电气工程课程设计——火电厂电气部分设计.pdf

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电气工程课程设计,火电厂电气部分设计,包含主接线设计,部分厂用电设计
第一章任务书部分 1.1设计的内容和要求 1.1.1设计目标和意义 综合运用所学基础理论知识和专业知识,进行负荷计算、电冈规划、电气主接线设计、潮流计算、短路电流计 算、导体和设备选择等 在综合实践中,进一步巩固和融合学生电力系统方面的知识:锻炼学生独立分析问趣的能力;掌握电力系统 的分析过程,提高电勹系统实际问题的处理能丿;增强作为现代电气工程师应具备的基本技能,为今后实践工作 打下基础。 1.1.2设计内容和要求 1.根据所提供数据,选定发电札,电气主接线和变压器等 2.定无功平衡方案 3.拟定地区电网接线方案进行经济性比较。 4.渤流计算和短路电流计算。 5.设备选择并校验。 6.绘图 1.1.3原始资料(工程项日情况) 1.电源情况 某市拟建一座火电厂,容量为2×50+125W,Tmax=6500h.该厂部分容量的30%供给本市负荷:10kV负荷16MW 35kV负荷26NW,其余容量都汇入地区电网,供给地区负荷。同时,地区电网又与大系统相连 地区原有水电厂一座,容量为2×60MW,Tmax=4000,没有本地负荷,全部供给汇入地区电网。 地区电网选用110kV,大系统处110kV断路器开断容量为3500MVA。 2.负荷情况 地区电网有两个大型变电所 A变电所负荷为5030VA,Tmax=5000。B变电所负荷为60j40MA,Tmax=5800h (均有一、二类负荷,约占66%,最小负荷可取60%) 象数据 本地区年平均气温15℃,最热月平 均最高气温28C。 4地理位置数据 见图所示(单位:km) 5电气1503位置数据 (1)大系统 95 (2)水电 (3)新建火电厂 100 (4)A变电所 (5)B变电所 共39页 6.设计内容 (1)根据所提供的数据选定火电厂的发电机型号、参数、确定火电厂的电气主接线和升压变压器台数,型号,容 量,参数。 (2)制定无功平衡方案,决定各节点补偿容量。(无功补偿到0.9以上) (3)拟定地区电网接线方案,可初定出两个比较合理的方案参加经济比较。 (4)通过潮流计算选出各输电线的截面,计算导线的网损和电压降落。 (5)经过经济比较,选定一个最优方案。(抵偿年限法) (6)对火电厂内高、中、低三个电压等级母线进行短路电流计算。 (7)选择火电厂电气主接线中的主要设各,进行校验。 1.2报告内容与要求 完整的设计计算说明书一份,要求有方案分析(电网规划方案,发电厂主接线方案,从可靠性和经济性两方面分 析对比),潮流计算(可借助潮流计算程序实现,无需计算过程,只要计算结果),短路计算(等值电路图,各短路 点短路电流)等。计算书部分要求端正、清洁、完整、层次清晰,统一纸张并装订成册。 2.装订顺序:任务书、报告封面、目录、报告止文、总结、参考文献等内容。 3.地区电网最大负荷潮流分布图一张,新建火电厂电气主接线图一张 1.3时间安排 9月3日-9月4日:负荷分析,电网接线方案设计 9月5日-9月6日:潮流计算和确定规划方案 9月7日:电厂主接线方案设计 9月10囗-9月11口:短路电流计算和设备选型 9月12日-9月14日:绘图,撰写报告 1.4参考文献 不少于8篇,文献格式符合规范 2共39页 第二章新建火电厂发电机、主变压器及电气主接线的确定 2.1发电厂发电机的选择 2.1.1火电厂发电机的选型 根据原始资料分析,新建火电厂容量为2×50+125MW,选择50MW机组QFQ50-2两台,125W机组QFS-125-2一台 2.1.2火电厂发电机型号含义 1.50W机组两台:QFQ50-2 型号含义:(1)2——2级;(2)50——额定容量;(3)QF—一汽轮发电机;(4)Q—氢外冷 2.125W机组一台:Qs-1252 型号含义:(1)2——2级;(2)125——额定容量;(3)QF—一汽轮发电机;(4)S—一水内冷 2.1.3火电厂汽轮发电机主要参数 型号额定容量(W)额定电压(kV)额定电流(A)功率因数osg次暂态电抗」台数 QFQ-50-2 50 10.5 3440 0.8 0.124 2 0FS12521251.:861500.850.18 2.1.4水电厂发电机的选型 根据原始资料分析,水电厂容量为2×60Mw,拟选用型号为SF60-90/9000轮发电机两台。 21.5水电厂发电机型号含义 (1)SF—一立式水轮发电机 (2)60——额定容量60MW: (3)90——磁极对数 (4)900——机座外径9000m 2.1.6水电厂水轮发电机主要参数 。型号。额定容量(MW)额定电压(kY)额定电流(A)功率因数oqp次暂态电抗台数 SF60-90/9000 0 2950 0.85 0.27 2.2发电厂变压器的选择 22.1火电厂变压器容量计算及变压器选型 1.变压器容量的确定条件 单元接线的主变压器容量要留有10%的裕度。 连接在发电机电压母线与系统间的主变压器容量,应按下列条件计算 (1)当发电机电压母线上负荷最小时,能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统,但不考虑稀有的 最小负荷情况。 (2)当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时,能由系统供给发电机电压的最大负荷。在电厂分期建设过程 中,在事故断开最大一台发电机组的情况下,通过变压器向系统取得电能时,可以考虑变压器的允许过负荷能力 和限制非重要负荷。 (3)根据系统经济运行的要求,而限制木厂的输出功率时能供给发电札电压的最大负荷。 (1)按上述条件计算时,应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别注意发电厂初期运行时当发电机电压母 线负荷不大时,能将发电机电压母线上的剩余容量送入系统。 (5)发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对装设两台变压器的发电,当其中一台主变退出运行 时,另一台变压器应承担70%的容量。 2.变压器容量的计算过程 (1)125W发电机采用双绕组变压器直接升压至110kV,取5%厂用电,并留有10%裕度。 由 SN≈1.1 Rc-—发电机谷量,M;cosq-—发电机额定功率因数;K,—厂用电率 3共39页 得到: N≈11×Ncx(1-Kp)=11 125×(1-5%) 085 15368(MVA) 选用输出采用容量为16000k4的双绕组变压器,变比为13.8/121,型号为SFP7-160000/110。 变压器型号含义 SFP—一三相风冷式强迫油循环; 7——设计序号; 600—额定容量(kVA) 110——高压绕组电压等级(kV) (2)10kV母线上有16MVA供本市负荷,同时厂用电取5%,则两台升压变压器的输出总功率为 Pz=50×2×(1-5%-16=79(MW) 两台50W的发电机剩余容量用两台变压器输出,两台变压器互为备用,当一台故障或检修试,另一台可承 担70%的负荷,故每台的容量为: Pz×70%79×0.7 0.8 6913(MVA) Cospp 选用两台容量为75000kVA的三绕组变压器,变比为10.5/38.5/121,型号为SFPs77-750/110 型号的含义 SFPS——三柑风冷式强迫油循环三绕组;2—有载调压; 7一一设计序号 75000——额定容量(kVA) 110——高压绕组电压等级(kV) (3)变压器主要参数 阻抗电压(% 名称 额定容量额定电压(kV) 高中低高中「高低中低 台数 绕组变压器F777000 75000 121 2 双绕组变压器 SFP7-160000/110 160000 121 2.2.2水电厂变压器容量计算及变压器选型 (1)水电厂的容量为2×60MW,没有本地负载,取厂用电率为1%,贝 N≈11×N×(1-KP) 60×(1-1%) 1.1× 7687(MVA) CoSt 0.85 根据计算选用容量为90000XVA的双绕组变压器的输出,变比为13.8/121,型号为:SFP7-90000/110。 变压器型号含义:SFP—一三柑风冷式强迫油循环; 7——设计序号; 90000—额定容量(kVA); 110——高压绕组电压等级(kV) (3)变压器主要参数 额定容量额定电压(kV) 名称 型号 (kvA) 阻抗电压(%) 台数 高中低 双绕纠变压器F9000 90000 121 10.5 2.3火电厂主接线设计 电气主接线是发电厂、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、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关,并且对电气设各选择、配电装置布置、 继电保护和控制方式的拟定有较大影响。 2.3.1电气主接线设计的基本要求 电气主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 1.可靠性 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。主接线可靠性的具体要求 (1)断路器检修时,不宜影响对系统的供电。 2)断路器或母线故障以及母线检修时,尽量减少停运的回路数和停运时间,并要保证对一级负荷及全部或大部 分二级负荷的供电 (3)尽量避免发电厂、变电所停运的可能性。 (4)大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求 4共39页 2.灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性 (1)调度时,应可以灵活地投入和切除发电机、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 修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。 (2)检修时,可以方便地停运断路器、丹线及其继电保护设各,进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户 的供电。 3)扩建时,可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,投入新装机 组、变压器或线路而不互相扰,并且对一次和二次部分的改建工作量最少。 3.经济性 主接线在满烂可靠性、灭活性婓求的前提下做到经济合理。 (1)投资省。 a.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,避雷器等一次设备。 b.要能使继电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设各和控制电缆。 C.要能限制短路电流,以便于选择价廉的电气设各或轻型电器。 d如能满足系统安全运行及继电保护要求,110KV及以卜终端可采用简易电器。 (2)占地面积小 主接线设计要为配电装置创造条件,尽量使占地面积减少。 (3)电能损失少 经济合理地选择辶变压器的种类、容量、数量,要避兔因两次变压而增加电能损失,此外在系统规划设计中,要 避免建立复杂的操作枢纽,为简化主接线,发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种 232电气主接线设计程序 1.原始资料分析 (1)工程情况 (2)电力系统情况 (3)负荷情况 (4)环境条件 (5)设备供货情况 2.主接线方案的拟定与选择 棖据改计任务书的要求,在原始资料分析的基础上,根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、变 压器容量以及母线结构等的不同考虑,可拟定出若干个主接线方案(本期和远期)。依据对主接式的基本要求, 从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案,最终保留2^3个技术上相当、又都能满足任务书要求的方案,再进 行经济比较。对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线,还应进行可靠性定量分析计算比较、 最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。 3短电流计算和主要电气设备选择 按不同电压等级各类电气设备选择与校验的要求,确定电气主接线的各短路计算点,进行短路电流计算,并 合理选择电气设备。 4.绘制电气主接线图 将最终确定的电气主接线按工程要求绘制施工图。 5编制工程概算 共39页 233火电厂主接线的两种方案 方案一: (1)10kV电压等级的方案选择: 2台50Mw汽轮发电机先直接送至10kV低压侧母线,并且也是厂用电母线。10kV电压等级的电压馈线数目是2 回,所以10kV电压等级的接线选择单丹线接线形式。由于单母线接线木身的简单、经济、方便等基木优点,采用 设备少、投瓷省、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备装置,所以10kV电压等级的接线形式选择为单母线接 线。单母线接线的缺点是可靠性差,母线或母线隔离开关检修或故障时,所有回路都要停止运行,还有调度不方 便,电源只能并列运行,短路时有较大的短路电流。 (2)35kV电压等级的方案选择: 由10kV低压侧母线经三绕组变压器升压后,汇入35kV母线。35kV电压等级的电压馈线数目是2回,所以35kV电 压等级的接线形式可以选择单母线分段接线形式。由于单母线接线分段本身的简单、经济、方便等基本优点, 用设各相对比单母线接线多一些,但供电可靠性更高,检修时不至于停电,所以35kV电压等级的接线形式选择为 单母线分段接线。 (3)110kV电压等级的方案选择 1台125NW汽轮发电机直接通过双绕组变压器采用单元接线的方式连接到110kV高压侧,两台三绕组变压器的 110kV高压侧也接入110kV母线。110kV电压等级的电压馈线数目是4回,所以在本方案中的选择接线形式是单母线 分段接线。单母线分段接线的优点是母线经断路器分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两个电源 供电;且一段母线放障(或检修〕时,仅停枚障(戌检修)段工作,非故障段仍可继续工作。但投资相对单母线 接线较多,可靠性不如双母线接线。 35kV 110kV 110kV QFS-125-2发电机 10kV 方案一发电厂主接线简图 两台QFQ-50-2型发电机 6共39页 方案二 (1)10kV电压等级的方案选择(与方案·相同): 2台50MW汽轮发电机先直接送至10kV低压侧母线,并且也是厂用电母线。10kV电压等级的电压馈线数目是2 回,所以10kV电压等级的接线形式可以选择单母线接线形式。由于单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优 点,采用设备少、投资省、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备装置,所以10kV电压等级的接线形式选择为 单母线接线。单母线接线的缺点是可靠性差,母线或母线隔离开关枍修或故障时,所有回跤都要停止运行,还有 调度不方便,电源只能并列运行,短路时有较大的短路电流 (2)35k电压等级的方案选择(与方案一相同): 由10kV低压侧母线经三绕组变压器升压后,汇入35kV母线。35kV电压等级的电压馈线数目是2回,所以35kV电 压等级的接线形式可以选择单母线分段接线形式。由于单母线接线分段本身的简单、经济、方便等基本优点,采 用设各相对比单母线接线多一些,但供电可靠性更高,检修时不至于停电,所以35kV电压等级的接线形式选择为 单母线分段接线。 (3)110kV电压等级的方案选择: 1台125M汽轮发电机直接通过双绕组变压器采用单元接线的方式连接到110kV高压侧,两台三绕组变压器的 110kV高压侧也接入110kV母线。110kV电压等级的电压馈线数目是4回,所以在本方案中的可选择的接线形式是双 母线接线形式。由于双母线接线的可靠性和灵活性高,它可以轮流检修线,而不中断对用户的供电;当检修仼 意回路的母线隔离开关时,只需断开该回跻;工作母线障时,可将全部回路转移到备用母线上,从而使用户迅 速恢复供电;可用母联断路器代替仼意回路需要检修的断路器,在科情况下,只需短时停电;在个别回路需要单 独进行试验时,可将该回路分离出来,并单独接全备用母线上。双母线接线形式止好克服了单母线分段接线形式 的缺点,所以在大、中型发电厂中这利接线形式被广泛应用。缺点是接线复杂,并增加了投资。 110kV双母线 35kV (Q( QFS-125-2发电机 10k∨ 方案二发电厂主接线简图 两台QFQ502型发电机 7共39页 2.34火电厂主接线方式的确定(选择方案二) 设计发电厂的电气主接线吋,首先应按技术要求确定可能选用的方案。当有多个方案在技术上相当时,则需 进行经济比较。技术上可行方案的选择设计发电厂主接线时在技术上应考虑的主要问题是 (1)保证仝全系统运行的稳定性,不应让厂、站内的故璋造成系统的瓦解 (2)保证负荷、特别是重要负荷供电的可靠性及电能质量; (3)冬设备、特别要注意高、中压联络变压器的过载是否在允许范围内 在方案一和方案二比较中,都是将125W发电机直接试用单元接线接入110k母线,将功率全部送入10kV电压 等级,由丁发电机变压器接线方式单元性强,可在杋组单元控制室集中控制,不设內控室,使运行管理较灵活方 便。35kV和10kV电压等级为本地负荷,可以考虑短暂停电,在50MW发生故障退出运行时,125M机组也能供给 110kV变电所1用电。所以,在10kV上选择单母线接线,在35kV上选择单母线分段形式。在上述两种方案中,他们 在技术上都是有显著差异的,在不同的技术等级中,都有差异。单母线分段在投资上是比双母线接线的投入要小 的,而双母线接线的可靠性又匕单母线分段接线的可靠性高。根据设计任务书中的要求,在110kV电压等级上的出 线有一、二类负荷,约占66%,这类负荷不允许停电,否则会造成人身危险以及设备的破坏,也会给国民经济带来 巨大的损失或造成政治影响。综合考虑,则选择双母线接线形式。通过对两种方案的比较,并且连同电气主接线 的设计原则即可靠性、经济性和灵活性的综合考虑,最后选择出的是方案。 第三章地区电网规划方案 3.1新建火电厂原始资料分析 3.1.1电源情况 某市拟建一座火电厂,容量为2×50+125MW,Tmax=6500h.该厂部分容量的30%供给本市负荷:10kV负荷16W; 5kV负何26M,其余容量都汇入地区电网,供给地区负荷。同时,地区电网又与大系统相连。 地区原有水电厂一座,容量为2×60wW, Tmax=1000h,没有本地负荷,全部供给汇入地区电网。 地区电网选用10kV,大系统处1l0kV断路器开断容量为3500MVA 3.1.2负荷情况 地区电网有两个大型变电所 A变电所负荷为50j30MNA,Tmax=5000h B变电所负荷为60-j0VA,Tmax=5800h (均有一、二类负荷,约占66%,最小负荷可取60%) 3.1.3气象数据 本地区年平均气温15℃,最热月平均最高气温28°C 3.2地区电网接线方案的拟定 根据地理位置,可以拟定出多个圯区电网方案。根据就近送点、安全可靠、电源不要窝电等原则,初步选出 两个比较合理的方案,进行详细的技术经济比较。 方案一:如图3.1所示,火电丿以双回线分别送电给B变电所和大系统;水电)以双回线送电给A变电所,以 单回线送电给大系统,所有线路线路均选用110kV,形成干线式网络。 方案二:如图3.2所示,火电厂以双回线分别送电给B变电所和大系统,水电厂则以单回线分别送电给A变电 所和大系统,同时B变电所以单回线送电给A变电所,形成仝环网,所有线路均选用110kV,形成仝环网。 大系统 大系统 水电厂 100hm 水电厂 新建火电厂 新建火电厂 B变电所A变电所 变电所A变电所 图3.1电网规划方案一接线图 图3.2电网规划方案二接线图 8共39页

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