选择17第4章 电气设备的整定计算204.1电压互感器、电流互感器参数计算与选择204.1.1 电流互感器的选择204.1.2 电压互感器的选择214.2 母线的选择22课程设计总结24参考文献26附 录27发电厂电气部分课程设计 第27页第1章 绪 论1.1 发电厂电气部分国内外现状及发展趋势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
9、.19亿千瓦。从1949年到改革开放前的1978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。目前发达国家电力技术发展比较成熟，都已经走向输电超高压化，变电所值班无人化，继电保护智能化等。而我国电力行业发展虽有了明显的进步，但与许多国家相比发展进度还比较迟缓，有许多的漏洞和问题。我国现在所设计的常规变电所最突出的问题是设备落后，结构不合理，占地多，投资大，损耗高，效率低，尤其是在一次开关和二次设备造型问题上，从发展的观点来看，将
10、越来越不适应我国城市和农村发展的要求。所以，这就需要我们新一代的接班人努力研究、开拓创新，将问题减少，使我国电力技术的发展走向世界的前列1。我选择设计本课题，是对自己已学知识的整理和进一步的理解、认识，学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。同时也是大学几年所学的有关理论知识，结合相关的参考资料，对所有知识的一次综合运用，把理论知识和实践相结合，根据国家电力行业相关规范，开拓新思维，总结和反映大学的收获，也起一个很好的见证。1.2 原始资料及分析1.2.1 原始资料 （1）发电厂情况装机两台，容量2x600MW，发电机额定电压20KV，c
11、os=0.9，机组年利用小时数6500h，厂用电率5.5% ，发电机主保护时间0.05s，后备保护时间3.8s，环境条件可不考虑。（2）接入电力系统情况发电厂除厂用电外，剩余功率送入330KV电力系统，架空线路4回，系统容量6800MW，通过并网断路器的最大短路电流：I=31.2KA I2s=27.1KA I4s=26.8KA（3）附近有110kV电源接入电力系统情况1.2.2 对原始资料的分析根据发电厂的情况可知，装机容量为2600MW。该火电厂年利用小时数6500h，因此，在电力系统中将主要担任基荷。装机容量是系统容量6800MW的17.6%，所以在电力系统中是重要发电厂。从而该厂主接线设
12、计务必着重考虑其可靠性。拟采用单元接线形式，不设发电机出口断路器，有利于节省投资及简化配电装置布置，提高可靠性。当配电装置连接元件总数在6个及以上时，通常都采用一台半断路器接线或双母线分段带旁母的接线方式。第2章 发电机和主变压器的选择2.1 发电机型号、容量、台数、参数的选择设计电厂共安装2台600MW汽轮发电机组，总容量为1200MW，总体一次设采用哈尔滨电机厂的QFSN-600-2-22B汽轮机。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。1根据原始资料可选发电机型号如表2-1所示：表2-1 发电机主要参数型号额定功率（MW）额定电压（kV）额
13、定电流（A）功率因数cos转速（r/min）QFSN-600-2-22B60020192450.930002.2主变压器选择主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。由于大型变压器随着容量的增大，尺寸和重量也增大。2.2.1变压器的结构所以当发电厂与系统连接的电压等级为330kV时，600MW机组单元连接的主变压器综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，可采用单相组成的三相变压器。采用单相变压器时,由于备用单相变压器一次性投资大,利用率不高,故应综合考虑系统要求、设备质量以及按变压器故障率引起的停电损失费用等因素，确定是否装设备用单相变压器。若确需装设，可
14、按地区（运输条件允许）或同一电厂23组的单相变压器（容量、变比与阻抗均相同），合设一台备用单相变压器考虑。22.2.2绕组数与结构电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。容量为200MW以上大机组都采用与双绕组变压器成单元接线，而不于三绕组变压器组成单元接线。这是由于机组容量大，其额定电流及短路电流都很大，发电机出口断路器制造困难，价格昂贵，且对供电可靠性要求较高，所以，一般在发电机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线，而封闭母线回路中一般不装高断路器和隔离开关。2.2.3绕组接线组别变压器三相绕组的接线组别必
15、须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。而在发电厂中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，主变压器接线组别一般都选用YN，d11常规接线。全星形接线变压器用于中性点不接地系统时，3次谐波无通路，将引起正弦波电压畸变，并对通信设备发生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。在我国，全星形接线变压器均为自耦变压器，电压变比多为220/110/35、330/220/35、330/110/35、500/220/110kV，由于500、330、220、110kV均系中性点直接接地系统，系统的零序阻抗较小
16、，所以自耦变压器设置三角形绕组用以对线路3次谐波的分流作用已显得不十分必要。2.2.4调压方式调压是通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压的调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达，但结构复杂、价格昂贵。2.2.5冷却方法电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却，在发电厂水源充足的情况下，为压缩占地面积，也可采用强迫油循环水冷却。强迫油循环水冷却的散
17、热效率高，节省材料，减小变压器本体尺寸，但要一套水冷却系统和有关附件，在冷却器中，油与水不是直接接触，在设计时和运行中，以防止万一产生泄漏时，水不至于进入变压器内，严重地影响油的绝缘性能，故对冷却器的密封性能要求较高。2.2.6容量和台数的确定主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出，这在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦的变电设备投资。为此，必须合理地选择变压器。对单元接线的变压器,其容量应按发电
18、机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有的裕度来确定，即变压器的容量：SB=1.1（1-KP)cosPN （2-1）式中：SB为变压器的计算容量MV；PN为发电机的额定功率kW；KP为发电机的厂用电率为5.5%；发电机的功率因数为cos=0.9。由于本工程采用发电机变压器单元接线，主变压器容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。根据DL50002000火力发电厂设计技术规定：“主变压器的容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷后留有10%的裕度选择。参见GBT_6451-2008_三相油浸式电力变压器技术参数和要求3规定，主变压器
19、容量选择720MVA可以满足要求。考虑到运输条件的限制主变压器选用三相双绕组强迫油循环风冷铜线圈720MVA无励磁调压电力变压器，电压变比330 22.5%/22kV，连接组标号：YN，d11,空载损耗360kW，负载损耗1620kW，空载电流0.15%，阻抗电压16%。主变压器SFP10-/330主要技术参数如表2-2所示。表2-2 主变压器主要技术参数型号：SFP10-/330额定容量720MW连接组标号YN，d11高 压55022.5%kV低 压20kV阻抗电压14.5%空载损耗360kW负载损耗1620kW空载电流0.15%kA2.3发电厂厂用变压器选择厂用变压器选择的基本原则和应考虑
20、的因素：（1）变压器原、副边额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应。（2）连接组别的选择，宜使用同一电压级的厂用电工作、别用变压器输出电压的相位一致。（3）阻抗电压及调整型式的选择，宜使在引接点电压及厂用电负荷正常被动范围内，厂用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的5%。（4）变压器的容量必须保证厂用机械及设备能从电源获得足够的功率。2.3.1厂用变压器的台数选择根据资料：2600MW机组的厂用电率为5.5%。本厂每台机组选用四段高压母线，1台高压厂用电源包括工作电源和备用电源，两者又各分为高、低压两部分。对单机容量在200MW及以上的发电厂还应考虑设置启动电源和事故保安电源。厂用
21、电源必须满足供电可靠，且满足各种工作状态的需求。厂用电应尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，避免引起全厂停电事故，各机组厂用电系统应相互独立，以保证一台机组故障停运或其辅机发生电气故障时，不影响其他机组正常工作。因为电厂有两台机组同时工作，考虑到供电的可靠性，故每台机组配置一台高压厂用变压器和一台公共变压器，两台机组设一台备用变压器。2.3.2厂用变压器容量的选择确定厂用变压器的容量，首先应先了解厂用负荷的特性。按照主机满发的要求及厂用电母线按炉分段的原则，进行厂用变压器的选择。常用母线是按炉分段的，要确定厂用变压器和电抗器的容量，首先列出该变压器所供常用母线段上电动机容量和台数，然后计算母线段
22、的计算负荷，即在正常情况下全厂发电机满负荷运行时，各厂用母线段上最大负荷。综合电厂各大型电动机的工作时间不同，工作方式不同，无法正确掌握总的耗电量，已知厂用变压器的容量略大于厂用电量，但本次设计提供的资料中给出了厂用电率，故厂用变压器的容量可由式2-2求的。SN=PNGKP （2-2）带入数据得SN=6005.5%=33MVA2.3.3 厂用变压器型式的选择（1）相数的选择厂用电系统供电负荷绝大部分为三相电动机，故本次设计选用三相厂用变压器。（2）绕组数的选择本次设计的工作变压器选为分裂绕组变压器，公用变压器为双卷变压器。（3）连接组别的确定为保证常用电的供电稳定性，并减少电流震荡，一次侧选用
23、D型，本次设计的连接组别为Dyn1。（4）结构形式选择因为发电机出口电压为20kV，而常用高压为6kV故需要一台降压变压器。（5）调压方式的选择因为厂用电的供电要求灵活可靠，且变压器容量较小，经济成本较低，故可以采用有载调压。综上所述，本次设计的高压厂用变压器选用三相油浸式风冷分裂绕组中性点经中阻接地的降压变压器，接线组别为Dyn1。根据以上条件选择，确定采用型号为SFFZ-50000/20三绕组电力变压器；高压公用变压器型号为SF-25000/20，高压厂用备用变压器型号为SFZ31500/2220；高压厂用变压器具体参数如下：表2-3 高压厂用变压器参数型号SFFZ-50000/20调压方
24、式有载调压额定容量50/31.5-31.5MVA接线组别Dyn1冷却方式自然冷却/风冷空载损耗29.5kV额定电压20/6.3-6.3kV低压侧额定电流2887A额定频率50HZ高压侧额定电流1443A电压组合（20 81.25%)/6.3kV中性点接地方式低压侧经40电阻接地S：三相 F：风冷却 Z：有载调压2.2.4 备用变压器选择每台机组分别设置1台高压厂用无载调压分裂变压器，容量为68/34-34MVA。每台高压厂用工作变压器设有6kV工作母线段。变压器与开关柜之间采用小离相封闭母线相连。其中1台厂变主要向公用和辅助系统负载供电，包括脱硫系统负荷、备用电动给水泵等。全厂不设6kV公用段
25、。正常运行时全厂公用负荷由各机组6kV工作段供电。第3章 电气主接线设计3.1 600MW机组电气主接线基本接线形式本节主要介绍装有大容量（600MW及以上）汽轮发电机组的发电厂有关的基本主接线形式。3.1.1双母线接线（1）一般双母线接线如图3-1所示，它具有两组母线：工作母线和备用母线。每回进出线均经一组断路器和两组母线隔离开关分别接至两组母线，两组母线间通过母线联络断路器QFc相连。有两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大为提高，其特点如下：1）检修任意一组母线时，不会停止对用户的连续供电。例如，检修母线时，可把全部电源和复合线路切换到母线上。2）运行调度灵活，通过倒换操作可以实现不同形式
26、的运行方式。当母联断路器QFc闭合，进出线适当地分配在两组母线上，形成双母线同时运行的状态（相当于单母线分段的运行方式）。有时为了系统的需要，亦可将母联断路器断开（处于热备用状态），两组母线同时运行。这时该电厂相当于分裂成两个电厂各自向系统送电。显然，两组母线同时运行的供电可靠性比只有一组母线运行时高。1图3-1 一般双母线接线（2）双母线带旁路母线接线 一般双母线接线的主要缺点是，检修线路断路器会造成该回路停电。为了检修线路断路器时不致造成停电，可采用带旁路母线的双母线（应该注意的是旁路母线只为检修断路器时不中断供电而设，它不能代替汇流母线），如图3-2所示。在每一回路的线路侧装设一组隔离开
27、关（旁路隔离开关）QS，接到旁路母线上，而旁路母线再经旁路断路器和旁路隔离开关接到两组母线上。图3-2中设有专用的旁路断路器QF，要检修某一线路的断路器时，基本操作步骤：先合旁路断路器两侧的隔离开关（母线侧合上一个），再合上旁路断路器QF对旁路母线进行充电与检查；若旁路母线正常，则待检修的断路器回路上的旁路隔离开关两侧已经等电位，可以合上该旁路隔离开关；此后可断开带检修短路器及其两侧的隔离开关，对断路器进行检修。此时已通过旁路断路器、旁路母线及有关旁路隔离开关想起供电。1图3-2 双母线带旁母接线（3）双母线分段接线双母线接线难以满足大型电厂和变电所对主接线可靠性的要求：不分段的双母线接线在母
28、联断路器故障或一组母线检修，另一组运行母线故障时，有可能造成严重的或全厂（所）停电事故。如图3-3为双母线分段接线。用分段断路器QF3把工作母线分段，每段分别用母联断路器QF1和QF2与备用母线相连。这种接线比一般的双母线接线具有更高的供电可靠性与灵活性。但由于断路器较多，投资较大，一般在进出线路较多（如多于8回线路）时可能用这种接线。以上三种双母线接线方式具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点，在国内大中型电厂和变电所广泛采用。但是这种接线所用设备多，在运行中隔离开关作为操作电器，交易发生误操作。特别是当母线系统发生故障时，需要短时间内切除较多电源和线路，这对于特别重要的大型发电厂
29、变电所是不容许的。2图3-3 双母线分段接线3.1.2 二分之三断路器接线如图3-4所示，在上和下两组母线之间有3个断路器构成一串，给2个元件（出线或电源）使用，每个元件占用二分之三断路器。称为二分之三断路器接线，又称二分之三接线。图3-4 二分之三接线正常运行时，两组母线和同一串的三个断路器都投入运行，称为完整串运行，形形成多环路状供电，具有很高的可靠性。其主要特点是，任一组母线故障或检修时，只断开与此母线相连的所有断路器，所有回路都不会停电。 任一断路器检修时，所有回路都不会停电（每个回路都经过两台断路器供电)。甚至在一组母线检修另一组母线故障或两组母线同时故障的极端情况下，也不中断供电。
30、一串中任何一台断路器退出或检修时，这种运行方式称为不完全串运行，此此时任然不影响任何元件的运行。这种接线运行方便、操作简单，隔离开关只在检修时作为隔离电器用。3在装设600MW机组的大容量电厂中，广泛采用二分之三断路器接线。在电厂一期工程中，一般机组和出现数较少。如本期2600MW工程，只有两台发电机和两回出线，构成只有两串的二分之三断路器接线。在此情况下，电源（进线）和出线的接入点可采用两种方式：一种是交叉接线，如图3-5（a）所示，将两个同名元件（电源或出线）分别布置在不同串上，并且分别靠近不同母线接入，即电源（变压器）和出线相互交叉配置；另一种是非交叉接线，如图3-5（b）所示，它也将同名元件（电源或出线）分别布置在不同串上，但所有同名元件都靠近同一母线一侧（进线都靠近一组母线，出线都靠近一组母线）。通过分析可知：二分之三交叉接线比二分之三非交叉接线具有更高的运行可靠性，可以减少特殊运行方式下事故扩大。例如，一串中的联络断路器（设502）在检修或停用，当另一串的联络断路器发生异常
