发电厂电气部分课程设计

发电厂电气部分课程设计
题目凝汽式火电厂一次部分课程设计
学院名称电气与信息工程学院
指导教师李梅
班级电气08—3
组别第四组
目录
1 设计任务书 (3)
1.1原始资料 (3)
1.2设计任务 (3)
1.3.设计要求 (4)
2电气主接线.....................................................2.1 系统与负荷资料分析.. (5)
2.2主接线方案的选择 (6)
2.3主变压器的选择与计算 (9)
3短路电流的计算 (11)
3.1短路计算的一般规则 (11)
3.2短路电流的计算 (12)
4电气设备的选择 (17)
4.1电气设备选择的一般规则 (17)
4.2电气选择的条件 (17)
4.3电气设备的选择 (19)
结束语 (21)
参考文献 (22)
1.1原始资料
1．1．1 发电厂建设规模
（1）类型:凝汽式火电厂
（2）最终容量、机组的型式和参数：3*125MW、出口电压：15.75KV，发电机次暂态电抗：0.12,；额定功率因数：0.8。

（3）机组年利用小时数：6000h/a；厂用电率：8%。

发电机主保护动作时间0.1秒。

1．1．2 电力负荷水平:
（1）220KV电压等级：负荷容量260MW，出线4回，无近区负荷，系统容量为无穷大，选取基准容量为100MV A归算到发电厂
220KV母线短路容量为3400MV A.。

（2）110KV电压等级：出线4回（10KM），无近区负荷，系统容量为500MV A。

1.1．3环境条件
（1）当地年最高温40℃，年平均温度20℃，
（2）气象条件无其它特殊要求。

1.2设计任务
（1）发电机和变压器的选择
表1.1, 汽轮发电机的规格参数
-发电机参数如上表，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
（3）短路电流的计算：在满足工程要求前提下，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个电源提
I，及计算短路电流热效应所需不同供的起始次暂太电流''I,冲击电流
sh
时刻的电流。

（4）主要电气设备的选择：要求选择110KV母线侧断路器，隔离开关，电流互感器。

（1）短路电流计算及电气设备选择计算方法应正确。

（2）主接线图形符号，线条及标题栏符合规范，接线正确，图面布局合理，参数标注正确，图形清晰美观。

（3）论文格式应符合要求，结构严谨，逻辑性强，层次分明，文理通顺，无错别字。

2电气主接线
2.1 系统与负荷资料分析
根据原始资料，本电厂是中型发电厂，比较远离负荷中心。

本电厂要与220KV 系统相连，还要向110KV系统供电。

由资料我们可知：
220KV电压等级：
负荷容量260MW，出线4回，无近区负荷，系统容量为无穷大，选取基准容量为100MV A归算到发电厂220KV母线短路容量为3400MV A.。

110KV电压等级：
出线4回（10KM），无近区负荷，系统容量为500MV A。

2.1.1 220KV电压等级
架空线4回，输送容量260MW，T MAX=6000h/a；cosϕ=0.8。

出线回路数等于4回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。

2.1.2 110KV电压等级
=6000h/a；cosϕ=0.8。

出线回路数等于4回，为使其出线架空线4回， T
MAX
断路器检修时不停电，应采用双母或双母分段，以保证其供电的可靠性和灵活性。

根据原始资料，本电厂是中型发电厂，其容量为3×125MW，年利用小时数为6000h>5000h，远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数,说明该厂在未来电力系统中的作用和地位重要.该厂为火力发电厂，在电力系统中主要承担基荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。

由资料可知发电厂与220KV的系统连接且与110KV的系统连接。

对于最大机组为125MW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自耦变压器。

2.2主接线方案的选择
2.2.1 主接线概述
电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。

所以它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。

概括地说包括以下三个方面：
（1）可靠性：在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠程度。

可靠性的具体要求在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。

（2）灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

在调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求；在检修时，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。

（3）经济性：要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备；要节省继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少；经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。

电气主接线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。

2.2.2 电气主接线的叙述
（1）单元接线
其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，此种接线方法设备更多。

本设计中机组容量为125MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器。

这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。

（2）单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线
优点：在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不带电，通常两侧的开关处于合闸状态，检修时两两互为热备用；检修QF时，可不停电；可靠性高，运行操作方便。

缺点：增加了一台旁路断路器的投资。

（3）单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线
优点：可以减少设备，节省投资；同样可靠性高，运行操作方便；
（4）双母线接线
优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。

缺点：由于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。

（5）双母线带旁路母线的接线
优点：增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。

缺点：多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作。

2.2.3主接线方案：
（1）根据变压器的组合方案拟定主接线的初步方案，并依据对主接线的基本要求，从技术上进行论证各方的优、缺点，淘汰了一些较差的方案，最终选定220KV 采用双母线带旁路接线，110KV 采用双母线接线。

（2）发电机采用单元接线经过双绕组变压器升压后送人系统母线，其中220KV 侧用2台发电机供电，110KV侧采用1台机组供电，220KV系统与110KV系统之间用三绕组自耦变压器连接，其低压绕组引出作为厂用电备用电源。

主接线方式如下图2—1所示：
图2—1 电气主接线图
2.3 主变压器的选择与计算
（1） 主变压器台数的选择
确定主变压器台数的因素很多，主要取决于该电厂在系统中的重要性并结合电厂本身的装机台数。

由于本设计采用单元接线作为发电机送人系统接线形式，所以应该用三台双绕组表变压器作为主变和一台三绕组自耦变压器作为联络变压器。

（2） 主变压器的选择
发电机—变压器单元接线中的主变容量应按发电机额定容量扣除本机组厂用电后，留有10%的裕度来确定。

主变容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷来进行选择。

根据本设计具体情况，使用三台双绕组变压器一台三绕组自耦变压器，主变的容量计算如下：
MVA COS P S N N 125.158%)81(8
.0125
%110%)81(%110=-∙⨯=-⨯Φ⨯
= P N 为发电机容量，8%为厂用电，COS Φ为发电机功率因数。

(1) 主变21T T 的选择
选择SFP7-150000/220型三相双绕组变压器
表3—1 主变21T T 的参数
(2)主变T 3的选择
选择SFP7-150000/110型三相双绕组变压器
（3）联络变压器4T 的选择
选择SFPS7-150000/220型三绕组自耦变压器
表3—2 主变3T 的参数 表3—3 联络变器4T 的参数
3.短路电流的计算
3.1短路计算的一般规则
3.1．1 短路电流计算的目的
在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

其计算的目的的主要有以下几个方面：
（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。

（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。

同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。

（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。

（4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。

（5）接地装置的设计，也需用短路电流。

3.1.2 短路电流计算条件
1．基本假定：
（1）正常工作时，三相系统对称运行
（2）所有电流的电动势相位角相同
（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行
（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间
（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。

（6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流。

（7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。

2．一般规定：
（1）验算导体电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。

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

（4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

3.2 短路电流的计算
等值网络：
图3—1 系统的接线图
选择：d S =100 MvA d U =av U 计算 （1）系统的1S 电抗：
1s X =*
1S =d
S S 1
1
=K
d S S 1=MvA
MvA 3400100=0.0294
(2)系统2S 的电抗：
2S X =
*1S =2S S d =MvA
MvA
500100=0.2 (3)发动机1G 、2G 、3G 的电抗 由X ’’=0.12 则G X =X ’’ ∙N
d S S =0.12*8
.0125100=0.0768
变压器1T 、2T 的电抗： 1
T X = 2
T X =
100(%)K U N
d S S =10013×150100
=0.0867 变压器3
T 的电抗：
1T X = 2T X =
100(%)K U N d S S =10013×150
100=0.0867
变压器T 4的阻抗： 高低：X T41=09.0150
100
1005.13100(%)=⨯=∙SN Sd Uk
高中：XT42=1533.0150100
10023100(%)=⨯=∙SN Sd Uk
中低：XT43=0533.0150100
1008100(%)=⨯=∙SN Sd Uk
变换为：
合并电源：08175.01635.02
1//2112=⨯==X X X
图3—2 等值电路
图3—3 化简后的网络
图3—4 合并电源后的网络
星网变换：
2378.008175.01533
.00294.01533.00294.01241411=⨯++=⨯+
+=X X X X X X T s T s k s 6613.00294
.01533
.08175.01533.008175.0141241212=⨯++=⨯+
+=S T T k G X X X X X X 则转移阻抗：
图3—4 星网变换
图3—5 变换后的网络
计算电抗：
0665.2100
2
1560256613.0121212=⨯⨯
=⨯
=d
G K G CG S S X X 2555.0100
25
.1561635.0333=⨯
=⨯
=d
G CG S S X X
查表得：
系统1S 的短路电流标幺值：6455.22378
.01
11==
K
S X
有名值:：KA U S N d 3282.13
1151006455.23
6455.2=⨯⨯
=⨯⨯
系统2S 的短路电流标幺值：52
.01
12==K
S X
有名值:：KA 5103.23
1151005=⨯⨯
短路电流：6585.45103.23282.182.00=++==t I
67.45103.23282.18315.01=++==t I
67.45103.23282.18315.02=++==t I
表3—1 短路电流
4电气设备的选择
正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。

在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。

电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

本设计，电气设备的选择包括：断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、导线的选择。

4.1电气设备选择的一般规则
（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。

（2）应按当地环境条件校核。

（3）应力求技术先进和经济合理。

（4）与正个工程的建设标准应协调一致。

（5）同类设备应尽量减少品种。

（6）用新的产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

4.2电气选择的技术条件
4.2.1按正常工作条件选择电器
（1）额定电压和最高工作电压
所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即
U alm ≥U sm。

一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下时为1.15U
；额定电
N
压是330~500KV时是1.1U N。

而实际电网的最高运行电压U sm一般不会超过电网额定电压的1.1U Ns，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压U N不低于装置地点电网额定电压U N S的条件选择,即：U N≥U Ns。

（2）额定电流
电器的额定电流I N是指在额定周围环境温度θ。

下，电器的长期允许电流。

I N不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流I max，即
I N ≥I max
由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的I max为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，I max应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的I max；母线分段电抗器的I max应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%；出线回路的I max除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。

此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。

（3）按当地环境条件校核
在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。

我国目前生产的电器使用的额定环境温度θ0＝＋40℃，如周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。

4.2.2 按短路情况校验
（1）短路热稳定校验：
短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。

即I t2 t≥Q k 式中Q k —短路电流产生的热效应
I t、t—电器允许通过的热稳定电流和时间。

（2）电动力稳定校验
电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。

满足动稳定条件为：
I es ≥I sh
式中 I sh —短路冲击电流有效值；
I es —电器允许 的动稳定电流的有效值；
4.3电气设备的选择
4.3.1断路器：
断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。

根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV~220KV 的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF 6断路器。

(1)变压器高压侧最大持续工作电流：
A U S I N
N
7.79010115310
15005.1305.13
6
max =⨯⨯⨯⨯=*=
根据：KV U U SN N 110=≥ A I I N 7.790max ≥ 选择SW4-110G/1000型少油断路器，固有分闸时间为0.06s 。

s s t k 12>=则不计非周期热效应，短路电流的热效应k Q 等于周期分量的热效
应p Q 则：
]
)[(5999.43212
67.467.4106585.4121022
222212"S KA t I I I Q k s t s t k ∙=⨯+⨯+=*+⨯+===短路的开断时间s t t t in pr k 1.006.01.01'>+=+=故用"I 校验Nbr I 。

冲击电流：KA i sh 8586.11658.428.1=⨯⨯=
(1)热稳定校验：5999.4310241)32(22=>=⨯=∙k t Q t I 所以满足热稳定性要求。

（2）动稳定校验：KA i KA i sh es 8586.1155=>= 所以满足动稳定性要求。

（3）开断电流校验：KA I KA i Nbr 6885.44.18"=>= 则满足开断电流要求。

4.3.2 隔离开关：
由 KV U U SN N 110=≥ A I I N 7.790max ≥选取GW4-110D/1000-80型隔离开关 (1)热稳定校验：k t Q t I >=⨯=∙25.23115)5.21(22 所以满足动稳定性要求。

（2）动稳定校验：：KA i KA i sh es 8586.1180=>=
所以满足动稳定性要求。

4.3.3 电流互感器的选择
由 KV U U SN N 110=≥ A I I N 7.790max ≥ 则选取LCWD-110 1000/5型电流互感器 热稳定倍数75=t K 动稳定倍数150=es K (1)热稳定校验：k N t Q I K >=⨯=∙5625)175()(22 所以满足动稳定性要求。

（2）动稳定校验：sh es N i KA K I >=⨯⨯=∙∙1.2121501221 所以满足动稳定性要求。

结束语
本次课程设计的题目是“发电厂电气部分设计”。

在这次设计中的发电机台数为三台，装机容量分别为3×125MW；机组年利用小时数：，厂
用电%
8
=
Κ
p ，发电机的额定功率因数8.0
cos=
Φ
G
，在这次设计得过程中，翻
阅了许多的相关资料，最重要的是通过本次设计，能够巩固所学的基本理论、专业知识，并综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。

在本设计中，主要做了以下几个方面：
1）发电厂电气主接线的设计（完成主接线；主变及联络变的选择：包括容量计算、台数和型号的选择；绘出主接线图）；
2）短路电流计算；
3）主要电气设备选择；
课程设计已结束，通过对凝汽式地区发电厂一次部分的设计，对发电厂电气部分有了更深刻的了解、掌握，初步学会了如何运用理论知识设计实际中需要的设备，即初步学会了把理论转化为实践。

在此次设计中要求画电气主接线图，大家深知电气主接线图是电气技术人员和电气工人分析实际机械设备电路的蓝图。

通过这次设计，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。

使大家对电力系统有了一个整体和具体的了解，这对今后工作有积极的意义。

参考文献
1熊新银，朱永利，发电厂电气部分，4版。

北京：中国电力出版社，2004
2 文峰，马振兴。

现代发电厂概论。

北京：中国电力出版社，1999
3 涂光瑜，汽轮发电机及电气设备，2版。

北京：中国电力出版社，2007
4 楼樟达，李杨，发电厂电气设备。

北京：中国电力出版社，1998
5 熊信银，发电机及电气系统。

北京：中国电力出版社，2004
6 熊信银，张步涵。

电气工程基础。

武汉：华中科技大学出版社，2005
7 姚春球。

发电厂电气部分。

北京：中国电力出版社，2004
8 熊信银，唐巍。

电气工程概论。

北京：中国电力出版社，2008
9 胡志光。

火电厂电气设备及运行。

北京：中国电力出版社，2001。