電力系統(tǒng)規(guī)劃及發(fā)電廠電氣部分設(shè)計(jì).doc

東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)小論文電力系統(tǒng)規(guī)劃及發(fā)電廠電氣部分設(shè)計(jì) 活到老，學(xué)到老！ 摘 要： 本設(shè)計(jì)主要研究電力系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)及發(fā)電廠電氣部分專題設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)的過程包括設(shè)計(jì)任務(wù)的分析，電力系統(tǒng)的規(guī)劃與計(jì)算，以及對(duì)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的分析與探討。首先是電力系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)部分。第一步是電源規(guī)劃，依據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷容量、備用容量、和調(diào)峰容量，確定電廠的裝機(jī)容量和臺(tái)數(shù)。初步擬選電力網(wǎng)絡(luò)接線，制定發(fā)電廠、變電所的主接線方式并選擇系統(tǒng)的主變壓器，進(jìn)而通過經(jīng)濟(jì)方案的比較，確定電力網(wǎng)絡(luò)接線。然后，簡(jiǎn)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，進(jìn)行短路電流計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇系統(tǒng)高壓側(cè)的斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器等電氣設(shè)備。最后，是計(jì)算系統(tǒng)在各種運(yùn)行方式下的潮流分布并檢測(cè)在各運(yùn)行方式下電壓是否滿足要求，采取調(diào)壓措施使系統(tǒng)運(yùn)行在安全運(yùn)行范圍內(nèi)。在廠用電設(shè)計(jì)中，主要內(nèi)容有廠用電的接線方式和廠用變壓器的選擇、配電裝置設(shè)計(jì)以及防雷接地規(guī)劃。此外，還需對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路的保護(hù)設(shè)計(jì)，確保（1）保證可靠持續(xù)供電；（2）保證良好的電能質(zhì)量；（3）保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。使電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 主變壓器 短路電流 潮流分布 廠用電 1 引言電力是國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的發(fā)展起到非常重要的作用。電力系統(tǒng)規(guī)劃是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略意義的工作，是電力工業(yè)實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展的重要保障。規(guī)劃的效益是最大的效益，規(guī)劃的節(jié)約是最大的節(jié)約。全面、長(zhǎng)遠(yuǎn)的電力發(fā)展規(guī)劃和電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，不僅直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的發(fā)展及其經(jīng)濟(jì)性，還關(guān)系到電力工業(yè)本身投資使用的合理性與能源資源利用的經(jīng)濟(jì)性，是電網(wǎng)安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證，是電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提。本設(shè)計(jì)包括的知識(shí)比較廣泛，因此對(duì)于我們專業(yè)理論知識(shí)的復(fù)習(xí)和鞏固有很大幫助，同時(shí)也是基于工程研究探索的實(shí)踐基礎(chǔ)上的應(yīng)用和延伸，對(duì)應(yīng)用已學(xué)知識(shí)的靈活性具有重要意義。2 電源規(guī)劃系統(tǒng),4個(gè)變電所，一火電廠，一水電廠，就是讓他們相互連接，這是任務(wù)書給的，當(dāng)然大家給數(shù)據(jù)每個(gè)人都不一樣！2.1 裝機(jī)容量的確定2.1.1 負(fù)荷之間的關(guān)系1.用電負(fù)荷:根據(jù)現(xiàn)有負(fù)荷情況，考慮變電所的負(fù)荷、廠用電、水電廠近區(qū)負(fù)荷、火廠直配線路上的負(fù)荷及和系統(tǒng)之間的功率。2.供電負(fù)荷：用電負(fù)荷加上輸送該功率而產(chǎn)生的功率損耗。3.發(fā)電負(fù)荷：指滿足系統(tǒng)的供電負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)直配負(fù)荷需求時(shí)需要發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率，等于系統(tǒng)供電負(fù)荷加上廠用電負(fù)荷。4.負(fù)荷的增長(zhǎng)：本畢業(yè)設(shè)計(jì)中認(rèn)為水平年末比年初增長(zhǎng)10%，而年中比年初下降3%。2.1.2 備用容量1. 負(fù)荷備用容量：常取最大發(fā)電負(fù)荷的2%5%2. 事故備用容量：通常為最大發(fā)電負(fù)荷的10%，但要小于系統(tǒng)中最大一臺(tái)機(jī)組的容量。3. 檢修備用和國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用：國(guó)民經(jīng)濟(jì)包括在負(fù)荷備用內(nèi)。2.1.3 火電廠機(jī)容量的確定（1）調(diào)峰容量的確定：調(diào)峰主要由水電廠承擔(dān)任務(wù)。冬季水廠枯水季節(jié)，不能滿發(fā)，最多能發(fā)出調(diào)峰容量，由系統(tǒng)調(diào)峰圖，即可確定其容量。（2）裝機(jī)容量的確定： （3）檢修安排火電廠機(jī)組檢修周期為1-1.5年，檢修周期為30天左右，夏季檢修；水電 廠組檢修周期為2-3年，檢修周期為20天左右，冬季檢修。2.1.4、火電裝機(jī)容量的確定 （1）冬季是水廠調(diào)峰，夏季時(shí)水廠滿發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)峰圖可以確定調(diào)峰的容量。 （2）裝機(jī)容量的確定： 3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定3.1 電壓等級(jí)的選擇根據(jù)傳輸容量和傳輸距離來確定，本設(shè)計(jì)采用220kv的輸電電壓等級(jí)。3.2、方案的初步確定列出一系列的方案，大約能列60多個(gè)方案，或許更多，排除一些明顯不合理的方案，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，包括斷 路器個(gè)數(shù)，線路長(zhǎng)度的比較，選出兩個(gè)方案在進(jìn)行比較?。ㄐ枰酆系酵浑妷旱燃?jí)下同一回線的造價(jià)基準(zhǔn)比較）3.3、導(dǎo)線截面積的選擇3.3.1.導(dǎo)線截面積的選擇:按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面用的傳輸容量，應(yīng)考慮線路投入運(yùn)行后5到10年的發(fā)展，在計(jì)算中必須采用正常方式下經(jīng)常重復(fù)出現(xiàn)的最高負(fù)荷。按經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行導(dǎo)線截面積的選擇，計(jì)算公式為：（1） 電壓損失校驗(yàn)：要求正常運(yùn)行方式為額定電壓的10%，故障狀態(tài)時(shí)為額定電壓的15%。（2） 發(fā)熱校驗(yàn)：正常情況下，鋁導(dǎo)線的最高工作溫度為+70度。（3） 電暈校驗(yàn):在220不發(fā)生電暈相對(duì)應(yīng)的最小截面積是240（4） 機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)：對(duì)架空線路，截面積不小于185可以不用進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)。負(fù)荷矩校驗(yàn)：因?yàn)閷?duì)中長(zhǎng)距離輸電線路，其傳輸能力不決定于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而決定于允許的電壓損失與功率及能量的損耗。4方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較 4.1 建設(shè)投資 線路投資:根據(jù)選線結(jié)果和導(dǎo)線的造價(jià)，計(jì)算兩方案的造價(jià)。斷路器投資：因?yàn)閮上到y(tǒng)接線方式不同，故斷路器的個(gè)數(shù)也不同。總的建設(shè)費(fèi)用除包含變壓器，線路，斷路器等主體設(shè)備。線路投資是根據(jù)所選導(dǎo)線型號(hào)，查出對(duì)應(yīng)的單價(jià)和參數(shù)，算出線路總投資。配電裝置的投資是根據(jù)屋外220KV配電裝置價(jià)格選擇的。4.2年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算線路運(yùn)行費(fèi)用根據(jù)線路輸送容量計(jì)算。計(jì)算式如下：通過投資和運(yùn)行費(fèi)用的比較，可最終確定系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖。4.3經(jīng)濟(jì)比較選擇方案在方案比較中，應(yīng)選擇總投資少、年運(yùn)行費(fèi)用少的方案。若無法得到結(jié)果可按抵償年限法來進(jìn)行比較。經(jīng)比較選出方案二。5電氣主接線設(shè)計(jì)5.1發(fā)電廠主接線火電廠采用雙母線接線，機(jī)壓母線采用雙母三分段，并接限流電抗器，機(jī)壓母線處有負(fù)荷固需設(shè)置機(jī)壓母線?；痣姀S200MW發(fā)電機(jī)采用單元接線，發(fā)電機(jī)出口采用封閉母線不裝隔離開關(guān)和斷路器，減少了開關(guān)設(shè)備。水電廠共四臺(tái)45mw機(jī)組采用雙母線，發(fā)電機(jī)采用單元接線。5.2變電所主接線根據(jù)變電所得類型，所處的位置，以及進(jìn)出線的條數(shù)，本設(shè)計(jì)中變電所1采用外橋接線，采用內(nèi)橋，變電所2、3、4外橋均采用雙母線接線型式。6發(fā)電廠和變電所主變壓器的選擇6.1發(fā)電廠主變壓器的選擇6.1.1 機(jī)壓母線的主變壓器型號(hào)選擇原則：當(dāng)發(fā)電機(jī)母線上負(fù)荷最小時(shí)，在扣除廠用電后，主變應(yīng)能將剩余功率送入系統(tǒng)；機(jī)壓母線上最大一臺(tái)機(jī)停機(jī)時(shí)，能滿足機(jī)壓母線上的最大負(fù)荷用電要求；一臺(tái)變壓器檢修時(shí)另一臺(tái)要能承受總負(fù)荷的70%以上；夏季豐水期，水電廠滿發(fā)，火電廠處于不利地位，可能停用火電廠的部分或全部機(jī)組，主變應(yīng)有從系統(tǒng)倒送功率的能力，以滿足機(jī)壓母線上最大負(fù)荷的要求。 6.1.2單元接線主變壓器 按發(fā)電機(jī)額定容量扣除廠用負(fù)荷留有10的裕度來選擇 6.2變電所主變選擇原則：（1）大于等于全部重要負(fù)荷（2）滿足全部負(fù)荷容量的70807短路電流計(jì)算 7.1網(wǎng)絡(luò)模型所用模型為簡(jiǎn)化模型，即忽略負(fù)荷電流；不計(jì)及各元件電阻，也不計(jì)送電線路電納及變壓器的導(dǎo)納；發(fā)電機(jī)用次暫態(tài)電抗表示，并認(rèn)為各發(fā)電機(jī)電勢(shì)模型為1.相角為0。7.2步驟 a 選擇短路點(diǎn)；b 畫等值網(wǎng)絡(luò)；c 化簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)；d計(jì)算參數(shù)電抗；e 計(jì)算短路電流標(biāo)幺值；f 轉(zhuǎn)化有名值。8電器設(shè)備選擇 8.1電器設(shè)備選擇的一般條件電器設(shè)備可靠的動(dòng)作，必須按正常條件下進(jìn)行選擇并按短路狀態(tài)下來校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。選擇：按1額定電壓 ; 2 額定電流校驗(yàn)：按1熱穩(wěn)定；2動(dòng)穩(wěn)定 8.2高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇按上述原則選擇，隔離開關(guān)不用進(jìn)行開斷電流和關(guān)合電流的校驗(yàn)。斷路器的開斷電流校驗(yàn)：， 短路關(guān)合電流校驗(yàn)： 8.3互感器的選擇和配置（1）種類和型式：當(dāng)一次電流時(shí)，宜優(yōu)先采用一次繞組多匝式，強(qiáng)電系統(tǒng)采用5A，弱電采用1A（2）;(3)準(zhǔn)確級(jí)和容量選擇：為了保證測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度，電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)不得低于所供電測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確級(jí)。容量：(4)校驗(yàn)熱穩(wěn)定，動(dòng)穩(wěn)定。 8.4電壓互感器的選擇(1)6-20KV配電裝置一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)(2)220KV配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確度滿足要求是，一般采用電容式電壓互感器.由于超高壓線路要求雙套主保護(hù)，并考慮到后備保護(hù)，自動(dòng)裝置和測(cè)量?jī)x表的要求，電壓互感器一般應(yīng)具有3個(gè)二次繞組，即兩個(gè)主二次繞組、一個(gè)輔助二次繞組9潮流計(jì)算和調(diào)壓 9.1計(jì)算各種運(yùn)行方式（1）冬季最大運(yùn)行方式 ，水廠調(diào)峰（2）冬季最小運(yùn)行方式 水廠調(diào)峰（3）夏季最大運(yùn)行方式 水廠滿發(fā)（4）夏季最小運(yùn)行方式 水廠滿發(fā)（5）冬季故障運(yùn)行方式 在1的情況下斷開火電-變電所4的雙回線（6）夏季故障運(yùn)行方式 在4的情況下斷開水廠-變電所2的雙回線 9.2潮流計(jì)算的步驟在本設(shè)計(jì)中，冬季最大運(yùn)行方式用手算，其它幾種方式用計(jì)算機(jī)算。1、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)參數(shù)作出等值電路。2、系統(tǒng)中負(fù)荷側(cè)的功率已知，火電廠作為平衡節(jié)點(diǎn)，水電廠作為PV節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)PQ節(jié)點(diǎn)，固先假設(shè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓已知。3、從已知負(fù)荷處推功率，此時(shí)假設(shè)全網(wǎng)電壓額定，再求的功率：之后從已知電壓處推算電壓降，得出各節(jié)點(diǎn)電壓值。4、改變分接頭的位置或加補(bǔ)償，使各節(jié)點(diǎn)電壓都在允許的范圍內(nèi)結(jié)束。 9.3調(diào)壓保證用戶處的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之一。電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無功功率平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功功率輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對(duì)無功功率的需求，否則電壓就會(huì)偏離額定值。主要調(diào)壓措施（1）改變無功功率進(jìn)行調(diào)壓，如發(fā)電機(jī)、并聯(lián)電抗器、靜止補(bǔ)償器進(jìn)行調(diào)壓。（2）改變有功功率和無功功率的分配進(jìn)行調(diào)壓。如改變變壓器分接頭或調(diào)壓變壓器進(jìn)行調(diào)壓。離大電源較近的降壓變電所，改變其分接頭能調(diào)整變壓器低壓側(cè)的電壓。（3）改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)壓，如串聯(lián)電容器，改變并列運(yùn)行變壓器的臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)壓。10廠用電設(shè)計(jì)10.1廠用電接線10.1.1確定電壓等級(jí)按發(fā)電機(jī)電壓確定高壓廠用電壓等級(jí); 按廠用電動(dòng)機(jī)容量，廠用供電網(wǎng)絡(luò)確定高壓廠用電壓等級(jí)。10.1.2廠用電接線采用按爐分段的原則。根據(jù)鍋爐容量確定分段數(shù)目。本設(shè)計(jì)中50MW分一段，100MW分兩段。10.1.3廠用電源接線從發(fā)電機(jī)機(jī)壓母線引接;單元接線時(shí)從主變壓器低壓側(cè)引接;啟動(dòng)/備用電源的引接應(yīng)保證其獨(dú)立性。10.2廠用變壓器選擇 機(jī)組容量大于等于100MW以上，廠用母線分成兩段，當(dāng)只有用6KV一張電壓等級(jí)時(shí)，廠用高壓變壓器可選用一臺(tái)全容量的分裂繞組變壓器或兩臺(tái)雙繞組變壓器；機(jī)組容量100MW一下，采用一段廠用母線，廠用高壓工作變可選用一臺(tái)可調(diào)的雙繞組變壓器。10.3廠用電主要設(shè)備選擇 廠用高壓斷路器一般放置在室內(nèi)，通常采用手車式高壓開關(guān)柜。11 繼電保護(hù)規(guī)劃 11.1發(fā)電機(jī)保護(hù)配置1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 2匝間短路保護(hù) 3定子接地保護(hù)4過負(fù)荷保護(hù) 5勵(lì)磁回路一點(diǎn)和兩點(diǎn)接地保護(hù)6失磁保護(hù) 7過電壓保護(hù) 8 逆功率保護(hù)9低頻保護(hù) 10失步保護(hù) 11過勵(lì)磁保護(hù) 11.2變壓器保護(hù)配置1瓦斯保護(hù)（主保護(hù)） 2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)3過電流保護(hù)4零序電流保護(hù) 5過勵(lì)磁過電壓保護(hù)6過負(fù)荷保護(hù)7非全相保護(hù) 11.3母線保護(hù)配置1完全電流差動(dòng)保護(hù)2電壓差動(dòng)母線保護(hù)3具有比率制動(dòng)特性的電流差動(dòng)母線保護(hù) 11.4出線保護(hù)的配置1反映接線短路的保護(hù)階段式電流保護(hù)2電流速斷保護(hù)3相間距離保護(hù)12防雷保護(hù)及配置運(yùn)行中的電器設(shè)備可能遭雷擊，必須采取有效的過電壓防護(hù)措施。避雷針和避雷線是防止直接雷過電壓的有效措施，電氣設(shè)備的絕緣配合基于避雷器的保護(hù)水平，設(shè)備所承受的雷電過電壓和操作過電壓均有避雷器來限制。本設(shè)計(jì)在70.5*202的范圍內(nèi)選用根避雷針。）防雷保護(hù)方案的確定。）防雷保護(hù)范圍的計(jì)算。結(jié) 論 電力系統(tǒng)規(guī)劃及發(fā)電廠電氣部分設(shè)計(jì)是電力系統(tǒng)中最基本的設(shè)計(jì)，包含電力系統(tǒng)規(guī)劃、發(fā)電廠（變電所）電氣主系統(tǒng)設(shè)計(jì)及繼電保護(hù)與防雷保護(hù)分析三個(gè)部分。此次設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)綜合的訓(xùn)練及考核，也是對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力和大學(xué)所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐技能相結(jié)合的全面檢驗(yàn)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)有助于加深對(duì)理論知識(shí)的熟知和對(duì)工程設(shè)計(jì)的了解。參考文獻(xiàn)： 【1】 許珉.發(fā)電廠電氣主系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006. 【2】 張保會(huì)、尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).北京：中國(guó)電力出版社，2005. 【3】 王士政.電力工程類專題課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程.北京：中國(guó) 水利出版社，2007. 【4】 賀家李、宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理.北京：中國(guó)電力出版社， 2004. 【5】 曹繩敏.電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)參考資料.北京：水利電力出 版社，1993. 【6】 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The whole process including the design task analysis, power system planning and calculation, and the results of design analysis and discussion. The first is the design part of the integrated power system. The first step is the power supply planning, according to system load capacity, reserve capacity, and load capacity, determine the plants installed capacity and number of machines. Initial electricity network connection to be selected to develop power plants, substations and select the main wiring system, the main transformer, and then through the comparison of the economic program to determine the electricity network connection. Then, the simplified network diagram, for short-circuit current calculation, according to the results, select the system hig