4x200MW大型火电厂设计 毕业设计.doc

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1、 第 页 摘要：发电厂是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济。 其中火力发电厂更是占据着非常重要的地位，是电力发展的主力军。 本次毕业设计严格遵循火力发电厂的设计规范，通过对电气主接线的设计、厂用 电的设计、短路电流的计算、电气设备的选择和校验以及配电装置、防雷装置的设置， 简要完成了对所给 4200MW 火力发电厂电气一次部分的设计。本次设计中将四台发 电机全部升压接入 220kV 电网，简化了电网结构及电气主接线，省去了升高电压级之 间的联络变压器，降低了变压器损耗。在电气设备选择方面尽量选取占地面积小的电 气设备，节约土地资源。 关键词：火力发电厂，电气主接线，电气

2、设备 Abstract Power plants play an important role in power system for the directly influence on the security and economy of the whole power system. Including coal-fired power plants occupies the key position, it is the main force in power development. The graduation design strictly followed the standa

3、rd of the coal-fired power plant design. Through the design of the main electrical connection, the calculation of short-circuit current, the selection and calibration of electrical equipments and the design of distribution device, lightning protection equipment, completing the electrical design of t

4、he 4 x 200MW coal-fired power plant. This design send all electrical energy to 220kV power grids, simplified the structure of power grids, saving the contacting transformer between the rising level of voltage and reducing the loss of transformer. In electrical equipment selection，try to select area

5、small electrical equipment as far as possible to save the source of land. Key words: coal-fired power plants, the main electrical connection, electrical equipment 第 页 目录 1 绪论 .5 1.1 发电厂概述 5 1.2 毕业设计的主要内容、技术指标 5 2 电气主接线设计 .6 2.1 概述 6 2.1.1 电气主接线基本要求 6 2.1.1 220kv 电压等级常用主接线 6 2.2 拟定主接线方案 7 2.2.1 方案一 7

6、 2.2.1 方案二 7 2.2.3 方案比较 7 2.3 发电机型号选择 8 2.4 变压器选择 9 3 设计标幺值的计算及短路电流计算 .10 3.1 设计的基本内容与要求 10 3.2 系统的参数以及待设的火电厂主要电气元件的参数 11 3.2.1 系统的参数 .11 3.2.2 设计的火电厂主要电气元件参数 .12 3.3 短路电流的计算 13 3.3.1 f1 点短路（看电厂内部） 14 3.3.2 f2 点短路（看整个系统） 16 3.3.3 发电机母线短路（f2 点短路看电厂） 22 3.3.4 f3 点短路（矿区母线短路） 24 3.3.4 f4 点短路（发电机 G1 G2 短

7、路） 29 3.3.5 f5 点短路（发电机 G3 G4 短路） 32 4 电气设备的选择与效验 35 4.1 概述 .35 4.2 电气设备的选择与效验 .35 4.2.1 各线路最大工作电流确定 35 4.2.2 高压断路器选择与效验 36 4.2.3 隔离开关选择与效验 40 4.2.4 电压互感器选择与效验 43 4.2.5 电压互感器选择与效验 46 4.2.6 线路选择与效验 49 5 防雷保护规划 52 5.1 概述 .52 5.2 架空线路防雷保护 .52 5.3 电机防雷保护 .53 5.4 变压器防雷保 .53 5.5 母线防雷保 .54 第 页 6 配电装置设计 56 6

8、.1 配电装置选择原则 .56 6.2 配电装置类型 .56 7 设计总结 57 8 致谢 58 9 参考文献 59 10 附录 .60 第 页 1 绪论 1.1 发电厂概述 发电厂是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济。发 电厂的作用是将其他形式的能量转化成电能。按能量转化形式大体分为火力发电厂、 水力发电厂、核能发电厂、风力发电场；考虑发电厂中的地位和作用电力系统中的发 电厂可分为大型主力发电厂、中小型地区电厂、及企业自备电厂三种类型。无论是哪 种形式的电厂它们的电气部分设计的主要内容及基本思想都是相通的，本文是对某火 力发电厂电气部分的设计。 1.2 毕业设计的主要

9、内容、技术指标 系统及原始数据见附图。 某北方矿区附近 25km 处建设一座装机容量为 4200MW 的火电厂，工程分两期完成，第一 期投 2200MW，此时矿区负荷为 80MW，二期工程再投入 2200MW，而矿区负荷则增至 140MW，其余功率经 160km 的 220500kV 线路送入系统。 站内空气清洁，最高日平均气温 32，最低 0，海拔 800m，非地震区，6、7、8 月有雷 雨，建设场地充裕。 矿区最大负荷同时系数 0.85，最小负荷系数 0.7，55%类负荷，30%类负荷, Tmax=5500h。 第 页 2 电气主接线设计 2.1 概述 2.1.1 电气主接线基本要求 电气

10、主接线的选择正确与否对电力系统的安全、经济运行，对电力系统的稳定和 调度的灵活性，以及对发电厂的电气设备选择，配电装置的布置，继电保护及控制方 式的拟定等都有重大的影响。在选择电气主接线时，应注意发电厂在电力系统中的地 位、进出线回路数、电压等级、设备特点及负荷性质等条件，并应满足下列基本要求 2。 (1)运行的可靠性。 (2)具有一定的灵活性。 (3)操作应尽可能简单、方便。 (4)经济上合理。 (5)应具有扩建的可能性。 2.1.1 220kv 电压等级常用主接线 表 2.1 220kV 电压级常用接线方式及适用范围 电压 接线方式 适用范围 双母线或单母 线 采用 SF6全封闭组合电器时

11、，不设旁路措施；采用 SF6断路器时，不宜设旁路措施；采用少油断路器出 线在 4 回及以上时，采用带专用旁母断路器的旁路 母线220 双母线分段 安装 200MW 及以下机组，电厂容量在 800MW 及以上， 进出线 1014 回；采用双母线双分段配置困难的配 第 页 电装置 双母线双分段 安装 200MW 及以下机组，电厂容量在 1000MW 及以上， 进出线 15 回及以上 2.2 拟定主接线方案 2.2.1 方案一 采用双母线分段，将双回路分别接于不同的母线段上，可缩小母线故障的影响范 围 2.2.1 方案二 采用双母线接线 2.2.3 方案比较 表 2.2 方案比较及结果 方案一 方案

12、二 结论 可 靠 性 将双回路分别接于不同的 母线段上，保证了系统的 供电可靠性，减小了停电 的几率，缩小了母线的故 障范围。 通过两组母线隔离开关的倒换操作， 可以轮流检修一组母线而不至使供电 中断。在检修任意线路断路器时，该 回路需短时停电。断路器采用 SF6 断 路器，检修周期长，不需要经常检修， 减小了断路器检修停电的几率。 方案一略高 于方案二 经 济 性 多装了价高的断路器及隔 离开关，投资增大，占地 面积增加。 设备相对少，投资小，年费用小，占 地面积相对较小。 方案二明显 高于方案一 经比较，由于此设计火电厂出线只有两回，方案二优势明显高于方案一，综合考 虑，选择方案二，主接线

13、如图 第 页 4*200MW 火电站电气主接线图 2.3 发电机型号选择 1.发电机主要参数：装机容量已给 200MW，端电压 ，功率因素kV75.1NU85.0cosN 2.电抗：我国国标规定 200MW 及以上发电机 不小于 0.40。电抗的选择上，需注意cK 和 的相容性，即 的上限值不能太靠近 的下限值，一般情况下 不小于dX“ “dXdX“dX 0.15， 不大于 0.30。 3.冷却方式：大型汽轮发电机冷却方式有水氢氢、全氢冷、水水氢、水水空、全水冷 和油水油冷等等 综上考虑，确定发电机机型为 QFQS-200-2，其型号含义为 第 页 Q汽轮机； F发电机； Q氢冷； S转子绕组

14、水内冷； 200额定功率； 22 极。 有功功率：P=200MW 视在功率：S=235MVA 端电压: kV75.1NU 功率因素： 80cos 次暂态电抗： =0.144“dX 2.4 变压器选择 本次设计中变压器为单元接线形式，单元接线时变压器容量应按发电机的额度容 量扣除本机组的厂用负荷后，留有 10%的裕度来确定。 GNcos )-1(.PKS 发电机的额定容量为 200MW，扣除厂用电后经过变压器的容量为： MVA12.3885.0)-1(2cos)-1(.GPNS 综上确定主变压器为 SFP3-240000/22 参数为： 0%.I06KW4sP%4.s 三绕组变压器为 SSPS-

15、240000/220 参数为： 0.7I0259s ， ，()245sV高 中 ()14.sV高 低 ()8.5sV中 低 第 页 3 设计标幺值的计算及短路电流计算 3.1 设计的基本内容与要求 系统及原始数据见附图。 某北方矿区附近 25km 处建设一座装机容量为 4200MW 的火电厂，工程分两期完成， 第一期投 2200MW，此时矿区负荷为 80MW，二期工程再投入 2200MW，而矿区负荷则 增至 140MW，其余功率经 160km 的 220500kV 线路送入系统。 站内空气清洁，最高日平均气温 32，最低 0，海拔 800m，非地震区，6、7、8 月有雷雨，建设场地充裕。 矿区

16、最大负荷同时系数 0.85，最小负荷系数 0.7，55%类负荷，30%类负荷, =5500h。MAXT火 电 厂 4*10W水 电 站 *0MW远 方 系 统 待 设 电 厂 4*20MW水 电 站 15 待设计火电厂与系统的接线图 第 页 4*200MW 火电厂的电气一次接线图 3.2 系统的参数以及待设的火电厂主要电气元件的参数 3.2.1 系统的参数 火电站 G1:4*100MW 0.138dXcos 水电站 G2: 6*60MW 25 水电站 A3:4*125MW .dcs 远放系统：X=0.02 变压器 T1： 385sPKW0%.9I018PKW%0.142sV0SMVA 变压器

17、T2： 46s 37.6385s 7 第 页 变压器 T3： 450sPKW0%.8I014PKW%0.13sV50SMVA 选取 ，1BSMBavV 计算的标幺值如下： ,10.381.73/.5GX210.5.76/.8GX248 , ,10.4.T 20.1.475T 310865TX ,210839LX20.36LX ,3684 .8 ，5201730L 62150.053L ，71X83.9X 3.2.2 设计的火电厂主要电气元件参数 发电机 G（4 台相同）：型号 QFQS-200-2 15.7NUKV20NPMW235NSVA cos0.146dX 变压器 T1，T2：型号 SS

18、PS-240000/220 0%.I09sK ， ，()%2.5sV高 中 ().5sV高 低 ()85sV中 低 变压器 T3，T4：型号 SFP3-240000/220 01.I0216PW804sP14.s 选取 ，0BSMW23BavVK 计算的标幺值如下： 变压器 T1，T2： 12%10.584SX 变压器 T3，T4： -( )=15.2SSSSVV（ 12） （ 3） （ ） 第 页 同理： ，2%9.5sV30.75s ，13460SX36%10.3124SVX278.8 发电机 G： 910120.7BdNSX 3.3 短路电流的计算 在进行电气设备和载流导体的选择时，为了

19、保证各种电气设备和导体在正常运行 时和故障情况下都能安全、可靠的工作，同时又要力求节约、减少投资，需要根据短 路电流对电气设备进行动、热稳定的校验。在进行继电保护装置及进行整定计算时， 必须以各种不同类型短路时的短路电流作为依据。 要计算的短路点标注在图中： 第 页 3.3.1 f1 点短路（看电厂内部） 第 页 123420/.85.89.71jsGx t=0s 时:1234.7jsI 有名值： 420/.85.33.19kI KA总 每条线路： 1=.2kKI总 t=0.2s 时:1234.09jsGI 有名值： 420/.85. .63kI KA总 第 页 每条线路： 1=.428kKI

20、A总 t=4s 时1234.5jsGI 有名值： 420/.851.33.19kI KA总 每条线路： =.9kK总 3.3.2 f2 点短路（看整个系统） 第 页 第 页 第 页 第 页 第 页 60/.85412/0.851.573.92jsAX42.3jsG t=0s 时： ， ，0.659jsAI0.481jsGI0.285.7jsSI 有名值: 6/541/. .6733A KA 410/.8.8.2GI .5.730SI KA =2.91AGSIK总 每条线路： 1476I总 t=0.2s 时： ，js=0.67AIjsG0.8I 有名值： 6/0.5412/0.85. .713A

21、 KA 41/.80.57.20GI =.KS =.976AGSIIA总 每条线路： 1482K总 t=4s 时： ,js=0.7AIjsG.7I 有名值： 60/.85412/0.85. .73A KA 第 页 410/.85.87.732GI KA .5.0SI =3.6AGSIKAK总 每条线路： 152I总 3.3.3 发电机母线短路（f2 点短路看电厂） 第 页 1220/.85.6.3121jsGX3450js t=0s 时： ，jsG12=.6IjsG34=.9I 有名值： 1220/.85. 4.903KA 34/59.12GI 每台发电机： 121.045GIKA 3437G

22、 t=0.2s 时： ，jsG12=.70Ijs34=2.79I 有名值： 120/.85. 3.192G KA342/79.40I 每台发电机： 1212.596GGIKA 第 页 34341I.62GGIKA t=4s 时： ，jsG12=.38IjsG34=2.6I 有名值 120/.85. 2.703KA 34/6.1GI 每台发电机： 1212.375GIKA 34486G 3.3.4 f3 点短路（矿区母线短路） 第 页 第 页 第 页 0.4690.6210jsGX（ +42） /.854jsA/. t=0s 时： ， ,jsG=1.582IjsA0.182I10.83.6jsS

23、I 有名值： /542/5. .462KA 420/.810/.81.58.3GI .3.20SI KA =6.7AGSIK总 每条线路： 1352I总 折算到 110KV 侧电流： .20fKIA t=0.2s 时： ， ,jsS=0.83IjsG1.408IjsA=.1I 第 页 有名值： 420/.85410/.851.84.93GI KA 6/.2/ .620AI 10.83.82SI KA =5.6AGSIK总 每条线路： 18302I总 折算到 110KV 侧电流： .fKIA t=4s 时： ， ,jsA=0.182IjsG.79IjsS=0.83I 有名值： 6/5412/0.

24、85. .462A KA 420/.8/.1.79.373GI .83.20SI KA=5.4AGSIK总 每条线路： 12I总 折算到 110KV 侧电流： .0fKIA 第 页 3.3.4 f4 点短路（发电机 G1 G2 短路） 第 页 410/.85320/.85.891.2jsGX5264jsA+ t=0s 时： ， ,jsG=0.8IjsA10.69.85IjsS1=0.6.7I 有名值： 4/832/85.37G KA 10.6.132SI KA 第 页 60/.85412/0.85.19.4293AI KA =.7GSIKAK总 t=0.2s 时： ， ,jsS=0.6Ijs.751IjsA0.69I 有名值： 1532S K 60/.842/0.8.19.4293AI KA 4/.5/.5.75.120GI =.798ASIKAK总 t=4s 时： ， ,jsA=0.169IjsG0.85IjsS.6I 有名值： 41/320/.85. .1KA 60/.8541/9.42932AI 10SI KA =3.9AGSIK总