發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、四川大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院專業(yè)課課程設(shè)計(jì)題 目 哈爾濱熱電廠電氣主接線系統(tǒng) 辦學(xué)學(xué)院 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 學(xué)習(xí)中心 黑龍江松花江林區(qū)奧鵬 專業(yè)層次 專升本 年 級(jí) 0709 學(xué)生姓名 張輝 學(xué) 號(hào) DH1072r7001 2011年 2月18日一、設(shè)計(jì)依據(jù)和原始資料分析1.哈爾濱熱電廠環(huán)境概況1.1地理位置哈爾濱熱電有限責(zé)任公司位于哈爾濱市動(dòng)力區(qū)安通街125號(hào)。哈爾濱是中國(guó)黑龍江省省會(huì)，是我國(guó)東北北部政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，也是我國(guó)省轄市中面積最大、人口居第二位的特大城市,哈爾濱地處東北亞中心位置，被譽(yù)為歐亞大陸橋的明珠，是第一條歐亞大陸橋和空中走廊的重要樞紐。1.2交通條件鐵路：鐵路主要有哈大、濱

2、綏、濱州、濱北、拉濱五條鐵路連通國(guó)內(nèi)。公路：102國(guó)道（京哈高速公路）、202國(guó)道（黑河大連）、221國(guó)道（哈爾濱同江）、301國(guó)道（滿洲里綏芬河）四條國(guó)道呈輻射狀通向全國(guó)各地。省內(nèi)有哈爾濱大慶、齊齊哈爾；哈爾濱牡丹江、綏芬河；哈爾濱佳木斯、鶴崗三條高速公路。水路：哈爾濱水運(yùn)航線遍及松花江、黑龍江、烏蘇里江和嫩江，并與俄羅斯遠(yuǎn)東部分港口相通，經(jīng)過(guò)水路江海聯(lián)運(yùn)線，東出韃靼海峽，船舶可直達(dá)日本、朝鮮、韓國(guó)和東南亞地區(qū)。1.3企業(yè)現(xiàn)狀哈爾濱熱電有限責(zé)任公司，是我國(guó)第一座自己設(shè)計(jì)、制造并安裝的高溫、高壓熱電廠，股東分別是黑龍江省電力有限公司、哈爾濱能源投資公司、黑龍江省電力開(kāi)發(fā)公司和黑龍江電力股分有限

3、公司。1.4氣象條件哈爾濱位于最北端，是我國(guó)緯度最高、氣溫最低的大都市。四季分明，冬季漫長(zhǎng)寒冷，而夏季則顯得短暫涼爽。 哈爾濱的集中降水期為每年7至8月，集中降雪期為每年11月至次年1月。年平均溫度3.6。最冷的1月份，平均氣溫為零下13.2至零下24.8，最熱的7月份，平均氣溫為18.1至22.8。2原始資料2.1畢業(yè)設(shè)計(jì)原始資料：1電廠為3臺(tái)100MW汽輪發(fā)電機(jī)組，一次設(shè)計(jì)完成。2有220KV和110KV兩級(jí)電壓與系統(tǒng)連接，220KV出線有4回，每回出線最大輸送容量為50MVA，220kv電壓等級(jí)最大負(fù)荷250MW，最小負(fù)荷200MW，110KV出線有3回，每回出線輸送容量為35MVA。本

4、廠無(wú)610KV及35KV出線。2.2畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)1完成電氣一次主接線形式比較、選擇；2完成主變壓器容量計(jì)算、臺(tái)數(shù)和型號(hào)的選擇；3進(jìn)行必要的短路計(jì)算以完成電氣設(shè)備的選擇；2.3畢業(yè)設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)、要求及內(nèi)容1系統(tǒng)阻抗在最大運(yùn)行方式下（），與110KV系統(tǒng)的聯(lián)系阻抗為0.025，與220KV系統(tǒng)的聯(lián)系阻抗為0.065，兩系統(tǒng)均視為無(wú)窮大容量系統(tǒng)。2發(fā)電機(jī)參數(shù)：型號(hào)QFN-100-2 。二、電氣主接線的設(shè)計(jì)電氣主接線是發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)的首要部分,也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。2.1 電氣主接線的敘述1.單元接線其是無(wú)母線接線中最簡(jiǎn)單的形式，也是所有主接線基本形式中最簡(jiǎn)單的一種，此種接線方法設(shè)備更多。

5、本設(shè)計(jì)中機(jī)組容量為300MW，所以發(fā)電機(jī)出口采用封閉母線，為了減少斷開(kāi)點(diǎn)，可不裝斷路器。這種單元接線，避免了由于額定電流或短路電流過(guò)大，使得選擇斷路器時(shí)，受到制造條件或價(jià)格甚高等原因造成的困難。2.單母線分段帶專用旁路斷路器的旁路母線接線優(yōu)點(diǎn)：在正常工作時(shí)，旁路斷路器以及各出線回路上的旁路隔離開(kāi)關(guān)，都是斷開(kāi)的，旁路母線不帶電，通常兩側(cè)的開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)，檢修時(shí)兩兩互為熱備用；檢修QF時(shí)，可不停電；可靠性高，運(yùn)行操作方便。缺點(diǎn)：增加了一臺(tái)旁路斷路器的投資。3.單母分段線分段斷路器兼作旁路斷路器的接線優(yōu)點(diǎn)：可以減少設(shè)備，節(jié)省投資；同樣可靠性高，運(yùn)行操作方便；4.雙母線接線優(yōu)點(diǎn)：供電可靠，調(diào)度方式比

6、較靈活，擴(kuò)建方便，便于試驗(yàn)。缺點(diǎn)：由于220KV電壓等級(jí)容量大，停電影響范圍廣，雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較復(fù)雜，對(duì)運(yùn)行人員要求高。5.雙母線帶旁路母線的接線優(yōu)點(diǎn)：增加供電可靠性，運(yùn)行操作方便，避免檢修斷路器時(shí)造成停電，不影響雙母線的正常運(yùn)行。缺點(diǎn)：多裝了一臺(tái)斷路器，增加投資和占地面積，容易造成誤操作1 2 3。2.2 擬定兩種方案 第一種方案是：10.5KV側(cè)采用單元接線 ，110KV側(cè)采用單母線分段帶專用旁路器，220KV側(cè)采用雙母線設(shè)計(jì)。其主接線如圖2-1所示。圖2-1 第一種方案主接線圖第二種方案是：10.5KV側(cè)采用單元接線，110KV側(cè)采用單母分段線分段斷路器兼作旁路斷路

7、器，220KV側(cè)采用雙母線帶旁路。其主接線如圖2-2所示。圖2-2第二種方案主接線圖現(xiàn)對(duì)這兩個(gè)方案進(jìn)行綜合比較：（如表2-1）表2-1 方案比較方案項(xiàng)目方案一方案二可靠性1）220KV接線簡(jiǎn)單，設(shè)備本身故障率少；2）220KV故障時(shí)，停電時(shí)間較長(zhǎng)。1）220KV可靠性較高；兩臺(tái)主變壓器工作，保證了在變壓器檢修或故障時(shí)，不致使各級(jí)電壓解列，提高了可靠性。靈活性1）220KV運(yùn)行方式相對(duì)簡(jiǎn)單，靈活性差；2）各種電壓級(jí)接線都便于擴(kuò)建和發(fā)展。3）110KV操作過(guò)程復(fù)雜1）各電壓級(jí)接線方式靈活性都好；2）220KV電壓級(jí)接線易于擴(kuò)建和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。3）110KV操作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)性1）220KV設(shè)備相對(duì)

8、少，投資??；2）110KV增加了一臺(tái)旁路斷路器的投資1）220KV設(shè)備相對(duì)多，投資較大；2）110KV設(shè)備少，投資小通過(guò)對(duì)兩種主接線可靠性，靈活性和經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮，辨證統(tǒng)一，現(xiàn)確定第二方案為設(shè)計(jì)最終方案。三、短路電流計(jì)算3.1 短路電流計(jì)算的目的在發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其計(jì)算的目的的主要有以下幾個(gè)方面：1.在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采用限制短路電流的措施，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。2.在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障狀況下都能安全、可靠的工作。同時(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要按短路情況進(jìn)行全面校驗(yàn)。3.在

9、設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件校驗(yàn)軟導(dǎo)線相間和相對(duì)地安全距離。4.在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算，需以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。5.接地裝置的設(shè)計(jì)，也需用短路電流。3.2 短路電流計(jì)算條件1基本假定：（1）正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行（2）所有電流的電動(dòng)勢(shì)相位角相同（3）電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負(fù)荷下運(yùn)行（4）短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間（5）不考慮短路點(diǎn)的衰減時(shí)間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外，元件的電阻都略去不計(jì)（6）不考慮短路點(diǎn)的電流阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流（7）元件的技術(shù)參數(shù)均取額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍（8）輸電線路的電容略去不計(jì)2一般規(guī)定（1）驗(yàn)算導(dǎo)體電器的動(dòng)穩(wěn)定

10、、熱穩(wěn)定以及電器開(kāi)斷電流所用的短路電流，應(yīng)按本工程設(shè)計(jì)規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景的發(fā)展計(jì)劃。（2）選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電器連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠惒诫妱?dòng)機(jī)的影響和電容補(bǔ)償裝置放電電流影響。（3）選擇導(dǎo)體和電器時(shí)，對(duì)不帶電抗回路的計(jì)算短路點(diǎn)，應(yīng)選擇在正常接線方式時(shí)短路電流最大地點(diǎn)（4）導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和以及電器的開(kāi)斷電流，一般按三相短路計(jì)算。3 4系統(tǒng)的電路圖等效電路如圖3-1：圖3-1 等值電路圖設(shè)MV·A，。計(jì)算各個(gè)元件標(biāo)幺值。發(fā)電機(jī)：110KV和220KV： 雙繞組T：由于三側(cè)容量相等，所以主變各繞組阻抗計(jì)算如下： 變壓器各繞組阻抗標(biāo)幺值：當(dāng)

11、點(diǎn)短路時(shí)，簡(jiǎn)化電路圖為：各元件標(biāo)幺值如下： 圖3-2 簡(jiǎn)化后的等值電路圖 圖3-3簡(jiǎn)化后的等值電路圖 對(duì)圖3-3中的,支路進(jìn)行Y變換,得如圖3-4所示:對(duì)圖3-4中的支路進(jìn)行星網(wǎng)變換,求得各個(gè)電源點(diǎn)對(duì)的轉(zhuǎn)、移電抗為（圖3-5）: 圖3-4 星網(wǎng)變換圖 圖3-5 各電源單獨(dú)計(jì)算的等值電路圖)把220KV和110KV側(cè)按照無(wú)窮大功率電源處理,則電流標(biāo)幺值為： 發(fā)電機(jī)的計(jì)算電抗 ： 汽輪發(fā)電機(jī)按照計(jì)算電抗查計(jì)算曲線,電流標(biāo)幺值為：0s時(shí)： 所以：有名值: 沖擊電流：短路容量：MVA1.65s時(shí)： 有名值為：KA0.825s時(shí)： 有名值為：KA（2）當(dāng)點(diǎn)短路時(shí)，由計(jì)算中的圖3-6、圖3-7和圖3-8可

12、以簡(jiǎn)化為，如圖3-9所示：圖3-6 等值電路圖 圖3-7 簡(jiǎn)化后的等值電路圖 圖3-8 簡(jiǎn)化后的等值電路圖圖3-9 簡(jiǎn)化后的等值電路圖把220KV和110KV側(cè)按照無(wú)窮大功率電源處理,則短路電流標(biāo)幺值為：發(fā)電機(jī)的計(jì)算電抗 ：汽輪發(fā)電機(jī)按照計(jì)算電抗查計(jì)算曲線, 電流標(biāo)幺值為：0s時(shí)： 所以：有名值: 沖擊電流：短路容量：MVA1.54s時(shí)： 有名值為：KA0.77s時(shí)： 有名值為：KA（3）當(dāng)點(diǎn)短路時(shí)，由圖3-10化簡(jiǎn)可得圖3-11：圖3-10 等值電路圖 圖3-11 Y變換圖 圖3-12簡(jiǎn)化后的等值電路圖 先對(duì)圖3-11中的支路進(jìn)行Y變換，然后把C電源分裂，如圖3-12所示：再對(duì)支路進(jìn)行星網(wǎng)變

13、換，如圖3-13所示： +）圖3-13 各電源單獨(dú)計(jì)算的等值電路圖+）+）把220KV和110KV側(cè)按照無(wú)窮大功率電源處理,則短路標(biāo)幺值為： 發(fā)電機(jī)的計(jì)算電抗： 輪發(fā)電機(jī)按照計(jì)算電抗查計(jì)算曲線,電流標(biāo)幺值為：0s時(shí)： 沖擊電流：短路容量：1.55s時(shí)： 有名值為：KA0.775s時(shí)： 有名值為：KA（4）當(dāng)點(diǎn)短路時(shí)，由圖3-14和圖3-15，再把進(jìn)行Y變換,得如圖3-16所示: 圖3-14 等值電路圖圖3-15 簡(jiǎn)化后的等值電路圖 圖3-16 Y變換圖而B(niǎo)點(diǎn)假設(shè)成無(wú)窮大功率電源，則可以把它分裂成如圖3-17所示：圖3-17 分裂電源圖然后再把支路進(jìn)行Y變換，如圖3-18所示：圖3-18 Y變換

14、圖把圖3-18整理，然后把其中的支路進(jìn)行Y變換，得圖5-19： 圖3-19 分裂電源圖圖3-19中的是無(wú)限大功率電源分裂出來(lái)的。用單位電流法求其轉(zhuǎn)移阻抗。令的電動(dòng)勢(shì)為0，假設(shè)在點(diǎn)加電源使所在支路通過(guò)單位電流，如圖3-20：由于假設(shè)為電抗，不考慮相位的問(wèn)題，則電壓與電流的有效值為：5.646圖3-20 求轉(zhuǎn)移阻抗及電流分布系數(shù)圖：其中把電源看成無(wú)限大功率電源，其電流標(biāo)幺值為： 發(fā)電機(jī)的計(jì)算電抗 ：汽輪發(fā)電機(jī)按照計(jì)算電抗查計(jì)算曲線,查得電流標(biāo)幺值為：0s時(shí)： 有名值：沖擊電流：短路容量：1.65s時(shí)： 有名值為：KA0.8255s時(shí)： 有名值為：KA(5)點(diǎn)的短路計(jì)算與點(diǎn)相同。短路計(jì)算結(jié)果列表于下

15、：表3-1 短路計(jì)算結(jié)果短路點(diǎn)基準(zhǔn)電壓短路電流（0時(shí)刻）沖擊電流短路容量短路電流（時(shí)刻）短路電流（時(shí)刻）(KV)(KA)(KA)(MVA)(KA)(KA)K110.572.482184.8291318.15860.8861.5K22307.83219.9723119.9567.4367.386K311526.62867.9015303.76525.29625.287K410.5145.425370.8332644.777132.507132.54K510.5145.425370.8332644.777132.507132.54四、主變壓器的選擇4.1 主變壓器臺(tái)數(shù)的確定確定主變壓器臺(tái)數(shù)的因素很

16、多，主要取決于該電廠在系統(tǒng)中的重要性并結(jié)合電廠本身的裝機(jī)臺(tái)數(shù)。為減少主變壓器臺(tái)數(shù)，可考慮采用擴(kuò)大單元接線。 一般裝機(jī)一至三臺(tái)的小型非骨干電廠以確定一臺(tái)主變壓器為宜，裝機(jī)四臺(tái)及以上的小型電廠可考慮確定兩臺(tái)主變壓器以滿足運(yùn)行的可靠性和靈活性。 無(wú)調(diào)節(jié)水庫(kù)的徑流電站，偏僻山區(qū)的運(yùn)輸困難的電站可采用兩臺(tái)小容量的變壓器并列運(yùn)行。4.2 主變壓器的容量確定1.發(fā)電機(jī)變壓器單元接線中的主變?nèi)萘繎?yīng)按發(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組廠用電后，留有10%的裕度來(lái)確定。主變?nèi)萘恳话惆醋冸娝ǔ珊?10年的規(guī)劃負(fù)荷來(lái)進(jìn)行選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期1020年的負(fù)荷發(fā)展。 2.高、中壓電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)變壓器應(yīng)按兩級(jí)電網(wǎng)正常與檢修狀態(tài)下可能出

17、現(xiàn)的最大功率交換確定容量，其容量一般不應(yīng)低于接在兩種電壓母線上最大一臺(tái)機(jī)組的容量。3.小型電廠機(jī)端電壓母線上的升壓變壓器的容量選擇條件為：（1）接于該母線上的發(fā)電機(jī)處于全開(kāi)滿載狀態(tài)而母線負(fù)荷（包括廠用電）又最小時(shí)能將全部剩余功率送出。（2）發(fā)電機(jī)開(kāi)機(jī)容量最小、母線負(fù)荷最大時(shí)，經(jīng)主變壓器倒送的功率。（3）兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行互為備用時(shí)，其原則與前述聯(lián)絡(luò)變壓器同。由于變壓器的檢修周期長(zhǎng)，而且它可與該母線上的發(fā)電機(jī)檢修相配合，因此不需因檢修增加容量。 4.3 變壓器型式的選擇1.單相變壓器的使用條件 一般用三相變壓器，單相變壓器應(yīng)用于500KV及以上的發(fā)電廠、變電站中。 2.三繞組普通變壓器和三繞組自

18、耦變壓器的使用條件 使用三繞組變壓器比使用兩臺(tái)雙繞組變壓器經(jīng)濟(jì)。使用自耦變壓器不經(jīng)濟(jì)，且自耦變壓器只能用于高、中壓中性點(diǎn)都有效接地的電網(wǎng)，故其只能用于220KV及以上的發(fā)電廠和變電站。且自耦變阻抗較小可能使短路電流增加，故應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定。 3.有載調(diào)壓變壓器的使用條件 在電壓變化范圍大且變化頻繁的情況下需使用有載調(diào)壓變壓器。 有載調(diào)壓變壓器的價(jià)格較貴，質(zhì)量不行大大降低其可靠性，所以應(yīng)慎用。 一般中小電廠設(shè)立發(fā)電機(jī)電壓母線的，連接該母線與高、中壓電網(wǎng)的變壓器可能出現(xiàn)功率倒送，為保證母線負(fù)荷供電電壓質(zhì)量要求，通常要帶負(fù)荷調(diào)節(jié)電壓；地方變電站、工礦企業(yè)的自用變電站往往日負(fù)荷變化幅度很大，要滿足電能質(zhì)量

19、也需帶負(fù)載調(diào)壓；330KV及以上的變電站在晝夜負(fù)荷變化時(shí)高壓側(cè)端電壓變化很大，為維持中低壓電壓水平需裝設(shè)有載調(diào)壓變壓器1 3。根據(jù)本設(shè)計(jì)具體情況，應(yīng)該選擇兩組變壓器，一組為三繞組2臺(tái)，另一組為雙繞組2臺(tái)。本設(shè)計(jì)中的主變選擇如下：容量確定公式：查發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)資料，選定變壓器的容量為150MVA。由于升壓變壓器有兩個(gè)電壓等級(jí)，所以這里選擇兩臺(tái)三繞組變壓器和一臺(tái)雙繞組變壓器，查電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)參考資料選定主變型號(hào)為：雙繞組為SFP7-150000/220型。主要技術(shù)參數(shù)如表4-1：表4-1 技術(shù)參數(shù)額定容量連接組標(biāo)號(hào)額定電壓空載損耗阻抗電壓空載電流150000（KVA）高壓：24

20、2±2×2.5%低壓：10.5（KV）140(KW)13.0%0.8%三繞組為SFPS-150000/220型。主要技術(shù)參數(shù)如表4-2：表4-2 技術(shù)參數(shù)額定容量連接組標(biāo)號(hào)額定電壓空載損耗阻抗電壓（%）150000（KVA）高壓：242±2×2.5%中壓：121 低壓：10.5（KV）168(KW)高中：22.9 中低：13.6高低：8.0五、結(jié)論通過(guò)對(duì)“哈爾濱熱電廠電氣部分”的設(shè)計(jì)，我主要做了以下幾個(gè)方面：1發(fā)電廠電氣主接線的設(shè)計(jì)（完成主接線；主變及廠變的選擇：包括容量計(jì)算、臺(tái)數(shù)和型號(hào)的選擇；繪出主接線圖）；2短路電流計(jì)算；3主要電氣設(shè)備選擇； 其中，發(fā)電廠的電氣主接線應(yīng)滿足供電可靠、調(diào)度靈活、運(yùn)行檢修方便且具有經(jīng)濟(jì)性和擴(kuò)建的可能性等基本要求。在設(shè)計(jì)主接線時(shí)，須因地制宜得綜合分析該廠的容量、裝機(jī)臺(tái)數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)以及在次同中的地位等條件，依據(jù)國(guó)家有關(guān)政策及技術(shù)規(guī)范，正確確定主接線形式，合理選擇變壓器。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)原始資料進(jìn)行詳盡分析，關(guān)注電力市場(chǎng)化改革的進(jìn)程，對(duì)草擬的主接線方案進(jìn)行比較是，