火电厂电气部分设计

发电厂电气部分课程设计
设计题目火力发电厂电气主接线设计
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发电厂电气部分
课程设计任务书
一、设计题目
火力发电厂电气主接线设计
二、设计任务
根据所提供的某火力发电厂原始资料（详见附1），完成以下设计任务：
1. 对原始资料的分析
2. 主接线方案的拟定
3. 方案的经济比较
4. 主接线最终方案的确定
三、设计计划
本课程设计时间为一周，具体安排如下：
第1天：查阅相关材料，熟悉设计任务
第2 ~ 3天：分析原始资料，拟定主接线方案
第4天：方案的经济比较
第5 ~ 6天：绘制主接线方案图，整理设计说明书
第7天：答辩
四、设计要求
1. 设计必须按照设计计划按时完成
2. 设计成果包括设计说明书（模板及格式要求详见附2和附3）一份、主接线方案图（A3）一张
3. 答辩时本人务必到场
指导教师：
教研室主任：
时间：2013年1月13日
设计原始数据及主要内容
一、原始数据
某火力发电厂原始资料如下：装机4台，分别为供热式机组2 ⨯ 50MW（U N = 10.5kV），凝汽式机组2 ⨯ 300MW（U N = 15.75kV），厂用电率6%，机组年利用小时T max = 6500h。

系统规划部门提供的电力负荷及与电力系统连接情况资料如下：
(1) 10.5kV电压级最大负荷23.93MW，最小负荷18.93MW，cosϕ= 0.8，电缆馈线10回；
(2) 220kV电压级最大负荷253.93MW，最小负荷203.93MW，cosϕ= 0.85，架空线5回；
(3) 500kV电压级与容量为3500MW的电力系统连接，系统归算到本电厂500kV母线上的电抗标么值x S* = 0.021（基准容量为100MV A），500kV架空线4回，备用线1回。

二、主要内容
1. 对原始资料的分析
2. 主接线方案的拟定
(1) 10kV电压级
(2) 220kV电压级
(3) 500kV电压级
3. 方案的经济比较
(1) 计算一次投资
(2) 计算年运行费
4. 主接线最终方案的确定
摘要
电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节，它直接影响着整个系统的安全与经济运行。

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、分配顺及相关要求绘制的单相接线图。

主接线代表了发电厂或变电站高电压、大电流的电气主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。

它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系。

因此，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影响因素，最终得到实际工程确认的最佳方案，满足电气主接线可靠性、灵活性、经济性的基本要求。

关键字：电气主接线；设计；可靠性；灵活性；经济性。

目录
1前言 (1)
2对原始资料的分析 (2)
3主接线方案的拟定 (2)
3.1 10kV电压级 (2)
3.2 220kV电压级 (3)
3.3 500kV电压级 (3)
4 方案的经济比较 (4)
4.1计算一次投资 (4)
4.2 计算年运行费 (4)
5 主接线最终方案的确定 (4)
6 结论 (7)
7参考文献 (8)
1 前言
电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。

它与电力系统、电厂动能参熟、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置，继电保护和控制方式都有较大的影响。

因此，设计主接线必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理选择主接线方案。

本次设计是对某火力发电厂的主接线设计，根据原始资料及相关参数分析，考虑电气主接线的基本要求，进行方案的经济比较，电气主接线的形式的比较，进行正确的主接线设计，并计算一次投资和年运行费用。

2 对原始资料的分析
1）工程情况：发电厂的运行方式及年利用小时，都直接影响着主接线设计。

一般，承担基荷为主的电厂年利用小时数在5000h以上；承担腰荷烦人发电厂在3000-5000h；承担峰荷的发电厂在3000h以下。

设计内容中火力发电厂的年利用小时为6500>5000h。

设计电厂的容量：2×50＋2×300=700MW，本设计中是火电厂，所以优先承担基荷。

2）电力系统情况：电厂容量占系统总容量为700/（3500+700）×100%=16.7%，超过系统检修备用容量8%-15%，也超过了事故备用容量10%的限额。

综上，在设计电气主接线时应以供电可靠性为主选择接线形式。

从负荷特点及电压等级可知，10kV电压等级上的地方负荷容量不大，共有10回电缆馈线，与50MW的机端电压相等，采用直馈线为宜。

300MW发电机组的出口电压为15.75kV，既无直配负荷，又无特殊的要求，应该采用单元接线的形式，可以节省价格昂贵的发电机出口短路器，又利于配电装置的布置；220kV电压级出线回路数为5回，为了保证检修出线短路器不致对该回路停电，采用带旁路母线形式为宜；500kV与系统有4回馈线，呈强联系形式并送出本厂最大可能得电力为700－18.93－203.93－700×6%=435.14MW。

可见，该厂500kV级的接线对可靠性要求很高。

3 主接线方案的拟定
3.1 10kV电压级
单母线接线适用于小容量发电厂的发电机电压配电装置，一般每段母线上所接发电容量为12MW左右，每段母线上出线不多于5回。

本设计中10KV电压级上接有50MW的供热机组，远大于12MW，应确定为双母线分段接线形式。

2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220kV。

2台50MW机组接于10kV母线上，有较大的短路电流，应在分段处加装母线电抗器，各条电缆馈线上装设出线电抗器。

选择变压器时，应保证当接在发电机母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需限制本厂输出功率时，发电机母线上最大负荷的需要。

设计内容中10kV电压的最大负荷为23.93MW，远小于100MW发电机组装机容量，即使在发电机检修或升压变压器
检修的情况下，也可保证该电压等级负荷要求，因而10kV电压级与220kV电压之间按弱联系考虑，只装设1台主变压器。

3.2 220kV电压级
出线回路数为5回，为了使其出现断路器检修时不停电，应该采用单母线分段带旁路母线接线或双母线带旁路母线接线，以保证供电的可靠性和灵活性。

其进线从10kV送来剩余容量2×50－[﹙100×6%﹚+23.93]=70.07MW,不能满足220kV最大负荷253.93MW的要求。

因此，采用1台300MW机组按照发电机—变压器单元接线形式接至220kV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500kV接线连接，彼此之间相互交换功率。

3.3 500kV电压级
500kV负荷容量大，其主接线是本厂向系统输送功率的主要接线方式，为保证可靠性，可能有多种接线方式，经定性分析筛选后，可以选用的方案有双母线带旁路母线接线和一台半断路器接线，通过联络变压器与220kV连接，并通过一台三绕组变压器联系220kV和10kV电压，以提高可靠性，一台300MW机组与变压器构成单元接线，直接将功率送到500kV 电力系统。

因此，通过以上组合，共有4种可能的接线方案。

方案1为220kV侧采用双母线带旁路母线接线，500kV侧采用一台半断路器接线；
方案2为220kV侧采用单母线分段带旁路母线接线，500kV侧采用双母线带旁路母线接线；
方案3为220kV侧采用双母线带旁路母线接线，500kV侧采用双母线带旁路母线接线；
方案4为220kV侧采用单母线分段带旁路母线接线，500kV侧采用一台半断路器接线。

通过筛选，分析，方案3所用的设备比其它几种的多，500kV采用双母线分段接线与一台半断路器接线相比，经济上也无优势，且占地面积大；而方案4中220kV侧采用单母线分段带旁路母线接线的可靠性与灵活性不够高，所以保留前两种可能的接线方案。

4 方案的经济比较
采用最小费用法对拟定的两个方案进行经济比较，两方案中的相同部分不参与比较计算，只对相异部分进行计算。

计算内容包括一次投资、年运行费。

4.1 计算一次投资
（1）综合总投资的计算式为
⎪⎭
⎫ ⎝⎛
+=10010a I I
0I —主体设备的综合投资，包括变压器、开关设备、母线、配电装置及明显的增修桥
梁、公路和拆迁等费用。

a —不明显的附加费用比例系数，如基础加工、电缆沟道开挖费用等。

220kV 系统取
70,110kV 取90。

方案1参与比较部分的设备折算到施工年限的总投资为6954.7万元，方案2参与比较部分的设备折算到施工年限的总投资为6720.4万元。

4.2 计算年运行费
火电厂使用年限按n=25年，电力行业预期投资回报率i=0.1，则方案1的年费用为
()()()()()万元3.178129.101611.011.011.07.695411125
25'
1=+⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-++=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=m n n m C i i i I AC 同理，在计算出第2方案的折算年总投资及年运行费用之后，可得到方案2的年费用为
4.16382=AC 万元。

5 主接线最终方案的确定
通常，经过经济比较计算，求得年费用AC 最小方案者，即为经济上最优方案；然而，主接线最终方案的确定还必须从可靠性、灵活性等多方面综合评估，包括大型电厂、变电站对主接线可靠性若干指标的定量计算，最后确定最终方案。

通过经济计算，方案2占优势。

但本设计中可靠性指标占有重要地位，所以，必须进行可靠性比较。

10kV侧：两种方案均采用双母线分段式接线
方案1：220kV侧采用双母线带旁路母线接线，500kV侧采用一台半断路器接线: 220kV侧采用双母线带旁路母线接线，双母线接线的供电可靠性高，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以检修一组母线而不致使供电中断，双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电；各个电源和各回路负荷可以任一分配到某一组母线上，灵活性很高；
500KV采用3/2断路器接线方式，运行可靠，运行时，两组母线和同一串的3个断路器都投入工作，称为完整串运行，任一母线故障或检修，均不致停电，任一断路器检修也不引起停电；甚至于两组母线同时故障的极端情况下，功率仍能继续传送。

方案1的可靠性非常高。

如图5.1所示。

图5.1 设计的火电厂主接线方案1示意图
方案2：220kV侧采用单母线分段带旁路母线接线，500kV侧采用双母线带旁路母线接线；
220kV侧采用单母线分段带旁路母线接线，检修任一台断路器时，由旁路断路器代替需要检修的断路器工作，可靠性较高，但是灵活性却不如双母线接线；
500kV侧采用双母线带旁路母线接线，与一台半断路器的可靠性相比都很高，但是经济上不占优势。

所以比较起来，方案2的可靠性与灵活性没有方案1的好。

综合可靠性、灵活性、经济性的指标，确定方案1为最终方案，即220kV侧采用双母线带旁路母线接线，500kV侧采用一台半断路器接线
6 结论
电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。

在进行电气主接线的设计时，要充分考虑到可靠性、灵活性、经济性三方面的要求。

然而，经济性和可靠性又往往存在矛盾，要结合具体情况来考虑。

对于发电厂这类重要的供电场所，主接线直接影响了周围负荷的正常用电，因此其可靠性至关重要，经济性要在保证可靠性的基础上考虑。

在本次设计中最终确定方案1为最优方案，保证了发电厂供电的可靠性，同时在保证可靠性的基础上考虑它的经济性，在接线上力求简单，方便调度，保证了它的操作方便。

7 参考文献
[1]熊信银. 发电厂电气部分－4版. 北京：中国电力出版社
[2]刘介才.工厂供电设计指导.北京：机械工业出版社
[3]黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料.北京:水利电力出版社。