4×200MW火力发电厂电气部分设计.doc
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1、 目 录摘要 前言1 毕业设计的主要内容及思想.71.1毕业设计的主要内容、功能及技术指标.72 4 200MW火力发电厂电气主接线的设计.82.1电气主接钱的主要要求.82.2电气主接钱设计.93 火力发电厂短路电流计算.113.1短路路计算的目的和简化假设.133.2各系统短路电流的计算.153.2.1短路计算的基本假定和计算方法.153.2.2电抗图及电抗计算.173.2.3短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算184 火电厂发电机、变压器选择.194.1发电机型214.1.1简介224.1.2选型234.2变压器的选型244.2.1具有发电机电压母线的主变压器.254.2.2单元接线
2、的主变压器265火电厂断路器、隔离开关、电流、电压互感器的选择.315.1短路器的选择.325.2隔离开关的选择335.3电流互感器的选择355.4电压互感器的选择366 变压器的继电器保护.386.1电力变电器的继电保护.426.2变压器继电保护的整定计算.436.2.1纵联差动保护的整定计算446.2.2过电流保护的整定计算44结论参考文献4200MW火力发电厂电气部分设计 摘要: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。电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部
3、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4台200MW汽轮发电机的大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; 并作了变压器保护。关键词: 发电厂;变压器;电力系统;继电保护;电气
4、设备前言: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
5、。电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配,易于转换为其它的能源,而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此,电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供,电力工业已成为我国实现现代化的基础,得到迅猛发展。到2003年底,我国发电机装机容量达38450万千瓦,发电量达19080亿度,居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的5070%,是电力系统的最大电能用户,供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。电力系统的出现,使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用,推动了社会生产各个领域的变化,开创了电力时代,发生了第二次
6、技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。1. 毕业设计的主要内容及基本思想本次毕业设计的主要内容是一个4*200MW火力发电厂的电气部分设计。在这次设计中一共分通过以下几个步骤来五年成本次的设计任务。1.1毕业设计的主要内容、功能及技术指标1、电厂规模:(1)装机容量 4200MW =800 MW UN=10.5KV (2)机组年利用小时数:Tmax=6000h/a (3)气象条件:发电厂所在地,最高气温 23,最低气温-36,平均气温 6,最热日平均气温 23,冻土层1.5米,覆冰厚7mm,最大风速20M/S,大气无明显污染,土壤电阻率大于500欧 厂用电率:
7、8%2、主要技术指标: (1) 保证供电安全、可靠、经济; (2)功率因数达到0.9及以上3、主要内容: (1)确定主接线:根据设计任务书,分析原始资料与数据。 (2)选择主变压器:选择变压器的容量、台数、型号等。 (3)短路电流计算:根据电气设备选择和继电保护整定的需要,选择短路计算点,绘制等值网络图,计算短路电流,并列表汇总。 (4)电气设备的选择:选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等,选用设备的型号、数量汇总成设备一览表; (5)主变压器继电保护的整定计算及配置 2. 4*200MW 火力发电厂电气主接线的设计选定 2.1电气主接线的设计依据发
8、电厂在电力系统中的地位和作用电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力或电厂靠近煤矿或沿海、沿江,并接入300-500KV超高压系统;地区电厂靠近城镇,一般接入110-220KV系统,也有接入330KV系统;企业自备电厂则以本企业供电供热为主,并与地区110-220KV系统相连。中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。2.1.1电气主接线的主要要求电气主接线的设计原则是:根据发电厂在电力系统的地位和作用,首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电
9、气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。 (1) 可靠性:衡量可靠的标准,一般是根据主接线型式机主要设备操 作的可能方式,按一定的规律计算出“不允许”事件发生的规律,停运的持续时间期望值等指标,对几种主接线型式中择优。所谓“不允许”事故,是指发生故障后果非常严重的事故,如全部电源津县停运、朱变压器停运,全场停电事故等。供电可靠性是电力生产和分配的首要要求,主接线首先应满足这个要求。 (2) 灵活性:是指在调度时,可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路,调配电源和负荷,满足系统在事故运行方式、检修运行方式以极特殊运行方式下的系统电镀要求;在检修时,
10、可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备,而不致影响电力网的运行和对用户的供电;在扩建时,可以容易的从初期接线扩建到最终接线,在不影响连接供电或停电时间最短的情况下,投入新机组、变压器或线路,并对一次和二次部分的改建工作量最少。在操作时间便、安全、不易发生误操作的“方便性”。 (3) 主接线应在满足供电可靠性、灵活性要求的前提下做到经济性。即:主接线应力求简单,以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器等一次设备,要是控制、保护不过于复杂,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。做到投资省。合理的选择主变压器的种类(双绕组、三绕组或自耦变等)容量、台数,避免两次变压而增加电能的损
11、失。电器主接线选择时要为配电装置的布置创造条件,尽量使占地面积减少。2.1.2. 电气主接线设计 1、毕业设计的技术背景和设计依据 (1)电厂规模:装机容量: 装机4台,容量分别为4X200MW, UN=10.5KV机组年利用小时数: Tmax=6200h发电站所在地气侯条件:最高气温+23,最低气温-36,平均气温+6,最热日平气温+23,冻土层1.5米,覆冰厚7mm,最大风速20M/S,大气无明显污染,土壤电阻率500欧&S226;米,海拔标高173米,地震基本烈度为6度 。(2)出线回数:电厂生产的电能除厂用电外,全部以双回线路送入系统:2、主接线的方案a.220KV电压等级的方案选择。
12、由于220KV 电压等级的电压馈线数目是2回,所以220 KV电压等级的接线形式可以选择单母线接线形式。由于单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点,采用设备少、投资省、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备装置且双回线路送入系统,所以220 KV电压等级的接线形式选择为单母线接线。b.110KV电压等级的方案选择。由于110KV电压等级的电压馈线数目是6回,110KV电压等级上的出线 上为二类负荷,对这类用户可以进行短暂的停电,并不会造成人身危险以及设备的破坏,也不会给国民经济带来巨大的损失或造成巨大的政治影响。综合考虑,则选择单母线分段的接线形式。c.10KV电压等级的方案选择。由于10K
13、V电压等级的电压馈线数目是10回,所以在本方案中的可选择的接线形式是单母线分段接线。用断路器把母线分段后,对重要的用户可以从不同的段引出两条回路,有两个电源供电;当一段母线发生故障,分段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。设计发电厂主接线时在技术上应考虑的主要问题是:1)保证全系统运行的稳定性,不应再本厂、站内的故障造成系统的瓦解;2)保证负荷、特别是重要负荷供电的可靠性及电能质量;3)各设备、特别要注意高、中压联络变压器的过载是否在允许范围内。电气主接线图3. 火力发电厂短路电流计算 3.1短路计算的目的和简化假设因为短路故障对电力系统可能造成极其严重的后
14、果,所以一方面应采取措施以限制短路电流,另一方面要正确选择电气设备、载流导体和继电保护装置。这一切都离不开对短路电流故障的分析和短路电流的计算。概括起来,计算短路的主要目的在于:(1)为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据,为此,计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性,计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性;(2)为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据;(3)为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定参数提供可靠的依据。在实际短路计算中,为了简化计算工作,通常采用一些简化假设,其中主要包括:(1)符合用恒定电抗标识或忽略不计;(2)认为系统中个元件参
15、数恒定,在高压网络中不计元件的电阻和导纳,即个元件军用春电抗表示,并认为系统中各发电机的电势通相位,从而避免了复数的运算;(3)系统出不对称故障出现局部不对称,其余部分是三相对称的。3.2各系统短路电流的计算3.2.1短路计算的基本假定和计算方法1基本假定 (1)正常工作时,三相系统对称运行。 (2)所有电源的电动势相位角相同。 (3)系统中的电机均为理想电机,不考虑电磁饱和、磁滞、涡流及导体肌肤效应等影响;转子结构完全对称; (4)短路发生在短路电流为最大的瞬间; (5)不考虑短路电的电弧阻抗和变压器的励磁电流。3.2.2电抗图及电抗计算 由4200MW火电厂电气主接线图,和设计任务书中给出
16、的相关参数,可画出系统的等值电抗图如图3-1所示。 选取基准容量为Sj=100MVA Uj=Uav=1.05UeSj 基准容量;Uav 所在线路的品平均电压 以上均采用标幺值计算方法,省去“*”。1对于QFSN2002型发电机的电抗 2对于SSPL260000型的双绕组变压器的电抗 式中 Uk%变压器短路电压的百分数(%); Se最大容量绕组的额定容量(MVA); Sj基准容量(MVA)。 图 3-13对于OSSPSL3000/220型三绕组变压器的电抗 = = = = = = 4线路阻抗(设计任务书中已给出):X13=0.0253.2.3短路点的选择、短路电流以及冲击电流的计算 无限大容量电
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