小型凝气式火力发电厂电气部分设计

目录

1 选题背景 (1)

1.1 概念解释 (1)

图1-1 凝气式汽轮机发电厂电能生产过程示意图 (1)

1.2 资料分析 (1)

1.3 指导思想 (2)

2 方案论证 (2)

2.1 主接线方案设计原理与选择 (2)

2.1.1 主接线原理 (2)

2.1.2 主接线方案选择 (3)

2.2 主变压器设计方案的原理与选择 (5)

2.2.1 主变压器原理 (5)

2.2.2 主变压器方案选择 (6)

2.3 短路电流计算 (7)

2.3.1 短路电流计算的目的 (7)

2.3.2 短路电流计算的条件 (7)

2.3.3 短路电流的计算过程 (8)

2.4 电气设备的选择 (10)

2.4.1 电气设备选择的一般条件 (10)

2.4.2 断路器和隔离开关的选择和校验 (11)

3 总结与体会 (14)

1 选题背景

1.1 概念解释

火力发电厂简称火电厂，是利用煤炭、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，其能量的转换过程是：燃料的化学能—热能—机械能—电能。

火电厂按原动机分为凝汽式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂和蒸汽-燃气轮机发电厂等。我国火电厂所使用的燃料主要是煤炭，且主力电厂是凝气式汽轮机发电厂。其生产过程可分为三个阶段，称为燃烧系统、汽水系统和电气系统。我这次要设计的就是小型凝气式汽轮机火力发电厂的电气部分。凝气式汽轮机火力发电厂生产过程示意图如下图所示。

图1-1 凝气式汽轮机发电厂电能生产过程示意图

1.2 资料分析

原始资料如下：

(1)、发电机数据：

型号:QFS-15-2, 参数: PN=15MW, UN=10.5kV, IN=1031A, cosø=0.8, X″=0.141

(2)、发电厂与系统连接情况：

本电厂通过一条35kV线路与系统相连（系统电抗标么值为0.5，基准容量100MW，基准电压为平均额定电压）。

(3)、负荷情况：

发电机机压负荷：最大负荷18MW，最小负荷12MW，平均功率因数cosø=0.8，最大负荷利用小时数Tmax=5500小时，共8回线，每回线最大输送功率2MW。

(4)、电厂厂用电率9％，厂用高压采用6kV供电。

(5)、环境条件：

年最高气温40℃，最低气温-8℃，最热月平均气温33℃；

海拔高度520m；

非污染地区；

主导风向：西北风。

资料分析如下：

（1）工程情况：本发电厂是小型凝汽式火力发电厂，设计只有一个机组单机容量平均为15MW。最大负荷利用小时数达5500h，由于年利用小时数直接影响着主接线设计，由此可见其承担基荷为主，则其相应的主接线应以供电可靠为主选择接线形式。

（2）电力系统情况：由资料可以看出此小型凝汽式火力发电厂以承担着基荷为主，基本上是自带负荷，且设备利用率较高，靠近负荷中心，应该为某企业或某地自备发电厂；只是将剩余功率送入系统，对系统的作用及影响不大；而且根据国家相关政策本电厂没有发展潜力，为节能减排，此电厂会被关停。

（3）负荷情况：由于与负荷中心靠近，所以本电厂发出的电基本上都供给附近负荷使用，电压等级及容量较小，但出线回路较多，可见其设备利用率较高。

1.3 指导思想

电气主接线简称主接线，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。代表了发电厂和变电站高电压、大电流的电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此电气主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较，综合考虑各个方面的因素，应满足可靠性、灵活性、经济性三方面。

电气主接线的设计伴随着发电厂或变电站的整体设计进行。按国家规定，发电厂和变电站基本建设的程序一般分为初步可行性研究、可行性研究、初步设计、施工图设计四个阶段。

2 方案论证

2.1 主接线方案设计原理与选择

2.1.1 主接线原理

（1）单元接线单元接线是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种。主要优点：接线简单、开关设备少、操作简便、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小。

（2）单母线接线优点：接线简单，操作方便，设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。而缺点是可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止运行；调度不方便，电源只能并列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。所以这种接线形式一般只用在发电机容量小、台数较多而负荷较近的小型电厂和出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。

（3）单母线分段接线单母线用分段断路器QFD进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性，不致使重要用户停电；但这种接线当进出线较多或需要对重要负荷采用两条出线供电时，增加了出线数目，且常使架空线交叉跨越，使整个母线系统的可靠性受到限制；适用范围：在具有两回进线电源的条件下，采用单母线分段接线比较优越。

（4）双母线接线双母线接线有两组母线，并且可以相互备用，两组母线之间的联络，通过母线联络断路器QFC来实现。具有供电可靠、调度灵活、扩建方便的优点，与单母线接线相比，投资有所增加，但使运行的可靠性和灵活性大为提高。其缺点是：当母线故障或检修时，需将隔离开关进行倒闸操作，容易发生误操作事故，需在隔离开关和断路器之间装设可靠的联锁装置，对运行人员的要求比较高；

2.1.2 主接线方案选择

根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等的不同考虑确定出两个接线方案如下：

(1) 发电机出口就带有负载，且有8回出线，最小负荷达到12MW，大量供电给近区负荷，所以单元接线在此不适用，主接线必须设置发电机电压母线；

(2) 此发电厂只装有一台发电机，且容量只有15MW，靠近负荷中心，属于企业自备发电厂或某小地区自用电厂，多数情况下发出的电能只供给附近负荷，送入系统的很少，所以对可靠性要求不是很高，主接线只考虑单母线、单母线分段、或双母线接线形式；

(3) 由于只有一台发电机，所以在此电厂单母线分段接线不适用；

(4) 通过原始资料分析，该电厂只是将很少的一部分剩余电能送入系统，所以只考虑用一台主变压器；

通过各方面的分析考虑拟定出如下两种方案供选择：

方案一