火力发电厂电气一次部分初步设计方案

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，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2台75MW和2台50MW凝汽式发电机的中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；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；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验。
（1）10.5kV：鉴于出线回路多，且发电机单机容量为50MW，远大于有关设计规程对选用单母线分段接线不得超过24MW的规定，应确定为双母线分段接线形式，两台50MW机组分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压110kV。由于50MW机组均接于10.5kV母线上，可选择轻型设备，在分段处加装母线电抗器，各条电缆出线上装出线电抗器。
发电厂是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济。发电厂的作用是将其他形式的能量转化成电能。按能量转化形式大体分为火力发电厂，水力发电厂，核能发电厂和风力发电场。而火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在中国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。
空载损耗(kW)
阻抗电压（%）
连接组别
96000
100/100/20
高压：242±5%
中压：123
低压：10.5
207
高-中：7.5
高-低：77.5
中-低：66.7
4、10.5kV侧三绕组变压器选取OSFPS－64000/330型。
主要技术参数如表2-4：
表2-4技术参数
额定容量（kVA）
容量比/MVA
设计过程中，综合考虑了经济性、可靠性和可发展性等多方面因素，在确保可靠性的前提下，力争经济性。设计说明书中所采用的术语、符号也都完全遵循了现行电力工业标准中所规定的术语和符号。
关 键 词：发电厂，变压器，电力系统，电气设备
1
在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中有着重要作用，它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大的影响人民的物质与文化生活水平的提高。
2.2 主接线方案的拟定
在对原始资料分析的基础上，结合对电气接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术，积极政策的前提下，力争使其技术先进，供电安全可靠、经济合理的主接线方案。
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，以保证供电的连续性，因而根据对原始资料的分析，现将主接线方案拟订如下：
10kV电压等级上，最大负荷为20MW，最小负荷为15MW，共6回线，长度为500m，且为电缆线， 小时。
110kV电压，最大负荷40MW，最小30MW，共6回架空线， 小时，
220kV电压，接受剩余功率，由一回与系统连接，为弱联系，最大可能按受该厂剩余电量为 。
电厂所在地的最高气温为45℃，年均温度为25℃。（参数也可根据当地情况自行拟定）
本设计中的主变选择如下：
注题目中没有给定cos 的值，这里取cos =0.8。
220KV电压母线所接的主变压器容量S =75/0.8 =93.75MW，查《电力工程设计手册》（第三册），选定变压器的容量为96MW。
根据实际要求，联络变压器的容量选取和主变一样
3、现将发电机和变压器的选择结果列表如下，以供查询：
发电机G1(或G2)的额定电流ING＝＝3.347kA。母线电抗器一般取发电机额定电流的5％～8％，照此标准选电抗器NKL-10-400-5型，额定电流 ＝0.4kA， ＝10kV，电抗百分比数 ＝5，由此得电抗标么值为：
4.系统归算到220kV侧的电抗标么值：
3.
用于校验设备的最大三相对称短路电流的计算。本设计中，短路计算采用近似方法计算。即发电机和系统的次暂态电势 =1。
主要技术参数如表2-2：
表2-2技术参数
额定容量（kVA）
连接组别
额定电压（kV）
空载损耗(kW)
阻抗电压（%）
96000
高压：242±2×2.5%
低压：18
155
15
(3)联络变压器选取SSPSO-96000/220型。
主要技术参数如表2-3：
表2-3技术参数
额定容量（kVA）
容量比/MVA
额定电压（kV）
指导教师：XXXX
继续教育学院
毕业设计(论文)考核评议书
指导教师评语：
建议成绩：指导教师签名：年 月 日
答辩小组意见：
负责人签名年 月 日
答辩小组成员
毕业设计（论文）答辩委员会意见：
负责人签名：年 月 日
摘
由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。
2
2.1 原始资料
设计电厂为中型是凝汽式发电厂，共4台发电机组，2台75MW机组，2台50MW机组，总的装机容量为250MW，占系统容量的比例为：250/(3500+250)×100%=6.7%<15%，未超过电力系统的检修备用容量和事故备用容量，说明该电厂在未来供电系统中的地位和作用不是很重要，但Tmax=6500h/a>5000h/a，又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该电厂主接线的设计务必着重考虑其可靠性。从负荷特点及电压等级可知，它具有10.5KV，110KV，220KV三级电压负荷。10.5KV容量不大，为地方负荷。110KV容量也不大。220KV与系统有1回馈线，呈弱联系形式，并接受本厂剩余功率。最大可能接受本厂送出电力为250-15-30-250×6%=190MW，最小可能接受本厂送出电力为250-20-40-250×6%=175MW，可见，该厂220KV接线对可靠性要求很高。110KV架空线出线6回，为提高其供电的可靠性，采用单母线分段带旁路母线的接线形式。10.5KV电压级共有6回电缆出线其电压恰与发电机端电压相符，采用直馈线为宜。
1.1 设计在工程建设中的作用
设计工作是工程建设的关键环节。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，起着决定性作用。设计是工程建设的灵魂。
设计的基本任务是，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、安全实用、技术先进、综合效益好的设计，有效的为电力建设服务。
2.3 主接线方案的评定
该电气主接线的设计始终遵循了可靠性、灵活性、经济性的要求。在确保可靠性、灵活性的同时，兼顾了经济性。在可靠性方面该主接线简单清晰，设备少，无论检修母线或设备故障检修，均不致造成全厂停电，每一种电压级中均有两台变压器联系，保证在变压器检修或故障时，不致使各级电压解列。机组的配置也比较合理，使传递能量在变压器中损耗最小。在灵活性方面，运行方式较简单，调度灵活性好，各种电压级接线都便于扩建和发展。在经济性方面，投资小，占地面积少，采用了单元接线及封闭母线，从而避免了选择大容量出口断路器，节省了投资，有很大的经济性。
图3-1 全系统图的等值电路
3.3.1
k1点发生短路，其等值电路图如下：
图3-2 系统图的等值电路
Y—△
图3-3 系统图的等值电路
图3-4 系统图的等值电路
△－Y
图3-5 系统图的等值电路
通过以上分析，该主接线方案对所设计的这一火电厂而言，是比较合理的，可以采纳
2.
1、发电机的选择：查《电气设备运行及事故处理》两台50MW发电机选用QFS-50-2汽轮发电机，两台75MW汽轮发电机选用QFS-75-2型汽轮发电机。
2、变压器的选择：根据本设计具体情况，应该选择2台双绕组变压器，2台三绕组变压器，
1.2 设计工作应遵循的主要原则
1．遵守国家的法律、法规，贯彻执行国家的经济建设方针、政策和基本建设程序，特别应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。
2．要运用系统工程的方法从全局出发，正确处理中央与地方、工业与农业、城市与乡镇、近期与远期、技改与新建、生产与生活、安全与经济等方面的关系。
3．要根据国家规范、标准与有关规定，结合工程的不同性质、要求，从实际情况出发，合理确定设计标准。
4．要实行资源的综合利用，节约能源、水源，保护环境，节约用地等。
1.3
设计要执行国家规定的基本建设程序。工程进入施工阶段后，设计工作还要配合施工、参加工程管理、试运行和验收，最后进行总结，从而完成设计工作的全过程。
随着我国电力工业的技术水平和管理水平不断提高，现在已有许多电厂实现了集中控制和采用计算机监控．电力系统也实现了分级集中调度，所有电力企业都在努力增产节约，降低成本，确保安全远行。随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。火力发电厂是生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑。电力工业的发展,单机容量的增大、总容量在百万千瓦以上火电厂的建立促使火电厂建筑结构和设计不断地改进和发展。
短路发生后，短路电流的值是变化的，变化的情况决定于系统电源容量的大小、短路点离电源的远近以及系统内发电机是否带有电压自动调整装置等因素。按短路电流的变化情况，通常把电力系统分为无限容量系统和有限容量系统。
无限容量系统短路电流的计算，采用短路回路总阻抗法计算；有限容量系统短路电流的计算采用运算曲线法，这中间要用到网络的等效变换。
（2）110kV：出线6回，采用双母线带旁路接线形式。进线从10.5kV侧送来剩余容量2×50-[(250×6%)+20]=65MW，能满足110kV最大及最小负荷的要求。其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与220kV接线相连，相互交换功率。
（3）220kV：出线1回，为使出线断路器检修期间不停电，采用3/2接线。其进线一路通过联络变压器与110kV连接，另一路为两台75MW机组与变压器组成单元接线，直接接入220kV，将功率送往电力系统。据以上分析，接线形式如下：
本次设计中，短路电流的计算就涉及到这两个方面的内容。
3.2 系统电气设备电抗标幺值计算
系统基准值 100MVA，基准电压 =
1、发电机电抗标幺值的计算
发电机 ， ： =0.1953
发电机 ： =0.191
2、变压器电抗标幺值的计算
220kV主变压器：
10.5kV侧三绕组变压器T：
=
=
=
3.母线电抗器电抗标幺值的计算：
额定电压（kV）
空载损耗(kW)
阻抗电压（%）
连接组别
64000
100/100/50
高压：242±2×1%
中压：123
低压：10.5
73.5
高-中：8.64
高-低：94.2
中-低：78.5
3
3.1 概 述
电力系统中，常见的短路故障有三相对称短路、两相短路和单相接地短路。其中三相短路电流的计算是为了选择和校验QF、QS、母线等电气设备，两相短路电流用于整定继电保护装置。
三、毕业设计（论文）基本要求：设计电厂为中型是凝汽式发电厂，共4台发电机组，2台75MW机组，2台50MW机组，总的装机容量为250MW，占系统容量的比例为： ，属于一般的火电厂，因此，主要考虑其灵活性、经济性，年最大利用小时数为6500小时。发电厂有三个电压等级10.5kV、110kV、220kV。
（1）发电机具体参数如表2 -1:
表2-1 发电机技术参数
型号
额定
功率/MW
额定
电压/kV
额定
电流/A
功率因数
电抗（标幺值）
发电机
QFS-50-2
50
Biblioteka Baidu10.5
3437
0.8
0.1953
发电机
QFS-75-2
75
18
11321
0.85
0.167
(2) 220kv双绕组为SFP-7-96000/220型。
论文
火力发电厂电气一次部分初步设计
申请人：XXXXX
学科（专业）：电气工程及其自动化
指导教师：XXXXX
2015年5月
继续教育学院
毕业设计(论文)任务书
专业班级电气工程及其自动化层次专升本姓名XXX学号
一、毕业设计（论文）题目火力发电厂电气一次部分初步设计
二、毕业设计（论文）工作自2014年11月25日起至2015年5月26止