MW机组火电厂电气部分的设计毕业设计.doc
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2*300MW火力发电厂电气部分设计
XX大学
毕业设计(论文)
题目 2×300MW机组火电厂电气部分的设计
并列英文题目 ThermalPowerPlantUnit2×300MWelectricalpartofthedesign
系部 电力工程系 专业 电气自动化
姓名 XXXXXXXX 班级 电气0801
指导教师 XXXXXX 职称 教授
论文报告提交日期 2011年5月
52
摘要
本次设计是针对2×300MW机组火电厂电气部分的设计。
介绍了现代电厂的类型和电厂中的一些设备。
介绍了电厂的一些电气设备如发电机、变压器、断路器、电压互感器、电流互感器和电动机等。
发电机将电能发出后,通常通过电力变压器传送给系统。
电力系统中的变压器的作用是将发电机末端电压升高到传送系统电压。
升高电压的目的是减少输电线路上的损耗。
电压互感器的二次侧不允许短路。
如果二次侧短路,将在二次侧产生巨大电流,从而烧坏绕组。
在一次侧负载运行时,电流互感器的二次侧电流不允许开路。
如果二次侧开路时在端子之间将产生电位差,这对于任何接近或接触表计和表头的人来说都是危险的。
因此,我们在电厂以后的工作当中一定要时刻保持安全和认真的态度。
关键词:
电器设备发电机变压器
Abstract
Thisdesignaimsat2×300MWtheunitthermoelectricpowerstationelectricitypartialdesigns.Introducedinthemodernpowerplanttypeandpowerplantsomeequipment.Introducedthepowerplantsomeelectricalequipmentlikegenerators,thetransformer,thecircuitbreaker,thevoltagetransformer,thecurrenttransformerandtheelectricmotorandsoon.Afterthegeneratorgeneratestheelectricity,usuallytransmitsthroughthepowertransformerforthesystem.Intheelectricalpowersystemtransformerfunctionisgeneratorterminalvoltagemagnificationtothetransducervoltage.Theboostinggoalisreducesonthetransmissionlinetheloss.Thevoltagetransformertwosidesdonotallowtoshort-circuit.Iftwosidesshort-circuit,willproducethegiantelectriccurrentintwosides,thuswillburnoutthewinding.Whenasideloadmovement,thecurrenttransformertwosideselectriccurrentdoesnotallowtoleadtheway.Iftwosidesleadthewaytimeinsedatebetweenwillhavethepotentialdifference,thisregardinganywillapproachorcontactstheinstrumentandthetableheadpersonsaidallwillbedangerous.Therefore,wecertainlywillwantthetimemaintenancesecurityandtheearnestmannerinmiddlethepowerplantlaterwork.
Keywords:
electricalequipmentgeneratortransformer
第一部分目录
第一章说明书 2
第一节原始资料 2
1.1.1 发电厂的建设规模 2
1.1.2电力系统负荷水平 2
1.1.3地区电网现状:
3
第二节设计任务 4
1.2.1设计依据及原始资料的收集和分析; 4
1.2.2发电机、主变压器选择; 4
1.2.3电气主接线的设计; 4
1.2.4厂用电设计; 4
1.2.5短路电流计算; 4
1.2.6高压电气设备选择; 4
1.2.7发电机,变压器保护配置; 4
1.2.8配电装置规划设计; 4
1.2.9防雷保护规划配置; 4
1.2.10绘制工程图纸。
4
第二章电压等级的选择 5
2.1电力网电压等级的选择 5
2.2厂用电电压等级的选择 5
第三章电气设备 6
第一节同步发电机的选择 6
第二节变压器的选择 6
第三节导体和电气设备选择 10
第四章电气主接线 17
第一节主接线的设计原则 17
第二节主接线的形式选择 18
第五章厂用电设计 20
第一节厂用电设计要求和负荷分类 20
第二节厂用变压器选择 22
第六章短路电流计算 24
第一节短路电流计算结果 24
第二节短路电流计算 25
第七章发电机变压器组继电保护 41
第一节继电保护配置要求 41
第二节发电机变压器组保护简介 43
第八章配电装置规划 49
前言
电力工业在社会主义现代化建设中占有十分重要的地位,在现代化生产和人民生活中,电能得到广泛的应用。
近年来,330KV及以上超高压输电厂工程的陆续建成和各地电力网的不断扩大,标志着我国的电力工业已进入一个发展的新时期。
发电厂是电力系统的重要组成环节,它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。
本次设计是在毕业设计任务书的基础上进行的,依靠大专三年所学的专业理论知识,以达到理论联系实际,学以致用的目的。
我这次设计的题目为《2x300MW火力发电厂电气部分设计》,针对一次系统为主、二次设计为辅的原则,主要针对发电机、变压器的型号及其机组接线形式的选择、220KV主接线形式的选择、高压断路器、隔离开关的选择、电压互感器和电流互感器的选择,以及进行了厂用电设计、短路计算,并对发电机和变压器的主保护进行了简单的配置,还对配电装置进行了规划。
由于本人水平有限,设计中难免有不足之处,希望各位老师批评指正。
设计者马志斌
日期2011-05
第一章说明书
第一节原始资料
1.1.1发电厂的建设规模
(1)类型:
火电厂
(2)本次设计机组的型式为QFSN-300-2-20,利用小时数6000小时/年。
(3)第一期工程装机容量为:
2×200MW
(4)本次设计为二期工程装机容量为:
2×300MW
1.1.2电力系统负荷水平
(1)发电机电压负荷:
最大600MW,最小300MW,cosø=0.85,T=6000h.
(2)厂用负荷为10%。
(3)高压厂用负荷:
6KV电压级,最大输送60MW,cosø=0.85。
(4)环境条件
(1)当地年最高温度40℃,年最低温度-10℃,年平均温度14.2℃,年最大风速25m/s,历年最大覆冰厚度为10mm。
(2)当地海拔高度264.5m,工程环境条件优越,出线走廊开阔,满足出线要求。
(3)年平均雷暴日为10日/年。
(4)该地区属II级污秽区。
1.1.3地区电网现状:
1)供电区面积:
15208.6平方公里,总人口620万。
2)本地区统调最大负荷:
725MW,供电量38.23亿KWH。
3)本地区全口径最大供电负荷:
1050MW;
供电量:
58.81亿KWH。
4)各电压级线路总距离:
500kv:
200.832km220kv:
713.756km
110kv:
980.195km35kv:
1135.019km
5)各电压等级变电容量:
500kv1500MVA220kv:
1596MVA
110kv2099MVA35km:
646.9MVA
第二节设计任务
1.2.1设计依据及原始资料的收集和分析;
1.2.2发电机、主变压器选择;
1.2.3电气主接线的设计;
1.2.4厂用电设计;
1.2.5短路电流计算;
1.2.6高压电气设备选择;
1.2.7发电机,变压器保护配置;
1.2.8配电装置规划设计;
1.2.9防雷保护规划配置;
1.2.10绘制工程图纸。
第二章电压等级的选择
2.1电力网电压等级的选择
电网电压选择,主要根据线路送电容量和送电距离。
我国各级电压输送能力统计:
输送电压(KV)
输送容量(MW)
传输距离(km)
35
2~10
20~50
110
10~50
50~150
220
100~500
100~300
由上表可得,输送容量在100MW以上的火电厂与系统进行并网的电压等级为220KV,所以本次设计2*300MW火力发电厂与系统进行并网的电压等级可选为220KV。
2.2厂用电电压等级的选择
国内现今适用于300MW及以上容量机组的火电厂的高压电气设备基本都为6KV,经过数十年的生产,品种系列都比较齐全。
因此,设计电厂的厂用高压用电系统采用6KV的电压等级。
第三章电气设备
第一节同步发电机的选择
由《火电厂设计技术规程》DL5000-94第11.1.2中可知:
1.发电机的额定容量应与汽轮机的额定出力相匹配;发电机
的最大连续输出容量应与汽轮机的最大进汽量工况下的出力相匹配,且其功率因数和氢压均应与额定值相同。
汽轮发电机的轴系自然扭振频率应避开工频及2倍工频。
2.汽轮发电机组应有承受高压输电线路出口单相重合闸能力。
根据电力系统的要求,发电机应具备一定的吸收无功功率,调峰及失磁后短时异步运行的能力。
本次设计采用的是东方电机厂生产的300MW水氢氢冷却发电机:
型号为QFSN-300-2-20。
其本体主要参数及有关说明:
发电机额电容量为353MVA;额定功率因数为0.85;额定定子电流为10190A;额定频率为50HZ;额定转速为3000r/min;Xd”=16.18%;定子绕线方式为双Y(并联);额定励磁电压为463V;额定励磁电流为2203V;冷却方式为水氢氢;额定氢压为0.3MPa。
第二节变压器的选择
1.发电厂主变压器的容量的确定
根据《火力发电厂设计技术规程》DL5000-94中第11.1.5条
中容量为200MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时,主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择:
为保证发电机电压出线供电可靠,主变压器容量应根据5-10年的规划进行选择,并考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力,每台变压器的额定容量一般按下式选择:
Sn=0.6Pn
Pn为发电厂的最大负荷。
2.主变压器型号的选择
1.相数:
根据《火力发电厂设计技术规程》DL5000-94中第11.1.3条发电厂与电力系统连接的主变压器,若不受运输和制造条件的限制,应采用三相变压器。
2.发电厂主变压器绕组的数量
根据《火力发电厂设计技术规程》DL5000-94中第11.1.7条对于容量为200MW及以上的机组,其升压变压器一般不宜采用三绕组变压器。
故采用双绕组变压器。
3.绕组连接方式
由《电力工程设计手册电气一次部分》知:
我国110KV及以上电压等级为中性点直接接地系统,变压器绕组都要采用“Y”连接;35KV及以下高压电压,为消去二次谐波影响,变压器绕组都采用“D”连接,所以主变接线方式采用YN,d11。
4.冷却方式:
由《电力工程设计手册电气一次部分》知:
随着变压器的制造技术的发展,在大容量变压器中为了达到预期的冷却效果,提高散热效率,节省材料,减小变压器的本体尺寸,采用强油循环风冷的冷却方式。
单元接线的主变压器单元接线时变压器容量Sn应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后,留有10%的裕度来选择。
Sn≈1.1Pn(1-Kp)cosψ
Pn—发电机容量cosψ—发电机额定容量
Kp—厂用电率
Sn≈1.1×300(1-10%)÷0.85≈349.4MVA
根据以上原则进行选择主变压器型号为:
SFP7-360000/220型三相强油风冷电力变压器
冷却方式:
强油导向循环风冷式
空载额定电压:
高压侧242KV,低压侧20KV
高压绕组:
分接头±4×2.5%,无励磁调节
接线组别:
YN,d11(Y/△-11)
中性点运行方式:
可直接接地或不接地运行
阻抗电压:
14.0%短路损耗:
860KW
空载损耗:
195KW空载电流:
0.7%
总重:
246t
3.联络变压器的选用
因为设计电厂中原有一期工程,其主变压器高压侧电压为
220KV和110KV所以需要设置联络变压器将其与二期工程相连。
根据《火力发电厂设计技术规程》DL5000-94中第11.1.7条中,连接的两种升高电压均系中性点直接接地系统,且技术经济合理时可选用自耦变压器。
联络变压器一般只装一台,最多不超过两台。
联络变压器的容量应满足两种电压网络之间在各种运行方式下的功率变换,其容量一般应不小于接在两种电压母线上的最大一台机组的容量,以保证最大一台机组故障或检修通过联络变压器来满足本侧负荷的需要。
根据以上原则对联络变压器型号的选择为:
SSPSOL-300000/220
额定容量比(高/中/低)%:
300/300/150
额定电压(高/中/低):
242±2×2.25%/121/13.8(KV)
空载损耗:
224.7KW
短路损耗:
高-中1043KW;高-低508.2KW;中-低612.5KW;
阻抗电压(各线圈值):
高-中13.43%;高-低11.74%;中-低18.66%;
空载电流:
0.582%。
连接组别:
YNyn0d11
第三节导体和电气设备选择
1.断路器及隔离开关
断路器型式的选择,除须满足各项技术条件和环境条件外。
还应考虑便于安装调试和运行维护,并经技术经济比较后才能确定。
隔离开关型式的选择,应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素,进行综合的技术经济比较然后确定。
其选择条件与断路器选择的技术条件相同。
一)220KV母线侧高压断路器和隔离开关的选择
(1)高压断路器的选择方法:
1、额定电压选择:
UN≥UNS
2、额定电流选择:
IN≥Imax
3、开断电流选择:
高压断路器的额定开断电流Inbr,不应小于实际开断瞬间的短,路电流周期分量有效值Izk,即INbr≥Izkh,没和当断路器的Inbr教系统短路电流大很多时,也可用次暂态电流I”INbr≥I”。
4、短路关合电流的选择:
断路器的额定关合电流incl不应小于短路电流最大冲击值ish,即incl≥ish
5、热稳定校验:
It2t≥Qk
6、动稳定校验:
ies≥ish
(2)高压断路器的选择:
1、10KV及以下一般选用真空断路器,35KV及以上多选用六氟化硫断路器,该回路为220kV电压等级,故选用六氟化硫断路器。
2、断路器安装在户外,故选户外式断路器。
3、回路额定电压Ue≥220kV的断路器,且断路器的额定电流不得小于通过断路器的最大持续电流ImaX=1.05×300×1000/0.85/1.732/231=926.2(A)
4、初选为LW-220I型六氟化硫断路器,其主要技术参数如下:
型号
额定电流
A
额定开断电流
kA
动稳定电流
kA
热稳定电流(有效)
kA
固有分闸时间
S
LW-220I
1600
40
100
40
0.04
5、对所选的断路器进行校验:
(1)短路关合电流的校验
所选断路器的额定关合电流,即动稳定电流为100kA,流过断路器的冲击电流为51.108kA,则短路关合电流满足要求,因为其动稳定的校验参数与关合电流参数一样,因而动稳定也满足要求。
(2)热稳定校验
设后备保护动作时间4s,所选断路器的固有分闸时间0.04s。
则短路持续时间t=4+0.04=4.04s。
因为电源为无限大容量,非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计,则短路热效应:
Qk=I”2t=21.8042×4.04=1541.572kA2.s
允许热效应It2t=402×4=6400kA2.s
It2t>Qk热稳定满足要求。
以上各参数经校验均满足要求,故选用LW-220I型断路器。
(3)隔离开关的选择:
1、根据配电装置的要求,35KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地开关。
2、该隔离开关安装在户外,故选择户外式。
3、该回路额定电压为220kV,因此所选的隔离开关额定电压Ue≥220kV,且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流
ImaX=1.05×300×1000/0.85/1.732/231=926.2(A)
4、GW11-220(D)型高压隔离开关其主要技术参数如下:
额定电压KV
额定电流A
动稳定电流KA
热稳定电流KA
220
1600
125
50(4s)
5、校验所选的隔离开关:
(1)动稳定校验
动稳定电流等于极限通过电流峰值即ies=125kA
流过该断路器的短路冲击电流ish=51.108kA.s
即ies>ish动稳定要求满足。
(2)热稳定校验
断路器允许热效应It2t=502×4=10000kA2.s
短路热效应QK=1541.572kA2.s
It2t>QK热稳定满足要求。
经以上校验可知,所选隔离开关满足要求,故确定选用GW11—220(D)型高压隔离开关。
二)6KV母线侧断路器选择:
断路器选择型号为6KV/BA1型开关柜配置3AF型真空断路器
三)220KV侧电流互感器的选择:
电流互感器应为屋外LB11-220W2型
(1)根据安装地点(户内和户外)和安装使用条件(穿墙式支持式母线式)等选择电流互感器的类型。
35KV以上配电装置,一般选用油浸式绝缘结构的电流互感器,有条件时应选用套管式电流互感器。
(2)按一次电路的电压和电流选择电流互感器的一次额定电压和额定电流时,必须满足
电流互感器所在电网的额定电压;电流互感器的一次额定电压和一次额定电流;K温度修正系数;装设所选电流互感器的一次回路的最大持续工作电流。
(3)根据二次负荷的要求,选择电流互感器的准确度级。
电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级,以保证测量的准确度。
根据以上可选择电流互感器应为屋外LB11-220W2型
根据所选择的电流互感器,校验电流互感器的二次负荷,并选择二次连接导线截面。
并对电流互感器进行热稳定和动稳定校验。
四)220KV母线侧电压互感器的选择:
型号为TYD220/-0.01H(//0.1).
(1)按安装地点和使用条件等选择电压互感器类型
220KV及以上配电装置中,宜选用电容式电压互感器选单相式。
(2)按一次回路的电压选择,电压互感器一次侧额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。
但电网电压的变动范围,应满足:
(3)按二次回路电压选择。
查表选择。
(4)按容量和准确级选择。
电压互感器准确级的选择的原则,可参照电流互感器的准确级选择。
选定准确级之后,在此准确级下的额定二次容量,即
最好选用与相近的,因为超过或比小的过多时,都会是准确级降低。
互感器二次负荷的计算式为
根据上面电压互感器可选择为型号为:
TYD220/-0.01H(//0.1)
五)220KV母线和6KV母线的选择
1.220KV母线选择
应选用管型母线进行三相水平布置。
2.6KV母线的选择
已知参数:
母线继电器的动作时间短路器全分闸时间;室内最高温度,相间距离为0.25m,绝缘子跨距为1.2m
1.按长期允许电流选择截面。
最大持续工作电流为:
=0.×3903=3161.43A<3849.11A
故不符合要求:
应选择铜导体三条平放=4780A截面为,=4780=3871.8A>3849.11A
故选择母线矩形截面铜导线。
2.热稳定校验,计算热稳定最小允
短路持续时间。
因可不考虑非周期分量热效应。
计算母线短路前通过最大持续工作电流时得工作温度:
=
按热稳定系数C=87,热稳定最小允许截面:
故满足热稳定要求。
3.动稳定校验。
母线三相短路时冲击电流
中间母线的最大电动力:
最大弯矩为:
母线抗弯矩:
母线的计算应力:
故符合要求。
第四章电气主接线
发电厂和变电所中的一次设备按一定的要求和顺序连接成的电路成为主接线。
它把各电源送来的电能汇集起来并分配给各用户,是电力系统接线的主要组成部分。
第一节主接线的设计原则
一.电气主接线的设计依据
1.地区电厂靠近城镇一般接入110-220kv系统。
2.发电厂的机组容量应根据系统规划容量,负荷增长速度和电网结构等因素来考虑,最大机组容量不超过系统容量10%为宜;
3.设计主接线时,还应考虑检修母线或断路器是否允许线路故障、变压器或发电机停运、故障时允许切除的电路、变压器和机组的数量等;
4.当配电装置在电力系统中居重要地位、负荷大、潮流变化大且出线回路较多时,宜采用双母线或双母线分段接线方式;
二.电气主接线的基本要求
1.满足系统和用户对供电可靠性和电能质量的要求
2.具有一定的灵活性
3.操作力求简单方便
4.经济上
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