3×100MW火力发电厂毕业设计(1)资料

目录
前言
第一章电气主体接线的方案论证及设计-------------------------------------
第一节6~220KV主接线------------------------------------------------------------------ 第二节主接线设计------------------------------------------------------------------------- 第三节主变压器和发电机中心点接地方式-------------------------------------------
第二章厂用电接线设计--------------------------------------------------------------
第一节厂用电接线总的要求------------------------------------------------------------- 第二节厂用电压等级---------------------------------------------------------------------- 第三节厂用母线分段---------------------------------------------------------------------- 第四节高压厂用工作电源引线方式---------------------------------------------------- 第五节厂用备用电源的相关设计-------------------------------------------------------
第三章火力发电厂的主要设备---------------------------------------------------- 第四章火力发电厂短路电流计算------------------------------------------------
第一节110~220KV系统短路电流的计算--------------------------------------------- 第二节6KV厂用电系统的短路电流的计算------------------------------------------
第五章火电厂一次设备的选择---------------------------------------------------
第一节电气一次设备的选择与校验--------------------------------------------------- 第二节导体的设计------------------------------------------------ 第三节电压互感器和电流互感器的选择------------------------------
第六章火电厂防雷与接地规划----------------------------------第七章继电保护------------------------------------------------------------------------
第一节概述-------------------------------------------------------------------------------- 第二节发电机的继电保护--------------------------------------------------------------- 第三节变压器的磁电保护--------------------------------------------------------------- 第四节母线的继电器保护---------------------------------------------------------------
第八章仪表规划----------------------------------------------------------------------- 后记--------------------------------------------------------------------------------------------- 参考文献
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第一章电气主体接线的方案论证及设计
发电厂的电气主接线是高压电器设备通过接线组成的汇集分配和输送电能的电路。

主接线代表了发电厂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。

它对电气设备选择，配电装置的布置及运行的可靠性和经济性等都有重大的影响。

本章将先对6~220KV高压配电装置的接线分别作以介绍，再结合本次设计的要求选择合适的、经济的主接线。

第一节6~220KV主接线
6~220KV高压配电装置的接线分为：
(1)有汇流母线的接线：单母线、单母分段、双母线、双母分段、增设旁路母线或旁路隔离开关等。

(2)无汇流母线的接线：高压的---线路单元接线.桥形接线角形接线等。

6~220KV高压配电装置的接线方式，决定与电压等级及出线回路数。

按电压等级的高低和回路数的多少，有一个大致的适合范围。

一、单母线接线①(如图1-1)
图1-1 单母线接线方式
紧靠母线W的隔离开关QS2称作母线隔离开关，靠近线路侧的QS1为线路隔离开关，QF为断路器。

EQS为接地开关（又称接地刀闸），当检修电路和设备是闭合，现以馈线1为例说明运行操作是应严格遵守的操作顺序：对馈线1送电时，应先合上QS2和QS1再投入QF2；对馈线1断电时，先跳开QF2再拉开QS1和QS2。

(1) 优点：接线简单清晰、设备少、操作方便；隔离开关仅在检修设备时作隔离电压用，不担任其它任何操作，使误操作的可能性减少；此外，投资少、便于扩建。

(2) 缺点：不够灵活可靠，任意元件的故障或检修，均需使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时各部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复到非故障段的供电。

(3) 适用范围：一般只适用于一台发电机或一台变压器的以下三种情况
1、6~220KV配电装置的出线回路数不超过5回；
2、35~63KV配电装置的出线回路数不超过3回；
3、110~220KV配电装置的出线回路数不超过2回。

二、单母线分段接线①(如图1-2) (1) 优点：
1、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两条回路，有两个电源供电；
2、当一段母线发生故障，分断断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

（2）缺点：
1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；
2、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；
3、扩建时需向两个方向均衡扩建。

（3） 适用范围：
1、 6~10KV 配电装置出线回路数为6回及以上时；
2、 35~63KV 配电装置出线回路数为4~5回时；
3、 110~220KV 配电装置出线回路数为3~4回时。

图1-2 单母线分段接线
三、双母线接线②(如图1–3)
图1–3双母线接线（TQF-母线联络断路器）
双母线接线，其中一组为工作母线，一组为备用母线，并通过母线联路断路
器并联运行，在进行倒闸操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电位下操
1
2
3
4
W
OQF
Ⅰ Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
作或先通后断。

如检修工作母线时其操作步骤是：先合上母线断路器TQF两侧的隔离开关，再合上TQF，向备用线充电，这时两组母线等到电位。

为保证不中断供电，应先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上隔离开关。

完成母线转换后，再断开母联断路器TQF及其两侧的隔离开关，即可对原工作母线进行检修。

（1）优点：
1、供电可靠通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断,一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关,只停该回路。

2、调度灵活各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化约需要。

3、扩建方便向双母线的左右任何一个方向扩建,均不影响两组母线单位电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。

当有双回架空线路时，可以顺序布置，以至接线不同的母线短时不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。

4、便于实验当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。

(2) 缺点：
1、增加一组母线和使每回路就需要加一组母线隔离开关。

2、当母线故障或检修是隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作。

为了避免隔离开关误操作,需要隔离开关和短路器之间装设连锁装置。

(3)适用范围：
当出线母线数式母线电源较多,输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下：
1、6—220KV配电装置,当短路电流较大,出线需要带电抗器时；
2、35—63KV配电装置,当出线回路数超过8回路或连接的电源较多负荷较大时；
3、110—220KV配电装置，出线回路数为5回及以上时，或110—220KV配电装置，在系统中居重要地位出线回路在4回路以上时。

四、双母线分段接线②(如图1-4)
1
2
2
4
3
图1-4 双母线分段接线
220KV进出线回路数较多,双母线需要分段,其分段原则是：
1、当进线回路数为10~14时,在一组母线上用断路器分段；
2、当进线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段；
3、在双母线接线中,均装设两台母联兼旁断路器；
4、为了限制220KV母线短路电流或系统解列运行的要求,可根据需要将母线分段。

五、增设旁路母线或旁路隔离开关的接线②
为了保证采用单母线分段或双母线的配电装置,在进出断路器检修时(包括其保护装置的检修和调试),不中断对用户供电,可增设旁路母线或旁路隔离开关。

(一) 旁路母线的三种接线方式
(1)有专用旁路断路器(如图1-5)
旁路母线经旁路隔离开关BQS与每一条线路连接。

正常运行时，BQF，BQS 断开。

当检修某出线短路器QF时，先闭合BQS和BQF两侧的隔离开关，再闭合BQF，然后断开QF及其两侧隔离开关QS1和QS2，即在检修期间，由专用旁路断路器取代该出线断路器，继续供电。

图1-5 带旁路母线的单母线接线
(2) 母线断路器兼作旁路断路器③(如图1-6)
TQF（BQF）
图1-6母线断路器兼作旁路断路器
不设专用旁路断路器而以母联断路器兼作旁路断路器用。

1、优点:节约专用旁路断路器和配电装置间隔。

2、缺点:当进出线断路器检修时，就要用母联断路器代替旁路断路器。

双母线或
单母线，破坏了双母线固定接线的运行方式，增加了进出线回路母线隔离开关的倒闸操作。

(3) 分段断路器兼作旁路断路器③（如图1-7）
如图1-7分段断路器兼作旁路断路器
对于单母线分段接绿,可采用如图1-7所示的以分斬路器BQV兼作旁路断路器的常用接线方案瀂正常时旁路母线不带电。

当OQF作为分段断路器时，OQF投入，隔离开关QS1喌QS2闭合，QS3，QS4，QS5断开。

当OQF用作旁路断藯器时，若检修接在M段母线出线上的断路器，应将QS1，QS4和闭合，即将旁路母线BW接至I段母线；若检修接在II段母线出线中的断路器，应闭合QS2，QS3，OQF，将BW接至II段母线。

(二) 旁路母线或旁路隔离开关的设置原则
(1) 110~220KV配电装置
110~220KV线路输送功率较多，送电距离较远，停电影响较大，并且110KV 及220KV少油断路器平均每台每年检修时间均需5天及7天,停电时间较长。

因此，一般需设置旁路母线或旁路隔离开关。

(2) 6~10KV配电装置一般不设旁路母线，也不设旁路隔离开关。

六、变压器—线路单元接线④(如图1-8)
发电机和变压器直接连接成一个单元,组成发电机-变压器组,称为单元接线。

图1-8 单元接线
图（a ）发电机-双绕组变压器组成的单元接线.因发电机和变压器不可能单独工作,在两者之间可不装设断路器,为调试发电机方便可装设隔离开关。

图(b)、(c)机与自耦变压器或三绕组变压器组成的单元接线。

由于发电机停止工作时，还必须保持高压和中压电网之间的联系，因此在发电机和变压器之间装设开关电器。

图(d)为发电机-变压器-单元接线。

这种接线适宜一机、一变、一线的厂站，可以省去电厂的高压配电装置，使用设备最少，运行简易。

(1) 优点：接线最简单,设备最少，不需高压配电装置。

(2) 缺点：线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时,线路停运。

(3)适用范围：
1、只有一台变压器和一回线路时。

2、当发电厂内不设高压配电装置,直接将电能送至系统枢纽变电所时。

七、桥形接线④(如图1-9)
图1-9 桥形接线
G
G
Ⅰ
c
d
G
G
～
a
b
T
QF 1
QF 2
TQF
1
BQS 2
T 1 T 2
外桥式
内桥式
当只有两台变压器和两条输电线路时，可采用桥形接线，分为内桥与外桥形两种接线。

（一）内桥形接线
（1）优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。

（2）缺点：
1、变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运。

2、桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。

3、出线断路器检修时，线路需较长时期停运。

为避免此缺点，可加装正常断开
运行的跨条，为了轮流停电检修任何一组隔离开关，在跨条上须加装两组隔离开关。

桥连断路器检修时，也可利用此跨条。

（3）适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高情况。

（二）外桥形接线
（1）优点：同内桥形接线
（2）缺点：
1、线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。

2、桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。

3、变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。

为避免此缺点，可加装正
常断开运行的跨条，桥连断路器检修时，也可利用此跨条。

（3）适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器切换或线路较短时，故障率较少情况。

此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线。

八、角形接线⑤（如图1-10）
多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线。

为减少因断路器检修而开环运行的时间，保证角形接线运行可靠性，以采用3~5角形接线为宜，并且变压器与出线回路宜对角对称分布。

如图1-13所示。

（一）优点：
1、投资少，平均每回只需装设一台断路器。

2、没有汇流母线，在接线的任一段上发生故障，只需切除这一段及与其相连接的元件，对系统运行的影响较小。

3、接线成闭合环形，在闭环运行时，可靠性灵活万籁俱寂较高。

4、每回路由两台断路器供电，任一台断路器检修，不需中断供电，也不需旁路设施。

隔离开关只作为检修时隔离之用，以减少误操作的可能性。

5、占地面积少。

多角形接线占地面积约是普通中型双母线带旁路母线的40% ，对地形狭窄地区和地下洞内布置较合适。

（二）缺点：
1、任一台断路器检修，都成开环运行，从而降低了接线的可靠性。

因此，断路器数量不能多，即进出线回路数受到限制。

2、每一进出线回路都江堰市连接着两台断路器，每一台断路器又连着两个回路，从而使继电保护和控制回路较单、双母线接线复杂。

3、对调峰电站，为提高运行可靠性，避免经常开环运行，一般开、停机需由发电机出口断路器承担，由此需要增设发电机出口断路器，并增加了变压器空载损耗。

（三）适用范围：适用于最终进出线为3~5回路的110KV及以上配电装置。

不宜用于有再扩建可能的发电厂，变电所中。

图1-10 角形接线
第二节 主接线设计
本次设计题目为3×100MW 火力发电厂电气部分设计。

因为电厂为3台100MW 的汽轮发电机组,所以主变压器选用3台。

本电厂有220KV 和110KV 两级电压与系统连接。

220KV 出线有4回，每回出线最大输送容量为50MV A,110KV 出线有3回，每回出线输送容量为35MV A 。

鉴于本电厂有两种升高电压，且机组容量为125MW 以下，我们采用两台三绕组变压器与两种升高电压母线连接。

另外一台变压器选用双绕组变压器只与220KV 母线连接，这样布置能使电源和线路功率均衡地分配。

电气主接线如图所示，下面就各部分分别作以介绍。

（一）220KV 出线有四回，每回出线最大输送容量为50MV A 。

根据第一节对各种接线形式的适用范围的介绍，220KV 侧可以用单母分段接线或者双母线接线形式。

双母线接线较单母线接线有供电可靠，调度灵活,便于扩建等优点。

在大中型发电厂和变电站广为采用。

所以220KV 侧我们采用双母线接线型式。

（二）110KV 侧出线有三回, 每回出线最大输送容量为35KV ，根据对各种接线形式的适用范围的了解，110KV 侧可以采用单母线分段或3~5角形接线。

但由于3-5角形不宜用于有扩建裕量，这样3-5角形接线型式不作为首选。

为了克服单母分段接线当一段母线或母线开关故障或检修时该段母线的回路都要在检修期间内停电的缺点，可增设旁路母线或旁路隔离开关。

旁路母线有三种接线方式。

根据第一节介绍的旁路母线或旁路隔离开关的设置原则，110~220KV 线路输送功率较多，送电距离较远。

停电影响较大,并且110及220KV 少油断路器平均每台每年检修时间均需5~7天，停电时间较长。

因此，一般需设置旁路母线或旁路隔离开关。

设置旁路母线时，首先采用以母联或分断断路器兼作旁路断路器。

由于110KV 侧我们采用单母线分段型式接线，所以旁路母线接线采用分段断路器兼作旁路断路器接线。

（三）接地开关的装置地点及其作用。

110KV 和220KV 侧配电装置及设备架构较高，故在线路隔离开关和断路器两侧及电压互感器的隔离开关前，均装设接地开关。

（四）避雷器和电压互感器合用一组隔离开关时，当避雷器退出或投入运行时，可将电压互感器二次负荷转移。

（五）装在三绕组变压器出口的隔离开关的作用。

如图示，在三绕组变压
四角形接线
器的中压侧和高压侧各装设隔离开关QS7，QS8和QS9，QS10以便检修断路器QF1，QF2，QF3，QF4时，作为隔离电压用，这样，发电机G1或G2仍可经变压器向系统送电。

例如，当检修断路器QF1时，可先断开断路器QF1，拉开隔离开关QS6这时断路器QF1不带电，就可以检修了，同时发电机G2仍可经变压器向和QS7
，
220KV侧送电，否则，在停点检修断路器QF1时，只得将变压器2完全停止工作。

（六）变压器中性点接地开关处并联避雷器，这是为了防止绝缘有危害性的过电压，因为各组变压器的中性点绝缘强度较低，当线路受到大气过电压和操作过电压时，大电流若能够通过避雷器自动对大地放电，便使变压器中性点绝缘不受过电压的损害。

在一般情况下，中性点接地开关是断开的。

（七）电压互感器是用来供给电压为380V及以下的交流装置中的测量仪表和继电器的电压线圈电压的。

在110KV和220KV侧母线上各装有一组电压互感器，在发电机出线端，各装两组电压互感器。

第三节主变压器和发电机中心点接地方式⑥
一、电力网中性点接地方式
选择电力网中性点接地方式是一个综合性问题。

它与电压等级,单相接地短路电流，过电压水平，保护配置等有关。

直接影响电网的绝缘水平，系统供电的可靠性和连续性，主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。

电力网中性点接地方式有中性点直接接地和中性点非直接接地。

中性点直接接地方式过电压较低，绝缘水平可下降，减少了设备造价，特别是在高压和超高压电网，经济效益显著。

故适用于110KV及以上电网中。

二、主变压器中性点接地方式
电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。

主变压器的110KV~500KV侧采用中性点直接接地方式；6~63KV电网采用中性点不接地方式。

但当单相接地故障电流大于30A(6~10KV电网)或10A(20~63KV)时，中性点应经消弧线圈接地。

三、发电机中性点接地方式
发电机中性点接地方式有发电机中性点不接地方式、发电机中性点经消弧线圈接地方式和发电机中性点经高电阻接地方式。

其中, 发电机中性点不接地方式适用与125MW及以下的中小机组，所以发电机中性点接地方式我们选不接地方式。

①电力工程电气设计手册（一次部分）P47
②电力工程电气设计手册（一次部分）P48
③电力工程电气设计手册（一次部分）P49
④电力工程电气设计手册（一次部分）P50
⑤电力工程基础P138
⑥电力工程电气设计手册（一次部分）P69
第二章厂用电接线设计
第一节厂用电接线总的要求
现代火力发电厂在生产过程中，需要许多机械为主要设备，如气轮机、发电
机、和辅助设备服务，这些机械称为厂用机械。

它们一半都是用电动机拖动的。

发电厂的厂用机械用电照明用电以及交直流配电装置的电源用电，成为发电厂用电或自用电。

厂用电设计按照运行，检修和施工的要求，考虑全厂发展规划,妥善解决分期建设引起的问题。

积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、保证机组安全、经济和满发地运行。

第二节厂用电压等级
火力发电厂采用3KV、6KV、和10KV作为高压厂用电，在满足技术要求的前提下，优先采用较低的电压，以获得较高的经济效益。

按发电机容量，电压决定高压厂用电的原则如下：
1、容量60MW及以下，发电厂电压10.5KV时，可采用3KV。

2、容量100~300MW，当采用6KV。

3、容量300MW以上，当技术经济合理时，可采用两种高压厂用电压。

本次设计发电机容量为100MW。

高压厂用电采用6KV，这也刚好适用本次设计中高压厂用负荷的电压等级。

由于本次设计厂用负荷不涉及低压负荷，所以低压厂用电部分不作为本次设计的内容。

第三节厂用母线分段
目前，火力发电机组的高、低压厂用电系统均采用单母线，其分段情况如表
①
100MW时对应的锅炉容量为410t/h对应于表2-1中，高压厂用电母线分段型式为每炉两段，两段母线可由一台变压器供电，两套辅机电动机分别连接在两段母线上。

②
图2-1 一炉两段由同一台变压器供电，每段有备用电源
第四节 高压厂用工作电源引线方式
高压厂用工作电源应由发电机电压回路引接,尽量满足炉、机、电的要求。

当有发电机电压母线时, 高压厂用工作电源一般由该发电机所连接的主母线段上引线，如图2-2所示。

图2-2 从发电机电压母线引出厂用工作电源
当发电机和主变压器成单元连接时,
高压厂用工作电源一般由主变压器低压侧引接,供给该机组的厂用负荷,如图2-3所示。

I
图2-3 从发电机出口引出厂用工作电源
第五节 厂用备用电源的相关设计
火力发电厂一般均设置备用电源。

备用电源的引接应保证其独立性避免与厂用工作电源由同一电源处引接，并有足够的供电容量。

(一) 备用电源的数量
高、低压备用电源的数量如表2-3所示。

③
电源同时设置第2个备用电源。

由于本发电机只有3个工作电源所以不必要设第2个备用电源,所以备用电源只需一个。

(二) 厂用备用电源的获得
厂用电源的备用可以有两种方式，即暗备用和明备用。

暗备用是指在正常运行中，所有厂用电电源都投入工作，没有明显断开的备用电源。

因此，每个厂用电源容量的选择必须大于正常时它所供给负荷的功率。

图2-4所示的暗备用方式中，火电厂装有二机二炉。

厂用母线分为两段，平时两台变压器同时工作，每台变压器均在半负荷下运行，当变压器B-1(B-2类同)故障时，断路器QF 1、 QF 2跳闸，OQE 自动接通，此时两段负荷由变压器B-2负担。

明备用是正常运行中专设一台厂用变压器作为备用电源，当任一台厂用工作变压器检修或故障以及机、炉起、停用时，可将厂用电设备的正常工作。

备用变压器的容量与最大工作变压器的容量相同。

为了提高厂用电工作的可靠性，需装设备用电源自动投入装置。

当工作电源发生故障时，工作变压器两侧断路器自动跳闸，备用电源断路器自动合上。

使备用电源自动投入,以迅速恢复厂用电设备的
正常工作。

图2-4 具有暗备用的厂用电接线
本次设计中我们选用明备用型接线，这样备用变压器的容量与最大工作变压器的容量相同，对变压器的利用率相对暗备用来说高一倍。

(三) 备用电源引线方式
厂内有两级升高电压母线时，备用电源应由与系统有联系的最低电压级母线引出。

本发电厂与系统有联系的最低电压级母线为110KV 母线.所以, 备用电源由110KV 母线侧引出。

(四) 备用电源与厂用母线的连接方式
图2-5 一个备用电源与各个厂用母线段的连接方式
④
全厂只有一个高压备用电源时，为了节省电缆和缩小因电缆实验检修时而失去备用的范围。

采用部分放射和部分串联的方式。

如图2-5所示。

每一分支上的母线段数一般为2~4段。

在备用电源总出口装设隔离开关(或刀开关)，以便该电源故障或检修时，各母线段可以相互备用。

①电力工程电气设计手册（一次部分）P 85 ②电力工程电气设计手册（一次部分）P 85
OQF
③电力工程电气设计手册（一次部分）P88
④电力工程电气设计手册（一次部分）P91
第三章火力发电厂的主要设备
一、发电机
发电机是电厂的主要设备之一，它同锅炉和汽轮机称为火力发电厂的三大主机，目前电力系统中的电能几乎都是由同步发电机发出的。

根据电力系统的设计规程，在125MW以下发电机采用发电机中性点不接地方式，本厂选用发电机型号为QFN—100—2及参数如下：
型号含义：2-----------------2极
100-------额定容量
N------------氢内冷
F-------------发电机
Q------------汽轮机
P e =100MW；U e=10.5；I e=6475A；
cosϕ=0.85；X d〞=0.183
S30=P30/ cosϕ= P e/ cosϕ=100000KV A/0.85=117647.059 KV A
二、电力变压器的选择
电力变压器是电力系统中配置电能的主要设备。

电力变压器利用电磁感应原理，可以把一种电压等级的交流电能方便的变换成同频率的另一种电压等级的交流电能，经输配电线路将电厂和变电所的变压器连接在一起，构成电力网。

在满足技术要求的前提下，优先采用较低的电厂,以获得较高的经济效益。

由设计规程知：按发电机容量、电压决定高压厂用电压，发电机容量在100~300MW，厂用高压电压宜采用6 KV，因此本厂高压厂用电压等级6 KV。

ⅱ、厂用变压器容量确定
由设计任务书中发电机参数可知，高压厂用变压器高压绕组电压为10.5KV，而由ⅰ知，高压厂用变压器低压绕组电压为6 KV，故高压厂用变压器应选双绕组变压器。

ⅲ、厂用负荷容量的计算,由设计规程知：。