2x100MW火电厂电气一次部分设计及发变组保护设计简介

2x100MW火电厂电气一次部分设计及发变组保护设计简介

2x100MW火电厂电气一次部分设计及发变组保护设计

电气工程及其自动化 07230324 闫毓龙 指导教师 陈玉武 高级工程师

摘 要

本设计内容为2×100MW火力发电厂电气部分初步设计，包括设计说明书和设计图纸两大部分。设计说明书部分主要编写了火电厂电气主接线方案的确定和厂用电部分的设计；发电机、主变压器的选择以及电气设备配置；短路电流的计算；高压电气设备的选择与校验；防雷保护的规划设计；微机保护的配置与整定计算。设计图纸分别是：（1）2×100MW火力发电厂电气主接线（2）发电机变压器保护配置图（3）发电机变压器差动保护控制回路图。

关键词：发电厂；变压器；电力系统；继电保护；电气设备

Abstract

The content of article is the first steps of 2×100 MW power plant engineering electrical part design. Including design specifications and design drawings of two parts. Prepared some of the major design specifications of electrical power plants and the main connection scheme for the power plant design; Generators, main transformers and electrical equipment configuration choices; Short-circuit current calculation; High-voltage electrical equipment selection and validation; Configuration and microprocessor-based protection setting calculation; Planning and design of lightning protection. Design drawings are: (1) 2x100MW power plant electrical main connection; (2) generator and transformer protection configuration diagram; (3) The generator and transformer differential protection control circuit diagram.

Keywords: Power plant; Transformer; Protection; Electrical equipment.

一、选题背景

火力发电是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产和消费的系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境和不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电和风电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。我国的火力发电机组正朝着高参数、大容量的方向发展，但是100WM机组由于具有较好的经济性和运行性能，在火力发电厂中仍占有一定比例，而且技术也很成熟。因此本次毕业设计的选题具有很大的理论意义和实践意义。 二、设计任务

1、毕业设计的主要内容

设计一个2×100MW发电厂电气一次部分，发电机出线电压级为10.5kV，220kV电压级，架空出线4回，每回出线输送容量为30MVA。

系统阻抗值在最大运行方式下（Sj=100MVA），与220kV系统的联系阻抗为0.025。系统可视为无穷大容量系统。电厂的起动/备用电源由110kV系统引入。

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2、设计实现的主要功能

该电厂可向电网供给220kV电压等级的电能，其单机容量为100MW，一期设计2台。 3、主要技术指标

发电机参数

型号为： QFS-100-2 Pe?100MW Ue?10.5kV

\dIe?6150A Cos??0.85 X?0.18

高压电动机计算负荷之和约为14000kVA；低压厂用计算负荷之和约为5000kVA。 三、主要设计内容

1、方案选择

待设计电厂为中型火力发电厂（2x100MW）,最高电压等级为220kV。220kV出线4回，每回出线输送的容量为30MVA，根据各种基本接线的适用范围和特点，220kV级拟采用单母线分段接线、双母线接线或双母线带旁母线的接线方式。发电机出线电压级（10.5kV）因无特殊要求，故采用单元接线形式。

根据以上分析，提出以下三种可比接线方案：方案一：双母线接线；方案二：双母线带旁路母线；方案三：单母分段接线，如下图3-1所示。

图3-1 主接线方案设计

方案一、单母线分段接线 方案二、双母线接 方案三、双母线带旁路母线接线

通过分析，可以看出，虽然方案三的供电可靠性较高，但是其接线复杂，操作复杂，保护装置采用较多，其建设投资较大，经济性较低。方案二较之方案一有供电可靠、调度灵活、便于扩建等优点。另外采用高性能的GIS，可以不设置旁路母线。经过论证比较，在技术上（可靠性、灵活性）和经济上的前提下方案二较为合理，故综上分析，决定采用方案二来进行初步电气接线的设计。 ２、电气主接线设计

1）、变压器选择

对主变压器、厂用变压器和启动/备用变压器的容量和型式（相数、绕组数、电压组合、容量组合、绕组结构、调压方式、连接组别等）进行了选择。选用的变压器的具体型号为：

主变 SFP7-120000/220，即三相油浸风冷式强迫油导循环式双绕组无励磁调压电力变压器

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厂用变：SF9-20000/1O.5，即三相油浸风冷无励磁调压电力变压器 启动/备用变压器：SFZ8-20000/110,即三相油浸风冷有载调压分裂变压器

2）、主接线具体设计

主要针对发电机变压器接线、厂用电源的引出接线、220kV配电装置接线、启备变的引入接线以及高压设备（隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器和高压开关柜等）的配置进行了详细的设计和说明。

3）、短路计算

根据主接线的连接方式和系统中的电压等级，选取了系统中的四个点进行短路计算，分别为220kV、发电机出口电压、6kV厂用母线和启动/备用变压器高压侧（110kV），系统接线图如图3-2所示，对应的等效电路如图3-3所示。

图3-2 系统接线图 图3-3系统等效电路图

设计中分别对4个短路点进行了短路电流、短路电流的热效应和短路容量的计算，短路计算结果如表3-1所示。

表3-1 短路电流计算结果 短路点 编号 K1 K2 K3 K4

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短路点 位置 220kV 母线 发电机 出口 6.3kV 母线 启备变 高压侧 短路点均电压Uav (kV) 230 10.5 6.3 115 三相短路电流 I (kA) ”ish (kA) Ish (kA) 周期分量 热效应 短路容量”Q4 St(MVA) 2(kA·s) 572.358 5043.386 1749.05 430.715 1767.38 12.66 33.169 19.796 73.17 196.88 118.44 11790.924 39.47 100.48 59.60 8.873 22.63 13.39 6304.076 314.921 2x100MW火电厂电气一次部分设计及发变组保护设计简介

4）、设备选择

根据短路计算结果，主要对220kV、发电机出口、厂高变低压侧、启/备变高低压侧和6kV母线的电气设备按正常工作条件进行了选择，并按短路条件进行了校验。选择的高压设备主要包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、导体母线等。 3、 发电机变压器组保护设计

本设计中100MW发电机变压器组装设的保护装置如下：（1）主变压器瓦斯保护；（2）发电机变压器组纵联差动保护；（3）发电机纵联差动保护；（4）反应定子绕组零序电压的匝间短路保护；（5）定子绕组接地保护；(6)外部短路引起的发电机过电流保护；（7）定子绕组过负荷保护；（8）变压器中性点直接接地电力网中外部故障引起的零序电流保护。

发电机变压器组的保护配置原理图如下图3-4所示。

图3-4 发变组保护配置图

四、 总结

这次设计的2x100MW火电厂主要设计了火电厂的电气主接线和发电机变压器组保护装置，在电气一次后部分设计中，考虑到系统的供电可靠性，220kV侧采用了双母线接线，在满足各方面要求的同时加强了供电的可靠性;发电机出线电压等级（10.5kV）采用了发电机-变压器单元接线形式。在短路计算结果的基础上按要求合理的选择了各个电压等级侧的电气设备。发变组保护部分按要求进行合理配置，达到在故障或不正常运行状态下保护装置能及时准确的动作。通过对主接线和发变组保护部分的设计完成了设计任务的要求，达到了毕业设计的目的。

参考文献

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