火电厂一次侧课程设计论文

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1、目 录前言2摘要31设计任务书.31.1原始资料.31.2.设计任务.41.3.设计成果.41.4 原始资料及分析42系统与负荷资料分析53电气主接线63.1主接线方案的选择63.2 主变压器的选择与计算.73.3厂用电接线方式的选择73.4 主接线中设备配置的的一般规则.74短路电流的计算84.1短路计算的一般规则84.2短路电流的计算84.3短路电流计算表115电气设备的选择与校验.115.1电气设备选择的一般规则115.2按短路条件进行校验125.3电气设备的选择校验结果表.13结束语.14参考文献15附录设计总图16前言电力行业是国民经济发展的基础和关键，国家“十一五”计划着重发展火电

2、、水电、核电，高质量的电力资源和可靠的供电水平是衡量电力行业发展的指标，电力的发展与时俱进。是电力专业的一门主要课程, 主要包括课堂讲学、课程设计、生产实习三个主要部分。在完成理论学习的基础上，为了进一步加深对理论的理解，进行了本次课程设计。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。本设计是针对地区变电站的要求来进行配置的，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

3、设备的选择，并对设计进行了理论分析，在理论上证实了变电站实际可行性，达到了设计的要求。限于本人的水平，本设计中难免有错误和不足之处，热诚希望老师和同学们批评指正。摘要社会在不断进步，中国的电力事业也随着发展起来。直到今天，电力事业在中国已有了举足轻重的地位。企业、居民都离不开用电。建立大型电站是发展电力事业的必经之路。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。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域，

4、而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。本文是对配有3台50MW和3台300MW汽轮发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计。包括电气主接线的形式的比较、选择；发电机、主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和断路器、隔离开关的选择与校验;电流互感器、电压互感器的选择与校验； 并作了变压器保护。关键词：火力发电厂；电气部分；供配电；主接线设计。1设计任务书1.1原始资料11 .1发电厂建设规模1.1.1.1 类型:凝汽式火电厂1.1.1.2 最终容量、机组的型式和参数：350MW + 3300MW、年利用小时数：55

5、00h/a11.2 电力系统与本厂的连接情况1.1.2.1 电厂在电力系统中的作用与地位：区域电厂1.1.2.2 发电厂联入系统的电压等级：10.5KV1.1.2.3 电力系统短路容量：8000MVA1.1.2.4 发电厂在系统中所处的位置、供电示意图1.1.3 电力负荷水平:1.1.3.1 10.5KV电压等级：架空线10回，I级负荷，最大负荷20MW，Tmax5500h/a1.1.3.2 穿越本厂功率为50MVA。1.1.3.3 厂用电率：6%11.4 环境条件1.1.4.1 当地年最高温度38，平均温度28。1.1.4.2 气象条件无其它特殊要求。1.2.设计任务1.2.1 发电厂电气主

6、接线设计1.2.2 厂用电设计1.2.3 短路电流的计算1.2.4 主要电气设备的选择1.2.5 短路校验1.3.设计成果1.3.1 设计说明书、计算书一份1.3.2 图纸一张1.4 原始资料及其分析从原始资料我们可以知道，电力负荷电压等级为220KV，而且电压等级的负荷是一级负荷，大家都知道，一级负荷对供电的可靠性要求非常高。而且回路数比较多。这些设计标准对电厂的设计提出了较高的要求。而且还得考虑当地气温的变化和一些其他因素的影响。通过以上资料分析我们可以知道此次设计基本上可以分为下面几个步骤： 1）主接线的设计：发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动

7、化水平和二次回路设计的原则和基础。电气主接线的设计原则是：应根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。2）主变压器的选择：发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL50002000火力发电厂设计技术规程的规定：“变压器容量可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的平均温度或冷却水温度不超过650C的条件进行选择”。3

8、）短路电流的计算：短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式及设备选择。工程要求系统调度或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的的综合阻抗值，由电气专业负责计算。 进行短路计算的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。三相短路是危害最严重的短路形式，因此，三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依据。4）电气设备的选择：选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号。正确的选择电气设备的目的是为了导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、及

9、经济合理的运行、在进行设备选择时，应根据工程实际情况、在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采取新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。2系统与负荷资料分析系统的负荷是：10.5KV电压等级：架空线10回，I级负荷，最大输送20MW，Tmax5500h/a系统出线回路较多，且属于I级负荷，是不允许停电的，因此对发电站的供电可靠性要求很高。采用3台50MW和3台300MW的发电机供电，在10.5KV电压等级上最大输送为20MW，所以在300MW发电机与主接线间应加变压器，用于补充功率。3电气主接线3.1主接线方案的选择主要以本次设计任务书为依据，按照国家国规定的“安全可靠，经济适用，符合国情

10、”的电力建设与发展的方针，结合工程实际的具体特点，准确的掌握基本资料，保证设计方案的可靠性，经济性和灵活性。3.1.1接线按照以下步骤来进行： (1)根据下达的设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，各电压等级拟订可采用的数个主接线方案；(2)对拟定的各方案进行技术，经济比较，选出最好的方案。各主接线方案都应该满足系统和用户对供电可靠性的要求，最后确定何种方案，要通过经济比较，选用年运行费用最小的作为最终方案，还要兼顾到今后的扩容和发展；(3)电气主接线图。按工程要求，绘制工程图，图中彩新国标图形符号和文字代号，并将所有设备的型号，主要参数，母线及电缆截面等标注在图上。3.1.2接线的要求：

11、（1）可靠性：要从三个方面来考虑。断路器检修时是否会影响对用户的供电，设备和线路故障或检修时，停电线路的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电，是否存在发电厂、变电所全部停止工作的可能性；（2）操作力求简单、方便：电气主接线应该简单清晰、明了；（3）经济合理：占地面积要少，以节省基建投资和减少年运行费用，让发电厂变电所尽快的发挥社会和经济效益我的方案如附录所示10.5KV主接线采用双母带旁路接线，采用双母线接线具有如下特点：可靠性灵活性经济性线路复杂度可扩展性双母线带旁路接线方式可靠性高，适用与I类负荷比较灵活，操作复杂比较昂贵，设备较多比较复杂，但检修线路时，不需停电扩展性好，可

12、向母线任意方向扩建单母线带旁路接线方式可靠性不高，不适用于I类负荷灵活，操作相对简单设备较少，投资省简洁，但修线路母线时，需大面积停电可扩展性也比较好3.2 主变压器的选择与计算首先选择300MW和50MW发电机的参数如下:型号额定功率（MW）额定电压（KV）额定电流（KA）功率因数（）同步电抗(Xd%)瞬变电抗(Xd%)超瞬变电抗(Xd%)QFQ-50-25010.53.440.81862012.4QFSN-300-230018113200.85236.3531.9319.15因为200MW发电机侧变压器是三绕组的，它可以将200MW发电机发的电，部分升压送到220KV母线上，故联络变压器的

13、容量可以小一点，变压器型号及参数如下：型号额定容量（MVA）额定电压空载电流（%）空载损耗（KW）负载损耗（KW）阻抗电压（%）高压（KV）中压（KV）低压（KV）SFPF7-40000/18400000/2200006.3-6.30.829.4177.74.53.3厂用电接线方式的选择现代发电厂厂用电系统往往由主发电机进行供电，为提高该系统供电可靠性，厂用电系统接线通常采用单母线分段并配以成套配电装置以降低电力系统及厂用电设备本身故障带来的影响。3.4 主接线中设备配置的的一般规则主变压器容量应留出10%的裕量4短路电流的计算4.1短路计算的一般规则在电力系统短路电流的工程计算中，许多实际问

14、题的解决（如电网设计中的电气设备选择）并不需要十分精确的结果，于是参数了近似计算的方法。在近似算法中，主要是对系统元件模型和标幺参数计算做了简化处理。在元件模型方面，忽略发电机变压器和输电线路的电阻，不计输电线路的电容，略去变压器的励磁电流（三相三柱式变压器的零序等值电路除外），负荷忽略不计或只做近似估计。在标幺参数计算方面，在选取各级平均额定电压时，认为变压器变比等于其对应侧平均额定电压之比，即所有变压器的标幺变比都等于1。此外，有时还假定所有发电机的电势具有相同的相位，加上所有元件仅用电抗表示，这就避免了复数运算，把短路电流的计算简化为直流电路的求解。4.2短路电流的计算（一） 选取SB=

15、1100MVA和，画出等值网络如下图，计算各电抗的标幺值。 150MW发电机：XG1=XG2=XG3=12.4%11000.8/50=2.1822300MW发电机： XG4=XG5=XG6=19.15%11000.8/300=0.562340MVA变压器： XT1=XT2=XT3=4.5/1001100/40=1.2384 系统到10.5KV母线的电抗标幺值：XS=基准容量/短路容量=1100/8000=0.1375（二） 对等值网络进行简化如下图1X1=1/32.182=0.7272X2=1/3(0.562+1.238)=0.600(三) D1点短路时1 S300=1100/0.600=18

16、33.3 S50=1100/0.727=1513.1SK=SNS300S50=80001833.31513.1=4653.6XS=SB/SK=1100/4653.6=0.2362 X1d =1/X1+1/X2+1/ XS=1/0.727+1/0.600+1/0.236=7.280IP1*= 1/ X1d =1/7.280=0.137所以D1点短路电流的有名值为：IP1=IP1*SB/3Uav=0.1371100/1.73210.5=8.287(KA)短路冲击电流为： ish1=1.82IP1=1.81.4148.287=21.092(KA)(四) D2点短路时： 1 X2d =X1+(X2/X

17、S)=0.727+0.6000.236/(0.600+0.236)=0.8962 IP2*= 1 / X2d=1/0.896=1.116所以D2点短路电流的有名值为: IP2=IP2*SB/3Uav =1.1161100/1.73210.5=67.502(KA)短路冲击电流为：ish2=1.82IP2=1.81.41467.502=171.806(KA)(五) D3点短路时： 1 X3d = X2+(X1/XS)=0.600+0.7270.236/(0.727+0.236)=0.7782 IP3*= 1 / X3d=1/0.778=1.285所以D3点短路电流的有名值为：IP3=IP3*SB/

18、3Uav =1.2851100/1.73210.5=77.746(KA)短路冲击电流为：ish3=1.82IP3=1.81.41477.746=197.879(KA)4.3短路电流计算表短路计算三相短路电流IPIIishIshD18.2878.2878.28721.09212.178D267.50267.50267.502171.80699.195D377.74677.74677.746197.879114.2495电气设备的选择5.1电气设备选择的一般原则5.1.1电气设备的选择的重要性 （1）电气设备的选择是发电厂和变电所规划的主要内容之一，是工程上的具体应用。正确的选择设备是使电气主接线

19、和配电装置达到安全、经济运行的重要条件；（2）在进行设备选择时，必须执行国家的有关技术经济政策，根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，做到技术先进、经济合理、运行方便和留有余地，选择合适的电气设备。5.1.2电气设备的选择应满足以下原则（1）按正常工作条件选择：1）额定电压 额定电压和最高工作电压所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即Ualm Usm 。一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在10.50KV及以下时为1.15UN；而实际电网的最高运行电压Usm一般不会超过电网额定电压的1.15UNs，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装置地点电网额定

20、电压UNS的条件选择,即UNUNs。额定电流电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度度下，电器的长期允许电流。IN不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即IN Imax 由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。

21、按当地环境条件校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电器使用的额定环境温度 040，如周围环境温度高于40（但60）时，其允许电流一般可按每增高1，额定电流减少1.8进行修正，当环境温度低于40时，环境温度每降低1，额定电流可增加0.5，但其最大电流不得超过额定电流的20%。5.2按短路条件进行校验电气设备按短路故障情况进行校验，就是要按最大可能的短路故障（通常为三相短路故障）时的动、热稳定度进行校验。但有熔断器和有熔断器保护的电器和导体（如电压互

22、感器等），以及架空线路，一般不必考虑动稳定度、热稳定度的校验，对电缆，也不必进行动稳定度的校验。在电力系统中尽管各种电气设备的作用不一样，但选择的要求和条件有诸多是相同的。为保证设备安全、可靠的运行，各种设备均按正常工作的条件下的额定电压和额定电流选择，并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。（1）热稳定校验校验电气设备的热稳定性，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。如果满足这一条件，则选出的电气设备符合热稳定的要求。作热稳定校验时，已通过电气设备的三项短路电流为依据，工程计算中常用下式校验所选的电气设备是否满足热稳定的要求，即：式中 ，三相短路

23、电流周期分量的稳定值（KA）； 等值时间（亦称假想时间s）； 制造厂规定的在ts内电器的热稳定电流（KA）；t为与Ith相对应的时间（s）。 短路计算时间。校验短路热稳定的短路计算时间应为继电保护动作时间top和断路器全开断时间toc之和，即 式中 ， 保护动作时间，主要有主保护动作时间和后备保护动作时间，当为主保护动作时间时一般取0.05s；当为后备保护时间时一般取2.5s； 断路器全开断时间（包括固有分闸时间和燃弧时间）。 如果缺乏断路器分闸时间数据，对快速及中速动作的断路器，取toc=0.1-0.5s,对低速动作的断路器，取toc=0.2s。 校验导体和10KV以下电缆的短路热稳定性时，

24、所用的计算时间，一般采用主保护的动作时间加上相应地断路器的全分闸时间.如主保护有死区时，则应采用能对该死区起作用的后备保护的动作时间，并采用相应处的短路电流值。校验电器和10KV以上冲油电缆的短路电流计算时间，一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。（2）动稳定校验当电气设备中有短路电流通过时，将产生很大的电动力，可能对电气设备产生严重的破坏作用。因此，各制造厂所生产的电器，都用最大允许的电流的幅值imax或最大有效值Imax 表示其电动力稳定的程度，它表明电器通过上述电流时，不至因电动力的作用而损害。满足动态稳定的条件为 ish imax或Ish Imax 式中ish及Ish三相短

25、路时的冲击电流及最大有效值电流。电气设备的选择除了要满足上述技术数据要求外，尚应根据工程的自然环境、位置（气候条件、厌恶、化学污染、海拔高度、地震等）、电气主接线极短路电流水平、配电装置的布置及工程建设标准等因素考虑。5.3电气设备的选择校验结果表对于上面的分析，电气设备的选择及校验如下表所示：10.5kV一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度校验装置地点条件参数IPIsh数据10kV8.287KA21.092KA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10/63010kV2000kA43.3kA130 kA通过高压隔离开关-10/20010kV3150A-125 k

26、A通过电压互感器的选择校验型号额定电压二次负荷（VA）校验初级绕组次级绕组0.2级通过JDJ-10100.125电流互感器的选择校验型号额定电流比（A）准确级次二次负荷（）动稳定信数校验0.5级LQJ-105100/50.50.4225通过避雷器的选择校验型号额定电压有效值（KV）灭弧电压有效值（KV）工频放电电压有效值（KV）校验F2-101012.72631通过结束语课程设计已到了尾声了，通过本次课程设计，使我对发电厂电气部分有了更深刻的了解、掌握，相对于以前来说确实懂得了不少。本次设计中所设计的火电厂电气部分具有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工程建设规模要求。采用的电气主接线具有供电可

27、靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和可扩建发展的可能性等特点。所选主变经济、合理。在这次课程设计中，刚开始的时候由于对以前所学知识的不牢固，所以前面一段时间都处于摸索的状态，后面通过几天对课本和参考书籍的翻阅才有所眉目。这次设计对于主接线方案的选择、主接线的连接方式、主变压器、联络变压器及各配电装置的选择都有了一定的了解，同时也使得我们对以前所学知识的进一步巩固和提高了我们利用手头所拥有的材料完成设计的能力。在对设计有了一个大致的方向及概况后，通过老师的指导和同学们的大力帮助下，终于给设计划上了圆满的句号。通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人的单独工作能力，增张了工作阅历，得到了不少的收获和心得。在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步发展，对以后的生活和工作有着不可预计的帮助。参考文献参考文献1何仰赞,温增银.电力系统分析.武汉：华中科技大学出版社，20022刘笙.电气工程基础.北京：科学出版社，20083电力工业部西北电力院.电力工程电气设备手册：电气一次部分.北京：中国电力出版社，19984王士政.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程.北京：中国水利水电出版社，20075冯林桥，许文玉，王姿雅.电力系统及厂矿供电CAD技术.长沙：湖南大学出版社，20046陈家斌.电气设备安装及调试- 15 -