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4X200发电厂设计

发布时间:2014-07-01 15:40:27  

2×200MW火力发电厂电气一次部分设计

Design of 2x200MW Thermal Power Plant Primary System

摘 要

关键词:发电厂;电气主接线;电气设备

第一章 概论

1.1电力工业发展概况---------------------------------------------------------------

1.2本次设计内容---------------------------------------------------------------------

1.3本次设计任务与要求------------------------------------------------------------

第二章 电气主接线图的设计

2.1电气主接线图的基本要求----------------------------------------------------

2.2拟定可行主接线图方案-------------------------------------------------------

2.3方案的比较和选定-------------------------------------------------------------

2.4主变压器的选择----------------------------------------------------------------

第三章 短路电流计算

3.1概述-------------------------------------------------------------------------------

3.2短路电流计算条件------------------------------------------------------------

3.3短路计算------------------------------------------------------------------------

第四章 电气设备的选择

4.1电气设备选择概述------------------------------------------------------------

4.2电气设备的选择--------------------------------------------------------------- 发电厂电气主接线图-------------------------------------------------- 结论-------------------------------------------------------------------------------------------------- 体会--------------------------------------------------------------------------------------------------- 参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------

目录 摘 要--------------------------------------------------------------------------------------------

第1章 绪 论

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(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)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。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区,也无法大量储存,电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此,电能的集中开发与分散使用,以及电能的连续供应与负荷的随机变化,就制约了电力系统的结构和运行。据此,电力系统要实现其功能,就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统,以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度,确保用户获得安全、经济、优质的电能。

1.1 电力工业的发展概况

目前我国以火力发电厂为主,其发电量占中国总电量的70%左右。随着我国电力事业迅猛发展,工程规模在不断扩大,所采用的电气设备在不断更新换代。通过具体实践摸索及不断总结、积累和丰富了很多宝贵的运行经验和设计经验。

二十多年来我们无论是在设计标准、设计依据和设计方法上,还是在设计所选用的先进技术和设备上都有了腾飞性的发展。随着对大中型水电站推广“无人值班、少人值守”的运行方式,电站的自动化水平越来越高,要更广泛地采用高水准的设备,相应地对厂用电系统设计和厂用设备选型上也提出了更高的要求。

1.2本次设计内容

1.凝气式发电厂

⑴ 凝气式发电机组2台:2*200MW;

出口电压:15.75KV

发电机次暂态电抗:0.125;额定功率因数:0.87。

⑵ 机组年利用小时数:Tmax=6000小时。

⑶ 厂用电率:8%。

⑷ 发电机出口处主保护动作时间取0.1秒。

⑸ 环境温度:最高温度40℃,年平均气温20 ℃。

2.发电厂出线

220KV出线2回,一回经60km架空线在A1变电站220KV母线与系统连接,另一回经90km架空线在A2变电站220KV母线与系统连接,A1和A2两变电站220KV母线经35KM一回架空线连接。正常时A1和A2断开运行。

3.电力系统情况

220KV系统容量为无穷大,选基准容量100MVA,归算到A1变电站220KV母线短路容量为(A1和A2断开)2500MVA;归算到A2变电站220KV母线短路容量为(A1和A2断开)2000MVA。

1.3本次设计任务与要求

1.设计的任务

⑴ 电气主接线方案设计。

⑵ 短路电流计算。

⑶ 电气设备选择。

2.设计要求

⑴ 电气主接线方案设计应合理,主接线方案论证与比较不能少于两个方案。 ⑵ 短路电流及电气设备选择计算方法应正确。

⑶ 主接线图形符号,线条及图签符合规范,接线正确,图面布局合理,参数标注正确,图形清晰美观。

⑷ 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,要求打印,统一用A4纸。

⑸ 独立完成,严禁抄袭或请人代作。

第2章 电气主接线设计

2.1 概述

2.1.1 电气主接线设计的基本要求

1. 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。概括地说包括以下五个方面:[2]

1.可靠性;

2.灵活性;

3.经济性;

4.操作应尽可能简单、方便 ;

5.应具有扩建的可能性;

2.1.2 220kV电压等级常用接线方式

220kV电压级常用接线方式及适用范围总结见表2-1。

表2-1 220kV电压级常用接线方式及适用范围

2.2 拟定可行的主接线方案

2.2.1 方案一

采用双母线分段接线方式,将双回路分别接于不同的母线段上,可缩小母线故障的影响范围,主接线形式见图2-1。

2.2.2 方案二

采用单母线分段方式,主接线图形式见图2-2.

2.2 方案的比较与选定

方案一:将双回路分别接于不同的母线段上,保证了系统的供电可靠性,减小了停电的几率,缩小了母线的故障范围,可靠性方面方案一的可行性稍高于方案二。虽然装了价高的断路器及隔离开关,投资增大,占地面积比方案二大,但此方案检修时停电范围小,灵活性和可靠性较高。

方案二:此方案接线图,投资小,年费用小,占地面积相对较小。故障停电时范围大,运行方式灵活可靠相对方案一较低,

通过对比可见,经济性方面方案二略优于方案一。

通过对实际情况的分析,方案二在可靠性和灵活性上略低于方案一,较少发生故障,利于发展,方案一明显高于方案二,因而综合考虑选择方案一。

2.4主变压器的选择

主变压器在电气设备投资中所占比例较大,同时与之相适应的配电装置,特别是大容量、高电压的配电装置的投资也很大。因此,主变压器的选择对发电厂、变电所的技术性影响很大。

为了保证发电机电压出线供电的可靠,接在发电机电压母线上的主变压器应不少于2台。因为发电机与变压器组成单元连接,故选择2台主变压器,单元接线时变压器容量应按发电机的额度容量扣除本机组的厂用负荷后,留有10%的裕度来确定。

SN?1.1PNG(1-KP)

cos?G

(2-1)

式中PNG—发电机容量,为200MW;

SN—通过主变的容量;

K?—厂用电,为8%;

cos?G—发电机的额定功率,为0.87

发电机的额定容量为200MW,扣除厂用电后经过变压器的容量为:

SN?1.1PNG(1-KP)1.1?200(1-0.08)??232.64MVA cos?G0.87

选定三相风冷自然循环双绕组无励磁调压变压器,型号为:SFP7-240000/220。

第3章 短路电流的计算

3.1 概述

电力系统运行有三种状态:正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在供电系统的设计和运行中,还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统危害最大的是短路故障。短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。因此,短路电流计算是电气主接线的方案比较、导体及电气设备的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的基础。短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。如电力系统中,相与相之间的中性点直接接地系统中的相与地之间的短接都是短路。为了保证电力系统的安全,可靠运行,在电力系统设计和运行分析中,一定要考虑系统等不正常工作状态。造成短路的原因通常有以下几种:

1.导体及电气设备因绝缘老化、或遭受机械损伤,或因雷击、过电压引起的绝缘损坏。

2.架空线路或因大风或导线覆冰引起的电杆倒塌等,或因鸟兽跨界裸露导体等都可能导致短路。

3.电气设备因设计、安装、维护不良和运行不当或设备本身不合格引发的短路。

4.运行人员违反安全操作规程而误操作,如运行人员带负荷拉隔离开关,线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等都会造成短路。根据国外资料显示,每个人都有违反规程操作的意识。

5.其它原因,如输电线断线、倒杆、碰线、或人为盗窃、破坏等原因都可能导致短路。

3.2 短路电流计算条件

3.2.1 短路计算的基本假定

1.正常工作时,三相系统对称运行。

2.所有电流的电功势相位角相同。

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。

8.输电线路的电容略去不计[7]。

3.2.2短路电流计算短路计算的一般规定

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

[9]。

3.3 短路计算

第4章 电气设备的选择

4.1 电气设备选择的概述

导体和电器的选择设计,同样必须执行国家的有关技术政策,并应做到技术先进,经济合理,安全可靠,运行方便和适当的留有余地,以满足电力系统安全运行的需要,对导体和电器选择设计规定简述如下:

4.1.1 一般原则

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.应按当地环境条件检验。

3.应与整个工程的建设标准协调一致,尽量使新老电器型号一致。

4.选择导线时应尽量减少品种。

5.选用新产品应积极慎重,新产品应有可靠试验数据,并经主管部门鉴定合格。

4.1.2 有关的几项规定

导体和电器应按正常运行情况选择,按短路条件验算其动稳定和热稳定,并按环境条件校核电器的基本使用条件:

1.在正常运行条件下,各回路的持续工作电流,应按有关规定进行计算。

2.验算导体和电器用的短路电流,按下列情况进行计算:

(1)除计算短路电流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。

(2)在电气连接的网络中,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的影响。

(3)在变电所中,应考虑如果安有同步调相机时,应将其视作附加电源,短路电流的计算方法与发电机相同。

(4)对不带电抗器回路的计算短路点,应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点,对带电抗器的6—10KV出线的计算点,除其母线隔离开关前的引线和套管应选择在电抗器前外,其余导线和电器宜选择在电抗器之后。

3.验算导体和110KV以下电缆短路热稳定时,所用的计算时间,一般用主保护的动作时间加相应在的断路器全分闸时间,如主保护有死区时,则采用能对该处死

区起作用的后备保护动作时间,并采用相应处的短路电流值。电器和110KV及以上充油电缆和短路电流计算时是,一般须用后备保护动作时间加相应的短路器全分闸时间。

4.导体和电器的动稳定,热稳定以及电器开断电流,可按三相短路验算,若发电机出口两相短路或中性点直接接地系统,自耦变压器等回路中的单相,两相接地短路较三相短路严重时,则应按严重情况验算。

5.环境条件:选择导体和电路时,应按当地环境条件校核,当气温、风速、湿度、污秽、海拔、覆冰等环境条件超出一般电器的基本使用条件时,应通过经济技术比较分别采取下列措施:

(1)向制造部门提出补充要求,订制符合该环境条件的产品。

(2)在设计或运行中采取相应的防护措施,如采用屋内配电装置、水冲洗、减震器等。

4.1.3 按额定电压选择的要求

要求设备的额定电压不低于设备安装地点的电网的额定电压,由于线路供电端额定电压比受电端额定电压高10-5%,因此设备必须能够长期承受这个电压值,电器能够长期承受的最高电压称为最高工作电压,对220KV及以下设备其最高工作电压额定电压高15%,330及500KV设备的最高工作电压比额定工作电压高10%,由此可知,只要设备的额定电压不小于该处电网的额定电压,其最高工作电压不小于该处电网的额定电压,其最高工作电压一定能满足电网首端电压要求。

4.1.4 按额定电流选择的要求

设备的额定电流不小于流过设备的最大长期负荷电流,当周围介质的温度不等于规定值时,设备的容许电流应进行修正。

4.1.5 短路热稳定校验的要求

导体的最高短时温度不大于短时允许最高温度,对于电器来说,是短路电流热脉冲不大于电器允许的热脉冲It2t,It是t秒钟的热稳定电流。It和t值可由电器的铭牌或手册中查出。

4.1.6 校验动稳定校验的要求

对导体(母线)来说,其中通过三相短路冲击电流时产生的应力不小大于材料的允许应力,对于电器来说,是通过它的三相短路冲击电流不大于它的最大允许动稳定电流。

4.2 电气设备的选择

4.2.1 母线的选择与校验

42.2 高压断路器和隔离开关的选择与校验

4.2.3 电流互感器和电压互感器的选择与校验

发电厂电气主接线图

结论

本次设计的题目是“4×200MW火力发电厂电气一次部分设计”。在这次设计中的发电机台数为二台,装机容量为400MW;机组年利用小时数?max?6000h,厂用电?p?8%,发电机的额定功率因数0.87。主要设计类容主要有 ⑴ 电气主接线方案设计 :⑵ 短路电流计算; ⑶ 电气设备选择。设计说明书正文包括方案论证(变压器选择、技术论证和经济比较)、短路计算过程、结果及图表、电气设备选择(高压开关电器、互感器、避雷器、母线等)

本次设计主接线方案有2个,电气设备的选择严格按正常条

件下选择,按短路状态下校验。所设计的火电厂电气部分具有可靠性、灵活性、经济性,并能满足工程建设规模要求。采用的电气主接线具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和扩建的可能性等特点。

体会

本次设计对于开始相对比较困难,因为我没有属于自己的一台电脑。只能去图书馆或借同学的电脑来制作,尽管如此,我还是认真的完成了本次设计。虽然本次设计并不是十分的完善,它也存在一些缺陷和偏差,但它确实我这辛苦的成果。通过设计我感觉学到了好多,无论是在知识上还是在做事上,自己成长了不少。首先,非常感谢老师,是他细心的教导我们知识,才有能力完成此次的任务。同时,还感谢我的同学,每次我遇到问题时,他们都会帮助我,开导我,使我更好的完成本次作业。

在知道这个作业时,我又看一遍发电厂电气部分及电力系统的专业知识,在前期的原始资料分析及数据计算过程中,使自己对以前所学的相关专业知识重温了一遍;同时,也学习到专业知识在实际中如何运用,加深了对其理解,使自己更好的掌握本专业的相关理论知识,学得更加透彻,而且我从中学会了电脑有关的制作。之,通过本次课程设计,自己受益匪浅。

参考文献

[1] 吴靓主编 电气设备运行与维护 中国电力出版社 2012.8 [2] 西北电力设计院 电力工程电气一次设计手册 水利电力出版社 1989

[3] 西北电力设计院 电力工程电气二次设计手册 水利电力出版社 1989

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