4X50MW火力发电厂电气部分初步设计
This book may supply the student use which the electricity generation specialized graduation project (small thermal power plant) designs.
Key word: Thermal power plant Electricity design short circuit calculation
The equipments choice electricity equips
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沈阳工业大学 1 引言
本次设计题目为：4x50MW热电厂电气部分初步设计。发电厂基本情况：本电厂规模为200MW，拟装设4台50MW发电机，以10.5KV和60KV两种电压向本区工业生产和居民供电，同时兼供热，剩余功率经两条架空线送往住系统。该厂共装四台抽气式汽轮机，五台220T/H的锅炉。10.5KV出线共17回；最小负荷为最大负荷的70%。60KV出线共2回，其最大负荷利用时间T =6000小时。系统容量为1000MW，系统到60KV母线的电抗值为0.2。
本次设计主要任务是选择主变压器及厂用变压器的容量、台数、型号以及参数；选取几个电气主接线的方案，并通过比较论证确定最优方案，然后进行短路电流计算并确定本厂所需的电气设备及高压配电装置、继电保护和自动装置，并在此基础上完成防雷保护的规划设计。此外还需要绘制发电厂电气主接线图，高压配电装置平面图。
从十九世纪末期电力应用于生产以来，到今天已成为当今世界物质生产的基本动力，电气化程度是各国国民经济现代化的重要标志。特别是随着我国工业现代化的发展进程不断加快，在生产过程中对用电量的需求以及对0.196～1.275MPa的等压力蒸汽（用来满足生产的蒸煮、干燥等工艺要求）的需求量均在不断增加。我国热电机组装机容量也在不断增加。建立热电厂并分布在冶金、炼油、制糖、造纸、化纤、轻纺、食品等生产企业，可以更好地提高能源利用率，降低生产成本，既满足了蒸汽需要量，又能自行发电，也解决了部分工业和居民用电。既为我国节约能源和缓和电力供应的紧张局面，发挥了作用，又提高了经济效益。具有极其深远的意义。
本设计是根据毕业任务书设计的要求，综合大学四年所学的专业知识及《电力工程电气设计手册》、《电力工程电气设备手册》等书籍的有关内容，在指导教师的帮助下，通过本人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，全面细致的考虑工程设计的经济性、系统运行的可靠性、灵活性等诸多因素，最终完成本次设计。
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4X50MW火力发电厂电气部分初步设计
第一部分说明书
2 变压器选择
发电厂主变压器、高压备用变压器及高压厂用变的台数、容量、型号、变比等主要技术数据确定。
在发电厂中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本厂用电的变压器，称为厂用变压器。
2．1 变压器的容量、台数的确定原则
主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的
确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5~10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级等因素，进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者会满足变电所负荷的需要。这在技术上是不合理的。因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦设备的投资。因此，在选择发电厂的变压器时，应遵循以下基本原则
2．1．1 具有发电机电压母线接线的主变压器
连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器容量，应按下列条件计算：
（1）当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统，但不考虑稀有的最小负荷情况。
（2）当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能由系统供给了电机电压的最大负荷。在电厂分期建设中，在事故断开最大一台发电机组的情况下，通过变压器向系统取得电能时，可考虑变压器的允许过负荷和限制非重要负荷。 （3）根据系统经济运行的要求（如充分利用丰水季节的水能），而限制本厂输出功率时，能供给发电机电压的最大负荷。
（4）按上述条件计算时，应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别应注意发电厂初期运行，当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的剩余容量送入系统。
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（5）发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对主要向发电机电压供电的地方电厂，而系统电源仅作为备用，则允许只装设一台主变压器作为发电厂与系统间的联络。对小型发电厂，接在发电机电压母线上的主变压器宜设置一台。对装设两台变压器的发电厂，当其中一台主变压器退出运行时，另一台变压器应能承担70%的容量。
2．1．2 接两种升高电压母线的联络变压器
（1）满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有功功率和无功功率的交换。
（2）其容量一般不小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求；同时也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将其剩余容量送入另一系统。 （3）为了布置和引接线的方便，联络变压器一般装设一台，最多 不超过两台。 （4）联络变压器的一般采用自耦变压器。在按上述原则选择容量时，要注意低压侧接有大量无功设备的情况，必须全面考虑有功功率和无功功率的交换，以免限制自耦变压器容量的的充分利用。 2．2 变压器型式的选择 2．2．1 相数的选择
主变压器采用三相或是单相，主要考虑主变压器的制造条件，可靠性要求及运输条件因素。
在330KV及以下电力系统中，一般都选用三相变压器。因为单相变压器绕组相对来讲投资大、占地多、运输损耗出较大，同时配电装置结构复杂，增加了维修工作量。但是由于变压器的制造条件和运输条件的限制，特别是大型变压器，尤其需考虑其运输可能性，从制造厂到发电厂(或变电所)之间，变压器尺寸是否超过运输途中隧道、涵洞、桥洞的允许通过限额，变压器重量是否超过运输途中车辆、船舶、码头、桥梁等运输工具或设施的允许承载能力。若受到限制时，则宜选用两台小容量的在相变压器取代一台大容量的三相变压器，或者选用单相变压器组。对500KV及以上电力系统中的主变压器相数的选择，除按容量、制造水平、运输条件确定外，更重要的是考虑负荷和系统情况，保证供电可靠性，进行综合分析，在满足技术、经济的条件下来确定选用单相变压器还是三相变压器。
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2．2．2 绕组数的确定
国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分类有双绕组普通式、自耦式以及
低压绕组分裂等型式变压器，发电厂如以两种升高电压级向用户供电或与系统连接时，可以采用二台双绕组变压器或三绕组变压器，亦可选用自耦变压器。一般是当最大机组为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所使用的控制电路和辅助设备，与相应的两台双绕组变压器相比都较少。但三绕组变压器的每个绕组通过容量应达到该变压器额定容量的15%及以上，否则绕组未能充分利用，反而不如选用两台比绕组变压器合理。对于最大机组为200MW以上的发电厂，由于机组容量大，额定电流及短路电流都甚大，发电机出口断路器制造困难，价格昂贵，且对供电可靠性要求较高，所以，一般在发电机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线。而封闭母线回路中一般不装设断路器和隔离开关。况且，三绕组变压器由于制造上的原因，中压侧不留分接头，只作死抽头，不利于高、中压侧的调压和负荷分配。为此，一般以采用双绕组变压器和联络变压器更为合理。其联络变压器宜选用三绕组变压器，低压绕组可作为厂用备用电源或厂用启动电源，亦可连接无功补偿装置。当采用扩大单元接线时，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样，可以大大限制短路电流。在110KV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器，它损耗小、体积小、效率高，但限制短路电流的效果较差，变比不宜过大。
2．2．3 绕组接线的组别的确定
变压器三相绕组的接线组别小，必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“D”两种。因此变压器三相绕组的连接方式 应根据具体工程来确定。我国110KV及以上电压变压器三相绕组都采用“YN”连接；35KV采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地；35KV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。 产品型号 额定容量（KVA） 高压组合（KV） 高压 60 SFPZ-63000/63 63000 63±66
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联合组标号 阻抗电压空载电流空载损负载损耗（KW） 耗（KW） 低压 （%） （%） 11,10.5 8x1.25% 6.6,6.3 YN,d11 0.9 0.7 71 247