2×50MW发电厂电气部分设计

引言电力系统由发电厂、变电所、线路及用户组成。

发电厂是把各种能源（化学能、水能、原子能）转换成电能的工厂。

发电厂生产的电能，一般先由电厂的升压站升压，经高压输电线路送出，再经变电所若干次降压后，才能供给用户使用。

直接生产、转换和输配电能的如：开关设备，载流导体称为一次设备。

对一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的辅助设备，称为二次设备，如自动保护及自动装置。

本次设计包括发电厂一次设备及二次设备的部分设计。

发电厂的主接线是根据容量，电压等级负荷等等情况设计，并经过技术经济比较，选出最佳方案，然后通过短路电流计算、回路最大持续工作电流计算，选出设备的型号，了解配电装置布置原则，设计防雷接地，最后对发电机配置保护。

断路器是发电厂中十分重要的设备,本厂选用的为真空断路器.对于真空断路器的技术性能改造还在不断进行,如用带有双重开关或多重开关的断路器代替只带有一个开关的断路器的先进技术,正在被很多发明者改进,存在的问题是真空断路器应为电介质的特性,而在高压范围内限制使用。

本设计基本达到安全可靠，经济合理的要求。

尽量采用新型技术设备。

作为现代化中型发电厂，是建立大型发电厂的基础。

因此意义重大。

第一章电气主接线的设计1.1 电气主接线的设计1.1.1 电气主接线设计的要求电气主接线图是由各种电气元件如发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆、线路等，接照一定的要求和顺序接起来，并用国家统一规定图形的文字符号表示的发、变、供电的电路图。

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。

主接线是的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

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，合理确定主接线方案。

1.1.2 基本接线及适用范围1. 35kV及110kV母线采用单母分段接线（1）优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

（2）缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为回路时，常使架空线路出现交叉跨跃。

（3）适用范围： 35－63kV配电装置的出线回路数不超过4-8回；110－220kV配电装置的出线回路数不超过3-4回。

2. 10kV母线采用双母分段接线3. 110kV母线采用内桥接线（1）35－110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组成或线路分支接线。

（2）桥型接线：当只有两台主变压器和两回输电线路时，采用桥型接线。

当只有两台变压器和两回输电线路时采用内桥形式（3）内桥使用范围：内桥接线适用于输电线路较长（则检修和故障机率大）或变压器不需经常投，切及穿越功率不大的小容量配电装置中。

（4）外桥使用范围：外桥接线使用于输电线路较短或变压器需经常投，切及穿越功率较大的小容量配电装置中。

1.2 设计方案比较与确定1.2.1 主接线设计方案图方案一. 采用110kV内桥连接方式.图1-1 方案一主接线图方案二.采用110kV单母分段接线方式.图1-2 方案二主接线图由图1-1，1-2可看出方案一中：110kV侧选用内桥接线；35kV侧选用单母分段接线；10kV侧选用双母分段接线。

方案二中：110kV侧选用单母分段接线；35kV侧选用单母分段接线；10kV侧选用双母分段接线。

1.2.2 发电厂主接线方案比较通过经济可靠性对发电厂主接线方案进行比较表1-2 发电厂主接线方案比较从以上两个方案对比来看，方案二比方案一略占优势。

即方案一是第1点和第3点的情况下暂时停电。

操作后恢复送电，而方案二只是在上述情况下不停电而已，操作的这段时间里线路可能过负荷，但时间很短，故没有问题。

因为线路设计时，都做过（n-1）状态的校验，在故障后状态下，不会影响向系统送电，有可能电压低一些，但也是允许的。

而方案二比方案一多用了一组母线，两组短路器和两组隔离开关。

显然，在经济上方案一占绝对优势，考虑进后的发展，设计中就留下足够空地，以备扩建时发展成单母分段接线。

最后，选定方案一为本设计的主接线方案。

1.3 主变压器容量的选择1.3.1 主变压器选择原则1. 对于中小型发电厂，主变压器应选用三相式。

2. 在发电机发电母线上的负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统。

3. 发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要。

4. 因系统经济运行而需要限制本厂出力时，亦应满足发电机电压的最大负荷用电。

1.3.2 三绕组变压器的选择原则1. 由于次发电厂有三种电压，若采用双倍绕组变压器，则从6kV~110kV和6kV~35kV 需要四台双绕组变压器。

其经济性低于使用2台三绕组变压器，且占地面积大。

2. 在发电厂有两种升高电压的情况下，当机组容量为125MW 及以下时，从经济上考虑，一般采用三绕组变压器。

但每个绕组的通过功率应达到该变压器容量的15%以上。

三绕组变压器一般不超过两台。

1.3.3 主变压器容量选择计算1. 当10kV 母线上负荷最小，且两台发电机满发时 100-100×8%=100-8=92MW 92-20=72MW 72/0.8=90MVA 90/2=45MVA=45000kVA(每台变压器的容量) 又因为35KV 恒定供电20MW ，则每台承担10MW 。

10/cos Φ=10/0.9=11.11MVA在发电厂有两种升高电压的情况下。

当机组容量为125MW 及以下时，一般采用三绕组变压器。

但每个绕组的通过功率应达到该变压器容量的15%以上。

（三绕组变压器一般不超过两台）∴35kV 侧变压器绕组所占百分比： 11.11/45=24.7%>15% ∴满足要求。

2. 当10kV 母线上负荷最小且T 1 T 2 之一退出时 有：S N =〔100-100×8%/0.9-20/0.9〕×0.7=(115-22.22)×0.7=64900kVA根据上边的计算结果应选63000kVA 变压器，但考虑变压器的事故过负荷能力，选用50000kVA 的变压器。

选用SFSL 1-50000型变压器，其参数为： （1）额定电压（高/中/低）：121/38.5/11 （2）损耗： 空载： 53.2 短路： 高中 350高低 300 中低 255（3）阻抗电压U k % 高中 17.5高低 10.5 中低 6.5（4）空载电流I%:0.8 综合投资 33.43. 当10kV 母线上负荷最大且G 1 G 2 之一退出时，应满足系统倒送电能。

由于10kV 母线上负荷最大为25MW 切除一台发电机剩余总容量为：50-50×8%=46MW 则没有变压器从系统倒送功率可能性。

由于所选变压器容量小于计算值需进行过负荷校验。

变压器事故过负荷倍数K=64900/50000=1.3 当事故过负荷倍数K 为1.3时允许过负荷时间为120min 。

可见当考虑过负荷能力的情况下，所选SFSL-50000型变压器满足本条要求。

11.4 发电机型号的选择本厂发电机的容量为50MW，选择型号有如下两种：表1-2 容量为50MW发电机的型号选择表查表可知SQF-50-2的各项参数绝大部分大于QFS-50-2的参数，且重量，体积也比QFS-50-2大因此选择QFS-5-2型号的发电机。

1.5 电抗器的选择因为主接线设计中有母联电抗器和出线电抗器，据母联电抗器电抗百分数为12%，出线电抗器电抗百分数为6%，选择型号电抗器的选择（110kV NKL型铝电缆水泥电抗器技术数据）表2-2 电抗器型号及参数表第二章短路电流的计算2.1 总系统中电抗值计算与合并总系统的电抗图如下：图2-1 总系统的电抗图由于计算短路电流时，此图中的发电机将给发电厂系统中输送能量，并作为一个电源点，因此需将这些发电机合并为一个电源点，图中各元件的电抗值合并为一个总电抗值。

具体计算如下：设Sb =100MVA Ub=115kV(已知正序阻抗为X=（0.4Ω/km)1. 线路阻抗的换算(1)168KM长线路X L1*= Xl1×Sb/ Ub2=0.4×168×100/1152=67.2×0.00756=0.508(2)14KM长线路X L2*= Xl2×Sb/ Ub2=0.4×14×100/1152=5.6×0.00756=0.0423(3)78KM长线路X L3*= Xl3×Sb/ Ub2=0.4×78×100/1152=31.2×0.00756=0.236(4)26KM长线路X L4*= Xl4×Sb/ Ub2=0.4×26×100/1152=10.4×0.00756=0.0786(5)18KM长线路X L5*= Xl5×Sb/ Ub2=0.4×18×100/1152=7.2×0.00756=0.0544(6)2KM长线路X L6*= Xl6×Sb/ Ub2=0.4×2×100/1152=0.8×0.00756=0.00605(7)12KM长线路X L7*= Xl7×Sb/ Ub2=0.4×12×100/1152=4.8×0.00756=0.0363(8)5KM长线路X L8*= Xl8×Sb/ Ub2=0.4×5×100/1152=2×0.00756=0.00512. 系统中发电机阻抗标幺值（Xd″查表发电机型号与参数）（1） QJ:容量为25MW的发电机X F1*= Xd″×SbcosΦ/Sn=0.1215×4×0.8=0.486×0.8=0.3888容量为12MW的发电机X F2*= Xd″×SbcosΦ/Sn=0.1133×8.3×0.8=0.9442×0.8=0.7554（2）YM: 同XF1*（3）HLR: 同XF2*（4）YKSJ:容量为6MW的发电机X F3*= Xd″×SbcosΦ/Sn=0.1239×100×0.8/6=0.1239×16.6×0.8=2.065×0.8=1.652容量为1.5MW的发电机X F4*= Xd″×SbcosΦ/Sn=0.184×100×0.8/1.5=0.184×66.6×0.8=12.26×0.8=9.81363. 系统中变压器阻抗标幺值计算.双绕组:（1）T2容量为31.5MVA的变压器Xb2*=0.105×100/31.5=0.105×3.1746=0.3333（2）T2容量为31.5MVA的变压器Xb4*=0.105×100/15=0.105×6.66=0.7（3）T6容量为8MVA的变压器Xb6*=0.105×100/8=0.105×12.5=1.3125（4）T8容量为10MVA的变压器Xb8*=0.105×100/10=0.105×10 =1.05三绕组：容量为31.5MVA 的变压器(*11710.56)10020.341310031.5L X +-=⨯=(*117610.5)10020.198410031.5M X +-=⨯=(*11710.56)1002010031.5N X -++=⨯=总系统图化简为下图：图2-2 总系统图化简图111212110.170700.508210.38880.75540.15460.17070.5080.8332Z N L l F F X X X X X X =++++=++++=++=YM:22211210.16670.042320.38880.4033Z B l F X X X X =++'=++= HLR:3248'0.75540.70.01510.19840.34132.0102Z F B l L MX X X X X X =++++=++++= YKS:46654312111.31250.006050.05440.09920.17072109.8136 1.6522.8787Z B l l M LF F X X X X X X X X =++++++=++++++=3123441111111110.236111110.83320.4033 2.01020.0786 2.8787110.2364.077913.070.24520.2360.07650.5577Z l Z Z Z l Z X X X X X X X =+++++=+++++=++=++= 系统图中，系统所给的电抗值转换为基准电抗：1001005000.50.15005C S s C X X S X ===== 2.2 发电厂中各元件阻抗标幺值的计算：1. 容量为50MW 的发电机 X G1*=X G2* =X d ″×S b /S n ×cos Φ =0.1475×100/50×0.8 =0.1475×2×0.8 =0.295×0.8 =0.2362. 电抗器的标幺值。