发电厂电气部分课程设计剖析

1 火力发电厂电气部分设计1.1设计的原始资料凝汽式发电厂：（1）凝汽式发电组3台：3*125MW，出口电压：15.75KV，发电厂次暂态电抗：0.12；额定功率因数：0.8（2）机组年利用小时：T=6000小时；厂用电率：8%。

发电机主保护动max作时间0.1秒，环境温度40度，年平均气温为20度。

电力负荷：送入220KV系统容量260MW，剩余容量送入110KV系统。

发电厂出线：220KV出线4回; 110KV出线4回（10KM），无近区负荷。

电力系统情况:220KV系统的容量为无穷大，选基准容量100MVA归算到发电厂220KV 母线短路容量为3400MVA，110KV系统容量为500MVA。

1.2设计的任务与要求（1）发电机和变压器的选择表1.1 汽轮发电机的规格参数型号额定电压额定容量功率因数接线方式次暂态电抗QFS-125-2 15.75KV 125MW 0.8 YY 0.12 注：发电及参数如上表，要求选择发电厂的主变，联络110KV和220KV的联络变压器的型号。

(2) 电气主接线选择注：火力发电厂的发电机-变压器接线方式通常采用单元接线的方式，注意主变容量应与发电机容量相配套。

110KV和220KV电压级用自耦变压器联接，相互交换功率，我们的两电压等级母线选用的接线方式为：220KV采用双母三分段接线，110KV采用双母线接线。

(3) 短路电流的计算在满足工程要求的前提下，为了简化计算，对短路电流进行近似计算法。

结合电气设备选择选择短路电流计算点求出各电源提供的起始次暂态电流''I，冲击电流I，及计算短路电流热效应所需不同时刻的电流。

sh(4) 主要电气设备的选择要求选择：110KV侧出线断路器、隔离开关、电流互感器。

2 电气主接线2.1 系统与负荷资料分析发电厂容量的确定与国家经济发展规划、电力负荷增长速度、系统规模和电网结构以及备用容量等因素有关。

发电厂装机容量标志着发电厂的规模和在电力系统中的地位和作用。

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4回架空线路，最大年利用小时数为6000h/a，说明对其可靠性有一定要求；220KV电压等级有4回架空线路，最大年利用小时数为6000h/a,其可靠性要求较高。

2.2 主接线方案的选择2.2.1方案拟定的依据电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。

对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方面。

(1) 电气主接线设计的基本要求a.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最基本的要求。

电气主接线的可靠性不是绝对的。

同样形式的主接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求。

所以，在分析电气主接线可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类型、设备制造水平及运行经验等诸多因素。

○1发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用。

○2负荷的性质和类型。

○3设备的制造水平。

○4长期运行实践经验。

b.灵活性电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。

灵活性包括以下几个方面。

○1操作的方便性。

○2调度的方便性。

○3扩建的方便性。

c.经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。

经济性主要从一下几方面考虑。

○1节约一次投资。

○2占地面积少。

○3电能消耗少。

(2) 电气主接线的设计程序电气主接线设计在各阶段中随着要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计原则、方法和步骤基本相同。

其设计步骤及内容如下。

a. 对原始资料分析○1工程情况，包括发电机类型（凝气式火电厂、热电厂、或者堤坝式、引水式、混合式水电厂等），设计规定容量（近期、远景），单机容量及台数，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。

○2电力系统情况，包括电气系统近期及远景发展规划（5~10年），发电厂或变电站在电力系统的地位及作用等○3负荷情况，包括负荷的性质和地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。

○4环境条件，包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质海拔高度及地震等因素c.主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源的出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等的不同考虑，可以确定主接线方案。

2.2.2主接线方案的拟定表2.1主接线方案电压等级方案110KV 双母线接线220KV 双母三分段接线电气主接线如下图：图2.1 电气主接线图2.3 主变压器的选择与计算2.3.1变压器容量、台数和型式的确定原则(1) 单元接线的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) 连接两种升高电压母线的联络变压器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运行方式下，网络间的有功功率和无功功率交换，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时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求。

根据以上原则知，本电厂3台机组的最大容量为125MW，应根据125MW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) 变压器台数的确定原则发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。

通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和重要变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联系的中、小型发电厂和低压侧电压为6-10KV的变电所或与系统只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。

考虑到本电厂有3台125MW发电机，且电厂和系统有较强联系，故220KV 电压等级接两台主变压器，110KV电压等级接一台主变压器。

(4) 主变压器型式的确定原则选择主变压器型式时，应从相数、绕组数、绕组接线组别、冷却方式、调压方式等方面考虑，通常只考虑相数和绕组数以及绕组接线组别。

在330KV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器。

对于大型三相变压器，当受到制造条件和运输条件的限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器来取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。

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，对于最大机组容量为200MW及以上的发电厂，通常采用双绕组变压器加联络变压器，当采用扩大单元接线时，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样可以大大限制短路电流。

2.3.2变压器的选择与计算按照变压器容量、台数和型式的确定原则，该发电厂主接线采用3台三相双绕组主变压器和一台联络变压器。

3台主变压器分别和3台发电机组组成单元接线，联络变压器选用三相三绕组降压自耦变压器。

S=（125-125×8%）×1.1/0.8 =158.1MVA表2.2 主变压器的参数型号额定容量（MVA）额定电压（KV）连接组别阻抗电压（%）SFP7-150000/220 150000 高压低压YN,d11 12~14 220 13.8SFP7-150000/110 150000 高压低压YN,d11 13110 13.8表2-3 联络变压器的参数型号额定电压（KV）连接组别阻抗电压（%）SFPS7-150000/220 高压中压低压Yn,yn0,d11 23220 23 13.83 短路电流的计算短路计算在设计发电厂主接线的过程中有着重要作用，它为电气设备的选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。

当短路发生时，对发电厂供电的可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能导致电力系统失去稳定，甚至造成系统解列。

因此，对短路事故的计算是非常有必要的，而且是必须进行一项工作。

3.1短路计算的一般规则(1) 验算导体和电气设备动稳定、热稳定以及电气设备开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划内容计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本工程建成后5至10年）。

确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

(2) 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具体反馈作用对异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

(3) 选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大的点。

对带电抗器的6KV 至10KV 出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔离板前的引线和套管的计算短路点选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点选择在电抗器后。

(4) 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。

3.2 短路电流的计算3.2.1各元件电抗的计算选基准容量：Sd=100MVA ，Uav=Ud发电机: '3'2'1S S S ===8.0125=156.25MVA===''3''2''1X X X =0.12⨯25.56100=0.0768 等值电源：S1：Sd=100MVA ，S1=3400MVAXs1*=*11S =1S Sd =3400100=0.0294S2：S2=500MVA Xs2*=*21S =2S SD =500100=0.2变压器: T1，T2：*1T X =*2T X =100(%)Uk ⨯)(N S S T d =10013⨯150100=0.0867 T3：*3T X =*2T X =*1T X T4：*4T X =100(%)Uk ⨯)(N S S T d =150100*10023=0.1533电缆： *L X =0.4⨯10⨯2115100=0.03 3.2.2 等值网络的化简图2.2 等值网络图图2.3 等值网络化简图1图2.4 等值网络化简图2图2.5 等值网络化简图3图2.6 等值网络化简图4图2.7 等值网络化简图5各电抗值的计算：1635.00768.00867.0''1121=+=+==XX X X T1635.00768.00867.0''333=+=+=XXXT6613.00294.01533.008175.01533.008175.01445=⨯++=++=XXX X X X S T eqT eq2378.008175.01533.00294.01533.00294.041416=⨯++=⋅++=XX X X X X eqT S T SG 3与E S 2合并后电抗：09.02.01635.02.01635.023237=+⨯=+⋅=XX X X X S S转移阻抗：)1111(76561XXXXX X X LL K +++⋅=)03.0109.012378.016613.01(2378.003.0+++⨯⨯= 3578.0=135.0)03.0109.012378.016613.01(09.003.0)1111(76572=+++⨯⨯=+++⋅=XXXXXX XLLK995.003.0109.012378.016613.0103.06613.0)1111(76553=+++⨯⨯=+++⋅=）（XXXXX X XLL K计算电抗：ceq x =kx 3∙ds s )2,1(=0.995⨯100225.156⨯=3.109表3.1 短路电流计算结果短路计算时间 电流值/KA12G 3G ,2S1S短路电流 /KA 0 标幺值0.3277.3862.795有名值0.513 3.708 1.403 5.624 1标幺值 0.327 7.386 2.795 有名值0.513 3.708 1.403 5.624 2标幺值 0.327 7.386 2.795 有名值0.5133.7081.4035.624电流基准值：)2,1(d I =av d U S 3=1153225.156⨯⨯=1.596)(1s d I =1153100⨯=0.502短路电流：K I =0.513+3.708+1.403=5.6244 电气设备的选择电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。