发电厂电气部分课程设计
题目：400MW热电厂电气部分设计
院 系：工学院电气与电子工程系 专 业：电气工程及其自动化 班 级：电气工程1204 姓 名：朱开行
学 号：201202014009
指导教师：朱璐瑛
二〇一五年六月
发电厂电气部分课程设计任务书
一、基本情况
课程名称：发电厂电气部分 课程代码：07130722 设计周数：1周 学 分：1学分 适用专业年级：电气工程及其自动化12级
二、进度安排
本设计共安排1周，合计20学时，具体分配如下： 实习动员及准备工作： 2学时 总体方案设计： 4学时 查阅资料，讨论设计： 4学时 撰写设计报告： 8学时 总结： 2学时 教师辅导： 随时
三、基本要求
1、课程设计的基本要求
发电厂电气部分课程设计是在学习完发电厂电气部分、电力系统分析、电力系统继电保护课程之后，按照课程教学要求，对学生进行综合性训练的一个实践教学环节。主要是培养学生综合运用理论知识的能力，分析问题和解决问题的能力，以及根据实际要求进行独立设计的能力。其中理论设计包括总体方案选择，负荷计算，电气主接线设计、高压开关设备选择等，课程设计的最后要求是写出设计报告，把设计内容进行全面的总结。
2、课程设计的教学要求
课程设计的任务相对分散，每8名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。
四、设计题目及选题要求
题目：400MW热电厂电气部分设计 原始资料：
1. 热电厂情况
装机3台，分别为供热式机组2x50MW （U=10.5kv）,cosφ=0.8，凝气式机组1x300MW (U=20kv), cosφ=0.85，机组年利用小时数4600h，厂用电率8%，发电机主保护时间0.05s，后备保护时间3.9s，环境条件可不考虑。
3. 接入电力系统情况
（1）10.5kv电压等级最大负荷15MW, 最小负荷12MW，cosφ=0.8，电缆馈线4回，二级负荷。 通过发电机出口断路器的最大短路电流：I''39.1KA I2S36.5 I4S35.8 KAKA（2） 其余功率接入220KV枢纽变电所，出线4回，系统总装机容量为3100MVA，通
KAKA过并网断路器的最大短路电流：I''26.8KA I2S28.3 I4S27.9
3、厂用电采用6kv及380/220三级电压
五、设计报告
设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于2000字，图形绘制规范。设计说明书的格式如下：
1、封面 2、摘要 3、目录 4、正文 5、结论 6、参考文献 7、附录
发电厂电气主接线简图
六、考核方法
发电厂电气部分课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。
考核分三个方面进行：平时考勤30%；设计成果质量40%；课程设计报告30%。 有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理： 1、设计报告雷同率超过50%或无设计报告；
2、不能完成设计任务，达不到设计要求。
摘 要
随着电力行业的不断发展，热电厂的建设为满足国家用电发展的需求，以热定电，可以代替燃油锅炉和停用供热区域内的中小工业锅炉和停用供热区域内的中小工业锅炉，满足大部分地区的用电发展需要，热电厂的建设有利于优化电源结构，使电源布局更加合理，热电厂电气部分的设计将有利于提高运行的经济性。
本次设计一个装机容量为400MW的热电厂，考虑分期实施，装机3台，分别为供热式机组2x50MW （U=10.5kv）,cosφ=0.8，凝气式机组1x300MW (U=20kv), cosφ=0.85。10.5kv电压等级最大负荷15MW, 最小负荷12MW，cosφ=0.8，电缆馈线4回，二级负荷。 其余功率接入220KV枢纽变电所，出线4回，系统总装机容量为3100MVA，220kV母线采用双母线接线
方式、35kV母线采用单母线接法方式。本设计满足可靠性和灵活性，并且考虑运行的经济性。 根据设计任务书，分析原始资料与数据，选择变压器的容量，台数，型号等，列出技术上可以实现的接线方案，经过技术经济比较，确定最优方案。
关键词：电力 发电厂 电力系统 短路电流 配电装置 同期
目录
第1章 绪论 .............................................................................................................................. 1
1.1 热电厂建设的背景 ................................................. 1 1.2 热电厂功能 ....................................................... 1 第2章 方案选择 ........................................................................................................................ 2
2.1 发电机和变压器的选择 ............................................. 2 2.1.1 发电机型号、容量、台数、参数的选择 .......................... 2 2.2.2 主变压器, 厂用变压器的选择 .................................. 2 2.2 电气主接线设计 ................................................... 4 2.2.1 电气主接线方案比较 ......................................... 4 2.2.2 电气主接线方案确定 .......................................... 5 第3章 主要电器设备选择 ................................................... 8
3.1 断路器的选择 ..................................................... 8 3.2 隔离开关的配置 ................................................... 8 3.3 互感器在主接线中的配置 ........................................... 9 3.3.1 电压互感器在主接线中的配置 ................................... 9 3.3.2 电流互感器在主接线中的配置 .................................. 10 第4章 厂用电主接线设计 ................................................. 11
4.1 厂用电接线设计的原则 ............................................ 12 4.2 厂用电的接线形式 ................................................ 12 总结 ..................................................................... 13 参考文献 ................................................................. 14 附 录 ................................................................... 15
第1章 绪论
1.1 热电厂建设的背景
随着电力行业的不断发展，热电厂的建设为满足国家用电发展的需求，以热定电，可以代替燃油锅炉和停用供热区域内的中小工业锅炉和停用供热区域内的中小工业锅炉，满足大部分地区的用电发展需要，热电厂的建设有利于优化电源结构，使电源布局更加合理，热电厂电气部分的设计将有利于提高运行的经济性。
1.2 热电厂功能
从能源利用效率考虑，热电分产对能源使用很不合理：一方面热功转换过程(凝汽式机组发电)必然产生低品位热能损失（汽机排汽在冷源中放热),另一方面让高品位热能（锅炉提供的蒸汽热量）贬值地用于低品位供热。在热电联产中燃料化学能则转变为高位热能先用来发电（高品位热能），然后使用做过功的低品位热能向用户供热，这符合按质用能和综合用能的原则。所以热电厂的特点是,一次能源利用得比较合理,做到按质供能，梯级用能，能尽其用，使地区的整个能量供应系统节约了能源。
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第2章 方案选择
2.1 发电机和变压器的选择
2.1.1 发电机型号、容量、台数、参数的选择
该设计电厂为中小型热电厂，其容量为400MW，年利用小时4600h。本厂投产后，220kV等级有两回出线，35kV等级有一回出线。10.5kV电压为发电机出口电压，发电机主保护时间0.05s，后备保护时间3.9s。根据出口电压10.5kV，额定容量50MW，现选用发电机为电机厂型号为QFS—50—2的发电机；额定容量为50MW，现选用发电机为型号为QFS—50—2的发电机
表2.1发电机型号选择表
型号 QFS-50-2 SQF-50-2 超瞬Xd 14.75 14.9 cosφ 8 8 查表可知SQF-50-2的各项参数绝大部分大于QFS-50-2的参数，且重量体积 也比QFS-50-2大，因此选择QFS-50-2型号的发电机
2.2.2 主变压器, 厂用变压器的选择 1）主变压器选择
1.对于小中型发电厂，主变压器应选择三相式。
2.在发电厂发电母线上的负荷为最小时，能将剩余功率送入电力系统。
3.发电机电压母线上最大一台发电机停运时，能满足发电机的最大负荷用电需要。 4.因系统经济运行而需要限制本厂出力时，亦满足发电机电压的最大负荷用电。
2）三绕组变压器的选择原理
1.由于次发电厂有三种电压,若采用双倍绕组变压器，则从6KV~110KV和6KV~35KV需要四台双绕组变压器。且经济低于使用两台三绕组变压器，且占地面积很大。
2.在发电厂有两种升电压的情况下，当绕组容量为125MW及以下时，从经济上考虑，一
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般采用三绕组变压器。但每个绕组通过功率应达到变压器总容量的15%以上。三绕组变压器一般不超过两台。
表2.2厂用双绕组变压器数据
额定容量
型号
（kVA）
高压
低压 空载
电流
电压
（t）
短路 （%） （%）
额定电压（kV） 损耗（kW）
空载阻抗
总重
SFFZ7-40000/220 40000 2208*1.25% 6.3 46.4 219.5 1.2 20.3 113.6
2
SF7-16000/10
16000
102*5%
6.3
19
77
0.7
7
8.30
3）主变压器容量选择计算
1.当10KV母线上符合最小，且两台发电机满发时 100-100×8%=100-8=92MW 92-20=72MW
72/0.8=90MVA 90/2=45MVA=45000KVA（每台变压器的容量）又因为35kv恒定供电20MW则每台承受10mw。 10/cosᵠ=10/0.9=11.11MVA
在发电厂有两种升高电压的情况下。当绕组容量为125MW及以下时，一般采用三相绕组变压器。但每个绕组的通过功率达到变压器容量的15%以上。（三绕组变压器一般不超过两台）
.当10KV母线上负荷最小且T1 T2之一退出时 有： Sn=(100-100×8%/0.9)×0.7=(115-22.22)×0.7=64900KVA
根据上边的计算结果应选63000KVA变压器，但考虑变压器的事故过负荷能力选用50000KVA变压器
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选用SFSL1-50000型变压器，其参数为： （1）额定电压（高/中/低）：121/38.5/11 （2）损耗：空载： 53.2 短路： 高中 350 高低 300 中低 255 （3）阻抗电压Uk% 高中 17.5 高低 10.5 中低 6.5
当10KV母线上负荷最大且G1G2之一退出时，应满足系统倒送电能。由于10KV母线上负荷最大为25MW切除一台发电机剩余总量为：50-50*8%=46MW,则没有变压器从系统倒送功率可能性。
由于所选变压器容量小于计算值需进行过负荷校验。 变压器事故过负荷时间为120min。
2.2 电气主接线设计 2.2.1 电气主接线方案比较
电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次主接线或气主系统。主接线代表了发电厂或变电站电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。他直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。
1、可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。因此，其可靠性应从五个方面来考虑：①发电厂在电力系统中的地位和作用；②发电厂接入电力系统中的方式，其接入方式的选择与容量的大小、电压等级、负荷性质以及地理位置和输送电能距离等因素有关；③发电厂的运行方式及负荷性质。电能生产的特点是：发电、变电、输电和用电同一时刻完成。而负荷的性质按其重要性有Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类之分。对担任基荷的发电厂，设备利用率较高，年利用小时数在5000h以上。且主要供应Ⅰ、Ⅱ类负荷用电时，必须采用供电较为可靠的接线方式，保证有两路电源；承担腰荷的发电厂，年利用
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小时数在3000h以下，其接线的可靠性要求需要进行综合分析；④设备的可靠程度直接影响主接线的可靠性，电气主接线是由电气设备组成的，电气设备本身的质量及可靠程度直接影响着主接线的可靠性。因此，主接线设计必须考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响；⑤长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。
2、灵活性 电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠的供电，而且在电力系统故障或电气检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间更短，影响范围最小。因此，电气主接线必须满足调度灵活、操作方便的基本要求，既能灵活地投、切某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求，不至于过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。根据电力系统发展需要，往往对已经投产的发电厂或变电站还需加以扩建，尤其是火电厂和变电站，从发电机、变压器一直到馈线回路数均有扩建的可能。所以在设计主接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能地不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过渡方案的实施，使改造工作最最少。
3、经济性 主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理，做到投资省：即主接线简单清晰，以节省开关电器数量、降低投资；要适当采用限制短路电流的措施，以便选用价廉的电器或轻型电器；二次控制与保持方式不应过于复杂，以利于运行和节约二次设备及电缆的投资；占地面积少：即主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积减少。同时应注意节约搬迁费、安装费用和外汇费用。对大容量发电厂或变电站，在可能和允许条件下，应采取一次设计，分期投资、投建，尽快发挥经济效益；电能损耗少：即在发电厂或变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗
2.2.2 电气主接线方案确定
对原始资料分析的基础上，结合对电气主接线的可靠性、灵活性以及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术、经济政策的前提下，力争使其成为技术先进、供电安全可靠、经济合理的主接线方案。
发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计，首先应该保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽最大可能减少能量传输过程中的损失，以保证供电经济性。为
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此，拟从以下几个方面考虑：
断路器检修时，是否影响连续供电；
线路、断路器或者母线故障，以及在母线检修时，造成停运馈线回路的多少和停电时间的长短，能否满足对Ⅰ、Ⅱ类重要负荷连续供电的要求；
本发电厂有无全厂停电的可能性；
此外，主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，而且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全，扩建发展方便。
主接线的可靠性与经济性应该综合考虑、辨证统一，在满足技术要求的前提下，尽可能投资省、占地面积少、年运行费用为最小。
各种电气主接线的优缺点：
1、单母线接线具有简单清晰、设备少、投资少、运行方便等优点，但是可靠性和灵活性较差，只适用于6~200kV系统中只有一台发电机或一台主变压器且出线回路数又不多的中小型变电站。
2、单母线分段接线可以提高供电可靠性和灵活性，这种接线广泛用于中、小容量发电厂的6~10kV接线和6~220kV变电站。
3、加设旁路母线提高屯供电的可靠性，广泛地应用于出线较多的110kV及以上高压配电装置中，主要是考虑电压等级越高对于可靠性要求也越高，同时高压断路器的检修时间也比较旗。对于普通的35kV及以下的配电装置一般不设旁路母线，从而可以降低造价，但是考虑到可靠性要求时可以考虑加设旁路母线。
4、双母线接线具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，在大中型变电站中广为采用，但是这种接线使用设备多检修出线断路器时仍然会使该回路停电。当进出线路数或母线上电源较多，输送和通过功率较大时，6~10KV配电装置中，短路电流较大，为了选择轻型设备，限制短路电流，提高主接线的可靠性，常采用双母线三分段，并在分段处加装母线电抗器。
5、对于一台半断路器接线、三分之四台断路器接线以及变压器母线组接线都适用于大型发电厂和变电站超高压装置中，本设计不考虑这几种接线形式。
6、无汇流母线的电气主接线使用的断路器数量少、结构简单。在6~220kV电压等级电气主接线中广泛使用。其中单元接线是大型机组广为采用的接线形式，角形接线多用于最终规模较明确的110kV及以上的配电装置中。当只有两台变压器和两输电线路时，采用桥形接线使用的断路器数目最少。桥连断路器正常时处于闭合状态，当输电线路较长故障几率较大
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而变压器不需要经常切除时采用内桥接线比较合适；外桥式接线比较适用于变压器随经济运行的要求经常切换，特别适用于系统有穿越功率流经本主电站的情况。
综合以上的分析，本设计的热电厂电气主接线最终确定为： 对35kV根据灵活性、可靠性、经济性的原则采用单母线接线。 对220kV根据灵活性、可靠性、经济性的原则采用双母线接线。
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第3章 主要电器设备选择
3.1 断路器的选择
断路器形式的选择，除应满足各项技术条件和环境条件处，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经济比较后确定，其形式如下
表3.1断路器选择
安装使用场所 选用的形式 多油断路器、 少油断路器、 需注意的技术特点 开断220kV空载长线时，过电压水平不应超过允许值，开断无重燃，有时断路的两侧为与不联系的电流 开断35kV空载长线时，过电压水平不应超过允许值，开断无重燃，有时断路的两侧为与不联系的电流 户外 220kV 户外 35kV 多油断路器、 少油断路器、
3.2 隔离开关的配置
隔离开关是一种没有专门灭弧装置的开关设备，主要用来断开无负荷电流的电路，隔离高压电流，在分闸状态时有明显的断开点，以保证其他电气设备的安全检修。在合闸状态时能可靠地通过正常负荷电流及短路故障电流。因它未有专门的灭弧装置，不能切断负荷电流及短路电流。因此，隔离开关只能在电路已被断路器断开的情况下才能进行操作，严禁带负荷操作，以免造成严重的设备和人身事故。只有电压互感器、避雷器、励磁电流不超过2A的
空载变压器及电流不超过5A的空载线路，才能用隔离开关进行直接操作。
1、额定电压：
UNUNW
2、额定电流：
8
INIWmax 3、动稳定性校验：
隔离刀闸列表如下：
imaxish
表3.2隔离刀闸选择表
型号 安装位置 额定电压V 额定电流合闸时间/S /A GW6-220G/1250-20 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号主变 230 1250 5 GW6-220G/630-20 Ⅳ号主变220kV侧 230 630 5 GW6-220G/2500-20 220kVⅠ、Ⅱ回路 230 2500 5 GW5-35G/3000-20 路 GW5-220G/1250-20 35kV回40.5 3000 5 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号主变中性点 230 1250 5 GW6-10G/5000-40
10kV回路 10.5 5000 5 3.3 互感器在主接线中的配置 3.3.1 电压互感器在主接线中的配置
电压互感器应根据安装地点和使用条件选择。对于6-20kV屋内配电装置，一般采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。对于35kV-110kV配电装置，一般采用
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油浸绝缘结构的电压互感器。220kV以上的配电装置，一般采用电容式电压互感器。
一次回路额定电压：
1.1UN＞U1＞0.9UN
二次回路额定电压： 一般采用100V或100/3V 其具体选择电压互感器列表如下：
表3.3电压互感器选择表
型号 安装位置 相数 原绕组 12.5/额定电压 副绕组 0.1/3 辅助绕组 0.1/3 JDZJ-12.5 TYD2-220-0.02H TYD2-220-0.02H JSXNF6-35 JDJ2-35 发电机出口 三相 3 220/220kV母线 单相 3 220/220kV线路 单相 0.1/3 0.1/3 0.1/3 3 35kV母线 35kV线路 0.1/3 0.1/3 0.1/3 0.1/3 三相 35/3 0.1/3 0.1/3 三相 35 0.1/3 3.3.2 电流互感器在主接线中的配置
电流互感器的型式，应根据安装地点和安装方式来确定。对于6-20kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构的电流互感器，对于35kV及以上的配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。
为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确等级不应低于所供测量仪表的准确等级，。用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表开计算电费的电度表，一般采用0.2或0.5级，相应的互感器准确等级亦是0.2或0.5级。供运行监视、估算电能的电度表、功率表一般采用1.5或2.5级，相应的互感器应为1.5或2.5级。一般保护用的电流互感器选用3.0级；差动、距离、高频保护用的，采用D级；零序接地可采用专用电流互感器。保护用的电流互感器一律按10%倍数曲线进行校验。
额定电压和额定电流
UNUNW I1NIWmax
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热稳定性校验
(I1NKth)2Iteq
动稳定性校验
2I1NKesish 内部动稳定性 Fp0.51.73ish2l107N 外部动稳定性 a将电流互感器列表如下：
表3.4电流互感器选择表
型号 LCZBJ-12.5/12000 LCZBJ-12.5/18000 LCLWD2—220 LRD—220—B LCLWD2—220 LRD—220—B LCLWD2—220 LCLWD2—220 LRD—220—B LCWQ-40.5 安装位置 额定电流比 级次组合 0.5/D/D 0.5/D/D 0.5/D/D/D D 0.5/D/D/D D 0.2/0.5/D/D/D 0.5/D/D/D D 0.5/D/D 1、2号发电机 12000/5 3号发电机 1、2号主变 318000/5 800/5 800/5 号主变1250/5 1250/5 220kV侧 1、2路出线 3000/5 4号主变630/5 630/5 2500/5 220kV侧 4号主变35kV侧 4号主变10kV侧 LCZBJ-12.5/5000 5000/5 0.2/0.5/D/D
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第4章 厂用电主接线设计
厂用电的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规则，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济和满发的运行。
4.1 厂用电接线设计的原则
1、应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂电机安全运行； 2、接线要能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；
3、适应其经济性和发展的可能性，并积极慎重地采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性；
4、200MW及以上的机组应设置足够容量的交流事故保安电源。 4.2 厂用电的接线形式
根据厂用电设计的原则，结合本次热电厂的设计要求，厂用电采用10kV电压等级。高压侧厂用电工作电源由三台发电机出口母线侧接出，通过10kV降0.4kV。备用电源从220kV通过三绕组变压器降到10kV，再由10kV降0.4kV。各电流之间通过备自投进入厂用电母线。10kV侧采有KYN系列的中置柜。
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总结
发电厂课程设计是理论知识的具体运用，是一种综合能力的强化，通过设计，我了解了发电厂的基本整体设计思路，由于部分条件的理想化，难免与实际发电厂线路设计以及电气设备的选择有出入。通过这次设计，将前面所学的知识运用到了设计之中更好了融会贯通了各学科之间的联系，所学的理论和实践结合起来更好的达到了学以致用的效果，原来模糊的概念在这次设计中得以清晰化、条理化，特别是短路计算，得到了明显的加强。在这次设计中，通过查阅各种资料，也对发电厂电气部分的知识有了更进一步的拓展了解。
此次设计不仅加强了专业课的知识运用，同时也对以后工作中可能遇到的问题有了提醒， 各部分都是相互联系的，稍有错误将导致后续部分分析全部错误，这也提醒了我们学习需要很好的严谨性。
在此次课程设计中，主要的任务是电气主接线的选择，主变压器和联络变压器的选择，短路电流的计算，断路器、隔离开关和电流互感器的选择，通过这些步骤的设计，使我能熟练运用以前的所学知识，提高的自己的理论与实践结合的能力。
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参考文献
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[2] 王士政 . 电力工程类专题课程设计指导教材[S]. 中国水利水电出版社，[3] 何仰赞等.电力系统分析.华中科技大学出版社，2002.3 [4] 于海生.微型计算机控制技术.清华大学出版社，2003.4
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附 录
发电厂电气主接线简图
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