发电厂电气部分课程设计 报告

《发电厂电气部分课程设计》说明书学院：电气与自动化工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：崔彦博班级：4学号：3010203170时间：2013年9月13日课程设计任务书(3#)大型火电厂电气设计一、原始资料发电厂情况：凝汽式大型火电厂。汽轮发电机组600MW×2台，机端电压20kV，300MW×2台，机端电压10.5kV，功率因数cosφ＝0.85，厂用电率5%，年运行时间T＝8000h，年最大负荷利用小时数Tmax＝6000h。故障计算时间Tk=0.6s。电力系统情况：通过2回500kV架空线与15000MVA的系统1交换功率800MW~900MW，cosφ＝0.9，Tmax＝5500h，系统在500kV母线处的等值短路阻抗为2.0(基值为15000MVA)；通过4回220kV架空线与8000MVA的系统2交换功率400MW~500MW，cosφ＝0.9，Tmax＝5500h，系统在220kV母线处的等值短路阻抗为2.5(基值为8000MVA)。剩余功率通过4条110kV线路供给负荷，cosφ＝0.9。二、设计任务1.电气主接线及厂用高压接线设计；2.短路电流计算；3.主要电气设备选择；4.绘制主接线图。摘要当今，电能已应用到人民生产生活中的各个领域，成为了国家建设、国民经济发展和人民生产生活不可或缺的主要能源之一。电能生产与消费主要由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成。在我国电力系统结构中，火电设备容量占总装机容量的75%左右，尤其在“十二五”规划出台后，大型火电厂兴建与投入运行、关停整并中小火电厂已成为火电发展的总体趋势。电气主接线是发电厂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本身的运行的可靠性、灵活性和经济性，电气设备选择、厂用电的设计、配电装置选择及继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。本文对装设有2台600MW和2台300MW的凝汽式发电机组的大型火电厂的一次部分进行初步设计探讨，包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器及联络变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验等，使该大型火电厂的一次部分具有可靠性、灵活性、经济性的特点，并且能够满足工程建设规模要求，且能够适应未来5~10年电力系统的发展要求及趋势。关键词：火电厂；主接线；主体设备1目录绪论.........................................................................................1第一章电气主接线的设计..............................................21.1电气主接线概述..............................................................21.2各电压等级系统主接线方案的草拟...............................31.3对草拟方案的比较和初选..............................................8第二章方案经济性的比较............................................112.1经济计算方法................................................................112.2备选方案的经济性比较................................................13第三章短路电流的计算................................................163.1短路电流计算的规则....................................................163.2本方案中短路电流的计算............................................18第四章主体设备的选择................................................264.1主体设备选择的一般条件............................................264.2本方案中主体设备的选定............................................27参考文献................................................................................47附录.......................................................................................48致谢天津大学《发电厂电气部分课程设计》说明书绪论1绪论能源(energysource)是人类赖以生存的基础，而对于电能(electricalenergy)的开发和应用，则是人类征服自然过程中取得的具有划时代意义的光辉成就。当今，电能已成为现代国民经济生产、科学技术研究以及人民生活等各个领域广泛应用且不可或缺的重要能源。电能之所以获得广泛应用，是因为它具有易于生产、便于传输、使用方便、利用率高和污染低的特点。火力发电厂(简称火电厂,thermalpowerplant)，即通过将煤、石油或天然气等燃料燃烧产生的热能转换为动能带动发电机(alternator)发电的电厂，是我国目前的主力发电厂，对国民经济发展起到至关重要的作用(李林川等,2011)。据统计资料显示，2013年1~5月，中国累计火力发电量总计达131066587.1kW·h，仅5月当月，我国火力发电量为12102564.3kW·h。1在各类发电厂中，火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定，一次性建造投资少，单位容量的投资仅为同容量水电厂的一半左右，建造工期短，发电设备年利用小时数较高。为响应“十二五”规划及中共十八大建设生态文明的号召，我国正在积极贯彻火电厂“上大压小”的政策，着力建设大型火电厂，关停、整并中小火电厂。因此，本文将就大型火电厂的设计进行电气部分初步设计方案的探讨。1数据来源：中国报告大厅.2013年火力发电行业现状分析.天津大学《发电厂电气部分课程设计》说明书第一章电气主接线的设计2第一章电气主接线的设计1.1电气主接线概述电气主接线(mainelectricalconnectionscheme)是由高压电气设备通过连接线按功能要求组成的接受和分配电能的电路，又称一次接线或电气主系统，是发电厂电气设计的首要部分，也是构成电力系统(electricpowersystem)的重要环节。电气主接线代表了发电厂电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。因此，电气主接线的设计需要满足以下几个方面的技术指标要求：(1)可靠性(reliability)。安全可靠是电力生产和供应的首要任务，保证系统供电可靠是电气主接线的基本要求。在系统运行过程中，对不同地位、不同类型发电厂电气主接线的可靠性要求是不同的。因此，在分析电气主接线可靠性时，要考虑发电厂在系统中的地位和作用，供电用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。(2)灵活性(flexibility)。电气主接线应能适应系统各种运行状态，并能灵活转换运行方式。一般而言，电气主接线的灵活性与可靠性相辅相成，对电气主接线设计的灵活性具有操作方便、调度灵活、便于扩建等要求。(3)经济性(economicefficiency)。电气主接线的设计在满足可靠性、灵活性要求的前提下要做到经济合理，一般要考虑投资、占地面积、电能损失等方面。(李林川等,2011)1.1.1电气主接线的设计原则电气主接线设计遵循的总原则：①符合设计任务书的要求；②符合有关方针、政策和技术规范、规程；③结合具体工程特点，设计技术经济合理的电气主接线。一般应考虑下列情况：(1)明确发电厂在电力系统中的地位和作用；(2)确定主体设备的运行方式；(3)确定电压等级及接入系统方式；(4)考虑发电厂的最终规模(一般以5~10年的电力系统远景规划进行设计)。(李林川等,2011)1.1.2电气主接线的设计步骤电气主接线的设计，一般可以分为如下步骤：(1)拟定可行的主接线方案，初选几个技术上较好的方案；(2)对初选方案进行经济计算，选择出经济上的最佳方案；(3)对所选方案进行全面的技术、经济比较，确定最优主接线方案；(4)电气主接线可靠性计算；天津大学《发电厂电气部分课程设计》说明书第一章电气主接线的设计3(5)绘制电气主接线图。(黄纯华,1987)1.2各电压等级系统主接线方案的草拟1.2.1原始资料分析按照《课程设计任务书(3#)》的要求，本方案所需设计的发电厂为大型凝汽式火电厂，主机采用4台凝汽式汽轮机(CondensingSteamTurbine)，设计总装机容量(designtotalinstalledcapacity)为180030026002MW，最大单机容量(maximumsingle-machinecapacity)为600MW，具有大型容量的规模、大型机的特点。经计算，该电厂全部机组投入运行后，约占电力系统总容量的7.83%。因此该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要。该火电厂年运行时间(annualruntime)T=8000h，年最大负荷利用小时数Tmax=6000h，在电力系统中将主要承担基荷(baseloadunit)，因此，该厂电气主接线设计要求有较高的可靠性。从负荷特点及电压等级(voltageclass)可知，该厂具有500kV和220kV两级电压负荷以及110kV剩余功率系统。500kV具有2回架空线路(aerialconductor)，最大的输送功率为900MW，年最大负荷利用小时数Tmax=5500h，说明对其可靠性要求较高。220kV电压等级有4回架空线路，最大输送功率为500MW，年最大负荷利用小时数Tmax=5500h，对其可靠性亦有一定的要求。因此，本方案的设计应首要考虑满足可靠性要求。在满足可靠性要求的前提下，也应具有一定的经济性。另外，在设计时，我们需要同时考虑该电厂远景(一般为5~10年)的发展规划，电气主接线设计应考虑方便扩建。1.2.2方案草拟1.方案一如图1-2-1所示，在方案一中，500kV系统采用一台半断路器(breaker)接线，220kV系统采用双母线(bus)分段方式接线，厂用电接线从发电机升压变压器(transformer)的低压侧引出。2.方案二如图1-2-2所示，在方案二中，500kV系统采用一台半断路器接线方式以保证其拥有很高的可靠性，220kV系统采用双母线(doublebus)带旁路(bypass)接线方式，使得220kV母线在检修过程中能保证正常供电，可靠性较高。110kV系统采用双母线接线方式，调度灵活，供电可靠。3.方案三如图1-2-3所示，在方案三中，500kV系统采用一台半断路器接线，220kV系统采用双母线接线方式，110kV系统采用单母线分段接线。天津大学《发电厂电气部分课程设计》说明书第一章电气主接线的设计44.方案四如图1-2-4所示，在方案四中，500kV系统采用一台半断路器接线，220kV系统采用双母线分段带旁路方式接线，110kV系统采用双母线接线方式。图1-2-1方案一电气主接线图天津大学《发电厂电气部分课程设计》说明书第一章电气主接线的设计5图1-2-2方案二电气主接线图天津大学《发电厂电气部分课程设计》说明书第一章电气主接线的设计6图1-2-3方案三电气主接线图天津大学《发电厂电气部分课程设计》说明书第一章电气主接线的设计7图1-2-4方案四电气主接线图天津大学《发电厂电气部分课程设计》说明书第一章电气主接线的设计8