发电厂电气一次部分设计——2×300MW
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南华大学电气工程学院毕业设计
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引 言
发电厂的设计需要考虑诸多复杂的条件因素，本设计是一种简单的整体设计，严格依照设计步骤，即对原始资料分析、主接线方案的拟定与选择、短路电流计算和主要电气选择、绘制电气主接线图、编制工程预算，其中工程预算在本设计中仅作估计处理，不作严格计算，而短路电流的计算是基于变压器，发电机的选择之上且影响到后面电气设备的选择，起着承前启后的作用。设计工作是工程建设的关键环节，是工程建设的灵魂。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。它是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各方面的综合性的应用技术科学。设计工作的基本任务是，在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全适用、技术先进、综合经济效益好的设计，有效地为电力建设服务。因此做好设计工作对工程的建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。
本次设计是在课程设计任务书的基础上，以熊信银主编的<>专业理论知识为依托，翻阅及参考了相关的电气设计资料。
本设计的目的是使树立工程观点，加强基本理论的理解和工程设计基本技能的训练，了解现代大型发电厂的电能生产过程及其特点，掌握发电厂电气主系统的设计方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到训练，为今后从事电气设计、运行管理和科研工作，奠定必要的理论基础。
本设计是对2×300MW总装机容量为6000MW的凝汽式区域性火电厂进行电气一次部分及其厂用电高压部分的设计，它主要包括了四大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。其中详细描述了主接线的选择、短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并对设计进行了理论分析。
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第 2 页 共 30 页 1、系统与负荷资料分析
发电厂容量的确定与国家经济发展规划、电力负荷增长速度、系统规模和电网结构以及备用容量等因素有关。发电厂装机容量标志着发电厂的规模和在电力系统中的地位和作用。
设计电厂为大型凝气式火电厂，其容量为2×300=600MW,最大单机容量为300MW，即具有大中型容量的规模、大中型机组的特点。当电厂全部机组投入运行后，将占电力系统总容量600/6000≈10%，没有超过电力系统的检修备用容量为8%~15%和事故备用容量为10%的限额，说明该电厂在未来电力系统中不占主导作用和主导地位，主要供给地区用电。
发电厂运行方式及年利用小时数直接影响着主接线设计。从年利用小时数看，该电厂年利用小时数为6500h/a，远大于我国电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数5000h/年；又为火电厂，所以该发电厂为带基荷的发电厂，在电力系统占比较重要的地位，因此，该厂主接线要求有较高的可靠性；从负荷特点及电压等级可知，该电厂具有110KV和220KV两级电压负荷。110KV电压等级有8回架空线路，承担一级负荷，最大输送功率为110MW,最大年利用小时数为4000h/a，说明对其可靠性有一定要求；220KV电压等级有10回架空线路，承担一级负荷，最大输送功率为500MW，最大年利用小时数为4500h/a,其可靠性要求较高，为保证检修出线断路器不致对该回路断电，拟采用带旁路母线接线形式。
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第 3 页 共 30 页 2、电气主接线
2.1、主接线方案的选择
2.1.1 方案拟定的依据
对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方
面。
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几个方面考虑：断路器检修时，是否影响连续供电；线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回路数多少和停电时间长短，能否满足重要的一、二类负荷对供电的要求；本电厂有无全厂停电的可能性；大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。
所以对大、中型发电厂电气主接线，除一般定性分析其可靠性外，还需进行可靠性定量计算。
主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全，扩建、发展方便。
主接线的可靠性与经济性应综合考虑，在满足技术要求前提下，尽可能投资省、占地面积少、电能损耗少、年费用（投资与运行）为最小。
110KV电压级：出线回路数8回且为I级负荷，应采用双母或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。
220KV电压级：出线回路数10回且为I级负荷，应采用双母带旁路或一台半。
2.1.2、各电压等级接线形式的拟定
根据对原始资料的分析，现将各电压等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) 110KV电压等级：出线为8回架空线路，I级负荷，最大输送110MW，为实现不停电检修出线断路器，可采用单母线分段带旁路或双母线接线形式。
(2) 220KV电压等级：出线为10回架空线路，承担一级负荷，最大输送500MW,为使其检修出线断路器时不停电，可采用双母线带旁路或双母线分段带旁路或采用可靠性更高的一台半接线形式，以保证供电的可靠性和灵活性。两台南华大学电气工程学院毕业设计
第 4 页 共 30 页 300MW发电机组都采用单元接线形式接在220KV电压母线上。都采用单元接线形式，故接220KV侧母线的发电机的出线端不需接断路器。
2.1.3、主接线方案的拟定
拟定两种方案：
方案一：220KV侧采用双母带旁路接线，110KV侧采用双母接线。
方案二：220KV侧采用双母带旁路接线，110KV侧采用单母分段带旁路接线。
2.1.4、主接线方案的比较与选择
现对这两个方案进行综合比较如表2.1
表2.1 主接线方案
方案
项目
方案一
方案二
可靠性 1）220KV采用双母带旁路，110KV采用双母线接线，可靠性较高
1） 220KV采用双母带旁路，可靠性高
2) 110KV侧采用单母分段带旁路，对于出线回路数多带一级负荷来说，可靠性低；
灵活性 1）各电压级接线方式灵活性都好；
2）220KV电压级接线易于扩建。
3）110KV电压级用联络变压器连接，灵活性好 1) 220KV电压级接线方式灵活性好
2）采用单母线分段兼旁路接线，进出线不多时有足够多的灵活性
经济性 1）无论是110KV,220KV设备都比较多，投资较大，经济性差；
1）110KV设备相对少，投资较小；
2）220KV设备都比较多，投资较大，经济性差，；
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第 5 页 共 30 页 本设计主要考虑主接线的可靠性和灵活性，经济性只做参考，所以通过比较，现确定第一方案为设计最终方案。其设计简图见图2.1
#主变T-2
#发电机1QFS-300-2#发电机2QFS-300-2220KV110KV#主变T-18回出线10回出线接厂用电接厂用电接厂用电主接线简图接厂用电T-3T-4T-5T-6SFP7-360000/220SFP7-360000/220SSPSO-360000/220SSPSO-360000/220SFF7-40000/18SFF7-40000/18
图2.1 主接线简图
2.2、主变压器的选择与计算
2.2.1、发电机型号的确定
根据设计书的要求选用的发电机容量为300MW，选择发出的电压为18KV，所以选择发电机型号为QFSN-300-2。具体参数如表2.2
表2.2 所选发电机组的型号与参数
发电机 型 号 额 定
电 压(KV) 额定
功率
(MW) 额定
电流
(A) 功率
因数 次暂态电抗(%) 效率
(%)
G-1、G-2 QFS-300-2 18 300 11320 0.85 16.7 98.65
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第 6 页 共 30 页 2.2.2、变压器容量、台数和型式的确定原则
(1) 单元接线的主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的计算原则算出的两台机容量之和来确定。
(2) 连接两种升高电压母线的联络变压器的确定原则
联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种运行方式下，网络间的有功功率和无功功率交换，一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，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。此外，为了布置和引线方便，通常只设两台，在中性点接地方式准许条件下，以选自耦变压器为宜。其低压绕组兼作厂用备用电源或无功功率补偿装置。
应根据300MW发电机来选择联络变压器，又为了布线方便，只选两台自耦联络变。
(3) 变压器台数的确定原则
通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台。
考虑到本电厂有2台300MW发电机，且电厂和系统有较强联系，故220KV电压等级接两台主变压器。
(4) 主变压器型式的确定原则
选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。在330KV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器。一般当最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，对于最大机组容量为300MW及以上的发电厂，通常采用双绕组变压器加联络变压器，当采用扩大单元接线时，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样，可以大大限制短路电流。
综上，该电厂接于330KV以下电力系统，变压器相数选三相；又该发电厂最大机组容量为300MW，则选双绕组变压器加联络变。110KV及以上电压等级，变压器的接线方式为“YN”连接，选常规接线YN，d11常规接线。
