发电厂及变电站设备课程设计-发电厂电气部分设计汇总.docx

发电厂及变电站设备课程设计200MW 地区凝汽式火力发电厂电气局部设计学校：五邑大学学院：信息工程学院课程序号：xxx姓名：xxxx学号：xxxxxx一、设计原始资料3二、对设计原始资料进展初步分析32.1 工程状况32.2 电力系统状况32.3 负荷状况3三、主接线方案的拟定43.1 主接线形式的根本选择43.2 主接线在各电压等级的具体选择43.3 主接线方案的比较5四、变压器的选择6五、短路电流计算65.1 计算电路图和等值电路图65.2 短路电流计算的根本假设和计算原则65.3 本发电厂短路计算的过程7六、主要电气设备选择86.1 断路器的整定原则86.2 断路器的选型96.3 隔离开关的选型106.4 母线的选择11七、工程估算11八、设计体会12九、参考文献12附录、电气主接线图132一、设计原始资料1某地区依据电力系统的进展规划，拟在该地区建一座装机容量为 200MW 的凝汽式火力发电厂，发电厂安装 2 台 50MW 机组，1 台 100MW 机组，发电机端电压为 10.5KV,电厂建成後以 10KV 电压供给本地区负荷，其中有机械厂、钢厂、棉纺厂等，最大负荷 48MW, 最小负荷为 24MW，最大负荷利用小时数为 4200 小时，全部用电缆供电，每回负荷不等， 但平均在 4MW 左右，送电距离为 3-6KM，并以 110KV 电压供给四周的化肥厂和煤矿用电， 其最大负荷为 58MW,最小负荷为 32MW，最大负荷利用小时数为 4500 小时，要求剩余功率全部送入 220KV 系统，负荷中类负荷比例为30%，类负荷为 40%，类负荷为 30%。2打算安装两台 50MW 的汽轮发电机组，型号为QFQ-50-2，功率因数为0.8，安装挨次为#1、#2 机；安装一台 100MW 的起轮发电机组，型号为 TQN-100-2，功率因数为 0.85，安装挨次为#3 机；厂用电率为 6%，机组年利用小时Tmax=5800。二、对设计原始资料进展初步分析（1） 工程状况由发电厂类型可知，该发电厂属于中小型发电厂，而且原料直接输往该凝汽式发电厂， 属于地方性发电厂。该发电机组机组年利用小时数大于5000h，其电气主接线应当以供电可 靠为主，担当基荷。（2） 电力系统状况由于该电厂为规划发电厂，因此在规划时，应当尽量考虑他的远景进展规划，设计主接线时，尽量保持其扩展性和敏捷性。本发电厂是三级电压，两级电压负荷，其10kV 侧应当实行中性点不接地或者中性点经消弧线圈接地的小电流接地方式，而其 110kV 侧和 220kV 侧则应当实行中性点直接接地的大电流接地方式。由资料分析得，该发电厂建立在负荷中心，电能大局部都用发电机电压直接输送至地方用户，将剩余电能上升电压送往电力系统，而且靠近纺织厂和化肥厂，提高了发电厂的热效率。10kV 容量约占本发电厂送出功率的 1/4，为地方负荷。而且电缆馈线恰与 50MW 发电机机端电压相符，因此承受直馈线为宜。110kV 容量也约占本发电厂送出功率的 1/4，宜承受发电机变压器单元接线，再经断路器接至高压母线。220 kV 出线主要是承受本厂剩余负荷。最大可能承受本厂送出的电力为 2002432200X 6132MW。但峰值时，剩余负荷的承受将降为2004858200X6%=82MW。考虑到本发电厂为地方发电厂，因此应当首先保证区内供电稳定牢靠，再对电网系统进展输 送。考虑到在该地区中负荷中、类负荷比例高达 70%，因此发电厂应当在 10kV，110kV负荷侧尽量保持其牢靠性。本发电厂在本地区电力系统的地位应当是属于主要担当地方用电，担当基荷的作用，在该地区电力系统中起到比较重要的作用。（3） 负荷状况机械厂、钢厂、棉纺厂的电压等级为 10kV，化肥厂和煤矿用电的电压等级为 110kV。负荷中类负荷比例为 30%，类负荷为 40%，类负荷为 30%。一二类负荷占比例比较高，因此应当从提高发电站的牢靠性，削减负载停电的可能性和提高发电厂电气主接线稳定性和安全性，就能避开较大经济损失和人身伤亡。3三、主接线方案的拟定3.1 主接线形式的根本选择由发电厂类型和该发电厂出线的电压等级分析得，应当优先考虑单母线接线形式，双母线接线形式和单元接线发电机变压器单元接线的形式。不实行一台半断路器接线的缘由是：该发电厂出线的电压等级较低，而且所用断路器、电流互感器等设备多，占地大，投资因此较大，对于该地区负荷电压等级和所需要的供电可 靠性和敏捷性而言，性价比很低。不承受变压器一母线组接线的缘由是：该发电厂送电距离较短，发电厂装机容量较低， 出线电压较低，因此不需要变压器母线组接线来保证他的长距离输电牢靠性和超高压牢靠 性。不承受发电机变压器线路单元接线的缘由是：该发电厂送给负荷的送电距离仅为3-6km,比较靠近负荷中心，加上该接线出线不止面对单个负荷，仍旧需要在发电厂中设置高压配电装置，并且该接线涉及电网系统的规划和布置、电厂布置和投资、电厂启动与备用电源如何抽取等问题，因此不考虑这个主接线方案。不承受桥型接线的缘由是：桥型接线的缺点是牢靠性和敏捷性不够高，而且依据原始资料的送电距离来分析，不需要内桥接线的适合较长输电线路的特性，因此不考虑这个主接线方案。不承受多角形接线的缘由是：多角形接线不便于扩展，而且进出线单一的 3-5 回的 110kv 级以上配电装置，不适用于这个发电厂接线的使用。3.2 主接线在各电压等级的具体选择1. 对于 10kV 电压供给本地区负荷，其中有机械厂、钢厂、棉纺厂等，出于对于钢厂要求供电的牢靠性很高，机械厂和棉纺厂这类大型的机械工作的厂区要求的供电牢靠性较高的考 虑，为了削减母线故障的停电范围，不影响那么多厂区的负荷因供电不正常导致停产甚至是设备损坏，应当优先考虑电气主接线的牢靠性。拟定对于该发电厂2 台 50MW#1#2 发电机组承受电气主接线为带旁路母线的双母线接线或者双母线三分段接线。2. 对于 110kV 电压供给四周的化肥厂和煤矿用电，出于首先对电气主接线的牢靠性，同时在保证牢靠性的前提下，尽最大可能削减断路器个数，保证电气主接线的经济性。拟定对于该发电厂 1 台 100MW#3 发电机组承受电气主接线为单元接线，用双母线接线对其扩展，提高肯定的牢靠性。3. 对于剩余功率全部送入 220KV 系统，可以设置 10-110-220kV 三绕组变压器，承受电气主接线为发电厂三绕组变压器单元接线， 再用单母线接线或者双母线接线引出线进入该电力系统满足上述和本系统的要求。3.3 主接线方案的比较由此，可以从上述拟定方案中得出该发电厂电气主接线方案如下：45由上述方案图看出，由于都是同样使用一样的变压器和发电机组，而方案一使用了 17个断路器，方案二中使用了 18 个断路器，从经济性的角度考虑，两个方案所估算的价格都比较相近。但为了检修时做到不停电，尽量不影响一次负荷较多的钢厂，机械厂等负荷的工作，故10kV 侧承受带旁路母线的双母线接线，加之此发电厂定位为地方发电厂，首先应当满足当地负荷要求，其次在考虑剩余负荷以 220kV 供电至 220kV 系统，因此对发往电力系统的牢靠性要求不高，所以对于此局部的主接线，可适当降低其牢靠性，以保障发电厂建设的经济性，因此 220kV 侧拟定承受单母线接线方式。因此，方案一适宜此次 200MW 地区凝汽式火力发电厂电气局部的设计方案。四、变压器的选择10kV 电压母线接线的主变压器容量选择当 10kV 母线的负荷最小时： SN1=2*50*(1-6%)/0.8-24/0.8/2=43.75MW当 10kV 母线的负荷最大，有且发电机#1 或#2 退出运行时：SN1=48/0.8-50*(1-6%)/0.8=1.25MW依据计算结果，查附表可得，应选用变压器型号为SFP7-50000/220 双绕组变压器110kV 单元接线的主变压器容量选择主变压器容量应与发电机容量配套，并留10%的裕度选择SN2=(1+10%)*100*(1-6%)/0.8=129.25MW依据计算结果，查附表可得，应选用变压器型号为SFPSZ7-150000/220 三绕组变压器五、短路电流计算5.1 计算电路图和等值电路图5.2 短路电流计算的根本假设和计算原则1. 短路发生前，电力系统是对称的三相系统。62. 电力系统中全部发电机电动势的相位在短路过程中都同相，频率与正常运行时一样。3. 电力系统在短路过程中，各元件的磁路不饱和，也就是各元件的电抗值与所流过的电流的大小无关。因此，在计算中可以应用叠加原理。4. 电力系统中各元件的电阻，在高压电路中都略去不计。但是在计算短路电流非周期重量的衰减时间常数时应计入电阻的作用。5. 变压器的励磁电流略去不计，即相当于励磁回路开路，以简化变压器的等值电路。6. 输电线路的分布电容无视不计。由于三相短路时造成的危害最大，短路电流也最大，因此短路时导体和电器的功、热稳 定及电器开断电流一般按三相短路验算。假设该系统容量为无穷，整定出来的短路电流较大， 易于选择电气设备。5.3 本发电厂短路电流计算的计算过程取 Sd=100MVA，U#1=U#2=U#3=10.5kV，Ud3=231kV，Ud5=115kV而 Id1=100/3*10.5=5.50kA， Id3=100/3*231=0.25kA， Id5=100/3*115=0.50kA，查发电机数据，得QFQ50250MW， cos=0.8， Xd=17.5% TQN1002100MW，cos=0.85，Xd=18.3%50MW 发电机的电抗标幺值X1=X2=0.175*100/50/0.8=0.28又由于该发电机组型号一样，并且其运行方式为并列运行，因此可等效为X=0.28/2=0.1410kV 负荷输电电缆的电抗标幺值此处取电力电缆电抗率为 /km X3=0.08*3*100/10.5*10.5=0.22双绕组变压器的电抗标幺值此处选择变压器为上述的SFP7-50000/220，Xd=12%X4=12/100*100/50=0.24双绕组变压器的电抗标幺值 此处选择变压器为上述的 SFPSZ7-50000/220 ， Xd1=8.4%,Xd2=22.4%,Xd3=12.4%(低压侧)X5=8.4/100*100/150=0.06 (高压侧)X6=12.4/100*100/150=0.08 (中压侧)X7=22.8/100*100/150=0.15D1 点短路时，总阻抗标幺值：X(D-1)=0.14三相短路电流周期重量有效值： ID-1=5.50/0.14=39.26kA其他三相短路电流：I”=I=ID-1=39.26kAish =2.55I”=2.55*39.26=100.11kA Ish =1.51I”=1.51*39.26=59.28kA三相短路容量：Sd1=100/0.14=714.29MWAD2 点短路时，总阻抗标幺值：X(D-2)=0.14+0.22=0.36三相短路电流周期重量有效值： ID-2=5.50/0.36=15.28kA其他三相短路电流：I”=I=ID-2=15.28kAish =2.55I”=2.55*39.26=38.96kA Ish =1.51I”=1.51*39.26=23.07kA三相短路容量：Sd2=100/0.36=277.78MWA7D3 点短路时，总阻抗标幺值：X(D-3)=0.14+0.22+0.24=0.6 三相短路电流周期重量有效值： ID-3=0.25/0.6=0.42kA 其他三相短路电流：I”=I=ID-3=0.42kAish =2.55I”=2.55*0.42=1.06kA Ish =1.51I”=1.51*0.42=0.63kA三相短路容量：Sd3=100/0.6=166.67MWAD4 点短路时，总阻抗标幺值：X(D-4)=0.06+0.28=0.34三相短路电流周期重量有效值： ID-4=5.50/0.34=16.18kA其他三相短路电流：I”=I=ID-4=16.18kAish =2.55I”=2.55*16.18=51.26kA Ish =1.51I”=1.51*16.18=24.43kA三相短路容量：Sd4=100/0.34=294.12MWAD5 点短路时，总阻抗标幺值：X(D-5)=0.06+0.28+0.15=0.49三相短路电流周期重量有效值： ID-5=0.5/0.49=1.02kA其他三相短路电流：I”=I=ID-5=1.02kAish =2.55I”=2.55*1.02=2.6kA Ish =1.51I”=1.51*1.02=1.54kA三相短路容量：Sd5=100/0.49=204.08MWAD6 点短路时，总阻抗标幺值：X(D-6)=0.06+0.28+0.08=0.42 三相短路电流周期重量有效值： ID-6=0.25/0.42=0.60kA 其他三相短路电流：I”=I=ID-6=0.60kAish =2.55I”=2.55*0.6=1.53kA Ish =1.51I”=1.51*0.6=0.91kA三相短路容量：Sd6=100/0.42=238.10MWA短路电流计算结果，如下表所示表一短 路点名称基 准 电kV压三相短路稳态电流kA)冲击电流kA冲击电流有效值kA短路容量MWAD110.539.26100.1159.28714.29D210.515.2838.9623.07277.78D32310.421.060.63166.67D423116.1851.2624.43294.12D51151.022.61.54204.08D61150.61.530.91238.10六、主要电气设备选择6.1 断路器的整定原则断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护， 并经济技术方面都比较后才能确定。依据目前我国断路器的生产状况，电压等级在10KV220KV 的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用 SF68断路器。断路器选择的具体技术条件如下：1） 额定电压校验：Ug电网工作电压Un。2） Ig.max(最大持续工作电流) In。3） 开断电流或开断容量：IdtIbr。其中：Idt断路器开断时间t 秒时的断路电流周期重量注：断路器的实际开短时间t，为继电保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。4动稳定：ich Imax其中，ich三相短路电流冲击值.，Imax断路器极限通过电流峰值5热稳定：I*I*tdzIt*It*t其中：I稳态三项短路电流tdz短路电流发热等值时间It断路器t 秒热稳定电流同样，隔离开关的选择校验条件与断路器一样，并可以适当降低要求。6.2 断路器的选择10kV 母线出线侧流过断路器的最大工作电流：Imax=1.05*48/3*10*0.8=3.64kA 依据表一得，10kV 出线侧D2 点，三相短路稳态电流为I=15.28kA三相短路冲击电流为ish =38.96kA查相关设备手册，选择SN4-10G/5000 少油断路器额定电流为 5000A，额定短时耐受电流为 105kA，额定峰值耐受电流为 300kA满足额定电流校验：Imax=3.64kA<=5kA 满足动稳定校验： I=15.28kA<=105kA 满足热稳定校验： ish =38.96kA<=300kA10kV 发电机#1#2 侧流过断路器的最大工作电流：Imax=1.05*50/3*10*0.8=3.80kA 依据表一得，10kV 出线侧D1 点，三相短路稳态电流为I=39.26kA三相短路冲击电流为ish =100.11kA查相关设备手册，选择SN4-10G/5000 少油断路器额定电流为 5000A，额定短时耐受电流为 105kA，额定峰值耐受电流为 300kA满足额定电流校验：Imax=3.80kA<=5kA 满足动稳定校验： I=39.26kA<=105kA 满足热稳定校验： ish =100.11kA<=300kA 10kV 发电机#3 侧流过断路器的最大工作电流：Imax=1.05*100/3*10*0.85=7.13kA 依据表一得，10kV 出线侧D4 点，三相短路稳态电流为I=16.18kA三相短路冲击电流为ish =51.26kA查相关设备手册，选择SN4-10G/11000 少油断路器额定电流为 11000A，额定短时耐受电流为 105kA，额定峰值耐受电流为 300kA满足额定电流校验：Imax=7.13kA<=11kA 满足动稳定校验： I=16.18kA<=105kA9满足热稳定校验： ish =51.26kA<=300kA220kV 三绕组变压器出线侧流过断路器的最大工作电流：Imax=1.05*68/3*220*0.85=0.22kA 依据表一得，10kV 出线侧D6 点，三相短路稳态电流为I=0.6kA三相短路冲击电流为ish =1.53kA查相关设备手册，选择LW23-252/1250 SF6 断路器额定电流为1250A，额定短时耐受电流为 40kA，额定峰值耐受电流为 50kA满足额定电流校验：Imax=0.22kA<=1.25kA 满足动稳定校验： I=0.6kA<=40kA满足热稳定校验： ish =1.53kA<=50kA110kV 三绕组变压器出线侧流过断路器的最大工作电流：Imax=1.05*58/3*110*0.85=0.38kA 依据表一得，10kV 出线侧D5 点，三相短路稳态电流为I=1.02kA三相短路冲击电流为ish =2.6kA查相关设备手册，选择LW23-252/1250 SF6 断路器额定电流为1250A，额定短时耐受电流为 31.5kA，额定峰值耐受电流为 40kA满足额定电流校验：Imax=0.38kA<=1.25kA 满足动稳定校验： I=1.02kA<=31.5kA 满足热稳定校验： ish =2.6kA<=40kA220kV 双绕组变压器出线侧流过断路器的最大工作电流：Imax=1.05*76/3*220*0.8=0.26kA 依据表一得，10kV 出线侧D3 点，三相短路稳态电流为I=0.42kA三相短路冲击电流为ish =1.06kA查相关设备手册，选择LW23-252/1250 SF6 断路器额定电流为1250A，额定短时耐受电流为 40kA，额定峰值耐受电流为 50kA满足额定电流校验：Imax=0.26kA<=1.25kA 满足动稳定校验： I=0.42kA<=40kA满足热稳定校验： ish =1.06kA<=50kA6.2 隔离开关的选型地点选型10kV 发电机#1#2 侧D1 点10kV 母线出线侧D2 点断路器的选型SN4-10G/5000 SN4-10G/5000220kV 双绕组变压器出线侧D3 点 LW23-252/125010kV 发电机#3 侧D4 点SN4-10G/11000110kV 三绕组变压器出线侧D5 点 LW25-126/1250220kV 三绕组变压器出线侧D6 点 LW23-252/1250隔离开关的选型GN10-10T/5000 GN10-10T/5000 GW4-220D/1000-80 GN10-10T/11000 GW4-110D/1250GW4-220D/1000-80由于隔离开关的选择校验条件与断路器一样，并可以适当降低要求，由上述断路器选型， 易得断路器和隔离开关选型，如下表所示表二106.3 母线的选择母线选择的根本假设：载流量系按最高允许温度70，基准温度为 25、无风、无日照计算。由 6.1 得，10kV 母线最大工作电流为3.80kA，110kV 母线最大工作电流为0.38kV，220kV母线最大工作电流 0.26kV。QFQ-50-2 发电机组TQN-100-2 发电机组SFP7-50000/220 变压器SFPSZ7-150000/220 变压器SN4-10G/5000断路器LW25-126SF6路器LW23-252 SF6路器油断断GN10-10T/5000 隔离开关GW4-110D/1250隔离开关GW4-220D/1000-80 隔离开关125mm*10mm矩 形铝导体母线100mm*10mm矩形铝导体母线母线的选择如下表所示表三母线名称母线尺寸mm*mm主要参数备注10kV 主母线125*10三条竖放长期允许载流量 424310kV 旁路母线100*10三条竖放长期允许载流量 3930检修用母线，不作为长期运行，考虑到经济性，尺寸降低110kV 母线50*4单条竖放长期允许载流量 594220kV 母线50*4单条竖放长期允许载流量 594七、工程估算设备名称单价万个数台合计万150023004000140020012005001400108803051505042001.22833.62132657352361.534.51150mm*4mm矩形铝导体母线合计八、设计体会1661841.1通过本次课程设计，我再一次认真的学习了发电厂电气局部这门学科及供配电技 术和电力系统分析的学问，重点把握了电气主接线设计，电气开关设备，发电机及变压器相关学问，电力系统短路电流计算和电气设备的校验的学问。完成课程设计的过程中，我学习到从分析原始资料到如何更加合理的选择牢靠性高的接 线方式、敏捷性高的运行方式以及有用性强和经济性好的设计方案。我依据此次设计内原始 资料和联系设备的一些实际参数状况去选择主接线图和主变压器， 然后对这个初步完成的主接线方案，进展短路电流计算，继而为断路器，隔离开关，母线的选型做好预备。最终就是对所选择的断路器，隔离开关，母线进展动稳定校验和热稳定校验，为最终完成的主接线 设计增加其牢靠性。在设计时期，我严格要求自己，认真负责的去完成设计任务。这对个人力量进展也格外 有益，更有助于以后的生活和学习。所以，我很愉悦的完成了这次的课程设计。最终，由于我个人的学问浅薄和对电气行业的生疏有限，所以设计中的不完善处还请教师多提贵重建 议。也在此感谢教师和同学对我的设计指导。九、参考文献【1】发电厂变电站电气局部，中国电力出版社【2】供配电技术，机械工业日出版社【3】电力系统分析理论，科学出版社12电气主接线图13