2022哈工大发电厂课程设计任务书-2022-1.docx

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1、2022哈工大发电厂课程设计任务书-2022-1 H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：发电厂电气部分课程设计 设计题目：600MW热电厂电气部分 院系：电气工程及其自动化学院 班级：1306141 设计者： 学号： 指导教师：胡林献 设计时间：2022.01.03-2022.01.07 哈尔滨工业大学教务处 哈尔滨工业大学课程设计任务书 学号尾数为1、6的同学做此题！ 课程设计说明书 1 原始资料分析 1.1 发电厂类型 根据课程设计任务书的要求，这次设计的是一个热电厂的电气部分。 1.2

2、发电厂设计规模 根据课程设计任务书的要求，该发电厂装设2台50 MW汽轮发电机组，2台100 MW汽轮发电机组，2台200 MW汽轮发电机组，汽轮机组总台数为5台，总容量为700 MW。 1.3 发电厂在系统中的地位 由课程设计任务书可知，总装机容量为700 MW，算不上一个大型电厂，它所接入的系统，220 KV系统是一个无穷大系统，110 KV系统总容量500 MW，由此可以看出，该发电厂在整个系统中所占的比重并不是很大，所以可以确定该发电厂只是一个地方性的电厂。 1.4 电压等级 由课程设计任务书可知，在本系统中，总共涉及到5个电压等级：高压厂用电电压，10.5 KV（QFQ-50-2及T

3、QN-100-2型发电机出口电压），15.75 kV（QFQS-200-2型发电机出口电压），110 KV（系统C2电压），220 KV（系统C1电压）。 1.5 负荷情况 根据电力负荷的分类标准可以知道，该地区附近的负荷主要属于三类负荷，例如轻工业，但也包含二类负荷，比如一些重工业。110 KV和220 KV都是比较重要的线路，应保证供电的可靠性。所以，总体上来说，为了保证人民生命财产安全，为了不影响企业运转，还是应该采用可靠性较高的接线方式。 2 主接线方案拟定 2.1 机组台数分配 由课程设计任务书可知，10.5 KV负荷最大为75 MW，最小为50 MW，初期为52MW，以后每年增加5

4、 MW。110 KV负荷最大为162 MW，最小为115MW，初期为67MW，以后每年增加20MW。 根据负荷和发电机组的情况，我们可以得到以下两条结论：（1）从开始建发电厂，一直到发电厂建设完成，接到10.5 KV母线上的机组总容量应一直为100 MW，这100 MW有两种搭配方案，一种是2台50 MW汽轮机组，另一种是1台100 MW汽轮机组；（2）开始时，接到110 KV 母线上的机组总容量应该为100 MW，从第2年开始，总容量就应该为150 MW，第5年以后，总容量应该为200 MW，100 MW有两种搭配方式，一种是2台50 MW汽轮机组，另一种是1台100 MW汽轮机组，150

5、MW 只有一种可能，那就是1台50 MW汽轮机组加上1台100 MW汽轮机组，200 MW 有三种搭配方式，第一种是2台50 MW汽轮机组加上1台100 MW汽轮机组，第二种是2台100 MW汽轮机组，第三种是1台200 MW汽轮机组。对上述可能进行分析 2.2 主接线方式选择 10.5 KV母线至少可采用单母线、单母线分段、双母线、双母线分段共4种接线方式，110 KV母线至少可采用双母线带旁路、多角形、桥型共3种接线方式，220 KV 母线至少可采用双母线分段、双母线带旁路、3/2共3种接线方式，这样组合起来，总共至少有36种接线方式。 2.3 主变压器选择 由发电机出口电压变换到110

6、KV和220 KV，可以选择双绕组变压器，也可以选择三绕组变压器或自耦变压器。 3 主接线方案初步技术经济比较 3.1 机组台数分配方案比较 首先对2种机组台数分配方案进行比较，虽然方案2更好地关注了扩建的方便性，但是确定发电机电压母线上机组台数时有如下的3个原则：1、若总容量接近或少于发电机电压母线上的负荷，则全部发电机接在发电机电压母线上；2、若总容量大于发电机电压母线上的负荷，则接在电压母线上的机组应能保证母线上全部负荷的供电要求，其余机组以单元接线形式接入高电压等级母线上；3、最早安装、容量小的机组优先考虑接入发电机电压母线。根据原则3可以知道，应该选择2台50 MW汽轮 机组，也就是

7、说，应该选择方案1。这样虽然在扩建方便性上不如方案2，但是会在设备选择、运行费用等方面优于方案2。 3.2 主接线方案比较 接下来对36种主接线方案进行比较。先比较10.5 KV母线的4种接线方式，在选择10.5 KV母线的主接线形式时，我们要分两步。第一步，我们要确定10.5 KV母线是否需要分段，在确定发电机电压母线是否需要分段时有如下的4个原则：（1）若发电机电压母线上的机组台数大于1，则一般需考虑母线分段；（2）分段数量一般不超过三段，否则设备增多，配电装置运行复杂；（3）是否采用分段断路器，则完全取决于机组容量，容量大则短路电流增加，需要采用分段断路器）（4）分段应选在正常工作情况时

8、功率流动最小的地方，即各段母线应尽量保持功率平衡。根据以上4个原则，我们可以确定，10.5 KV母线应该分为两段，且两段之间应该装设断路器，为限制发电厂内部故障时的短路电流，母线分段断路器上串接有母线电抗器。第二步，我们要确定是选择双母线分段还是单母线分段，根据以往的经验，当机组容量大于25 MW时，往往采用双母线分段，所以在本课程设计中，10.5 KV母线的主接线方式最好选择双母线分段接线。虽然双母线分段接线在开关设备数量、占地面积这两项指标上不如其他接线方式，但是，在可靠性、灵活性、扩建方便性等方面，双母线分段接线都是这4种方案里面最优的。在衡量主接线方式的指标中，最重要的是可靠性，其次才

9、是经济性。为限制出线故障时的短路电流，发电机电压母线上的电缆馈线上一般需要装设出线电抗器，在本课程设计中，10.5 KV的出线均为电缆馈线，所以均需装设出线电抗器。 再比较110 KV母线的3种接线方式，因为多角形接线最多用到六角形，更以四角形和三角形为宜，以减少开环运行所带来的不利影响，三角形、四角形接线的出线数都是2回，而本课程设计中，110 KV的出线有8回，出线较多，实在不适合用多角形接线。类似的问题也出现在桥型接线方式上。所以综上所述，还是现在双母线带旁路比较合适，它既满足出线数较多的条件，加设旁路还可以保证可靠性、灵活性。因为110 KV电压已经比较高了，所以最好设置专用旁路断路器

10、。 最后比较一下220 KV的3种主接线方式。由于只有2台200 MW的汽轮机组接到220 KV母线上去，所以不大适合采用3/2接线。相较于双母线分段接线，双母线带旁路接线更可靠，也更灵活方便，所以选择双母线带旁路接线比较好。 3.3 主变压器方案比较 2台100 MW的汽轮机组的总容量要大于110 KV系统的最大负荷量，为了不出现2次变压的问题，必须采用三绕组或自耦变压器向220 KV系统供电。因为单元接线的主变容量应与机组容量匹配，热电厂的厂用电率为8%10%，在此取中值9%，且对应的发电机功率因数为0.85，所以该自耦变压器的容量为118 MV A，变比为10.5/ 110/220 KV

11、，可选择SFPSL120 000/220型变压器。 在选择变压器时，三绕组或自耦变压器一般不超过2台，上面已经选择了2台自 耦变压器，所以2台50 MW汽轮机组通过10.5 KV母线接到中（高）压等级母线上就不能选择三绕组或自耦变压器了，只能选择双绕组变压器。至于是选择10.5/121 KV 的变压器接到110 KV系统中好，还是选择10.5/242 KV的变压器接到220 KV的系统中好，则需要详细的经济技术分析了。当母线负荷最小时，送出最大剩余功率为41 MW，当母线上最大机组故障时，中（高）压系统要向母线提供的最大功率为34 MW，考虑到对应的发电机功率因素为0.8，又考虑到一台变压器检

12、修或故障时，另一台变压器仍要保证70%80%总负荷供电的连续性，在此不妨取80%，且热电厂的厂用电率为9%，所以可确定，该双绕组变压器的容量为50 MV A。 最后是2台200 MW的汽轮机组通过单元接线直接接到220 KV母线上的变压器选择问题，根据单元接线的主变容量应与机组容量匹配的原则，且对应的发电机功率因素为0.85，热电厂的厂用电率为9%，选择2台容量为236 MV A、变比为15.75/220 KV的双绕组变压器，可选择SFP7250 000/220型变压器。 4 主接线方案详细技术经济比较 最后剩下的两种方案中，唯一的差别就是10.5 KV母线是通过10.5/110 KV的变压器

13、接到110 KV母线上还是通过10.5/220 KV的变压器接到220 KV母线上。 在技术方面，无论是可靠性、灵活性，还是扩建方便性、成熟性，两方案都差不多。 在经济方面，它们的差别主要还是体现在基本投资和年运行费两方面。基本投资方面，在容量、型式相同的条件下，显然，10.5/220 KV的双绕组变压器要比10.5/110 KV的双绕组变压器贵。年运行费方面，主要包括两个方面，一是每年维护检修的费用，只要变压器不出大问题，这个费用是很少的，而且10.5/220 KV的双绕组变压器和10.5/110 KV的双绕组变压器的年维护检修费用差不多，所以可以忽略。二是由于变压器损耗而产生的损失，由热电

14、厂电气部分设计计算书计算结果可以看到，10.5/220 KV的双绕组变压器的年运行费多于10.5/110 KV的双绕组变压器的年运行费，所以在经济方面，10.5/110 KV的双绕组变压器更优。 综合技术及经济方面，我们应该选择10.5/110 KV的双绕组变压器，所以发电厂电压母线应该通过10.5/110 KV的双绕组变压器与110 kV母线相连，可选择SFZL50 000/110型变压器。 5 厂用电设计 5.1 高压厂用电电压等级的确定 我们一般是根据发电机容量和出口电压来确定高压厂用电电压。容量在60 MW 及以下的高压厂用电电压可采用3 kV；容量在100300 MW时，宜采用6 k

15、V。另外需要说明的是，随着电力工业的发展和我国能源政策要求，3 kV电压等级由于短路电流大、启动力矩小等原因，在高压厂用电中已经很少采用。所以综合起来考虑，确定本设计的高压厂用电电压为6 kV。 5.2 厂用电主接线设计 发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线形式。在热电厂、火电厂中，因为锅炉的辅助设备多、容量大，所以高压厂用母线均采用按炉分段的原则。考虑2台50 MW汽轮机组容量并不是很大，且有共同的10.5 kV母线，为节省投资，这2 台机组共用一个二分段的单母线，其他每一台机组单独设置一个二分段的单母线。所以在本设计中，总共设置了5个二分段的单母线。为叙述方便，对其进行编号，2台5

16、0 MW汽轮机组对应的母线的编号为6 kV 1A、6 kV 1B，2台100 MW汽轮机组对应的母线的编号为6 kV 2A、6 kV 2B和6 kV 3A、6 kV 3B,2台200 MW汽轮机组对应的母线的编号为6 kV 4A、6 kV 4B和6 kV 5A、6 kV 5B。 5.3 厂用电源的引接方式 5.3.1 厂用工作电源 2台50 MW汽轮机组的高压厂用电母线，其工作电源直接从10.5 kV母线引接。2台100 MW汽轮机组及2台200 MW汽轮机组的高压厂用电母线，由于没有发电机母线，厂用工作电源从对应厂用母线引接。 5.3.2 备用电源和启动电源 2台50 MW汽轮机组的高压厂用

17、电母线，虽然有发电机电压母线，但工作电源就是从发电机电压母线引接的，故备用电源和启动电源不能再从发电机电压母线引接，得从与电力系统联系紧密、供电可靠的最低一级电压母线引接，在本设计中，就是110 kV母线。2台100 MW汽轮机，其备用电源和启动电源接引厂用220kv母线，2台200 MW可以从厂用110 kV母线上引接。 6 短路电流计算 见热电厂电气部分设计计算书。 7 电气设备选择 80mm 设计计算书 I ：短路电流计算 1、选取基准值 选取B S =100MV A ，av B U U =，发电机次暂态电势E =1，则各电压等级的基准电流分别为： 220KV 侧：251.02303100 31=?= B B U S I KA 110KV 侧：502.0115 3100 32=?= B B U S I KA 10.5KV 侧：50.55 .103100 33=?= = B B U S I KA 2、发电机阻抗标幺值参数计算 QFQ-50-2型发电机： TQN-100-2型发电机： QFQS-200-2型发电机： 3、变压器标幺值计算 SFZL 50 000/110型双绕组变压器： SFP7250 000/220型双绕组变压器：