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发电厂电气部分

辽宁工业大学

发电厂电气部分课程设计（论文）题目：4*25MW火电厂电气部分设计（1）

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课程设计（论文）任务及评语

院（系）：教研室：Array

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要

电力行业是国民经济中具有先行性的重要基础产业，而火电又是电力行业当中比重最大的一个子行业。现在，我国电力工业实行“政企分开，省为实体，联合电网，同一调度，集资办电”的方针。使得电力工业在国民经济中的地位越来越重要。一切大规模工农业生产，交通运输和人民生活都需要大量的电能，电力是工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电力建设是随国民经济发展而发展的，现在电能的利用已远远超出作为机器动力的范围，电力工业已成为国民经济现代化的基础，世界上按人口平均的用电量，是反映一个国家现代化的主要指标之一。发电厂是电力系统的重要组成部分，目前就全国电源形式来看，火力发电依然全国发电量的主力，因此火力发电厂的安全将直接影响整个电力系统的安全与运行。在发电厂中，厂用电系统、升压站系统、发电机励磁及并网系统、继电保护配置、电气监控系统ECS等都是其电气部分的重要组成部分。

本次课程设计，主要针对了火力发电厂的电气部分设计，进行了电气主接线的设计及分析，主变压器的计算、台数和型号的选择，短路计算以及电气设备的选择与校验等。本设计的基本指导思想及理论来源于大量的相关资料，并通过对比进行了优化配置，且在设计过程中，综合考虑了经济性、可靠性和可发展性等多方面因素。

关键词：电气主接线；变压器；短路计算；继电保护配置。

第1章绪论 (1)

1.1 电力系统概况 (1)

1.2 本文主要内容 (1)

第2章发电厂电气主接线部分设计 (2)

2.1 电气主接线概述 (2)

2.1.1电气主接线的概念 (2)

2.1.2对电气主接线的基本要求 (2)

2.2电气主接线方案的确定 (3)

2.2.1对原始资料分析 (3)

2.2.2主接线的基本形式和特点 (3)

2.2.3 主接线分析 (5)

2.2.4 两种方案的技术（可靠性和灵活性）和经济比较 (6)

第3章主变压器的选择 (7)

3.1主变压器相关参数的确定 (7)

3.2本厂主变压器的选择 (8)

第4章短路电流的计算 (9)

4.1短路电流计算的目的和假定条件 (9)

4.2 短路点的选择 (10)

4.3 短路计算 (10)

4.3.1 短路计算方法 (10)

4.3.2 网络变换 (11)

4.4 短路电流计算步骤及结果 (12)

4.4.1 短路电流的计算步骤 (12)

4.4.2 短路电流的计算 (12)

第5章电气设备选择 (14)

5.1发电厂主要电气设备 (14)

5.2 设计原则 (14)

5.3 电气设备技术条件 (15)

5.3.1工作条件 (15)

5.3.3 环境条件 (16)

5.4 断路器和隔离开关的选择 (16)

5.4.1 断路器的选择 (16)

5.4.2 隔离开关的选择 (17)

5.5 电流互感器 (18)

5.5.1 按一次额定电压和额定电流选择 (19)

5.5.2 动稳定和热稳定校验 (19)

5.6 电压互感器 (20)

5.7 电抗器 (21)

第6章课程设计总结 (22)

参考文献 (23)

第1章绪论

1.1电力系统概况

由发电机、输配电线路、变配电所以及各种用户用电设备连接起来所构成的整体，被称为电力系统。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。供配电系统是电力系统的一个重要组成部分，包括电力系统中区域变电站和用户变电站，涉及电力系统电能发、输、配、用的后两个部分，其运行特点、要求和电力系统基本相同。为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能，是电力系统的基本任务。电力系统的出现，使电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，出现了近代史上的第二次技术革命。20世纪以来，电力系统的大发展使动力资源得到更充分的开发，工业布局也更为合理，使电能的应用不仅深刻地影响着社会物质生产的各个侧面，也越来越广地渗透到人类日常生活的各个层面。电力系统的发展程度和技术水准已成为各国经济发展水平的标志之一。电力系统的主体结构有电源（核电站、水电站、火电站等发电厂），变电所（升压变电所、负荷中心变电所等），输电、配电线路和负荷中心。各电源点还互相联接以实现不同地区之间的电能交换和调节，从而提高供电的安全性和经济性。输电线路与变电所构成的网络通常称电力网络。

1.2本文主要内容

本次课程设计，主要针对了火力发电厂的电气部分设计，进行了电气主接线的设计及分析，主变压器的计算、台数和型号的选择，短路计算以及电气设备的选择与校验

技术参数：

1、系统容量为100MW，系统到60kV母线的电抗值为0.5（Sj=100MVA），四台抽气式汽轮机，五台220T/H的锅炉。

2、10kV出线共8回； 60kV出线共2回，其最大负荷利用时间TMAX=4000小时。地区环境温度：最高温度：36℃；最低温度：-25℃；平均温度：8℃。

第2章发电厂电气主接线部分设计

2.1 电气主接线概述

2.1.1电气主接线的概念

电气主接线是电力系统的主要部分之一，电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。主接线的确定与电力系统的安全、稳定、灵活和经济地运行，以及对电厂和变电所的电气设备选择、配电装置的布置、继电保护及控制方式的确定都有密切的联系。由于发电、变电和输配电是同时完成的，所以主接线的设计好坏对发电厂、变电所和负荷的正常运行都有影响。因此，必须正确的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，合理确定主接线方案。

2.1.2对电气主接线的基本要求

对电气主接线的基本要求，概括地说主要应包括可靠性、灵活性和经济型三方面。

（1）保证必要的供电可靠性和电能质量

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电的可靠性和电能质量是对主接线最基本的要求，包括：

①应考虑在长期运行中说积累的经验，并在设计中有所遵循。

②各个元件可靠地综合在一起就是主接线地可靠性。因此，在设计时要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电可靠性的影响。

③评价可靠性时，应具体问题具体分析，不能脱离发电厂在系统中所处的地位。

（2）具有一定的灵活性和方便性。

①主接线应该能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换，即：

②在正常运行时安全可靠地供电。在系统故障或设备检修及其故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。

（3）具有经济性

在满足技术要求地前提下，做到经济合理：

①投资少：主接线满足简单清晰，节省断路器和隔离开关等一次设备，并使二次设备不过于复杂。

②占地面积小：电气主接线设计时要为配电装置地布置创造条件。

③电能损耗小：经济合理地选择主变压器地形式。容量和台数，避免多次变压而增加地电能损耗。

（4）具有发展和扩建地可能性

随着建设事业地高速发展，往往需要对已投产地发电厂或变电所进行扩建，所以在设计主接线时应留有发展地余地，不仅要考虑最终接线地实现，而且还要兼顾到分期过渡接线地可能和施工的方便。

2.2电气主接线方案的确定

2.2.1对原始资料分析

该电厂为规模为100MW，最大机组容量为25MW。电压等级为60KV/10KV，60KV 侧出线为2回；10KV侧负荷侧线路为8回。该厂为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线的设计必须着重考虑其可靠性和灵活性。该厂共装四台抽气式汽轮机，五台220T/H的锅炉。10kV出线共8回； 60kV出线共2回，其最大负荷利用时间TMAX=4000小时。系统容量为100MW，系统到60kV母线的电抗值为0.5（Sj=100MVA）地区环境温度：最高温度：36℃；最低温度：-25℃；平均温度：8℃。本发电厂初步拟定两种主接线方案分别为：方案1： 10KV侧采用双母带旁路接线方案，60KV侧采用双母带旁路接线。方案2、10KV侧采用单母分段接线，60KV侧采用单母分段接线。

2.2.2主接线的基本形式和特点

1.双母线带旁路母线接线

双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。如图2.1所示，既有母线联络断路器，又有专用旁路断路器。这种接线运行方便灵活，但投资较大。在大、中型发电厂和变电所中广为采用，并已积累了丰富的运行经验。但这种接线使用设备多（特别是隔离开关）、配电装置复杂，投资较多；在运行中隔离开关作为操作电器，容易发生误操作。

2.单母线分段接线

单母线分段接线，可以提高供电可靠性。对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电。如图2.2所示，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电。这种接线适用于出线数不多的小型发电厂或变电所。在这里此种接线很适合本次主接线设计。

图2.1 双母线带旁路母线接线

图2.2 单母线分段解接线

2.2.3 主接线分析

图2.3 方案一

图2.4 方案二

2.2.4 两种方案的技术（可靠性和灵活性）和经济比较

比较结果见表2.1所示。Array通过定性地分析，在技术（可靠性和灵活性）上和经济上地综合分析，最终

采用方案二作为本火电厂的电气主接线。

第3章主变压器的选择

3.1主变压器相关参数的确定

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。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5～10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

1.主变压器容量的确定

(1)具有发电机电压母线接线的主变压器

①当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统；

②当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。此时，应适当考虑发电机电压母线上负荷可能的增加以及变压器的允许过负荷能力；

③若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送剩余功率的70％以上；

④火电厂主变压器应具有从系统倒送功率的能力，以满足发电机电压母线上最大负荷的要求。

根据系统经济运行的要求（如充分利用丰水季节的水能），而限制火电厂的输出功率。此时火电厂的变压器应具有从系统倒送功率的能力，以满足发电机电压母线上最大负荷的要求。

2.变压器型式和结构的选择原则

1.相数

（1）主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。

（2）选择主变压器的相数，当不受运输条件限制时，在330KV以下发电厂，应选用三相变压器。

2.绕组数与结构

因为三绕组变压器比同容量双绕组变压器价格高40%~50%，运行检修比较困难，台数过多时会造成中压侧短路容量过大，且屋外配电装置布置复杂，故其使用要给予限制。即本厂选择双绕组变压器。

3.绕组联结组号

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并行运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y 和△，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。35KV 以下电压，变压器绕组都采用△连接。

4.阻抗和调压方式

5.冷却方法

3.2本厂主变压器的选择

本厂总负荷：

()/0.8/0.85

1234578910116S P P P P P P P P P P P =++++++++++∑

A)46633.8(KV 7058.839575 =+=

0.6min

max

S S

=???负荷同时率=0.60.746633.8=28.17(MVA)

主变压器容量计算：

100(16%)28.17

41.140.82

S MVA

N ?--=

根据其变比60/10选出变压器为：

表3.1 所选主变压器的主要参数

注：SF7三相油浸风冷铜线双绕组

型号

额定容量（KVA ）

额定电压(KV) 连接组标号空载损耗 (KW)

空载电流(%)

阻抗电压 ( % )

SF7-50000/63

50000

60/10

YN,d11

0.7

第4章短路电流的计算

4.1短路电流计算的目的和假定条件

根据设计任务简要说明软件要完成的任务等等因为短路故障对电力系统可能造成极其严重的后果，所以一方面应采取措施以限制短路电流，另一方面要正确选择电气设备、载流导体和继电保护装置。这一切都离不开对短路电流故障的分析和短路电流的计算。概括起来，计算短路的主要目的在于：

1.计算目的

(1)为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；

(2)选择导体和电气设备；

(3)为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定参数提供可靠的依据；

(4)确定中性点接地方式；

(5)验算接地装置的接触电压和跨步电压。

(6)为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据

(7)计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性。

在实际短路计算中，为了简化计算工作，通常采用一些简化假设，其中主要包括：（1）符合用恒定电抗标识或忽略不计；

（2）认为系统中各元件参数恒定，在高压网络中不计元件的电阻和导纳，从而避免了复数的运算；

（3）系统出不对称故障出现局部不对称，其余部分是三相对称的。

2.计算的假定条件和原则

(1)正常工作时三项系统对称运行。

(2)所有电源的电动势相位角相同

(3)系统中的同步电机和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流2及导体的集肤效应等影响；转自结构完全对称；定子绕组三项结构完全相同，空间角为120°.

(4)电力系统中各元件的磁路不饱和

(5)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线

上。

(6)同步电机都具有自动调整励磁装置。

(7)短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

(8)不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

(9)除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻均略去不计。

(10)元件的参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。

(11)输电线路的电容略去不计。

(12)用概率统计法制定短路电流运算曲线。

3.限流措施

发电厂可以采取的限流措施：

（1）发电厂，在发电机电压母线分段回路中安装电抗器。

（2）变压器分裂运行。

（3）采用低压侧为分裂绕组的变压器。

（4）出线上装设电抗器。

4.2 短路点的选择

短路电流计算方式应时可能发生最大短路电流的正常最大运行方式，在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的点，称为短路计算点。

对于带电抗器的6-10kV出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取在电抗器前，选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。本设计选择三个短路计算点，分别在60KV母线上、10KV母线上和电抗器出口处。

4.3 短路计算

4.3.1 短路计算方法

本设计利用等值电路法进行网络化简，求出转移电抗，计算电抗。应用《导体和电器选择设计技术规定》所提供的运算曲线求取短路电流。计算时取

S B =100MVA基准电压U

4.3.2 网络变换

1．Δ/Y变换2．Y/Δ变换X1=X13×X12/（X13+X12+X23）X12=X1+X2+X1X2/X3 X2=X12×X23/（X12+X13+X23）X13=X1+X3+X1X3/X2 X3=X13×X23/（X13+X12+X23）X23=X2+X3+X2X3/X1

变换形式如下图4.1所示

X23

图4.1 网络变换

图4.2 短路计算等值电路

4.4 短路电流计算步骤及结果

4.4.1 短路电流的计算步骤

1.选择计算点。

2.画等值网络图。

3.化简等值网络。

4.求计算电抗。

5.由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值。

6.计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量。

7.计算短路电流周期分量有名值和短路容量。

8.计算短路电流冲击值。

9.绘制短路电流计算结果表。

4.4.2 短路电流的计算