4乘25MW火电厂电气部分设计课程设计

XX 大 学 发电厂电气部分 课程设计（论文）
题目：
4*25MW火电厂电气部分设计（1）
院（系）：
专业班级：
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指导教师：
起止时间：
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：
教研室：电气工程及其自动化 学 号 学生姓名 专业班级 课程设计题目 4*25MW火电厂电气部分设计 课程设计（论文）任务 本电厂规模为100MW，以10kV向本地区工业生产和居民用电，同时兼供热，剩余功率经两条60kV架空线路送往系统。该厂共装四台抽气式汽轮机，五台220T/H的锅炉。10kV出线共8回；

60kV出线共2回，其最大负荷利用时间TMAX=4000小时。系统容量为100MW，系统到60kV母线的电抗值为0.5（Sj=100MVA）地区环境温度：最高温度：36℃；
最低温度：-25℃；
平均温度：8℃。

设计具体内容：
1）设计电气主接线方案；

2）完成主变压器容量计算、台数和型号的选择；

3）短路电流的计算；

4）完成电气设备的选择与校验；

进度计划 1、布置任务，查阅资料。（1天）
2、系统总体方案设计。（1天）
3、设计主接线。（2天）
4、设计变压器。（2天）
5、短路计算。（2天）
7、电气设备选择校验（1）
6、撰写、打印设计说明书（1天）
成绩 成绩：
指导教师签字：
年 月 日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘要 发电厂是电力系统的重要组成部分，它直接影响电力系统的安全与经济。其中火力发电厂更是占着非常重要的地位，是电力发展的主力军，电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是发电厂电气设备投资大小的决定性因素。

 本文通过对原始资料的分析设计建设一座425MW的小型热电厂，依据可靠性、灵活性、经济性，对电气主接线进行分析，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后进行校验。

关键词: 火力发电；
电气主接线；
电气设备 Abstract Power plants is an important component of the power system, which directly affect the security of the power system and the economy. Thermal power plant is a very important position, is the major force in electric power development, main link of main electrical connection power plant substation, the elaboration of main electrical wiring directly related to the plant of electrical equipment selection, arrangement of distribution equipment, relay protection and automatic devices to determine, is the decisive factor of the size of electrical apparatus in power plants investment. Based on original data design and construction of a 425MW small power plant, based on reliability, flexibility and economy, an analysis of main electrical wiring, according to the short circuit point calculated for each point short circuit the steady-state current and short circuit currents, obtained from the calculation of three-phase short circuit when a short circuit occurs when a bus from the various voltage levels, the steady-state current and short-circuit current values. Finally, according to the rated voltage voltage and maximum current for equipment selection, then validate. Key words: Thermal power；
electrical main wiring；
electrical equipment 目 录 第1章 绪论 5 第2章 主变压器的选择 6 2.1发电厂主变压器的容量和台数的确定 6 2.2主变压器形式的选择 6 2.2.1数的选择 6 2.2.2绕组数量和方式的选择 6 2.3本厂主变压器的选择 7 第3章 发电厂电气主接线选择 8 3.1 主接线的设计原则 8 3.1.1主接线设计的基本要求 8 3.1.2 主接线的可靠要求 8 3.1.3 主接线的灵活性 8 3.1.4 主接线的经济性 9 3.2 本厂电气主接线的选择 9 第4章 短路电流的计算 11 4.1计算短路电流的目的 11 4.2电力系统短路电流计算 11 4.3短路计算点的选择 11 4.4 短路计算 11 第5章 电气设备的选择与校验 16 5.1高压断路器的选择 16 5.2隔离开关的选择 17 5.3 电压互感器选择 18 5.4电流互感器选择 19 5.5动稳定和热稳定校验 19 第6章 课程设计总结 21 参考文献 22 第1章 绪论 电力行业是国民经济中具有先行性的重要基础产业，而火电又是电力行业当中比重最大的一个子行业。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的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电机组，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。

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，电力业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。

现在，我国电力工业实行“政企分开，省为实体，联合电网，同一调度，集资办电”的方针。使得电力工业在国民经济中的地位越来越重要。一切大规模工农业生产，交通运输和人民生活都需要大量的电能，电力是工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电力建设是随国民经济发展而发展的，现在电能的利用已远远超出作为机器动力的范围，电力工业已成为国民经济现代化的基础，世界上按人口平均的用电量，是反映一个国家现代化的主要指标之一。但是，我国的电能却十分短缺，电负荷和热负荷较以前都有大幅上升，如果能实现热电联产，达到节约能源，减少燃料消耗，保护生态环境的目的，将对我国的电力建设非常重要。所以，我国应在全国范围内因地制宜发展供热式火力发电厂，使电能为国民经济和人民生活发挥更巨大的作用。

第2章 主变压器的选择 2.1发电厂主变压器的容量和台数的确定 变压器是电力系统中十分重要的供电设备。它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍有可能发生各种类型故障和异常运行，同时大容量的变压器又是十分重的设备，因此，为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量大小、电压等因素装设必要的、动作可靠的继电保护装置。连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器容量，应该按下列条件计算：
1、当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线的剩余有功和无功容量送入系统，但不考虑稀有的最小符合情况。

2、当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能由系统供给发电机电压的最大负荷。在电厂分期建设过程中，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，可以考虑变压器的允许过负荷和限制非重要负荷。

3、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之间的联络。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。

2.2主变压器形式的选择 2.2.1数的选择 发电厂变压器相数的选择 选择主变压器的相数，当不受运输条件限制时，在330KV以下发电厂，应选用三相变压器。

2.2.2绕组数量和方式的选择 1、发电厂主变压器绕组的数量 因为三绕组变压器比同容量双绕组变压器价格高40%~50%，运行检修比较困难，台数过多时会造成中压侧短路容量过大，且屋外配电装置布置复杂，故其使用要给予限制。即本厂选择双绕组变压器。

2、绕组连接方式 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并行运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△，35KV以下电压，变压器绕组都采用△连接。

2.3本厂主变压器的选择 本厂地区总负荷：
=39575+7058.8 =46633.8(KVA) 主变压器1#、2#、容量计算：
根据其变比63/10选出变压器为：
表2-1 所选主变压器的主要参数 型号 额定容量（KVA）
额定电压(KV) 连接组标号 空载损耗 (KW) 空载电流(%) 阻抗电压 ( % ) SF7-50000/63 50000 63/10 YN,d11 55 0.7 9 注：SF7三相油浸风冷铜线双绕组 第3章 发电厂电气主接线选择 3.1 主接线的设计原则 3.1.1主接线设计的基本要求 在对原始资料分析的基础上，结合对电气接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术，积极政策的前提下，力争使其技术先进，供电安全可靠、经济合理的主接线方案。

发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计，首先应保证其满发，满供，不积压发电能力。同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电的连续性，因而根据对原始资料的分析，现将主接线方案拟订如下：
3.1.2 主接线的可靠要求 1、研究主接线可靠性应注意的问题 应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。主接线可靠性的衡量标准是运行实践，至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法尚不完善，计算结果不够准确，因而目前只作为参考；
主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合；
主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线；
要考虑所设计发电厂在电力系统中的地位和作用。

2、可靠性的具体要求：
断路器检修时，不影响对系统的供电；
断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间，并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电；
尽量避免全部停运的可能性。

3.1.3 主接线的灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度；
检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；
扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和两次部分的改建工作量最少。

3.1.4 主接线的经济性 主要是指投资省，占地面积小，能量损失小10KV电压级 鉴于出线回路多，且为直馈线，电压较低，宜采用屋内配电。其负荷亦较小，因此采用单母线分段的接线形式。

3.2 本厂电气主接线的选择 本发电厂4×25MW，电压等级为60KV/10KV，60KV侧出线为2回；
10KV侧负荷侧线路为8回。根据《电力工程电气设计手册》、原始资料的分析。根据主接线设计必须满足供电可靠性、保证电能质量、满足灵活性和方便性、保证经济性的原则，本发电厂初步拟定两种主接线方案分别为：方案1：
10KV侧采用双母线接线方案，60KV侧采用双母线带旁路接线。方案2、10KV侧采用双母线接线，60KV侧采用单母线接线。主接线图如图3.1、3.2所示：
通过定性分析和可靠性及经济计算，在经济性上3.2暂有明显的优势。鉴于小型发电厂以经济性为主，所以，经综合分析，决定选3.2方案为设计最终方案。

图3.1 主接线图（1）
图3.2 主接线图（2）
第4章 短路电流的计算 4.1计算短路电流的目的 电气主接线比较；
计算软导线的短路摇摆；
确定中性点接地方式；
选择导线和电器；
确定分裂导线间隔棒的间距；
验算接地装置的接触电压和跨步电压；
选择继电保护装置和进行整定计算。

本设计中计算短路电流的目的主要是载硫导体和电器的选择和校验。

4.2电力系统短路电流计算 短路电流实用计算中，采用的假设条件和原则为：
正常工作时，三相系统对称运行；
所有电源的电动势相位角相同；
系统中的电机均为理想电机，转子结构完全对称；
定子三相绕组空间位置相差1200电气角度；
电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；
电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧；
短路发生在短路电流为最大值的瞬间；
不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；
除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻忽略不计；
元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围；
输电线路的电容忽略不计。

4.3短路计算点的选择 在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。本设计选择三个短路计算点，分别在60KV母线上、10KV母线上和电抗器出口处。系统短路计算电路图如图4.1所示。

4.4 短路计算 本设计利用等值电路法进行网络化简，求出转移电抗，计算电抗。应用《导体和电器选择设计技术规定》所提供的运算曲线求取短路电流。

计算时取SB=100MVA基准电压UB=UAV ；

取 短路点d1 转移电抗：
根据转移电抗求得计算电抗为：
1/1/3.9=0.256 基准电流：
表4-1 所示短路点 的短路电流查表可得 短路时间 0S 2S 4S 短路电流 8.963 2.467 2.404 0.256 0.256 0.256 表4-2 所示由短路电流值和其基准值可得短路点有名值：
短路时间 0S 2S 4 S 短路电流有名值 （KA）
61.58 19.20 17.26 （KA）
14.08 14.08 14.08 最后可得I”=75.66KA I2s”=33.28KA I4s”=31.34KA 由于JYNC—10型开关柜经过参数比较不符合要求,所以需加电抗器加以限流. JYNC—10型开关柜Inbr=40KA,Un=10KV,In=2000A短路计算时间=4S,线路长期最大工作电流: 令I”=Inbr=40KA,根据式: 选取Xl%=4%, ies=102KA 当所选电抗值大于计算值是,应重算电抗器后短路电流 短路计算时间: 4S 表4-3 查短路电流计算曲线得: 短路时间 0S 2S 4S 短路电流 标幺值 4.938 2.561 2.444 有名值（KA）
33.92 17.59 16.79 动,热稳定校验 计算如下: 因故不计 满足动,热稳定要求。

图4.1 系统短路计算电路图 由图4.1可得短路点3的转移阻抗 由转移电抗求出计算电抗分别为：
表4-4 所示短路点 的短路电流查表可得 短路时间 0S 2S 4S 短路电流 4.526 2.515 2.425 0.33 0.33 0.33 基准电流：
表4-5 所示由短路电流值和其基准值可得短路点有名值：
短路时间 0S 2S 4 S 短路电流有名值 （KA）
5.18 2.89 2.78 （KA）
3.02 3.02 3.02 第5章 电气设备的选择与校验 5.1高压断路器的选择 1、按额定电压选择 高压断路器的额定电压Us应大于或等于所在电网的额定电压Uew，即Ue≥Uew。

2、按额定电流选择 高压断路器的额定电流Ie应大于或等于它的最大持续工作电流Imax，即Ie≥Imax。

当断路器使用环境温度不等于设备基准环境温度时，应对断路器的额定电流进行修正。

3、按开断电流选择 在给定的电网电压下，高压断路器的额定开断电流Iekd应满足Iekd≥It。式中It—断路器实际开断时间tk秒的短路电流全电流有效值。

4、按额定关合电流选择 要求断路器的额定开合电流 ieg应不小于最大短路电流冲击值，即ieg≥ ic。. 5、动稳定校验 高压断路器的极限通过电流峰值 idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流icj，即idw≥icj 6、热稳定校验 高压断路器的短时允许发热量Ir2tr应不小于三相短路电流发出的热量Qk= (I”2+10I2tk/2+I2tk)/12即I2rtr≥(I”2+10I2tk/2+I2tk)/12 根据以上原则，本设计选用断路器结果见表5-1及断路器各项技术数据与各项计算数据比较表见表5-2。

表5-1 断路器选用结果表 安装地点 型 号 额定电压(KV) 额定电流 (A) 额定开断电流(KA) 额定关合 电流（KA）
动稳定电流 (kA) 60KV侧 LW9-63 63 1250 31.5 80 80 表5-2 所选60KV断路器主要参数的比较 计 算 数 据 LW -63 5.2隔离开关的选择 隔离开关应根据下列条件选择：（1）型式和种类；
（2）额定电压；
（3）额定电流；
（4）动稳定校验；
（5）热稳定校验。

隔离开关的型式和种类的应根据配电装置的布置特点和使用条件等因素，进行综合技术经济比较后确定。其它四项技术条件要求与高压断路器相同。

本设计60KV侧采用III型布外侨布置,故60KV桥侧进线隔离开关选用 GW6—110型单柱剪刀式。该产品为偏折式结构，分闸后形成垂直方向的绝缘断口，具有断口清晰可见，便于监视及有效地减少变电所的占地面积等优点。

35KV配电装置拟采用户外普通中型布置,故35KV侧母线隔离开关选用GW5—35双柱式。该产品为双柱水平开启式结构。

侧配电装置拟采用户内手车式高压开关柜。

根据以上原则，本设计选用隔离开关结果见表5-3及隔离开关的各项技术数据与各项计算数据比较见表5-4。

表5-3 所选60KV侧隔离开关的主要参数 安装地点 型 号 额定电压(KV) 最高工作电压(KV) 额定电流(A) 热稳定电流(kA) 动稳定电流(kA) 60KV侧进线 GW5—63 63 72.5 1250 31.5 80 表5-4 所选60KV隔离开关主要参数的比较 计 算 数 据 5.3 电压互感器选择 电压互感器的种类及型式应根据安装地点和使用条件进行选择。

1、6～20千伏屋内配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可以采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。

2、对于35~60KV配电装置，一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。

按一次回路和二次回路电压选择：1.1Uel＞U1＞0.9Uel 式中：U1—电网电压；
Uel—电压互感器一次绕组额定电压 电压互感器二次侧额定电压必须满足继电保护装置和测量用标准仪表的要求。

根据以上原则，本设计选用各电压级电压互感器的技术数据与计算数据比较见表5-5、表5-6。

表5-5 所选60KV侧电压互感器主要参数如下：
型号 额定变比 额定容量（二次负荷）（VA）
最大容量 （VA）
0.2级 0.5级 3级 JDCF-63 60//0.1//0.1 50 100 400 2000 表5-6 所选10KV侧电压互感器主要参数如下：
额定电压（KV）
额定电压比（KV）
额定输出（VA）
极限输出（VA）
工频耐受压（KV）
0.5级 1级 3级 JDN2-10 10000/100 50 80 200 350 11.5 5.4电流互感器选择 35KV以下屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。

一般常用型式为：
1.低压配电配电屏和配电设备中：LQ线圈式，LM母线式 2.6~20KV屋内配电装置和高压开关柜中:LD单匝贯穿式，LF复匝贯穿式 35KV以上配电装置一般采用油侵瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用L（C）系列。树脂浇注绝缘的LZ系列只适用于35KV屋内配电装置。在有条件时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应优先采用套管电流互器，以节省投资，减少占地。

按一次额定电压和额定电流选择 电流互感器的一次额定电压和额定电流必须满足：
ＵN≥UNS , IN≥Imax 其中：UN、IN—电流互感器一次额定电压和额定电流; UNS、Imax—电流互感器安装处一次回路工作电压和一次回路最大工作电流。

变压器中性点引出的电流互感器只取额定电流的30%。

5.5动稳定和热稳定校验 电流互感器的热稳定效验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器热稳定能力常以1秒钟通过的一次额定电流或一次额定电流的倍数Kt表示，热稳定按下式校验：
或 （t=1）
电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的动稳定电流或一次额定电流最大值（ ）的倍数动稳定电流倍数表示，故内部动稳定可用下式校验 或 由于临相之间电流相互作用，使电流互感器绝缘瓷帽上受到外力的作用，因此，对于瓷绝缘型电流互感器应校验瓷套管的机械强度。瓷套上的作用力可由一般电动力公式计算，故外面动稳定应满足 对于瓷绝缘的母线型电流互感器（如LMC型），其端部作用力可用下式校验 表5-7 所选60KV电流互感器的主要参数 安装地点 型 号 额定电压(KV) 额定变流比(A) 动稳定电流 倍数 1S热稳定电流 倍数 60KV侧 LCWB5-63 60 750~1500 62.5~125 62.5~62.5 第6章 课程设计总结 本次设计从工程实际出发，遵守国家政策及设计规程；
做到了安全适用，设备先进可靠，保证灵敏有选择性等要求。主要针对了一次接线的设计。根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识有关内容，设计过程中完成了设计电气主接线方案，完成主变压器容量计算、台数和型号的选择，完成短路电流的计算，完成电气设备的选择与校验。

发电厂是电力系统的重要组成部分，也直接影响整个电力系统的安全与运行。在发电厂中，一次接线和二次接线都是其电气部分的重要组成部分。本次设计主要包括主接线方案的确定，短路电流计算、电气设备选择、继电保护配置及整定计算，自动装置配置等几个主要内容。按照设计规程中有关规定通过运用各种理论知识、进行综合技术经济比较，达到设计的要求。

从理论上在电气主接线设计，短路电流计算，电气设备的选择，配电装置的布局，防雷设计，发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济性和灵活性，通过计算论证该火电厂实际设计的合理性与经济性。

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