200MW凝汽式火力发电厂电气部分设计 摘要
本设计介绍了200MW凝汽式火力发电厂电气部分设计。针对原始资料进行分析，根据火电厂的特点和技术要求确定主变的台数和容量、选择了几种较优的主接线方案进行比较分析，从而得到最终的主接线形式，之后进行短路电流计算，为设计中需要的高压电气设备的选择、整定、校验等方面提供相关的设计依据；然后对主要电气设备选择与校验，最后完成了发电机保护的设计和配电装置设计。在整个设计过程中，以经济、安全、可靠、便于操作为基本原则，并且结合当地气候条件等因素进行设计。 关键词：发电厂；主接线；短路电流；设备选择
The electrical part of the 200MW condensing coal-fired power plant Abstract
This design introduces the design of the electrical part of the 200MW condensing coal-fired power plant. The original data were analyzed according to the thermal power plant characteristics and technical requirements for determining the number and capacity of main transformer, select the several advantages of the main wiring scheme were analyzed and compared, so as to obtain the final form of the main cable; And then carry out the short-circuit current calculation, for the design of the high voltage electrical equipment, the selection, setting, calibration, etc. And then to the main electrical equipment selection and calibration, finally this paper gives the design of the generator protection and distribution equipment design. In the whole design process, to economic, safe, reliable, easy to operation as the basic principle, and combining with the local climate conditions, factors such as design.
Keywords: power plant;the electrical wiring; short-circuit current; equipment selection 目录 摘要 I Abstract II
1 前言 1
1.1设计的目的及意义 1 1.2 国内外发展现状 2
1.2.1国内火电厂建设发展情况 3
1.2.2国外火电厂建设发展情况 ?????????4 1.3 本设计要完成的任务 ?????????5
2 电气主接线形式和变压器的选择 ?????????8 2.1电气主接线设计 ?????????8
2.1.1电气主接线的基本要求 ?????????8 2.1.2 110kV主接线的可选方案 ?????????9 2.1.3 35kV主接线的可选方案 ?????????10 2.1.4 10kV主接线的可选方案 ?????????10 2.2 电气主接线方案确定 ?????????10 2.2.1 110kV方案的技术比较 ?????????10 2.2.2 35kV方案的技术比较 ?????????11 2.2.3 10kV方案的技术比较 ?????????12 2.2.4 主接线最终方案确定 ?????????13 2.3 本设计主变压器的选择 ?????????13
2.3.1主变压器形式和结构的选择 ?????????14
2.3.2主变压器容量和台数的确定 ?????????14 3 短路电流计算 ?????????15 3.1概述 ?????????16
3.2 短路电流的目的和假设 ?????????16 3.2.1 短路电流的计算目的 ?????????16 3.2.2 短路电流计算的假设 ?????????16 3.3 短路电流的计算方法 ?????????16 3.4 短路点的选择和短路计算 ?????????16 3.4.1 短路电流计算的一般规定 ?????????17 3.4.2 短路电流计算 ?????????17 4 电气设备选择与校验 ?????????18
4.1 电气设备选择的的一般原则 ?????????19 4.2 按正常工作条件选择电气设备 ?????????19 4.3 按短路情况校验 ?????????20 4.4 电气设备的选择 ?????????21
4.4.1 110kV出线侧电气设备选择 ?????????21 4.4.2 35kV出线侧电气设备选择 ?????????24 4.4.3 10kV出线侧电气设备选择 ?????????24 5 配电装置规划 25 5.1 配电装置概述 25
5.1.1 配电装置的基本要求 25 5.1.2 配电装置的类型 26 5.2 屋内配电装置 26 5.3 屋外配电装置 26 结论 26 参考文献 27 致谢 28 附录 29 1 前言
1.1设计的目的及意义 近年来，随着我国国民经济的快速增长，电能已成为我国经济发展的重要因素，它便于输送，分配，易于转换为其他的能源，是当前应用最广泛的二次清洁能源，而且便于控制、管理和调度，易于实现自动化。应用电能及发电形式、技术已经成为衡量各国经济发展程度的重要标准之一。
本设计是200MW凝汽式火力发电厂电气部分设计。200MW凝汽式火力发电厂建成后对该地区的负荷供电可靠性提供了保证，年发电量得到了大幅度的提升。同时，发电效率也得到了进一步的提升，可以满足地区的供热需求，且机组运行方式大幅优化[1]。因此，200MW凝汽式火力发电厂电气部分设计在我们生活中占有相当大的重要性。 1.2 国内外发展现状
1.2.1我国的火力发电厂当前建设发展状况
当前，中国电力行业的格局主要的仍然是火力发电。2004 年为例，中国的44 070万千瓦总发电机容量中，火电为32490万千瓦，约占到 73.7%。据预测，火力发电约以百分之十的年增长率不断地上升。如今的这趋势并不会在将来的十年之间明显变化。在此之外，于 2005 年以来，中国已批准100多个电厂的建设，火电厂几乎占所有的份额。
1.2.2国外火电厂建设发展情况
美国电力工业十分发达，它已经有一百多年的历史。1882 年，由爱迪生电力公司经营的世界第一个商业性电站（约670千瓦的装机容量）在纽约市并网运行,采用直流供电。继爱迪生电气公司创造直流配电系统以来很快就在在西屋电气公司出现了交流供电系统，西屋电气公司于1886 年又发明了交流变压器，使交流系统的优势越来越明显。在这之后，交流电源系统逐步取代了直流电源系统，迅速发展到今天。2010年之前，美国的年度总发电量和总装机容量已位居世界第一。 1.3 本设计要完成的任务
根据任务书要求，本次将设计一座火力发电厂，其原始数据如下所述：
1） 设计新造一座凝汽式火力发电厂，装机容量为200MW，也设想在新建的发电厂安装2台50MW机组，1台100MW机组，发电机的端电压为10.5KV,建成后以10KV电压供给本地区负荷，其中有各种制造厂等，最大负荷48MW,最小负荷为24MW，最大负荷利用小时数为4200小时，全部用电缆供电，每回负荷不等，但平均在4MW左右，送电距离为3-6KM，并以110KV电压供给周围的化肥厂和煤矿用电，其最大负荷为58MW,最小负荷为32MW，最大负荷总共使用4500个小时，要求剩余功率全部送入110KV系统，负荷中Ⅰ类负荷比例为30%，Ⅱ类40%，Ⅲ类30%。 2）设计建造两台50MW的汽轮发电机组，型号为QFQ-50-2，功率因数0.8，安装顺序为#1、#2机；安装一台100MW的起轮发电机组，型号为TQN-100-2，功率因数为0.85，安装顺序为#3机；厂用电率为6%，机组年利用小时Tmax=5800。
3）根据负载电力供应稳定性要求和线路传输能力已设定好各级电压出线如图： 表1.1 负荷出线回路表 10KV 35KV 110KV
名称回路数名称回路数名称回路数 机械厂 2 化肥厂 2 系统 2 钢厂 4 煤矿 2 棉纺厂 2 市区 4
预留 2 预留 2 预留 1 合计 14 合计 6 合计 3 4）厂与系统联系图： 图1.1厂联系图
5） 求出短路电流的基本信息：
110KV电压级与容量为200MW的电力系统相连，把100MVA为基数值归算到本厂110KV母线上阻抗为0.21，功率因数0.85。
6）本发电厂的地理位置为江边水源充足的地方，年平均温度10.7C，月平均温度260C，绝对的最高温度400C，四周平坦，东北风为主要风向。 设计任务：
1） 发电厂电气主接线的设计；
2） 主变压器容量、台数、型号的选择； 3）短路电流计算； 4）主要电气设备选择； 5）配电装置规划及设计；
其他信息资料可参阅书籍，按常规处理。 2 电气主接线形式和变压器的选择
2.1电气主接线设计
一般我们在做到可靠、经济、灵活的前提下，再考虑他的经济合理性。基本要求[15]： （1）可靠运行 （2）灵活操作
（3）简单，快捷，方便
（4）具有一定的经济合理性 （5）具备良好的扩建性
2.1.1 110kV主接线的可选方案 由原始资料分析，具体分析如下：
方案一：双母线接线：供电可靠，运行、调度方式灵活，可向母线的任意一端扩建。 方案二：双母线带旁路母线接线：供电可靠强。此方案可供选择[8]。 2.1.2 35kV主接线的可选方案
由原始资料分析，具体分析如下：
方案一：双母线接线：供电可靠，运行、调度方式灵活，可向母线的任意一端扩建。 方案二：双母线单分段接线：供电可靠强。 方案三: 单母分段接线。 2.1.3 10kV主接线的可选方案
由原始资料分析，具体分析如下： 方案一：双母线接线。 方案二：单母线接线。 方案三: 单母分段接线。 2.2 电气主接线方案确定
根据电气主接线的基本分析可知，110kV有两种方案可供选择：双母线接线﹑双母线带旁路接线[11]。35kV有三种方案。10kV有三种方案。 2.2.1 110kV方案的技术比较 方案一：双母线接线： (1) 优点： 1)供电可靠； 2)调度灵活； 3)扩建方便； 4)便于试验。 (2)缺点：
1)增加一组母线和一回线路就需要增加一组母线隔离开关；
2)当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作； 3)出现断路器检修时，该回路停止供电。 图2.1双母线接线
方案二：双母线接线带旁路母线接线： (1) 优点：
1）运行操作方便；
2）检修出线断路器不停电[12]。
(2)缺点：增加了投资和占地面积[13]。 图2.2双母线设专用旁路断路器接线 2.2.2 35kV方案的技术比较 表2.1 35KV主接线选择
方案方案1单母分段接线方案2双母线接线方案3 双母单分段线接线 简图
可靠性一般能引出两个回路。一旦当一个出现问题时，分段的断路器就能够自动将它切除供电可靠性较强。在检修时可以不停电。 供电可靠性较强。在检修母线时不停电。故障的几率小。
经济性面积小，设备最少，投资少，经济性好。 设备多，投资大，面积比较大。 使用的设备多，投资大，面积比较大。
灵活性扩建要均匀的向两方扩建。 较强的调度灵活性，容易扩建。 多种运行方式，调度灵活性较强，容易扩建。 2.2.3 10kV方案的技术比较 表2.2 10KV主接线选择
方案单母接线单母分段接线双母线接线 简图
可靠性可靠性低，隔离开关检修时，减少误操作。 可靠性还是相对来说比较高的，一般能引出两个回路。一旦当一个出现问题时，分段的断路器就能够自动将它切除供电可靠性较强。在检修时可以不停电。 经济性设备最少，投资小，面积比较小。 面积小，设备最少，投资少，经济性好。 设备多，投资大，面积比较大。
灵活性调度不方便，但易于扩建和扩展。 它的设计的灵活性还是相对来说，比较高的。调度上比较灵活。这个在操作方面有一定难度，这个还需一定的技术提高。同时，它的设计扩建性很好，很容易的进行扩建。 较强的调度灵活性，容易扩建。 2.2.4 主接线最终方案确定 综合以上分析，结合本设计的特点110kV的母线采用双母线接线，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路[14]。灵活性方面选用户外配电装置，为今后扩建留有空位，预留出旁路线路位置。35kV采用单母分段线接线方案。10kV采用单母分段接线方案。 2.3 本设计主变压器的选择
变压器在电力设计中占据着极为重要的作用，他作为电能的变换及其电能的分配的重要角色，他对电力系统有着至为关键的地位。如果没有了变压器，电能就很难实现电能的变换，也就很难满足人们对更重负荷的需求。变压器是一个重要的载体，它可以将电能从发电厂发出来的电能，接收后，再通过升压到高压输电线路，将电压等级进一步的提高，这可以减少电能的损耗，实现高压输电，这将对我们的电力建设降低了能量的损失，提高了供电的效率。然后再一次的对电能进行分配，满足各个负荷对电能的需求。实现对负荷的安全，可靠的供电。这样就能实现电能的高效，优质，安全，经济的供应。在安全可靠的前提下，我们在设计时，还可以进一步的关注下经济性问题。最终综合性的考虑，选择最优的设计方案。同时，有时一般还要以长远的方式，对它进行考虑，未来的经济在高速的发展，负荷很可能也在一直的不断的提高，所以，我们还是要稍微大一点的来选择主变压器的容量。
本设计总变压器的选择主要从相数，绕组数，绕组接线组别，冷却方式，容量，台数几个方面确定[18]。
2.3.1主变压器形式和结构的选择 1.相数的确定
本设计采用三相变压器。 2.绕组数的确定
本设计采用三绕组变压器。 3.主变压器绕组接线组别的确定