毕业设计论文火力发电厂电气主接线电气设备.docx

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1、毕业设计论文火力发电厂电气主接线电气设备 摘要 发电厂是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济。其中火力发电厂更是占据着非常重要的地位，是电力发展的主力军。 本次毕业设计严格遵循火力发电厂的设计规范，通过对电气主接线的设计、厂用电的设计、短路电流的计算、电气设备的选择和校验以及配电装置、防雷装置的设置，简要完成了对所给4200MW火力发电厂电气一次部分的设计。本次设计中将四台发电机全部升压接入220kV电网，简化了电网结构及电气主接线，省去了升高电压级之间的联络变压器，降低了变压器损耗。在电气设备选择方面尽量选取占地面积小的电气设备，节约土地资源。 关键词：火力发电厂，电气

2、主接线，电气设备 Abstract P ower plants play an important role in power system for the directly influence on the security and economy of the whole power system. Including coal-fired power plants occupies the key position, it is the main force in power development. The graduation design strictly followed the

3、 standard of the coal-fired power plant design. Through the design of the main electrical connection, the calculation of short-circuit current, the selection and calibration of electrical equipments and the design of distribution device, lightning protection equipment, completing the electrical desi

4、gn of the 4 x 200MW coal-fired power plant. This design send all electrical energy to 220kV power grids, simplified the structure of power grids, saving the contacting transformer between the rising level of voltage and reducing the loss of transformer. In electrical equipment selection，try to selec

5、t area small electrical equipment as far as possible to save the source of land. Key words:coal-fired power plants, the main electrical connection, electrical equipment 第一部分设计说明书 1 绪论 1.1电力系统概述 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

6、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。 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

7、已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。到2022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。 现在，我国最大的火电机组容量为90万千瓦（外高桥第二发电厂），最大的水电机组容量为70万千瓦（三峡工程），最大的核电机组容量为100万千瓦（岭澳核电厂），

8、最大的火力发电厂容量为300万千瓦（北仑港电厂，5600兆瓦），最大的水电厂为330万千瓦(二滩水电厂，6550兆瓦)，最大的核能发电厂为200万千瓦(岭澳核电厂，21000兆瓦)，最大抽水蓄能电厂为240万千瓦（广东抽水蓄能电厂，8300兆瓦），这也是目前世界上最大的抽水蓄能电厂。 华东、华北、东北和华中四大电力系统的容量均已超过400万千瓦. 1.2 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4200MW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完成本次的设计任务。 1.2.1毕业设计的主要内容、功能及成果 电厂规模： 装机容量: 装机4台，单机容量为

9、200MW，总装机容量4200MW 发电机额定电压： UN=10.5KV 发电机电抗0.062 线路阻抗0.025 机组年利用小时数: Tmax=6200h 气象条件：年最高温度40度，平均气温25度，气象条件一般，无特殊要求厂用电率：8%。 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 主要内容及成果： 1）电气主接线方案选择。 2）短路电流计算。 3）主要电气设备选择及校验。 4）防雷保护。 5）用计算机绘制主接线图。 6）设计说明书一份。 7）设计计算书一份。 8）系统主接线图一张。 2 4200MW火电厂电气主接线的确定 2.1概述 电气主接线是发电厂、

10、变电所电气设计的首要部分，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。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的方案。 发电厂的电气主接线是保证电力网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 2.1.1电气主接线设计的重要性 首先，电气主接线图示电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，因此电气运行人员必须熟悉本厂电气主接线土，了解电路中各种电器设备的用途、

11、性能及维护、检察项目和运行的步骤。其次，电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定。是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。再次，由于电能生产的特点是：发电、变电、书电荷用电视在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，也直接影响到工农业生产和人民生活。 所以电气主接线的拟定是一个综合性的问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，安全可靠。 2.1.2电气主接线的设计依据 发电厂在电力系统中的地

12、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。 负荷大小和重要性 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。 二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属

13、于二级负荷。二级负荷应由两回线 供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。 三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。 2.1.3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。 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

14、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，如全部电源接线停运、主变压器停运，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。 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，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

15、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”。 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。 2.2 电气主接线的选择 发电厂的主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和引出线。母线（又称汇流母线

16、）是中间环节，它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好几倍，故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换，还可以使接线简单明了和运行方便。 2.2.1主接线的基本形式 单母线接线 只有一组母线的接线如图2.1所示是一个典型的单母线接线图。 单母线接线的主要优点是：接线简单、清晰、采用设备少，投资省，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置. 单母线接线最严重的缺陷是母线停运（母线检修、故障，线路故障后线路保护或断路器拒运）将使全部支路停运，即停电范围为该母线段的100%，且停电时间很长，若为母线自身损坏须待母线修复之后方能恢复各支路运行。 隔离开关作为操作电器，所以断路器和

17、隔离开关在正常运行操作时，必须严格遵守操作顺序；隔离开关“先合后断”或在等电位状态下进行操作。 单母线分段接线 单母线接线的缺点可以通过将母线分段的办法来克服。如图2.2所示。当母线的中间装设一个断路器后，即把母线分为两段，这样对重要的用户可以由分别接于两段母线上的两条线路供电。 由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点，所以这种接线目前仍被广泛应用。单母线分段接线适用范围： 1）610KV 配电装置的出线回数为6回及以上时； 2）3563KV 配电装置的出线回数为48回时； 3）110220KV 配电装置的出线回数为34回时。 单母线

18、分段有其如下优点：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。 G 1 主变G 2 主变 G 1 主变G 2 主变 但是单母线分段接线也有较显著的缺点，就是当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电；当出线为双回路时，需时架空线路出现交叉跨越；扩建时须向两个方向均衡扩建。显然对于大容量发电厂来说，这都是不允许的。因此，还要改进。 双母线接线 双母线接线是根据单母线接线的缺点提出来的，如图2.3所示。双母线接线，其中一组为工

19、作母线，以组为备用母线，并通过母联断路器并联运行，在进行道砟操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电位下操作或先通后断。它可以有两种运行方式，一种是固定连接分段运行方式。即一些电源与出线固定连接在一组母线上，母联断路器合上，相当于单母线分段运行。另一种工作方式相当于单母线运行方式。很显然双母线分段的可靠性高于前两种接线方式，只是母线保护较复杂。然而它比单母线分段接线的投资更大。 再合母线断路器，向备用线充电，这是两组母线等电位。为保证不中断供电，应先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关。完成母线转换后，在断开母联断路器及其两侧的隔离开关，即可对原工作母线进行检修。双母线接线的

20、适用范围： 1）610KV 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时； 2）3563KV 配电装置的出线回数超过8回火连接电源较多、负荷较大时； 3）110220KV 配电装置的出线回数为5回以上时，或110220KV 配电装置，在系统中居重要地位，出线回数在4回以上时。 双母线接线的优点有： G 1 主 变 G 2主变 a 供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒闸操作，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。 b 调度灵活。各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

21、 c 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符合均匀分配，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，以至界限不同的母线断路时不回如单母线分段那样导致出线交叉跨越。 d 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。 双母线接线也有其缺点： a 增加一组母线和使每回路就须加一组母线隔离开关。 b 当母线故障或检修时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，需要隔离开关和断路器之间装设连锁装置。 发电机-变压器接线 1）发电机-双绕组变压器单元接线 该接线形式是大型机组广为采用的接线形式，发电机出口不装

22、断路器，采用分相封闭母线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难，而且开关设备少，操作简单，以及因不设发电机电压级母线，使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对于具有发电机电压级母线时有所减小。 2）发电机-双绕组变压器扩大单元接线 G 1 主变 主 变 G 2 G 1 两台发电机与一台变压器相连接时，可采用该接线形式，这样可减少变压器台数和高压侧断路器数目，并节省配电装置占地面积，用于如50MW 机组接入220KV 系统、100MW 机组接入333KV 系统、200MW 机组接入500KV 系统。 以上两种接线形式如图2.4和

23、图2.5： 桥型接线 两个“变压器-线路”连接，便构成桥型接线。桥型接线分为内桥接线和外 桥接线两种，如图2.6和图2.7所示。 1)内桥型接线 优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。 缺点：a 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。 b 桥联断路器检修时，两个回路需解裂运行。 c 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 装正常段开运行的跨条，为了轮流停电检修任何一组隔离开关，再跨条上需 加装两组隔离开关。桥联断路器检修时，也可利用此跨条。 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，故障率较高的情况下

24、。 2)外桥型接线 优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。 缺点：a 线路的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂 时停运。 b 牵连断路器检修时，两个回路需解裂运行。 G 1 G 2 主变 主变 G 1 G 2 主变 主变 c 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， 可加装正常段开运行的跨条，桥联断路器检修时也可利用此跨条。 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，故障率较少的情况下。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥型接线。 2.2.2主接线的设计 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

25、，容量分别为4X200MW =10.5KV 发电机电抗0.062 系统阻抗0.025 发电机额定电压U N 机组年利用小时数: Tmax=6200h 气象条件：年最高温度40度，平均气温25度，气象条件一般，无特殊要求厂用电率：8%。 2）出线回数： a.10KV电压等级：15km电缆馈线10回，每回平均输送容量1.8MW。10KV 最大负荷20MW,最小负荷16MW,cos =0.85, Tmax=5300h，为类、类负荷。 b. 110KV电压等级：60km架空出线6回，每回平均输送容量11MW。110KV 最大负荷70MW,最小负荷60MW,cos =0.8, Tmax=5000h，为类负荷。 c.220KV电压等级：150km架空线2回，220KV与无穷大系统连接，接受该发电厂的剩余功率。当取基准容量为100MV.A时，系统归算到220KV母线上的。 主接线的方案 1）220kv电气主接线设计 a.方案选择 方案：双母线接线 双母线接线方案见图2.8 图2.8 双母线接线 方案：双母线分段接线 双母线分段接线方案见图2.9