火力发电厂电气设计.docx

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1、第一部分设计说明书1概述1.1 原始资料1.1.1 工程概况某地区根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为2400MW的火力发电厂，发电厂安装4台600MW机组，发电机端额定电压为20kV,此电厂一期工程计划安装2台600MW的汽轮发电机组，型号为上海汽轮机有限公司的QFSN-600-2型，发电机额定电潦19245A功率因数为0.9,安装顺序为#1、#2机，厂用电率为8%,机组年利用小时最大为6000小时，出线2回与50OkV的系统相连,2叵I线路输送功率相等，每回线路的最大负荷51OMW,最小负荷为496MW：二期工程计划安装2台600MW的汽轮发电机，本次设计以一期工程为例。1

2、.1.2 计算参数#1、#2机经变压器与50OkV的系统相连，以10()MVA为基数值归算到本厂500kV母线上阻抗为0.048。1.1.3 厂址条件厂址位于海边,水源充足，附近有煤矿，周闱地势平坦，并具有主干铁路与外相连。1.1.4 气象条件DT发电厂所在地最高温度为40“C：最高月平均温度为25C；风向以东北风为主.1.2 设计主要内容发电厂是电力系统的重:要组成环节，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，本设计主要讲述了电气主接线和主变的选择，阐述了电气一次部分及其设备选择的原则内容，力求概念清楚，层次分明。设计说明书包括电气主接线的设计，主变压器的选择，短路电流的说明，电气设备的选择

3、，厂用电的设计，发电厂平面布置优化设计，防雷保护设计。设计计算书包括短路电流计算，电气设法的校验计算和防雷范围的计算。设计图纸包括电气主接线图，厂用电接线图，电气平面图和部分设备的剖面图。2电气主接线设计2.1 电气主接线设计的原则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主要环节。电气主接线的确定与电力系统整体及发电厂本身运行的可拈性、灵活性和经济性密切相关，并口对电气设备选择、配电装置、维电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此,主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定打。2.2 大型发电厂电气主接线的基本要求大型发电厂电气主接线应满

4、足可然性、灵活性和经济性的要求；应满足电网调峰和事故备用的耍求；应满足。电力系统安全稳定导则3的要求：有利于电厂的运行管理和适应厂网分开及竞价上网的需要：应尽量简单.2.2.1 可靠性安全可罪是电力生产的首要任务，保证供电可驿和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。停电不仅给发电厂造成损失，而且给国民经济带来的损失将更加严重。主接线可驿性的具体要求：断路港检修时，不宜影响对系统的供电：断路涔或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电：尽量避免发电厂全部停运的可能性。2.2.2 灵活性电气主接线应能适应各种运

5、行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面：（1）操作的方便性：电气主接线应该在满足可拈性的条件下，接线简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不致在操作过程中出差错。（2）调度的方便性：电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求,方便地改变运行方式，并且在发生事故时，要能尽快地切除故障，使停电时间最短，影响范困最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。（3）扩建的方便性：对将来要扩建的发电厂，其接线必须具有扩建的方便性。尤其是火电厂，在设计主接线时应用有发展扩建的余地。设计时不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑到从初期接线到最终接线的可能和分段施工

6、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卜.，将来能顺利完成过渡方案的实施，使改造工作量最少。2.2.3 经济性主接线在满足可电性、灵活性要求的前提下做到经济合理,经济性从以下几个方而考虑：（1）投资省:主接线应简单清晰,以节约断投器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等次设备的投资，要能使控制保护不过于电杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资：要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器。（2）占地面积小：主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。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，

7、尽快发挥经济效益。（3）电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数址，避免两次变压而增加电能损失。2.3 主接线的接线方式选择目前大型发电厂电气主接线的典型方案：大型发电厂一般采用220500kV（75OkV）一级电压等级直接接入系统，330kV以上的发电厂大多采用3/2接线方式（即1台半断路器接线方式）也有采用1/2和环形母线多分段接线。2.3.1 3/2接线方式3/2（一个半断路器）接线，这种接线方式是从双母线双断路器接线方式演变而来。最大的优点是任何一台断路落发生故障退出运行,不影响任何一个回路的正常运行,甚至当一段母线故障后，也不会影晌供电。具有较高的供电可靠性和灵活性。与双母

8、线双断路器接线方式相比,每一回路可以少半台断路器，符合经济性的要求。3/2接线图如图2.1所示3/2接线方式具有较强的优势,到现在为止仍被广泛应用在大型发电厂和变电所中。3/2接线方式用于出线回路数较多的枢纽变电所,优势特别明显，并会在今后相当长的时间被采用，但是3/2接线在大型发电厂也存在下列问题(1)为了使潮潦分配合理,电源侧和负荷侧的回路必须搭配在1串断路器内，以减少母线中流过的电流。线路断路器要求采用分相操作的操作机构，以满足单相亚合闸的要求。而发电机一变压器组断路器要求采用三相联动的操作机构，以防止发电机非全相运行,这样中间断路器不可能同时满足2种功能的要求。(2)在维电保护上存在“

9、和电潦”等问题,容易引起保护误动。为防止误动,要采取一定的技术措施,如加装“和电流”保护器等,使保护接线复杂化。中间断路器为2个回路公用，使控制回路接线变得复杂,甚至有可能出现集控和网控两地控制的现象，为防止误操作,在控制回路需加装闭锁回路，(或在软件上加装闭装操作回路)，使控制回路变得更为复杂。(3)发电机的启、停操作相对比线路操作要多,发电机解列后，为保持1串断路器的完整性,经过一番倒闻操作后,把发电机一一变压组所联的2台断路港投入。当发电机需要并网时,先要经过一番倒闸操作后,把发电机一变压器的2台断路涔断开后,才能并网操作，因此操作较为复杂。为此，根据D1.5000-20火力发电厂设计规

10、程13.2.8条规定:“技术经济合理时,容量为6MW机组的发电机出口可装设断路涔或负荷开关”，这样可以减少启、停机时,主变高压供J2台断路的操作次数。水电机组因调峰需要,启、停频繁,均采用发电机出口断路器(GCB)0由于大型发电机GCB只有瑞士(ABB),法国(A1.STHoM)等少数厂商有制造和研发能力,所以价格非常品货,在火电厂中严格控制应用。2.3.2 1/2接线方式1/2接线方式是种由常规双母线接线方式演变而来的单双断路器”接线方式,简写为1/2接线,这里的“1”是指发一变组用1台断路器控制，“2”是指线路用2台断路器控制.1/2接线如图2.2图2.21/2接找图1/2接线的基本接线方

11、式与常规双母线接线方式相同,相应的控制和保护也与常规双母线基本相同，由于没有母联与旁路，故母线保护比常规双母线更简单、可靠。对于机组较多的发电厂,在断路器可旅性有保障的前提卜；发一变组适当降低一点可舜性,用I台断路器控制则比较经济。而对超高压、重负荷的线路,从系统安全稳定加度出发,用2台断路器桎制1回戏路则比较可靠。随着电力系统容量的不断扩大，单机容量在全系统容量中所占比率相对减少，发电机组因故退出运行,对全系统的影响也相应减少,按N-I原则，不会引起系统的桎定问题。随着超高压断路港制造质量和可靠性的提高，因断路器故障造成发电机组退出运行的可能性越来越小。反之随着输电线路电压等级的提高和长距离

12、输电的需要，系统桎定问题比较突出。粽合上述因素,提出一种接线简堆、清晰,操作灵活、方便,投资相对节省的1/2接线方式。（D1/2电气主接战的优点发一变组高压恻断路器可以采用电气联动的断路器，能有效止制非全相运行事故的发生。由于水电机组一般在发电机出口装有GCB,主变高压W1.断路器操作的次数相对较少,非全相运行的可能性要比火电机组小得多。在维电保护上不存在“和电流”的问题,可使维电保护回路接线简化而可能。由于没有中间断路器,使断路器的控制为对应的控制方式,简化断路器的控制回路、同期回路和保护回路的接线,相应简化操作程序,诚少误操作的可能性。从运行的可舞性分析来讲，1/2接线的最大特点是发一变组

13、与线路在次和二次控制、保护完全分开,结线简单、清晰,互不牵连,不存在中间断路器两地控制的问题,不易发生误操作。可集中控制,也可分网控、集控控制，发一变组的启、停操作对系统的接线方式（运行方式）不影响,对系统的安全稳定有好处，容易实现厂网分开的管理体制。在3/2接线方式中仃失灵保护的配合问题、继电保护的检修问题、电流互感冷和电压互感器的配置问题、二次线安装单位的划分问题、同名回路的配置等一系列问题，而在1/2接线方式中基本不存在。所以1/2接线的二次接线大为简化,可降低二次回路的故障几率，有利于运行和检修,仃利于电气主接线整体可苑性和系统安全稳定性的提高。(2)1/2电气主接线的缺点由于1/2接

14、线是从双母线接线演变而来,存在双母线接线方式的缺点,即当一段母线故障或断路器失灵保护动作时，该段母线失电,使全厂一半机组要退出运行,有可能造成系统失去桎定。但母线故障的几率极低。2.3.3环形母线多分段接线环形母线多分段接线的每段母线可连接一回发电机和回发电机一变压器组，相当于以发电机一变压器一线路与环形母线多分段相连接，日本东京电力公司沿海大型电厂500kV配电装置已经运用。环形母线多分段接线图如图2.3N0.1N0,2图2.3环形母戏多分段接线图环形母线多分段优点：设备投资和占地面枳方面少，且维电保护和二次回路筒单,并可做单层屋内布置，特别适用于严至污秽而采用用内配电装包的发电厂。环形母线

15、多分段缺点：此接线出线断路器不便设旁路设施，必须配合线路进行检修，因而只能采用质量可靠，检修周期超过20年的SF6断路器。与一个半断路器相比，其可靠性和灵活性明显降低，其灵活性不足只能靠断路器的质量来弥补。此发电厂单机容量为600MW,一期工程容量达到1200MW,总容量聘达到2400MW,属于大型火电厂，该电厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要，且年利用小时数为600()h5000h,大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数。该电厂为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线设计务必若羽考虑其可有性，因此采用3/2接线。其主接线图见附图I。3主变压器的选择3.1 主变选择的原则

16、主变容量般按发电厂建成后510年的规划输送容量来进行选择，并适当考虐远期1020年的负荷发展。如果主变容量选得过大，台数过多，不仅增大投资，增大占地面积，而旦也增加了运行电能的损耗，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不能满足用户用电的需要因。根据发电厂向系统输送容量的大小和电网结构来确定生变的容量。对于对系统有重要影响的发电厂，应考虑台主变停运时,能保证发电厂70%8()%的电能输出，机组容量为200MW以上的发电J.采用发电机双绕组变压器单元接线接入系统。3.2 主变容量的确定大型发电厂采用单元接线，根据运行经脸，变压器的容量应保证在有一台检修的情况下，其他变压渊能输送全部容量的70%,按原始资料提供