發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)

1、 發(fā)電廠電氣部分 課程設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 題 目 火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 院（系、部） 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 日 期 發(fā)電廠電氣部分課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書一、設(shè)計(jì)題目火力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)所提供的某火力發(fā)電廠原始資料（詳見附1），完成以下設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 對(duì)原始資料的分析2. 主接線方案的擬定（至少兩個(gè)方案）3. 變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇4. 所選方案的經(jīng)濟(jì)比較5. 主接線最終方案的確定三、設(shè)計(jì)計(jì)劃本課程設(shè)計(jì)時(shí)間為一周，具體安排如下：第1天：查閱相關(guān)材料，熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)第2 3天：分析原始資料，擬定主接線方案 第4天：選擇主變壓器的臺(tái)數(shù)和容量，對(duì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)

2、比較第5 6天：繪制主接線方案圖，整理設(shè)計(jì)說明書第7天：答辯四、設(shè)計(jì)要求1. 按照設(shè)計(jì)計(jì)劃按時(shí)完成2. 設(shè)計(jì)成果包括：設(shè)計(jì)說明書（模板及格式要求詳見附2和附3）一份、主接線方案圖（A3）一張指 導(dǎo) 教師： 教研室主任： 時(shí) 間： 摘 要發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的重要組成部分,也直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與運(yùn)行。在發(fā)電廠中，一次接線和二次接線都是其電氣部分的重要組成部分。發(fā)電廠一次接線，即發(fā)電廠電氣主接線。其代表了發(fā)電廠高電壓、大電流的電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。它直接影響電力生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性與靈活性，同時(shí)對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和控制方式等諸多方面有決定

3、性的關(guān)系。本設(shè)計(jì)是對(duì)配有2 ´ 50MW供熱式機(jī)組， 2 ´ 600MW凝汽式機(jī)組的的大型火力發(fā)電廠電氣主接線的設(shè)計(jì)，包括對(duì)原始資料的分析、主接線方案的擬定、變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇、方案的經(jīng)濟(jì)比較、主接線最終方案的確定。關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；電氣主接線目 錄1 前言62 原始資料分析72.1 工程情況72.2 電力系統(tǒng)情況73 主接線方案的擬定93.1 10.5kV電壓級(jí)93.2 220kV電壓級(jí)93.3 500kV電壓級(jí)94 變壓器的選擇114.1 主變壓器114.2聯(lián)絡(luò)變壓器115 方案的經(jīng)濟(jì)比較135.1 一次投資計(jì)算135.2 年運(yùn)行費(fèi)計(jì)算135.3 年費(fèi)用計(jì)算136

4、 主接線最終方案的確定147 結(jié)論158 參考文獻(xiàn)161 前言電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉(zhuǎn)換為其它的能源，而且便于控制、管理和調(diào)度易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此，電能已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生產(chǎn)和人民生活的各個(gè)方面。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠提供，電力工業(yè)已成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，得到迅猛發(fā)展。到2003年底，我國(guó)發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量達(dá)38450萬千瓦，發(fā)電量達(dá)19080億度，居世界第2位。工業(yè)用電量已占全部用電量的5070%，是電力系統(tǒng)的最大電能用戶，供配電系統(tǒng)的任務(wù)就是企業(yè)所需電能的供應(yīng)和分配。我國(guó)的電力系統(tǒng)從50年代開始迅速發(fā)展。到1991年底，電力系統(tǒng)裝機(jī)容量

5、為14600萬千瓦，年發(fā)電量為6750億千瓦時(shí)，均居世界第四位。輸電線路以220千伏、330千伏和500千伏為網(wǎng)絡(luò)骨干，形成4個(gè)裝機(jī)容量超過1500萬千瓦的大區(qū)電力系統(tǒng)和9個(gè)超過百萬千瓦的省電力系統(tǒng)，大區(qū)之間的聯(lián)網(wǎng)工作也已開始。此外，1989年，臺(tái)灣省建立了裝機(jī)容量為1659萬千瓦的電力系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，大、中型火電廠起著舉足輕重的作用，而在我國(guó)的電源結(jié)構(gòu)中火電設(shè)備容量占總裝機(jī)容量的75%。一旦故障輕則引起大面積停電，重則可能引起電網(wǎng)崩潰。本次設(shè)計(jì)的火電廠在電網(wǎng)占有重要位置，一旦發(fā)生事故將引起主網(wǎng)的解裂，所以對(duì)火電廠主接線形式進(jìn)行了詳細(xì)的分析比較，以確定一種安全經(jīng)濟(jì)成熟的主接線形式?，F(xiàn)代電力

6、工業(yè)在國(guó)際上已經(jīng)迅速發(fā)展，其發(fā)展的特點(diǎn)是：采用大容量的發(fā)電機(jī)組，超高壓輸電線路和巨大的水、火、核電聯(lián)合電力系統(tǒng)的形成，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，需要我們認(rèn)真的研究對(duì)待。而現(xiàn)代化火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)是一門綜合性的科學(xué)，它是在多種專業(yè)有機(jī)配合，密切協(xié)作下完成的一個(gè)統(tǒng)一整體，是在審議后的電力系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，為發(fā)電廠的發(fā)展制定具體方案，在設(shè)計(jì)中，貫徹國(guó)家各項(xiàng)政策，遵照有關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定，從整體出發(fā)，深入論證電源布置的合理性，提出網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案，并論證安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，為此需進(jìn)行必要的計(jì)算，考慮近期與遠(yuǎn)期的關(guān)系，并為發(fā)電廠及下一級(jí)電壓的系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件。本次火電廠電氣主接線的

7、設(shè)計(jì)程序有四個(gè)方面：初步可行性研究、可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容：對(duì)原始資料的分析、主接線方案的擬定、變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇、方案的經(jīng)濟(jì)比較、主接線最終方案的確定。本火電廠有2 ´ 50MW供熱式機(jī)組， 2 ´ 600MW凝汽式機(jī)組，包括三個(gè)電壓等級(jí)：10.5kV電壓級(jí)、220kV電壓級(jí)、500kV電壓級(jí)。2 原始資料分析原始資料：某火力發(fā)電廠原始資料如下：裝機(jī)4臺(tái)，分別為供熱式機(jī)組2 ´ 50MW(UN = 10.5kV)，凝汽式機(jī)組2 ´ 600MW(UN = 20kV)，廠用電率6.5%，機(jī)組年利用小時(shí)Tmax = 6500h。

8、系統(tǒng)規(guī)劃部門提供的電力負(fù)荷及與電力系統(tǒng)連接情況資料如下：(1) 10.5kV電壓級(jí)最大負(fù)荷21MW，最小負(fù)荷16MW，cosj = 0.8，電纜饋線10回；(2) 220kV電壓級(jí)最大負(fù)荷251MW，最小負(fù)荷201MW，cosj = 0.85，架空線5回；(3) 500kV電壓級(jí)與容量為3500MW的電力系統(tǒng)連接，系統(tǒng)歸算到本電廠500kV母線上的電抗標(biāo)么值xS* = 0.021(基準(zhǔn)容量為100MVA)，500kV架空線4回，備用線1回。2.1 工程情況由于有2 ´ 50MW供熱式機(jī)組， 2 ´ 600MW凝汽式機(jī)組，廠用電率6.5%，故發(fā)電廠類型為凝氣式火電廠，設(shè)計(jì)電廠

9、為大型火電廠，總?cè)萘繛?´50+2´600=1300MW,發(fā)電廠運(yùn)行方式及年利用小時(shí)數(shù)，直接影響著主接線設(shè)計(jì)，因?yàn)闄C(jī)組年利用小時(shí)Tmax = 6500h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的平均最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。所以本火電廠以承擔(dān)基荷為主，相應(yīng)主接線應(yīng)以供電可靠為主選擇接線形式。2.2 電力系統(tǒng)情況總?cè)萘繛?´50+2´600=1300MW, 占電力系統(tǒng)總?cè)萘?300/(3500+1300) ´100%=27.1%，超過了電力系統(tǒng)的檢修備用容量8%15%和事故備用容量10%的限額，說明該廠在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位至關(guān)重要，應(yīng)選擇可靠性較高的主接線形

10、式。為簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及電廠主接線，減少電壓等級(jí)，電廠接入系統(tǒng)電壓不應(yīng)超過兩級(jí)，兩臺(tái)50MW機(jī)組接入10.5kV系統(tǒng)，一臺(tái)容量為600MW機(jī)組接入220kV系統(tǒng)，另一臺(tái)容量為600MW及以上的機(jī)組接入500kV系統(tǒng)，且出線數(shù)目應(yīng)盡量減少，以利于簡(jiǎn)化配電裝置的規(guī)模及其維護(hù)。10.5 kV電壓電力系統(tǒng)采用中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)(中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地)，又稱小電流接地系統(tǒng)；對(duì)220 kV與500kV高壓電力系統(tǒng)，皆采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，又稱大電流接地系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)都采用非直接接地方式，目前廣泛采用的是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式或經(jīng)單相配電變壓器(二次側(cè)接電阻)接地。從負(fù)荷特點(diǎn)及電壓等級(jí)可知，1

11、0.5kV電壓等級(jí)上的地方負(fù)荷容量不大，共有10回電纜饋線，與50MW發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓相等，采用直饋線為宜。20kV電壓為600MW發(fā)電機(jī)出口電壓，既無直配負(fù)荷，又無特殊的要求，擬采用單元接線的形式，可以節(jié)省價(jià)格昂貴的發(fā)電機(jī)出口斷路器，又利于配電裝置的布置；220kV電壓級(jí)出現(xiàn)回路數(shù)為5回，為了保證檢修出線斷路器不致對(duì)該回路停電，擬采用帶旁路母線接線形式為宜；500kV與電力系統(tǒng)有4回饋線，備用線1回，呈強(qiáng)聯(lián)系形式并送出本廠最大可能的電力為1300-16-201-1300´6.5%=998.5(MV)。可見，該廠500kV級(jí)的接線對(duì)可靠性要求應(yīng)當(dāng)很高。3 主接線方案的擬定3.1 10

12、.5kV電壓級(jí)(1)10.5kV電壓級(jí)。單母線接線可靠性比較差，且調(diào)度不方便，一般只在出現(xiàn)回路較少，沒有重要負(fù)荷的發(fā)電廠使用；單母線分段接線每段容量12MW左右，且每段出現(xiàn)不超過5回。本次設(shè)計(jì)，由于10.5kV出線回路比較多，而且發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量為50MW，遠(yuǎn)大于每段12MW，應(yīng)確定為雙母線分段接線的形式，不但具有雙母線供電可靠性，調(diào)度靈活，擴(kuò)建方便的優(yōu)點(diǎn)，而且雙母線互為備用，更加提高了供電可靠性。2臺(tái)50MW發(fā)電機(jī)分別接在兩段母線上，剩余功率通過主變壓器送往高一級(jí)電壓220kV。10.5kV電壓級(jí)與220kV電壓級(jí)之間按弱聯(lián)系考慮，只設(shè)1臺(tái)主變壓器；同時(shí)，由于10.5kV電壓最大負(fù)荷20MW

13、，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2´50MW發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量，即使在發(fā)電機(jī)檢修或升壓變壓器檢修的情況下，也可以保證該電壓等級(jí)負(fù)荷的要求。由于2臺(tái)50MW機(jī)組均接于10.5kV母線上，有較大的短路電流，為了選擇合適的電氣設(shè)備，應(yīng)在分段處加裝母線電抗器，同時(shí)各條電纜饋線上裝設(shè)線路電抗器。3.2 220kV電壓級(jí)(2)220kV電壓級(jí)。出線回路數(shù)為5回，為了使其出線斷路器檢修時(shí)不停電，應(yīng)采用單母線分段帶旁路母線接線或雙母線帶旁路母線接線，以保證供電的可靠性和靈活性。其進(jìn)線僅從10.5KV送來剩余容量2´50（100´6.5%+21=72.5 MW并不能夠滿足220kV最大負(fù)荷250MW的要求

14、。為此，擬采用以1臺(tái)600MW機(jī)組按照發(fā)電機(jī)變壓器單元接線形式接至220kV母線上，其剩余容量或機(jī)組檢修時(shí)不足容量由聯(lián)絡(luò)變壓器與500kV接線連接，彼此之間相互交換功率。3.3 500kV電壓級(jí)(3)500kV電壓級(jí)。500kV電壓級(jí)，負(fù)荷容量比較大，其主接線是本廠向電力系統(tǒng)輸送功率的主要接線方式，為保證可靠性，可能有多種接線方式，經(jīng)過定性分析篩選后，可以選用的方案為雙母線帶旁路母線接線和一臺(tái)半斷路器接線，通過聯(lián)絡(luò)變壓器與220kV連接，并通過一臺(tái)三繞組變壓器和10.5kV電壓聯(lián)系，以提高可靠性。一臺(tái)600MW機(jī)組與變壓器構(gòu)成單元接線，直接將功率送到500kV電力系統(tǒng)。圖1 擬設(shè)計(jì)的火力發(fā)電廠

15、主接線方案I圖2 擬設(shè)計(jì)的火力發(fā)電廠主接線方案24 變壓器的選擇在發(fā)電廠中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器;用于兩種電壓等級(jí)之間交換功率的變壓器，稱為聯(lián)絡(luò)變壓器;只供本廠用電的變壓器，稱為廠用變壓器或自用變壓器。4.1 主變壓器本設(shè)計(jì)中有兩臺(tái)主變壓器，該兩臺(tái)主變壓器分別與兩臺(tái)600WM發(fā)電機(jī)組相連，并且都選用兩繞組變壓器。發(fā)電機(jī)與主變壓器采用單元接線，保證了發(fā)電機(jī)電壓出線的供電可靠，所以采用單元接線的主變壓器原則:單元接線的主變壓器容量應(yīng)按下列條件中的較大者選擇：(1)發(fā)電機(jī)的額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留有10%的裕度。(2)按發(fā)電機(jī)的最大連續(xù)容量，(制造廠家提供的數(shù)

16、據(jù))扣除一臺(tái)廠用變壓器的計(jì)算負(fù)荷和變壓器繞組平均溫升在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度或冷卻水溫度不超過65的條件選擇。該65是依據(jù)我國(guó)電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)，即在正常使用條件下，油浸變壓器在連續(xù)額定容量穩(wěn)態(tài)下的繞組平均溫度。兩臺(tái)雙繞組主變壓器容量確定公式為：220kV與500kV電壓等級(jí)系統(tǒng)的雙繞組主變壓器為SFP7-750000/220型表 1 SFP7-750000/220型參數(shù)型號(hào)SFP7-750000/220連接組別Ynd11額定容量(kVA)額定電壓(kV) 空載損耗(kW)短路損耗(kW)空載電流(%)阻抗電壓(%)高壓低壓750000220/2422706300.25144.2聯(lián)絡(luò)變壓器本設(shè)計(jì)中聯(lián)絡(luò)變壓器

17、只有一臺(tái)，連接10.5kV電壓母線與220kV電壓母線，且采用三繞組變壓器，聯(lián)絡(luò)變壓器的容量選擇應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)：(1) 聯(lián)絡(luò)變壓器的容量應(yīng)能滿足兩種電壓網(wǎng)絡(luò)在各種不同運(yùn)行方式下，網(wǎng)絡(luò)間的有功功率和無功功率交換。(2) 聯(lián)絡(luò)變壓器容量一般不小于接在兩種電壓母線上最大一臺(tái)機(jī)組的容量，以保證最大一臺(tái)機(jī)組故障或檢修時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)變壓器來滿足本側(cè)負(fù)荷的餓要求；與此同時(shí)，也可在線路故障或檢修時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)變壓器將剩余容量送入另一系統(tǒng)。三繞組聯(lián)絡(luò)變壓器容量確定公式為：三繞組聯(lián)絡(luò)變壓器為SFPS7-150000/220表 2 SFPS7-150000/220參數(shù)額定容量(kVA)連接組號(hào)額定電壓（kV）阻抗電壓(

18、%)150000YNyn0d11220±2x2.5%/121/15.75高-中24 高-低15中-低85 方案的經(jīng)濟(jì)比較采用最小費(fèi)用法對(duì)擬定的兩方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，兩種方案中的相同部分不參與比較計(jì)算，只對(duì)相異部分進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算內(nèi)容包括一次投資和年運(yùn)行費(fèi)用。兩個(gè)方案中相異的部分為220kV與500kV側(cè)的接線方式。5.1 一次投資計(jì)算查資料可知一個(gè)高壓斷路器約2萬元，高壓隔離開關(guān)1000元剩下的器件的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這兩種器件的價(jià)格，可忽略不計(jì)。方案一：主體設(shè)備的綜合投資為：；方案二： 主體設(shè)備的綜合投資為：；在一次費(fèi)用方面，方案二比方案一更少，所以比較以后在一次費(fèi)用方面方案一比較有優(yōu)勢(shì)。5.2 年運(yùn)行費(fèi)計(jì)算方案一：綜合總投資為：年損耗電能：取n=2,S=SN,T=6500h, ,;所以年運(yùn)行費(fèi)用為：方案二：綜合總投資為：年運(yùn)行費(fèi)用為：5.3 年費(fèi)用計(jì)算