2×660mw火力发电厂电气设计正文大学学位论文

山西大学大东关校区 山西大学（大东关校区）毕业设计（论文） 题 目：2×660MW火力发电厂电气设计 系 别：电力工程系 专 业：电气工程及其自动化 班 级：S电本1321 姓 名：王雷雷 指导教师：阎晓霞 下达日期2015年3月9日 设计时间自2015年3月9日至5月27日毕业设计（论文）任务书一、设计题目：1、题目名称 2×660MW发电厂电气系统设计 2、题目来源 新疆恒联发电厂二、目的和意义 本课题的目的是“火力发电厂电气部分”。通过本次设计，我们能够巩固所学的基本理论、专业知识、并结合运用所学知识来解决实际的工程问题，学习工程设计的基本技能，基本程序和基本方法 。在设计中，我们要对所给的原始资料进行详细的分析、研究、并确定研究方法及工程设计程序，这培养我们具有初步的科研和设计的能力。在查阅资料和分析的过程中，也将大大拓展我们的专业知识领域，独立的分析问题、解决问题，使理论知识与工程实际相联系，并达到对知识的融会贯通及合理运用。通过这次设计，我们进一步领会电力工业建设中的政策观念和经济技术观念，以及对工程技术中的技术和经济问题，能够进行比较全面的综合分析。使我们对电力系统有了一个整体和具体的了解，这对我们今后工作中有积极的意义。三、 原始资料1.1 电厂位置位于新疆恒联五彩湾2×660MW电厂工程位于新疆自治区昌吉回族自治州吉木萨尔县境内，厂址地处吉木萨尔县国家级准东经济开发区内，距吉木萨尔县城直线距离约88.5km，公路距离约152km，西距五彩湾镇35km。厂址南北长约2km，东西宽约2km，可利用场地面积200hm2。五彩湾事故备用水池7km，五彩湾220kv变电所位于厂址南侧1.35km，乌（乌鲁木齐）准（准东）铁路工业园站在厂址西侧3.5km处通过。主厂房零米标高569.50m，锅炉房运转层标高14.70m（相对于主厂房零米）。1.2 厂址的环境条件 吉木萨尔县属于北半球中纬度地区，气候受温带天气系统和北冰洋冷空气的影响。由于地处大陆腹地，远离海洋，故气候属于温带大陆干旱气候，其特征是冬季寒冷，夏季炎热，降水量少，日照充足，空气干燥，昼夜温差大，春夏季多风。由于地势的不同，境内的博格达高山带、中山带、山间盆地、山前平原、北部沙漠在气候上存在一定的差异，海拔1700m以上的山区为寒温带，海拔1700m以下的山间盆地、平原、沙漠为中温带。项目单位数值发生日期平均气压hpa934.3平均气温7.4最热月平均气温25.17月最冷月平均气温-14.51月极端最高气温41.62006.7.31极端最低气温-36.61969.1.30最大日温差27.31996.8.30平均水气压（日较差）hpa6.4最大水气压hpa23.41999.8.2最小水气压hpa0.31984年12月出现了5次平均相对湿度%58最小相对湿度%0年平均降水量mm191.0最大一日降水量mm58.22007.7.14年平均蒸发量mm2046.7平均风速m/s1.8最大风速m/s24(定时2min)最大积雪深度cm352次平均大风日数d15.1最多大风日速d351979年平均雾日数d19.8最多雾日数d391987年平均雷暴日数d8.7最多雷暴日数d16.01988年平均降水日数d74.4最多降水日数d1021987年平均积雪日数d114.8最多积雪日数d15019791980年平均冰雹日数d0.2最多冰雹日数d1有六年出现平均沙尘暴日数d4.1最多沙尘暴日数d14.01982年年最多冻融循环次数times<501.3按中国地震动峰值加速度区划图（GB18306-2001）电厂厂址的地震动峰值加速度位0.1g，相应地震基本烈度为7度，电气设备按8度设防。1.4电厂现状本工程为新建工程，厂址位于新疆自治区吉木萨尔县，规划容量为4×660MW，一期容量为2×660国产超临界直接空冷机组，同步建设湿法脱硫及SCR脱硫设施，考虑再扩建条件。本工程计划于2013年8月开工，第一台机组计划于2015年10月投产，第二台机组计划于2015年12月投产。本工程一期工程新建独立的750KV站，出线两回，新投2×660MW机组接于该750KV站。二期2×660MW机组接于该750KV站，出线两回。1.5系统参数系统侧三相短路时等值电抗0.028，单相短路时等值电抗X1=0.028，X2=0.028，X0=0.04。（功率基准均为1000MVA）1.6主机概述冷却方式：水氢氢励磁方式：自并励静止励磁额定功率：660MW额定电压：20KV功率因数：0.9（滞后）次暂态电抗（%）：23.1四、设计说明书应包括的内容 1 、电厂主系统设计 2、发电厂厂用电系统设计 3、短路电流计算 4、电气设备选择 5、高压配电装置 6、防雷设计 7、继电保护配置五、设计应完成的图纸 1、电气一次主接线图，1张 2、500kv屋外配电装置平面布置图，1张 3、继电保护配置图，1张六、主要参考资料 1、火力发电厂设计技术规则 2、火力发电厂厂用电设计技术规定 3、导体和电气选择设计技术规定 4、高压配电装置设计技术规程 5、电力工程电气设计手册（电气一次部分） 6、电力工程电气设计手册（上、下册） 7、电力系统暂态分析 8、发电厂电气部分七、进度要求 1、设计阶段 第1周（3月9日）至第12周（5月31日）共十二周 2、答辩日期 第12周（2015年5月27日）摘要 电力工业是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。节能减排，“一特四大”，实现高度自动化，西电东送，南北互供，发展联合电力系统，是我国电力工业的发展方向，也是一项全局性的庞大系统工程。了解现代发电厂的电能生产过程及特点，掌握发电厂电气主系统的设计方法，并分析计算电力系统的电力分配是本次设计的主要要求。发电厂电气部分包括发电厂、变电站及电力系统的电气一次系统和一部分二次系统。其具体内容包括发电、变电和输电的电气部分，常用计算的基本理论和方法，电气主接线及设计，厂用电接线及设计，导体和电气设备的原理与选择，配电装置，发电厂和变电站的控制与信号，发电机的运行及电力变压器的运行等。本次电气设计为2台660MW汽轮机组，并将其接入750KV用线，750KV配电装置出线四回，主变进线四回。关键词：主接线设计、配电装置、避雷器、电气设备、互感器、继电保护、ABSTRACTThe power industry is the basic industry, energy industry, plays an important role in the national construction and development of the national economy, is the strategic focus of the modernization of the country.Energy saving and emission reduction, "a special four", to achieve a high degree of automation, power transmission from west to East, North South mutual supply, the development of power system, is the development direction of China's power industry, but also a global giant system engineering.To understand the modern power plant electricity production process and characteristics, grasp the design method of main electrical system of power plant, and analysis of power distribution calculation of power system is the main requirement of this design.Some electric power plants including an electrical system of power plant, substation and power system and the two part of the system. The specific contents include electrical power generation, substation and transmission, the basic theory and method of calculation, the main electrical wiring and electrical wiring and design, plant design, principle and selection of conductor and electrical equipment, power distribution equipment, control and signal in power plant and substation, operation of power transformer and generator operation etc.The electrical design for 2 units of 660 MW steam turbine unit, and access to the 750000 volt line, 750000 volt power distribution unit outlet eight back, four back into the line of the main transformer factory. Key words：main electric;connection design;Lightning arrester,；electrical equipment,；transformer； relay protection.目录前言1第一章 电气一次主系统设计21.1 电气一次主接线方案拟定21.2 电气一次主接线方案的可靠性计算61.3 电气一次主接线方案的经济性计算12 1.4 电气一次主接线方案的确定15第二章 发电厂厂用电系统设计162.1 厂用电系统电压等级的确定162.2 厂用电接线方案的确定172.3 厂用变压器的选择182.4 电动机自起动的校验192.5 母线电压偏移的计算29第三章 短路电流计算36 3.1 短路电流的计算条件和方法363.2 短路电流计算37第四章 电气设备的选择464.1 750KV级电气设备选择及校验464.2 20KV电气设备的选择504.3 10KV电气设备的选择52第五章 高压配电装置605.1 屋内配电装置605.2 屋外配电装置60第六章 发电厂防雷设计636.1 避雷针的配置及其保护范围计算636.2 避雷器的选择与校验65第七章 继电保护配置677.1 大容量机组保护配置的特点及其对继电保护的要求677.2 660MW发电机-双绕组变压器的保护配置68参考文献75附录：外文文献及翻译76前言本次毕业设计的本设计是对4×660MW火电厂的一期工程即2×660MW机组进行电气一次部分及其厂用电高压部分的设计。本次设计通过对原始资料的分析、了解设计的具体情况及在系统中的重要地位、作用，依据可靠性、灵活性、经济型，对电气主接线进行分析，从而选择最适合本厂的情况的主接线。本次设计内容包括：1. 电厂主接线的设计；2. 发电厂厂用电系统的设计；3. 短路电流的计算；4. 电气设备的选择；5. 高压配电装置；6. 防雷设计；7. 继电保护配置。通过设计，加强学生对所学知识的理解掌握理论与实际联系的思路与方法。学会查阅资料和分析，使学生对整个电力系统有一个整体和具体的了解，对以后的工作具有积极的意义。第一章 电气一次主系统设计发电厂电气一次主系统是发电厂电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性和经济性，同时对电气设备的选择、配电装置布置、继电保护配置等诸多方面都有决定性的关系。因此，主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较再综合考虑各个方面的影响因素，最终得到发电厂电气一次主系统设计的最佳方案。1.1 电气一次主接线方案拟定1.1.1 电气主接线设计的基本要求 1.可靠性 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。 （1） 可靠性设计应遵循的原则： 发电厂或变电站在电力系统中的地位与作用。 负荷的性质与类别 设备的制造水平 长期运行实践经验 （2） 主系统可靠性的基本要求： 断路器检修时，不宜影响对系统供电； 线路、断路器 或母线故障时，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回路数和停电时间，并能保证对全部I类及全部或大部分II类用户的供电； 尽量避免发电厂或变电站全部停电的可能性； 大型机组突然停运时，不应危机电力系统稳定运 2.灵活性 电气主接线应适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。 （1）操作的方便性。接线简单，操作方便，操作步骤少； （2）调度的方便性。方便改变运行方式。发生事故，尽快切除故障，停电时间短，影响范围少。 （3）扩建的方便性。设计主系统接线应留有发展的余地。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，顺利实施从初期接线过渡到最终接线的完成。 3.经济性 通常设计应满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。 （1）节省投资。主接线简单清晰，并适当采用限制短路电流的措施，减少数量，降低投资。 （2）占地面积少。为配电装置布置创造节约土地条件。 （3）电能损耗少。合理选择变压器型式、容量和台数，避免两次变压增加电能损耗。 1.1.2 原始资料分析1.发电厂类型为火力发电机，设计规划容量4×660MW，一期容量为2×660MW机组，单机容量为660MW额定电压为20KV的发电机。所以短路电流计算及电气设备选择设计要以4×660MW台为准。2.本工程一期工程新建独立的750KV站，出线两回，新投2×660MW机组接于该750KV站。二期2×660MW机组接于该750KV站，出线两回。3.负荷情况。包括负荷的性质及其地理位置、输出电压等级、出线回路数及输送容量等（见任务书原始资料部分）。根据负荷情况，来确定主系统接线方案。4.环境条件。综合考虑当地气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素（见任务书原始资料部分），进行主接线电气设备的选择和配电装置的实施。1.1.3 电气一次主系统方案的拟定1. 发电机-变压器接线方式 (1)GCB GCB又称发电机出口断路器，发电厂装设发电机出口断路器的主要作用是在于简化厂用电切换操作程序，提高发电机变压器保护水平以减小发电机和变压器的事故范围，简化同步操作、提高其可靠性，方便调试和维护。 综合考虑本厂的建设投资费用，所在电网的地位，及厂用电高压仅设10kV一个电压等级，所以本次设计不考虑GCB。 (2)发电机-双绕组变压器组成的单元接线，是大型机组广为采用的接线形式。对于200MW以上机组，发电机出口采用分相封闭母线，为了减少开断点，亦可不装设隔离开关，但应留有可拆点，以利于机组调试；单元接线简单，开关设备少，操作简单，以及因不设发电机电压级母线，而在发电机和变压器之间采用封闭母线，使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对于具有发电机电压级母线时有所减少。由于本设计中发电机容量为660MW，发电机出口短路电流很大，故采用发电机双绕组变压器单元接线，且采用分相封闭母线，故障率较小，可不装设断路器和隔离开关，但应有可拆连接点，以供检修和调试用。 2.高压配电装置750KV母线的接线方式 规程规定：750KV母线的接线方式有以下几种 （1）一台半断路器接线 规程规定：通常在330KV及以上配电装置中，当进出线为6回及以上，配电装置在系统中具有重要地位，则宜采用一台半断路器接线。 一台半断路器接线，注意： 电源线宜于负荷线配对成串，即要求采用在同一个“断路器串”上配置一条电源回路和一条出线回路，以避免在联络断路器发生故障时，使两条电源回路或两条负荷回路同时被切除。 配电装置建设初期仅两串时，同名回路宜分别接入不同侧的母线（即采用交叉接线），进出线应装设隔离开关。当一台半断路器接线达到三串及以上时，同名回路可接于同一侧母线，进出线不宜装设隔离开关。 交叉接线比非交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下事故扩大。例如这种布置可避免当一串中的中间断路器检修时，合并同名回路串的母线侧断路器故障，而将配置在同侧母线的同名回路同时断开。发电厂初期仅为两个串，故采用交叉布置。 （2）双母线四分段接线 双母线分段原则： 为保证供电可靠性，每段母线接23个回路。 当进出线为8回及以上时，宜采用双母四分段接线，并装设两台母联断路器。 电源与负荷均匀分配在各段母线上。 3.电气设备的配置原则 3.1电压互感器的配置 （1)电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。 (2)当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 (3)发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。 （4)对双母线接线，宜在每回出线和每组母线的三相上装设电压互感器；对一台半断路器接线，应在每回出线的三相上装设电压互感器；在主变压器进线和每组母线上，应根据继电保护装置，自动装置和测量仪表的要求，在一相或三相上装设电压互感器。线路与母线的电压互感器二次回路间不切换。 3.2电流互感器的配置 (1)凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。 (2)一台半断路器接线中，线路线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下，也可装设三组电流互感器。线路变压器串，当变压器的套管电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。 3.3避雷器的配置原则 (1)配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外。 (2)330kV及以上变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并应尽可能靠近设备本体。 (3)110220kV线路侧一般不装设避雷器，330500kV的线路侧如操作过电压超过操作波保护水平，应装设避雷器。当不超过时，是否需装设避雷器，应根据出现侧的设备、本地区雷电活动并通过模拟试验或计算确定。 (4)发电机变压器组的保护：经变压器供电的发电机，由于变压器的保护作用，作用在发电机上的过电压比直配线电机低得多，通常能将过电压限制到不危险的程度。所以只要可靠的保护了变压器，一般不需对发电机再采取保护措施。但有时传递过电压幅值较高，为防止发电机绝缘损坏，在多雷区和220MW及以上的大型电机，宜在电机出口装设一组FCD型磁吹避雷器或氧化锌避雷器。由于波经过变压器时，陡度已大为降低，因此可不装设保护电容，电机中性点也无需保护。 4.电气一次主系统方案的确定根据上述分析并结合本工程实际情况，本工程2×660MW 机组在电网中占有重要地位，对供电可靠性和灵活性要求高，所以初选两种方案，方案I：双母线四分段接线；方案II:一台半断路器接线。 1.4 电气一次主系统方案的提出项目方案一台半断路器接线双母线四分段接线可靠性 每一回路有两台断路器供电，发生母线故障时，只跳开与此母线相连的所有断路器，任何回路不停电在事故与检修相重合情况下的停电不会对于两回。任一母线检修时不停电，任一回路故障短时停电；简单清晰，设备少，设备本身故障率小；机组配置合理，使传递能量在变压器中损耗为最小。灵活性 正常时两组母线和全部断路器都投入工作，从而形成多环形供电，运行调度灵活。母线要求分列运行，能适应各种运行方式，接线比较灵活，需要进行倒闸操作。 经济型 投资高，设备数量多，年费用大；采用交叉接线，增大了占地面积。 母联断路器和分段断路器数量增加，配电装置投资较大。 双母线四分段接线方案（I） 一台半断路器接线方案（II）1.2电气一次主接线方案的可靠性计算可靠性是指系统、设备在规定的条件下和预定的时间内，完成规定功能的概率。由于750KV电压高，容量大，可靠性要求高，需对两种接线方案进行比较。用逻辑表格法计算主接线可靠性，应具备以下基本资料： （1）设备的故障率包括断路器故障()、母线故障率、变压器故障率、发电机故障率、线路故障率（指100km的线路在一年内发生故障的平均次数）等等。虽然在主接线中隔离开关数量很多，但均与断路器配套使用，且其故障比断路器小一个数量级，为简化可靠性计算工作量，常把隔离开关的故障率分别计入其相邻的断路器或母线中，不致影响可靠性计算的准确性。 （2）断路器故障停运时间（h)指查明或排除一次故障所需时间。 （3）断路器大修周期()指每台断路器每年的平均大修次数，其值随断路器类型及电压等级而异。 (4)断路器大修时间(h）指每台断路器每次大修所需平均时间。 (5)断路器小修时间(h)指每台断路器每次小修所需的平均时间。 (6)断路器小修周期（r/a）指每台断路器每次小修所需平均时间。 (7)母线故障停运时间（h)指母线因故障每次停运平均时间。 (8)母线检修周期（r/a）指母线每年平均检修次数。 (9)母线检修停运时间（h)指母线每次检修平均时间 (10)故障查明时间(h)每次查明故障所需的平均时间。 (11)隔离开关分（合）闸时间(h）指隔离开关操作一次（分或合）所需的平均时间。 750KV采用断路器，输电线路长度L=150km,设备原始数据取为：断路器故障率()=0.014，母线故障率=0.01，线路故障率=0.01，断路器大修周期=0.2、断路器小修周期=1、断路器故障停运时间=60h、断路器大修时间=500h、断路器小修时间=90h、故障查明时间=0.3h、隔离开关分（合）闸时间=0.1h、母线故障停运时间=8h、母线检修周期=1、母线检修停运时间=6h。双母线接线正常运行时T1、L1接I母线，T2、L2接II母线，T3、L3接III母线，T4、L4接IV母线，母联断路器投入，以固定连接方式运行，进行分析计算。 (1)先求其辅助系数 断路器故障率；由=+，对断路器分别计算。其中母联断路器及一串中的中间断路器的修正为2值，计算结果如下表（见下页）：双母线分段接线断路器故障率断路器编号线路长度L(km)自身故障率线路影响率母线影响率某断路器故障率=+QF11500.0140.0150.0020.031QF200.01400.0020.016QF31500.0140.0150.0020.031QF400.01400.0020.016QF51500.0140.0150.0020.031QF600.01400.0020.016QF71500.0140.0150.0020.031QF800.01400.0020.016QF900.02800.0040.032QF1000.02800.040.032QF1100.02800.0040.032QF1200.02800.0040.032一台半断路器接线断路器故障率断路器编号线路长度L(km)自身故障率线路影响率母线影响率某断路器故障率=+QF111500.0140.0150.0040.033QF121500.0280.0150.0040.047QF1300.01400.0040.018QF211500.0140.0150.0040.033QF221500.0280.0150.0040.047QF2300.01400.0040.018QF311500.0140.0150.0040.033QF321500.0280.0150.0040.047QF3300.01400.040.018QF411500.0140.0150.040.033QF421500.0280.0150.040.047QF4300.01400.040.018 断路器的故障停运系数 由公式分别对不同方案求得。 a.3/2断路器接线 b.双母线分段接线 断路器计划检修停运系数，由下式求得。 =0.0196 母线故障停运系数 母线计划检修停运系数 正常工作系数 a.3/2断路器接线： b.双母线分段接线： 一台断路器检修期间，另一台故障停运，引起对应线路被迫停运时间。分别计算母线故障和断路器故障。 a.断路器故障： b.母线故障 ： 一母线检修期间，另一元件故障，引起对应线路被迫停运时间，分别计算断路器故障和母线故障。 a. 断路器故障： b. 母线故障 ： 断路器或其他元件故障，引起对应原件被迫停运时间，分别计算断路器和母线故障。 （n视隔离开关需切换台数而定） 全部元件正常时，某断路器或母线故障的停运频次由式可得;断路器检修时，另一断路器或母线故障的停运频次由式可得。 以上辅助参数经计算后，将其结果列表，见附表1和附表2。根据全概率定理可求得：各元件的停运概率；各元件每年停运的时间；同时切除两元件的概率；同时停运频次等可靠性指标。 （2）两方案可靠性计算结果分析各回路每年停运频次及停运时间对比表停运元件停运频次（f/a)停运频次比每年停运时间（h)停运时间比IIII/IIIIII/IIL10.2452169280.0834285092.9391.708640190.15130947811.292L20.2440045460.0681975093.5751.2479151760.127257679.806L30.2524512150.1006473092.5081.45282150.1796403988.087L40.2341179640.0834161813.0461.2773304740.1513033678.442T10.2439822630.0681749083.5751.0277830710.127246378.077T20.3892518780.0834285094.6661.5344587480.15130947810.141T30.251818940.0681975093.6921.6022361390.1272442312.592T40.2536469890.0509787094.9761.5054015590.0989267513.217注：I为双母线四分段接线，II为一台半断路器接线 从上述表格可得：元件的停运频次，双母线四分段接线相应比一台半断路器接线要高2.5084.976倍；元件每年停运时间要高8.08713.217倍。 通过逻辑表格法对两方案分析计算，明显得出一台半断路器接线的可靠性优于双母线四分段接线。1.3电气一次主接线方案的经济性计算 经济比较主要是对各方案的综合总投资和年运行费进行综合效益比较。 采用最小费用法，对两方案进行经济计算比较。双母线分段断路器接线元件单价（万元）数量（个）总价（万元）断路器QF340/台124080三柱式隔离开关QS43/组321376接地开关15/组460TA28/只（每相）12×31008TV9/只（每相）8×3216避雷器11/只（每相）888 (1)主体设备投资： （2）综合总投资 ： (3)年运行费用计算 主接线中电气设备的运行费 （4）用最小年费用法进行比较 折算到第四年的总投资 折算年运行费 最小年费用：一台半断路器接线元件单价（万元）数量（个）总价（万元）断路器QF340/台124080三柱式隔离开关QS43/组341462接地开关15/组230TA28/只（每相）（12+12）×32016TV9/只（每相）6×3162避雷器11/只（每相）444 （1）主体设备投资： （2）综合总投资： （3）年运行费计算 主接线中电气设备的运行费 （4）用最小年费用法进行比较 折算到第四年的总投资 折算年运行费 最小年费用 由此可知，故双母线分段接线方案比一台半断路器接线方案经济。.4 电气一次主接线方案的确定 通过以上的可靠性和经济性分析比较可知，虽然双母线分段接线方案的经济性略优于一台半断路器接线方案，但本次设计中电压等级为750KV,且机组容量为4×660MW,鉴于大、中型发电厂应以可靠性为主，所以综合考虑，选定系统主接线方案为一台半断路器接线。主接线见附图（一）。第二章 发电厂厂用电系统设计 厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。厂用电接线应满足下述要求： （1）供电可靠，运行灵活。厂用负荷的供电除了正常情况下有可靠的工作电源外，还应保证异常或事故情况下有可靠的备用电源，并可实现自动切换。另外，由于厂用电系统负荷种类复杂、供电回路多，电压变化频繁，波动大，运行方式的变化多样，要求无论在正常、事故、检修及其机组启停情况下均能灵活地调整运行方式，可靠、不间断地实现厂用负荷的供电。 （2）各机组的厂用系统应是独立的，特别是200MW及以上机组应做到这一点。在任何运行方式下，一台机组故障停运或其辅机的电气故障，不应影响另一台机组的运行，并要求受厂用电故障影响而停运的机组应能在短期内恢复运行。 （3）全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。在厂用电系统接线中，不应存在可能导致切断多于一个单元机组的故障点，更不应存在导致全厂停电的可靠性，应尽量缩小故障影响范围。 （4）充分考虑发电厂正常、事故、检修、启停等运行方式下的供电要求，一般均应配备可靠地启动/备用电源能在短时内投入。 （5）供电电源应尽量与电力系统保持紧密的联系。当机组无法取得正常的工作电源时，应尽量从电力系统取得备用电源，这样可以保证其与电气主接线形成一个整体，一旦机组故障时以便从系统倒送厂用电。 （6）充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。2.1 厂用电系统电压等级的确定为了简化厂用电接线，使运行维护方便，厂用电电压等级不宜过多。在发电厂中，低压厂用电压常采用380V，高压厂用电电压有3、6、10kV等。在满足技术要求的前提下，优先采用较低的电压，以获得较高的经济效益；大容量电动机采用较低电压时往往并不经济。为了正确选择高压厂用电的电压等级，需要进行技术经济论证。 1.按发电机容量、电压确定高压厂用电压等级（1）发电机组容量在60MW及以下，发电机电压为10.5kV，可采用3kV作为高压厂用电压；发电机电压为6.3kV，可采用6kV作为高压厂用电压。（2）当容量在100300MW时，宜采用6kV作为高压厂用电压。（3）当容量在600MW以上时，经技术经济比较可采用6kV一级电压，也可采用3kV和10kV两级电压作为高压厂用电压。 2.按厂用电动机容量、厂用电供电网络确定高压厂用电压等级 发电厂中拖动各种厂用机械设备的电动机，容量相差悬殊，从数千瓦到数千千瓦，而且与电动机的电压和容量有关。在满足技术要求的前提下，优先采用电压较低的电动机以获得较高的经济效益。这是因为高压电动机制造容量大、绝缘等级高、磁路较长、尺寸较大。价格高、空载和负载损耗均较大，效率较低。但是，结合厂用供电网络综合考虑，电压等级较高时可选择截面较小的电缆或导线，不仅节省有色金属，还能降低供电网络的投资。 综合上述原则以及厂用负荷统计表，本设计拟选取厂用电压等级为10kV和3kV的方案。又进一步考虑到本厂3kV电动机数量少且无系列产品需特殊定制，增设3kV使厂用电接线复杂，增加投资费用及运行管理费用，故舍弃3kV系统，高压厂用电压只设10kV一个电压等级而低压厂用电压常采用380V。2.2 厂用电接线方案的确定2.2.1厂用电接线的设计原则 厂用电接线的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有： （1）厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续地供电，使发电厂主机安全运转； （2）接线应能灵活的的适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求； （3）厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只会影响一台发电机的运行，缩小了故障范围，接线也简单；（4）设计时还应适当注意其经济和发展的可能性，并积极慎重的采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；（5）在设计厂用电系统接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接线方式，厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。2.2.2 厂用电接线形式 发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线形式，并多以成套配电装置接受和分配电能。 低压厂用母线一般也按锅炉分段，厂用电源则由相应的高压厂用母线供电。 规程规定，汽轮机输出功率300MW时，锅炉容量大约为1000t/h，本次设计中锅炉容量为660MW，规程规定，当锅炉容量大于等于1000t/h时，每一级高压厂用母线应分两段，低压厂用母线宜采用每炉两段，每段母线由一台变压器供电。经以上分析，且由原始资料可得，高压厂用母线接线方式为单母三段，接线方式如图： 厂用电的具体接线方案见附图（二）。2.3 厂用变压器的选择 2.3.1 厂用电负荷分类 为了计及这些不同的情况，选出既能满足符合要求又不致容量过大的变压器，所以又提出按使用时间对负荷运行方式进行分类：经常每天都要使用的负荷（电动机）；不经常只在检修、事故或机炉启停期间使用的负荷（电动机）； 连续每次连续运转2h以上的负荷；短时每次仅运转10120min的负荷；断续每次使用从带负荷到空载或停止，反复周期性地工作，其每一周期不超过10min的负荷。以上“经常”和”不经常”主要用来表征该设备电动机的使用机会。而“连续”、“短时”和“断续”则用来区分该类设备每次使用时间的长短。2.3.2 厂用电负荷的计算 1.厂用电负荷的计算原则 （1）经常连续运行的负荷应全部计入，如引风机、送风机、给水泵、排粉机、循环水泵、凝结水泵、真空泵等用的电动机。 （2）连续而不经常运行的负荷亦应计入，如充电机、备用励磁机、事故备用油泵、备用电动给水泵等用的电动机。 （3）经常而断续运行的负荷亦应计入，如疏水泵、空气压缩机等用的电动机。 （4）短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算，如行车、电焊机等。但在选择变压器时，变压器容量应留有适当裕度。 （5)由同一台变压器供电的互为备用的设备，只计算同时运行的台数。 （6）对于分裂绕组变压器，其高压绕组、低压绕组的负荷应分别计算。 为了合理正确地选择常用变压器容量，需对每段母线上引接的电动机台数和容量进行统计和计算，结果如下： 双绕组： 分裂T：=1.1×23155+8321.5=33792(kVA) =1.1×20555+10158.35=32768.85(kVA) 33792+32768.85=66560.85(kVA) 双绕组： (KVA) 分裂T：=1.1×23155+6919=32389.5(KVA) =1.1×20555+7901.6=32389.5(KVA) =32389.5+30512.1=62901.6(KVA)综合上述计算结果，变压器的选择，列表如下（见下页）：名称容量（MVA）电压/(kV)分裂系数主接线变压器750800±2×2.5%/2020厂用变压器（分裂绕组）63/35-3520±2×2.5%/10.5-10.514.5（半穿越电抗）3.5厂用变压器（双绕组）3520/10.510.5厂用备用变压器（分裂绕组）（有载调压）74/48-48230±8×1.25%/10.5-10.519（半穿越电抗）3.52.4 电动机自起动的校验2.4.1 电动机自启动校验的原则 1.正常单台启动母线电压校验电动机正常单台启动时，厂用母线电压最低允许值一般取额定电压的80%，电动机端电压的最低允许值一般取额定电压的70%。当电动机功率（KW)为电源容量的20%时，一般应验算正常启动时厂用母线电压水平。对2000KW及以下6kV的电动机，200KW及以下的380V的电动机，一般不需要校验。 2.成组自启动电源母线校验 （1）为了保证I类电动机的自启动，应对成组自启动时的厂用母线进行校验，自启动的母线电压应不低于下表中的值。电动机自启动要求的厂用母线最低电压名称类型自启动电压为额定电压的百分值（%）高压厂用母线高温高压电厂6570中压电厂6065低压厂用母线低压母线单独供电电动机60低压母线与高压母线串接供电电动机自启动55注：对于高压厂用母线，失压或空载自启动电压取上限值，带负荷自启动电压取下限值。 （2）厂用工作电源一般仅考虑失压自启动，而厂用备用/起动电源一般需考虑失压，空载及带负载自启动等三种方式：空载自启动：备用电源空载状态时，自动投入失去电源的工作段所形成的自启动。失压自启动：运行中突然出线事故低电压，当事故消除电压恢复时形成的自启动。带负荷自启动：备用电源已带一部分负荷，又自动投入失去电源工作段时形成的自启动。对于低压厂用变压器一般尚需按高、低压厂用母线串接自启动校验。 2.4.2 正常单台自启动母线电压校验 1.高压厂用变压器供电时，失压自启动校验 （1）双绕组变压器供电时， >（0.650.70） （2）厂用分裂绕组变压器供电时， >（0.650.70） 2. 高备变供电时 （1）失压空载的起动>（0.650.70） （2）带负荷自启动备注：S=21647MVA为厂用1A母线上连接的低压变压器容量之和； =11000kW为给水泵的额定容量； =14300kW为厂用1A母线上除给水泵外的所有电动机容量之和； 9790kW为厂用1A母线上连接的低压电动机额定容量之和。2.4.3 成组电动机自启动母线电压校验 1.工作电源供电时失压自启动校验 （1）双绕组变压器T2供电时 备注：（2）分裂绕组变压器T1供电时 备注： 2.备用电源供电时 （1）失压、空载自启动 （2）带负荷自启动（带2A运行，自启动1A） 2.4.4 高低压串接自起动1.高压备用T空载自起动1A 2.高压备用T带2A段运行，1A段自起动 备注： 3.高压备用T带2A段，1C运行，1A段自起动备注： 2.5 母线电压偏移的计算2.5.1 原始数据母线基准电压：分裂T高压绕组:分裂T低压绕组：分裂T单侧铜耗：分裂T半穿越电抗：电源电压最高值:电源电压最低值：分裂T高压侧：分裂T低压侧：功率因数: 2.5.2数据计算 （1）T低压绕组额定电压标么值： （2）电源电压标么值：最高值： 最低值： （3）T电抗标么值： （4）T电阻标么值： 2.5.3各母线电压偏移的计算1A母线电压偏移计算： 厂用负荷标么值： 计算母线电压最高值：计算母线电压最低值：计算母线电压正常运行电压： =1B母线电压偏移计算： 厂用负荷标么值： 计算母线电压最高值：