发电厂电气部分课程设计 - 图文

1 前言

电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。

我国的电力系统从50年代开始迅速发展。到1991年底，电力系统装机容量为14600万千瓦，年发电量为6750亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路以220千伏、330千伏和500千伏为网络骨干，形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千瓦的省电力系统，大区之间的联网工作也已开始。此外，1989年，台湾省建立了装机容量为1659万千瓦的电力系统。

在电力系统中，大、中型火电厂起着举足轻重的作用，而在我国的电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。一旦故障轻则引起大面积停电，重则可能引起电网崩溃。本次设计的火电厂在电网占有重要位置，一旦发生事故将引起主网的解裂，所以对火电厂主接线形式进行了详细的分析比较，以确定一种安全经济成熟的主接线形式。

现代电力工业在国际上已经迅速发展，其发展的特点是：采用大容量的发电机组，超高压输电线路和巨大的水、火、核电联合电力系统的形成，电力工业的迅速发展，对火力发电厂的设计提出了更高的要求，需要我们认真的研究对待。而现代化火力发电厂的设计是一门综合性的科学，它是在多种专业有机配合，密切协作下完成的一个统一整体，是在审议后的电力系统规划的基础上，为发电厂的发展制定具体方案，在设计中，贯彻国家各项政策，遵照有关的设计技术规定，从整体出发，深入论证电源布置的合理性，提出网络设计方案，并论证安全可靠性和经济性，为此需进行必要的计算，考虑近期与远期的关系，并为发电厂及下一级电压的系统设计创造条件。

本次火电厂电气主接线的设计程序有四个方面：初步可行性研究、可行性研究、初步设计、施工图设计，设计步骤和内容：对原始资料的分析、主接线方案的拟定、变压器台数和容量的选择、方案的经济比较、主接线最终方案的确定。

本火电厂有2 ? 50MW供热式机组， 2 ? 600MW凝汽式机组，包括三个电压等级：10.5kV电压级、220kV电压级、500kV电压级。

2 原始资料分析

原始资料：

某火力发电厂原始资料如下：装机4台，分别为供热式机组2 ? 50MW(UN = 10.5kV)，凝汽式机组2 ? 600MW(UN = 20kV)，厂用电率6.5%，机组年利用小时Tmax = 6500h。

系统规划部门提供的电力负荷及与电力系统连接情况资料如下：

(1) 10.5kV电压级最大负荷21MW，最小负荷16MW，cos? = 0.8，电缆馈线10回； (2) 220kV电压级最大负荷251MW，最小负荷201MW，cos? = 0.85，架空线5回； (3) 500kV电压级与容量为3500MW的电力系统连接，系统归算到本电厂500kV母线上的电抗标么值xS* = 0.021(基准容量为100MVA)，500kV架空线4回，备用线1回。 2.1 工程情况

由于有2 ? 50MW供热式机组， 2 ? 600MW凝汽式机组，厂用电率6.5%，故发电厂类型为凝气式火电厂，设计电厂为大型火电厂，总容量为2?50+2?600=1300MW,发电厂运行方式及年利用小时数，直接影响着主接线设计，因为机组年利用小时Tmax = 6500h，远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数。所以本火电厂以承担基荷为主，相应主接线应以供电可靠为主选择接线形式。 2.2 电力系统情况

总容量为2?50+2?600=1300MW, 占电力系统总容量1300/(3500+1300) ?100%=27.1%，超过了电力系统的检修备用容量8%~15%和事故备用容量10%的限额，说明该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要，应选择可靠性较高的主接线形式。

为简化网络结构及电厂主接线，减少电压等级，电厂接入系统电压不应超过两级，两台50MW机组接入10.5kV系统，一台容量为600MW机组接入220kV系统，另一台容量为600MW及以上的机组接入500kV系统，且出线数目应尽量减少，以利于简化配电装置的规模及其维护。

10.5 kV电压电力系统采用中性点非直接接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地)，又称小电流接地系统；对220 kV与500kV高压电力系统，皆采用中性点直接接地系统，又称大电流接地系统。发电机中性点都采用非直接接地方式，目前广泛采用的是中性点经消弧线圈接地方式或经单相配电变压器(二次侧接电阻)接地。

从负荷特点及电压等级可知，10.5kV电压等级上的地方负荷容量不大，共有10回电缆馈线，与50MW发电机的机端电压相等，采用直馈线为宜。20kV电压为600MW发电

机出口电压，既无直配负荷，又无特殊的要求，拟采用单元接线的形式，可以节省价格昂贵的发电机出口断路器，又利于配电装置的布置；220kV电压级出现回路数为5回，为了保证检修出线断路器不致对该回路停电，拟采用带旁路母线接线形式为宜；500kV与电力系统有4回馈线，备用线1回，呈强联系形式并送出本厂最大可能的电力为1300-16-201-1300?6.5%=998.5(MV)。可见，该厂500kV级的接线对可靠性要求应当很高。

3 主接线方案的拟定

3.1 10.5kV电压级

(1)10.5kV电压级。单母线接线可靠性比较差，且调度不方便，一般只在出现回路较少，没有重要负荷的发电厂使用；单母线分段接线每段容量12MW左右，且每段出现不超过5回。本次设计，由于10.5kV出线回路比较多，而且发电机的单机容量为50MW，远大于每段12MW，应确定为双母线分段接线的形式，不但具有双母线供电可靠性，调度灵活，扩建方便的优点，而且双母线互为备用，更加提高了供电可靠性。2台50MW发电机分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压220kV。10.5kV电压级与220kV电压级之间按弱联系考虑，只设1台主变压器；同时，由于10.5kV电压最大负荷20MW，远远小于2?50MW发电机组装机容量，即使在发电机检修或升压变压器检修的情况下，也可以保证该电压等级负荷的要求。由于2台50MW机组均接于10.5kV母线上，有较大的短路电流，为了选择合适的电气设备，应在分段处加装母线电抗器，同时各条电缆馈线上装设线路电抗器。 3.2 220kV电压级

(2)220kV电压级。出线回路数为5回，为了使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路母线接线或双母线带旁路母线接线，以保证供电的可靠性和灵活性。其进线仅从10.5KV送来剩余容量2?50—[（100?6.5%+21]=72.5 MW并不能够满足220kV最大负荷250MW的要求。为此，拟采用以1台600MW机组按照发电机——变压器单元接线形式接至220kV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500kV接线连接，彼此之间相互交换功率。 3.3 500kV电压级

(3)500kV电压级。500kV电压级，负荷容量比较大，其主接线是本厂向电力系统输送功率的主要接线方式，为保证可靠性，可能有多种接线方式，经过定性分析筛选后，可以选用的方案为双母线带旁路母线接线和一台半断路器接线，通过联络变压器与220kV连接，并通过一台三绕组变压器和10.5kV电压联系，以提高可靠性。一台600MW机组与变压器构成单元接线，直接将功率送到500kV电力系统。