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毕业设计论文
4*50MW发电厂电气设计
本发电厂为地方性火力发电厂,一次建设完成,不考虑扩建;
1、本厂安装四台50MW的汽轮发电机和四台200T/h的锅炉。
2、本厂由110kv电压与系统连接或向用户供电,110kV出线四回,每回线路最大输送功率为40MW,功率因数为0.85。
年最大负荷利用小时数为400h。
3、本厂还用10kv向邻近工厂送电,10KV出线12回,每回线路的输送最大功率为300KVA,用电缆送出。
4、在系统最大运行方式下系统阻抗如下:
系统0.5110KV发电厂
此阻抗为Sj=100MVA时的标么值。
5、发电机的有关技术数据及厂用负荷:
1、发电机:
50MW10.5KV3437Acosφ=0.8Xl=19.4
2、厂用负荷:
见附表
6、气象及地质条件:
1、年最高温度为38.7℃,年最低温度—2.7℃,最热月平均最高温度29℃,最热月平均地下0.8m,土壤温度21.5℃。
2、当地海拔1518.3m.
3、当地雷暴日T=25.1日/年。
7、设计任务:
1、发电厂主接线:
厂用电接线设计论证;
2、选择主变、厂用变及各参数;
3、短路电流计算;
4、电气设备选择;
5、互感器的简单配置;
6、简单规划全厂继电保护及防雷措施;
8、设计成果:
1、设计说明书及计算书1份
2、画图2张
主接线图;
厂用电接线图;
升压站平、断面图。
附表一:
6KV厂用负荷
名称
额定容量(KW)
安装台数
工作台数
备用
给水泵(I)
循环水泵(I)
840
420
5
2
4
2
备用一台
小计
∑p1=840*5+420*2=5040
磨煤机(I、II)
送风机(I)
引风机(I)
6/0.4厂用变
680
480
460
1000
8
8
8
5
8
8
8
4
备用一台
小计
∑p2=680*8+480*8+460*8+1000*4=16960
计算负荷
S=P1+0.85P2=19456(KW)
4*50MW发电厂电气设计
摘要
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。
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分,也是构成电力系统的重要环节。
主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。
并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。
电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域,而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。
本文是对配有4台50MW汽轮发电机的中型火电厂一次部分的初步设计,包括发电厂主接线:
厂用电接线设计论证;选择主变、厂用变及各参数;短路电流计算;电气设备选择;互感器的简单配置以及简单规划全厂继电保护及防雷措施。
关键词:
发电厂;电力系统;变压器;电气设备;继电保护
目录
1绪论……………………………………………….……………………..……1
1.1前言………………………………………………….…..…………………..1
1.2原始资料……….…………………………….…..………………………….1
1.3电力工业的发展概况………………….….…………………………….2
1.4我国电力行业发展方针……………………….…..………………………..2
2电气主接线设计………………………………...………………………………...4
2.1主接线概述………………………….…..…………………………………..4
2.1.1可靠性……………………..….…………………………………….4
2.1.2灵活性………………..…………………………………………….4
2.1.3经济性…………………….…..…………………………………….4
2.2对原始资料的分析……………….…….…….……………………………..4
2.3拟定可行的主接线方案…………….….….………………………………..4
2.3.1确定变压器的台数及容量…….…….…………………………….4
2.3.2主接线方案………………..…….………………………………….5
2.3.3比较主接线方案….….….………………………………………….6
3厂用电的设计………………….…..……………………………………………...7
3.1厂用电源选择…………….…….……….…………………………………..7
3.1.1厂用电电压等级…….….….……………………………………….7
3.1.2厂用电系统接地方式…….…….…….…………………………….7
3.1.3厂用工作电源引接方式….….….………………………………….7
3.1.4厂用备用电源引接方式…..……………………………………….7
3.1.5确定厂用电系统……..….………………………………………….7
3.2厂用主变选择…………………….….….…………………………………..7
3.2.1厂用电主变选择原则….…….……….…………………………….7
3.2.2确定厂用电主变容量…….…….……….………………………….7
4短路电流计算……………….…….…….………………………………………...9
4.1短路计算目的….….…….…………………………………………………..9
4.2短路电流计算条件……………..………….………………………………..9
4.2.1基本假定……..…….……………………………………………….9
4.2.2一般规定….…………..…………………………………………….9
4.3 短路电流分析………….……….…………………………………………..10
4.3.1选取短路点……………….………….………………………..…...10
4.3.2 画等值网络图……….……………………………………….…....11
4.3.3 化简等值网络图………………….………………………….…....12
4.3.4各短路点短路电流计算…….……………………………...........18
5导体和电气设备的选择………………….……………………………….….….24
5.1电气设备选择概述……………….……………………………….….……24
5.2电气设备选择的一般原则………….………………………………..……24
5.3电气设备选择的校验内容……….…………………………………...….24
5.4电气设备选择的技术条件…….………………………………………..…25
5.5电气设备选择汇总……….……………………………………….….……25
5.6电气主接线…………….………………………………………………..…25
6配电装置的设计…………….………………………………………………..….27
6.1配电装置的选择原则………….……………………………………..……27
6.2配电装置的基本要求…………….……………………………………..…27
6.3配电装置的设计……….…………………………………………….....…27
6.3.1110kV配电装置…….……………………………………………27
6.3.26kV配电装置…….…………………………………………..…...27
6.4配电装置平面布置图…….…………………………………………..…...27
7防雷保护的设计…………….………………………………………………...…28
7.1概述…………………………….…………………………………….….…28
7.1.1雷害来源……….…………………………………………….…....28
7.1.2避雷针作用………….……………………………………….…...28
7.1.3避雷针的保护范围……….…………………………………..…..28
7.2避雷器的选择原则………………….…………………………….………29
7.2.1型式…………………………….………………………….……...29
7.2.2额定电压………………….……………..………………………...29
7.2.3灭弧电压………………….….…….………………………….…..29
7.2.4工频放电电压………….………….…….………………………...29
7.2.5冲击放电电压和残压…….….….………………………………...29
7.3 选择避雷器……………………..………………….………………………30
8继电保护及自动装置设计…………….….…….……………………………….31
8.1继电保护装置…………….….……………………………………………31
8.1.1线路保护……….….……….………………………………………31
8.1.2主变保护…….…….……….………………………………………31
8.1.3母差保护………….…….……….…………………………………31
8.1.4母联保护…………………….…….…….…………………………31
8.1.5发电机保护………..……….………………………………………31
8.1.6厂用电保护…….……….………….………………………………31
8.2安全自动装置………….…….……….……………………………………31
8.3继电保护配置图………….…….……….…………………………………31
结论……………………………….….….…………………………………………...33
参考文献………………………………….……….……….………………………...34
致谢…………………………….….……….……………………………………...35
附录A电气主接线图………………….……….…….…………………................36
附录B110KV配电装置布置图(a)…………….….….…………………….…....37
附录B110KV配电装置布置图(b)………………………….…………………..38
附录C配电装置平面布置图………………….…….………………………........39
附录D继电保护配置图……………….……………………………………..…...40
1绪论
1.1、课题背景
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。
电能是一种清洁的二次能源。
由于电能不仅便于输送和分配,易于转换为其它的能源,而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。
因此,电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。
绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供,电力工业已成为我国实现现代化的基础,得到迅猛发展。
本设计的主要内容包括:
通过原始资料分析和方案比较,确定发电厂的电气主接线。
计算短路电流,并根据计算结果来选择和效验主要电气设备。
1.1.1、电力工业的发展概况
到2003年底,我国发电机装机容量达38450万千瓦,发电量达19080亿度,居世界第2位。
工业用电量已占全部用电量的50~70%,是电力系统的最大电能用户,供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。
电力系统的出现,使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用,推动了社会生产各个领域的变化,开创了电力时代,发生了第二次技术革命。
电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。
我国的电力系统从20世纪50年代开始迅速发展。
到1991年底,电力系统装机容量为14600万千瓦,年发电量为6750亿千瓦时,均居世界第四位。
输电线路以220千伏、330千伏和500千伏为网络骨干,形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千瓦的省电力系统,大区之间的联网工作也已开始。
此外,1989年,台湾省建立了装机容量为1659万千瓦的电力系统。
1.1.2、我国电力行业发展方针
目前我国人均拥有装机容量和人均占有发电量较低,技术经济指标平均水平不高,火电厂的污染物排放量高,电网相对薄弱,供电可靠性偏低。
为了提高效率和保护环境,及时关闭低效率、煤耗高、污染严重的小火电机组,以大带小,装设烟气脱硫及降低氮氧化物设施,开展洁净煤燃烧技术的研究及应用。
主要的发展方针有:
1、积极发展水电,水能资源是可再生的、清洁的能源;在电力系统中,有一定比重的水电装机容量对系统调峰和安全经济运行极为有利;水电站的发电成本低,水库可以综合利用。
我国水电装机容量目前仅开发了少部分,所以要积极发展水电。
2、优化发展火电,我国有丰富的煤炭、石油和天然气,火电厂的厂址不受限制,建设周期短,能较快发挥效益。
3、适当发展核电。
4、重点发展电网,促进全国联网
5、因地制宜发展新能源发电,做好农村电气化建设,在边远农村和沿海岛屿,因地制宜建设小水电、风力发电、潮汐发电、地热发电和太阳能发电等。
1.2、原始资料
1、课题名称:
4*50MW发电厂电气设计
2、原始资料:
(1)本发电厂为地方性火力发电厂,一次建设完成,不考虑扩建;
(2)本厂安装四台50MW的汽轮发电机和四台200T/h的锅炉。
(3)本厂由110kv电压与系统连接或向用户供电,110kV出线四回,每回线路最大输送功率为40MW,功率因数为0.85。
年最大负荷利用小时数为400h。
(4)本厂还用10kv向邻近工厂送电,10KV出线12回,每回线路的输送最大功率为300KVA,用电缆送出。
(5)在系统最大运行方式下系统阻抗如下:
系统0.5110KV发电厂
此阻抗为Sj=100MVA时的标么值。
(6)发电机的有关技术数据及厂用负荷:
发电机:
50MW10.5KV3437Acosφ=0.8Xl=19.4
(7)厂用负荷:
见附表
(8)气象及地质条件:
年最高温度为38.7℃,年最低温度—2.7℃,最热月平均最高温度29℃,最热月平均地下0.8m,土壤温度21.5℃。
当地海拔1518.3m.
当地雷暴日T=25.1日/年。
附表一:
6KV厂用负荷
名称
额定容量(KW)
安装台数
工作台数
备用
给水泵(I)
循环水泵(I)
840
420
5
2
4
2
备用一台
小计
∑p1=
磨煤机(I、II)
送风机(I)
引风机(I)
6/0.4厂用变
680
480
460
1000
8
8
8
5
8
8
8
4
备用一台
小计
∑p2=
计算负荷
S=P1+0.85P2=
1.2.1、毕业设计的主要内容:
(1)确定主接线:
根据设计任务书,分析原始资料与数据,列出技术上可能实现的2—3个方案,经过技术经济比较,确定最优方案。
(2)选择主变压器:
选择变压器的容量、台数、型号等。
(3)短路电流计算:
根据电气设备选择和继电保护整定的需要,选择短路计算点,绘制等值网络图,计算短路电流,并列表汇总。
(4)电气设备的选择:
选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等,选用设备的型号、数量汇总成设备一览表;
(5)主变压器继电保护的整定计算及配置
1.2.2毕业设计的基本思想及设计工作步骤
1、主接线的设计
发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键,是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。
电气主接线的设计原则是:
应根据发电厂在电力系统的地位和作用,首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。
根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。
应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。
2、主变压器的选择
发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》的规定:
“变压器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和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过650C的条件进行选择”。
3、短路电流的计算
短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。
短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目,它涉及接线方式及设备选择。
工程要求系统调度或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的的综合阻抗值,由电气专业负责计算。
进行短路计算的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。
三相短路是危害最严重的短路形式,因此,三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依据。
4、电气设备的选择
选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等,选用设备的型号
正确的选择电气设备的目的是为了事导体和电器无论在正常情况或故障情况下,均能安全、及经济合理的运行、在进行设备选择时,应根据工程实际情况、在保证安全、可靠的前提下,积极而稳妥的采取新技术,并注意节约投资,选择合适的电气设备。
5、主变压器继电保护的设计
继电保护是保证系统安全和设备可靠运行的关键装置之一。
当电力系统和设备发生故障时,继电保护应准确、可靠快速的切出故障,保证系统和设备的安全发供电,并能保证其他设备的正常继续运行。
为防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失以及保证电力系统安全连续运行,变压器应设置相应的保护。
2、电气主接线设计
2.1概述
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分,也是构成电力系统的重要环节。
主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。
并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。
因此,必须正确处理好各方面的关系,全面分析有关影响因素,通过技术经济比较,合理确定主接线的方案。
发电厂的电气主接线是保证电力网安全可靠、经济运行的关键,是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。
2.1.1电气主接线设计的重要性
首先,电气主接线图示电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据,因此电气运行人员必须熟悉本厂电气主接线土,了解电路中各种电器设备的用途、性能及维护、检察项目和运行的步骤。
其次,电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。
电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定。
是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。
再次,由于电能生产的特点是:
发电、变电、书电荷用电视在同一时刻完成的,所以主接线的好坏,直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行,也直接影响到工农业生产和人民生活。
所以电气主接线的拟定是一个综合性的问题,必须在满足国家有关技术经济政策的前提下,力争使其技术先进,经济合理,安全可靠。
2.1.2电气主接线的设计依据
1、发电厂在电力系统中的地位和作用
电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。
大型主力或电厂靠近煤矿或沿海、沿江,并接入300-500KV超高压系统;地区电厂靠近城镇,一般接入110-220KV系统,也有接入330KV系统;企业自备电厂则以本企业供电供热为主,并与地区110-220KV系统相连。
中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。
2、负荷大小和重要性
(1)对于一级负荷必须有两个独立电源供电,切当任何一个电源失去后,能保证对全部一级负荷不间断供电。
(2)对于二级负荷一般要有两个独立电源供电,且当任何一个电源失去后,能保证全部或大部分二级负荷的供电。
(3)对于三级负荷一般只需一个电源供电。
2.1、主接线概述
电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体,它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。
所以,由文献[1]可知;它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置,继电保护、自动装置和控制方式的确定,对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。
概括地说包括以下三个方面:
2.1.1可靠性:
在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性的定性分析;主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合,在很大程度上也取决于设备的可靠程度。
可靠性的具体要求在于断路器检修时,不宜影响对系统的供电;断路器或母线故障以及母线检修时,尽量减少停运的回路数和停运时间,并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。
2.1.2灵活性:
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
在调度时,应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路,调配电源和负荷,满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求;在检修时,可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备,进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电;扩建时,可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
2.1.3经济性:
要节省投资,主接线应力求简单,以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备;要节省继电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设备和控制电缆;要能限制短路电流,以便于选择价廉的电气设备或轻型电器;主接线设计要为配电装置布置创造条件,尽量使占地面积减少;经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。
2.2、电气主接线的选择
发电厂的主接线的基本环节是电源(发电机或变压器)和引出线。
母线(又称汇流母线)是中间环节,它起着汇总和分配电能的作用。
由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好几倍,故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换,还可以使接线简单明了和运行方便。
2.2.1主接线的基本形式
1、单母线接线
只有一组母线的接线如图1-1所示是一个典型的单母线接线图。
这种接线的特点是电源和供电线路都联在同一母线上。
为了便于投入或切除任何一条进、出引线每条引线上都装有可以切除符合电流和故障电流的断路器。
单母线接线的主要优点是:
接线简单、清晰、采用设备少,投资省,操作方便,便于扩建和采用成套配电装置。
单母线接线一般只适用于一台发电机或一台变压器的以下三种情况:
(1)6~10KV配电装置的出线回数不超过5回;
(2)35~63KV配电装置的出线回数不超过3回;
(3)110~220KV配电装置的出线回数不超过3回。
单
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