4200MW火力发电厂电气一次部分设计.doc
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1、目 录摘 要IABSTRACTII1概述11.1发电厂概述11.2毕业设计的主要内容、技术指标11.3发电厂系统连接情况预设11.3.1发电厂接入系统的原则11.3.2发电厂预设规模21.4主要设计步骤32电气主接线设计42.1概述42.1.1电气主接线的基本要求42.1.2电压级常用接线方式42.2拟定主接线方案52.2.1方案一的设定52.2.2方案二的设定52.2.3方案的比较与选定62.3发电机型号的选择72.4主变压器的选型83火电厂厂用电接线的选择93.1概述93.1.1厂用电设计原则和接线形式93.1.2厂用电的电压等级93.1.3厂用电系统中性点接地方式103.1.4厂用电源及
2、其引接113.2厂用电系统的设计及确定113.3厂用主变选择123.3.1厂用电主变选择原则123.3.2厂用主变型号的确定124短路电流的计算144.1概述144.2短路电流计算条件144.2.1短路计算的基本假定144.2.2短路计算的一般规定144.3短路计算154.3.1画等值网络图154.3.2化简等值网络图,求短路电流184.3.3短路计算结果255电气设备的选择与校验265.1概述265.1.1电气设备选择的一般原则265.2电气设备的选择与校验265.2.1回路最大持续工作电流的确定265.2.2高压断路器的选择与校验275.2.3隔离开关的选择与校验315.2.4电压互感器的
3、选择与校验345.2.5电流互感器的选择与校验375.2.6导体的选择与校验416防雷保护的规划456.1雷电过电压的形成与危害456.2防雷保护措施456.2.1发电厂的直击雷防护456.2.2架空输电线路的防雷保护476.2.3旋转电机的防雷保护476.2.4变压器中性点防雷保护486.2.5母线避雷器的选择497配电装置的设计507.1配电装置的选择原则507.2配电装置的类型507.3配电装置的选型508发电厂电气自动装置的配置528.1备用电源自动投入装置528.2发电机的自动准同期并列装置528.3发电机的自动调节励磁装置528.4输电线路三相自动重合闸装置539发电厂的继电保护5
4、49.1概述549.2大型发电机组继电保护的总体配置549.3发电机的继电保护559.3.1发电机的纵差动保护559.4电力变压器的继电保护569.4.1变压器的瓦斯保护579.4.2变压器的纵联差动保护579.4.3变压器相间短路的过电流保护609.4.4变压器的过负荷保护61总 结62参考文献63致 谢64附 录65某火力发电厂电气部分设计摘 要发电厂是电力系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经济。其中火力发电厂更是占据着非常重要的地位,是电力发展的主力军。本次毕业设计严格遵循火力发电厂的设计规范,通过对电气主接线的设计、厂用电的设计、短路电流的计算、电气设备的选择和校验以及
5、配电装置、继电保护装置、防雷装置的设置,简要完成了对所给4200MW火力发电厂电气一次部分的设计。本次设计中将四台发电机全部升压接入220kV电网,简化了电网结构及电气主接线,省去了升高电压级之间的联络变压器,降低了变压器损耗。在电气设备选择方面尽量选取占地面积小的电气设备,节约土地资源。关键词:火力发电厂;电气主接线;电气设备Design of Electrical Part For one Fire Power PlantAbstractPower plants play an important role in power system for the directly influenc
6、e on the security and economy of the whole power system. Including coal-fired power plants occupies the key position, it is the main force in power development.The graduation design strictly followed the standard of the coal-fired power plant design. Through the design of the main electrical connect
7、ion, the calculation of short-circuit current, the selection and calibration of electrical equipments and the design of distribution device, relay protection device, lightning protection equipment, completing the electrical design of the 4 x 200MW coal-fired power plant. This design send all electri
8、cal energy to 220kV power grids, simplified the structure of power grids, saving the contacting transformer between the rising level of voltage and reducing the loss of transformer. In electrical equipment selection,try to select area small electrical equipment as far as possible to save the source
9、of land.Key words: coal-fired power plants, the main electrical connection, electrical equipment1概述1.1发电厂概述发电厂是电力系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经济。发电厂的作用是将其他形式的能量转化成电能。按能量转化形式大体分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电场;考虑发电厂中的地位和作用电力系统中的发电厂可分为大型主力发电厂、中小型地区电厂、及企业自备电厂三种类型。无论是哪种形式的电厂它们的电气部分设计的主要内容及基本思想都是相通的,本文是对某火力发电厂电气部分的设
10、计。1.2毕业设计的主要内容、技术指标本次毕业设计的主要内容是一个4200MW火力发电厂的电气部分设计。1发电厂规模(1)装机容量4200MW=800MW(2)机组年利用小时数:Tmax=6000h/a。(3)电力负荷及系统连接情况:电厂生产的电能除厂用电外全部以双回线路送入系统。2主要技术指标(1)保证供电安全、可靠、经济。(2)功率因数达到0.9及以上,厂用电率8%,线路阻抗0.4。1.3发电厂系统连接情况预设1.3.1发电厂接入系统的原则在拟定发电厂接入系统的方案时,应明确该厂规划装机容量、单机容量、送电方向、功率、供电距离及在电力系统中的地位和作用,对于不同规模的发电厂及发电机组,应根
11、据在系统中的地位,接入相应电压等级的电力网。在负荷中心的中小发电厂,在发电机端设立母线,发电机经母线及升压变压器接入系统;对远离负荷中心的火力发电厂,应直接接入高压主网。单机容量为100125MW的机组,当系统有稳定性要求时,应直接升压接入220kV电力网;单机容量为500MW及以上的机组,一般直接升压接入500kV电力网1。本次设计中要求将电厂生产的电能除厂用电外,全部送入系统,根据发电厂接入系统的原则,预设4台发电机组全部升压接入220kV电力网。1.3.2发电厂预设规模1厂址概况:本厂远离负荷中心,在一大型煤矿区内,为坑口电厂,所有燃料由煤矿直接供给。电厂生产的电能除用于厂用外,全部以双
12、回220kV线路送入系统。厂区地势较不平坦,地质条件好,有新的公路、铁路通向矿区,交通方便。厂址附近有大河通过,水量丰富。2气象条件:发电厂所在地,最高气温+25,最低气温-35,平均气温+8,最热日平均气温+22,冻土层1.5米,覆冰厚6mm,最大风速20M/S,大气无明显污染,土壤电阻率大于500欧,海拔标高175米,地震基本烈度为5度。3机组参数:锅炉:汽机:4电力系统接线图本次设计中拟定的电力系统连接图如1-1所示。连接600MW火电厂的100km架空线每回最大输送容量为110MVA,连接600MW火电厂的150km架空线每回最大输送容量为120MVA,连接200MW水力发电厂的100
13、km架空线每回最大输送容量为90MVA。图1-1 系统连接图1.4主要设计步骤1确定发电厂电气主接线的最佳方案(包括主变压器容量的选择)。2确定发电厂厂用电接线的最佳方案。3计算短路电流。4确定发电厂(变电所)电流互感器、电压互感器、避雷器、避雷针、继电保护及自动装置的配置。5电气设备的选择与校验。6配电装置的设计。7避雷针的保护范围计算。2电气主接线设计2.1概述2.1.1电气主接线的基本要求电气主接线的选择正确与否对电力系统的安全、经济运行,对电力系统的稳定和调度的灵活性,以及对发电厂的电气设备选择,配电装置的布置,继电保护及控制方式的拟定等都有重大的影响。在选择电气主接线时,应注意发电厂
14、在电力系统中的地位、进出线回路数、电压等级、设备特点及负荷性质等条件,并应满足下列基本要求2。(1)运行的可靠性。(2)具有一定的灵活性。(3)操作应尽可能简单、方便。(4)经济上合理。(5)应具有扩建的可能性。2.1.2电压级常用接线方式220kV电压级常用接线方式及适用范围总结见表2-1。表2-1 220kV电压级常用接线方式及适用范围电压接线方式适用范围220双母线或单母线采用SF6全封闭组合电器时,不设旁路措施;采用SF6断路器时,不宜设旁路措施;采用少油断路器出线在4回及以上时,采用带专用旁母断路器的旁路母线双母线分段安装200MW及以下机组,电厂容量在800MW及以上,进出线101
15、4回;采用双母线双分段配置困难的配电装置双母线双分段安装200MW及以下机组,电厂容量在1000MW及以上,进出线15回及以上2.2拟定主接线方案2.2.1方案一的设定采用双母线分段接线方式,将双回路分别接于不同的母线段上,可缩小母线故障的影响范围,主接线形式见图2-1。图2-1 方案一接线图2.2.2方案二的设定采用双母线接线,断路器采用高可靠性的SF6断路器。主接线形式见图2-2。图2-2 方案二接线图2.2.3方案的比较与选定方案的比较分别从可靠性和经济性两方面进行,比较过程与结论见表2-2。表2-2 方案比较及结果方案一方案二结论可靠性将双回路分别接于不同的母线段上,保证了系统的供电可
16、靠性,减小了停电的几率,缩小了母线的故障范围。通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不至使供电中断。在检修任意线路断路器时,该回路需短时停电。断路器采用SF6断路器,检修周期长,不需要经常检修,减小了断路器检修停电的几率。方案一略高于方案二经济性多装了价高的断路器及隔离开关,投资增大,占地面积增加。设备相对少,投资小,年费用小,占地面积相对较小。方案二明显高于方案一经比较,方案二在可靠性上略低于方案一,但断路器采用SF6断路器,它的检修周期长,不需要经常检修。这样就可以减小了断路器检修停电的几率。在经济性上,方案二明显高于方案一,因而综合考虑选择方案二。2.3发电机型号的选择1
17、发电机主要参数(1)单机容量原始资料已经给出,装机容量为4200MW。(2)电压不同输出功率发电机的端电压见表2-3。表2-3 汽轮发电机的端电压发电机输出功率/(MW/MVA)端电压/kV200MW6.3,10.5,13.8,15.75300MW2024353667MW2024668MVA24271000MVA2627本方案中选定端电压。(3)功率因数600MW及以上发电机的额定功率因数采用,100MW500MW发电机的额定功率因数采用。本设计中200MW发电机采用功率因数。(4)电抗和短路比我国国家标准规定200MW及以上的发电机不小于0.40,200MW及以上的不小于0.45。电抗的选择
18、上,需注意瞬态电抗和超瞬态电抗的相容性,即的上限值不能太靠近的下限值,一般情况下不小于0.15,不大于0.30(均为标幺值)。2冷却方式的选择大型汽轮发电机的冷却方式有全氢冷、水氢氢、水水空、水水氢、全水冷和油水油冷等3。综合考虑,确定发电机机型为QFQS-200-2,其型号含义为Q汽轮机; F发电机; Q氢冷;S转子绕组水内冷; 200额定功率; 22极。QFQS-200-2型汽轮发电机主要参数见表2-4。表2-4 QFQS-200-2型汽轮发电机主要参数视在功率(MVA)有功功率(MW)电压(V)电流(A)功率因数2352001575086250.852.4主变压器的选型主变压器在电气设备
19、投资中所占比例较大,同时与之相适应的配电装置,特别是大容量、高电压的配电装置的投资也很大。因此,主变压器的选择对发电厂、变电所的技术性影响很大。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DL50002000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65的条件进行选择”4。本次设计中变压器均为单元接线形式,单元接线时变压器容量应按发电机的额度容量扣除本机组的厂用负荷后,留有10%的裕度来确定。 公式(2-1)式中发电机容量,为200MW; 通过主变的容量;厂用电,为8%; 发电机的额
20、定功率,为0.85。发电机的额定容量为200MW,扣除厂用电后经过变压器的容量为:选定三相风冷自然循环双绕组无励磁调压变压器,型号为:,参数为。3火电厂厂用电接线的选择3.1概述发电厂在启动、运转、停役、检修过程中,有大量由电动机拖动的机械设备,用以保证机组的主要设备和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理等辅助设备的运行。这些电动机及全场的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备等都属于厂用负荷。总的耗电量,统称为厂用电。厂用电的可靠性,对电力系统的安全运行非常重要。提高厂用电可靠性的目的,是使发电厂长期无故障运行,不致因厂用电局部故障而被迫停机,为此必须认真考虑合理厂用供电电源的取得方式、工作电源和
21、接线方式。3.1.1厂用电设计原则和接线形式发电厂厂用电系统接线通常采用单母线分段接线形式,并多以成套配电装置接受和分配电能。火电厂的厂用负荷容量较大,分布面较广。其用电量约占厂用电量的60%以上。为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性,且便于灵活调度,一般都采用“安炉分段”的接线原则,厂用负荷在各段上应尽量分配平均,且符合生产程序要求。全厂公用性负荷应适当集中,可设立公用厂用母线段低压380/220V厂用电的接线,对于大型火电厂,一般宜采用单母线分段接线,即按炉分段,对于中小型电厂,则根据工程具体情况,厂用低压负荷的大小和重要程度,全厂可只分23段,仍采用低压成套配电装置供电5。本次设计中装
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