1、發電廠電氣部分課程設計題目：300MW 火力發電廠電氣部分設計院系：工學院電氣與電子工程系專 業：電氣工程及其自動化班 級：姓 名：XXXXXXX學 號：XXXXXXXXXXXXX指導教師：XXXXXXXX二O五年六月發電廠電氣部分課程設計要求、基本情況課程名稱：發電廠電氣部分課程代碼：07130722設計周數：1周學分：1學分適用專業年級：二、進度安排本設計共安排1周，合計20學時，具體分配如下:實習動員及準備工作：2學時總體方案設計：4學時查閱資料，討論設計：4學時撰寫設計報告：8學時總結：2學時教師輔導：隨時三、基本要求1、課程設計的基本要求發電廠電氣部分課程設計是在學習完發電廠電氣部分

2、、電力系統分析、電力系統繼電保護課程之后，按照課程教學要求，對學生進行綜合性訓練的一個實踐教學環節。 主要是培養學生綜合運用理論知識的能力， 分析問題和解決問題的能力，以及根據實 際要求進行獨立設計的能力。其中理論設計包括總體方案選擇，負荷計算，電氣主接 線設計、高壓開關設備選擇等，課程設計的最后要求是寫出設計報告， 把設計內容進 行全面的總結。2、課程設計的教學要求課程設計的任務相對分散，每8名學生組成一個小組，完成一個課題的設計。小組成員既有分工、又要協作，同一小組的成員之間可以相互探討、協商，可以互相借 鑒或參考別人的設計方法和經驗。但每個學生必須單獨完成設計任務，要有完整的設 計資料，

3、獨立撰寫設計報告，設計報告雷同率超過50%的課程設計考核按不及格處理。四、設計題目及選題要求設計題目分為兩大類，一類是總降壓變電所設計；另一類是火力發電廠電氣部 分設計。選題要求： 采用指導教師制定設計題目和自主選擇方法，首先由教師指定設計 題目，如個人提出感興趣設計題目，經指導教師同意，也可以選用。（一）題目300MW火力發電廠電氣部分設計（二）原始資料1. 發電廠情況裝機容量共300MV （2 X 50MV+2 X 100MV ），發電機額定電壓10.5KV，cos © =0.85 ,cos ©=0.8。機組年利用小時數4800h，廠用電率7%,發電機主保護時間0.05

4、s， 后備保護時間3.9s，環境條件可不考慮。2. 接入電力系統情況10.5KV電壓等級最大負荷10MV，最小負荷8MV，cos ©=0.8，架空回路6回, 二級負通過發電機出口斷路器最大短路電流：i = 40.2 KA q = 38.6KA= 38.1KA剩余功率輸送入220KV電壓系統，架空線路4回，系統容量1800MV，通過并網斷路器最大短路電流：-1(三) 設計內容1發電機和主變壓器的選擇(1) 發電機型號、容量、臺數、參數的選擇(2 )主變壓器，廠用變壓器，啟動變壓器型號、容量、臺數、參數的選擇2電氣主接線設計(1 )電氣主接線方案比較(2) 電氣主接線方案確定，發電廠電氣

5、主接線圖3主要電器設備選擇(1 )斷路器的選擇(2)隔離開關的選擇4總結摘要火力發電在我國的起步較早，經過近幾十年的迅速發展，各項措施已得到了不斷 的完善，但我們仍然還能夠發現一些不足，如有關發電廠電氣部分設計的一些不合理 性、保護性措施的欠缺等。這些都需要我們通過設計出更加合理的方案來解決這些問 題。本文將針對某火力發電廠的設計來對這些問題進行探討，主要是對電氣方面進行 研究，期望提出更加合理的方案來完善現有設施。 首先將會對火力發電的有關內容做 一闡述，并對火力發電的現狀做一描述；隨后對火力發電廠的電氣主接線設計和防雷 Word資料保護的原理部分進行介紹， 最后將給出該火力發電廠的主接線的

6、設計和一些線路保護 保護的具體實現。在本次的設計中，我們根據所學理論課程，由電器主接線、主變壓器的選擇、廠 用電接線和其變壓器的選擇， 以及電器主要設備的選擇為方案， 設計出完整的火電廠 電氣部分內容， 我們列舉出符合條件的選擇內容， 然后擇優確定最后的方案， 最后完 成總體線路圖。關鍵詞 ：火力發電 電氣接線 電氣保護目錄第1章緒論1.1項目概況 1.2項目背景和建設意義錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。1.2.1 項目背景 I1.2.2 項目建設的必要性和投資意義 II1.2.3 項目建設的主要內容 II1.3 對原始資料的分析 II第 2 章 電氣接線設計 III2.1 電氣主接線方案

7、比較 IV2.2 電氣主接線方案確定 VI2.3 廠用電設計 VI第 3 章 發電機及變壓器的選擇 VIII3.1 發電機型號的選擇 VIII3.2 變壓器的選擇 IX3.2.1 主變壓器的選擇 IX3.2.2 廠用變壓器的選擇 X第 4 章主要電器設備的選擇 XII4.1 電器一次設備及其作用 XII4.2 電器二次設備及其作用 XII4.3 斷路器的選擇 XIII4.4 隔離開關的選擇 XIV結論 錯誤! 未定義書簽。參考文獻 XVII附錄 XVIII第1章緒論1.1 項目概況1875 年法國巴黎北火車站建成世界上第一座火電廠并開始發電，采用很小的直 流電機專供附近照明用電。美國、俄國、英

8、國也相繼建成小火電廠。 1886 年，美國 建成第一座交流發電廠。 1882 年，中國在上海建成一座裝有 1 臺 12KW 直流發電機 的火電廠，供電燈照明用。火力發電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣作為燃料生產電能的工廠，它 的基本生產過程是： 燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽， 將燃料的化學能轉變成熱能， 蒸汽壓力推動汽輪機旋轉， 熱能轉換成機械能， 然后汽輪機帶動發電機旋轉， 將機械 能轉變成電能。1.2 項目背景和建設意義1.2.1 項目背景 能源是我國國民經濟的基礎。煤、石油、天然氣、核能均可作為發電燃料，其中 應用最廣泛的是煤。 我國發電以燃煤為基礎， 以火電為主的基本格局， 在

9、短期內不會 改變。 我國煤炭資源豐富，而石油資源相對短缺，目前的一些燃油電廠已有不少改 為燃煤， 因此現在火力發電燃料主要是指煤。 電力燃料質量， 直接關系到火力發電廠 的成本及鍋爐機組的安全經濟運行。目前燃料費用約占電廠發電成本的70%左右，這就要求我們必須重視并切實加強燃料試驗工作， 并還要對火力發電廠的電氣部分進 行改進，使之能夠更好地為發電廠的各項工作服務，達到經濟、科學、穩定和安全的 相統一。電力工業在國民經濟起著重要的作用， 是關系著國計民生的基礎產業， 同時也是世界各國經濟發展戰略中的優先發展重點， 因此對發電廠電氣部分的研究和設計也 顯得尤為重要。1.2.2 項目建設的必要性和

10、投資意義火力發電由于起步較早， 到目前為止各項措施已取得了不斷的完善和發展， 其電 氣部分也得到很大的進展， 但仍然存在一些不足期待改進。 這就要求我們改善這些不 良方面，最大限度的發揮經濟效益，并減少事故的發生。火力發電廠簡稱火電廠， 是利用煤、 石油、天然氣等燃料的化學能產生出電能 的工廠。按其功用可分為兩類，即凝汽式電廠和熱電廠。前者僅向用戶供應電能，而 熱電廠除供給用戶電能外， 還向熱用戶供應蒸汽和熱水， 即所謂的“熱電聯合生產” 。 目前采用最廣泛的發電形式是利用煤的燃燒來獲得電能， 而我國煤的儲量也是相當豐 富的，因此本課題的提出具有很大的現實意義， 如何設計好火電廠的電氣主接線及

11、各 項保護性措施，就顯得尤為重要。1.2.3 項目建設的主要內容 通過對火力發電有關文獻的參考，明白我國火力發電的現狀及未來的發展趨勢。 研究火力發電的工作過程， 了解火力發電系統的組成、 工作過程及工作原理。 通過閱 讀有關火力發電廠的主接線圖及相關介紹， 明確主接線的設計規則和防雷保護的具體 實現。1.3 對原始資料的分析（1）裝機四臺，容量 2 x 100MW ，2x50MW, 發電機額定電壓 10.5KV ，功率因數分別為cos ©=0.85 , cos ©=0.8，機組年利用小時數4800h，廠用電率7%,發電機主保護時間0.05s，后備保護時間3.9s，環境條件

12、可不考慮。發電廠除廠用電外，Word 資料全部送入220KV電力系統，架空線路4回，系統容量4000MW(2) 10.5KV電壓等級最大負荷10MW，最小負荷8MW , cos ©=0.8，架空線 路6回，二級負荷。通過發電機出口斷路器的最大短路電流： f 二 40.2KA = 38.6KA= 38.1KA(3) 剩余功率送入220KV電力系統，架空線路4回，系統容量1800MW，通過并網斷路器的最大短路電流：-第2章 電氣接線設計電氣主接線是發電廠、變電站電氣設計的首要部分，也是構成電力系統的主要環 節。對電氣主接線的基本要求大致可以包括可靠性、靈活性和經濟性三方面。電氣主接線是由

13、電氣設備通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流、高電壓的網絡，故又稱為一次接線或電氣主系統。主接線電路圖的定義是：用規定的電氣設備圖形符號和文字符號并按規定順序排列，詳細的表示電氣設備或成套裝置的全部基本組成和連接關系的單線接線圖。主 接線代表了發電廠或變電站電氣部分的主體結構， 使電力系統網絡結構的主要組成部 分，直接影響運行的可靠性、靈活性并對電氣選擇、配電裝置布置、繼電保護、自動 裝置和控制方式的擬定都有決定性的關系。 電器主接線設計的基本要求， 概括的說包 括可靠性、靈活性、經濟性三方面。（1）可靠性：安全可靠是電力生產的首要任務，保證供電可靠是電氣主接線最

14、基本要求。停電不僅使發電廠造成損失，而且對國民經濟各部門帶來的損失將更加 嚴重，在經濟發達地區，故障停電的經濟損失是實時電價的數十倍，乃至上百倍， 至于導致人身傷亡、設備損壞、產品報銷、城市生活混論等經濟損失和社會影響更 是難以估量。因此，主接線的接線形式必須保證供電可靠。（2）靈活性：操作的方便性。電氣主接線的基本要求條件下，接線簡單，操作 方便，盡可能的使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不至于在操作過程中出差錯。 跳讀的方便性。要在發生事故的時候，要能盡快的切出故障，使停電時間最短，影 響范圍最小，不致過多的影響對用戶的供電和破壞系統的穩定運行。擴建的方便性。 設計時不僅要考慮最終接線的實

15、現，還要考慮到從初期接線過度到最終接線的可能 和分階段施工的可行方案，使其盡可能的不影響連續供電或在停電時間最短的情況 下，將來可順利完成過渡方案的實施，使改造工作量最少。（3）經濟性：節省一次投資。主接線應簡單清晰，并要適當采用限制短路電流 的措施，以節省開關電器數量、選用廉價的電器或情形電器，以便降低投資。2.1 電氣主接線方案比較我們擬定三種方案：（1）10kV 時出線為 6回，鑒于出線回路多，且發電機單機容量最小為 50MW ， 遠大于有關設計規程對選用單母線分段接線不得超過 24MW 的規定，應確定為雙母線分段接線形式，兩臺50MW機組分別接在兩段母線上，剩余功率通過主變壓器送往咼一

16、級電壓110kV。如圖2.1所示圖2.1雙母線分段接線Word資料(2) 采用雙母線接線形式，發電機與雙繞組變壓器也構成單元接線形式，廠用高壓電源從每臺發電機出口引出，220KV電壓級配電裝置采用雙母線接線，4回出線接在母線上。如圖2.2所示£110圖2.2雙母線接線2*1 OOMW(3) 雙母線待旁路母線接線，在此方案中，此方案中，220配電裝置采用雙母線帶旁路接線形式，安全性高。如圖：2.3所示。11A'T I1 p:d1+ Tir3L圖2.3雙母線帶旁路接線2.2電氣主接線方案確定本次設計主要考慮主接線的可靠性、 經濟性，通過綜合比較，現確定方案三為課 程設計的最終方案

17、。兩方案中的相同部分不參與比較計算， 只對在所實現的目的要求 相差不大的情況下相異部分進行計算，很容易知道當采用雙母線的時候倒閘操作時接 線比較復雜易發生誤操作，安全性不高，這在穩定的可靠性，及經濟上都是不具有優 勢的，綜合技術上的要求，我們采用方案三作為主接線形式。主接線圖在附錄。2.3廠用電設計廠用電接線的設計應按照運行、 檢修和施工的要求，考慮全廠發展規劃，積極慎重地采用成熟的新技術和新設備，使設計達到經濟合理、技術先進、保證機組安全、 經濟地運行2。廠用電接線應滿足如下要求：各機組的廠用電系統應該是獨立的； 全廠性公用負 荷應分散接入不同機組的廠用母線或公用負荷母線；在廠用電接線中不應

18、存在可能導 致切斷多于有一個單元機組的故障點， 更不應存在導致全廠停電的可能性，應盡量縮小故障影響范圍；充分考慮發電廠正常、事故、檢修、啟動等運行方式下的供電要求， 盡可能地使切換操作簡便，啟動（備用）電源能在短時內投入；充分考慮電廠分期建 設和連續施工過程中廠用電系統的運行方式，特別要注意對公用負荷供電的影響，要便于過渡、盡量減少改變接線和更換設置。廠用電接線的設計原則與主接線的設計原則基本相同，主要有：廠用電接線應保證對廠用負荷可靠和連續供電，使發電廠主機安全運轉；接線應能靈活地適應正 常、事故、檢修等各種運行方式的要求；廠用電源的對應供電性，本機、爐的廠用 負荷由本機組供電，這樣，當廠用

19、電系統發生故障時，只影響一臺發電機組的運行， 縮小故障范圍，接線也簡單；設計時還應適當注意其經濟性和發展的可能性并積極 慎重地采用新技術、新設備、使廠用電接線具有可行性和先進性； 在設計廠用電接 線時，還應對廠用電的電壓等級、中性點接地方式、廠用電源及其引接和廠用電接線 形式等問題進行分析和論證。圖2.4無公用負荷母線接線第三章發電機及變壓器的選擇3.1發電機型號的選擇根據要求選用的發電機容量為 300MW，選擇發出的電壓為10.5KV，我們分別選用2個50MV和2個100MV的發電機，發電機參數如下:表3.1 發電機主要技術參數型號額定功率額定電額定電功率轉速同步電瞬變電超瞬變（MW）壓流因

20、數（r/mi n ）抗抗電抗（KV）（A）cosXd1XdIIXd（%）（%）（%）QFN-100-210010.564750.853000188.5919.6518.3QFQ-50-25010.555230.83000166.2117.4112.4裝機容量：裝機容量：2 x 100MW ； 2 x 50MW 臺數：4臺年利用小時數：4800h/年3.2變壓器的選擇321 主變壓器的選擇（1）額定電壓：廠用變壓器的額定電壓應根據廠用電系統的電壓等級和電源引 線處的電壓確定，變壓器的一二次額定電壓必須與引接電源電壓和廠用網絡相一致。（2）單元接線的主變壓器容量的確定原則：單元接線時主變壓器應按發

21、電機的 額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有 10%的裕度來確定。采用擴大單元接線時， 應盡可能采用分裂繞組變壓器，其容量亦應按單元接線的計算原則算出的兩臺機容量 之和來確定。（3）變壓器臺數的確定原則：通常與系統具有強聯系的大、中型發電廠和重要 變電所，在一種電壓等級下，主變壓器應不少于 2臺。考慮到本電廠有2臺300MW 發電機，且電廠和系統有較強聯系，故 220KV電壓等級接兩臺主變壓器。（4）主變壓氣的選擇原則：a.相數：容量為300MW及以下機組單元連接的主 變壓器和330KV及以下的電力系統中，一般都選用三相變壓器。因為單相變壓器組 相對投資大、占地多、運行損耗也比較大，同時配電裝

22、置結構復雜，也增加了維修工 作量。b.繞組與結構：發電廠以兩種升高電壓級向用戶供電或與系統連接時，可以采用2臺雙繞組變壓器或三繞組變壓器。c.繞組聯結組號：變壓器三相繞組的聯結組號 必須和系統電壓相位一致，否則不能并列運行。主變壓器選擇220k雙繞組變壓器，其主要技術參數如下：表3.2220kV雙繞組變壓器技術參數型號額定容量 額定電壓連接組損耗（KW）空載阻抗電總重（KVA）（ KV）電流 壓（t）高低壓(%)(%)壓載 路SFP7-150000/22015000010.5 YNdl 28110200.713.611913.2.2 廠用變壓器的選擇(1) 火電廠主要常用電負荷：火電廠的廠用電

23、負荷包括全廠機、爐、電、燃運 等的用電設備，面廣量大，且隨各電廠機爐類型、容量、燃料種類、供水條件等而差 異較大1。例如：高溫高壓電廠比同容量的中溫中壓電廠的給水泵容量大；大容量機組的輔助設備比中、小型機組要多且功率大；開式循環冷卻方式比閉式冷卻方式的 耗電量要小；各種燃料的發熱量不同，需要的風量不同，風機容量也不同，同時除塵 設備也不盡一樣；若電廠采用汽動給水泵則可大大減少廠用變壓器容量等。一般廠用變壓器連接在廠用母線段上，而用電設備由母線引接3 O(2) 額定電壓：廠用變壓器的額定電壓應根據廠用電系統的電壓等級和電源引 接處的電壓確定，變壓器一、二次額定電壓必須與引接電源電壓和廠用網絡電壓

24、相一 致9 O(3) 工作變壓器的臺數和形式：高壓繞組S,NSC Sr低壓繞組 S2N SC SC 1.1ShSl式中：S1n為廠用變壓器高壓繞組額定容量(kV.A ) ； S2N為廠用 變壓器分裂繞組額定容量(kV.A) ； SC為廠用變壓器分裂繞組計算負荷(kV.A ) ； Sr分裂繞組兩分支重復計算負荷(kV.A ) o預留10%的裕度選擇：Sn1.1Png(1 Kp) COSPng -發電機容量Kp-廠用電Kp 6.5%cos g-發電機的額定功率（4）廠用變壓器的容量：廠用變壓器的容量必須滿足廠用電負荷從電源獲得足夠的功率。因此，對廠用高壓工作變壓器的容量應按常用高壓計算負荷的110

25、%左右的裕度9。（5）廠用變壓器的阻抗：變壓器的阻抗是廠用變壓器的一項重要指標。廠用工作變壓器的阻抗要求比一般動力變壓器的阻抗大，這是因為要限制變壓器低壓側的短路容量，否則將影響到開關設備的選擇，一般要求阻抗應大于10%。廠用工作變壓 器如果選用分裂繞組變壓器，則能在一定程度上緩解上述矛盾，因為分裂繞組變壓器 在正常工作時具有較小阻抗，而分裂繞組出口短路時則具有較大的阻抗。根據以上的原則，本次設計所選用的如下表所示：表3.3分裂繞組變壓器技術參數型號額定容量比高壓低壓連接組空載短路損空載電阻抗電容量（%）（KV）(KV損耗耗流（%）壓（%）（KA）（K（KW）高低W）SFF7-4040000/

26、2200020 22.55.3-3Dyn 1-31.118/4.30.236.79000/200%yn1Word資料第 4 章 主要電器設備的選擇在發電廠和變電所中， 根據電能生產、 轉換和分配等各環節和需要， 配置了各種 電氣設備。 根據它們在運行中所起的作用不同， 通常將它們分為電氣一次設備和電氣 二次設備。4.1 電器一次設備及其作用直接參與生產、 變換、傳輸、分配和消耗電能的設備稱為電氣一次設備， 主要有：(1) 進行電能生產和變換設備，如發電機、電動機、變壓器等。(2) 接通、斷開電路和開關電器，如斷路器、隔離開關、自動空氣開關、接觸器、 熔斷器等。(3) 限制過電流或過電壓的設備，

27、如限流電抗器、避雷器等。(4) 將電路中的電壓和電流降低，供測量儀表和繼電保護裝置使用的變換設備， 如電壓互感器、電流互感器。(5) 載流導體及其絕緣設備，如母線、電力電纜、絕緣子、穿墻套管等。(6) 為電氣設備正常運行及人員、設備安全而采取的相應措施，如接地裝置等。4.2 電器二次設備及其作用為了保證電氣一次設備的正常運行，對其運行狀態進行測量、監視、控制、調 節、保護等的設備稱為電氣二次設備，主要有 7 ：(1) 各種測量表計，如電流表、電壓表、有功功率表、無功功率表、功率因數表(2) 各種繼電保護及自動裝置。(3) 直流電源設備，如蓄電池、浮充電裝置等。4.3斷路器的選擇(1 )所選斷路

28、器的額定電壓應大于或等于安裝處電網的額定電壓。即：Un >Ug(2) 斷路器經校正后的額定電流不小于通過斷路器的最大持續工作電流。短路熱穩定計算時間為：tk tpr2 tin ta 3.9 0.03 0.03 3.96s倒閘時由于，不計較非周期熱效應。短路電流的熱效應qk等于周期分量熱效應Qp，即(3) 校驗斷Tk> 1s路器的斷流能力。為使斷路器安全可靠地切斷短路電流，應滿足下列條件：I br I kt(kA)式中I br 斷路器的額定開斷電流，kA ；Ikt 剛分電流(斷路器觸頭剛分瞬間的短路全電流有效值)，kA。為了計算Ikt，需首先確定短路切斷計算時間，即從短路發生瞬間起到

29、斷路器觸頭剛分開瞬間為止的一段時間。設這段時間為h，它可由下式計算，即：t1 tp tg(s)式中tp 繼電保護(主保護)動作時間，s。tg 斷路器固有分閘時間，S,型號初定后可從有關手冊查到。/L ”主剛分電流Ikt可按下式計算出：Ikt '.I： C-2leTa)2式中I pt 觸頭分開瞬間實際通過斷路器的短路周期電流的有效值(可由運算曲線查得)，kA ;Ta 非周期電流衰減時間常數當ti >0.1s時，非周期電流的相對值實際上已衰減到 20%以下，對Ikt的影響(小 于2%)可以忽略不計。此時可采用剛分瞬間的周期電流 Ipt 對斷路器進行校核。考慮 到斷路器的安全，周期電流

30、的數值通常取其短路初瞬的有效值 I " ，這樣校核條件即 變為 Ibr I "。額定電所以我們選擇的型號為 SW7-220/1500額定電壓： 220K V開斷容量： 6000額定電流： 1500A額定開斷電流： 21KA額定關合電流： 100KA動穩定電流： 100KA熱穩定電流 :21KA(4S)固有分閘時間： 0.04 S合閘時間： 0.15 S全開斷時間： 0.05 S4.4 隔離開關的選擇( 1 )隔離開關的額定電壓應大于裝設所處電路所在的電網的額定電壓。(2)隔離開關經校正后的額定電流應大于裝設電路的最大持續工作電流。( 3)動穩定校驗應滿足的條件( 4)熱穩定校驗應滿足的條件( 5 )隔離開關一般選用手動操作機構通過上面的計算，選擇型號為 GW4-220 ( D)的隔離開關，可以查表得到隔離開關的有關參數：型號： GW4-220 ( D)額定電壓： 220KV額定電流： 1000A動穩態電流 :80KA熱穩態電流 23.7KA(4S)Word資料結論本次設計到此就畫上了句號。此次設計中，在老師的指導下， 我對發電廠所學的知識有了深刻的理解。又學到了