火力发电厂电气主接线设计

辽宁工程技术大学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指导教师院（系、部）电气与控制工程学院专业班级学号姓名日期课程设计成绩评定表学期姓名专业电气工程及其自动化班级课程名称发电厂电气部分设计题目火力发电厂电气主接线设计成绩优良中及格不及格评分项目1. 设计态度非常认真认真较认真一般不认真设2. 设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反计3. 独立工作能力强较强能独立设计基本独立设不能独立设表完成计完成计完成现4. 上交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天迟交一天以上设计思路较设计思路基设计思路不设计思路清设计思路清本清晰，结构清晰，结构方清晰，结构方晰，结构方案晰，结构方案方案基本合案基本合理，案不合理，关良好，设计参合理，设计参理，设计参数设计参数选键设计参数5. 设计内容数选择正确，数选择正确，选择基本正择基本正确，选择有错误，设条理清楚，内条理清楚， 内确，调理清调理清楚，内调理清楚，内计容完整，结果容较完整， 极楚，内容基本容基本完整，容不完整，有说正确少量错误完整，有些错有少量错误明显错误明误书规范、整洁、较规范、整基本规范、整基本规范、 整不规范、不整6. 设计书写、字洁、有条理，洁、有条理，洁、有条理，洁、无条理，有条理，排版体、排版个别排版有个别排版有排版有问题排版有问题很好问题问题较多很大7. 封面、目录、参考文献完整较完整基本完整缺项较多不完整图8.绘图效果很出色较出色一般较差很差纸9.布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱10. 绘图工程标准符合标准较符合标准基本符合标 个别不符合 完全不符合准标准标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5 为不及格，整个设计不及格，其他4 项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如优秀评定，设计内容要符合 5，其余九项要有 4 项符合才能评定为优，否则评定为良好，以此类推。最终成绩：评定教师签字：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1. 对原始资料的分析2. 主接线方案的拟定（至少两个方案）3. 变压器台数和容量的选择4. 所选方案的经济比较5. 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：选择主变压器的台数和容量，对方案进行经济比较第 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. 按照设计计划按时完成2. 设计成果包括：设计说明书一份、主接线方案图（ A3 ）一张指导教师：教研室主任：时间：原始资料某火力发电厂原始资料如下：装机 4 台，分别为供热式机组 250MW（ UN = 10.5kV ），凝汽式机组 2600MW（ UN= 20kV），厂用电率，机组年利用小时Tmax = 6500h。6.5%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 26.2MW，最小负荷 21.2MW，cos = 0.8，电缆馈线 10 回；(2) 220kV 电压级最大负荷 256.2MW，最小负荷 206.2MW，cos = 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 xS* = 0.021（基准容量为 100MVA）， 500kV 架空线 4 回，备用线 1 回。摘要本设计是电厂主接线设计。 该火电厂总装机容量为250+2600=1300MW。厂用电率 6.5%，机组年利用小时 Tmax = 6500h。根据所给出的原始资料拟定两种电气主接线方案，然后对这两种方案进行可靠性、 经济性和灵活性比较后， 保留一种较合理的方案， 最后通过定量的技术经济比较确定最终的电气主接线方案。 在对系统各种可能发生的短路故障分析计算的基础上， 进行了电气设备和道题的选择校检设计。 在对发电厂一次系统分析的基础上，对发电厂的配电装置布置做了初步简单的设计。 此次设计的过程是一次将理论与实际相结合的初步过程， 起到学以致用， 巩固和加深对本专业的理解， 建立了工程设计的基本观念，提升了自身设计能力。关键字：电气主接线；火电厂；设备选型；配电装置布置目录1前言.- 1 -2原始资料分析 .- 2 -2.1工程情况 .- 2 -2.2电力系统情况 .- 2 -3主接线方案的拟定 .- 3 -4变压器台数和容量的选择 .- 6 -4.1选择主变压器的台数和容量 .- 6 -4.1.1主变压器台数的选择 .- 8 -4.1.2主变压器容量的选择 .- 8 -4.2选择联络变压器的台数和容量 .- 8 -4.2.1联络变压器台数的选择 .- 9 -4.2.2联络变压器容量的选择 .- 9 -5方案的经济比较 .-10-5.1一次投资的计算 .-10-5.2年费用的计算 .-11-6主接线最终方案的确定 .-13-7结论.-14-参考文献 .-15-火力发电厂电气主接线设计1 前言火力发电厂简称火电厂， 是利用煤炭、 石油或天然气作为燃料生产电能的工厂， 其能量的转换过程是：燃料的化学能 热能 机械能 电能。火力发电厂的特点有：（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。 （ 2）火电厂的一次性建设投资少，单位容量的投资仅为同容量水电厂的一半左右。 （3）火电厂耗煤量大。（4）火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂， 厂用电量和运行人员都多余水电厂， 运行费用高。（ 5）燃煤发电机组由停机到开机带满负荷需要几小时到十几小时， 并附加耗用大量燃料。（ 6）火电厂担负调峰、调频或事故备用，相应的事故增多，强迫停运率增高。 （7）火电厂的各种排泄物对环境污染较大。本设计火电厂的主接线设计， 本设计从主接线、 主要电气设备选择等几个方面对火电厂设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图。- 1 -火力发电厂电气主接线设计2 原始资料分析2.1工程情况通过对原始资料的分析可知，该火电站总装机容量为250+2600=1300MW，占电力系统总容量 1300/（3500+1300） 100%=27.1%，超过了电力系统的检修备用容量8%-15%和事故备用容量10%的限额，说明该火电厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要，且年利用小时数为6500h，远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数。该火电厂在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。2.2电力系统情况从负荷特点及电压等级可知， 10.5kV 电压上的地方符合容量不大，共有 10 回电缆馈线，与 50MW 发电机的机端电压相等，采用直馈线为宜。 600MW 发电机的机端电压为 20kV ，拟采用单元接线形式，不设发电机出口断路器，有利于节省投资及简化配电装置布置；220kV 电压级出线回路数为5 回，为保证检修出线断路器不致对该回路停电，拟采取带旁路母线接线形式为宜； 500kV 与系统有 4 回馈线，呈强联系形式并送出本厂最大可能的电力 1300-21.2-206.2-1300 6.5%=988.1MW 。可见，该厂 500kV 级的接线对可靠性要求应当很高。- 2 -火力发电厂电气主接线设计3 主接线方案的拟定根据对原始资料的分析， 现将各电压级可能采用的较佳方案列出， 进而以优化组合方式组成最佳可比方案。（1）10kV 电压级：鉴于出线回路多，且发电机单机容量为50MW ，远大于有关设计规程对选用单母线分段接线每段上不宜超过 12MW 的规定，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。由于两台 50MW 机组均接于 10kV 母线上，有较大的短路电流，为选择轻型电器，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。考虑到 50MW 机组为供热式机组，通常“以热定电”，机组年最大负荷小时数较低，同时由于 10kV 电压最大负荷 26.2MW ，远小于 2 50MW 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， 只设 1 台主变压器。（2）220kV 电压级：出线回路数大于 4 回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路接线或双母线带旁路接线，以保证其供电的可靠性和灵活性。其进线仅从10kV 送来的剩余容量 250-(1006.5%)+26.2=67.3MW ，不能满足 220kV 最大负荷 256.2MW 的要求。为此，拟以 1 台 600MW 机组按发电机变压器单元接线形式接至220kV 母线上，其剩余容量活机组检修时不足容量由联络变压器与500kV 接线相连，相互交换功率。（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，可能有多种接线形式， 经定性分析筛选后， 可选用的方案为双母线带旁路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 及 10kV 电压，以提高可靠性，一台 600MW 机组与变压器组成单元接线，直接将功率送往 500kV 电力系统。根据以上分析、筛选、组合，可保留两种可能的接线方案：方案： 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，如图1所示；- 3 -火力发电厂电气主接线设计方案：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，如图 2 所示。图 1 拟设计的火电厂主接线方案示意图- 4 -火力发电厂电气主接线设计图 2拟设计的火电厂主接线方案示意图- 5 -火力发电厂电气主接线设计4 变压器台数和容量的选择在发电厂和变电站中， 用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器； 用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。4.1 选择主变压器的台数和容量1、变压器容量和台数的确定原则：主变压器的容量、 台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。 它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统 5-10 年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素， 进行综合分析和合理选择。为此，在选择发电厂主变压器时，应遵循以下的基本原则。（1）主变压器容量一般按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择， 并适当考虑到远期 10-20 年的负荷发展。对于城郊变电所 , 主变压器容量应与城市规划相结合。（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定变压器的容量。对于有重要负荷变压器的变电所， 应考虑当一台主变压器停运时， 其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的 70%-80%。（3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多， 应从全网出发， 推行系列化、标准化。我国 110kV 及以上电压，变压器绕组多采用 Y 连接； 35kV 亦采用 Y 连接，其中性点多通过消弧线圈接地。 35kV 以下电压，变压器绕组多采用连接。选择主变压器，需考虑如下原则：（1）当不受运输条件限制时，在 330KV及以下的发电厂和变电站，均应选用三相变压器。（2）当发电厂与系统连接的电压为500kV 时，经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台 50%容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为 300MW、并直接升到 500kV 的，宜选用三相变压器。- 6 -火力发电厂电气主接线设计（3）对于 500kV 变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统情况，分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。尤其在建所初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出， 造成全网停电；如用总容量相同的多台三相变压器， 则不会造成所停电。 为此要经过经济论证， 来确定选用单相变压器还是三相变压器。在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。2、本设计在选择变压器起的时候应该遵循具有发电机电压母线接线的主变压器选择原则和单元接线原则， 连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素：（1）当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除常用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。（2）当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组负荷变动而需限制本厂出力时，只变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需求。（3）若发电机点发母线上接有2 台及以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70%以上。（4）主变压器应具有从系统倒送功率的能力，以满足发电机电压母线上最大负荷的要求。单元接线的主变压器应遵循以下原则：单元接线的主变压器容量应按下列条件的较大者选择。（1）发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%裕度。（2）按发电机的最大连续容量，（制造厂家提供的数据） 扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组平均温升在标准环境温度或冷却水温度不超过 65的条件选择。该65是依据我国电力变压器标准， 即在正常使用条件下， 油浸变压器在连续额定容量稳态下的绕组平均温度。采用扩大单元接线时应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。- 7 -火力发电厂电气主接线设计主变压器台数的选择根据原始资料，此火电厂需要两台主变压器：即 20kV 和 500kV 之间需要一台发电机变压器单元接线形式的主变压器和20kV 和220kV 之间需要一台发电机变压器单元接线形式的主变压器。主变压器容量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 510 年的规划负荷来进行选择， 并适当考虑远期 1020 年的负荷发展。（1）20kV 和 220kV 之间的主变压器容量：根据本设计具体情况，主变的容量计算如下：SNPN (1%) 110%600(1 6.5%) 110% 771.375MVAcos0.8式中： PN 为发电机容量， cos为功率因数，% 为厂用电率。所以容量应取 780MVA 。（2）20kV 和 500kV 之间的主变压器容量：根据本设计具体情况，主变的容量计算如下：SNPN(1600(1 6.5%) 110% 771.375MVAcos%) 110%0.8式中： PN 为发电机容量， cos为功率因数，% 为厂用电率。所以容量应取 780MVA 。4.2 选择联络变压器的台数和容量联络变压器的台数一般只设置1 台，最多不超过 2 台，这是考虑到布置和引线的方便。联络变压器的容量选择应考虑以下两点：（1）联络变压器的容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下有功功率和无功功率交换；- 8 -火力发电厂电气主接线设计（2）联络变压器的容量一般不应小于接在两种电压母线上的最大一台机组容量，以保证最大一台机组故障或检修时， 通过联络变压器来满足本侧负荷的要求； 同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。联络变压器台数的选择根据原始资料和对电厂实际情况的分析，应装设一台三相三绕组的联络变压器。联络变压器容量的选择根据联络变压器的选择原则和对原始资料及主接线形式的分析，其容量应为：SNS1S2502780880MVAS1 为 10kV 与 220kV 之间的主变压器容量， S2 为 20kV 与 220kV 之间的主变压器容量。所以容量取 880MVA 。- 9 -火力发电厂电气主接线设计5 方案的经济比较5.1一次投资的计算一次投资即综合总投资， 其中包括变压器综合投资， 开关设备、配电装置综合投资以及不可预见的附加投资等。 进行方案比较时， 一般不必计算全部费用， 只算出方案不同部分的投资，可计算为I I01a(元 )100式中： I 0 为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、公路和拆迁费用； a 为不明显的附加费用比例系数，如基础加工、电缆沟道开外费用等， 220kV 取 70， 110kV 取 90。所以一次投资的计算如下：方案：根据原始资料和对电气主接线形式的分析，参与比较部分的设备折算到施工年限的总投资中主体设备的综合投资为：变压器部分合计2500 万元，开关设备合计800万元，母线合计 400 万元，配电装置合计300 万元，明显的增修桥梁、公路和拆迁费用合计 91 万元。所以：a2500 800 400 300 91 170万元）I1 I01 16954.（7100100方案：根据原始资料和对电气主接线形式的分析，参与比较部分的设备折算到施工年限的总投资中主体设备的综合投资为：变压器部分合计2500 万元，开关设备合计700万元，母线合计 300 万元，配电装置合计300 万元，明显的增修桥梁、公路和拆迁费用合计 73 万元。所以：I 2I 02a706584.（5万元）12500 700 300 300 73 1100100因此方案的一次投资为6954.7 万元，方案的一次投资为6584.5 万元。-10-火力发电厂电气主接线设计5.2年费用的计算年运行费用 C 主要包括一年中变压器的损耗电能费及检修、维护、折旧费等，按投资百分率计算，计算式为CA1I2I(元)式中：1 为检修维护费率，取为0.022-0.042；2 为折旧费率，取为0.005-0.058；为损耗电能的电价 元/（ kW ? h） ；A 为变压器年损耗电能（ kW ? h）。年损耗电能A 随变压器类型的不同而异。例如双绕组变压器： n 台同类型、容量双绕组变压器并联运行时，其年损耗电能计算式为12A n P0 K Q0 TK QkSPkmax kW ? hnSN式中： n 为同容量、同类型变压器台数；SN 为每台变压器额定容量（ kV ?A ）；S 为 n 台变压器担负的总负荷（ kV ? A ）；T 为变压器年运行小时数（ h）； m ax 为最大负荷损耗小时数（ h）； P0 、 Q0 分别为每台变压器的空载损耗有功（ kW ）和损耗无功（ kvar）； Pk 、 Qk 分别为每台变压器的短路损耗有功（ kW ）和损耗无功（ kvar）；K 为单位损耗无功引起的损耗有功系数，发电机母线上的变压器取0.02，系统中的变压器取0.1-0.15。所以方案的年损耗电能A1 为：12A1nP0K Q0TK QkS2 32000.21100 5000PkmaxnSN124800 0.2 1600771.37540382450 kW ? h27802500方案的年损耗电能A2为：1S2A2nP0K Q0TPkK Qkmax2 29000.2900 5000nSN1771.37520.21400250036643590 kW ? h45007802-11-火力发电厂电气主接线设计所以方案的年运行费用C 1 为：C1 A11I 12 I 1 0.2 40382450 0.025 69547000 0.005 69547000 1016.29(万元 )方案的年运行费用C 2 为：C 2 A21I 22 I 2 0.2 36643590 0.022 65845000 0.005 65845000 910.65(万元 )因此：方案：根据原始资料和对电气主接线形式的分析，参与比较部分的设备这算到施工年限的总投资为6954.7 万元，年运行费用为 1016.29 万元，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。则年费用为：i (1i) n0.1(1 0.1)25万元ACI1 (1i ) n1C 1 6954.7(1 0.1)2511016.29 1781.3()方案：根据原始资料和对电气主接线形式的分析，参与比较部分的设备这算到施工年限的总投资为6584.5 万元，年运行费用为910.65 万元，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。则年费用为：i(1i ) nC 2 6584.50.1(1 0.1)25万元)AC I2i )n(1 0.1) 25910.651636.1(111-12-火力发电厂电气主接线设计6 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。两种方案的比较：一、可靠性：方案中 500kV 可靠性较高；方案中 500kV 接线简单，设备本身故障率少。二、灵活性：方案各电压级接线方式灵活性都好； 220kV 电压级接线易于扩建和实现自动化； 500kV 操作过程相对简单；方案中 220kV 运行方式相对简单，灵活性差；各种电压级接线都便于扩建和发展； 500kV 操作过程复杂。三、经济性：方案的投资比方案要多，增加了旁路间隔和旁路母线，增加了隔离开关和断路器，增加了投资，同时多占用了土地。通过定性分析和可靠性及经济计算， 在技术上（可靠性、灵活性）第方案明显占优势，这主要是由于 500kV 电压级采用一台半断路器接线方式的高可靠性指标，但经济上不如方案。鉴于大、 中型发电厂大机组应以可靠性和灵活性为主，所以经综合分析， 决定选方案为设计最终方案。-13-火力发电厂电气主接线设计7 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。本设计根据对原始资料的分析完成了一份火电厂的电气主接线设计，其中考虑了电气主接线的三个基本要求， 即可靠性、灵活性和经济性。 电气主接线图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。所以本设计通过对原始资料的分析、 主接线方案的拟定、 变压器的选择和方案的经济比较，最后完成了主接线最终方案的确定，从而完成了此次的课程设计。-14-火力发电厂电气主接线设计参考文献1 熊信银 . 发电厂电气部分4 版 M.北京：中国电力出版社，2009.2 范锡普 . 发电厂电气部分 . 2 版 . 北京：水利电力出版社， 1995.3 惠晶 . 新能源转换与控制技术 . 北京：机械工业出版社， 2008.4 李杨 . 发电厂电气设备 . 北京：中国电力出版社， 2007.5 姚春球 . 发电厂电气部分 . 北京：中国电力出版社， 2004.6 傅知兰 . 电力系统电气设备选择与实用计算. 北京：中国电力出版社， 2004.7 文峰 . 发电厂及变电所的控制 . 北京：中国电力出版社， 1998.8 胡志光 . 火电厂电气设备及运行 . 北京：中国电力出版社， 2001.忽略此处 .-15-