凝汽式火电厂一次部分课程设计

凝汽式火电厂一次部分课程设计设计任务书1、原始资料：1.1 发电厂建设规模1.1.1 类型：凝汽式火电厂；1.1.2 最终容量、机组的型式和参数：2125+2200MW，年利用小时数 6000h/a1.2 电力系统与本厂的连接情况1.2.1 发电厂在电力系统中的作用与地位：地区电厂；1.2.2 发电厂联入系统的电压等级 220KV、出线回路数 2 回；1.2.3 电力系统总装机容量 12000MW、短路容量 16000MVA；1.2.4 发电厂在系统中所处的位置、供电示意图45 25 20 25 30 40 35 20km 20 50 20 301.3 电力负荷水平1.3.1 220KV 电压等级：架空线 6 回，级负荷，最大输送 360MW，最小输送300MW， Tmax=6000h/a，cos=0.85；1.3.2 110KV 电压等级：架空线 12 回，级负荷，最大输送 240MW，最小输送200MW，Tmax=5000h/a，cos=0.85;1.3.3 厂用电率：8%。1.4 环境条件1.4.1 当地年最高温度 42C，年最低温度-7C，最热月平均最高温度 30C，最热月平均最低温度 24C；1.4.2 当地海拔高 300m；1.4.3 当地雷暴日 38 日/ 年；1.4.4 气象条件无其他特殊要求。2 设计任务2.1 发电厂电气主接线设计； 2.2 厂用电设计；2.3 短路电流的计算； 2.4 主要电气设备的选择。3 设计成果3.1 设计说明书、计算书一份； 3.2 图纸一张。目 录设计任务书 0摘要 0引言 11. 电气主接线的选择 21.1 系统与负荷资料分析 51.2 主接线方案的选择 51.3 主变压器的选择与计算 91.4 厂用电接线方式的选择 82. 短路电流的计算 122.1 短路计算的一般规则 122.2 短路电流的计算 122.3 短路电流计算表 123. 电气设备的选择 143.1 电气设备选择的一般规则 143.2 电气选择的条件 143.3 电气设备的选择 153.4 主接线中设备配置的一般原则 123.5 电气设备选择的结果表 164. 配电装置 174.1 配电装置选择的一般原则 184.2 配电装置的选择及依据 185. 结束语 20附录：短路计算 21附录：电气设备的校验 24参考文献 30设计总图 31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 2125MW + 2200MW 总装机容量为 650MW 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。1 电气主接线的选择1.1 系统与负荷资料分析（1）凝汽式发电厂的规模装机容量：装机 4 台，容量分别为：2125MW ，2200MW机组年利用小时数：T max=6000h/a环境条件：当地年最高温度 42C，年最低温度-7C，最热月平均最高温度 30C，最热月平均最低温度 24C；当地海拔高 300m；当地雷暴日 38 日/年，气象条件无其他特殊要求。厂用电率：8%（2）负荷及电力系统连接情况220KV 电压等级：架空线 6 回，级负荷，最大输送 360MW，最小输送300MW，Tmax=6000h/a，cos=0.85；110KV 电压等级：架空线 12 回，级负荷，最大输送 240MW，最小输送200MW，Tmax=5000h/a，cos=0.85；电力系统总装机容量 12000MW、短路容量 16000MVA。设计电厂为大型凝气式火电厂，其容量为 2125+2200=650MW,最大单机容量为200MW，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 650/120005.4%，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 6000h/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 12 回架空线路，承担一级负荷，最大输送功率为 360MW,最大年利用小时数为 5000h/a，说明对其可靠性有一定要求；220KV电压等级有 6 回架空线路，承担一级负荷，最大输送功率为 240MW，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。1.2 主接线方案的选择1.2.1 主接线的设计原则与要求电气主接线的设计原则是：应根据发电厂和变电所在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠性运行经济调度的要求。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、电路系统线路容量、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。对电气主接线的主要要求，包括可靠性、灵活性和经济性三方面：可靠性衡量可靠性的指标，一般是根据主接型式及主要设备操作的可能方式，按一定规律算出“不允许”事件发生地规律，停运的持续时间期望值等指标，在几种主接型式中择优。可靠安全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要求。它可以从以下几方面考虑：发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用；发电厂和变电所接入电力系统的方式；发电厂和变电所的运行方式及负荷性质；设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性；长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求；检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。经济性主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般从以下几方面考虑。投资省；占地面积少；电能损耗少。此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电连续性。为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，应从以下几方面考虑：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少和停电时间的长短，能否满足重要的 ，类负荷对供电的要求；本发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。对于主接型式的具体选择可以根据 DL50002000火力发电厂设计技术规程综合发电厂的具体要求确定。在此设计中可以参考一下相关规定：1. 发电机电压母线可采用双母线或双母线分段的接线方式。为了限制短路电流，可在母线分段回路中安装电抗器。如不满足要求，可在发电机或主变压器回路中装设分裂电抗器，也可在直配线上安装电抗器。2. 容量为200300MW 的发电机与双绕组变压器为单元连接时，在发电机与变压器之间不应装设断路器、负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。3. 采用单母线或双母线的110220kV 配电装置，当断路器为少油型或压缩空气型时，除断路器有条件停电检修外，应设置旁路设施；当220kV 出线在4 回及以上、110kV 出线在6回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。当断路器为六氟化硫(SF6)型时，可根据系统、设备、布置等具体情况，有条件时可不设旁路设施；当需要设置旁路设施，且220kV出线在6 回及以上、110kV 出线在8 回及以上时，可采用带专用旁路断路器的旁路母线。1.2.2 对原始资料的分析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 12 回架空线路，I 级负荷，最大输送 240MW，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带旁路接线形式。而且，最大输送 240MW，同型号的发电机一般接在同一电压等级，因此为使联络变容量竟可能小，对于 110KV 电压等级，拟采用接两台 125MW 发电机组的方式。(2) 220KV 电压等级：出线为 6 回架空线路，级负荷，最大输送 240MW，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 200MW 发电机组都采用单元接线形式接在 220KV 电压母线上。又都采用单元接线形式，故接 110KV 侧的发电机和接220KV 侧母线的发电机的出线端不需接断路器。1.2.3 拟定可行接线方案通过对原始资料的分析和根据电气主接线的接线原则，以及相关电气设计手册和国家法律法规拟定两种方案如表 1.2.1 和图 1.2.1、图 1.2.2 所示。 电压等级 方案 1 方案 2110KV 双母带旁路 双母带旁路220KV 双母带旁路 双母分段带旁路表 1.2.1 主接线方案1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 2-Jun-201 Shet of File: F:出出出.db Drawn By:20KV 10KV6出出出 12出出出出 出出20出 出出出出出出 出出出20MW 125MW出 出出出125MW图 1.2.1 方案 1 主接线简图1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 2-Jun-201 Shet of File: F:出出出.db Drawn By:20KV 10KV6出出出 12出出出出 出 出20出 出出出 出出出 出出出出出出20MW 125MW出125MW图 1.2.2 方案 2 主接线简图1.2.4 主接线方案的比较与选择主接线方案的比较如表 1.2.2。方案项目方案 1 方案 2可靠性1）220KV 110KV 均采用双母带旁路，可靠性较高1）可靠性高，无论检修母线或设备故障、检修就不会全厂停电，但线短路可能会短时停电。2）220KV 检修进线断路器也不会停电。3） 220KV 设备多，设备本身故障率高。4）一台联络变压器满足本厂的厂备用和启动电源的要求。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）110KV、220KV 均有多种运行方式调用比较方便。2）各种电压级接线都便于扩建和发展。3）相应的保护装置相对难经济性1）相对投资少、设备数量少，年费用低。2）220KV 是双母带旁路接线，相对占地面积少扩建比较方便1）无论是 110KV,220KV 设备都比较多，投资较大表 1.2.2 主接线方案的比较综上所述，通过对原始资料的分析和根据电气主接线的接线原则，以及相关电气设计手册和国家法律法规，两种方案中方案 1 是最优方案，所以选择方案 1 作为该凝汽式火电厂的主接线方案。1.3 主变压器的选择与计算1.3.1 变压器容量、型式和台数的确定原则(1)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) 联络变压器容量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不同运行方式下，网络间的有功功率和无功功率的交换。联络变压器容量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，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。联络变压器为了布置和引线方便，通常只选一台，在中性点接地方式允许条件下，以选自耦变压器为宜（该设计采用三绕组变压器） 。其第三绕组，及低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置。 根据以上原则知，本电厂四台机组的最大容量为 200MW，应根据 200MW 发电机来选择联络变压器，又为了布线方便，只选一台自耦联络变。（3）主变压器型式的确定原则相数的确定在 330KV 及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。若受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。组数的确定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，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的 15%以上。对于最大机组为 200MW以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。其联络变压器宜选用三绕组变压器。绕组接线组别的确定变压器三相绕组的接线组别必须和系统的相位一致，否则，不能并列运行。电力系统采用