发电厂课程设计

1前言电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。

它与电力系统、电厂动能参熟、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置，继电保护和控制方式都有较大的影响。

因此，设计主接线必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理选择主接线方案。

本次设计是对某火力发电厂的主接线设计，根据原始资料及相关参数分析，考虑电气主接线的基本要求，进行方案的经济比较，电气主接线的形式的比较，进行正确的主接线设计，并计算一次投资和年运行费用。

2 原始资料分析2.1 原始资料某火力发电厂原始资料如下：装机4台，分别为供热式机组2 ⨯ 50MW（U N = 10.5kV），凝汽式机组2 ⨯ 200MW（U N = 15.75kV），厂用电率6.3%，机组年利用小时T max = 6500h。

系统规划部门提供的电力负荷及与电力系统连接情况资料如下：(1) 10.5kV电压级最大负荷（20 + 10 ⨯13/25=25.2）MW，最小负荷（15 + 10 ⨯13/25=20.2）MW，cosϕ = 0.8，电缆馈线10回；(2) 220kV电压级最大负荷（250 + 10 ⨯13/25=255.2）MW，最小负荷（200 + 10 ⨯13/25=205.2）MW，cosϕ = 0.85，架空线5回；(3) 500kV电压级与容量为3500MW的电力系统连接，系统归算到本电厂500kV母线上的电抗标么值x S* = 0.021（基准容量为100MV A），500kV架空线4回，备用线1回。

2.2 工程情况设计电厂为大中型火电厂，其容量为2×50+2×200=500MW，占电力系统总容量500/（500+3500）×100％=12.5％，超过了事故备用容量10％的限额，说明该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要。

一般，承担基荷为主的电厂年利用小时数在5000h以上；承担腰荷烦人发电厂在3000-5000h；承担峰荷的发电厂在3000h以下。

设计内容中火力发电厂的年利用小时为6500>5000h。

且年利用小时数为6500h，远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数（如2006年我国电力系统发电机组年最大负荷利用小时数为5221h）。

该厂为火电厂，在电力系统中主要承担基荷，从而该厂主接线设计应着重考虑其可靠性。

发电厂的运行方式及年利用小时，都直接影响着主接线设计。

2.3 电力系统情况电力系统情况包括电力系统近期及远景发展规划，发电厂在电力系统中的地理位置和容量位置和作用。

从负荷特点和电压等级可知，10.5KV电压上的地方负荷容量不大，共有10回电缆馈线，与50MW发电机机端电压相等，采用直馈线为宜。

300MW发电机的机端电压为15.75KV。

拟采用单元接线形式，不设发电机出口断路器，有利于节省投资及简化配电装置布置，220KV电压级出线回路数为5回，为保证检修出线断路器不致对该回路停电，拟采取带旁路母线接线形式为宜，500KV与系统有4回馈线，呈强联系形式并送出本厂最大可能的电力为500-16-200-500×6.3％=471.4MW。

可见，该厂500KV级的接线对可靠性要求应很高。

3 主接线方案的拟定根据对原始资料的分析，现将各电压级可能采用的较佳方案列出，进而以优化组合方式组成最佳可比方案。

（1）10KV电压级。

鉴于出线回路多，且发电机单机容量为50MW，远大于有关设计规程对选用的单母线分段接线每段上不宜超过12MW的规定，应确定为双母线分段接线形式，2台50MW机组分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压220KV。

由于两台50MW机组均接于10KV母线上，有较大短路电流，为选择轻型电器，应在分段处加装母线电抗器，各条电缆馈线上装设出线电抗器。

考虑到50MW机组为供热式机组，通常“以热定电”，机组年最大负荷小时数较低，同时由于10KV电压最大负荷20MW，远小于2×50MW 发电机组装机容量，即使在发电机检修或升压变压器检修的情况下，也可以保证该电压等级负荷要求，因而10KV电压级与220KV电压之间按弱联系考虑，只设一台主变压器。

（2）220KV电压级。

出线回路数大于4回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线旁路接线或双母线带旁路接线，以保证其供电的可靠性和灵活性，其进线仅从10KV送来剩余容量2×50-100×6.3％-20=73.7MW，不能满足220KV最大负荷250MW的要求。

为此，拟以一台300MW机组按发电机—变压器单元接线形式接至220KV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500KV接线相连，相互交换功率。

（3）500KV电压级。

500KV负荷容量大，其主接线是本厂向系统输送功率的主要接线方式，为保证可靠性，可能有多种接线形式，经定性分析筛选后，可选用的方案为双母线带旁路接线和一台半断路器接线，通过联络变压器与220KV连接，并通过一台三绕组变压器联系220KV及10KV电压，以提高可靠性，一台300MW机组与变压器组成单元接线，直接将功率送往500KV电力系统。

因此，通过以上组合，共有4种可能的接线方案。

方案1为220kV侧采用双母线带旁路母线接线，500kV侧采用一台半断路器接线；方案2为220kV侧采用单母线分段带旁路母线接线，500kV侧采用双母线带旁路母线接线；方案3为220kV侧采用双母线带旁路母线接线，500kV侧采用双母线带旁路母线接线；方案4为220kV侧采用单母线分段带旁路母线接线，500kV侧采用一台半断路器接线。

通过筛选，分析，方案3所用的设备比其它几种的多，500kV采用双母线分段接线与一台半断路器接线相比，经济上也无优势，且占地面积大；而方案4中220kV侧采用单母线分段带旁路母线接线的可靠性与灵活性不够高，所以保留前两种可能的接线方案。

方案一：图3-1 拟设计的火电厂主接线方案方案二：图3-2拟设计的火电厂主接线方案II示意图4 变压器台数和容量的选择在发电厂中，用来向电力系统输送功率的变压器叫做主变压器。

用于在两种电压等级之间起交换功率的变压器称之为联络变压器。

4.1变压器容量的确定原则单元接线时主变压器应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10％的裕度来确定。

采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线计算原则算出的两台机容量之和来确定。

4.2变压器台数的确定原则发电厂主变压器台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系，对于大、中型火电厂在一种电压等级下，主变压器应不少于2台，而中小型发电厂，只装一台主变压器。

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。

如果变压器容量选的过大，台数过多，不仅增加投资、增大占用面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者满足不了变电站负荷的需要，这是技术上不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。

为此，在选择发电厂主变压器时，应遵循以下基本原则：单元接线的主变压器：单元接线的主变压器容量应按下列条件中较大者选择。

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。

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平均升温在标准环境温度或冷却水温度不超过65℃的条件选择。

该65℃是依据我国电力变压器标准，即在正常使用条件下，油浸变压器在连续额定容量稳态下的绕组平均温度。

采用扩大单元接线时应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的2台机容量之和来确定。

具有发电机电压母线接线的主变压器：连接在发电机电压母线和系统之间的主变压器的容量应考虑一下因素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。

当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需限制本场输出功率时，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。

若发电机电压母线上接有2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，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70％以上。

在电力市场环境下，中、小火电机组的高成本电量面临“竞价上网”的约束，特别是在夏季丰水季节处于不利地位，加之“以热定电”的中、小热电厂在夏季热力负荷减少的情况下，可能停用火电厂的部分或全部机组，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。

具有发电机电压母线的发电厂，在发电机电压母线上通常都是接入60MW及以下的中、小型热电机组，按照“以热定电”的方式运行，坚持自发自用原则，严格限制上网电量。

为确保对发电机电压的负荷供电可靠性，接于发电机电压母线上的主变压器不应少于2台，其总容量除满足上述几点要求外，还应当考虑到不少于5年负荷的逐年发展。

对于利用工业生产的余热发电的中、小型电厂，可只装一台主变压器与电力系统构成弱连接。

连接两种升高电压母线的联络变压器：联络变压器的台数一般只设置一台，最多不超过2台，这是考虑到布置和引线的方便。

联络变压器的容量选择应考虑以下两点：联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下有功功率和无功功率交换；联络变压器容量一般不应小于接在两种电压母线上的最大一台机组容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求；同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。

4.3选择主变压器的台数和容量根据原始资料的分析，以及主接线方案的拟定，初步可以确定主接线所需2台双绕组及1台3绕组的主变压器。

其中双绕组变压器是与变压器结成单元接线的主变，而三绕组变压器是与10.5KV级电压母线相连的主变。

由于接线形式的不同，故选择变压器容量的方法也有一定差距。

下面分别来介绍这两种变压器的选定方法。

（1）单元接线的主变压器:变压器的容量在扣除本机组的自身负荷后，应留有10%的裕度。

因为厂用电率K=6.3%，85.0cos =φ。

由公式%)101()1(cos P S N +⨯-⨯=k φ可以计算出这两台双绕组主变压器的容量为243MV A 。

于是可以通过查阅资料确定：低压侧电压15.75KV ，高压侧电压220KV 和500KV ，总容量为243MV A （实际可比此值高一些）的两台双绕组变压器。